Molecular control of protein synthesis, glucose metabolism, and apoptosis in the brain of hibernating thirteen-lined ground squirrels

Thirteen-lined ground squirrels (Ictidomys tridecemlineatus) are excellent models for studying acute brain ischemia because they show high resistance to reductions in blood flow and oxygen delivery without evidence of neurological damage. In this study, we analyzed the insulin signaling pathway and regulation of mitochondrial substrate oxidation in three regions of ground squirrel brain (forebrain, cerebellum, and brainstem), comparing summer, late torpor, and interbout arousal conditions. We found select decreases in phospho-Akt in the cerebellum during torpor compared with summer animals, as well as select increases in the forebrain during interbout arousal, suggesting that Akt may influence either metabolism or cytoprotective pathways. The phosphoprotein abundance of glycogen synthase kinase 3 beta (GSK3[beta]) showed the most consistent trend across all three brain regions, with peak increases observed during deep torpor, suggesting a crucial role for this protein during hibernation. Furthermore, all three regions of the brain showed increased phospho-protein abundance of pyruvate dehydrogenase at serine 232 during both deep torpor and interbout arousal, and serine 300 during interbout arousal only, whereas other phosphorylation sites showed a region-specific expression pattern. Information collected from these studies sheds light on the molecular controls governing insulin signaling and fuel utilization in the brain of hibernating ground squirrels. Key words: hibernation, insulin signaling, protein translation, fat metabolism, glycolysis. Le spermophile rayé (Ictidomys tridecemlineatus) constitue un excellent modèle pour étudier l'ischémie cérébrale aigüe, car il est très résistant à des réductions du flux sanguin et de l'oxygénation sans manifestations d'un dommage neurologique. Dans cette étude, les auteurs ont analysé la voie de signalisation de l'insuline et la régulation de l'oxydation des substrats mitochondriaux dans trois régions du cerveau du spermophile (cerveau antérieur, cervelet et tronc cérébral) en comparant les conditions d'été, de torpeur tardive et d'éveil périodique. Ils ont trouvé des diminutions sélectives de phospho-Akt dans le cervelet durant la période de torpeur comparativement à l'été, de même que des augmentations sélectives dans le cerveau antérieur durant l'éveil périodique, suggérant que Akt puisse influencer le métabolisme ou les voies de protection cellulaire. À travers l'abondance de la forme phosphorylée de GSK3[beta] se dessinait la tendance la plus persistante à travers les trois régions du cerveau, avec des augmentations de pointe durant la torpeur profonde, suggérant que cette protéine jouerait un rôle important durant l'hibernation. En outre, l'abondance de la forme phosphorylée de la pyruvate déshydrogénase sur la sérine 232 était accrue dans les trois régions du cerveau durant la torpeur profonde et l'éveil périodique, la phosphorylation sur la sérine 300 était accrue durant l'éveil périodique seulement, alors que les sites de phosphorylation montraient un patron d'expression spécifique à la région. L'information recueillie lors de ces études fait la lumière sur les mécanismes de contrôle moléculaires qui gouvernent la signalisation et l'utilisation de carburant dans le cerveau des spermophiles en hibernation. [Traduit par la Rédaction] Mots-clés: hibernation, signalisation de l'insuline, traduction des protéines, métabolisme des lipides, glycolyse.
Introduction Seasonal hibernation is a survival strategy used by a wide variety of mammals to survive extreme environmental changes in temperature and (or) food and water availability. Under unfavorable environmental [...]