BAD and glucokinase reside in a mitochondrial complex that integrates glycolysis and apoptosis

Nature 424: 952-956, 2003       林婷鈺

BAD是屬於BCL-2家族中，BH3-only的一員，是促進細胞凋亡的蛋白質。當有生長因子或存活因子時，BAD會被磷酸化而處在不活化態，使細胞得以存活；反之，當缺少生長因子或存活因子時，BAD會去磷酸化而處在活化態，使得BAX和BAK這兩種促進細胞凋亡的蛋白質被活化，或使BCL-2和BCL-XL這兩種對抗細胞凋亡的蛋白質被去活化，而使得細胞凋亡。由於BAD所調控的細胞凋亡是與粒線體相關的，而在肝細胞中葡萄糖代謝的第一步即糖解作用亦是在粒線體開始發生，於是在偶然的機會下作者發現了細胞凋亡和糖解作用的相關性。

首先作者收取老鼠肝細胞的粒線體後，運用gel filtration （first dimension）、non-denaturing gels（second dimension）及 SDS-PAGE gels（third dimension）（Fig. 1）再加上liquid chromatography tandem mass spectrometry 來定序，

而在粒線體上找到由BAD、protein kinase A、protein phosphatase 1 catalytic units、Wiskott–Aldrich family member WAVE-1 和 glucokinase這五者所形成的functional holoenzyme complex。

			Fig 1. 簡圖說明運用gel filtration、non-denaturing gels、SDS-PAGE gels來分離粒線體蛋白質複合體。

接著作者運用mitochondrial glucokinase assay、mitochondrial respiration assay並以老鼠進行intraperitoneal glucose tolerance活體實驗來研究BAD-containing complex的生理意義，從實驗中可以知道若缺少BAD，則不會形成此複合體，而此複合體的有無則影響了glucokinase的活性、利用葡萄糖作為能量來源時的耗氧量及對葡萄糖的耐受性，而葡萄糖的消耗則會使BAD去磷酸化而啟動BAD-dependent apoptosis。另外，BAD的磷酸化與否是否影響此複合體亦被探討，從實驗中可以知道 BAD若無法被磷酸化並不會影響此複合體的形成，但會影響此複合體之功能，而與不形成此複合體時同樣影響其glucokinase的活性及對於葡萄糖的恆定。

對於細胞存亡的調控中，細胞能藉由糖解作用，使食物能轉變成能量以供給給細胞本身，使細胞能進行一切活動而得以存活。而細胞凋亡則是在必要的情形下，例如能量不足時，導引細胞進行計畫性的細胞死亡。在過去的研究中，糖解作用和細胞凋亡這兩件對細胞存亡扮演了主要的調控的事情，一直被認為是各自獨立不相關的兩件事。但是在本篇文獻中，作者利用了蛋白質體學分析，發現了BAD這個原本被認為是調控細胞死亡的蛋白質，也與葡萄糖的代謝有關，而在糖解作用和細胞凋亡二者扮演了整合和協調的重要角色（Fig. 2）。

References:

1.          Harada, h. et al. Phosphorylation and inactivation of BAD by mitochondria-anchored protein kinase A. Mol. Cell 3: 413-422, 1999.

2.          Postic, C. et al. Cell-specific roles of glucokinase in glucose homeostasis. Recent Prog. Horm. Res. 56: 195-217, 2001.