Metabolic and Cellular Compartments of Acetyl-CoA in the Healthy and Diseased Brain

Abstract

The human brain is characterised by the most diverse morphological, metabolic and functional structure among all body tissues. This is due to the existence of diverse neurons secreting various neurotransmitters and mutually modulating their own activity through thousands of pre- and postsynaptic interconnections in each neuron. Astroglial, microglial and oligodendroglial cells and neurons reciprocally regulate the metabolism of key energy substrates, thereby exerting several neuroprotective, neurotoxic and regulatory effects on neuronal viability and neurotransmitter functions. Maintenance of the pool of mitochondrial acetyl-CoA derived from glycolytic glucose metabolism is a key factor for neuronal survival. Thus, acetyl-CoA is regarded as a direct energy precursor through the TCA cycle and respiratory chain, thereby affecting brain cell viability. It is also used for hundreds of acetylation reactions, including N-acetyl aspartate synthesis in neuronal mitochondria, acetylcholine synthesis in cholinergic neurons, as well as divergent acetylations of several proteins, peptides, histones and low-molecular-weight species in all cellular compartments. Therefore, acetyl-CoA should be considered as the central point of metabolism maintaining equilibrium between anabolic and catabolic pathways in the brain. This review presents data supporting this thesis.

Onset of Alzheimer disease in apolipoprotein ɛ4 carriers is earlier in butyrylcholinesterase K variant carriers

“…In addition, lower cholesterol delivery by ApoE4 to the long and extensively arborized axons of the metabolically taxed cholinergic neurons requires them to expend energy on cholesterol synthesis and to consume acetyl coenzyme A (acetyl-CoA) (49). Acetyl-CoA is an essential substrate for the synthesis of both ACh and lipids essential for myelin formation and maintenance of cellular membranes (50). The ascending white matter projections of the basal forebrain cholinergic system may be particularly vulnerable to the combination of Aβ pathology and ApoE4 (51)(52)(53).…”

Цитиколін Та Вітаміни Групи В У Підтримці Функціонального Стану Нервової Системи

“…Вітамін B 1 (тіамін) бере участь у величезній кількості енерговитратних функцій у всіх тканинах, у тому числі в пе риферичній та центральній нервовій системі [23]. Він є ко ензимом ряду ферментів, що регулюють вуглеводний і біл ковий обмін, необхідний для нормального функціонування нервової системи, травного тракту, серцевої діяльності та ендокринних залоз.…”

“…Вітамін В 6 (піридоксин) за рахунок своїх метаболіч но активних форм діє як кофактор ферментів, які беруть участь у метаболізмі амінокислот, глікогенолізі та глюко неогенезі, синтезі гему та утворенні ніацину з триптофа ну, а також у ліпідному обміні та дії гормонів [23]. Піри доксальфосфат є кофактором для глікогенфосфорилази, яка вивільняє глюкозо1фосфат з глікогену та забезпечує додаткову глюкозу, коли це необхідно, наприклад, під час тренування чи нервового перевантаження [24].…”

A genetically-encoded fluorescent biosensor for visualization of acetyl-CoA in live cells

“…Acetyl-CoA metabolism is a potential therapeutic target in diseases including cancer, [11][12][13] metabolic disease, 12,14,15 and neurodegenerative disease. [16][17][18] Moreover, acetyl-CoA metabolism in bacteria and yeast is of interest since it is the precursor to many valuable chemicals such as isoprenoids, polyketides, and 3-hydroxypropionate. [19][20][21] Microbial factories offer a sustainable alternative to fossil fuel-derived chemical production.…”