Glucose Metabolism in the Brain--EDITED BY DONARD DWYER Departments of Psychiatry and Pharmacology LSU Health Sciences Center Shreveport, Louisiana
Comentario:
CONTENTS:
CONTRIBUTORS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xi
PREFACE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xiii
Energy Metabolism in the Brain
LEIF HERTZ AND GERALD A. DIENEL
I. Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
II. Pathways and Regulation of Glucose Utilization. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
III. Relation between Glucose Utilization and Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
IV.. In vitro Studies of Stimulatory Mechanisms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
V. Concluding Remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
The Cerebral Glucose-Fatty Acid Cycle: Evolutionary Roots, Regulation,
and (Patho)physiological Importance
KURT HEININGER
I. Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
II. Energy Homeostasis and the Glucose-Fatty Acid Cycle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
III. The Evolutionary Roots of the Glucose-FA Cycle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
IV. The Regulation of Brain Energy Homeostasis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
V. (Patho)physiological Importance of the Glucose-FA Cycle . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
VI. Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
Expression, Regulation, and Functional Role of Glucose Transporters
(GLUTs) in Brain
DONARD S. DWYER, SUSAN J. VANNUCCI, AND IAN A. SIMPSON
I. Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
II. Structure of GLUTs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
v
vi CONTENTS
III. Survey of GLUT Distribution in the Brain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
IV. Regulation of Glucose Transport in Brain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
V. Conditions Associated with Modulation of GLUT Expression in Brain. . . . . 173
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
Insulin-Like Growth Factor-1 Promotes Neuronal Glucose Utilization
During Brain Development and Repair Processes
CAROLYN A. BONDY AND CLARA M. CHENG
I. Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
II. The Insulin/IGF System. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
III. IGF/Insulin System Expression in the Brain. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
IV. IGF-1 and Brain Glucose Utilization. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
V. Effects of Transgenic IGF-1 Overexpression in Brain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
VI. IGF-1 in the Primate Brain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
VII. Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
VIII. Future Directions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
CNS Sensing and Regulation of Peripheral Glucose Levels
BARRY E. LEVIN, AMBROSE A. DUNN-MEYNELL, AND VANESSA H. ROUTH
I. Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
II. Where Is Glucose Sensed?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
III. How Is Glucose Sensed? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
IV. Why Is Glucose Sensed? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234
V. How Is Glucosensing Altered in Disease States? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237
VI. Summary and Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
Glucose Transporter Protein Syndromes
DARRYL C. DE VIVO, DONG WANG, JUAN M. PASCUAL, AND YUAN YUAN HO
I. Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
II. Review of Glucose Metabolism and Transport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260
III. Human Diseases Associated with Defects of Glucose Transport . . . . . . . . . . . . . 263
IV. Concluding Remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281
V. Future Directions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284
CONTENTS vii
Glucose, Stress, and Hippocampal Neuronal Vulnerability
LAWRENCE P. REAGAN
I. Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290
II. Streptozotocin Diabetes as a Model of Increased
Allostatic/Homeostatic Load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293
III. Diabetes, Stress, and Neuronal Glucose Homeostasis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296
IV. Stress, Diabetes, and Hippocampal Neuronal Activity: Behavioral
Consequences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303
V. Future Perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314
Glucose/Mitochondria in Neurological Conditions
JOHN P. BLASS
I. Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326
II. Glucose Transport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332
III. Glycolysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333
IV. The PDHC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335
V. The Krebs TCA Cycle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338
VI. Anaplerosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345
VII. Disorders of the Electron Transport Chain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346
VIII. Impaired Mitochondrial Function in Other Disorders. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 355
IX. Summary and Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365
Energy Utilization in the Ischemic/Reperfused Brain
JOHN W. PHILLIS AND MICHAEL H. O’REGAN
I. Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377
II. The Normoxic, Normoglycemic Brain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378
III. Metabolism in the Ischemic/Reperfused Brain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383
IV. Hyperglycemia, Diabetes, and Ischemic Injury . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395
V. Insulin’s Effects on Ischemic Injury . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 401
VI. Conclusions and Future Directions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 404
Diabetes Mellitus and the Central Nervous System
ANTHONY L. MCCALL
I. Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 416
II. DM and Stroke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 416
viii CONTENTS
III. Hypoglycemia and the Brain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421
IV. Brain Damage from Hypoglycemia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 428
V. Effects of Profound Hypoglycemia Upon Neurochemistry . . . . . . . . . . . . . . . . . . 430
VI. Physiological Adaptations of the Brain to Hyper- and Hypoglycemia . . . . . . . 431
VII. Altered Neurotransmitter Metabolism in Diabetes and Hypoglycemia . . . . . 434
VIII. DM and Epilepsy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 436
IX. Effects of Uncontrolled Diabetes and Hypoglycemia on Cognitive
Performance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 438
X. Future Research Directions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 441
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443
Diabetes, the Brain, and Behavior: Is There a Biological Mechanism
Underlying the Association between Diabetes and Depression?
ALAN M. JACOBSON, JACQUELINE A. SAMSON, KATIE WEINGER,
AND CHRISTOPHER M. RYAN
I. Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 455
II. Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 457
III. Diabetes and Psychiatric Illness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 458
IV. Diabetes and Cognition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 465
V. Diabetes, Brain Structure, and Brain Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 467
VI. Depression, Brain Structure, and Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 470
VII. Testing the Model: Preliminary Evidence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 471
VIII. Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 472
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 473
Schizophrenia and Diabetes
DAVID C. HENDERSON AND ELISSA R. ETTINGER
I. Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 481
II. Schizophrenia and DM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 481
III. Genetics of Diabetes and Schizophrenia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 482
IV. Tardive Dyskinesia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 484
V. Conventional Antipsychotic Agents and Diabetes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 485
VI. Atypical Antipsychotic Agents and DM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 486
VII. Mechanisms of Glucose Metabolism Impairment by Antipsychotic Agents. 489
VIII. Cognition and Schizophrenia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 491
IX. The Role of Neurotransmitter Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493
X. Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 495
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 496
CONTENTS ix
Psychoactive Drugs Affect Glucose Transport and the Regulation
of Glucose Metabolism
DONARD S. DWYER, TIMOTHY D. ARDIZZONE, AND RONALD J. BRADLEY
I. Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 503
II. Regulation of Glucose Transport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 504
III. Modulation of Glucose Transport by Psychoactive Drugs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 505
IV. Inhibition of Glucose Transport and Hyperglycemia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 514
V. Drug-Binding Site on GLUTs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 518
VI. Endogenous Molecules That Regulate Glucose Transport. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 520
VII. Future Directions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 521
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523
INDEX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 531
CONTENTS OF RECENT VOLUMES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 547
Glucose Metabolism in the Brain.PDF
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