Regulation of the akt signalling in human skeletal muscle atrophy

Abstract : The term "muscle disuse" is often used to refer collectively to reductions in neuromuscular activity as observed with sedentary lifestyles, reduced weight bearing, cancer, chronic obstructive pulmonary disease, chronic heart failure, spinal cord injury, sarcopenia or exposure to microgravity (spaceflight). Muscle disuse atrophy, caused by accelerated proteolysis, is predominantly due to the activation of the ATP-dependent ubiquitin (Ub) proteasome pathway. The current advances in understanding the molecular factors contributing to the Ub-dependent proteolysis process have been made mostly in rodent models of human disease and denervation with few investigations performed directly in humans. Recently, in mice, the genes Atrogin-1 and MuRF1 have been designated as primary candidates in the control of muscle atrophy. Additionally, the decreased activity of the Akt/GSK-3ß and Akt/mTOR pathways has been associated with a reduction in protein synthesis and contributing to skeletal muscle atrophy. Therefore, it is now commonly accepted that skeletal muscle atrophy is the result of a decreased protein synthesis concomitant with an increase in protein degradation (Glass 2003). Atrogin-1 and MuRF1 are genes expressed exclusively in muscle. In mice, their expression has been shown to be directly correlated with the severity of atrophy. KO-mice experiments showed a major protection against atrophy when either of these genes were deleted. Skeletal muscle hypertrophy is an important function in normal postnatal development and in the adaptive response to exercise. It has been shown, in vitro, that the activation of phosphatidylinositol 3-kinase (PI-3K), by insulin growth factor 1 (IGF-1), stimulates myotubes hypertrophy by activating the downstream pathways, Akt/GSK-3ß and Akt/mTOR. It has also been demonstrated in mice, in vivo, that activation of these signalling pathways causes muscle hypertrophy. Moreover, the latter were recently proposed to also reduce muscle atrophy by inhibiting the FKHR mediated transcription of several muscle atrophy genes; Atrogin-1 and MuRF1. Therefore, these targets present new avenues for developing further the understanding of the molecular mechanisms involved in both skeletal muscle atrophy and hypertrophy. The present study proposed to investigate the regulation of the Akt/GSK-3ß and Akt/mTOR signalling pathways, as well as the expression levels of the "atrogenes", Atrogin-1 and MuRF1, in four human models of skeletal muscle atrophy. In the first study, we measured the regulation of the Akt signalling pathway after 8 weeks of both hypertrophy stimulating resistance training and atrophy stimulation de-training. As expected following resistance training, muscle hypertrophy and an increase in the phosphorylation status of the different members of the Akt pathway was observed. This was paralleled by a concomitant decrease in FOXO1 nuclear protein content. Surprisingly, exercise training also induced an increase in the, expression of the atrophy genes and proteins involved in the ATP-dependant ubiquitin-proteasome system. On the opposite, following the de-training period a muscle atrophy, relative to the post-training muscle size, was measured. At the same time, the phosphorylation levels of Akt and GSK-3ß were reduced while the amount of FOXO1 in the nucleus increased. After the atrophy phase, there was also a reduction in Atrogin-1 and MuRF1 contents. In this study, we demonstrate for the first time in healthy human skeletal muscle, that the regulation of Akt and its downstream targets GSK-3ß, mTOR and FOXO1 are associated with both thé skeletal muscle hypertrophy and atrophy processes. Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a progressive neurodegenerative disease characterized by the loss of both upper and lower motor neurons, which leads to severe muscle weakness and atrophy. All measurements were performed in biopsies from 22 ALS patients and 16 healthy controls. ALS patients displayed an increase in Atrogin-1 mRNA and protein content which was associated with a decrease in Akt activity. However there was no difference in the mRNA and phospho-protein content of FOXO1, FOXO3a, p70S6K and GSK-3ß. The transcriptional regulation of human Atrogin-1 may be controlled by an Akt-mediated transcription factor other than FKHR or via an other signalling pathway. Chronic complete spinal cord injury (SCI) is associated with severe muscle atrophy which is linked to co-morbidity factors such as diabetes, obesity, lipid disorders and cardiovascular diseases. Molecular mechanisms associated with chronic complete SCI-related muscle atrophy are not well understood. The aim of the present study was to determine if there was an increase in catabolic signalling targets such as Atrogin-1, MuRF1, FOXO and myostatin, and decreases in anabolic signalling targets such as IGF, Akt, GSK-3ß, mTOR, 4E-BP1 and p-70S6K in chronic complete SCI patients. All measurements were performed in biopsies taken from 8 complete chronic SCI patients and 7 age matched healthy controls. In SCI patients when compared with controls, there was a significant reduction in mRNA levels of Atrogin1, MuRF1 and Myostatin. Protein levels for Atrogin-1, FOX01 and FOX03a were also reduced. IGF-1 and both phosphorylated GSK-3ß and 4E-BP1 were decreased; the latter two in an Akt and mTOR independent manner, respectively. Reductions in Atrogin-1, MuRF1, FOXO and myostatin suggest the existence of an internal mechanism aimed at reducing further loss of muscle proteins during chronic SCI. The downregulation of signalling proteins regulating anabolism such as IGF, GSK3ß and 4E-BP1 would reduce the ability to increase protein synthesis rates in this chronic state of muscle wasting. The molecular mechanisms controlling age-related skeletal muscle loss in humans are poorly understood. The present study aimed to investigate the regulation of several genes and proteins involved in the activation of key signalling pathways promoting muscle hypertrophy such as GH/STAT5/IGF, IGF/Akt/GSK-3ß/4E-BP1 and muscle atrophy such as TNFα/SOCS3 and Akt/FOXO/Atrogin-1 or MuRF1 in muscle biopsies from 13 young and 16 elderly men. In the older, as compared with the young subjects, TNFα and SOCS-3 were increased while growth hormone receptor protein (GHR) and IGF-1 mRNA were both decreased. Akt protein levels were increased however no change in phosphorylated Akt content was observed. GSK-3ß phosphorylation levels were increased while 4E-BP1 was not changed. Nuclear FKHR and FKHRL1 protein levels were decreased, with no changes in their atrophy target genes, Atrogin-1 and MuRF1. Myostatin mRNA and protein levels were significantly elevated. Human sarcopenia may be linked to a reduction in the activity or sensitivity of anabolic signalling proteins such as GHR, IGF and Akt. TNFα, SOCS-3 and myostatin are potential candidates influencing this anabolic perturbation. In conclusion our results support those obtained in rodent or ín vitro models, and demonstrate Akt plays a pivotal role in the control of muscle mass in humans. However, the Akt phosphorylation status was dependant upon the model of muscle atrophy as Akt phosphorylation was reduced in all atrophy models except for SCI. Additionally, the activity pattern of the downstream targets of Akt appears to be different upon the various human models. It seems that under particular conditions such as spinal cord injury or sarcopenia, .the regulation of GSK-3ß, 4eBP1 and p70S6K might be independent of Akt suggesting alternative signalling pathways in the control of these the anabolic response in human skeletal muscle. The regulation of Atrogin-1 and MuRF1 in some of our studies has been shown to be also independent of the well-described Akt/FOXO signalling pathway suggesting that other transcription factors may regulate human Atrogin-1 and MuRF1. These four different models of skeletal muscle atrophy and hypertrophy have brought a better understanding concerning the molecular mechanisms controlling skeletal muscle mass in humans.

Molecular mechanisms for the transcriptional regulation of the Connexin36 gene expression in insulin-secreting cells

Résumé Régulation de l'expression de la Connexin36 dans les cellules sécrétrices d'insuline La communication intercellulaire est en partie assurée via des jonctions communicantes de type "gap". Dans la cellule ß pancréatique, plusieurs observations indiquent que le couplage assuré par des jonctions gap formées parla Connexine36 (Cx36) est impliqué dans le contrôle de la sécrétion de l'insuline. De plus, nous avons récemment démontré qu'un niveau précis d'expression de la Cx36 est nécessaire pour maintenir une bonne coordination de l'ensemble des cellules ß, et permettre ainsi une sécrétion synchrone et contrôlée d'insuline. Le développement du diabète et du syndrome métabolique est partiellement dû à une altération de la capacité des cellules ß à sécréter de l'insuline en réponse à une augmentation de la glycémie. Cette altération est en partie causée par l'augmentation prolongée des taux circulant de glucose, mais aussi de lipides, sous la forme d'acides gras libres, et de LDL (Low Density Lipoproteins), particules assurant le transport des acides gras et du cholestérol dans le sang. Nous avons étudié la régulation de l'expression de la Cx36 dans différentes conditions reflétant la physiopathologie du diabète de type 2 et du syndrome métabolique et démontré qu'une exposition prolongée à des concentrations élevées de glucose, de LDL, ainsi que de palmitate (acide gras saturé le plus abondant dans l'organisme), inhibent l'expression de la Cx36 dans les cellules ß. Cette inhibition implique l'activation de la PKA (Proteine Kinase A), qui stimule à son tour l'expression du facteur de transcription ICER-1 (Inductible cAMP Early Repressor-1). Ce puissant répresseur se fixe spécifiquement sur un motif CRE (cAMP Response Element), situé dans le promoteur du gène de la Cx36, inhibant ainsi son expression. Nous avons de plus démontré que des cytokines pro-inflammatoires, qui pourraient contribuer au développement du diabète, inhibent également l'expression de la Cx36. Cependant, les cytokines agissent indépendamment du répresseur ICER-1, mais selon un mécanisme requérant l'activation de l'AMPK (AMP dependant protein kinase). Sachant qu'un contrôle précis des niveaux d'expression de la Cx36 est un élément déterminant pour une sécrétion optimale de l'insuline, nos résultats suggèrent que la Cx36 pourrait être impliquée dans l'altération de la sécrétion de l'insuline contribuant à l'apparition du diabète de type 2. Summary A particular way by which cells communicate with each other is mediated by gap junctions, transmembrane structures providing a direct pathway for the diffusion of small molecules between adjacent cells. Gap junctional communication is required to maintain a proper functioning of insulin-secreting ß-cells. Moreover, the expression levels of connexin36 (Cx36), the sole gap junction protein expressed in ß-cells, are critical in maintaining glucose-stimulated insulin secretion. Chronic hyperglycemia and hyperlipidemia exert deleterious effects on insulin secretion and may contribute to the progressive ß-cell failure linked to the development of type 2 diabetes and metabolic syndrome. Since modulations of the Cx36 levels might impair ß-cell function, the general aim of this work was to elucidate wether elevated levels of glucose and lipids affect Cx36 expression. The first part of this work was dedicated to the study of the effect of high glucose concentrations on Cx36 expression. We demonstrated that glucose transcriptionally down-regulates the expression of Cx36 in insulin-secreting cells through activation of the protein kinase A (PKA), which in turn stimulates the expression of the inducible cAMP early repressor-1 (ICER-1). This repressor binds to a highly conserved cAMP response element (CRE) located in the Cx36 promoter, thereby inhibiting Cx36 expression. The second part of this thesis consisted in studying the effects of sustained exposure to free fatty acids (FFA) and human lipoproteins on Cx36 levels. The experiments revealed that the most abundant FFA, palmitate, as well as the atherogenic low density lipoproteins (LDL), also stimulate ICER-1 expression, resulting in Cx36 down-regulation. Finally, the third part of the work focused on the consequences of long-term exposure to proinflammatory cytokines on Cx36 content. Interleukin-1 ß (IL-1 ß) inhibits Cx36 expression and its effect is potentialized by tumor necrosis factor α (TNFα) and interferon γ (IFNγ). We further unveiled that the cytokines effect on Cx36 levels requires activation of the AMP dependent protein kinase (AMPK). Prolonged exposures to glucose, palmitate, LDL, and pro-inflammatory cytokines have all been proposed to contribute to the development of diabetes and metabolic syndrome. Since Cx36 expression levels are critical to maintain ß-cell function, Cx36 down-regulation by glucose, lipids, and cytokines might participate to the ß-cell failure associated with diabetes development.

Regulation of the epithelial Na+ channel ENaC by Tsg101 in renal epithelial cells

Kidneys are the main regulator of salt homeostasis and blood pressure. In the distal region of the tubule active Na-transport is finely tuned. This transport is regulated by various hormonal pathways including aldosterone that regulates the reabsorption at the level of the ASDN, comprising the late DCT, the CNT and the CCD. In the ASDN, the amiloride-sensitive epithelial Na-channel (ENaC) plays a major role in Na-homeostasis, as evidenced by gain-of function mutations in the genes encoding ENaC, causing Liddle's syndrome, a severe form of salt-sensitive hypertension. In this disease, regulation of ENaC is compromised due to mutations that delete or mutate a PY-motif in ENaC. Such mutations interfere with Nedd4-2- dependent ubiquitylation of ENaC, leading to reduced endocytosis of the channel, and consequently to increased channel activity at the cell surface. After endocytosis ENaC is targeted to the lysosome and rapidly degraded. Similarly to other ubiquitylated and endocytosed plasma membrane proteins (such as the EGFR), it is likely that the multi-protein complex system ESCRT is involved. To investigate the involvement of this system we tested the role of one of the ESCRT proteins, Tsg101. Here we show that Tsg101 interacts endogenously and in transfected HEK-293 cells with all three ENaC sub-units. Furthermore, mutations of cytoplasmic lysines of ENaC subunits lead to the disruption of this interaction, indicating a potential involvement of ubiquitin in Tsg101 / ENaC interaction. Tsg101 knockdown in renal epithelial cells increases the total and cell surface pool of ENaC, thus implying TsglOl and consequently the ESCRT system in ENaC degradation by the endosomal/lysosomal system. - Les reins sont les principaux organes responsables de la régulation de la pression artérielle ainsi que de la balance saline du corps. Dans la région distale du tubule, le transport actif de sodium est finement régulé. Ce transport est contrôlé par plusieurs hormones comme l'aldostérone, qui régule la réabsorption au niveau de l'ASDN, segment comprenant la fin du DCT, le CNT et le CCD. Dans l'ASDN, le canal à sodium épithélial sensible à l'amiloride (ENaC) joue un rôle majeur dans l'homéostasie sodique, comme cela fut démontré par les mutations « gain de fonction » dans les gênes encodant ENaC, causant ainsi le syndrome de Liddle, une forme sévère d'hypertension sensible au sel. Dans cette maladie, la régulation d'ENaC est compromise du fait des mutations qui supprime ou mute le domaine PY présent sur les sous-unités d'ENaC. Ces mutations préviennent l'ubiquitylation d'ENaC par Nedd4-2, conduisant ainsi à une baisse de l'endocytose du canal et par conséquent une activité accrue d'ENaC à la surface membranaire. Après endocytose, ENaC est envoyé vers le lysosome et rapidement dégradé. Comme d'autres protéines membranaires ubiquitylées et endocytées (comme l'EGFR), il est probable que le complexe multi-protéique ESCRT est impliqué dans le transport d'ENaC au lysosome. Pour étudier l'implication du système d'ESCRT dans la régulation d'ENaC nous avons testé le rôle d'une protéine de ces complexes, TsglOl. Notre étude nous a permis de démontrer que TsglOl se lie aux trois sous-unités ENaC aussi bien en co-transfection dans des cellules HEK-293 que de manière endogène. De plus, nous avons pu démontrer l'importance de l'ubiquitine dans cette interaction par la mutation de toutes les lysines placées du côté cytoplasmique des sous-unités d'ENaC, empêchant ainsi l'ubiquitylation de ces sous-unités. Enfin, le « knockdown » de TsglOl dans des cellules épithéliales de rein induit une augmentation de l'expression d'ENaC aussi bien dans le «pool» total qu'à la surface membranaire, indiquant ainsi un rôle pour TsglOl et par conséquent du système d'ESCRT dans la dégradation d'ENaC par la voie endosome / lysosome. - Le corps humain est composé d'organes chacun spécialisé dans une fonction précise. Chaque organe est composé de cellules, qui assurent la fonction de l'organe en question. Ces cellules se caractérisent par : - une membrane qui leur permet d'isoler leur compartiment interne (milieu intracellulaire ou cytoplasme) du liquide externe (milieu extracellulaire), - un noyau, où l'ADN est situé, - des protéines, sortent d'unités fonctionnelles ayant une fonction bien définie dans la cellule. La séparation entre l'extérieure et l'intérieure de la cellule est essentielle pour le maintien des composants de ces milieux ainsi que pour la bonne fonction de l'organisme et des cellules. Parmi ces composants, le sodium joue un rôle essentiel car il conditionne le maintien de volume sanguin en participant au maintien du volume extracellulaire. Une augmentation du sodium dans l'organisme provoque donc une augmentation du volume sanguin et ainsi provoque une hypertension. De ce fait, le contrôle de la quantité de sodium présente dans l'organisme est essentiel pour le bon fonctionnement de l'organisme. Le sodium est apporté par l'alimentation, et c'est au niveau du rein que va s'effectuer le contrôle de la quantité de sodium qui va être retenue dans l'organisme pour le maintien d'une concentration normale de sodium dans le milieu extracellulaire. Le rein va se charger de réabsorber toutes sortes de solutés nécessaires pour l'organisme avant d'évacuer les déchets ou le surplus de ces solutés en produisant l'urine. Le rein va se charger de réabsorber le sodium grâce à différentes protéines, parmi elle, nous nous sommes intéressés à une protéine appelée ENaC. Cette protéine joue un rôle important dans la réabsorption du sodium, et lorsqu'elle fonctionne mal, comme il a pu être observé dans certaines maladies génétiques, il en résulte des problèmes d'hypo- ou d'hypertension. Les problèmes résultant du mauvais fonctionnement de cette protéine obligent donc la cellule à réguler efficacement ENaC par différents mécanismes, notamment en diminuant son expression et en dégradant le « surplus ». Dans cette travail de thèse, nous nous sommes intéressés au mécanisme impliqué dans la dégradation d'ENaC et plus précisément à un ensemble de protéines, appelé ESCRT, qui va se charger « d'escorter » une protéine vers un sous compartiment à l'intérieur de la cellule ou elle sera dégradée.

Regulation of the peroxisome proliferator-activated receptor alpha gene by glucocorticoids.

This study demonstrates that the expression of the peroxisome proliferator-activated receptor alpha (PPAR alpha) is regulated by glucocorticoid hormones in hepatocytes. Hydrocortisone, dexamethasone, and triamcinolone stimulated PPAR alpha mRNA synthesis in a dose-dependent manner in primary rat hepatocyte cultures. This glucocorticoid stimulation was inhibited by RU 486, a specific glucocorticoid antagonist. Moreover, in contrast to glucocorticoid hormones, the mineralocorticoid aldosterone had only a weak effect, suggesting that the hormonal stimulation of PPAR alpha was mediated by the glucocorticoid receptor. The induction was not prevented by cycloheximide treatment of the hepatocytes, indicating that it was mediated by preexisting glucocorticoid receptor. Finally, the RNA synthesis inhibitor actinomycin D abolished the stimulatory effect of dexamethasone, and nuclear run-on analysis showed an increase of PPAR alpha transcripts after hormonal induction. Thus, the PPAR alpha gene is an early response gene of glucocorticoids that control its expression at the transcriptional level.

Role and regulation of islet-Brain 1 in pancreatic β-cells

Résumé : L'insuline est produite et sécrétée par la cellule ß-pancréatique. Son rôle est de régler le taux de sucre dans le sang. Si ces cellules meurent ou échouent à produire suffisamment de l'insuline, les sujets développent le diabète de type 2 (DT2), une des maladies les plus communes dans les pays développés. L'excès chronique des lipoprotéines LDL oxydés (oxLDL) et/ou des cytokines pro-inflammatoires comme l'interleukine-1ß (IL-1ß) participent au dérèglement et à la mort des cellules ß. Nous avons montré qu'une chute des niveaux d'expression de la protéine nommée «mitogen activated protein kinase 8 interacting protein 1» ou «islet brain 1 (IB 1)» est en partie responsable des effets provoqués par les oxLDL ou IL-1ß. IB1 régule l'expression de l'insuline et la survie cellulaire en inhibant la voie de signalisation « c-jun N-terminal Kinase (JNK)». La réduction des niveaux d'expression d'IB1 provoque l'activation de la voie JNK en réponse aux facteurs environnementaux, et ainsi initie la réduction de l'expression de l'insuline et l'induction du programme de mort cellulaire. Les mimétiques de l'hormone "Glucagon-like peptide 1", tel que l'exendin-4 (ex-4), sont une nouvelle classe d'agents hypoglycémiants utilisés dans le traitement du DT2. Les effets bénéfiques de l'ex-4 sont en partie accomplis en préservant l'expression de l'insuline et la survie des cellules ß contre les stress associés au DT2. La restauration des niveaux d'expression d'IB1 est un des mécanismes par lequel l'ex-4 prodigue son effet sur la cellule. En effet, cette molécule stimule l'activité du promoteur du gène et ainsi compense la réduction du contenu en IB1 causée par le stress. Outre ce rôle anti-apoptotique, dans ce travail de thèse nous avons mis en évidence une autre fonction d'IB1 dans la cellule ß. La réduction de l'activité ou des niveaux d'expression d'IB1 induisent une réduction importante de la sécrétion de l'insuline en réponse au glucose. Le mécanisme par lequel IB1 régule la sécrétion de l'insuline implique à la fois le métabolisme du glucose et éventuellement le transport vésiculaire en contrôlant l'expression de la protéine annexin A2. En résumé, IB 1 est une molécule clé à travers laquelle l'environnement du diabétique pourrait exercer un effet délétère sur la cellule ß. L'amélioration de l'activité d'IB1 et/ou de son expression devrait être considérée dans les approches thérapeutiques futures visant à limiter la perte des cellules ß dans le diabète. Abstract : ß-cells of the pancreatic islets of Langerhans produce and secrete insulin when blood glucose rises. In turn, insulin ensures that plasma glucose concentrations return within a relatively narrow physiological range. If ß-cells die or fail to produce enough insulin, individuals develop one of the most common diseases in Western countries, namely type 2 diabetes (T2D). Chronic excess of oxidized low density lipoproteins (oxLDL) and/or pro-inflammatory cytokines such as interleukin 1-ß (IL-1ß) contribute to decline of ß-cells and thereby are thought to accelerate progression of the disease overtime. We showed that profound reduction in the levels of the mitogen activated protein kinase 8 interacting protein 1 also called islet brain 1 (IB1) causes ß-cell failure accomplished by oxLDL or IL-1 ß. IB1 regulates insulin expression and cell survivals by inhibiting the c-Jun N-terminal Kinase pathway. Diminution in IB 1 levels leads to an increase in activation of the JNK pathway induced by environmental stressors, and thus initiates loss of insulin expression and programmed cell death. The mimetic agents of the glucoincretin glucagon-like peptide 1 such as exendin-4 (ex-4) are new class of hypoglycaemic medicines for treatment of T2D. The beneficial property is in part achieved by preserving insulin expression and ß-cell survival against stressors related to diabetes. Restored levels in IB 1 account for the cytoprotective effect of the ex-4. In fact, the latter molecule .stimulates the promoter activity of the gene and thus compensates loss of IB1 content triggered by stress. Beside of the anti-apoptotic role, an additional leading function for IB 1 in ß-cells was highlighted in this thesis. Impairment in IB1 activity or silencing of the gene in ß-cells revealed a major reduction in insulin secretion elicited by glucose. The mechanisms whereby IB 1 couples glucose to insulin release involve glucose metabolism and potentially, vesicles trafficking by maintaining the levels of annexin A2. IB 1 is therefore a key molecule through which environmental factors related to diabetes may exert harmful effects on ß-cells. Improvement in IB 1 activity and/or expression should be considered as a target for therapeutic purpose.

Regulation of the expression of components of the exocytotic machinery of insulin-secreting cells by microRNAs

Fine-tuning of insulin secretion from pancreatic beta-cells participates in blood glucose homeostasis. Defects in this process can lead to chronic hyperglycemia and diabetes mellitus. Several proteins controlling insulin exocytosis have been identified, but the mechanisms regulating their expression remain poorly understood. Here, we show that two non-coding microRNAs, miR124a and miR96, modulate the expression of proteins involved in insulin exocytosis and affect secretion of the beta-cell line MIN6B1. miR124a increases the levels of SNAP25, Rab3A and synapsin-1A and decreases those of Rab27A and Noc2. Inhibition of Rab27A expression is mediated by direct binding to the 3'-untranslated region of Rab27A mRNA. The effect on the other genes is indirect and linked to changes in mRNA levels. Over-expression of miR124a leads to exaggerated hormone release under basal conditions and a reduction in glucose-induced secretion. miR96 increases mRNA and protein levels of granuphilin, a negative modulator of insulin exocytosis, and decreases the expression of Noc2, resulting in lower capacity of MIN6B1 cells to respond to secretagogues. Our data identify miR124a and miR96 as novel regulators of the expression of proteins playing a critical role in insulin exocytosis and in the release of other hormones and neurotransmitters

Control of pancreatic β-cell mass and function by gluco-incretin hormones : identification of novel regulatory mechanisms for the treatment of diabetes

Summary : Control of pancreatic ß-cell mass and function by gluco-incretin hormones: Identification of novel regulatory mechanisms for the treatment of diabetes The ß-cells of islets of Langerhans secrete insulin to reduce hyperglycemia. The number of pancreatic islet ß-cells and their capacity to secrete insulin is modulated in normal physiological conditions to respond to the metabolic demand of the organism. A failure of the endocrine pancreas to maintain an adequate insulin secretory capacity due to a reduced ß-cell number and function underlies the pathogenesis of both type 1 and type 2 diabetes. The molecular mechanisms controlling the glucose competence of mature ß-cells, i.e., the magnitude of their insulin secretion response to glucose, ß-cell replication, their differentiation from precursor cells and protection against apoptosis are poorly understood. To investigate these mechanisms, we studied the effects on ß-cells of the gluco-incretin hormones, glucose-dependent insulinotropic polypeptide (GIP) and glucagon-like peptide-1 (GLP-1) which are secreted by intestinal endocrine cells after food intake. Besides acutely potentiating glucose-stimulated insulin secretion, these hormones induce ß-cell differentiation from precursor cells, stimulate mature ß-cell replication, and protect them against apoptosis. Therefore, understanding the molecular basis for gluco-incretin action may lead to the uncovering of novel ß-cell regulatory events with potential application for the treatment or prevention of diabetes. Islets from mice with inactivation of both GIP and GLP-1 receptor genes (dK0) present a defect in glucose-induced insulin secretion and are more sensitive than control islets to cytokine-induced apoptosis. To search for regulatory genes, that may control both glucose competence and protection against apoptosis, we performed comparative transcriptomic analysis of islets from control and dK0 mice. We found a strong down-regulation of the IGF1 Rexpression in dK0 islets. We demonstrated in both a mouse insulin-secreting cell line and primary islets, that GLP-1 stimulated IGF-1R expression and signaling. Importantly, GLP-1induced IGF-1R-dependent Akt phosphorylation required active secretion, indicating the presence of an autocrine activation mechanism. We further showed that activation of IGF-1R signaling was dependent on the secretion of IGF-2 and IGF-2 expression was regulated by nutrients. Finally, we demonstrated that the IGF-Z/IGF-1R autocrine loop was required for GLP-1 i) to protect ß-cells against cytokine-induced apoptosis, ii) to enhance their glucose competence and iii) to increase ß-cell proliferation. Résumé : Contrôle de la masse des cellules ß pancréatiques et de leur fonction par les hormones glucoincrétines: Identification de nouveaux mécanismes régulateurs pour le traitement du diabète Les cellules ß des îlots de Langerhans sécrètent l'insuline pour diminuer l'hyperglycémie. Le nombre de cellules ß et leur capacité à sécréter l'insuline sont modulés dans les conditions physiologiques normales pour répondre à la demande métabolique de l'organisme. Un échec du pancréas endocrine à maintenir sa capacité sécrétoire d'insuline dû à une diminution du nombre et de la fonction des cellules ß conduit au diabète de type 1 et de type 2. Les mécanismes moléculaires contrôlant la compétence au glucose des cellules ß matures, tels que, l'augmentation de la sécrétion d'insuline en réponse au glucose, la réplication des cellules ß, leur différentiation à partir de cellules précurseurs et la protection contre l'apoptose sont encore peu connus. Afin d'examiner ces mécanismes, nous avons étudié les effets sur les cellules ß des hormones gluco-incrétines, glucose-dépendent insulinotropic polypeptide (G1P) et glucagon-like peptide-1 (GLP-1) qui sont sécrétées par les cellules endocrines de l'intestin après la prise alimentaire. En plus de potentialiser la sécrétion d'insuline induite par le glucose, ces hormones induisent la différentiation de cellules ß à partir de cellules précurseurs, stimulent leur prolifération et les protègent contre l'apoptose. Par conséquent, comprendre les mécanismes d'action des gluco-incrétines permettrait de découvrir de nouveaux processus régulant les cellules ß avec d'éventuelles applications dans le traitement ou la prévention du diabète. Les îlots de souris ayant une double inactivation des gènes pour les récepteurs du GIP et du GLP-1 (dK0) présentent un défaut de sécrétion d'insuline stimulée par le glucose et une sensibilité accrue à l'apoptose induite par les cytokines. Afin de déterminer les gènes régulés, qui pourraient contrôler à la fois la compétence au glucose et la protection contre l'apoptose, nous avons effectué une analyse comparative transcriptomique sur des îlots de souris contrôles et dKO. Nous avons constaté une forte diminution de l'expression d'IGF-1R dans les îlots dKO. Nous avons démontré, à la fois dans une lignée cellulaire murine sécrétant l'insuline et dans îlots primaires, que le GLP-1 stimulait l'expression d'IGF-1R et sa voie de signalisation. Par ailleurs, la phosphorylation d'Akt dépendante d'IGF1-R induite parle GLP-1 nécessite une sécrétion active, indiquant la présence d'un mécanisme d'activation autocrine. Nous avons ensuite montré que l'activation de la voie de signalisation d'IGF-1R était dépendante de la sécrétion d'IGF-2, dont l'expression est régulée par les nutriments. Finalement, nous avons démontré que la boucle autocrine IGF-2/IGF-1R est nécessaire pour le GLP-1 i) pour protéger les cellules ß contre l'apoptose induite par les cytokines, ii) pour améliorer la compétence au glucose et iii) pour augmenter la prolifération des cellules ß. Résumé tout public : Contrôle de la masse des cellules ß pancréatiques et de leur fonction par les hormones gluco-incrétines: Identification de nouveaux mécanismes régulateurs pour le traitement du diabète Chez les mammifères, la concentration de glucose sanguine (glycémie) est régulée et maintenue à une valeur relativement constante d'environ 5 mM. Cette régulation est principalement contrôlée par 2 hormones produites par les îlots pancréatiques de Langerhans: l'insuline sécrétée par les cellules ß et le glucagon sécrété par les cellules a. A la suite d'un repas, l'augmentation de la glycémie entraîne la sécrétion d'insuline ce qui permet le stockage du glucose dans le foie, les muscles et le tissu adipeux afin de diminuer le taux de glucose circulant. Lors d'un jeûne, la diminution de la glycémie permet la sécrétion de glucagon favorisant alors la production de glucose par le foie, normalisant ainsi la glycémie. Le nombre de cellules ß et leur capacité sécrétoire s'adaptent aux variations de la demande métabolique pour assurer une normoglycémie. Une destruction complète ou partielle des cellules ß conduit respectivement au diabète de type 1 et de type 2. Bien que l'augmentation de la glycémie soit le facteur stimulant de la sécrétion d'insuline, des hormones gluco-incrétines, principalement le GLP-1 (glucagon-like peptide-1) et le GIP (glucose-dependent insulinotropic polypeptide) sont libérées par l'intestin en réponse aux nutriments (glucose, acides gras) et agissent au niveau des cellules ß, potentialisant la sécrétion d'insuline induite par le glucose, stimulant leur prolifération, induisant la différentiation de cellules précurseurs en cellules ß matures et les protègent contre la mort cellulaire (apoptose). Afin d'étudier plus en détail ces mécanismes, nous avons généré des souris déficientes pour les récepteurs du GIP et du GLP-l. Les îlots pancréatiques de ces souris présentent un défaut de sécrétion d'insuline stimulée par le glucose et une sensibilité accrue à l'apoptose par rapport aux îlots de souris contrôles. Nous avons donc cherché les gènes régulés pas ces hormones contrôlant la sécrétion d'insuline et la protection contre l'apoptose. Nous avons constaté une forte diminution de l'expression du récepteur à l'IGF-1 (IGF-1R) dans les îlots de souris déficientes pour les récepteurs des gluco-incrétines. Nous avons démontré dans un model de cellules ß en culture et d'îlots que le GLP-1 augmentait l'expression d'IGF-1R et la sécrétion de son ligand (IGF-2) permettant l'activation de la voie de signalisation. Finalement, nous avons montré que l'activation de la boucle IGF-2/IGF-1R induite par le GLP-1 était nécessaire pour la protection contre l'apoptose, l'augmentation de la sécrétion et la prolifération des cellules ß.

Activity-dependent regulation of energy metabolism by astrocytes: an update.

Astrocytes play a critical role in the regulation of brain metabolic responses to activity. One detailed mechanism proposed to describe the role of astrocytes in some of these responses has come to be known as the astrocyte-neuron lactate shuttle hypothesis (ANLSH). Although controversial, the original concept of a coupling mechanism between neuronal activity and glucose utilization that involves an activation of aerobic glycolysis in astrocytes and lactate consumption by neurons provides a heuristically valid framework for experimental studies. In this context, it is necessary to provide a survey of recent developments and data pertaining to this model. Thus, here, we review very recent experimental evidence as well as theoretical arguments strongly supporting the original model and in some cases extending it. Aspects revisited include the existence of glutamate-induced glycolysis in astrocytes in vitro, ex vivo, and in vivo, lactate as a preferential oxidative substrate for neurons, and the notion of net lactate transfer between astrocytes and neurons in vivo. Inclusion of a role for glycogen in the ANLSH is discussed in the light of a possible extension of the astrocyte-neuron lactate shuttle (ANLS) concept rather than as a competing hypothesis. New perspectives offered by the application of this concept include a better understanding of the basis of signals used in functional brain imaging, a role for neuron-glia metabolic interactions in glucose sensing and diabetes, as well as novel strategies to develop therapies against neurodegenerative diseases based upon improving astrocyte-neuron coupled energetics.

Sex differences in obesity and the regulation of energy homeostasis.

Obesity prevalence is generally higher in women than in men, and there is also a sex difference in body fat distribution. Sex differences in obesity can be explained in part by the influence of gonadal steroids on body composition and appetite; however, behavioural, socio-cultural and chromosomal factors may also play a role. This review, which evolved from the 2008 Stock Conference on sex differences in obesity, summarizes current research and recommendations related to hormonal and neuroendocrine influences on energy balance and fat distribution. A number of important gaps in the research are identified, including a need for more studies on chromosomal sex effects on energy balance, the role of socio-cultural (i.e. gender) factors in obesity and the potential deleterious effects of high-fat diets during pregnancy on the foetus. Furthermore, there is a paucity of clinical trials examining sex-specific approaches and outcomes of obesity treatment (lifestyle-based or pharmacological), and research is urgently needed to determine whether current weight loss programmes, largely developed and tested on women, are appropriate for men. Last, it is important that both animal and clinical research on obesity be designed and analysed in such a way that data can be separately examined in both men and women.

Regulation of catecholamine release and tyrosine hydroxylase in human adrenal chromaffin cells by interleukin-1beta: role of neuropeptide Y and nitric oxide.

Adrenal chromaffin cells synthesize and secrete catecholamines and neuropeptides that may regulate hormonal and paracrine signaling in stress and also during inflammation. The aim of our work was to study the role of the cytokine interleukin-1beta (IL-1beta) on catecholamine release and synthesis from primary cell cultures of human adrenal chromaffin cells. The effect of IL-1beta on neuropeptide Y (NPY) release and the intracellular pathways involved in catecholamine release evoked by IL-1beta and NPY were also investigated. We observed that IL-1beta increases the release of NPY, norepinephrine (NE), and epinephrine (EP) from human chromaffin cells. Moreover, the immunoneutralization of released NPY inhibits catecholamine release evoked by IL-1beta. Moreover, IL-1beta regulates catecholamine synthesis as the inhibition of tyrosine hydroxylase decreases IL-1beta-evoked catecholamine release and the cytokine induces tyrosine hydroxylase Ser40 phosphorylation. Moreover, IL-1beta induces catecholamine release by a mitogen-activated protein kinase (MAPK)-dependent mechanism, and by nitric oxide synthase activation. Furthermore, MAPK, protein kinase C (PKC), protein kinase A (PKA), and nitric oxide (NO) production are involved in catecholamine release evoked by NPY. Using human chromaffin cells, our data suggest that IL-1beta, NPY, and nitric oxide (NO) may contribute to a regulatory loop between the immune and the adrenal systems, and this is relevant in pathological conditions such as infection, trauma, stress, or in hypertension.

Neural regulation of pancreatic islet cell mass and function.

Intracellular glucose signalling pathways control the secretion of glucagon and insulin by pancreatic islet α- and β-cells, respectively. However, glucose also indirectly controls the secretion of these hormones through regulation of the autonomic nervous system that richly innervates this endocrine organ. Both parasympathetic and sympathetic nervous systems also impact endocrine pancreas postnatal development and plasticity in adult animals. Defects in these autonomic regulations impair β-cell mass expansion during the weaning period and β-cell mass adaptation in adult life. Both branches of the autonomic nervous system also regulate glucagon secretion. In type 2 diabetes, impaired glucose-dependent autonomic activity causes the loss of cephalic and first phases of insulin secretion, and impaired suppression of glucagon secretion in the postabsorptive phase; in diabetic patients treated with insulin, it causes a progressive failure of hypoglycaemia to trigger the secretion of glucagon and other counterregulatory hormones. Therefore, identification of the glucose-sensing cells that control the autonomic innervation of the endocrine pancreatic and insulin and glucagon secretion is an important goal of research. This is required for a better understanding of the physiological control of glucose homeostasis and its deregulation in diabetes. This review will discuss recent advances in this field of investigation.

Regulation of frizzled receptor activity at the plasma membrane : an interplay of the receptor, the trimeric G protein Go, and RGS protein and a scaffolding protein Kermit

G-protein-signaling pathways convey extracellular signals inside the cells and regulate distinct physiological responses. This type of signaling pathways consists of three major components: G-protein-coupled receptors (GPCRs), heterotrimeric G proteins (G-proteins) and downstream effectors. Upon ligand binding, GPCRs activate heterotrimeric G proteins to initiate the signaling cascade. Dysfunction of GPCR signaling correlates with numerous diseases such as diabetes, nervous and immune system deficiency, and cancer. As the signaling switcher, G-proteins (Gs, Gq/11, G12/13, and Gi/o) have been an appealing topic of research for decades. A heterotrimeric G-protein is composed of three subunits, the guanine nucleotide associated a-subunit, ß and y subunits. In general, the duration of signaling is determined by the lifetime of activated (GTP bound) Ga subunits. Identification of novel communication partners of Ga subunits appears to be an attractive way to understand the machinery of GPCR signaling. In our lab, we mainly focus on Gao, which is abundantly expressed in the nervous system. Here we present two novel interacting partners of Drosophila Gao: Dhit and Kermit, identified through yeast two-hybrid screening and genetic screening respectively. Dhit is characterized by a small size with a conserved RGS domain and an N-terminal cysteine rich motif. The RGS domain possesses the GAP (GTPase activating protein) activity towards G proteins. However, we found that Dhit exerts not only the GAP activity but also the GDI (guanine nucleotide dissociation inhibitor) activity towards Gao. The unexpected GDI activity is preserved in GAIP/RGS19 - a mammalian homologue of Dhit. Further experiments confirmed the GDI activity of Dhit and GAIP/RGS19 in Drosophila and mammalian cell models. Therefore, we propose that Dhit and its mammalian homologues modulate GPCR signaling by a double suppression of Ga subunits - suppression of their nucleotide exchange with GTP and acceleration of their hydrolysis of GTP. Kermit/GEPC was first identified as a binding partner of GAIP/RGS19 in a yeast two- hybrid screen. Instead of interacting with the Drosophila homologue of GAIP/RGS19 (Dhit), Kermit binds to Gao in vivo and in vitro. The functional consequence of Kermit/Gao interaction is the regulation of localization of Vang (one of the planar cell polarity core components) at the apical membrane. Overall, my work elaborated the action of Gao with its two interaction partners in Gao- mediated signaling pathway. Conceivably, the understanding of GPCR signaling including Gao and its regulators or effectors will ultimately shed light on future pharmaceutical research. - Les voies de signalisation médiées par les protéines G transmettent des signaux extracellulaires à l'intérieur des cellules pour réguler des réponses physiologiques distinctes. Cette voie de signalisation consiste en trois composants majeurs : les récepteurs couplés aux protéines G (GPCRs), les protéines G hétérotrimériques (G-proteins) et les effecteurs en aval. Suite à la liaison du ligand, les GPCRs activent les protéines G hétérotrimériques qui initient la cascade de signalisation. Des dysfonctions dans la signalisation médiée par les GPCRs sont corrélées avec de nombreuses maladies comme le diabète, des déficiences immunes et nerveuses, ainsi que le cancer. Puisque la voie de signalisation s'active et se désactive, les protéines G (Gs, Gq/11, G12/13 et Gi/o) ont été un sujet de recherche attrayant pendant des décennies. Une protéine G hétérotrimérique est composée de trois sous-unités, la sous-unité a associée au nucléotide guanine, ainsi que les sous-unités ß et y. En général, la durée du signal est déterminée par le temps de demi-vie des sous-unités Ga activées (Ga liées au GTP). Identifier de nouveaux partenaires de communication des sous-unités Ga se révèle être un moyen attractif de comprendre la machinerie de la signalisation par les GPCRs. Dans notre laboratoire nous nous sommes concentrés principalement sur Gao qui est exprimée de manière abondante dans le système nerveux. Nous présentons ici deux nouveaux partenaires qui interagissent avec Gao chez la drosophile: Dhit et Kermit, qui ont été identifiés respectivement par la méthode du yeast two-hybrid et par criblage génétique. Dhit est caractérisé par une petite taille, avec un domaine RGS conservé et un motif N- terminal riche en cystéines. Le domaine RGS contient une activité GAP (GTPase activating protein) pour les protéines G. Toutefois, nous avons découvert que Dhit exerce non seulement une activité GAP mais aussi une activité GDI (guanine nucleotide dissociation inhibitor) à l'égard de Gao. Cette activité GDI inattendue est préservée dans RGS19 - un homologue de Dhit chez les mammifères. Des expériences supplémentaires ont confirmé l'activité GDI de Dhit et de RGS19 chez Drosophila melanogaster et les modèles cellulaires mammifères. Par conséquent, nous proposons que Dhit et ses homologues mammifères modulent la signalisation GPCR par une double suppression des sous-unités Ga - suppression de leur nucléotide d'échange avec le GTP et une accélération dans leur hydrolyse du GTP. Kermit/GIPC a été premièrement identifié comme un partenaire de liaison de RGS19 dans le criblage par yeast two-hybrid. Au lieu d'interagir avec l'homologue chez la drosophile de RGS19 (Dhit), Kermit se lie à Gao in vivo et in vitro. La conséquence fonctionnelle de l'interaction Kermit/Gao est la régulation de la localisation de Vang, un des composants essentiel de la polarité planaire cellulaire, à la membrane apicale. Globalement, mon travail a démontré l'action de Gao avec ses deux partenaires d'interaction dans la voie de signalisation médiée par Gao. La compréhension de la signalisation par les GPCRs incluant Gao et ses régulateurs ou effecteurs aboutira à mettre en lumière de futurs axes dans la recherche pharmacologique.

Regulation of mass and function of pancreatic β-cells: identification of anti-apoptotic peptides and role of GLP-1

Résumé La masse de cellules β sécrétrices d'insuline est un tissu dynamique qui s'adapte aux variations de la demande métabolique pour assurer une normoglycémie. Cette adaptation se fait par un changement de sécrétion d'insuline et de la masse totale des cellules β. Une perte complète ou partielle des cellules β conduit respectivement à un diabète de type 1 et de type 2. Les mécanismes qui régulent la masse de cellules β et maintiennent leur phénotype differencié sont encore peu connus. Leur identification est nécessaire pour comprendre le développement du diabète et développer des stratégies de traitement. La greffe d'îlots est une approche thérapeutique prometteuse pour le diabète de type 1, mais est limitée par une perte précoce des cellules β due à une apoptose induite par des cytokines. Afin d'améliorer la survie des cellules β lors de la greffe d'îlots, le premier but était de trouver des peptides pouvant bloquer l'apoptose induite par FasL et TNF-α. Pour ce faire, deux librairies de phages ont été criblées pour sélectionner des peptides se liant au Fas DD ou au TNFRl DD. Nous avons identifié six peptides différents. Cependant, aucun d'entre eux n'était capable de protéger les cellules de l'apoptose induite par FasL ou TNF-α. Deuxièmement, le GLP-1 est une hormone qui stimule la sécrétion d'insuline, et est impliquée dans la prolifération des cellules β, la différentiation, et inhibe l'apoptose. Nous avons fait l'hypothèse que le GLP-1 joue un rôle crucial dans le contrôle de la masse et de la fonction des cellules β. Afin de l'évaluer, une analyse par puce à ADN a été réalisée en comparant des cellules βTC-Tet traitées avec du GLP-1 à des cellules non-traitées. 376 gènes régulés ont été identifiés, dont RGS2, CREM, ICERI et DUSP14, augmentés significativement par le GLP-1. Nous avons confirmé que le GLP-1 augmente l'expression de ces gènes, aussi bien au niveau des transcripts que des protéines. De plus, nous avons montré que le GLP-1 induit leur expression par activation de la voie cAMP/PKA, et nécessite l'entrée de calcium extracellulaire. D'après leur fonction biologique, nous avons ensuite supposé que ces gènes pourraient agir comme régulateurs négatifs de la signalisation du GLP-l, et donc freiner son effet proliférateur. Pour vérifier notre hypothèse, des siRNAs contre ces gènes ont été développés, et leurs effets sur la prolifération des cellules β seront évalués ultérieurement. Abstract The pancreatic β-cell mass is a dynamic tissue which adapts to variations in metabolic demand in order to ensure normoglycemia. This adaptation occurs through a change in both insulin secretion and the total mass of ,β-cells. An absolute or relative loss of β-cells leads to type 1 and type 2 diabetes, respectively. The mechanisms that regulate the pancreatic β-cell mass and maintain the fully differentiated phenotype of the insulin-secreting β-cells are only poorly defined. Their identification is required to understand the progression of diabetes, but also to design strategies for the treatment of diabetes. Islet transplantation is a promising therapeutic approach for type 1 diabetes, but it is still limited by an early graft loss due to cytokine-induced apoptosis. In order to improve β-cell survival during islet transplantation, our first goal was to find novel blockers of FasL- and TNF-α-mediated cell death in the form of peptides. To that end, we screened two phage display libraries to select Fas DD- or TNFR1 DD-binding peptides. We identified six different small peptides. However, none of these peptides was able to prevent cells from FasL- or TNF-α-mediated apoptosis. Secondly, GLP-1 is a hormone that has been shown to stimulate insulin secretion and to be involved in β-cell proliferation, differentiation and inhibition of apoptosis. We hypothesized that GLP-1 plays a crucial role to control mass and function of β-cells. To evaluate this hypothesis, we performed a cDNA microarray analysis with GLP-1-treated βTC-Tet cells compared to untreated cells. We found 376 regulated genes, among these, RGS2, CREM, ICERI and DUSP14, which were significantly upregulated by GLP-1. We confirmed that both their mRNA and protein levels were strongly and rapidly increased after GLP-1 treatment. Moreover, we found that GLP-1 activates their expression mainly through the activation of the cAMP/PKA signaling pathway, and requires extracellular calcium entry. According to their biological function, we then hypothesized that these genes might act as negative regulators of the GLP-1 signaling. In particular, they might brake the effects of GLP-1 on β-cell proliferation. To verify this hypothesis, siRNAs against these genes were developed. The effect of these siRNAs on GLP-1-induced β-cell proliferation will be evaluated later.

Brain glucose sensing and neural regulation of insulin and glucagon secretion.

Glucose homeostasis requires the tight regulation of glucose utilization by liver, muscle and white or brown fat, and glucose production and release in the blood by liver. The major goal of maintaining glycemia at ∼ 5 mM is to ensure a sufficient flux of glucose to the brain, which depends mostly on this nutrient as a source of metabolic energy. This homeostatic process is controlled by hormones, mainly glucagon and insulin, and by autonomic nervous activities that control the metabolic state of liver, muscle and fat tissue but also the secretory activity of the endocrine pancreas. Activation or inhibition of the sympathetic or parasympathetic branches of the autonomic nervous systems are controlled by glucose-excited or glucose-inhibited neurons located at different anatomical sites, mainly in the brainstem and the hypothalamus. Activation of these neurons by hyper- or hypoglycemia represents a critical aspect of the control of glucose homeostasis, and loss of glucose sensing by these cells as well as by pancreatic β-cells is a hallmark of type 2 diabetes. In this article, aspects of the brain-endocrine pancreas axis are reviewed, highlighting the importance of central glucose sensing in the control of counterregulation to hypoglycemia but also mentioning the role of the neural control in β-cell mass and function. Overall, the conclusions of these studies is that impaired glucose homeostasis, such as associated with type 2 diabetes, but also defective counterregulation to hypoglycemia, may be caused by initial defects in glucose sensing.

Regulation of the vitellogenin gene B1 promoter after transfer into hepatocytes in primary cultures.

The estrogen-dependent and tissue-specific regulation of the Xenopus laevis vitellogenin gene B1 promoter has been studied by lipid-mediated DNA transfer into Xenopus hepatocytes in primary culture. Hepatocytes achieve an efficient hormonal control of this promoter through a functional interaction between the estrogen responsive elements and a promoter proximal region upstream of the TATA box, which is characterized by a high density of binding sites for the transcription factors CTF/NF-1, C/EBP and HNF3. DNA accessibility to restriction enzymes within the chromosomal copy of the vitellogenin gene B1 promoter shows that the estrogen responsive unit and the promoter proximal region are sensitive to digestion in uninduced and estrogen-induced hepatocytes but not in erythrocyte nuclei. Together, these findings support the notion that chromatin configuration as well as the interplay of promoter elements mediate proper hormone-dependent and tissue-specific expression of the B1 vitellogenin gene.