Molecular characterization of the processing of arenavirus envelope glycoprotein precursors by subtilisin kexin isozyme-1/site-1 protease.

A crucial step in the life cycle of arenaviruses is the biosynthesis of the mature fusion-active viral envelope glycoprotein (GP) that is essential for virus-host cell attachment and entry. The maturation of the arenavirus GP precursor (GPC) critically depends on proteolytic processing by the cellular proprotein convertase (PC) subtilisin kexin isozyme-1 (SKI-1)/site-1 protease (S1P). Here we undertook a molecular characterization of the SKI-1/S1P processing of the GPCs of the prototypic arenavirus lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV) and the pathogenic Lassa virus (LASV). Previous studies showed that the GPC of LASV undergoes processing in the endoplasmic reticulum (ER)/cis-Golgi compartment, whereas the LCMV GPC is cleaved in a late Golgi compartment. Herein we confirm these findings and provide evidence that the SKI-1/S1P recognition site RRLL, present in the SKI-1/S1P prodomain and LASV GPC, but not in the LCMV GPC, is crucial for the processing of the LASV GPC in the ER/cis-Golgi compartment. Our structure-function analysis revealed that the cleavage of arenavirus GPCs, but not cellular substrates, critically depends on the autoprocessing of SKI-1/S1P, suggesting differences in the processing of cellular and viral substrates. Deletion mutagenesis showed that the transmembrane and intracellular domains of SKI-1/S1P are dispensable for arenavirus GPC processing. The expression of a soluble form of the protease in SKI-I/S1P-deficient cells resulted in the efficient processing of arenavirus GPCs and rescued productive virus infection. However, exogenous soluble SKI-1/S1P was unable to process LCMV and LASV GPCs displayed at the surface of SKI-I/S1P-deficient cells, indicating that GPC processing occurs in an intracellular compartment. In sum, our study reveals important differences in the SKI-1/S1P processing of viral and cellular substrates.

Prognostic value of PCSK9 levels in patients with acute coronary syndromes.

AIMS: Proprotein convertase subtilisin kexin 9 (PCSK9) is an emerging target for the treatment of hypercholesterolaemia, but the clinical utility of PCSK9 levels to guide treatment is unknown. We aimed to prospectively assess the prognostic value of plasma PCSK9 levels in patients with acute coronary syndromes (ACS). METHODS AND RESULTS: Plasma PCSK9 levels were measured in 2030 ACS patients undergoing coronary angiography in a Swiss prospective cohort. At 1 year, the association between PCSK9 tertiles and all-cause death was assessed adjusting for the Global Registry of Acute Coronary Events (GRACE) variables, as well as the achievement of LDL cholesterol targets of <1.8 mmol/L. Patients with higher PCSK9 levels at angiography were more likely to have clinical familial hypercholesterolaemia (rate ratio, RR 1.21, 95% confidence interval, CI 1.09-1.53), be treated with lipid-lowering therapy (RR 1.46, 95% CI 1.30-1.63), present with longer time interval of chest pain (RR 1.29, 95% CI 1.09-1.53) and higher C-reactive protein levels (RR 1.22, 95% CI 1.16-1.30). PCSK9 increased 12-24 h after ACS (374 ± 149 vs. 323 ± 134 ng/mL, P < 0.001). At 1 year follow-up, HRs for upper vs. lower PCSK9-level tertiles were 1.13 (95% CI 0.69-1.85) for all-cause death and remained similar after adjustment for the GRACE score. Patients with higher PCSK9 levels were less likely to reach the recommended LDL cholesterol targets (RR 0.81, 95% CI 0.66-0.99). CONCLUSION: In ACS patients, high initial PCSK9 plasma levels were associated with inflammation in the acute phase and hypercholesterolaemia, but did not predict mortality at 1 year.

Régulation de la proprotéine convertase subtilisine / kexine type 9 (PCSK9) dans les cellules intestinales Caco-2/15

La proprotéine convertase subtilisine/kexine type 9 (PCSK9) favorise la dégradation post-transcriptionnelle du récepteur des lipoprotéines de faible densité (LDLr) dans les hépatocytes et augmente le LDL-cholestérol dans le plasma. Cependant, il n’est pas clair si la PCSK9 joue un rôle dans l’intestin. Dans cette étude, nous caractérisons les variations de la PCSK9 et du LDLr dans les cellules Caco-2/15 différentiées en fonction d’une variété d’effecteurs potentiels. Le cholestérol (100 µM) lié à l’albumine ou présenté en micelles a réduit de façon significative l’expression génique (30%, p<0,05) et l’expression protéique (50%, p<0,05) de la PCSK9. Étonnamment, une diminution similaire dans le LDLr protéique a été enregistrée (45%, p<0,05). Les cellules traitées avec le 25-hydroxycholestérol (50 µM) présentent également des réductions significatives dans l’ARNm (37%, p<0,01) et la protéine (75%, p<0,001) de la PCSK9. Une baisse des expressions génique (30%, p<0,05) et protéique (57%, p<0,01) a également été constatée dans le LDLr. Des diminutions ont aussi été observées pour la HMG CoA réductase et la protéine liant l’élément de réponse aux stérols SREBP-2. Il a été démontré que le SREBP-2 peut activer transcriptionnellement la PCSK9 par le biais de la liaison de SREBP-2 à son élément de réponse aux stérols situé dans la région proximale du promoteur de la PCSK9. Inversement, la déplétion du contenu cellulaire en cholestérol par l’hydroxypropyl-β-cyclodextrine a augmenté l’expression génique de la PCSK9 (20%, p<0,05) et son contenu protéique (540%, p<0,001), en parallèle avec les niveaux protéiques de SREBP-2. L’ajout des acides biliaires taurocholate et déoxycholate dans le milieu apical des cellules intestinales Caco-2/15 a provoqué une baisse d’expression génique (30%, p<0,01) et une hausse d’expression protéique (43%, p<0,01) de la PCSK9 respectivement, probablement via la modulation du FXR (farnesoid X receptor). Ces données combinées semblent donc indiquer que la PCSK9 fonctionne comme un senseur de stérols dans le petit intestin.

La PCSK9 humaine, une molécule aux multiples facettes métaboliques et une cible thérapeutique prometteuse : études de régulation in vitro et in vivo

La proprotéine convertase subtilisine/kexine-9 (PCSK9) a été identifiée comme le troisième locus impliqué dans l’hypercholestérolémie autosome dominante (ADH). Les deux autres gènes impliqués dans l’ADH encodent le récepteur des lipoprotéines de faible densité (LDLR) et l’apolipoprotéine B. La PCSK9 est une convertase qui favorise la dégradation du LDLR dans les hépatocytes et augmente le niveau plasmatique de cholestérol des LDL (LDL-C). Les mutations « gain de fonction » de la PCSK9 sont associées à un phénotype d’hypercholestérolémie familiale, tandis que les variantes « perte de fonction » sont associées à un LDL-C réduit et à un risque coronarien plus faible. Pour élucider le rôle physiologique de la PCSK9, nous avons étudié sa régulation génique. En utilisant le RT-PCR quantitatif dans des hépatocytes humains, nous avons analysé la régulation de PCSK9 sous différentes conditions modulant l’expression des gènes impliqués dans le métabolisme du cholestérol. Nous avons démontré que l’expression de la PCSK9 était induite par les statines de manière dose-dépendante et que cette induction était abolie par le mévalonate. De plus, le promoteur de PCSK9 contenait deux motifs conservés pour la régulation par le cholestérol : le sterol regulatory element (SRE) et un site Sp1. La PCSK9 circule dans le plasma sous des formes mature et clivée par la furine. Grâce à notre anticorps polyclonal, nous avons mis au point un test ELISA mesurant la PCSK9 plasmatique totale. Une étude transversale a évalué les concentrations plasmatiques de PCSK9 chez des sujets sains et hypercholestérolémiques, traités ou non par des statines ou une combinaison statine/ezetimibe. Chez 254 sujets sains, la valeur moyenne de PCSK9 (écart-type) était de 89,5 (31,9) µg/L. La concentration plasmatique de la PCSK9 corrélait avec celle de cholestérol total, du LDL-C, des triglycérides (TG), de la glycémie à jeun, l’âge et l’indice de masse corporelle. Le séquençage de PCSK9 chez des sujets aux extrêmes de la distribution des concentrations de PCSK9 de notre cohorte a révélé la présence d’une nouvelle variation « perte de fonction » : R434W. Chez 200 patients hypercholestérolémiques, la concentration de PCSK9 était plus élevée que chez les sujets sains (P<0,04). Elle a augmenté avec une dose croissante de statine (P<0,001), et a augmenté encore plus suite à l’ajout d’ezetimibe (P<0,001). Chez les patients traités, ceux présentant une hypercholestérolémie familiale (HF; due à une mutation du LDLR) avaient des concentrations plus élevées de PCSK9 que les non-HF (P<0,005), et la réduction de LDL-C corrélait positivement avec la concentration de PCSK9 atteinte de la même manière dans les deux sous-catégories (P<0,02 et P<0,005, respectivement). Par ailleurs, une incubation des cellules HepG2 (hépatocytes) et Caco-2 (entérocytes) avec de l’ezetimibe a provoqué une augmentation de l’ARNm de PCSK9 et de NPC1L1 de 1,5 à 2 fois (P<0,05), mais aucune variation significative de PCSK9 sécrétée n’a été observée, suggérant que ces lignées cellulaires ne sont pas un modèle idéal. Nous avons également mesuré le niveau de PCSK9 chez 1 739 Canadiens-français âgés de 9, 13 et 16 ans. La valeur moyenne (écart-type) de PCSK9 dans cette cohorte était de 84,7 (24,7) µg/L, légèrement plus basse que dans la cohorte d’adultes (89,5 (31,9) µg/L). Chez les garçons, la PCSK9 circulante diminuait avec l’âge, tandis que c’était l’inverse chez les filles. Il y avait des associations positives et significatives entre la PCSK9 et la glycémie à jeun, l’insulinémie, le HOMA-IR, et les paramètres lipidiques (TC, LDL-C, TG, HDL-C, apoAI et apoB). Dans l’analyse multivariée, une hausse de 10% de l’insulinémie à jeun était associée à une augmentation de 1 à 2% de PCSK9. La régulation de PCSK9 est typique de celle d’un gène impliqué dans le métabolisme des lipoprotéines et est probablement la cible du facteur de transcription «sterol regulatory element-binding protein » (SREBP-2). La concentration plasmatique de la PCSK9 est associée avec l’âge, le sexe, et de multiples marqueurs métaboliques chez les enfants et les adultes. La détection de la PCSK9 circulante chez les sujets HF et non-HF signifie que ce test ELISA spécifique à PCSK9 pourrait servir à suivre la réponse à la thérapie chez un grand éventail de sujets. PCSK9 semble être une cible thérapeutique prometteuse dans le traitement de l’hypercholestérolémie et de la maladie cardiovasculaire.

Carence en œstrogènes et bases moléculaires du métabolisme des triglycérides et du cholestérol dans le foie et l'intestin : effet de l'exercice physique

La stéatose hépatique et la détérioration du profil lipidique plasmatique sont des pathologies métaboliques favorisées par la carence œstrogénique post-ménopausique. Cependant les mécanismes à la base de ces pathologies n’ont été que très peu étudiés. Le but de cette thèse a été d’investiguer les mécanismes moléculaires possibles à l’origine de l’hypercholestérolémie et de l’accumulation des lipides (triglycérides : TG et cholestérol) dans le foie en utilisant un modèle animal de la ménopause, la rate Sprague Dawley ovariectomisée (Ovx). Nous avons également examiné si le changement des habitudes de vie comme la pratique de l’exercice physique pouvait prévenir ou corriger les modifications induites par l’Ovx. Enfin, rosuvastatine (statine) a été utilisée comme thérapie pharmacologique de l’hypercholestérolémie dans le but de comprendre son effet au niveau moléculaire chez la rate Ovx. L’objectif de la première étude était de déterminer comment l’Ovx peut affecter les niveaux de TG et de cholestérol dans le foie des rates nourries avec une diète riche en lipides (HF : 42% gras). Les rates ont été soumises à la diète HF ou normale pendant 6 semaines avant d’être Ovx ou Sham (ovariectomie simulée), puis maintenues aux mêmes conditions diététiques pour 6 autres semaines. L’Ovx a provoqué une accumulation de TG dans le foie, mais pas la diète HF seule. Cependant, lorsque l’Ovx était combinée à la diète HF, l’accumulation des TG était beaucoup plus importante comparé à ce qui était observé chez les rates Ovx soumises à la diète normale. L’expression génique (ARNm) de CPT1 (Carnitine palmitoyltransferase 1), PGC1α (Peroxisome proliferator-activated receptor gamma, coactivator 1) et PPARα (Peroxysome proliferetor activated receptor alpha) intervenant dans l’oxydation des acides gras dans le foie était augmentée par la diète HF (p ˂ 0.001; p ˂ 0.01; p ˂ 0.05 respectivement) ; mais atténuée (p ˂ 0.05; p ˂ 0.05; p ˂ 0.07 respectivement) lorsque les rates ont été Ovx, favorisant ainsi l’accumulation des TG dans le foie. La combinaison de la diète HF à l’Ovx a également provoqué une hypercholestérolémie et une accumulation de cholestérol dans le foie malgré la diminution de l’expression de la HMGCoA-r (3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA reductase), enzyme clé de la synthèse du cholestérol. Ceci était associé à l’inhibition de l’expression génique de CYP7a1 (Cytochrome P450, family 7, subfamily a, polypeptide 1), suggérant une diminution de la synthèse des acides biliaires. Ayant constaté dans la première étude que l’Ovx élevait les niveaux de cholestérol hépatique et plasmatique, nous nous sommes fixés comme objectif dans la deuxième étude d’évaluer les effets de l’Ovx sur l’expression génique des transporteurs et enzymes responsables du métabolisme du cholestérol et des acides biliaires dans le foie et l’intestin, et de vérifier si l’exercice sur tapis roulant pouvait prévenir ou corriger les changements causés par l’Ovx. L’hypercholestérolémie constatée chez les rates Ovx comparativement aux Sham était accompagnée de la diminution de l’expression génique des récepteurs des LDL (R-LDL), des résidus de lipoprotéines (LRP1), de SREBP-2 (Sterol regulatory element binding protein 2) et de PCSK9 (Proprotein convertase subtilisin/kexin type 9) dans le foie, suggérant une défaillance dans la clairance des lipoprotéines plasmatiques. L’Ovx a aussi inhibé l’expression génique de la MTP (Microsomal triglyceride transfer protein) et stimulé celle de SR-B1 (Scavenger receptor class B, member 1); mais aucun changement n’a été observé avec CYP7a1. Ces changements moléculaires pourraient par conséquent favoriser l’accumulation de cholestérol dans le foie. L’exercice physique n’a pas corrigé les modifications causées par l’Ovx sur l’expression génique de ces molécules au niveau hépatique à l’exception de SREBP-2. Par contre, au niveau intestinal (iléum), l’exercice sur tapis roulant a inhibé l’expression génique des marqueurs moléculaires intervenant dans l’absorption des acides biliaires (OSTα/β, FXR, RXRα, Fgf15) et du cholestérol (LXRα, NCP1L1) au niveau de l’iléum chez les rates Sham entraînées. Ces adaptations pourraient prévenir le développement de l’hypercholestérolémie protégeant en partie contre la survenue de l’athérosclérose. Au vue des effets délétères (hypercholestérolémie et diminution de l’expression du R-LDL, PCSK9, LRP1, SREBP-2 et HMGCOA-r dans le foie) causés par l’Ovx sur le métabolisme du cholestérol constatés dans l’étude 2, la 3ième étude a été conçue pour évaluer l’efficacité de rosuvastatine (Ros) sur l’expression génique de ces marqueurs moléculaires chez les rates Ovx sédentaires ou soumises à l’entraînement volontaire. Ros a été administrée aux rates Ovx pendant 21 jours par voie sous-cutanée à la dose de 5mg/kg/j à partir de la 9ième semaine après l’Ovx. Ros n’a pas diminué la concentration plasmatique de LDL-C et de TC chez les rates Ovx. Par contre, Ros a stimulé (P ˂ 0.05) l’expression génique de PCSK9, SREBP-2, LRP1, HMGCoA-r et ACAT2 (Acyl-CoA cholesterol acyltransferase) mais pas significativement (P = 0.3) celle du R-LDL dans le foie des rates Ovx sédentaires et entraînées. Ros n’a pas réduit la concentration plasmatique de LDL-C probablement à cause de l’induction plus importante de PCSK9 par rapport au R-LDL. Cependant, la stimulation de LRP1 par Ros protège partiellement contre la survenue des maladies cardiovasculaires. En conclusion, les études de cette thèse indiquent que la baisse du niveau des œstrogènes entraîne des changements radicaux du métabolisme hépatique des TG et du cholestérol provoqués par des altérations de l’expression des gènes clés des voies métaboliques associées.

Étude du trafic cellulaire de la convertase de proprotéine PCSK9 responsable de la dégradation du récepteur des lipoprotéines de faible densité (LDLR)

Les maladies cardiovasculaires (MCV) sont la principale cause de mortalité dans les pays industrialisés. L'hypercholestérolémie constitue un facteur de risque majeur pour les MCV. Elle est caractérisée par des niveaux élevés de lipoprotéines de faible densité (LDL, aussi appelé “mauvais cholestérol”). La présence prolongée de haut niveaux de LDL dans la circulation augmente le risque de formation de plaques athérosclérotiques, ce qui peut conduire à l'obstruction des artères et l'infarctus du myocarde. Le LDL est normalement extrait du sang par sa liaison au récepteur du LDL (LDLR) qui est responsable de son endocytose dans les hépatocytes. Des études génétiques humaines ont identifié PCSK9 (proprotein convertase subtilisin/kexin type 9) comme le troisième locus responsable de l'hypercholestérolémie autosomique dominante après le LDLR et son ligand l’apolipoprotéine B-100. PCSK9 interagit avec le LDLR et induit sa dégradation, augmentant ainsi les niveaux plasmatiques de LDL. Les mutations gain de fonction (GF) de PCSK9 sont associées à des niveaux plasmatiques élevés de LDL et à l'apparition précoce des MCV, alors que les mutations perte de fonction (PF) de PCSK9 diminuent le risque de MCV jusqu’à ~ 88% grâce à une réduction du LDL circulant. De ce fait, PCSK9 constitue une cible pharmacologique importante pour réduire le risque de MCV. PCSK9 lie le LDLR à la surface cellulaire et/ou dans l'appareil de Golgi des hépatocytes et provoque sa dégradation dans les lysosomes par un mécanisme encore mal compris. Le but de cette étude est de déterminer pourquoi certaines mutations humaines de PCSK9 sont incapables de dégrader le LDLR tandis que d'autres augmentent sa dégradation dans les lysosomes. Plusieurs mutations GF et PF de PCSK9 ont été fusionnées à la protéine fluorecente mCherry dans le but d'étudier leur mobilité moléculaire dans les cellules hépatiques vivantes. Nos analyses quantitatives de recouvrement de fluorescence après photoblanchiment (FRAP) ont montré que les mutations GF (S127R et D129G) avaient une mobilité protéique plus élevée (> 35% par rapport au WT) dans le réseau trans- Golgien. En outre, nos analyses quantitatives de recouvrement de fluorescence inverse après photoblanchiment (iFRAP) ont montré que les mutations PF de PCSK9 (R46L) avaient une mobilité protéique plus lente (<22% par rapport au WT) et une fraction mobile beaucoup plus petite (<40% par rapport au WT). Par ailleurs, nos analyses de microscopie confocale et électronique démontrent pour la toute première fois que PCSK9 est localisée et concentrée dans le TGN des hépatocytes humains via son domaine Cterminal (CHRD) qui est essentiel à la dégradation du LDLR. De plus, nos analyses sur des cellules vivantes démontrent pour la première fois que le CHRD n'est pas nécessaire à l'internalisation de PCSK9. Ces résultats apportent de nouveaux éléments importants sur le mécanisme d'action de PCSK9 et pourront contribuer ultimement au développement d'inhibiteurs de la dégradation du LDLR induite par PCSK9.

Role of dietary fats in modulating cardiometabolic risk during moderate weight gain : a randomized double-blind overfeeding trial (LIPOGAIN study)

BACKGROUND: Whether the type of dietary fat could alter cardiometabolic responses to a hypercaloric diet is unknown. In addition, subclinical cardiometabolic consequences of moderate weight gain require further study. METHODS AND RESULTS: In a 7-week, double-blind, parallel-group, randomized controlled trial, 39 healthy, lean individuals (mean age of 27±4) consumed muffins (51% of energy [%E] from fat and 44%E refined carbohydrates) providing 750 kcal/day added to their habitual diets. All muffins had identical contents, except for type of fat; sunflower oil rich in polyunsaturated fatty acids (PUFA diet) or palm oil rich in saturated fatty acids (SFA diet). Despite comparable weight gain in the 2 groups, total: high-density lipoprotein (HDL) cholesterol, low-density lipoprotein:HDL cholesterol, and apolipoprotein B:AI ratios decreased during the PUFA versus the SFA diet (-0.37±0.59 versus +0.07±0.29, -0.31±0.49 versus +0.05±0.28, and -0.07±0.11 versus +0.01±0.07, P=0.003, P=0.007, and P=0.01 for between-group differences), whereas no significant differences were observed for other cardiometabolic risk markers. In the whole group (ie, independently of fat type), body weight increased (+2.2%, P<0.001) together with increased plasma proinsulin (+21%, P=0.007), insulin (+17%, P=0.003), proprotein convertase subtilisin/kexin type 9, (+9%, P=0.008) fibroblast growth factor-21 (+31%, P=0.04), endothelial markers vascular cell adhesion molecule-1, intercellular adhesion molecule-1, and E-selectin (+9, +5, and +10%, respectively, P<0.01 for all), whereas nonesterified fatty acids decreased (-28%, P=0.001). CONCLUSIONS: Excess energy from PUFA versus SFA reduces atherogenic lipoproteins. Modest weight gain in young individuals induces hyperproinsulinemia and increases biomarkers of endothelial dysfunction, effects that may be partly outweighed by the lipid-lowering effects of PUFA. CLINICAL TRIAL REGISTRATION URL: http://ClinicalTrials.gov. Unique identifier: NCT01427140.

Charakterisierung und funktionelle Analyse verschiedener Isoformen von Clusterin (Apolipoprotein J)

Clusterin (CLU), auch bekannt unter dem Namen Apolipoprotein J (ApoJ), wird von Zellen als hetreodimeres Glykoprotein exprimiert und in den extrazellulären Raum sezerniert. Es wird daher auch als sezerniertes CLU (sCLU) bezeichnet. Neben sCLU sind auch nicht-sezernierte Isoformen von CLU bekannt, die in der vorliegenden Arbeit erforscht wurden. Ziel dabei war es, die Expression, die Biogenese, sowie die Funktion dieser Proteine zu ergründen. Nicht-sezernierte CLU-Formen werden ausschließlich von Zellen exprimiert, die zuvor einer Stresssituation ausgesetzt wurden. Dies konnte insbesondere durch Kultur verschiedener Zelllinien bei erhöhter Temperatur oder durch Behandlung mit dem Proteasominhibitor MG 132 demonstriert werden, worauf neben sCLU auch 50 kDa bzw. 45 kDa große, nicht-sezernierte CLU-Proteine in geringen Mengen exprimiert wurden. Bezüglich der Biogenese dieser Proteine wurden mehrere Hypothesen bzw. Mechanismen diskutiert und in dieser Arbeit untersucht: alternative Translationsstartpunkte auf verschiedenen mRNAs, alternatives Splicing einzelner mRNAs sowie Retrotranslokation oder Mistranslokation von sCLU-Vorläuferproteinen. Um die Hypothesen eruieren zu können, musste zuerst eine Expressionsanalyse der bekannten CLU-mRNAs durchgeführt werden. Über 5’-RACE, semi-quantitative und quantitative PCRs wurde die Expression von vier CLU-mRNAs sowie deren Induktion auf Zellstress hin festgestellt. Variante 1 (BP211675) ist die dominante CLU-mRNA und macht über 99,5 % an CLU-mRNA in unbehandelten sowie in gestressten Zellen aus. Des Weiteren sind geringste Mengen der mRNA-Varianten 2 und 3 (NR_038335.1 und NR_045494.1) detektiert worden, deren Sequenzen sich lediglich in ihrem alternativen Exon 1 von Variante 1 unterscheiden. Schließlich konnte die Expression von Variante 1 [Δex2] festgestellt werden, welcher durch alternatives Splicing, i.e. Exon-skipping, das Exon 2 mit der ER-Signalsequenz-codierenden Region (SSCR) fehlt. HEK 293-Zellen, die transient mit je einer der rekombinanten CLU-mRNAs in Form rekombinanter cDNA transfiziert wurden, exprimierten neben großen Mengen sCLU auch geringe Mengen an den nicht-sezernierten CLU-Isoformen. Die anschließend durchgeführten in vitro Mutagenesen belegen, dass alle Isoformen ausgehend von distinkten Translationsstartpunkten aus synthetisiert werden. CLU1-449 (50 kDa) wird als prä-Proprotein von sCLU ausgehend von einem Startcodon auf Exon 2 unmittelbar vor der SSCR translatiert. Unter Zellstress-Bedingungen kann es zu einer Mistranslokation während der co-translationalen Translokation kommen, sodass Teile von CLU1-449 im Cytosol akkumulieren. CLU21-449 (50 kDa) wird ausgehend von einem CUG-Startcodon downstream der SSCR über interne Translationsinitiation gebildet. Analoges gilt für CLU34-449 (45 kDa), welches von einem AUG-Startcodon auf Exon 3 translatiert wird. CLU34-449 ist außerdem die einzige CLU-Form die von Variante 1 [Δex2] codiert wird. Somit konnten drei der in der Literatur postulierten Mechanismen zur Ent-stehung nicht-sezernierter CLU-Isoformen in gestressten Zellen verifiziert werden. Die Mistranslokation von sCLU-Vorläuferproteinen, welche entscheidend zum Auftreten der nicht-sezernierten CLU-Formen beiträgt, die Alternative Translationsinitiation an distinkten Startcodons sowie das alternative Splicing von CLU-mRNA-Variante 1. Weiterführende Experimente bestätigten, dass alle nicht-sezernierten CLU-Isoformen im Cytosol der Zellen lokalisiert sind und keine Glykosylierungen tragen. Somit konnte ein weiterer, in der Literatur kontrovers diskutierter Punkt bezüglich dieser Proteine geklärt werden. Abschließend wurde die physiologische Funktion der einzelnen CLU-Isoformen analysiert. Dabei zeigte sich, dass ausschließlich sCLU eine Chaperonaktivität zukommt, die es ermöglicht, durch Hitze denaturierte Zielproteine in Lösung zu halten. Diese Funktion konnte nicht für die cytosolischen Iso¬formen bestätigt werden. Weiterhin konnte keine Auswirkung einzelner CLU-Formen auf die intrinsische Apoptose oder auf den NF κB-vermittelten Signaltransduktionsweg festgestellt werden, obgleich entsprechende Einflüsse von anderen Arbeitsgruppen postuliert wurden. Die hier gemachten Beobachtungen werfen daher die Frage auf, ob den nicht-sezernierten, cytosolischen CLU-Isoformen überhaupt eine physiologische Funktion zukommt und stellen aktuelle Hypothesen bezüglich der Rolle von CLU bei pathophysiologischen Prozessen infrage.

Plasma PCSK9 concentrations during an oral fat load and after short term high-fat, high-fat high-protein and high-fructose diets

Background PCSK9 (Proprotein Convertase Subtilisin Kexin type 9) is a circulating protein that promotes hypercholesterolemia by decreasing hepatic LDL receptor protein. Under non interventional conditions, its expression is driven by sterol response element binding protein 2 (SREBP2) and follows a diurnal rhythm synchronous with cholesterol synthesis. Plasma PCSK9 is associated to LDL-C and to a lesser extent plasma triglycerides and insulin resistance. We aimed to verify the effect on plasma PCSK9 concentrations of dietary interventions that affect these parameters. Methods We performed nutritional interventions in young healthy male volunteers and offspring of type 2 diabetic (OffT2D) patients that are more prone to develop insulin resistance, including: i) acute post-prandial hyperlipidemic challenge (n=10), ii) 4 days of high-fat (HF) or high-fat/high-protein (HFHP) (n=10), iii) 7 (HFruc1, n=16) or 6 (HFruc2, n=9) days of hypercaloric high-fructose diets. An acute oral fat load was also performed in two patients bearing the R104C-V114A loss-of-function (LOF) PCSK9 mutation. Plasma PCSK9 concentrations were measured by ELISA. For the HFruc1 study, intrahepatocellular (IHCL) and intramyocellular lipids were measured by 1H magnetic resonance spectroscopy. Hepatic and whole-body insulin sensitivity was assessed with a two-step hyperinsulinemic-euglycemic clamp (0.3 and 1.0 mU.kg-1.min-1). Findings HF and HFHP short-term diets, as well as an acute hyperlipidemic oral load, did not significantly change PCSK9 concentrations. In addition, post-prandial plasma triglyceride excursion was not altered in two carriers of PCSK9 LOF mutation compared with non carriers. In contrast, hypercaloric 7-day HFruc1 diet increased plasma PCSK9 concentrations by 28% (p=0.05) in healthy volunteers and by 34% (p=0.001) in OffT2D patients. In another independent study, 6-day HFruc2 diet increased plasma PCSK9 levels by 93% (p<0.0001) in young healthy male volunteers. Spearman’s correlations revealed that plasma PCSK9 concentrations upon 7-day HFruc1 diet were positively associated with plasma triglycerides (r=0.54, p=0.01) and IHCL (r=0.56, p=0.001), and inversely correlated with hepatic (r=0.54, p=0.014) and whole-body (r=−0.59, p=0.0065) insulin sensitivity. Conclusions Plasma PCSK9 concentrations vary minimally in response to a short term high-fat diet and they are not accompanied with changes in cholesterolemia upon high-fructose diet. Short-term high-fructose intake increased plasma PCSK9 levels, independent on cholesterol synthesis, suggesting a regulation independent of SREBP-2. Upon this diet, PCSK9 is associated with insulin resistance, hepatic steatosis and plasma triglycerides.

From diarrhea to obesity in prohormone convertase 1/3 deficiency: age-dependent clinical, pathologic, and enteroendocrine characteristics

GOALS The aim of this report is to delineate the clinical, pathologic, and enteroendocrine (EE) features of prohormone convertase 1/3 (PC1/3) deficiency in children. BACKGROUND Prohormone convertases play a pivotal role in the activation of biologically inactive hormones. Congenital defects in the EE axis, such as PC1/3 deficiency, have been rarely reported and their pathophysiological mechanisms are largely unknown. STUDY EE function and pathology was evaluated in 4 males (1, 2, 7, and 10 y old) from 2 families with PC1/3 deficiency at a university children's hospital. Clinical course, pathology analysis including immunohistochemistry for PC1/3, PC2, and glucagon-like peptide 1 (GLP-1) and electron microscopy, as well as EE function tests (GLP-1, GLP-2, oral glucose tolerance test) were performed. RESULTS All (n=4) suffered from congenital severe diarrhea associated with malabsorption. The diarrhea improved during the first year of life and hyperphagia with excessive weight gain (BMI>97th percentile) became the predominant phenotype at an older age. Analysis of the enteroendocrine axis revealed high proinsulin levels (57 to 1116 pmol/L) in all patients, low serum GLP-2 levels, and impaired insulin and GLP-1 secretion after an oral glucose tolerance test at a young age, with improvement in 1 older child tested. Electron microscopy showed normal ultrastructure of enterocytes and EE cells. Immunohistochemistry revealed normal expression of chromogranin A, a marker of EE cells but markedly reduced immunostaining for PC1/3 and PC2 in all patients. CONCLUSIONS PC1/3 deficiency is associated with an age dependent, variable clinical phenotype caused by severe abnormalities in intestinal and EE functions. Serum level of proinsulin can be used as an effective screening tool.

Evaluation of genome-wide loci of iron metabolism in hereditary hemochromatosis identifies PCSK7 as a host risk factor of liver cirrhosis

Genome-wide association studies (GWAS) have revealed genetic determinants of iron metabolism, but correlation of these with clinical phenotypes is pending. Homozygosity for HFE C282Y is the predominant genetic risk factor for hereditary hemochromatosis (HH) and may cause liver cirrhosis. However, this genotype has a low penetrance. Thus, detection of yet unknown genetic markers that identify patients at risk of developing severe liver disease is necessary for better prevention. Genetic loci associated with iron metabolism (TF, TMPRSS6, PCSK7, TFR2 and Chr2p14) in recent GWAS and liver fibrosis (PNPLA3) in recent meta-analysis were analyzed for association with either liver cirrhosis or advanced fibrosis in 148 German HFE C282Y homozygotes. Replication of associations was sought in additional 499 Austrian/Swiss and 112 HFE C282Y homozygotes from Sweden. Only variant rs236918 in the PCSK7 gene (proprotein convertase subtilisin/kexin type 7) was associated with cirrhosis or advanced fibrosis (P = 1.02 × 10(-5)) in the German cohort with genotypic odds ratios of 3.56 (95% CI 1.29-9.77) for CG heterozygotes and 5.38 (95% CI 2.39-12.10) for C allele carriers. Association between rs236918 and cirrhosis was confirmed in Austrian/Swiss HFE C282Y homozygotes (P = 0.014; ORallelic = 1.82 (95% CI 1.12-2.95) but not in Swedish patients. Post hoc combined analyses of German/Swiss/Austrian patients with available liver histology (N = 244, P = 0.00014, ORallelic = 2.84) and of males only (N = 431, P = 2.17 × 10(-5), ORallelic = 2.54) were consistent with the premier finding. Association between rs236918 and cirrhosis was not confirmed in alcoholic cirrhotics, suggesting specificity of this genetic risk factor for HH. PCSK7 variant rs236918 is a risk factor for cirrhosis in HH patients homozygous for the HFE C282Y mutation.

Prognostic value of PCSK9 levels in patients with acute coronary syndromes.

AIMS Proprotein convertase subtilisin kexin 9 (PCSK9) is an emerging target for the treatment of hypercholesterolaemia, but the clinical utility of PCSK9 levels to guide treatment is unknown. We aimed to prospectively assess the prognostic value of plasma PCSK9 levels in patients with acute coronary syndromes (ACS). METHODS AND RESULTS Plasma PCSK9 levels were measured in 2030 ACS patients undergoing coronary angiography in a Swiss prospective cohort. At 1 year, the association between PCSK9 tertiles and all-cause death was assessed adjusting for the Global Registry of Acute Coronary Events (GRACE) variables, as well as the achievement of LDL cholesterol targets of <1.8 mmol/L. Patients with higher PCSK9 levels at angiography were more likely to have clinical familial hypercholesterolaemia (rate ratio, RR 1.21, 95% confidence interval, CI 1.09-1.53), be treated with lipid-lowering therapy (RR 1.46, 95% CI 1.30-1.63), present with longer time interval of chest pain (RR 1.29, 95% CI 1.09-1.53) and higher C-reactive protein levels (RR 1.22, 95% CI 1.16-1.30). PCSK9 increased 12-24 h after ACS (374 ± 149 vs. 323 ± 134 ng/mL, P < 0.001). At 1 year follow-up, HRs for upper vs. lower PCSK9-level tertiles were 1.13 (95% CI 0.69-1.85) for all-cause death and remained similar after adjustment for the GRACE score. Patients with higher PCSK9 levels were less likely to reach the recommended LDL cholesterol targets (RR 0.81, 95% CI 0.66-0.99). CONCLUSION In ACS patients, high initial PCSK9 plasma levels were associated with inflammation in the acute phase and hypercholesterolaemia, but did not predict mortality at 1 year.

PCSK9 Plasma Concentrations Are Independent of GFR and Do Not Predict Cardiovascular Events in Patients with Decreased GFR.

BACKGROUND Impaired renal function causes dyslipidemia that contributes to elevated cardiovascular risk in patients with chronic kidney disease (CKD). The proprotein convertase subtilisin/kexin type 9 (PCSK9) is a regulator of the LDL receptor and plasma cholesterol concentrations. Its relationship to kidney function and cardiovascular events in patients with reduced glomerular filtration rate (GFR) has not been explored. METHODS Lipid parameters including PCSK9 were measured in two independent cohorts. CARE FOR HOMe (Cardiovascular and Renal Outcome in CKD 2-4 Patients-The Forth Homburg evaluation) enrolled 443 patients with reduced GFR (between 90 and 15 ml/min/1.73 m2) referred for nephrological care that were prospectively followed for the occurrence of a composite cardiovascular endpoint. As a replication cohort, PCSK9 was quantitated in 1450 patients with GFR between 90 and 15 ml/min/1.73 m2 enrolled in the Ludwigshafen Risk and Cardiovascular Health Study (LURIC) that were prospectively followed for cardiovascular deaths. RESULTS PCSK9 concentrations did not correlate with baseline GFR (CARE FOR HOMe: r = -0.034; p = 0.479; LURIC: r = -0.017; p = 0.512). 91 patients in CARE FOR HOMe and 335 patients in LURIC reached an endpoint during a median follow-up of 3.0 [1.8-4.1] years and 10.0 [7.3-10.6] years, respectively. Kaplan-Meier analyses showed that PCSK9 concentrations did not predict cardiovascular events in either cohort [CARE FOR HOMe (p = 0.622); LURIC (p = 0.729)]. Sensitivity analyses according to statin intake yielded similar results. CONCLUSION In two well characterized independent cohort studies, PCSK9 plasma levels did not correlate with kidney function. Furthermore, PCSK9 plasma concentrations were not associated with cardiovascular events in patients with reduced renal function.

α1-Antitrypsin Portland, a bioengineered serpin highly selective for furin: Application as an antipathogenic agent

The important role of furin in the proteolytic activation of many pathogenic molecules has made this endoprotease a target for the development of potent and selective antiproteolytic agents. Here, we demonstrate the utility of the protein-based inhibitor α1-antitrypsin Portland (α1-PDX) as an antipathogenic agent that can be used prophylactically to block furin-dependent cell killing by Pseudomonas exotoxin A. Biochemical analysis of the specificity of a bacterially expressed His- and FLAG-tagged α1-PDX (α1-PDX/hf) revealed the selectivity of the α1-PDX/hf reactive site loop for furin (Ki, 600 pM) but not for other proprotein convertase family members or other unrelated endoproteases. Kinetic studies show that α1-PDX/hf inhibits furin by a slow tight-binding mechanism characteristic of serpin molecules and functions as a suicide substrate inhibitor. Once bound to furin’s active site, α1-PDX/hf partitions with equal probability to undergo proteolysis by furin at the C-terminal side of the reactive center -Arg355-Ile-Pro-Arg358-↓ or to form a kinetically trapped SDS-stable complex with the enzyme. This partitioning between the complex-forming and proteolytic pathways contributes to the ability of α1-PDX/hf to differentially inhibit members of the proprotein convertase family. Finally, we propose a structural model of the α1-PDX-reactive site loop that explains the high degree of enzyme selectivity of this serpin and which can be used to generate small molecule furin inhibitors.

The affected gene underlying the class K glycosylphosphatidylinositol (GPI) surface protein defect codes for the GPI transamidase

The final step in glycosylphosphatidylinositol (GPI) anchoring of cell surface proteins consists of a transamidation reaction in which preassembled GPI donors are substituted for C-terminal signal sequences in nascent polypeptides. In previous studies we described a human K562 cell mutant, termed class K, that accumulates fully assembled GPI units but is unable to transfer them to N-terminally processed proproteins. In further work we showed that, unlike wild-type microsomes, microsomes from these cells are unable to support C-terminal interaction of proproteins with the small nucleophiles hydrazine or hydroxylamine, and that the cells thus are defective in transamidation. In this study, using a modified recombinant vaccinia transient transfection system in conjunction with a composite cDNA prepared by 5′ extension of an existing GenBank sequence, we found that the genetic element affected in these cells corresponds to the human homolog of yGPI8, a gene affected in a yeast mutant strain exhibiting similar accumulation of GPI donors without transfer. hGPI8 gives rise to mRNAs of 1.6 and 1.9 kb, both encoding a protein of 395 amino acids that varies in cells with their ability to couple GPIs to proteins. The gene spans ≈25 kb of DNA on chromosome 1. Reconstitution of class K cells with hGPI8 abolishes their accumulation of GPI precursors and restores C-terminal processing of GPI-anchored proteins. Also, hGPI8 restores the ability of microsomes from the mutant cells to yield an active carbonyl in the presence of a proprotein which is considered to be an intermediate in catalysis by a transamidase.