Expression, localization, and functional model of cholesterol transporters in lactating and nonlactating mammary tissues of murine, bovine, and human origin

Members of the ATP-binding cassette (ABC) transporters play a pivotal role in cellular lipid efflux. To identify candidate cholesterol transporters implicated in lipid homeostasis and mammary gland (MG) physiology, we compared expression and localization of ABCA1, ABCG1, and ABCA7 and their regulatory genes in mammary tissues of different species during the pregnancy-lactation cycle. Murine and bovine mammary glands (MGs) were investigated during different functional stages. The abundance of mRNAs was determined by quantitative RT-PCR. Furthermore, transporter proteins were localized in murine, bovine, and human MGs by immunohistochemistry. In the murine MG, ABCA1 mRNA abundance was elevated during nonlactating compared with lactating stages, whereas ABCA7 and ABCA1 mRNA profiles were not altered. In the bovine MG, ABCA1, ABCG1, and ABCA7 mRNAs abundances were increased during nonlactating stages compared with lactation. Furthermore, associations between mRNA levels of transporters and their regulatory genes LXRalpha, PPARgamma, and SREBPs were found. ABCA1, ABCG1, and ABCA7 proteins were localized in glandular MG epithelial cells (MEC) during lactation, whereas during nonlactating stages, depending on species, the proteins showed distinct localization patterns in MEC and adipocytes. Our results demonstrate that ABCA1, ABCG1, and ABCA7 are differentially expressed between lactation and nonlactating stages and in association with regulatory genes. Combined expression and localization data suggest that the selected cholesterol transporters are universal MG transporters involved in transport and storage of cholesterol and in lipid homeostasis of MEC. Because of the species-specific expression patterns of transporters in mammary tissue, mechanisms of cholesterol homeostasis seem to be differentially regulated between species.

Cholesterol transporters in lactating and nonlactating human mammary tissue

In mammals milk is the principal nutrient for neonates at birth. The basic milk composition is similar between different mammals, but the content of individual constituents such as lipids may differ significantly from one species to another. The milk fat fraction is mainly composed of triglycerides which account for more than 95% of the lipids found in human and bovine milk. Though sterols and in particular cholesterol, the predominant milk sterol, represent less than 0.5% of the total milk lipid fraction, they are of ultimate importance for biological processes such as the formation of biological membranes or as precursors for steroid hormone synthesis. Cholesterol found in milk originates either from blood uptake or from local synthesis. This chapter provides an overview of cholesterol exchanges between the blood, the mammary tissue and the milk. The current knowledge on the expression, localization and function of candidate cholesterol transporters in mammary tissues of human, murine and bovine origin is summarized. Different mechanisms of how cholesterol can be transferred via the mammary tissue into milk, and which active cholesterol transporters are likely to play a role in this process will be discussed.

Importance of cholesterol and cholesterol transporters in the placental trophoblast during pregnancy

Membrane transporters are essential during pregnancy, being a core component of the exchange of nutrients, gases, and metabolic products between the mother and the developing fetus. Important compounds to be transported include vitamins and minerals, amino acids, glucose, as well as cholesterol. Cholesterol transport across the plasma membrane is mediated mainly by members of the ATP-binding cassette (ABC) transporter family. Cholesterol is present in every cell of the body, where it helps maintain the integrity of cell membranes and also plays an important role in cell signaling events. Cholesterol also acts as a precursor for the biosynthesis of steroids that include sex hormones, glucocorticoids, mineralcorticoids, as well as bile acids and oxysterols. Cholesterol transport is therefore crucial for a host of different physiological processes. The following chapter addresses the involvement and importance of ABC transporters in these different processes. The critical role that ABC transporters Play for a successful pregnancy outcome is highlighted by pathological processes that result malfunction of cholesterol transport during pregnancy. Avenues of future research are also described, which may help to further delineate the function and mechanism of action of ABC transporters.

Regulation of HMG-CoA reductase, HSL and ACAT expression and activity in testicular cholesterol metabolism in mink and in mouse following experimental genetic deletion

Introduction: L'homéostasie du cholestérol est indispensable à la synthèse de la testostérone dans le tissu interstitiel et la production de gamètes mâles fertiles dans les tubules séminifères. Les facteurs enzymatiques contribuent au maintien de cet équilibre intracellulaire du cholestérol. L'absence d'un ou de plusieurs enzymes telles que la HMG-CoA réductase, la HSL et l'ACAT-1 a été associée à l'infertilité masculine. Toutefois, les facteurs enzymatiques qui contribuent au maintien de l'équilibre intra-tissulaire du cholestérol n'ont pas été étudiés. Cette étude a pour but de tester l'hypothèse que le maintien des taux de cholestérol compatibles avec la spermatogenèse nécessite une coordination de la fonction intracellulaire des enzymes HMG-CoA réductase, ACAT1 et ACAT2 et la HSL. Méthodes: Nous avons analysé l'expression de l’ARNm et de la protéine de ces enzymes dans les fractions enrichies en tubules séminifères (STf) de vison durant le développement postnatal et le cycle reproductif annuel et dans les fractions enrichies en tissu interstitiel (ITf) et de STf durant le développement postnatal chez la souris. Nous avons développé deux nouvelles techniques pour la mesure de l'activité enzymatique de la HMG-CoA réductase et de celle de l'ACAT1 et ACAT2. En outre, l'immunohistochimie a été utilisée pour localiser les enzymes dans le testicule. Enfin, les souris génétiquement déficientes en HSL, en SR-BI et en CD36 ont été utilisées pour élucider la contribution de la HMG-CoA réductase, l'ACAT1 et l'ACAT2 et la HSL à l'homéostasie du cholestérol. Résultats: 1) HMG-CoA réductase: (Vison) La variation du taux d’expression de l’ARNm de la HMG-CoA réductase était corrélée à celle de l'isoforme de 90 kDa de la protéine HMG-CoA réductase durant le développement postnatal et chez l'adulte durant le cycle reproductif saisonnier. L'activité enzymatique de la HMG-CoA réductase augmentait de façon concomitante avec le taux protéinique pour atteindre son niveau le plus élevé à 240 jours (3.6411e-7 mol/min/μg de protéines) au cours du développement et en Février (1.2132e-6 mol/min/μg de protéines) durant le cycle reproductif chez l’adulte. (Souris), Les niveaux d'expression de l'ARNm et l'activité enzymatique de la HMG-CoA réductase étaient maximales à 42 jours. A l'opposé, le taux protéinique diminuait au cours du développement. 2) HSL: (Vison), l'expression de la protéine de 90 kDa de la HSL était élevée à 180- et 240 jours après la naissance, ainsi qu'en Janvier durant le cycle saisonnier chez l'adulte. L'activité enzymatique de la HSL augmentait durant le développement pour atteindre un pic à 270 jours (36,45 nM/min/μg). Chez l'adulte, l'activité enzymatique de la HSL était maximale en Février. (Souris) Le niveau d’expression de l'ARNm de la HSL augmentait significativement à 21-, 28- et 35 jours après la naissance concomitamment avec le taux d'expression protéinique. L'activité enzymatique de la HSL était maximale à 42 jours suivie d'une baisse significative chez l'adulte. 3) ACAT-1 et ACAT-2: Le présent rapport est le premier à identifier l’expression de l'ACAT-1 et de l'ACAT-2 dans les STf de visons et de souris. (Vison) L'activité enzymatique de l'ACAT-2 était maximale à la complétion du développement à 270 jour (1190.00 CPMB/200 μg de protéines) et en janvier (2643 CPMB/200 μg de protéines) chez l'adulte. En revanche, l'activité enzymatique de l'ACAT-1 piquait à 90 jours et en août respectivement durant le développement et chez l'adulte. (Souris) Les niveaux d'expression de l'ARNm et la protéine de l'ACAT-1 diminuait au cours du développement. Le taux de l'ARNm de l'ACAT-2, à l’opposé du taux protéinique, augmentait au cours du développement. L'activité enzymatique de l'ACAT-1 diminuait au cours du développement tandis que celle de l'ACAT-2 augmentait pour atteindre son niveau maximal à 42 jours. 4) Souris HSL-/ -: Le taux d’expression de l'ARNm et l'activité enzymatique de la HMG-CoA réductase diminuaient significativement dans les STf de souris HSL-/- comparés aux souris HSL+/+. Par contre, les taux de l'ARNm et les niveaux des activités enzymatiques de l'ACAT-1 et de l'ACAT-2 étaient significativement plus élevés dans les STf de souris HSL-/- comparés aux souris HSL+/+ 5) Souris SR-BI-/-: L'expression de l'ARNm et l'activité enzymatique de la HMG-CoA réductase et de l'ACAT-1 étaient plus basses dans les STf de souris SR-BI-/- comparées aux souris SR-BI+/+. A l'opposé, le taux d'expression de l'ARNm et l'activité enzymatique de la HSL étaient augmentées chez les souris SR-BI-/- comparées aux souris SR-BI+/+. 6) Souris CD36-/-: L'expression de l'ARNm et l'activité enzymatique de la HMG-CoA réductase et de l'ACAT-2 étaient significativement plus faibles tandis que celles de la HSL et de l'ACAT-1 étaient inchangées dans les STf de souris CD36-/- comparées aux souris CD36+/+. Conclusion: Nos résultats suggèrent que: 1) L'activité enzymatique de la HMG-CoA réductase et de la HSL sont associées à l'activité spermatogénétique et que ces activités ne seraient pas régulées au niveau transcriptionnel. 2) L'ACAT-1 et de l'ACAT-2 sont exprimées dans des cellules différentes au sein des tubules séminifères, suggérant des fonctions distinctes pour ces deux isoformes: l'estérification du cholestérol libre dans les cellules germinales pour l'ACAT-1 et l'efflux du cholestérol en excès dans les cellules de Sertoli au cours de la spermatogenèse pour l'ACAT-2. 3) La suppression génétique de la HSL diminuait la HMG-CoA réductase et augmentait les deux isoformes de l'ACAT, suggérant que ces enzymes jouent un rôle critique dans le métabolisme du cholestérol intratubulaire. 4) La suppression génétique des transporteurs sélectifs de cholestérol SR-BI et CD36 affecte l'expression (ARNm et protéine) et l'activité des enzymes HMG-CoA réductase, HSL, ACAT-1 et ACAT-2, suggérant l'existence d’un effet compensatoire entre facteurs enzymatiques et non-enzymatiques du métabolisme du cholestérol dans les fractions tubulaires. Ensemble, les résultats de notre étude suggèrent que les enzymes impliquées dans la régulation du cholestérol intratubulaire agissent de concert avec les transporteurs sélectifs de cholestérol dans le but de maintenir l'homéostasie du cholestérol intra-tissulaire du testicule.

Cholesterol Transport and Regulation in the Mammary Gland.

The milk-producing alveolar epithelial cells secrete milk that remains after birth the principal source of nutrients for neonates. Milk secretion and composition are highly regulated processes via integrated actions of hormones and local factors which involve specific receptors and downstream signal transduction pathways. Overall milk composition is similar among mammalian species, although the content of individual constituents such as lipids may significantly differ from one species to another. The milk lipid fraction is essentially composed of triglycerides, which represent more than 95 % of the total lipids in human and commercialized bovine milk. Though sterols, including cholesterol, which is the major milk sterol, represent less than 0.5 % of the total milk lipid fraction, they are of key importance for several biological processes. Cholesterol is required for the formation of biological membranes especially in rapidly growing organisms, and for the synthesis of sterol-based compounds. Cholesterol found in milk originates predominantly from blood uptake and, to a certain extent, from local synthesis in the mammary tissue. The present review summarizes current knowledge on cellular mechanisms and regulatory processes determining intra- and transcellular cholesterol transport in the mammary gland. Cholesterol exchanges between the blood, the mammary alveolar cells and the milk, and the likely role of active cholesterol transporters in these processes are discussed. In this context, the hormonal regulation and signal transduction pathways promoting active cholesterol transport as well as potential regulatory crosstalks are highlighted.

Les transporteurs sélectifs de cholestérol SR-BI, SR-BII, CD36 et ABCA1 contribuent au maintien de l’homéostasie du cholestérol intratesticulaire

Le testicule assure la production des spermatozoïdes et la sécrétion de la testostérone. Chaque fonction est assumée par un compartiment cellulaire distinct: l’épithélium séminifère et le tissu interstitiel. Le cholestérol, présent dans les deux compartiments, est un composé indispensable aux membranes cellulaires et un précurseur essentiel de la testostérone. Dans le compartiment interstitiel, environ 40 % du cholestérol utilisé pour la production hormonale est importé du sang à partir des lipoprotéines HDL et/ou LDL. Dans l’épithélium séminifère, la cellule de Sertoli assure le contrôle et le maintien de la spermatogenèse. Elle a la capacité de synthétiser du cholestérol à partir de l’acétate in vitro, néanmoins, il n’y a pas d’évidence qu’elle le fait in vivo. De plus il existe, au niveau des tubules séminifères, une barrière hémato-testiculaire qui empêche le libre passage de plusieurs composés sanguins, y compris le cholestérol. Nous avons testé l’hypothèse qu’il existe des moyens d’importation du cholestérol sanguin, mais aussi l’exportation du cholestérol intra-tissulaire, qui contourneraient cette barrière et qui contribueraient au maintien du taux intratubulaire du cholestérol compatible avec le bon déroulement de la spermatogenèse. Nous avons comparé les taux de variation de l’expression de l’ARNm et de la protéine des transporteurs sélectifs de cholestérol SR-BI, SR-BII, CD36 et ABCA1 aux taux de variation du cholestérol libre et estérifié au cours de la spermatogenèse chez les souris normales durant le développement postnatal. Afin de mieux apprécier le niveau d’implication de chacun de ces récepteurs, nous avons examiné comment la suppression du gène d’une enzyme comme la lypase hormono-sensible (HSL) ou de celui d’un transporteur de cholestérol comme SR-BI, CD36 ou NPC1 était compensée et comment cette suppression affectait le taux de cholestérol libre et estérifié dans chacun des deux compartiments cellulaires du testicule. Nous avons dans un premier temps mis au point une nouvelle technique d’isolation des testicules en fraction enrichie en tissu interstitiel (ITf) et en tubules séminifères (STf) qui a l’avantage de mieux préserver l’intégrité des formes phosphorylées et glycosylées des protéines comparée aux techniques préexistantes. Les résultats de nos analyses ont montré que l’expression de SR-BI et CD36 étaient maximales dans les ITf au moment où les souris ont complété leur maturité sexuelle et où le niveau de synthèse de la testostérone était maximal. Dans les tubules séminifères, l’expression maximale de SR-BI et le taux le plus élevé de cholestérol estérifié étaient mesurés de façon concomitante à 35 jours après la naissance, au moment où la première vague de l’activité spermatogénétique était complétée. L’expression de l’ABCA1 était maximale au moment où le taux de cholestérol était élevé et minimale au moment où le taux de cholestérol était le plus bas, alors que le niveau d’expression de CD36 était maximal chez l’adulte au moment où le taux de spermiation était le plus élevé. L’expression de SR-BII variait peu dans les deux compartiments cellulaires durant le développement. La suppression génétique de la HSL et de NPC1, qui cause une infertilité chez les souris mâles, était accompagnée d’une accumulation de cholestérol libre et estérifié dans les tubules séminifères. Par contre, la suppression génétique de SR-BI et CD36, qui ne causent pas d’infertilité chez les souris mâles était sans impact significatif sur le taux de cholestérol intratubulaire. Nous avons montré que l’invalidation génétique d’un transporteur sélectif ou d’une enzyme du métabolisme du cholestérol était accompagnée d’un ensemble de mécanismes de compensation visant à maintenir le taux de cholestérol libre aux niveaux semblables à ceux mesurés dans les fractions tissulaires de souris normales. Ensemble, nos résultats ont montré que l’expression des transporteurs sélectifs de cholestérol SR-BI, SR-BII, CD36 et ABCA1 variait en fonction de la spermatogenèse et du taux intratesticulaire du cholestérol suggérant leur contribution au maintien de l’homéostasie du cholestérol intratesticulaire.

Intestin et défauts métaboliques dans la résistance à l'insuline

En lien avec l’augmentation constante de l’obésité, de plus en plus de personnes sont atteintes de résistance à l’insuline ou de diabète de type 2. Ce projet doctoral s’est surtout intéressé à l’une des conséquences majeures des pathologies cardiométaboliques, soit la dyslipidémie diabétique. À cet égard, les gens présentant une résistance à l’insuline ou un diabète de type 2 sont plus à risque de développer des perturbations lipidiques caractérisées essentiellement par des taux élevés de triglycérides et de LDL-cholestérol ainsi que de concentrations restreintes en HDL-cholestérol dans la circulation. Les risques de maladies cardiovasculaires sont ainsi plus élevés chez ces patients. Classiquement, trois organes sont connus pour développer l’insulino-résistance : le muscle, le tissu adipeux et le foie. Néanmoins, certaines évidences scientifiques commencent également à pointer du doigt l’intestin, un organe critique dans la régulation du métabolisme des lipides postprandiaux, et qui pourrait, conséquemment, avoir un impact important dans l’apparition de la dyslipidémie diabétique. De façon très intéressante, des peptides produits par l’intestin, notamment le GLP-1 (glucagon-like peptide-1), ont déjà démontré leur potentiel thérapeutique quant à l’amélioration du statut diabétique et leur rôle dans le métabolisme intestinal lipoprotéinique. Une autre évidence est apportée par la chirurgie bariatrique qui a un effet positif, durable et radical sur la perte pondérale, le contrôle métabolique et la réduction des comorbidités du diabète de type 2, suite à la dérivation bilio-intestinale. Les objectifs centraux du présent programme scientifique consistent donc à déterminer le rôle de l’intestin dans (i) l’homéostasie lipidique/lipoprotéinique en réponse à des concentrations élevées de glucose (à l’instar du diabète) et à des peptides gastro-intestinaux tels que le PYY (peptide YY); (ii) la coordination du métabolisme en disposant de l’AMPK (AMP-activated protein kinase) comme senseur incontournable permettant l’ajustement précis des besoins et disponibilités énergétiques cellulaires; et (iii) l’ajustement de sa capacité d’absorption des graisses alimentaires en fonction du gain ou de la perte de sa sensibilité à l’insuline démontrée dans les spécimens intestinaux humains prélevés durant la chirurgie bariatrique. Dans le but de confirmer le rôle de l’intestin dans la dyslipidémie diabétique, nous avons tout d’abord utilisé le modèle cellulaire intestinal Caco-2/15. Ces cellules ont permis de démontrer qu’en présence de hautes concentrations de glucose en basolatéral, telle qu’en condition diabétique, l’intestin absorbe davantage de cholestérol provenant de la lumière intestinale par l’intermédiaire du transporteur NPC1L1 (Niemann Pick C1-like 1). L’utilisation de l’ezetimibe, un inhibiteur du NPC1L1, a permis de contrecarrer cette augmentation de l’expression de NPC1L1 tout comme l’élévation de l’absorption du cholestérol, prouvant ainsi que le NPC1L1 est bel et bien responsable de cet effet. D’autre part, des travaux antérieurs avaient identifié certains indices quant à un rôle potentiel du peptide intestinal PYY au niveau du métabolisme des lipides intestinaux. Toutefois, aucune étude n’avait encore traité cet aspect systématiquement. Pour établir définitivement l’aptitude du PYY à moduler le transport et le métabolisme lipidique dans l’intestin, nous avons utilisé les cellules Caco-2/15. Notre étude a permis de constater que le PYY incubé du côté apical est capable de réduire significativement l’absorption du cholestérol et le transporteur NPC1L1. Puisque le rôle de l'AMPK dans l'intestin demeure inexploré, il est important non seulement de définir sa structure moléculaire, sa régulation et sa fonction dans le métabolisme des lipides, mais aussi d'examiner l'impact de l’insulino-résistance et du diabète de type 2 (DT2) sur son statut et son mode d’action gastro-intestinal. En employant les cellules Caco-2/15, nous avons été capables de montrer (i) la présence de toutes les sous-unités AMPK (α1/α2/β1/β2/γ1/γ2/γ3) avec une différence marquée dans leur abondance et une prédominance de l’AMPKα1 et la prévalence de l’hétérotrimère α1/β2/γ1; (ii) l’activation de l’AMPK par la metformine et l’AICAR, résultant ainsi en une phosphorylation accrue de l’enzyme acétylCoA carboxylase (ACC) et sans influence sur l'HMG-CoA réductase; (iii) la modulation négative de l’AMPK par le composé C et des concentrations de glucose élevées avec des répercussions sur la phosphorylation de l’ACC. D’autre part, l’administration de metformine au Psammomys obesus, un modèle animal de diabète et de syndrome métabolique, a conduit à (i) une régulation positive de l’AMPK intestinale (phosphorylation de l’AMPKα-Thr172); (ii) la réduction de l'activité ACC; (iii) l’augmentation de l’expression génique et protéique de CPT1, supportant une stimulation de la β-oxydation; (iv) une tendance à la hausse de la sensibilité à l'insuline représentée par l’induction de la phosphorylation d'Akt et l’inactivation de la phosphorylation de p38; et (v) l’abaissement de la formation des chylomicrons ce qui conduit à la diminution de la dyslipidémie diabétique. Ces données suggèrent que l'AMPK remplit des fonctions clés dans les processus métaboliques de l'intestin grêle. La preuve flagrante de l’implication de l’intestin dans les événements cardiométaboliques a été obtenue par l’examen des spécimens intestinaux obtenus de sujets obèses, suite à une chirurgie bariatrique. L’exploration intestinale nous a permis de constater chez ceux avec un indice HOMA élevé (marqueur d’insulinorésistance) (i) des défauts de signalisation de l'insuline comme en témoigne la phosphorylation réduite d'Akt et la phosphorylation élevée de p38 MAPK; (ii) la présence du stress oxydatif et de marqueurs de l'inflammation; (iii) la stimulation de la lipogenèse et de la production des lipoprotéines riches en triglycérides avec l’implication des protéines clés FABP, MTP et apo B-48. En conclusion, l'intestin grêle peut être classé comme un tissu insulino-sensible et répondant à plusieurs stimuli nutritionnels et hormonaux. Son dérèglement peut être déclenché par le stress oxydatif et l'inflammation, ce qui conduit à l'amplification de la lipogenèse et la synthèse des lipoprotéines, contribuant ainsi à la dyslipidémie athérogène chez les patients atteints du syndrome métabolique et de diabète de type 2.

Effects of lipid-lowering drugs on reverse cholesterol transport gene expressions in peripheral blood mononuclear and HepG2 cells

Aims: The ATP-binding cassette transporters, ABCA1 and ABCG1, are LXR-target genes that play an important role in reverse cholesterol transport. We examined the effects of inhibitors of the cholesterol absorption (ezetimibe) and synthesis (statins) on expression of these transporters in HepG2 cells and peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) of individuals with primary (and nonfamilial) hypercholesterolemia (HC). Materials & methods: A total of 48 HC individuals were treated with atorvastatin (10 mg/day/4 weeks) and 23 were treated with ezetimibe (10 mg/day/4 weeks), followed by simvastatin (10 mg/day/8 weeks) and simvastatin plus ezetimibe (10 mg of each/day/4 weeks). Gene expression was examined in statin- or ezetimibe-treated and control HepG2 cells as well as PBMCs using real-time PCR. Results: In PBMCs, statins and ezetimibe downregulated ABCA1 and ABCG1 mRNA expression but did not modulate NR1H2 (LxR-beta) and NR1H3 (LXR-alpha) levels. Positive correlations of ABCA1 with ABCG1 and of NR1H2 with NR1H3 expressions were found in all phases of the treatments. In HepG2 cells, ABCA1 mRNA levels remained unaltered while ABCG1 expression was increased by statin (1.0-10.0 mu M) or ezetimibe (5.0 mu M) treatments. Atorvastatin upregulated NR1H2 and NR1H3 only at 10.0 mu M, meanwhile ezetimibe (1.0-5.0 mu M) downregulated NR1H2 but did not change NR1H3 expression. Conclusion: Our findings reveal that lipid-lowering drugs downregulate ABCA1 and ABCG1 mRNA expression in PBMCs of HC individuals and exhibit differential effects on HepG2 cells. Moreover, they indicate that the ABCA1 and ABCG1 transcript levels were not correlated directly to LXR mRNA expression in both cell models treated with lipid-lowering drugs.

Changes in renal glucose transporters in an animal model of metabolic syndrome

Considering the similarity between structural, hemodynamic, and functional changes of obesity-related renal disease and diabetic nephropathy, we hypothesized that renal glucose transporter changes occur in obesity as in diabetes. The aim of the work was to evaluate GLUT1 and GLUT2 in kidneys of an animal model of metabolic syndrome. Neonate spontaneously hypertensive rats (SHR), n=15/group, were treated with monosodium glutamate (5 mg/g) (MetS) for 9 days and compared with saline-treated Wistar-Kyoto (C) and SHR (H) rats. Lee index, systolic arterial pressure (SAP), glycemia, insulin resistance, triglycerides, and HDL cholesterol were evaluated at 3 and 6 months. Medullar GLUT1 and cortical GLUT2 were analyzed by Western blot. MetS vs. C and H rats had the highest Lee index (p<0.001) and insulin resistance (3-months C: 4.3±0.7, H: 3.9±0.9, MetS: 2.7±0.6; 6-months C: 4.2±0.6, H: 3.8±0.5, MetS: 2.4±0.6% • min−1, p<0.001), similar glycemia, and the lowest HDL-cholesterol at 6-months (p<0.001). In the MetS and H rats, SAP was higher vs. C at 3-months (p<0.001) and 6-months (C: 151±15, H: 190±11, MetS: 185±13 mm Hg, p<0.001) of age. GLUT1 was ̴ 13× lower (p<0.001) at 3-months, reestablishing its content at 6-months in MetS group, while GLUT2 was 2× higher (p<0.001) in this group at 6-months of age. Renal GLUT1 and GLUT2 are modulated in kidney of rats with metabolic syndrome, where obesity, insulin resistance and hypertension coexist, despite normoglycemia. Like in diabetes, cortical GLUT2 overexpression may contribute to the development of kidney disease

Identification of ABCA1 and ABCG1 in milk fat globules and mammary cells--implications for milk cholesterol secretion

The ATP-binding cassette (ABC) transporters ABCA1 and ABCG1 play an important role in cellular cholesterol homeostasis, but their function in mammary gland (MG) tissue remains elusive. A bovine MG model that allows repeated MG sampling in identical animals at different functional stages was used to test whether 1) ABCA1 and ABCG1 protein expression and subcellular localization in mammary epithelial cells (MEC) change during the pregnancy-lactation cycle, and 2) these 2 proteins were present in milk fat globules (MFG). Expression and localization in MEC were investigated in bovine MG tissues at the end of lactation, during the dry period (DP), and early lactation using immunohistochemical and immunofluorescence approaches. The presence of ABCA1 and ABCG1 in MFG isolated from fresh milk was determined by immunofluorescence. The ABCA1 protein expression in MEC, expressed as arbitrary units, was higher during the end of lactation (12.2±0.24) and the DP (12.5±0.22) as compared with during early lactation (10.2±0.65). In contrast, no significant change in ABCG1 expression existed between the stages. Throughout the cycle, ABCA1 and ABCG1 were detected in the apical (41.9±24.8 and 49.0±4.96% of cows, respectively), basal (56.2±28.1 and 54.6±7.78% of cows, respectively), or entire cytoplasm (56.8±13.4 and 61.6±14.4% of cows, respectively) of MEC, or showed combined localization. Unlike ABCG1, ABCA1 was absent at the apical aspect of MEC during early lactation. Immunolabeling experiments revealed the presence of ABCA1 and ABCG1 in MFG membranes. Findings suggest a differential, functional stage-dependent role of ABCA1 and ABCG1 in cholesterol homeostasis of the MG epithelium. The presence of ABCA1 and ABCG1 in MFG membranes suggests that these proteins are involved in cholesterol exchange between MEC and alveolar milk.

PP141. The lipid transporters ABCA1 and ABCG1 are differentially expressed in preeclamptic and IUGR placentas

INTRODUCTION The ATP-binding cassette (ABC) transporter A1 (ABCA1) and ABCG1 are highly expressed in the placenta in various compartments, including the villous syncytiotrophoblast (V-STB) and foetal endothelial cells. Among other not yet characterized functions, they play a role in the foeto-maternal transport of cholesterol and other lipophilic molecules. In humans, preliminary data suggest expressional changes of ABCA1 and ABCG1 in pathologic gestation, particularly under hypoxic conditions, but a systematic expression analysis in common human pregnancy diseases has never been performed. OBJECTIVES The aim of the present study was to characterize ABCA1 and ABCG1 expression in a large series of pathologic placentas, in particular from preeclampsia (PE) and intrauterine growth restriction (IUGR) which are associated with placental hypoxia. METHODS Placentas from 152 pathological pregnancies, including PE and/or HELLP (n=24) and IUGR (n=21), and 20 normal control placentas were assessed for their ABCA1 and ABCG1 mRNA and protein expression with quantitative RT-PCR and semi-quantitative immunohistochemical analysis, respectively. RESULTS ABCA1 protein expression in the V-STB was significantly less extensive in PE compared with normal controls (<10% of V-STB stained for ABCA1 in 58% PE placentas vs. 25% controls; p=0.035). Conversely, it was significantly more wide-spread in IUGR (>75% of V-STB stained in 57% IUGR placentas vs. 15% controls; p=0.009). Moreover, there was an insignificant trend for increased ABCA1 expression in fetal endothelial cells of stem villi in PE (p=0.0588). ABCA1 staining levels in V-STB were significantly associated with placental histopathological features related with hypoxia: they were decreased in placentas exhibiting syncytial knotting (p=0.033) and decidual vasculopathy (p=0.0437) and increased in low weight placentas (p=0.015). The significant and specific alterations in ABCA1 protein expression found at a specific cellular level were not paralleled by changes in ABCA1 mRNA abundance of total placental tissue. ABCG1 staining was universally extensive in the V-STB of normal placentas, always affecting more than 90% of V-STB surface. In comparison, ABCG1 staining of the V-STB was generally often reduced in pregnancy diseases. In particular, less than 90% of V-STB exhibited ABCG1 staining in 26% of PE placentas (p=0.022) and 35% of IUGR placentas (p=0.003). Similarly to ABCA1, ABCG1 mRNA expression in total placental tissue was not significantly different between controls and PE or IUGR. CONCLUSION ABCA1 and ABCG1 proteins are differentially expressed, with either down- or up-regulation, in the V-STB of placentas exhibiting features of chronic hypoxia, such as in PE and IUGR. This suggests that other factors in addition to hypoxia regulate the expression of placental lipid transporters. The specific changes on a cellular level were masked when only total tissue mRNA was analysed underlining the importance of cell specific expression analysis. The potential effects of decreased placental ABCA1 and ABCG1 expression on foetal nutrition and development remain to be elucidated.

Differential expression of ABC transporters and their regulatory genes during lactation and dry period in bovine mammary tissue

ATP-binding cassette (ABC) transporters play a pivotal role in human physiology, and mutations in these genes often result in severe hereditary diseases. ABC transporters are expressed in the bovine mammary gland but their physiological role in this organ remains elusive. Based on findings in the context of human disorders we speculated that candidate ABC transporters are implicated in lipid and cholesterol transport in the mammary gland. Therefore we investigated the expression pattern of selected genes that are associated with sterol transport in lactating and nonlactating mammary glands of dairy cows. mRNA levels from mammary gland biopsies taken during lactation and in the first and second week of the dry period were analysed using quantitative PCR. Five ABC transporter genes, namely ABCA1, ABCA7, ABCG1, ABCG2 and ABCG5, their regulating genes LXRalpha, PPARgamma, SREBP1 and the milk proteins lactoferrin and alpha-lactalbumin were assessed. A significantly enhanced expression in the dry period was observed for ABCA1 while a significant decrease of expression in this period was detected for ABCA7, ABCG2, SREBP1 and alpha-lactalbumin. ABCG1, ABCG5, LXRalpha, PPARgamma and lactoferrin expression was not altered between lactation and dry period. These results indicate that candidate ABC transporters involved in lipid and cholesterol transport show differential mRNA expression between lactation and the dry period. This may be due to physiological changes in the mammary gland such as immigration of macrophages or the accumulation of fat due to the loss of liquid in the involuting mammary gland. The current mRNA expression analysis of transporters in the mammary gland is the prerequisite for elucidating novel molecular mechanisms underlying cholesterol and lipid transfer into milk.

Differential expression and localization of lipid transporters in the bovine mammary gland during the pregnancy-lactation cycle

The transport of lipids across mammary gland epithelial cells (MEC) determines milk lipid content and composition. We investigated the expression of lipid transporters and their regulators in comparison to blood metabolites during lactation and dry period (DP) in dairy cows. Repeated mammary gland biopsies and blood samples were taken from 10 animals at 7 stages of the pregnancy-lactation cycle. Expression levels of the specific mRNAs were determined by quantitative reverse transcription-PCR, whereas ABCA1 was localized by immunohistochemistry. Blood serum metabolites were determined by common enzymatic chemistries. Elevated mRNA profiles of ABCA1 and ABCA7 were found during DP as compared with lactation and were inversely associated with blood cholesterol levels. Elevated levels of ABCG2, NPC1, SREBP1, SREBP2, LXR alpha, and PPAR gamma were found postpartum, whereas ABCG1 did not differ between the functional stages of the mammary gland. The ABCA1 protein was localized in MEC and showed differential activity between DP and lactation suggesting a role of ABCA1 in the removal of excess cellular cholesterol from MEC during the DP. The expression profiles of ABCA7 and NPC1 may reflect a role of these transporters in the clearance of apoptotic cells and the intracellular redistribution of cholesterol, respectively. Regulation of lipid transporters in the mammary gland is partially associated with transcription factors that control lipid homeostasis.

Invited review: Growth-promoting effects of colostrum in calves based on interaction with intestinal cell surface receptors and receptor-like transporters

The postnatal development and maturation of the gastrointestinal (GI) tract of neonatal calves is crucial for their survival. Major morphological and functional changes in the calf's GI tract initiated by colostrum bioactive substances promote the establishment of intestinal digestion and absorption of food. It is generally accepted that colostrum intake provokes the maturation of organs and systems in young calves, illustrating the significance of the cow-to-calf connection at birth. These postnatal adaptive changes of the GI tissues in neonatal calves are especially induced by the action of bioactive substances such as insulin-like growth factors, hormones, or cholesterol carriers abundantly present in colostrum. These substances interact with specific cell-surface receptors or receptor-like transporters expressed in the GI wall of neonatal calves to elicit their biological effects. Therefore, the abundance and activity of cell surface receptors and receptor-like transporters binding colostral bioactive substances are a key aspect determining the effects of the cow-to-calf connection at birth. The present review compiles the information describing the effects of colostrum feeding on selected serum metabolic and endocrine traits in neonatal calves. In this context, the current paper discusses specifically the consequences of colostrum feeding on the GI expression and activity of cell-receptors and receptor-like transporters binding growth hormone, insulin-like growth factors, insulin, or cholesterol acceptors in neonatal calves.