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.

Inhibition of Mitogen-Activated Protein Kinase Erk1/2 Promotes Protein Degradation of ATP Binding Cassette Transporters A1 and G1 in CHO and in HuH7 cells.

Signal transduction modulates expression and activity of cholesterol transporters. We recently demonstrated that the Ras/mitogen-activated protein kinase (MAPK) signaling cascade regulates protein stability of Scavenger Receptor BI (SR-BI) through Proliferator Activator Receptor (PPARα) -dependent degradation pathways. In addition, MAPK (Mek/Erk 1/2) inhibition has been shown to influence liver X receptor (LXR) -inducible ATP Binding Cassette (ABC) transporter ABCA1 expression in macrophages. Here we investigated if Ras/MAPK signaling could alter expression and activity of ABCA1 and ABCG1 in steroidogenic and hepatic cell lines. We demonstrate that in Chinese Hamster Ovary (CHO) cells and human hepatic HuH7 cells, extracellular signal-regulated kinase 1/2 (Erk1/2) inhibition reduces PPARα-inducible ABCA1 protein levels, while ectopic expression of constitutively active H-Ras, K-Ras and MAPK/Erk kinase 1 (Mek1) increases ABCA1 protein expression, respectively. Furthermore, Mek1/2 inhibitors reduce ABCG1 protein levels in ABCG1 overexpressing CHO cells (CHO-ABCG1) and human embryonic kidney 293 (HEK293) cells treated with LXR agonist. This correlates with Mek1/2 inhibition reducing ABCG1 cell surface expression and decreasing cholesterol efflux onto High Density Lipoproteins (HDL). Real Time reverse transcriptase polymerase chain reaction (RT-PCR) and protein turnover studies reveal that Mek1/2 inhibitors do not target transcriptional regulation of ABCA1 and ABCG1, but promote ABCA1 and ABCG1 protein degradation in HuH7 and CHO cells, respectively. In line with published data from mouse macrophages, blocking Mek1/2 activity upregulates ABCA1 and ABCG1 protein levels in human THP1 macrophages, indicating opposite roles for the Ras/MAPK pathway in the regulation of ABC transporter activity in macrophages compared to steroidogenic and hepatic cell types. In summary, this study suggests that Ras/MAPK signaling modulates PPARα- and LXR-dependent protein degradation pathways in a cell-specific manner to regulate the expression levels of ABCA1 and ABCG1 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.

Impact of cholesterol on ABC and SLC transporters expression and function and its role in disposition variability to lipid-lowering drugs

This report focuses on the effects of cholesterol on the expression and function of the ATP-binding cassette (ABCB1, ABCG2 and ABCC2) and solute-linked carrier (SLCO1B1 and SLCO2B1) drug transporters with a particular focus on the potential impact of cholesterol on lipid-lowering drug disposition. Statins are the most active agents in the treatment of hypercholesterolemia. However, considerable interindividual variation exists in the response to statin therapy. Therefore, it would be huge progress if factors were identified that reliably differentiate between responders and nonresponders. Many studies have suggested that plasma lipid concentrations can affect drug disposition of compounds, such as ciclosporin and amphotericin B. Both compounds are able to affect the expression and function of ABC transporters. Although still speculative, these effects might be owing to the regulation of drug transporters by plasma cholesterol levels. Studies with normo- and hyper-cholesterolemic individuals, before and after atorvastatin treatment, have demonstrated that plasma cholesterol levels are correlated with drug transporter expression, as well as being related to atorvastatin`s cholesterol-lowering effect. The mechanism influencing the correlation between cholesterol levels and the expression and function of drug transporters remains unclear. Some studies provide strong evidence that nuclear receptors, such as the pregnane X receptor and the constitutive androstane receptor, mediate this effect. In the near future, pharmacogenomic studies with individuals in a pathological state should be performed in order to identify whether high plasma cholesterol levels might be a factor contributing to interindividual oral drug bioavailability.

A growth hormone-releasing peptide that binds scavenger receptor CD36 and ghrelin receptor up-regulates sterol transporters and cholesterol efflux in macrophages through a peroxisome proliferator-activated receptor gamma-dependent pathway.

Macrophages play a central role in the pathogenesis of atherosclerosis by accumulating cholesterol through increased uptake of oxidized low-density lipoproteins by scavenger receptor CD36, leading to foam cell formation. Here we demonstrate the ability of hexarelin, a GH-releasing peptide, to enhance the expression of ATP-binding cassette A1 and G1 transporters and cholesterol efflux in macrophages. These effects were associated with a transcriptional activation of nuclear receptor peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR)gamma in response to binding of hexarelin to CD36 and GH secretagogue-receptor 1a, the receptor for ghrelin. The hormone binding domain was not required to mediate PPARgamma activation by hexarelin, and phosphorylation of PPARgamma was increased in THP-1 macrophages treated with hexarelin, suggesting that the response to hexarelin may involve PPARgamma activation function-1 activity. However, the activation of PPARgamma by hexarelin did not lead to an increase in CD36 expression, as opposed to liver X receptor (LXR)alpha, suggesting a differential regulation of PPARgamma-targeted genes in response to hexarelin. Chromatin immunoprecipitation assays showed that, in contrast to a PPARgamma agonist, the occupancy of the CD36 promoter by PPARgamma was not increased in THP-1 macrophages treated with hexarelin, whereas the LXRalpha promoter was strongly occupied by PPARgamma in the same conditions. Treatment of apolipoprotein E-null mice maintained on a lipid-rich diet with hexarelin resulted in a significant reduction in atherosclerotic lesions, concomitant with an enhanced expression of PPARgamma and LXRalpha target genes in peritoneal macrophages. The response was strongly impaired in PPARgamma(+/-) macrophages, indicating that PPARgamma was required to mediate the effect of hexarelin. These findings provide a novel mechanism by which the beneficial regulation of PPARgamma and cholesterol metabolism in macrophages could be regulated by CD36 and ghrelin receptor downstream effects.

Pharmacogenetics of OATP Transporters Reveals That SLCO1B1 c.388A > G Variant Is Determinant of Increased Atorvastatin Response

Aims: The relationship between variants in SLCO1B1 and SLCO2B1 genes and lipid-lowering response to atorvastatin was investigated. Material and Methods: One-hundred-thirty-six unrelated individuals with hypercholesterolemia were selected and treated with atorvastatin (10 mg/day/4 weeks). They were genotyped with a panel of ancestry informative markers for individual African component of ancestry (ACA) estimation by SNaPshot (R) and SLCO1B1 (c.388A>G, c.463C>A and c.521T>C) and SLCO2B1 (-71T>C) gene polymorphisms were identified by TaqMan (R) Real-time PCR. Results: Subjects carrying SLCO1B1 c.388GG genotype exhibited significantly high low-density lipoprotein (LDL) cholesterol reduction relative to c.388AA+c.388AG carriers (41 vs. 37%, p = 0.034). Haplotype analysis revealed that homozygous of SLCO1B1*15 (c.521C and c.388G) variant had similar response to statin relative to heterozygous and non-carriers. A multivariate logistic regression analysis confirmed that c.388GG genotype was associated with higher LDL cholesterol reduction in the study population (OR: 3.2, CI95%: 1.3-8.0, p < 0.05). Conclusion: SLCO1B1 c.388A>G polymorphism causes significant increase in atorvastatin response and may be an important marker for predicting efficacy of lipid-lowering therapy.

The effect of cholesterol on the reconstitution of alkaline phosphatase into liposomes

Tissue-nonspecific alkaline phosphatase (TNAP), present on the surface of chondrocyte- and osteoblast-derived matrix vesicles (MVs), plays key enzymatic functions during endochondral ossification. Many studies have shown that MVs are enriched in TNAP and also in cholesterol compared to the plasma membrane. Here we have studied the influence of cholesterol on the reconstitution of TNAP into dipalmitoylphosphatidylcholine (DPPC)-liposomes, monitoring the changes in lipid critical transition temperature (T(c)) and enthalpy variation (Delta H) using differential scanning calorimetry (DSC). DPPC-liposomes revealed a T(c) of 41.5 degrees C and Delta H of 7.63 Kcal mol(-1). The gradual increase in cholesterol concentration decrease Delta H values, reaching a Delta H of 0.87 Kcal mol(-1) for DPPC: cholesterol system with 36 mol% of cholesterol. An increase in T(c), up to 47 degrees C for the DPPC:cholesterol liposomes (36 mol% of Chol), resulted from the increase in the area per molecule in the gel phase. TNAP (0.02 mg/mL) reconstitution was done with protein:lipid 1:10,000 (molar ratio), resulting in 85% of the added enzyme being incorporated. The presence of cholesterol reduced the incorporation of TNAP to 42% of the added enzyme when a lipid composition of 36 mol% of Chol was used. Furthermore, the presence of TNAP in proteoliposomes resulted in a reduction in Delta H. The gradual proportional increase of cholesterol in liposomes results in broadening of the phase transition peak and eventually eliminates the cooperative gel-to-liquid-crystalline phase transition of phospholipids bilayers. Thus, the formation of microdomains may facilitate the clustering of enzymes and transporters known to be functional in MVs during endochondral ossification. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

No interaction between alcohol consumption and HDL-related genes on HDL cholesterol levels.

OBJECTIVE: To assess the relationships and possible interactions between polymorphisms related to HDL levels and alcohol consumption. METHODS: Cross-sectional population-based study including 2863 women and 2546 men aged 35-75 years (CoLaus study). Alcohol intake was assessed by the reported alcohol consumption of the last 7 days. Nineteen candidate genes known to influence HDL levels were studied. RESULTS: Alcohol consumption increased HDL cholesterol levels in both genders. After multivariate adjustment for gender, age, body mass index, smoking, hypolipidaemic drug treatment, physical activity and alcohol consumption, APOA5, CETP, LIPC and LPL gene polymorphisms were significantly (10(-5) threshold) related with HDL cholesterol levels, while no genexalcohol intake interaction was found for all SNPs studied. ABCA1 polymorphisms were related to HDL cholesterol levels on bivariate analysis but the relationship was no longer significant after multivariate analysis. CONCLUSION: Our data confirm the association of alcohol consumption and of APOA5, CETP, LIPC and LPL gene polymorphisms with HDL cholesterol levels. Conversely, no genexalcohol consumption interactions were found, suggesting that the effect of alcohol consumption on HDL cholesterol levels is not mediated via a modulation of HDL related genes.

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.