Atorvastatin effects on SREBF1a and SCAP gene expression in mononuclear cells and its relation with lowering-lipids response

Background: The transcription factors SREBP1 and SCAP are involved in intracellular cholesterol homeostasis. Polymorphisms of these genes have been associated with variations on serum lipid levels and response to statins that are potent cholesterol-lowering drugs. We evaluated the effects of atorvastatin on SREBF1a and SCAP mRNA expression in peripheral blood mononuclear cells (PBMC) and a possible association with gene polymorphisms and lowering-cholesterol response. Methods: Fifty-nine hypercholesterolemic patients were treated with atorvastatin (10 mg/day for 4 weeks). Serum lipid profile and mRNA expression in PBMC were assessed before and after the treatment. Gene expression was quantified by real-time PCR using GAPD as endogenous reference and mRNA expression in HepG2 cells as calibrator. SREBF1 -36delG and SCAP A2386G polymorphisms were detected by PCR-RFLP. Results: Our results showed that transcription of SREBF1a and SCAP was coordinately regulated by atorvastatin (r=0.595, p<0.001), and that reduction in SCAP transcription was associated with the 2386AA genotype (p=0.019). Individuals who responded to atorvastatin with a downregulation of SCAP had also a lower triglyceride compared to those who responded to atorvastatin with an upregulation of SCAP. Conclusion: Atorvastatin has differential effects on SREBF1a and SCAP mRNA expression in PBMC that are associated with baseline transcription levels, triglycerides response to atorvastatin and SCAP A2386G polymorphism. (c) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

SCAP is required for timely and proper myelin membrane synthesis.

Myelination requires a massive increase in glial cell membrane synthesis. Here, we demonstrate that the acute phase of myelin lipid synthesis is regulated by sterol regulatory element-binding protein (SREBP) cleavage activation protein (SCAP), an activator of SREBPs. Deletion of SCAP in Schwann cells led to a loss of SREBP-mediated gene expression involving cholesterol and fatty acid synthesis. Schwann cell SCAP mutant mice show congenital hypomyelination and abnormal gait. Interestingly, aging SCAP mutant mice showed partial regain of function; they exhibited improved gait and produced small amounts of myelin indicating a slow SCAP-independent uptake of external lipids. Accordingly, extracellular lipoproteins partially rescued myelination by SCAP mutant Schwann cells. However, SCAP mutant myelin never reached normal thickness and had biophysical abnormalities concordant with abnormal lipid composition. These data demonstrate that SCAP-mediated regulation of glial lipogenesis is key to the proper synthesis of myelin membrane, and provide insight into abnormal Schwann cell function under conditions affecting lipid metabolism.

Hypomyelination Caused by Scap Deletion is Slowly Rescued by Extracellular Lipids that Alter Myelin Structure

Myelination requires a massive increase in glial cell membrane synthesis. Here we demonstrate that the acute phase of myelin lipid synthesis is regulated by SREBP cleavage activation protein (SCAP), an activator of sterol regulatory element-binding proteins (SREBPs). Deletion of SCAP in Schwann cells led to a loss of SREBP-mediated gene expression, congenital hypomyelination and abnormal gait. Interestingly, aging SCAP mutant mice showed partial regain of function; they exhibited improved gait and produced small amounts of myelin indicating a slow SCAP-independent uptake of external lipids. Accordingly, extracellular lipoproteins promoted myelination by SCAP mutant Schwann cells. However, SCAP mutant myelin never reached normal thickness and had biophysical abnormalities concordant with abnormal lipid composition. These data demonstrate that SCAP mediated regulation of glial lipogenesis is key to the proper synthesis of myelin membrane. The described defects in SCAP mutant myelination provide new insights into the pathogenesis, and open new avenues for treatment strategies, of peripheral neuropathies associated with lipid metabolic disorders.

Le rôle de SREBP cleavage-activating protein (SCAP) lors de la différenciation folliculaire ovarienne chez la souris

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Sterols regulate processing of carbohydrate chains of wild-type SREBP cleavage-activating protein (SCAP), but not sterol-resistant mutants Y298C or D443N

SREBP cleavage activating protein (SCAP), a membrane-bound glycoprotein, regulates the proteolytic activation of sterol regulatory element binding proteins (SREBPs), which are membrane-bound transcription factors that control lipid synthesis in animal cells. SCAP-stimulated proteolysis releases active fragments of SREBPs from membranes of the endoplasmic reticulum and allows them to enter the nucleus where they activate transcription. Sterols such as 25-hydroxycholesterol inactivate SCAP, suppressing SREBP proteolysis and turning off cholesterol synthesis. We here report the isolation of Chinese hamster ovary cells with a point mutation in SCAP (Y298C) that renders the protein resistant to inhibition by 25-hydroxycholesterol. Like the previously described D443N mutation, the Y298C mutation occurs within the putative sterol-sensing domain, which is part of the polytopic membrane attachment region of SCAP. Cells that express SCAP(Y298C) continued to process SREBPs in the presence of 25-hydroxycholesterol and hence they resisted killing by this sterol. In wild-type Chinese hamster ovary cells the N-linked carbohydrate chains of SCAP were mostly in the endoglycosidase H-sensitive form when cells were grown in medium containing 25-hydroxycholesterol. In contrast, when cells were grown in sterol-depleted medium, these chains were converted to an endoglycosidase H-resistant form. 25-Hydroxycholesterol had virtually no effect in cells expressing SCAP(D443N) or SCAP(Y298C). The relation between this regulated carbohydrate processing to the SCAP-regulated proteolysis of SREBP remains to be explored.

Aging of myelinating glial cells predominantly affects lipid metabolism and immune response pathways.

Both the central and the peripheral nervous systems are prone to multiple age-dependent neurological deficits, often attributed to still unknown alterations in the function of myelinating glia. To uncover the biological processes affected in glial cells by aging, we analyzed gene expression of the Schwann cell-rich mouse sciatic nerve at 17 time points throughout life, from day of birth until senescence. By combining these data with the gene expression data of myelin mouse mutants carrying deletions of either Pmp22, SCAP, or Lpin1, we found that the majority of age-related transcripts were also affected in myelin mutants (54.4%) and were regulated during PNS development (59.5%), indicating a high level of overlap in implicated molecular pathways. The expression profiles in aging copied the direction of transcriptional changes observed in neuropathy models; however, they had the opposite direction when compared with PNS development. The most significantly altered biological processes in aging involved the inflammatory/immune response and lipid metabolism. Interestingly, both these pathways were comparably changed in the aging optic nerve, suggesting that similar biological processes are affected in aging of glia-rich parts of the central and peripheral nervous systems. Our comprehensive comparison of gene expression in three distinct biological conditions including development, aging, and myelin disease thus revealed a previously unanticipated relationship among themselves and identified lipid metabolism and inflammatory/immune response pathways as potential therapeutical targets to prevent or delay so far incurable age-related and inherited forms of neuropathies.

Capacidade de suporte de carga e umidade crítica de um Latossolo induzida por diferentes manejos

Os diferentes manejos de plantas invasoras em lavouras cafeeiras têm promovido alterações estruturais aos solos, comprometendo a sua qualidade física. Assim, o conhecimento da capacidade de suporte de carga do solo sob diferentes sistemas de manejo de plantas invasoras é essencial para o manejo sustentável do solo de lavouras cafeeiras. Os objetivos deste estudo foram: (a) avaliar a influência da adoção, durante 30 anos, de diferentes sistemas de manejo de plantas invasoras na capacidade de suporte de carga de um Latossolo Vermelho distroférrico (LVdf) cultivado com cafeeiros e localizado na Fazenda da Epamig em São Sebastião do Paraíso, MG (Latitude de 20 º 55 ' 00 " S e Longitude 47 º 07 ' 10 " W ); b) determinar a tensão máxima (σmax) aplicada ao solo por um trator; e c) estabelecer as umidades volumétricas críticas (θcrítica) para o tráfego de um trator. Os manejos de plantas invasoras avaliados foram: sem capina (SCAP); capina manual (CAPM); herbicida de pós-emergência (HPOS); roçadora (ROÇA); enxada rotativa (ENRT); grade (GRAD); e herbicida de pré-emergência (HPRE). Em cada sistema de manejo, 15 amostras indeformadas de solo foram coletadas aleatoriamente no centro das entrelinhas dos cafeeiros, nas profundidades de 0-3, 10-13 e 25-28 cm, totalizando 315 amostras. Em uma mata nativa (MATA) sob LVdf, adjacente à área de estudo, foram coletadas 15 amostras adicionais por profundidade, as quais serviram de referência dos atributos avaliados. Os equipamentos utilizados no manejo da lavoura cafeeira foram tracionados por um trator cafeeiro Valmet® modelo 68. Para determinar a θcrítica para o tráfego do trator, foram consideradas apenas aquelas tensões que não excedem a resistência interna do solo expressa pela pressão de preconsolidação. As amostras indeformadas foram utilizadas para determinar a pressão de preconsolidação (σp) em diferentes umidades volumétricas (θ) e obtenção da densidade do solo (Ds). A partir do excedente das amostras indeformadas, foram determinados distribuição granulométrica de partículas, C orgânico do solo (COS) e teor de óxidos. Modelos de capacidade de suporte de carga (CSC) do tipo σp = 10(a+bq) entre pressão de preconsolidação e umidade volumétrica foram obtidos para verificar os possíveis efeitos dos diferentes sistemas de manejo de plantas invasoras na estrutura do solo. A tensão máxima aplicada pelo trator cafeeiro foi de 220 kPa para o pneu dianteiro 6-16 na pressão de inflação de 172 kPa. O menor valor de umidade crítica foi de 0,27 cm³ cm-3 para o LVdf sob o manejo SCAP na profundidade de 0-3 cm, e o maior valor, de 0,48 cm³ cm-3 para o solo sob o manejo HPRE na profundidade de 0-3 cm. O manejo de plantas invasoras utilizando GRAD e HPRE favorece a formação do encrostamento superficial e os incrementos dos valores de densidade do solo e capacidade de suporte de carga na profundidade de 0-3 cm. O solo sob MATA apresenta menor capacidade de suporte de cargas nas três profundidades estudadas, em relação ao solo cultivado com cafeeiros e submetido a diferentes manejos de plantas invasoras. Os diferentes manejos de plantas invasoras utilizadas no centro das entrelinhas da lavoura cafeeira não influenciaram a densidade do solo e o teor de C orgânico do Latossolo, na profundidade de 25-28 cm, em relação ao solo sob mata nativa.

Alterações nos atributos químicos de um latossolo pelo manejo de plantas invasoras em cafeeiros

O controle de plantas invasoras é uma das práticas de manejo mais intensivas na condução de lavouras cafeeiras, o qual provoca alterações nos atributos químicos do solo. Diante disso, os objetivos deste estudo foram: avaliar os efeitos dos diferentes sistemas de manejo de plantas invasoras em uma lavoura cafeeira nos atributos químicos de um Latossolo Vermelho distroférrico em relação ao solo sob mata nativa (MATA); e verificar a relação entre o teor de C orgânico do solo (COS) e a capacidade de troca de cátions efetiva (CTC a pH natural) e a capacidade de troca de cátions a pH 7 (CTC a pH 7). O estudo foi realizado na fazenda experimental da Empresa de Pesquisa Agropecuária de Minas Gerais (EPAMIG), localizada no município de São Sebastião do Paraíso, Minas Gerais. A área experimental foi plantada com cafeeiros da cultivar Paraíso, e o experimento foi instalado em blocos casualizados, com sete manejos de plantas invasoras e três repetições. Os manejos de plantas invasoras avaliados foram: sem capina (SCAP); capina manual (CAPM); herbicida de pós-emergência (HPOS); roçadora (ROÇA); enxada rotativa (ENRT); grade (GRAD); e herbicida de pré-emergência (HPRE). Cada manejo de plantas invasoras nas entrelinhas dos cafeeiros vem sendo realizado há 30 anos em três ruas, com 36 m de comprimento cada. As amostras de solo foram coletadas no centro das entrelinhas dos cafeeiros em dezembro de 2007, com cinco amostras simples por parcela, que perfizeram uma amostra composta em três profundidades (0-3, 10-13 e 25-28 cm). As seguintes análises químicas foram realizadas nas amostras de solo: pH em água, cátions trocáveis (Ca, Mg, K e Al), C orgânico (COS), capacidade de troca de cátions efetiva ou a pH natural (CTC efetiva) e capacidade de troca de cátions a pH 7. Os manejos apresentaram características contrastantes, variando desde métodos manuais até capinas químicas e mecânicas. Os resultados permitiram observar que a manutenção das plantas invasoras nas entrelinhas dos cafeeiros, adotada no manejo sem capina, contribuiu positivamente para as alterações dos atributos químicos (Ca trocável, CTC efetiva e CTC a pH 7,0) nas três profundidades estudadas; além disso, elevou o teor de C orgânico total na profundidade de 0-3 cm e pode contribuir para aumento e manutenção dos estoques de C em lavouras cafeeiras. Assim, o manejo SCAP nas entrelinhas dos cafeeiros pode ser adotado para a melhoria e manutenção dos atributos químicos em lavouras cafeeiras. Por outro lado, a utilização constante e por longo prazo (30 anos) do manejo HPRE reduziu os valores de pH nas profundidades de 10-13 e 25-28 cm e do Ca trocável, Mg trocável e CTC efetiva nas três profundidades estudadas, em relação aos demais manejos de plantas invasoras. Os valores de CTC efetiva do Latossolo Vermelho distroférrico apresentaram relação com o teor de C orgânico em 59, 60 e 47 % dos casos e de CTC a pH 7 em 65, 55 e 46 %, nas profundidades de 0-3, 10-13 e 25-28 cm.

Role of the transcription factor sox4 in schwann cell development

Previous studies demonstrated that both Schwann cell differentiation and de-differentiation (in the situation of a nerve injury or demyelinating disease) are regulated by cell-intrinsic regulators including several transcription factors. In particular, the de-differentiation of mature Schwann cells is driven by the activation of multiple negative regulators of myelination including c-Jun, Notch, Sox-2 and Pax-3, all usually expressed in the immature Schwann cells and suppressed at the onset of myelination. In order to identify new negative regulators of myelination involved in the development of the peripheral nervous system (PNS) we analyzed the data from a previously performed transcriptional analysis of myelinating Schwann cells. Based on its transcriptional expression profile during myelination, Sox4, a member of the Sox gene family, was identified as a potential candidate. Previous studies demonstrated that prolonged Sox4 expression in oligodendrocytes maintains these cells in a premyelinating state, further suggesting its role as a negative regulator of myelination. Concomitantly, we observed upregulation of Sox4 mRNA and protein expression levels in the PNS of three different models of demyelinating neuropathies (Pmp22, Lpin1, and Scap KOs). To better characterize the molecular function of Sox4, we used a viral vector allowing Sox4 overexpression in cultured Schwann cells and in neuron-Schwann cell co-cultures. In parallel, we generated two transgenic lines of mice in which the overexpression of Sox4 is driven specifically in Schwann cells by the Myelin Protein Zero gene promoter. The preliminary data from these in vitro and in vivo experiments show that overexpression of Sox4 in PNS causes a delay in progression of myelination thus indicating that Sox4 acts as a negative regulator of Schwann cell myelination.

Sistema poroso e capacidade de retenção de água em latossolo submetido a diferentes manejos de plantas invasoras em uma lavoura cafeeira

Os manejos de plantas invasoras em lavouras cafeeiras podem promover alterações estruturais que comprometem a capacidade do solo em infiltrar, distribuir, transmitir e reter água, em função da distribuição dos poros por tamanho. Nesse contexto, o objetivo deste estudo foi verificar a influência da adoção de diferentes manejos de plantas invasoras no sistema poroso e na capacidade de retenção de água em um Latossolo Vermelho distroférrico (LVdf), nas entrelinhas de uma lavoura cafeeira, em relação ao solo sob mata nativa. A área de estudo localiza-se na Fazenda Experimental da Epamig, em São Sebastião do Paraíso, região sul de Minas Gerais. O experimento foi instalado no ano de 1977 em blocos casualizados (DBC), com três repetições. Os seguintes manejos de plantas invasoras foram utilizados nas entrelinhas dos cafeeiros: sem capina (SCAP); capina manual (CAPM); herbicida de pósemergência (HPOS); roçadora (ROÇA); enxada rotativa (ENRT); grade (GRAD); e herbicida de pré-emergência (HPRE). Em dezembro de 2007, amostras de solo com estrutura indeformada foram coletadas aleatoriamente no centro das entrelinhas dos cafeeiros sob os diferentes manejos, nas profundidades de 0-3 cm, 10-13 cm e 25-28 cm, totalizando 315 amostras. Em uma mata nativa (MATA) sob LVdf, adjacente à área de estudo, foram coletadas 15 amostras adicionais por profundidade, as quais serviram de referência para os atributos avaliados. A partir da curva de retenção de água no solo, foi obtida a distribuição de poros por tamanho (macroporosidade: poros com diâmetro > 50 µm e microporosidade: poros com diâmetro < 50 µm), e o volume total de poros foi calculado pela equação [VTP = 1-(densidade do solo/ densidade de partículas)]. As principais alterações, tanto na curva de retenção de água como na distribuição de poros por tamanho, ocorreram na profundidade de 0-3 cm. Os extremos foram para o LVdf sob MATA e o solo sob lavoura cafeeira manejado com a GRAD e HPRE. Os demais sistemas de manejo proporcionaram ao LVdf valores intermediários das variáveis avaliadas.

Untersuchungen zur Interaktion von Cholesterin mit cholesterinbindenden Proteinen

Der geschwindigkeitsbestimmende Schritt bei der Biosynthese von Steroidhormonen ist der Transport von Cholesterin von der äußeren zur inneren Mitochondrienmembran, wo es zu dem Steroid Pregnenolon umgewandelt wird. Für diesen Transport ist das StAR-Protein (Steroidogenic Acute Regulatory Protein) notwendig. Ein weiteres an der Bildung von Steroidhormonen beteiligtes Protein ist das MLN64-Protein. Beide Proteine besitzen so genannte START-Domänen (StAR related Lipid Transfer-Domänen), die Cholesterin binden können. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die START-Domänen von StAR und MLN64 Cholesterin auf unterschiedliche Weise binden. Es ist noch nicht geklärt, auf welche Weise das StAR-Protein den Cholesterintransport in die Mitochondrien bewirkt. Das StAR-Protein könnte Cholesterin binden und als Cholesterintransporter zwischen äußerer und innerer Mitochondrienmembran fungieren. Nach einer anderen Hypothese wirkt das StAR-Protein ausschließlich an der äußeren Mitochondrienmembran. Es wird auch postuliert, dass das StAR-Protein in einem teilweise entfalteten Zustand vorliegen muss, um seine Funktion erfüllen zu können. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass StAR ein fotoreaktives Cholesterinderivat bindet. Die Cholesterinbindungsstelle des StAR-Proteins konnte eingegrenzt werden. Es wurden Experimente durchgeführt, um zu überprüfen, ob das Protein tatsächlich nur in teilweise entfaltetem Zustand aktiv ist. Die Cholesterinbindung des MLN64-Proteins wurde ebenfalls mit dem fotoreaktiven Cholesterinderivat untersucht. Dabei zeigte sich, dass MLN64 offenbar mehrere Bindungsstellen für Cholesterin besitzt. Weitere Experimente beschäftigten sich mit der Charakterisierung der Cholesterinbindungsstelle des humanen Oxytocinrezeptors, eines G-Protein gekoppelten Hormonrezeptors, der durch Cholesterin reguliert wird. Dabei kam auch wieder das fotoreaktive Cholesterinderivat zum Einsatz. Außerdem wurden in dieser Arbeit Experimente durchgeführt, die sich mit der Regulation der Cholesterinbiosynthese befassten. Die Biosynthese des Cholesterins wird reguliert, indem in der Membran des Endoplasmatischen Retikulums verankerte Transkriptionsfaktoren proteolytisch freigesetzt werden. Das passiert nur dann, wenn der zelluläre Cholesterinspiegel niedrig ist. Bei diesem Regulationsmechanismus spielt das Protein SCAP eine zentrale Rolle (Sterol responsive element binding protein Cleavage Activating Protein). SCAP bindet Cholesterin spezifisch und wird dadurch reguliert. Im Rahmen dieser Arbeit konnte der Bereich von SCAP eingegrenzt werden, der Cholesterin bindet. Ebenso konnte gezeigt werden, dass die Interaktion von SCAP mit einem anderen, als Insig bezeichneten Protein indirekt durch das Cholesterinderivat 25-Hydroxycholesterin reguliert wird.

A proteolytic pathway that controls the cholesterol content of membranes, cells, and blood

The integrity of cell membranes is maintained by a balance between the amount of cholesterol and the amounts of unsaturated and saturated fatty acids in phospholipids. This balance is maintained by membrane-bound transcription factors called sterol regulatory element-binding proteins (SREBPs) that activate genes encoding enzymes of cholesterol and fatty acid biosynthesis. To enhance transcription, the active NH2-terminal domains of SREBPs are released from endoplasmic reticulum membranes by two sequential cleavages. The first is catalyzed by Site-1 protease (S1P), a membrane-bound subtilisin-related serine protease that cleaves the hydrophilic loop of SREBP that projects into the endoplasmic reticulum lumen. The second cleavage, at Site-2, requires the action of S2P, a hydrophobic protein that appears to be a zinc metalloprotease. This cleavage is unusual because it occurs within a membrane-spanning domain of SREBP. Sterols block SREBP processing by inhibiting S1P. This response is mediated by SREBP cleavage-activating protein (SCAP), a regulatory protein that activates S1P and also serves as a sterol sensor, losing its activity when sterols overaccumulate in cells. These regulated proteolytic cleavage reactions are ultimately responsible for controlling the level of cholesterol in membranes, cells, and blood.