Asparagine-proline sequence within membrane-spanning segment of SREBP triggers intramembrane cleavage by Site-2 protease

The NH2-terminal domains of membrane-bound sterol regulatory element-binding proteins (SREBPs) are released into the cytosol by regulated intramembrane proteolysis, after which they enter the nucleus to activate genes encoding lipid biosynthetic enzymes. Intramembrane proteolysis is catalyzed by Site-2 protease (S2P), a hydrophobic zinc metalloprotease that cleaves SREBPs at a membrane-embedded leucine-cysteine bond. In the current study, we use domain-swapping methods to localize the residues within the SREBP-2 membrane-spanning segment that are required for cleavage by S2P. The studies reveal a requirement for an asparagine-proline sequence in the middle third of the transmembrane segment. We propose a model in which the asparagine-proline sequence serves as an NH2-terminal cap for a portion of the transmembrane α-helix of SREBP, allowing the remainder of the α-helix to unwind partially to expose the peptide bond for cleavage by S2P.

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

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

Statut des transporteurs du cholestérol au niveau de l'intestin et du foie dans le diabète de type 2

La résistance à l’insuline et le diabète de type 2 (DT2) sont caractérisés par une hyperlipidémie. Le but de cette étude est de déterminer si le DT2 contribue au dérèglement du métabolisme du cholestérol au niveau du petit intestin et du foie du Psammomys obesus, un modèle animal nutritionnel d’induction de la résistance à l’insuline et du DT2. L’absorption intestinale du cholestérol est diminuée chez les animaux diabétiques. Cette diminution est associée à une baisse (i) de l’expression génique et protéique de NPC1-L1 qui joue un rôle primordial dans l’absorption du cholestérol au niveau des entérocytes; et (ii) de l’ARNm de l’ABCA1 responsable de l’efflux de cholestérol des cellules intestinales à l’apolipoprotéine A-I et aux HDLs. En ce qui a trait aux transporteurs SR-B1 et Annexin II, aucune différence n’a été observée au niveau intestinal. Toutefois, une diminution significative de l’expression génique de l’ABCG5, un intervenant majeur dans la sécrétion du cholestérol des entérocytes vers la lumière intestinale, est mesurée chez les animaux diabétiques. De plus, l’expression protéique est diminuée pour le PCSK9 et augmentée pour le LDLr au niveau du jéjunum, tandis que la quantité de protéine de l’enzyme HMG-CoA réductase est régulée à la baisse chez les Psammomys obesus diabétiques. Finalement, de tous les facteurs de transcription testés seule une augmentation de LXR et une diminution de PPAR/δ sont détectées au niveau de l’intestin. Au niveau hépatique, il y a (i) une augmentation de la masse protéique de NPC1-L1, SR-BI et Annexin II; (ii) une élévation l’ARNm de SR-BI; (iii) une diminution du contenu protéique de ABCG8 et de l’expression génique de l’ABCG5 et de l’ABCA1; et (iv) une élévation de l’ARNm de LXR et de PPAR/δ, tout comme une baisse de l’expression protéique de SREBP-2. Somme toute, nos résultats montrent que le développement du diabète de type 2 chez le Psammomys obesus entraîne un changement dans la machinerie intra-entérocytaire et hépatocytaire, qui mène à un dérèglement de l’homéostasie du cholestérol.

A mathematical model of the sterol regulatory element binding protein 2 cholesterol biosynthesis pathway

Cholesterol is one of the key constituents for maintaining the cellular membrane and thus the integrity of the cell itself. In contrast high levels of cholesterol in the blood are known to be a major risk factor in the development of cardiovascular disease. We formulate a deterministic nonlinear ordinary differential equation model of the sterol regulatory element binding protein 2 (SREBP-2) cholesterol genetic regulatory pathway in an hepatocyte. The mathematical model includes a description of genetic transcription by SREBP-2 which is subsequently translated to mRNA leading to the formation of 3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A reductase (HMGCR), a main precursor of cholesterol synthesis. Cholesterol synthesis subsequently leads to the regulation of SREBP-2 via a negative feedback formulation. Parameterised with data from the literature, the model is used to understand how SREBP-2 transcription and regulation affects cellular cholesterol concentration. Model stability analysis shows that the only positive steady-state of the system exhibits purely oscillatory, damped oscillatory or monotic behaviour under certain parameter conditions. In light of our findings we postulate how cholesterol homestasis is maintained within the cell and the advantages of our model formulation are discussed with respect to other models of genetic regulation within the literature.

Insulin selectively increases SREBP-1c mRNA in the livers of rats with streptozotocin-induced diabetes

Sterol regulatory element binding proteins (SREBPs) enhance transcription of genes encoding enzymes of cholesterol and fatty acid biosynthesis and uptake. In the current experiments, we observed a decline in the mRNA encoding one SREBP isoform, SREBP-1c, in the livers of rats that were rendered diabetic by treatment with streptozotocin. There was no change in the mRNA encoding SREBP-1a, which is derived from the same gene as SREBP-1c but uses a different promoter. The ratio of SREBP-1c:1a transcripts fell 25-fold from 5:1 in control rats to 0.2:1 in the diabetic animals. The SREBP-1c mRNA rose nearly to normal, and the 1c:1a ratio increased 17-fold when the diabetic rats were treated for 6 h with insulin. These treatments produced no change in the mRNA for SREBP-2, which is encoded by a separate gene. The SREBP-1c mRNA also fell selectively in freshly isolated rat hepatocytes and rose when the cells were treated with insulin. Considered together with recent data on hepatocytes [Foretz, M., Pacot, C., Dugal, I., et al. (1999) Mol. Cell. Biol. 19, 3760–3768], the current in vivo studies suggest that insulin may stimulate lipid synthesis in the liver by selectively inducing transcription of the SREBP-1c gene.

Nuclear Import of Sterol Regulatory Element–binding Protein-2, a Basic Helix-Loop-Helix–Leucine Zipper (bHLH-Zip)–containing Transcription Factor, Occurs through the Direct Interaction of Importin β with HLH-Zip

The sterol regulatory element–binding protein-2 (SREBP-2) is produced as a large precursor molecule attached to the endoplasmic reticulum membrane. In response to the sterol depletion, the N-terminal segment of the precursor, which contains a basic helix-loop-helix–leucine zipper domain, is released by two sequential cleavages and is translocated to the nucleus, where it activates the transcription of target genes. The data herein show that released SREBP-2 uses a distinct nuclear transport pathway, which is mediated by importin β. The mature form of SREBP-2 is actively transported into the nucleus when injected into the cell cytoplasm. SREBP-2 binds directly to importin β in the absence of importin α. Ran-GTP but not Ran-GDP causes the dissociation of the SREBP-2–importin β complex. G19VRan-GTP inhibits the nuclear import of SREBP-2 in living cells. In the permeabilized cell in vitro transport system, nuclear import of SREBP-2 is reconstituted only by importin β in conjunction with Ran and its interacting protein p10/NTF2. We further demonstrate that the helix-loop-helix–leucine zipper motif of SREBP-2 contains a novel type of nuclear localization signal, which binds directly to importin β.

Obstructive sleep apnea and dyslipidemia: implications for atherosclerosis

Purpose of review The aim of this review is to summarize current evidence about the impact of obstructive sleep apnea (OSA) and intermittent hypoxia on dyslipidemia and provide future perspectives in this area. Recent findings Intermittent hypoxia, a hallmark of OSA, induces hyperlipidemia in lean mice. Hyperlipidemia of intermittent hypoxia occurs, at least in part, due to activation of the transcription factor sterol regulatory element-binding protein-1 (SREBP-1) and an important downstream enzyme of triglyceride and phospholipid biosynthesis, stearoyl-CoA desaturase-1. Furthermore, intermittent hypoxia may regulate SREBP-1 and stearoyl-CoA desaturase-1 via the transcription factor hypoxia-inducible factor 1. In contrast, key genes involved in cholesterol biosynthesis, SREBP-2 and 3-hydroxy-3-methylglutaryl- CoA (HMG-CoA) reductase, are unaffected by intermittent hypoxia. In humans, there is no definitive evidence regarding the effect of OSA on dyslipidemia. Several cross-sectional studies suggest that OSA is independently associated with increased levels of total cholesterol, low-density lipoprotein and triglycerides, whereas others report no such relationship. Some nonrandomized and randomized studies show that OSA treatment with continuous positive airway pressure may have a beneficial effect on lipid profile. Summary There is increasing evidence that intermittent hypoxia is independently associated with dyslipidemia. However, the role of OSA in causality of dyslipidemia remains to be established.

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

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

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

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

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

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

Vicilinas de leguminosas e seus efeitos no metabolismo lipídico de ratos dislipidêmicos

Pós-graduação em Alimentos e Nutrição - FCFAR

Mechanisms of resistance of tumor cells in response to treatment with the vacuolar H+-ATPase inhibitor archazolid B

Resistance of cancer cells towards chemotherapy is the major cause of therapy failure. Hence, the evaluation of cellular defense mechanisms is essential in the establishment of new chemotherapeutics. In this study, classical intrinsic and acquired as well as new resistance mechanisms relevant in the cellular response to the novel vacuolar H+-ATPase inhibitor archazolid B were investigated. Archazolid B, originally produced by the myxobacterium Archangium gephyra, displayed cytotoxicity in the low nanomolar range on a panel of cancer cell lines. The drug showed enhanced cytotoxic activity against nearly all cancerous cells compared to their non-cancerous pendants. With regards to ABC transporters, archazolid B was identified as a moderate substrate of ABCB1 (P-glycoprotein) and a weak substrate of ABCG2 (BCRP), whereas hypersensitivity was observed in ABCB5-expressing cells. The cytotoxic effect of archazolid B was shown to be independent of the cellular p53 status. However, cells expressing constitutively active EGFR displayed significantly increased resistance. Acquired drug resistance was studied by establishing an archazolid B-resistant MCF-7 cell line. Experiments showed that this secondary resistance was not conferred by aberrant expression or DNA mutations of the gene encoding vacuolar H+-ATPase subunit c, the direct target of archazolid B. Instead, a slight increase of ABCB1 and a significant overexpression of EGFR as well as reduced proliferation may contribute to acquired archazolid B resistance. For identification of new resistance strategies upon archazolid B treatment, omics data from bladder cancer and glioblastoma cells were analyzed, revealing drastic disturbances in cholesterol homeostasis, affecting cholesterol biosynthesis, uptake and transport. As shown by filipin staining, archazolid B led to accumulation of free cholesterol in lysosomes, which triggered sterol responses, mediated by SREBP-2 and LXR, including up-regulation of HMGCR, the key enzyme of cholesterol biosynthesis. Furthermore, inhibition of LDL uptake as well as impaired LDLR surface expression were observed, indicating newly synthesized cholesterol to be the main source of cholesterol in archazolid B-treated cells. This was proven by the fact that under archazolid B treatment, total free cholesterol levels as well as cell survival were significantly reduced by inhibiting HMGCR with fluvastatin. The combination of archazolid B with statins may therefore be an attractive strategy to circumvent cholesterol-mediated cell survival and in turn potentiate the promising anticancer effects of archazolid B.

Polyunsaturated fatty acid-enriched diets used for the treatment of canine chronic enteropathies decrease the abundance of selected genes of cholesterol homeostasis

Lipids are important for cell function and survival, but abnormal concentrations may lead to various diseases. Cholesterol homeostasis is greatly dependent on the active transport by membrane proteins, whose activities coordinate lipid status with cellular function. Intestinal Niemann-Pick C1-Like 1 protein (NPC1L1) and scavenger receptor B1 (SR-B1) participate in the uptake of extracellular cholesterol, whereas ATP binding cassette A1 (ABCA1) mediates the efflux of excessive intracellular cholesterol. Caveolin-1 binds cholesterol and fatty acids (FA) and participates in cholesterol trafficking. Sterol response element binding protein-2 (SREBP-2) is a sensor that regulates intracellular cholesterol synthesis. Given that cholesterol is a constituent of chylomicrons, whose synthesis is enhanced with an increased FA supply, we tested the hypothesis that feeding polyunsaturated FA (PUFA)-enriched diets in treatment of canine chronic enteropathies alters the mRNA expression of genes involved in cholesterol homeostasis. Using quantitative reverse transcriptase polymerase chain reaction (RT-PCR), we compared the mRNA abundance of NPC1L1, SR-B1, ABCA1, caveolin-1, and SREBP-2 in duodenal mucosal biopsies of dogs with food-responsive diarrhea (FRD; n=14) and inflammatory bowel disease (IBD; n=7) before and after treatment with cholesterol-free PUFA-enriched diets and in healthy controls (n=14). The abundance of caveolin-1, ABCA1, and SREBP-2 were altered by PUFA-enriched diets (P<0.05), whereas that of NPC1L1 and SR-B1 mRNA remained unchanged. The gene expression of caveolin-1, ABCA1, and SREBP-2 was down-regulated (P<0.05) by PUFA-enriched diets in IBD dogs only. Our results suggest that feeding PUFA-enriched diets may alter cholesterol homeostasis in duodenal mucosal cells of dogs suffering from IBD.

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

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

Xanthohumol ameliorates atherosclerotic plaque formation, hypercholesterolemia, and hepatic steatosis in ApoE-deficient mice

SCOPE: Xanthohumol (XN), a prenylated antioxidative and anti-inflammatory chalcone from hops, exhibits positive effects on lipid and glucose metabolism. Based on its favorable biological properties, we investigated whether XN attenuates atherosclerosis in western-type diet-fed apolipoprotein-E-deficient (ApoE(-/-) ) mice. METHODS AND RESULTS: XN supplementation markedly reduced plasma cholesterol concentrations, decreased atherosclerotic lesion area, and attenuated plasma concentrations of the proinflammatory cytokine monocyte chemoattractant protein 1. Decreased hepatic triglyceride and cholesterol content, activation of AMP-activated protein kinase, phosphorylation and inactivation of acetyl-CoA carboxylase, and reduced expression levels of mature sterol regulatory element-binding protein (SREBP)-2 and SREBP-1c mRNA indicate reduced lipogenesis in the liver of XN-fed ApoE(-/-) mice. Concomitant induction of hepatic mRNA expression of carnitine palmitoyltransferase-1a in ApoE(-/-) mice-administered XN suggests increased fatty acid beta-oxidation. Fecal cholesterol concentrations were also markedly increased in XN-fed ApoE(-/-) mice compared with mice fed western-type diet alone. CONCLUSION: The atheroprotective effects of XN might be attributed to combined beneficial effects on plasma cholesterol and monocyte chemoattractant protein 1 concentrations and hepatic lipid metabolism via activation of AMP-activated protein kinase.