Lipoxygenase-catalyzed oxygenation of storage lipids is implicated in lipid mobilization during germination.

The etiolated germination process of oilseed plants is characterized by the mobilization of storage lipids, which serve as a major carbon source for the seedling. We found that during early stages of germination in cucumber, a lipoxygenase (linoleate: oxygen oxidoreductase, EC 1.13.11.12) form is induced that is capable of oxygenating the esterified fatty acids located in the lipid-storage organelles, the so-called lipid bodies. Large amounts of esterified (13S)-hydroxy-(9Z,11E)-octadecadienoic acid were detected in the lipid bodies, whereas only traces of other oxygenated fatty acid isomers were found. This specific product pattern confirms the in vivo action of this lipoxygenase form during germination. Lipid fractionation studies of lipid bodies indicated the presence of lipoxygenase products both in the storage triacylglycerols and, to a higher extent, in the phospholipids surrounding the lipid stores as a monolayer. The degree of oxygenation of the storage lipids increased drastically during the time course of germination. We show that oxygenated fatty acids are preferentially cleaved from the lipid bodies and are subsequently released into the cytoplasm. We suggest that they may serve as substrate for beta-oxidation. These data suggest that during the etiolated germination, a lipoxygenase initiates the mobilization of storage lipids. The possible mechanisms of this implication are discussed.

The integration of lipid-sensing and anti-inflammatory effects: how the PPARs play a role in metabolic balance

The peroxisomal proliferating-activated receptors (PPARs) are lipid-sensing transcription factors that have a role in embryonic development, but are primarily known for modulating energy metabolism, lipid storage, and transport, as well as inflammation and wound healing. Currently, there is no consensus as to the overall combined function of PPARs and why they evolved. We hypothesize that the PPARs had to evolve to integrate lipid storage and burning with the ability to reduce oxidative stress, as energy storage is essential for survival and resistance to injury/infection, but the latter increases oxidative stress and may reduce median survival (functional longevity). In a sense, PPARs may be an evolutionary solution to something we call the 'hypoxia-lipid' conundrum, where the ability to store and burn fat is essential for survival, but is a 'double-edged sword', as fats are potentially highly toxic. Ways in which PPARs may reduce oxidative stress involve modulation of mitochondrial uncoupling protein (UCP) expression (thus reducing reactive oxygen species, ROS), optimising forkhead box class O factor (FOXO) activity (by improving whole body insulin sensitivity) and suppressing NFkB (at the transcriptional level). In light of this, we therefore postulate that inflammation-induced PPAR downregulation engenders many of the signs and symptoms of the metabolic syndrome, which shares many features with the acute phase response (APR) and is the opposite of the phenotype associated with calorie restriction and high FOXO activity. In genetically susceptible individuals (displaying the naturally mildly insulin resistant 'thrifty genotype'), suboptimal PPAR activity may follow an exaggerated but natural adipose tissue-related inflammatory signal induced by excessive calories and reduced physical activity, which normally couples energy storage with the ability to mount an immune response. This is further worsened when pancreatic decompensation occurs, resulting in gluco-oxidative stress and lipotoxicity, increased inflammatory insulin resistance and oxidative stress. Reactivating PPARs may restore a metabolic balance and help to adapt the phenotype to a modern lifestyle.

Saturated, but not n-6 polyunsaturated, fatty acids induce insulin resistance: role of intramuscular accumulation of lipid metabolites

Consumption of a Western diet rich in saturated fats is associated with obesity and insulin resistance. In some insulin-resistant phenotypes this is associated with accumulation of skeletal muscle fatty acids. We examined the effects of diets high in saturated fatty acids (Sat) or n-6 polyunsaturated fatty acids (PUFA) on skeletal muscle fatty acid metabolite accumulation and whole-body insulin sensitivity. Male Sprague-Dawley rats were fed a chow diet (16% calories from fat, Con) or a diet high (53%) in Sat or PUFA for 8 wk. Insulin sensitivity was assessed by fasting plasma glucose and insulin and glucose tolerance via an oral glucose tolerance test. Muscle ceramide and diacylglycerol (DAG) levels and triacylglycerol (TAG) fatty acids were also measured. Both high-fat diets increased plasma free fatty acid levels by 30%. Compared with Con, Sat-fed rats were insulin resistant, whereas PUFA-treated rats showed improved insulin sensitivity. Sat caused a 125% increase in muscle DAG and a small increase in TAG. Although PUFA also resulted in a small increase in DAG, the excess fatty acids were primarily directed toward TAG storage (105% above Con). Ceramide content was unaffected by either high-fat diet. To examine the effects of fatty acids on cellular lipid storage and glucose uptake in vitro, rat L6 myotubes were incubated for 5 h with saturated and polyunsaturated fatty acids. After treatment of L6 myotubes with palmitate (C16:0), the ceramide and DAG content were increased by two- and fivefold, respectively, concomitant with reduced insulin-stimulated glucose uptake. In contrast, treatment of these cells with linoleate (C18:2) did not alter DAG, ceramide levels, and glucose uptake compared with controls (no added fatty acids). Both 16:0 and 18:2 treatments increased myotube TAG levels (C18:2 vs. C16:0, P < 0.05). These results indicate that increasing dietary Sat induces insulin resistance with concomitant increases in muscle DAG. Diets rich in n-6 PUFA appear to prevent insulin resistance by directing fat into TAG, rather than other lipid metabolites.

Caveolin-1 orchestrates the balance between glucose and lipid-dependent energy metabolism : implications for liver regeneration

Caveolin-1 (CAV1) is a structural protein of caveolae involved in lipid homeostasis and endocytosis. Using newly generated pure Balb/C CAV1 null (Balb/CCAV1−/−) mice, CAV1−/− mice from Jackson Laboratories (JAXCAV1−/−), and CAV1−/− mice developed in the Kurzchalia Laboratory (KCAV1−/−), we show that under physiological conditions CAV1 expression in mouse tissues is necessary to guarantee an efficient progression of liver regeneration and mouse survival after partial hepatectomy. Absence of CAV1 in mouse tissues is compensated by the development of a carbohydrate-dependent anabolic adaptation. These results were supported by extracellular flux analysis of cellular glycolytic metabolism in CAV1-knockdown AML12 hepatocytes, suggesting cell autonomous effects of CAV1 loss in hepatic glycolysis. Unlike in KCAV1−/− livers, in JAXCAV1−/− livers CAV1 deficiency is compensated by activation of anabolic metabolism (pentose phosphate pathway and lipogenesis) allowing liver regeneration. Administration of 2-deoxy-glucose in JAXCAV1−/− mice indicated that liver regeneration in JAXCAV1−/− mice is strictly dependent on hepatic carbohydrate metabolism. Moreover, with the exception of regenerating JAXCAV1−/− livers, expression of CAV1 in mice is required for efficient hepatic lipid storage during fasting, liver regeneration, and diet-induced steatosis in the three CAV1−/− mouse strains. Furthermore, under these conditions CAV1 accumulates in the lipid droplet fraction in wildtype mouse hepatocytes. Conclusion: Our data demonstrate that lack of CAV1 alters hepatocyte energy metabolism homeostasis under physiological and pathological conditions.

Metformin counters the insulin-induced suppression of fatty acid oxidation and stimulation of triacylglycerol storage in rodent skeletal muscle

The present study examined the acute effects of metformin on fatty acid (FA) metabolism in oxidative soleus (SOL) and glycolytic epitrochlearis (EPT) rodent muscle. SOL and EPT were incubated for either 30 or 180 min in the absence or presence of 2 mM metformin and with or without insulin (10 mU/ml). Metformin did not alter basal FA metabolism but countered the effects of insulin on FA oxidation and incorporation into triacylglyerol (TAG). Specifically, metformin prevented the insulin-induced suppression of FA oxidation in SOL but did not alter FA incorporation into lipid pools. In contrast, in EPT metformin blunted the incorporation of FA into TAG when insulin was present but did not alter FA oxidation. In SOL, metformin resulted in a 50% increase in AMP-activated protein kinase α2 activity and prevented the insulin-induced increase in malonyl-CoA content. In both fiber types, basal and insulin-stimulated glucose oxidation were not significantly altered by metformin. All effects were similar regardless of whether they were measured after 30 or 180 min. Because increased muscle lipid storage and impaired FA oxidation have been associated with insulin resistance in this tissue, the ability of metformin to reverse these abnormalities in muscle FA metabolism may be a part of the mechanism by which metformin improves glucose clearance and insulin sensitivity. The present data also suggest that increased glucose clearance is not due to its enhanced subsequent oxidation. Additional studies are warranted to determine whether chronic metformin treatment has similar effects on muscle FA metabolism.

Caveolin, cholesterol, and lipid bodies

In mammalian cells a complex interplay regulates the distribution of cholesterol between intracellular membrane compartments. One important aspect of cholesterol regulation is intracellular cholesterol storage in neutral lipid storage organelles called lipid droplets or lipid bodies (LBs). Recent work has thrust the LB into the limelight as a complex and dynamic cellular organelle. LBs play a crucial role in maintaining the cellular levels of cholesterol by regulating the interplay between lipid storage, hydrolysis and traffickin,-. Studies of caveolins, caveolar membrane proteins linked to lipid regulation, are providing new insights into the role of LBs in regulating cholesterol balance. (c) 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Adipocyte size fluctuation, mechano-active lipid droplets and caveolae

International audience

LRP5 regulates human body fat distribution by modulating adipose progenitor biology in a dose- and depot-specific fashion

Summary Common variants in WNT pathway genes have been associated with bone mass and fat distribution, the latter predicting diabetes and cardiovascular disease risk. Rare mutations in the WNT co-receptors LRP5 and LRP6 are similarly associated with bone and cardiometabolic disorders. We investigated the role of LRP5 in human adipose tissue. Subjects with gain-of-function LRP5 mutations and high bone mass had enhanced lower-body fat accumulation. Reciprocally, a low bone mineral density-associated common LRP5 allele correlated with increased abdominal adiposity. Ex vivo LRP5 expression was higher in abdominal versus gluteal adipocyte progenitors. Equivalent knockdown of LRP5 in both progenitor types dose-dependently impaired β-catenin signaling and led to distinct biological outcomes: diminished gluteal and enhanced abdominal adipogenesis. These data highlight how depot differences in WNT/β-catenin pathway activity modulate human fat distribution via effects on adipocyte progenitor biology. They also identify LRP5 as a potential pharmacologic target for the treatment of cardiometabolic disorders. © 2015 The Authors.

Multifaceted roles of peroxisome proliferator-activated receptors (PPARs) at the cellular and whole organism levels.

Chronic disorders, such as obesity, diabetes, inflammation, non-alcoholic fatty liver disease and atherosclerosis, are related to alterations in lipid and glucose metabolism, in which peroxisome proliferator-activated receptors (PPAR)α, PPARβ/δ and PPARγ are involved. These receptors form a subgroup of ligand-activated transcription factors that belong to the nuclear hormone receptor family. This review discusses a selection of novel PPAR functions identified during the last few years. The PPARs regulate processes that are essential for the maintenance of pregnancy and embryonic development. Newly found hepatic functions of PPARα are the mediation of female-specific gene repression and the protection of the liver from oestrogen induced toxicity. PPARα also controls lipid catabolism and is the target of hypolipidaemic drugs, whereas PPARγ controls adipocyte differentiation and regulates lipid storage; it is the target for the insulin sensitising thiazolidinediones used to treat type 2 diabetes. Activation of PPARβ/δ increases lipid catabolism in skeletal muscle, the heart and adipose tissue. In addition, PPARβ/δ ligands prevent weight gain and suppress macrophage derived inflammation. In fact, therapeutic benefits of PPAR ligands have been confirmed in inflammatory and autoimmune diseases, such as encephalomyelitis and inflammatory bowel disease. Furthermore, PPARs promote skin wound repair. PPARα favours skin healing during the inflammatory phase that follows injury, whilst PPARβ/δ enhances keratinocyte survival and migration. Due to their collective functions in skin, PPARs represent a major research target for our understanding of many skin diseases. Taken altogether, these functions suggest that PPARs serve as physiological sensors in different stress situations and remain valuable targets for innovative therapies.

Contribution différentielle du tissu adipeux mâle et femelle dans l’établissement du diabète de type 2 et des altérations cardiovasculaires : rôle de l’apport lipidique

Au cours des dernières années, il est devenu évident que les sociétés des pays industrialisés sont à haut risque de maladies métaboliques. Une alimentation riche en énergie (lipide/glucide), combinée à une sédentarité accrue, est un facteur environnemental contribuant à l'augmentation de la prévalence de maladies reliées spécifiquement à des troubles endocriniens comme l'obésité et le diabète. Le traitement de ces désordres métaboliques doit donc passer par la connaissance et la compréhension des mécanismes moléculaires qui contrôlent ces désordres et le développement de traitements ciblés vers les facteurs responsables. Le tissu adipeux est une glande endocrine qui sécrète des substances, regroupées sous le terme d'adipokines, qui contrôlent l'homéostasie énergétique. L'augmentation de la masse adipeuse est responsable du développement de dérégulation hormonale qui mène à des dysfonctions physiologiques et métaboliques. Pour contrecarrer le développement démesuré du tissu adipeux, la signalisation insulinique ainsi que l’apport énergétique, responsables de la différenciation adipocytaire, doivent être inhibés. In vivo, la leptine, adipokine dont la concentration est corrélée à la masse adipeuse, présente des actions pro ou anti-insuliniques dans l’organisme pour réguler ce phénomène. Elle favorise l’effet inhibiteur de l’insuline sur la synthèse hépatique de glucose alors qu’elle s’oppose à son action sur l’expression des enzymes glucokinase et phosphoénol-pyruvate carboxykinase. La leptine influence aussi le taux circulant de triglycérides en diminuant sa concentration plasmatique. D'autre part, l'adiponectine, adipokine insulino- sensibilisante, voit sa sécrétion diminuée avec la prise de poids. La sensibilité à l'insuline est ainsi diminuée au fur et à mesure que le débalancement de ces deux adipokines s'accentue. La résistance à l'insuline s'installe alors pour s'opposer au stockage énergétique et à la prise illimitée de poids et la glycémie augmente. L'augmentation du glucose sanguin stimule la sécrétion d'insuline au niveau des cellules pancréatiques. C'est le diabète caractérisé par une hyperglycémie et une résistance à l'insuline. Le diabète, une des premières causes de mortalité dans le monde, est plus répandu sous sa forme non insulinodépendante (diabète de type 2, DT2) liée à l'obésité. Récemment, différents facteurs de transcription ont été identifiés comme régulateurs de l'expression d'une panoplie de gènes impliqués dans le métabolisme glucidique et lipidique. Parmi eux, les récepteurs des inducteurs de la prolifération des peroxysomes (PPAR, Peroxisome Proliferator-Activated Receptor), appartenant à la famille des récepteurs nucléaires. Les PPAR ont été démontrés comme ayant un rôle central dans le contrôle de la transcription des gènes codants pour des protéines impliquées dans le métabolisme : les adipokines. PPARg, en plus de son implication dans le contrôle de l'homéostasie glucidique et lipidique, est reconnu comme étant un facteur de transcription pivot régulant l'adipogenèse du fait de son expression majeure dans le tissu adipeux. D'autre part, il est bien établi maintenant que l'obésité et le diabète sont des facteurs contribuant au développement du processus inflammatoire vasculaire caractéristique de l’athérosclérose. En effet, les cellules endothéliales et musculaires lisses, principales composantes de la média de l’artère, sont très sensibles aux altérations métaboliques. Une diminution de la sensibilité à l’insuline entraine une réduction de la disponibilité du glucose et l’utilisation des acides gras comme alternatif par ces cellules. Ceci induit l’accumulation des acides gras oxydés dans l’intima et leur filtration dans la média pour former un core lipidique. Bien que l’induction de la dysfonction endothéliale soit impliquée très précocement, certaines études pointent l’accumulation lipidique dans les cellules musculaires lisses vasculaires (CML) et leur dysfonction comme déclencheurs de l’athérosclérose. Ce travail visait donc, dans un premier temps, à développer un modèle d'altérations métaboliques liées à la modulation de l'activité du tissu adipeux via une alimentation riche en lipides. Dans un second temps, cette étude tentait d'évaluer l’impact des adipocytes de souris sur les CML vasculaires et sur la modulation de leurs fonctions dans ce modèle d'altérations métaboliques et DT2 liés à l'alimentation et à l'obésité. Ainsi, par le biais de deux diètes pauvres en cholestérol à profil lipidique différent, nous avons développé un modèle murin présentant divers stades d'altérations du métabolisme allant jusqu'au DT2 en lien avec l'obésité chez les mâles et chez les femelles. D’autre part, des signes de cardiomyopathie ainsi qu’une modulation du taux des adipokines sont reliés à ces mêmes diètes. Parallèlement, l’activité de PPAR!2 est modulée chez les souris sous diètes enrichies en gras. Ensuite, nous avons démontré que les adipocytes, provenant de souris alimentées avec une diète enrichie en gras, modulaient la migration et la prolifération des CML comparativement au groupe contrôle. Ces modulations dépendaient en grande partie de la nature de la diète consommée, mais également du sexe de la souris. Par ailleurs, les altérations fonctionnelles des CML, couplées à des modulations géniques, sont associées aux changements du profil de sécrétion des adipokines mesurées chez les adipocytes. L’ensemble de ces travaux suggère une action directe de la nature de la stimulation du tissu adipeux blanc dans la modulation du profil de sécrétion des adipokines et l'induction du DT2 in vivo. Ces altérations de la physiologie adipocytaire se reflètent in vitro où le tissu adipeux contribue aux altérations physiopathologiques des CML liées au DT2. Ainsi, cette étude est l'une des premières à établir un lien direct entre les modulations adipocytaires et les effets de leurs sécrétions sur la physiologie des CML. Ces observations peuvent être exploitées cliniquement dans un développement futur d’outils thérapeutiques visant à prévenir et à traiter les troubles métaboliques et le DT2, en ciblant le tissu adipeux comme entité métabolique et endocrine.

Rôle de la ghréline dans la régulation du coactivateur transcriptionnel PGC-1alpha

L’adaptation de l’organisme à son environnement est essentielle à sa survie. L’homéostasie énergétique permet l’équilibre entre les apports, les dépenses et le stockage d’énergie. Un surplus calorique important dérègle ce processus et mène au développement du syndrome métabolique caractérisé, entre autres, par une obésité, un diabète de type II, des maladies cardiovasculaires et des dyslipidémies. La ghréline participe au maintien de l’équilibre énergétique durant le jeûne en stimulant la production de glucose par le foie et le stockage lipidique dans le tissu adipeux. Le coactivateur transcriptionnel PGC-1alpha, surexprimé en situation de jeûne, est impliqué dans l’induction de la production de glucose par le foie et l’oxydation des acides gras. Notre hypothèse est que ces deux acteurs clés du métabolisme énergétique constituent un axe de régulation commun. Dans cette étude, nous montrons que la ghréline participe à la régulation de PGC-1alpha. Son récepteur GHS-R1a, possédant une forte activité constitutive, est également impliqué de façon indépendante au ligand. GHS-R1a réduit l’activité transcriptionnelle de PGC-1alpha tandis que l’ajout du ligand inverse modérément cette action. L’effet de GHS-R1a corrèle avec l’acétylation de PGC-1alpha qui est fortement augmentée de façon dose-dépendante. La stabilité de PGC-1alpha est également augmentée par le GHS-R1a indépendamment de l’ubiquitine. La ghréline diminue la capacité de PGC-1alpha à lier PPARbeta, un récepteur nucléaire partenaire de PGC-1alpha. De plus, la ghréline réduit, de façon ligand-dépendante, la capacité de coactivation de PGC-1alpha sur PPARbeta dans les hépatocytes. L’ensemble de ces résultats identifie PGC-1alpha comme cible du signal de la ghréline et suggère un axe de régulation ghréline/PGC-1alpha/PPARbeta.Une meilleure compréhension de cet axe de régulation va permettre la mise en évidence de nouvelles cibles thérapeutiques pour faire face aux pathologies associées au syndrome métabolique.

Le rôle de la dysrégulation du métabolisme du cholestérol par le retrait des estrogènes sur la stéatose hépatique

Les estrogènes confèrent aux femmes une protection cardiovasculaire jusqu’à la ménopause. En effet, la perte des fonctions ovariennes engendre plusieurs désordres du profil lipidique qui s’accompagnent d’une accumulation de triglycérides au foie appelée stéatose hépatique. Le retrait des estrogènes perturbe de nombreuses voies de contrôle de la cholestérolémie, provoquant simultanément une hypercholestérolémie et une stéatose hépatiques. Toutefois, à ce jour, les mécanismes d’action du retrait des estrogènes sur le métabolisme du cholestérol favorisant le stockage de triglycérides au foie demeurent imprécis. À cet égard, les travaux de cette thèse visaient à clarifier l’ensemble des effets du retrait des estrogènes sur le métabolisme du cholestérol pouvant mener à la pathogenèse de la stéatose hépatique. Lors de la première étude, l’ovariectomie (Ovx) chez la rate, un modèle bien établi de la stéatose, avait permis d’identifier la voie d’assemblage des lipoprotéines à très faible densité (VLDL) comme élément contributif à la stéatose. La voie des VLDL reliant étant également une voie de transport du cholestérol, l’étude suivante a été réalisée afin de comprendre le rôle du cholestérol alimentaire sur les lipides hépatiques. Dans cette deuxième étude, le modèle de la diète riche en lipides et en cholestérol (HFHC), aussi reconnu pour induire une stéatose hépatique, a permis d’établir des liens étroits entre le métabolisme du cholestérol et celui des lipides hépatiques. Étonnamment, de manière similaire à l’Ovx, la diète HFHC perturbait la voie d’assemblage des VLDL. En outre, les données recueillies au cours de ces travaux indiquaient qu’une dysrégulation du métabolisme des acides biliaires avait contribué à la sévérité de la stéatose hépatique induite par cette diète HFHC. Dans la continuité de ces deux premiers projets, nous nous sommes intéressés aux effets concomitants du retrait des estrogènes et d’une diète HFHC sur la stéatose hépatique. De manière intéressante, lorsque combinés, l’Ovx et la diète HFHC potentialisaient non seulement l’accumulation de lipides hépatiques, mais également les perturbations moléculaires des voies sous-jacentes à la stéatose, dont l’assemblage des VLDL et de la sécrétion d’acides biliaires. Dans l’ensemble, les données présentées dans la revue de littérature et dans les trois études reliées à cette thèse indiquent qu’une dysrégulation du métabolisme du cholestérol en réponse au retrait des estrogènes entraîne des complications favorisant l’accumulation de lipides dans le foie.

Biochemical studies on some Tropical Esturine Zooplankton Species

Percentages of protein, carbohydrate and lipid which form the major biochemical constituents of 10 species of zooplankton from Cochin backwaters were estimated . Protein invariably formed the major constituent in terms of dry weight. Carbohydrate content was in general very poor . Both protein and lipid were low for organisms with higher water content and did not show any reciprocal relationship . The results in general supported the view that protein may function as a metabolic reserve in zooplankton and that the availability of a constant supply of food may render large amount of lipid storage unnecessary in tropical zooplankton.

Mobilisation of enterocyte fat stores by oral glucose in humans

Background and aims: When a high fat oral load is followed several hours later by further ingestion of nutrients, there is an early postprandial peak in plasma triacylglycerol (TG). The aim of this study was to investigate the location and release of lipid from within the gastrointestinal tract. Methods: Ten healthy patients undergoing oesopho-gastro-duodenoscopy (OGD) were recruited. At t=0, all patients consumed a 50 g fat emulsion and at t=5 hours they consumed either water or a 38 g glucose solution. OGD was performed at t=6 hours and jejunal biopsy samples were evaluated for fat storage. A subgroup of five subjects then underwent a parallel metabolic study in which postprandial lipid and hormone measurements were taken during an identical two meal protocol. Results: Following oral fat at t=0, samples from patients that had subsequently ingested glucose exhibited significantly less staining for lipid within the mucosa and submucosa of the jejunum than was evident in patients that had consumed only water (p=0.028). There was also less lipid storage within the cytoplasm of enterocytes (p=0.005) following oral glucose. During the metabolic study, oral glucose consumed five hours after oral fat resulted in a postprandial peak in plasma TG, chylomicron-TG, and apolipoprotein B48 concentration compared with oral water. Conclusion: After a fat load, fat is retained within the jejunal tissue and released into plasma following glucose ingestion, resulting in a peak in chylomicron-TG which has been implicated in the pathogenesis of atherosclerosis.