Diminished mitochondrial oxidative phosphorylation and aerobic capacity are associated with reduced longevity. We tested whether resveratrol (RSV), which is known to extend lifespan, impacts mitochondrial function and metabolic homeostasis. Treatment of mice with RSV significantly increased their aerobic capacity, as evidenced by their increased running time and consumption of oxygen in muscle fibers. RSV's effects were associated with an induction of genes for oxidative phosphorylation and mitochondrial biogenesis and were largely explained by an RSV-mediated decrease in PGC-1α acetylation and an increase in PGC-1α activity. This mechanism is consistent with RSV being a known activator of the protein deacetylase, SIRT1, and by the lack of effect of RSV in SIRT1−/− MEFs. Importantly, RSV treatment protected mice against diet-induced-obesity and insulin resistance. These pharmacological effects of RSV combined with the association of three Sirt1 SNPs and energy homeostasis in Finnish subjects implicates SIRT1 as a key regulator of energy and metabolic homeostasis.

AMP-activated protein kinase (AMPK) is a cellular energy sensor that helps coordinate glucose and lipid metabolism. Here, AMPK is shown to transcriptionally regulate genes involved in controlling energy metabolism in skeletal muscle by acting together with the NAD+-dependent deacetylase SIRT1. AMPK enhances SIRT1 activity by increasing cellular NAD+ levels. This results in the deacetylation and activation of the SIRT1 downstream target PGC-1α. AMP-activated protein kinase (AMPK) is shown to transcriptionally regulate genes involved in controlling energy metabolism in skeletal muscle by acting together with the NAD+-dependent deacetylase SIRT1. AMPK enhances SIRT1 activity by increasing cellular NAD+ levels, resulting in the deacetylation and activation of the SIRT1 downstream target PGC-1α. AMP-activated protein kinase (AMPK) is a metabolic fuel gauge conserved along the evolutionary scale in eukaryotes that senses changes in the intracellular AMP/ATP ratio1. Recent evidence indicated an important role for AMPK in the therapeutic benefits of metformin2,3, thiazolidinediones4 and exercise5, which form the cornerstones of the clinical management of type 2 diabetes and associated metabolic disorders. In general, activation of AMPK acts to maintain cellular energy stores, switching on catabolic pathways that produce ATP, mostly by enhancing oxidative metabolism and mitochondrial biogenesis, while switching off anabolic pathways that consume ATP1. This regulation can take place acutely, through the regulation of fast post-translational events, but also by transcriptionally reprogramming the cell to meet energetic needs. Here we demonstrate that AMPK controls the expression of genes involved in energy metabolism in mouse skeletal muscle by acting in coordination with another metabolic sensor, the NAD+-dependent type III deacetylase SIRT1. AMPK enhances SIRT1 activity by increasing cellular NAD+ levels, resulting in the deacetylation and modulation of the activity of downstream SIRT1 targets that include the peroxisome proliferator-activated receptor-γ coactivator 1α and the forkhead box O1 (FOXO1) and O3 (FOXO3a) transcription factors. The AMPK-induced SIRT1-mediated deacetylation of these targets explains many of the convergent biological effects of AMPK and SIRT1 on energy metabolism.

Mark McCarthy and colleagues identify twelve new risk loci for type 2 diabetes through a large-scale genome-wide association and replication study in individuals of European ancestry. The identified loci affect both beta-cell function and insulin action and are enriched for genes involved in cell cycle regulation. By combining genome-wide association data from 8,130 individuals with type 2 diabetes (T2D) and 38,987 controls of European descent and following up previously unidentified meta-analysis signals in a further 34,412 cases and 59,925 controls, we identified 12 new T2D association signals with combined P < 5 × 10−8. These include a second independent signal at the KCNQ1 locus; the first report, to our knowledge, of an X-chromosomal association (near DUSP9); and a further instance of overlap between loci implicated in monogenic and multifactorial forms of diabetes (at HNF1A). The identified loci affect both beta-cell function and insulin action, and, overall, T2D association signals show evidence of enrichment for genes involved in cell cycle regulation. We also show that a high proportion of T2D susceptibility loci harbor independent association signals influencing apparently unrelated complex traits.

TGR5 is a G protein-coupled receptor expressed in brown adipose tissue and muscle, where its activation by bile acids triggers an increase in energy expenditure and attenuates diet-induced obesity. Using a combination of pharmacological and genetic gain- and loss-of-function studies in vivo, we show here that TGR5 signaling induces intestinal glucagon-like peptide-1 (GLP-1) release, leading to improved liver and pancreatic function and enhanced glucose tolerance in obese mice. In addition, we show that the induction of GLP-1 release in enteroendocrine cells by 6alpha-ethyl-23(S)-methyl-cholic acid (EMCA, INT-777), a specific TGR5 agonist, is linked to an increase of the intracellular ATP/ADP ratio and a subsequent rise in intracellular calcium mobilization. Altogether, these data show that the TGR5 signaling pathway is critical in regulating intestinal GLP-1 secretion in vivo, and suggest that pharmacological targeting of TGR5 may constitute a promising incretin-based strategy for the treatment of diabesity and associated metabolic disorders.

We expanded GWAS discovery for type 2 diabetes (T2D) by combining data from 898,130 European-descent individuals (9% cases), after imputation to high-density reference panels. With these data, we (i) extend the inventory of T2D-risk variants (243 loci, 135 newly implicated in T2D predisposition, comprising 403 distinct association signals); (ii) enrich discovery of lower-frequency risk alleles (80 index variants with minor allele frequency <5%, 14 with estimated allelic odds ratio >2); (iii) substantially improve fine-mapping of causal variants (at 51 signals, one variant accounted for >80% posterior probability of association (PPA)); (iv) extend fine-mapping through integration of tissue-specific epigenomic information (islet regulatory annotations extend the number of variants with PPA >80% to 73); (v) highlight validated therapeutic targets (18 genes with associations attributable to coding variants); and (vi) demonstrate enhanced potential for clinical translation (genome-wide chip heritability explains 18% of T2D risk; individuals in the extremes of a T2D polygenic risk score differ more than ninefold in prevalence). Combining 32 genome-wide association studies with high-density imputation provides a comprehensive view of the genetic contribution to type 2 diabetes in individuals of European ancestry with respect to locus discovery, causal-variant resolution, and mechanistic insight.

The catabolism of cholesterol into bile acids is regulated by oxysterols and bile acids, which induce or repress transcription of the pathway's rate-limiting enzyme cholesterol 7α-hydroxylase (CYP7A1). The nuclear receptor LXRα binds oxysterols and mediates feed-forward induction. Here, we show that repression is coordinately regulated by a triumvirate of nuclear receptors, including the bile acid receptor, FXR; the promoter-specific activator, LRH-1; and the promoter-specific repressor, SHP. Feedback repression of CYP7A1 is accomplished by the binding of bile acids to FXR, which leads to transcription of SHP. Elevated SHP protein then inactivates LRH-1 by forming a heterodimeric complex that leads to promoter-specific repression of both CYP7A1 and SHP. These results reveal an elaborate autoregulatory cascade mediated by nuclear receptors for the maintenance of hepatic cholesterol catabolism.

Biological functions of sirtuins may involve lysine desuccinylase and demalonylase activities.