Sterol regulatory element-binding protein 1 (SREBP-1), a member of the basic-helix-loop-helix-leucine zipper (bHLH-ZIP) family of transcription factors, is synthesized as a 125 kd precursor that is attached to the nuclear envelope and endoplasmic reticulum. In sterol-depleted cells, the membrane-bound precursor is cleaved to generate a soluble NH2-terminal fragment (apparent molecular mass, 68 kd) that translocates to the nucleus. This fragment, which includes the bHLH-ZIP domain, activates transcription of the genes for the LDL receptor and HMG CoA synthase. Sterols inhibit the cleavage of SREBP-1, and the 68 kd nuclear form is rapidly catabolized, thereby reducing transcription. ALLN, an inhibitor of neutral cysteine proteases, blocks the breakdown of the 68 kd form and superinduces sterol-regulated genes. Sterol-regulated proteolysis of a membrane-bound transcription factor provides a novel mechanism by which transcription can be regulated by membrane lipids.

Abstract The ATP-binding cassette transporter ABCA1 plays an essential role in the formation of high-density lipoprotein (HDL) by mediating phospholipid and cholesterol efflux to apolipoprotein A-I. In humans, loss-of-function mutations in the ABCA1 gene cause Tangier disease (TD), a familial HDL deficiency. In addition to the disappearance of HDL, TD patients and Abca1 -/- mice exhibit the cholesterol deposition in peripheral tissues through a mechanism poorly understood, which may contribute to the development of premature atherosclerosis. We and others have shown that ABCA1 deficiency causes hyperactivation of the sterol regulatory element-binding protein 2 (SREBP2) pathway in vitro . In this work, we investigate whether ABCA1 deficiency affects SREBP2-dependent cholesterol homeostatic responses in vivo . We show that SREBP2 response gene expression is partly downregulated in the liver of Abca1 -/- mice compared to wild-type mouse livers in the steady-state condition. In contrast, we find that in fasted or refed condition, the expression of SREBP2 target genes is upregulated in multiple tissues of Abca1 -/- mice. Correspondently, SREBP2 processing is also increased in select tissues of these mice. Altogether, our results suggest that ABCA1 deficiency is associated with the tissue-specific dysregulation of the SREBP2 pathway in a manner dependent on nutritional status. Lack of ABCA1 thus causes not only HDL deficiency but also dysregulation of the SREBP2 pathway in multiple tissues, which may underlie the pathophysiology of TD.

Abstract Non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD) is the most common chronic liver disease worldwide, with an incidence of >25% of the adult population. NAFLD ranges from benign simple steatosis to non-alcoholic steatohepatitis (NASH). However, its transition mechanisms underlying the pathogenesis remain to be clarified. The expression of Cyp7b1 gene is downregulated in the liver of leptin-deficient mice and methionine and choline-deficient diet-fed mice based on previous microarray data. Thus, in this study, we investigated the effect of CYP7B1 restoration on the progression of NASH in mice fed MCD diet and its association with oxidative and lipid stresses. Our results suggest that restoration of CYP7B1 expression attenuates hepatitis and fibrosis and that lipid and oxidative stresses observed in the early stage of NASH suppresses Cyp7b1 transcription in hepatocytes.

Abstract The cholesterol metabolites oxysterols play central roles in cholesterol feedback control. They modulate the activity of two master transcription factors that control cholesterol homeostatic responses, sterol regulatory element-binding protein-2 (SREBP-2) and liver X receptor (LXR). Although the role of exogenous oxysterols has been well-established, whether endogenously synthesized oxysterols similarly control both SREBP-2 and LXR to those added exogenously remains poorly explored. Here, we carefully validate the role of oxysterols enzymatically synthesized within cells in cholesterol homeostatic responses. We first show that SREBP-2 responds more sensitively to exogenous oxysterols than LXR. We then show that endogenous 25-hydroxycholesterol (25-HC), 27-HC, and 24S-HC synthesized by CH25H, CYP27A1, and CYP46A1, respectively, suppress SREBP-2 activity at different degrees by stabilizing Insig proteins whereas 7a-HC has little impact on SREBP-2. The results explain the hydroxylation site-specific role of endogenous oxysterols. On the other hand, the expression of CH25H, CYP46A1, CYP27A1, or CYP7A1 fails to induce LXR target gene expression. We also show the 25-HC production-dependent suppression of SREBP-2 using a tetracycline-inducible CH25H expression system. Moreover, we quantitatively determine the specificity of the four cholesterol hydroxylases in living cells. Based on these results, we propose that endogenous side-chain oxysterols primarily regulate the activity of SREBP-2, not LXR.

Abstract Extracellular vesicles (EVs) contain various regulatory molecules and mediate intercellular communications. Although EVs are secreted from various cell types, including skeletal muscle cells, and present in the blood, their identity is poorly characterized in vivo , limiting the identification of their origin in the blood. Since the skeletal muscle is the largest organ in the body, it could substantially contribute to circulating EVs as their source. However, due to the lack of defined markers that distinguish SkM-EVs from others, whether the skeletal muscle releases EVs in vivo and how much the skeletal muscle-derived EVs (SkM-EVs) account for plasma EVs remain poorly understood. In this work, we perform quantitative proteomic analyses on EVs released from C2C12 cells and human iPS cell-derived myocytes and identify potential marker proteins that mark SkM-EVs. These markers we identified apply to in vivo tracking of SkM-EVs. The results show that skeletal muscle makes only a subtle contribution to plasma EVs as their source in both control and exercise conditions in mice. On the other hand, we demonstrate that SkM-EVs are concentrated in the skeletal muscle interstitium. Furthermore, we show that interstitium EVs are highly enriched with the muscle-specific miRNAs and repress the expression of the paired box transcription factor Pax7 , a master regulator for myogenesis. Taken together, our findings reveal that the skeletal muscle releases exosome-like small EVs with distinct protein and miRNA profiles in vivo and that SkM-EVs mainly play a role within the muscle microenvironment where they accumulate.