Stearoyl–CoA desaturase (SCD) is a central lipogenic enzyme catalyzing the synthesis of monounsaturated fatty acids, mainly oleate (C18:1) and palmitoleate (C16:1), which are components of membrane phospholipids, triglycerides, wax esters, and cholesterol esters. Several SCD isoforms ( SCD1 - 3 ) exist in the mouse. Here we show that mice with a targeted disruption of the SCD1 isoform have reduced body adiposity, increased insulin sensitivity, and are resistant to diet-induced weight gain. The protection from obesity involves increased energy expenditure and increased oxygen consumption. Compared with the wild-type mice the SCD1 −/− mice have increased levels of plasma ketone bodies but reduced levels of plasma insulin and leptin. In the SCD1 −/− mice, the expression of several genes of lipid oxidation are up-regulated, whereas lipid synthesis genes are down-regulated. These observations suggest that a consequence of SCD1 deficiency is an activation of lipid oxidation in addition to reduced triglyceride synthesis and storage.

Leptin elicits a metabolic response that cannot be explained by its anorectic effects alone. To examine the mechanism underlying leptin's metabolic actions, we used transcription profiling to identify leptin-regulated genes in ob/ob liver. Leptin was found to specifically repress RNA levels and enzymatic activity of hepatic stearoyl–CoA desaturase-1 (SCD-1), which catalyzes the biosynthesis of monounsaturated fatty acids. Mice lacking SCD-1 were lean and hypermetabolic. ob/ob mice with mutations in SCD-1 were significantly less obese than ob/ob controls and had markedly increased energy expenditure. ob/ob mice with mutations in SCD-1 had histologically normal livers with significantly reduced triglyceride storage and VLDL (very low density lipoprotein) production. These findings suggest that down-regulation of SCD-1 is an important component of leptin's metabolic actions.

Stearoyl-CoA desaturase (SCD) is a microsomal enzyme required for the biosynthesis of oleate and palmitoleate, which are the major monounsaturated fatty acids of membrane phospholipids, triglycerides, and cholesterol esters. Two well characterized isoforms of SCD, SCD1 and SCD2, exist in the mouse. Most mouse tissues express SCD1 and 2 with the exception of the liver, which expresses mainly the SCD1 isoform. We found that asebia mice homozygous for a natural mutation of the gene for SCD1 (SCD−/−) are deficient in hepatic cholesterol esters and triglycerides despite the presence of normal activities of acyl-CoA:cholesterol acyltransferase and glycerol phosphate acyltransferase, the enzymes responsible for cholesterol ester and triglyceride synthesis, respectively, in the liver of these mice. Feeding diets supplemented with triolein or tripalmitolein to the SCD−/− mice resulted in an increase in the levels of 16:1 and 18:1 in the liver but failed to restore the 18:1 and 16:1 levels of the cholesterol ester and triglycerides to the levels found in normal mice. The SCD−/− mouse had very low levels of triglycerides in the VLDL and LDL lipoprotein fractions compared with the normal animal. Transient transfection of an SCD1 expression vector into Chinese hamster ovary cells resulted in increased SCD activity and esterification of cholesterol to cholesterol esters. Taken together, our observations demonstrate that the oleoyl-CoA and palmitoleyl-CoA produced by SCD1 are necessary to synthesize enough cholesterol esters and triglycerides in the liver and suggest that regulation of SCD1 activity plays an important role in mechanisms of cellular cholesterol homeostasis.

Stearoyl-CoA desaturase-1 (SCD1), a critical regulator of energy metabolism, catalyzes the synthesis of monounsaturated fats. To understand the tissue-specific role of SCD1 in energy homeostasis, we used Cre-lox technology to generate mice with a liver-specific knockout of Scd1 (LKO). LKO mice were protected from high-carbohydrate, but not high-fat (HF), diet-induced adiposity and hepatic steatosis. Additionally, on a high-sucrose, very low-fat (HSVLF) diet, lipogenesis and levels of nuclear SREBP-1 and ChREBP were significantly decreased in the livers of LKO relative to Scd1lox/lox (Lox) mice. HSVLF feeding in LKO mice caused hypoglycemia and hepatic carbohydrate reduction due to an impairment of gluconeogenesis. Oleate, but not stearate, supplementation normalized adiposity, gluconeogenesis, triglyceride secretion, and hepatic lipogenesis of LKO mice. These results indicate that hepatic SCD1 expression (and thus, oleate) is required for carbohydrate-induced adiposity, but SCD1 inhibition in extrahepatic tissues is required to protect mice from HF-induced obesity and insulin resistance.

Stearoyl-CoA desaturase (SCD) catalyzes the rate-limiting step in the biosynthesis of monounsaturated fatty acids. Mice with a targeted disruption of the SCD1 isoform have reduced body adiposity, increased energy expenditure, and up-regulated expression of several genes encoding enzymes of fatty acid β-oxidation in liver. The mechanisms by which SCD deficiency leads to these metabolic changes are presently unknown. Here we show that the phosphorylation and activity of AMP-activated protein kinase (AMPK), a metabolic sensor that regulates lipid metabolism during increased energy expenditure is significantly increased (≈40%, P < 0.01) in liver of SCD1 knockout mice (SCD1-/-). In parallel with the activation of AMPK, the phosphorylation of acetyl-CoA carboxylase at Ser-79 was increased and enzymatic activity was decreased (≈35%, P < 0.001), resulting in decreased intracellular levels of malonyl-CoA (≈47%, P < 0.001). An SCD1 mutation also increased AMPK phosphorylation and activity and increased acetyl-CoA carboxylase phosphorylation in leptin-deficient ob/ob mice. Lower malonyl-CoA concentrations are known to derepress carnitine palmitoyltransferase 1 (CPT1). In SCD1-/- mice, CPT1 and CPT2 activities were significantly increased (in both cases ≈60%, P < 0.001) thereby stimulating the oxidation of mitochondrial palmitoyl-CoA. Our results identify AMPK as a mediator of increased fatty acid oxidation in liver of SCD1-deficient mice.

Obesity and type 2 diabetes are strongly associated with abnormal lipid metabolism and accumulation of intramyocellular triacylglycerol, but the underlying cause of these perturbations are yet unknown. Herein, we show that the lipogenic gene, stearoyl-CoA desaturase 1 (SCD1), is robustly up-regulated in skeletal muscle from extremely obese humans. High expression and activity of SCD1, an enzyme that catalyzes the synthesis of monounsaturated fatty acids, corresponded with low rates of fatty acid oxidation, increased triacylglycerol synthesis and increased monounsaturation of muscle lipids. Elevated SCD1 expression and abnormal lipid partitioning were retained in primary skeletal myocytes derived from obese compared to lean donors, implying that these traits might be driven by epigenetic and/or heritable mechanisms. Overexpression of human SCD1 in myotubes from lean subjects was sufficient to mimic the obese phenotype. These results suggest that elevated expression of SCD1 in skeletal muscle contributes to abnormal lipid metabolism and progression of obesity.

The epidemic of chronic kidney disease in Nicaragua (Mesoamerican nephropathy) has been linked with recurrent dehydration. Here we tested whether recurrent dehydration may cause renal injury by activation of the polyol pathway, resulting in the generation of endogenous fructose in the kidney that might subsequently induce renal injury via metabolism by fructokinase. Wild-type and fructokinase-deficient mice were subjected to recurrent heat-induced dehydration. One group of each genotype was provided water throughout the day and the other group was hydrated at night, after the dehydration. Both groups received the same total hydration in 24 h. Wild-type mice that received delayed hydration developed renal injury, with elevated serum creatinine, increased urinary NGAL, proximal tubular injury, and renal inflammation and fibrosis. This was associated with activation of the polyol pathway, with increased renal cortical sorbitol and fructose levels. Fructokinase-knockout mice with delayed hydration were protected from renal injury. Thus, recurrent dehydration can induce renal injury via a fructokinase-dependent mechanism, likely from the generation of endogenous fructose via the polyol pathway. Access to sufficient water during the dehydration period can protect mice from developing renal injury. These studies provide a potential mechanism for Mesoamerican nephropathy.

ABSTRACT Macroautophagy/autophagy is a key catabolic-recycling pathway that can selectively target damaged organelles or invading pathogens for degradation. The selective autophagic degradation of the endoplasmic reticulum (hereafter referred to as ER-phagy) is a homeostatic mechanism, controlling ER size, the removal of misfolded protein aggregates, and organelle damage. ER-phagy is also stimulated by pathogen infection. However, the link between ER-phagy and bacterial infection remains poorly understood, as are the mechanisms evolved by pathogens to escape the effects of ER-phagy. Here, we show that Salmonella enterica serovar Typhimurium inhibits ER-phagy by targeting the ER-phagy receptor FAM134B, leading to a pronounced increase in Salmonella viability after invasion. Salmonella prevents FAM134B oligomerization, which is required for efficient ER-phagy. FAM134B knock-out raises intracellular Salmonella number, while FAM134B activation reduces Salmonella burden. Additionally, we found that Salmonella targets FAM134B through the bacterial effector SopF to enhance intracellular survival through ER-phagy inhibition. Furthermore, FAM134B knock-out mice infected with Salmonella presented severe intestinal damage and increased bacterial burden. These results provide new mechanistic insight into the interplay between ER-phagy and bacterial infection, highlighting a key role for FAM134B in innate immunity.

Background: Plasma cystatin C is a reliable marker to estimate kidney function; however, it is unknown whether this remains true in patients receiving continuous kidney replacement therapy (CKRT). Herein, we tested the hypothesis that lower concentrations of plasma cystatin C during the first three days of CKRT would predict kidney function recovery. Methods: We performed a retrospective observational study of 72 patients from a 126-patient, single-center CKRT study. We studied two a priori defined cohorts of patients without advanced CKD who had acute kidney injury requiring CKRT (AKI-CKRT): 1) with early kidney function recovery defined as liberation from KRT within seven days of CKRT initiation versus 2) with delayed kidney function recovery defined as receipt of KRT for >21 days or death while on KRT. Subsequent analysis included patients with advanced CKD and intermediate kidney function recovery (liberation between 8 and 21 days). Cystatin C was then measured on stored plasma, urine, and dialysis effluent collected prior to CKRT initiation and on days 1, 2, and 3 of CKRT. Results: Plasma cystatin C was significantly lower in patients with early kidney function recovery in comparison to patients with delayed kidney function recovery on days 1 (1.79 vs. 2.39mg/L), 2 (1.91 vs. 2.38mg/L) and 3 (2.04 vs. 2.67mg/L) of CKRT. Sieving coefficient and CKRT clearance of cystatin C were similar for patients with early and delayed kidney function recovery. The lowest plasma cystatin C concentration on days 1-3 of CKRT predicted early kidney function recovery with an area under the receiver operating curve of 0.77 (P = 0.002), positive likelihood ratio of 5.60 for plasma cystatin C <1.30mg/L, and negative likelihood ratio of 0.17 for plasma cystatin C ≥1.88mg/L. Conclusion: Lower plasma cystatin C concentrations during the first three days of CKRT are associated with early kidney function recovery.

IKK2-NFκB pathway mediated-inflammation in vascular smooth muscle cells (VSMCs) has been proposed to be an etiologic factor in medial calcification and stiffness. However, the role of the IKK2-NFκB pathway in medial calcification remains to be elucidated. In this study, we found that CKD induces inflammatory pathways through the local activation of the IKK2-NFκB pathway in VMSCs associated with calcified vascular stiffness. Despite reducing the expression of inflammatory mediators, complete inhibition of the IKK2-NFκB pathway in vitro and in vivo unexpectedly exacerbated vascular mineralization and stiffness. In contrast, activation of NFκB by SMC-specific IκB deficiency attenuated calcified vascular stiffness in CKD. Inhibition of the IKK2-NFκB pathway induced apoptosis of VSMCs by reducing anti-apoptotic gene expression, whereas activation of NFκB reduced CKD-dependent vascular cell death. In addition, increased calcifying extracellular vesicles through the inhibition of the IKK2-NFκB pathway induced mineralization of VSMCs, which was significantly reduced by blocking cell death. This study reveals that activation of the IKK2-NFκB pathway in VSMCs plays a protective role in CKD-dependent calcified vascular stiffness by reducing the release of apoptotic calcifying extracellular vesicles.