AMPK has emerged as a critical mechanism for salutary effects of polyphenols on lipid metabolic disorders in type 1 and type 2 diabetes. Here we demonstrate that AMPK interacts with and directly phosphorylates sterol regulatory element binding proteins (SREBP-1c and -2). Ser372 phosphorylation of SREBP-1c by AMPK is necessary for inhibition of proteolytic processing and transcriptional activity of SREBP-1c in response to polyphenols and metformin. AMPK stimulates Ser372 phosphorylation, suppresses SREBP-1c cleavage and nuclear translocation, and represses SREBP-1c target gene expression in hepatocytes exposed to high glucose, leading to reduced lipogenesis and lipid accumulation. Hepatic activation of AMPK by the synthetic polyphenol S17834 protects against hepatic steatosis, hyperlipidemia, and accelerated atherosclerosis in diet-induced insulin-resistant LDL receptor-deficient mice in part through phosphorylation of SREBP-1c Ser372 and suppression of SREBP-1c- and -2-dependent lipogenesis. AMPK-dependent phosphorylation of SREBP may offer therapeutic strategies to combat insulin resistance, dyslipidemia, and atherosclerosis.

The benefits of endurance exercise on general health make it desirable to identify orally active agents that would mimic or potentiate the effects of exercise to treat metabolic diseases. Although certain natural compounds, such as reseveratrol, have endurance-enhancing activities, their exact metabolic targets remain elusive. We therefore tested the effect of pathway-specific drugs on endurance capacities of mice in a treadmill running test. We found that PPARβ/δ agonist and exercise training synergistically increase oxidative myofibers and running endurance in adult mice. Because training activates AMPK and PGC1α, we then tested whether the orally active AMPK agonist AICAR might be sufficient to overcome the exercise requirement. Unexpectedly, even in sedentary mice, 4 weeks of AICAR treatment alone induced metabolic genes and enhanced running endurance by 44%. These results demonstrate that AMPK-PPARδ pathway can be targeted by orally active drugs to enhance training adaptation or even to increase endurance without exercise.

Class IIa histone deacetylases (HDACs) are signal-dependent modulators of transcription with established roles in muscle differentiation and neuronal survival. We show here that in liver, class IIa HDACs (HDAC4, 5, and 7) are phosphorylated and excluded from the nucleus by AMPK family kinases. In response to the fasting hormone glucagon, class IIa HDACs are rapidly dephosphorylated and translocated to the nucleus where they associate with the promoters of gluconeogenic enzymes such as G6Pase. In turn, HDAC4/5 recruit HDAC3, which results in the acute transcriptional induction of these genes via deacetylation and activation of FOXO family transcription factors. Loss of class IIa HDACs in murine liver results in inhibition of FOXO target genes and lowers blood glucose, resulting in increased glycogen storage. Finally, suppression of class IIa HDACs in mouse models of type 2 diabetes ameliorates hyperglycemia, suggesting that inhibitors of class I/II HDACs may be potential therapeutics for metabolic syndrome.

Type III interferons (IFNλ) are innate immune cytokines that limit viral replication and coordinate tissue repair through the induction of interferon stimulated genes (ISGs). This response must be tightly regulated to avoid excessive responses that result in the disruption of tissue barrier integrity or inefficient responses that allow for pathogen escape. Here we examine the contribution of Mitogen Activated Protein Kinase (MAPK) signaling on IFNλ-mediated antiviral activity. We find that extracellular-signal-regulated kinase 5 (ERK5), a poorly characterized member of the conventional MAPK family, potentiates the antiviral efficacy of IFNλ. Chemical inhibition and genetic targeting of ERK5 during IFNλ treatment of cells results in a decrease in ISG induction and impaired control of viral infections. This decrease in IFNλ antiviral efficacy in the absence of ERK5 kinase activity corresponded to lowered STAT1 phosphorylation, revealing a noncanonical role for ERK5 in STAT1 activation downstream of IFNλ. In contrast, type I IFN antiviral signaling is largely resistant to ERK5 modulation. Altogether, we identify ERK5 as a potentiator of STAT1 activation, ISG expression, and antiviral activity following type III IFN stimulation.