Sulfonylureas are a class of drugs widely used to promote insulin secretion in the treatment of non-insulin-dependent diabetes mellitus. These drugs interact with the sulfonylurea receptor of pancreatic β cells and inhibit the conductance of adenosine triphosphate (ATP)-dependent potassium (K ATP ) channels. Cloning of complementary DNAs for the high-affinity sulfonylurea receptor indicates that it is a member of the ATP-binding cassette or traffic ATPase superfamily with multiple membrane-spanning domains and two nucleotide binding folds. The results suggest that the sulfonylurea receptor may sense changes in ATP and ADP concentration, affect K ATP channel activity, and thereby modulate insulin release.

Significance This study addresses a fundamentally important and widely debated issue in the field of inflammation, which is why inflammation can be simultaneously deleterious after injury and yet is essential for tissue repair. Recently, an important new paradigm has emerged in the macrophage field: Organs are replete with resident macrophages of embryonic origin, distinct from monocyte-derived macrophages. In this article, we use a new model of cardiac injury and show that distinct macrophage populations derived from embryonic and adult lineages are important determinants of tissue repair and inflammation, respectively. Our data suggest that therapeutics, which inhibit monocyte-derived macrophages and/or selectively harness the function of embryonic-derived macrophages, may serve as novel treatments for heart failure.

Adenosine triphosphate (ATP)-sensitive potassium (KATP) channels couple cell metabolism to electrical activity. Phosphatidylinositol phosphates (PIPs) profoundly antagonized ATP inhibition of KATP channels when applied to inside-out membrane patches. It is proposed that membrane-incorporated PIPs can bind to positive charges in the cytoplasmic region of the channel's Kir6.2 subunit, stabilizing the open state of the channel and antagonizing the inhibitory effect of ATP. The tremendous effect of PIPs on ATP sensitivity suggests that in vivo alterations of membrane PIP levels will have substantial effects on KATP channel activity and hence on the gain of metabolism-excitation coupling.

Adenosine triphosphate (ATP)-sensitive potassium (KATP) channels couple the cellular metabolic state to electrical activity and are a critical link between blood glucose concentration and pancreatic insulin secretion. A mutation in the second nucleotide-binding fold (NBF2) of the sulfonylurea receptor (SUR) of an individual diagnosed with persistent hyperinsulinemic hypoglycemia of infancy generated KATP channels that could be opened by diazoxide but not in response to metabolic inhibition. The hamster SUR, containing the analogous mutation, had normal ATP sensitivity, but unlike wild-type channels, inhibition by ATP was not antagonized by adenosine diphosphate (ADP). Additional mutations in NBF2 resulted in the same phenotype, whereas an equivalent mutation in NBF1 showed normal sensitivity to MgADP. Thus, by binding to SUR NBF2 and antagonizing ATP inhibition of KATP++ channels, intracellular MgADP may regulate insulin secretion.

ATP-sensitive potassium (KATP) channels link cellular metabolism to electrical activity in nerve, muscle, and endocrine tissues. They are formed as a functional complex of two unrelated subunits—a member of the Kir inward rectifier potassium channel family, and a sulfonylurea receptor (SUR), a member of the ATP-binding cassette transporter family, which includes cystic fibrosis transmembrane conductance regulators and multidrug resistance protein, regulators of chloride channel activity. This recent discovery has brought together proteins from two very distinct superfamilies in a novel functional complex. The pancreatic KATP channel is probably formed specifically of Kir6.2 and SUR1 isoforms. The relationship between SUR1 and Kir6.2 must be determined to understand how SUR1 and Kir6.2 interact to form this unique channel. We have used mutant Kir6.2 subunits and dimeric (SUR1-Kir6.2) constructs to examine the functional stoichiometry of the KATP channel. The data indicate that the KATP channel pore is lined by four Kir6.2 subunits, and that each Kir6.2 subunit requires one SUR1 subunit to generate a functional channel in an octameric or tetradimeric structure.

Diabetes is characterized by "glucotoxic" loss of pancreatic β cell function and insulin content, but underlying mechanisms remain unclear. A mouse model of insulin-secretory deficiency induced by β cell inexcitability (K(ATP) gain of function) demonstrates development of diabetes and reiterates the features of human neonatal diabetes. In the diabetic state, β cells lose their mature identity and dedifferentiate to neurogenin3-positive and insulin-negative cells. Lineage-tracing experiments show that dedifferentiated cells can subsequently redifferentiate to mature neurogenin3-negative, insulin-positive β cells after lowering of blood glucose by insulin therapy. We demonstrate here that β cell dedifferentiation, rather than apoptosis, is the main mechanism of loss of insulin-positive cells, and redifferentiation accounts for restoration of insulin content and antidiabetic drug responsivity in these animals. These results may help explain gradual decrease in β cell mass in long-standing diabetes and recovery of β cell function and drug responsivity in type 2 diabetic patients following insulin therapy, and they suggest an approach to rescuing "exhausted" β cells in diabetes.

ABSTRACT Hyperexcitability is a defining feature of Alzheimer’s disease (AD), where aberrant neuronal activity is both a cause and consequence of AD. Therefore, identifying novel targets that modulate cellular excitability is an important strategy for treating AD. ATP-sensitive potassium (K ATP ) channels are metabolic sensors that modulate cellular excitability. Sulfonylureas are K ATP channel antagonists traditionally used to combat hyperglycemia in diabetic patients by inhibiting pancreatic K ATP channels, thereby stimulating insulin release. However, K ATP channels are not limited to the pancreas and systemic modulation of K ATP channels has pleotropic physiological effects, including profound effects on vascular function. Here, we demonstrate that human AD patients have higher cortical expression of vascular K ATP channels, important modulators of vasoreactivity. We demonstrate that peripheral treatment with the sulfonylurea and K ATP channel inhibitor, glyburide, reduced the aggregation and activity-dependent production of amyloid-beta (Aβ), a hallmark of AD, in mice. Since glyburide does not readily cross the blood brain barrier, our data suggests that glyburide targets vascular K ATP channel activity to reduce arterial stiffness, improve vasoreactivity, and normalize pericyte-endothelial cell morphology, offering a novel therapeutic target for AD. Graphical abstract Targeting vascular K ATP channel activity for the treatment of Alzheimer’s disease pathology.

ABSTRACT Increased neuronal excitability contributes to amyloid-β (Aβ) production and aggregation in the Alzheimer’s disease (AD) brain. Previous work from our lab demonstrated that hyperglycemia, or elevated blood glucose levels, increased brain excitability and Aβ release potentially through inward rectifying, ATP-sensitive potassium (K ATP ) channels. K ATP channels are present on several different cell types and help to maintain excitatory thresholds throughout the brain. K ATP channels are sensitive to changes in the metabolic environment, which are coupled to changes in cellular excitability. Therefore, we hypothesized that neuronal K ATP channels are necessary for the hyperglycemic-dependent increases in extracellular Aβ and eliminating K ATP channel activity will uncouple the relationship between metabolism, excitability, and Aβ pathology. First, we demonstrate that Kir6.2/ KCNJ11 , the pore forming subunits, and SUR1/ ABCC8 , the sulfonylurea receptors, are predominantly expressed on excitatory and inhibitory neurons in the human brain and that cortical expression of KCNJ11 and ABCC8 change with AD pathology in humans and rodent models. Next, we crossed APP/PS1 mice with Kir6.2 -/- mice, which lack neuronal K ATP channel activity, to define the relationship between K ATP channels, Aβ, and hyperglycemia. Using in vivo microdialysis and hyperglycemic clamps, we explored how acute elevations in peripheral blood glucose levels impacted hippocampal interstitial fluid (ISF) glucose, lactate, and Aβ levels in APP/PS1 mice with or without K ATP channels. Kir6.2+/+, APP/PS1 mice and Kir6.2-/-, APP/PS1 mice were exposed to a high sucrose diet for 6 months to determine the effects of chronic hyperglycemia on Aβ deposition. We found that elevations in blood glucose levels correlate with increased ISF Aβ, amyloidogenic processing of amyloid precursor protein (APP), and amyloid plaque pathology in APP/PS mice with intact K ATP channels. However, neither acute hyperglycemia nor chronic sucrose overconsumption raised ISF Aβ or increased Aβ plaque burden in APP/PS1 mice lacking Kir6.2-K ATP channel activity. Mechanistic studies demonstrate ISF glucose not only correlates with ISF Aβ but also ISF lactate. Without K ATP channel activity, ISF lactate does not increase during hyperglycemia, which correlates with decreased monocarboxylate transporter 4 (MCT4) expression, a lactate transporter responsible for astrocytic lactate release. This suggests that K ATP channel activity regulates ISF lactate during hyperglycemia, which is important for Aβ release and aggregation. These studies identify a new role for Kir6.2-K ATP channels in Alzheimer’s disease pathology and suggest that pharmacological antagonism of Kir6.2-K ATP channels holds therapeutic promise in reducing Aβ pathology, especially in diabetic and prediabetic patients.