ABSTRACT Hypertension (HTN) is associated with inflammation and excessive production of catecholamines. Hypertensive patients have reduced plasma levels of Catestatin (CST), a bioactive cleavage product of the prohormone Chromogranin A (CgA). In mouse models, HTN symptoms can be reduced by administration of CST, but the role of CST in the regulation of cardiovascular function is unknown. In this study, we generated mice with knockout (KO) of the region of the CgA gene coding for CST (CST-KO) and found that CST-KO mice are not only hypertensive as predicted, but also display left ventricular hypertrophy, have marked macrophage infiltration of the heart and adrenal gland, and have elevated levels of pro-inflammatory cytokines and catecholamines. Intraperitoneal injection with CST reversed these phenotypes, and ischemic pre-conditioning-induced cardioprotection was also abolished in CST-KO mice. Experiments with chlodronate depletion of macrophages and bone-marrow transfer showed that macrophages produce CST and that the anti-hypertensive effects of CST are mediated in part via CST’s immunosuppression of macrophages as a form of feedback inhibition. The data thus implicate CST as a key autocrine attenuator of the cardiac inflammation in HTN by reducing macrophage inflammation.

Abstract Background The pro-hormone chromogranin A (CgA) and its bioactive cleavage product catestatin (CST) are both associated with inflammatory bowel disease (IBD) and dysregulated barrier functions, but their exact role has remained elusive. Here, we demonstrate that CST regulates the colonic mucus layer. Methods CST levels were measured in feces of IBD patients. The mucus layer, goblet cells, and immune cell infiltration were analyzed by histology and electron microscopy in colon tissue from IBD patients and mice with selective deletion of the CST-coding region of the CgA gene. Results CST levels were elevated in feces of IBD patients compared to healthy controls. The thickness of the mucus layer was increased in non-affected, but not in inflamed, regions of the colon in IBD patients. The thickness of the mucus layer and concomitant mucus production were also increased in the CST-KO mouse. This mucus phenotype in CST-KO mice could be reversed by bone marrow transplantation from wildtype mice. Conclusions CST produced by bone-marrow derived immune cells reduces production of the mucus layer in the intestine. This might contribute to the reduced mucus layer in inflamed colon regions of IBD patients. Additionally, CST feces levels might be a biomarker for IBD.

Abstract Aim A ‘leaky’ gut barrier has been implicated in the initiation and progression of a multitude of diseases, e.g., inflammatory bowel disease, irritable bowel syndrome, celiac disease, and colorectal cancers. Here we show how pro-hormone Chromogranin A (CgA), produced by the enteroendocrine cells, and Catestatin (CST: hCgA 352-372 ), the most abundant CgA-derived proteolytic peptide, affect the gut barrier. Methods Colon tissues from region-specific CST-knockout (CST-KO) mice, CgA-knockout (CgA-KO) and WT mice were analyzed by immunohistochemistry, ultrastructural and flowcytometry studies. FITC-dextran assays were used to measure intestinal barrier function. Mice were supplemented with CST or CgA fragment pancreastatin (PST: CgA 250-301 ). The microbial composition of cecum was determined. CgA and CST levels were measured in blood of IBD patients. Results CST-KO mice displayed (i) elongated tight, adherens junctions and desmosomes similar to IBD patients, and (ii) gut inflammation. Consistently, plasma FITC-dextran measurements showed increased intestinal paracellular permeability in the CST-knockout mice. This correlated with a higher ratio of Firmicutes to Bacteroidetes, a dysbiotic pattern commonly encountered in various diseases. Supplementation of CST-knockout mice with recombinant CST restored paracellular permeability and reversed inflammation, whereas CgA-knockout mice supplementation with CST and/or PST in CgA-KO mice showed that intestinal paracellular permeability is regulated by the antagonistic roles of these two peptides: CST reduces and PST increases permeability. Conclusion The pro-hormone CgA regulates the intestinal paracellular permeability. CST is both necessary and sufficient to reduce permeability and primarily acts via antagonizing the effects of PST.

Our previous studies have indicated that insulin resistance, hyperglycemia, and hypertension in aged wild-type (WT) mice can be reversed in mice lacking chromogranin-A (CgA-KO mice). These health conditions are associated with a higher risk of Alzheimer's disease (AD). CgA, a neuroendocrine secretory protein has been detected in protein aggregates in the brains of AD patients. Here, we determined the role of CgA in tauopathies, including AD (secondary tauopathy) and corticobasal degeneration (CBD, primary tauopathy). We found elevated levels of CgA in both AD and CBD brains, which were positively correlated with increased phosphorylated tau in the frontal cortex. Furthermore, CgA ablation in a human P301S tau (hTau) transgenic mice (CgA-KO/hTau) exhibited reduced tau aggregation, resistance to tau spreading, and an extended lifespan, coupled with improved cognitive function. Transcriptomic analysis of mice cortices highlighted altered levels of alpha-adrenergic receptors (Adra) in hTau mice compared to WT mice, akin to AD patients. Since CgA regulates the release of the Adra ligands epinephrine (EPI) and norepinephrine (NE), we determined their levels and found elevated EPI levels in the cortices of hTau mice, AD and CBD patients. CgA-KO/hTau mice exhibited reversal of EPI levels in the cortex and the expression of several affected genes, including Adra1 and 2, nearly returning them to WT levels. Treatment of hippocampal slice cultures with EPI or an Adra1 agonist intensified, while an Adra1 antagonist inhibited, tau hyperphosphorylation and aggregation. These findings reveal a critical role of CgA in regulation of tau pathogenesis via the EPI-Adra signaling axis.

Abstract Aim Defects in hepatic glycogen synthesis contribute to postprandial hyperglycemia in type 2 diabetic (T2D) patients. Chromogranin A (CgA) peptide Catestatin (CST: hCgA 352-372 ) has been shown to improve glucose tolerance in insulin-resistant mice. Here, we seek to determine whether CST also reduces hyperglycemia by increasing hepatic glycogen synthesis. Methods We determined liver glycogen, glucose-6-phosphate (G6P), uridine diphosphate glucose (UDPG), and glycogen synthase (GYS2) activities; plasma insulin, glucagon, norepinephrine (NE), and epinephrine (EPI) levels in fed and fasted liver of lean and obese mice as well as in CST knockout (CST-KO) mice after treatments with saline, CST, or insulin. We also determined glycogen synthesis and glycogenolysis in primary hepatocytes. In addition, we analyzed phosphorylation signals of Insulin receptor (IR), insulin receptor substrate-1 (IRS-1), phosphatidylinositol dependent kinase-1 (PDK-1), GYS2, glycogen synthase kinase-3β (GSK-3β), AKT (an enzyme in AKR mouse that produces Thymoma)/PKB (protein kinase B) and mTOR (mammalian/mechanistic target of rapamycin) by immunoblotting. Results CST stimulated glycogen accumulation in fed and fasted liver and in primary hepatocytes. CST reduced plasma NE and EPI levels, suggesting that CST promotes glycogenesis by inhibiting catecholamine-induced glycogenolysis. CST also directly stimulated glycogenesis and inhibited NE and EPI-induced glycogenolysis in hepatocytes. CST elevated the levels of UDPG and increased GYS2 activity, thus redirecting G6P to the glycogenic pathway. CST-KO mice had decreased liver glycogen that was restored by treatment with CST, reinforcing the crucial role of CST in hepatic glycogenesis. CST can improve insulin signals downstream of insulin receptor IR and IRS-1 by enhancing phospho-AKT signals through stimulation of PDK-1 and mTORC2 (mTOR complex 2) activities. Conclusions We conclude that CST directly promotes the glycogenic pathway and reduces plasma glucose levels in insulin-resistant mice by (i) reducing glucose production, (ii) increasing glycogen synthesis from UDPG, and (iii) reducing glycogenolysis. This is achieved by enhancing downstream insulin signaling.

ABSTRACT Aging is associated with the development of metabolic disorders, including insulin resistance and hypertension. Young mice that are negative for the neuroendocrine prohormone Chromogranin A (CgA knockout, CgA-KO) display two opposite aging phenotypes: hypertension but heightened insulin sensitivity. We determined these phenotypes in aging CgA mice. In comparison, aging wild-type (WT) mice gradually lost glucose tolerance and insulin sensitivity. Moreover, while aging WT mice had increased inflammation with higher plasma TNF-α, IFN-γ and CCL2 and increased mitochondrial fission, these phenotypes were the opposite in aging CgA-KO mice. CgA-KO mice also showed increased expression of mitochondrial and nuclear-encoded complex I genes, implying that they were healthier than WT mice. Most intriguingly, the hypertension in CgA-KO mice was spontaneously reversed with aging. Supplementation of CgA-KO mice with pancreastatin, a hyperglycemic peptide produced from CgA by proteolysis, increased both blood glucose levels and blood pressure, implicating hyperglycemia, and hypertension. We conclude that age-related insulin resistance and hypertension are caused by CgA.