Obesity contributes to the development of type 2 diabetes, but the underlying mechanisms are poorly understood. Using cell culture and mouse models, we show that obesity causes endoplasmic reticulum (ER) stress. This stress in turn leads to suppression of insulin receptor signaling through hyperactivation of c-Jun N-terminal kinase (JNK) and subsequent serine phosphorylation of insulin receptor substrate-1 (IRS-1). Mice deficient in X-box-binding protein-1 (XBP-1), a transcription factor that modulates the ER stress response, develop insulin resistance. These findings demonstrate that ER stress is a central feature of peripheral insulin resistance and type 2 diabetes at the molecular, cellular, and organismal levels. Pharmacologic manipulation of this pathway may offer novel opportunities for treating these common diseases.

The mammalian unfolded protein response (UPR) protects the cell against the stress of misfolded proteins in the endoplasmic reticulum (ER).We have investigated here the contribution of the UPR transcription factors XBP-1, ATF6␣, and ATF6␤ to UPR target gene expression.Gene profiling of cell lines lacking these factors yielded several XBP-1-dependent UPR target genes, all of which appear to act in the ER.These included the DnaJ/Hsp40-like genes, p58 IPK , ERdj4, and HEDJ, as well as EDEM, protein disulfide isomerase-P5, and ribosome-associated membrane protein 4 (RAMP4), whereas expression of BiP was only modestly dependent on XBP-1.Surprisingly, given previous reports that enforced expression of ATF6␣ induced a subset of UPR target genes, cells deficient in ATF6␣, ATF6␤, or both had minimal defects in upregulating UPR target genes by gene profiling analysis, suggesting the presence of compensatory mechanism(s) for ATF6 in the UPR.Since cells lacking both XBP-1 and ATF6␣ had significantly impaired induction of select UPR target genes and ERSE reporter activation, XBP-1 and ATF6␣ may serve partially redundant functions.No UPR target genes that required ATF6␤ were identified, nor, in contrast to XBP-1 and ATF6␣, did the activity of the UPRE or ERSE promoters require ATF6␤, suggesting a minor role for it during the UPR.Collectively, these results suggest that the IRE1/XBP-1 pathway is required for efficient protein folding, maturation, and degradation in the ER and imply the existence of subsets of UPR target genes as defined by their dependence on XBP-1.Further, our observations suggest the existence of additional, as-yet-unknown, key regulators of the UPR.

CD4 T helper precursor cells mature along two alternative pathways, Th1 and Th2. Here we show that these pathways are differentially activated by two costimulatory molecules, B7-1 and B7-2. Using anti-B7 antibodies, this developmental step was manipulated both in vitro and in vivo in experimental allergic encephalomyelitis (EAE). Anti-B7-1 reduced the incidence of disease while anti-B7-2 increased disease severity. Neither antibody affected overall T cell induction but rather altered cytokine profile. Administration of anti-B7-1 at immunization resulted in predominant generation of Th2 clones whose transfer both prevented induction of EAE and abrogated established disease. Since co-treatment with anti-IL-4 antibody prevented disease amelioration, costimulatory molecules may directly affect initial cytokine secretion. Thus, interaction of B7-1 and B7-2 with shared counterreceptors CD28 and CTLA-4 results in very different outcomes in clinical disease by influencing commitment of precursors to a Th1 or Th2 lineage.

Inflammatory bowel disease (IBD) has been attributed to aberrant mucosal immunity to the intestinal microbiota. The transcription factor XBP1, a key component of the endoplasmic reticulum (ER) stress response, is required for development and maintenance of secretory cells and linked to JNK activation. We hypothesized that a stressful environmental milieu in a rapidly proliferating tissue might instigate a proinflammatory response. We report that Xbp1 deletion in intestinal epithelial cells (IECs) results in spontaneous enteritis and increased susceptibility to induced colitis secondary to both Paneth cell dysfunction and an epithelium that is overly reactive to inducers of IBD such as bacterial products (flagellin) and TNFα. An association of XBP1 variants with both forms of human IBD (Crohn's disease and ulcerative colitis) was identified and replicated (rs35873774; p value 1.6 × 10−5) with novel, private hypomorphic variants identified as susceptibility factors. Hence, intestinal inflammation can originate solely from XBP1 abnormalities in IECs, thus linking cell-specific ER stress to the induction of organ-specific inflammation.

T-bet is a member of the T-box family of transcription factors that appears to regulate lineage commitment in CD4 T helper (T H ) lymphocytes in part by activating the hallmark T H 1 cytokine, interferon-γ (IFN-γ). IFN-γ is also produced by natural killer (NK) cells and most prominently by CD8 cytotoxic T cells, and is vital for the control of microbial pathogens. Although T-bet is expressed in all these cell types, it is required for control of IFN-γ production in CD4 and NK cells, but not in CD8 cells. This difference is also apparent in the function of these cell subsets. Thus, the regulation of a single cytokine, IFN-γ, is controlled by distinct transcriptional mechanisms within the T cell lineage.

The differentiation of B cells into immunoglobulin-secreting plasma cells is controlled by two transcription factors, Blimp-1 and XBP1. By gene expression profiling, we defined a set of genes whose induction during mouse plasmacytic differentiation is dependent on Blimp-1 and/or XBP1. Blimp-1-deficient B cells failed to upregulate most plasma cell-specific genes, including xbp1. Differentiating xbp1-deficient B cells induced Blimp-1 normally but failed to upregulate genes encoding many secretory pathway components. Conversely, ectopic expression of XBP1 induced a wide spectrum of secretory pathway genes and physically expanded the endoplasmic reticulum. In addition, XBP1 increased cell size, lysosome content, mitochondrial mass and function, ribosome numbers, and total protein synthesis. Thus, XBP1 coordinates diverse changes in cellular structure and function resulting in the characteristic phenotype of professional secretory cells.

Dietary carbohydrates regulate hepatic lipogenesis by controlling the expression of critical enzymes in glycolytic and lipogenic pathways. We found that the transcription factor XBP1, a key regulator of the unfolded protein response, is required for the unrelated function of normal fatty acid synthesis in the liver. XBP1 protein expression in mice was elevated after feeding carbohydrates and corresponded with the induction of critical genes involved in fatty acid synthesis. Inducible, selective deletion of XBP1 in the liver resulted in marked hypocholesterolemia and hypotriglyceridemia, secondary to a decreased production of lipids from the liver. This phenotype was not accompanied by hepatic steatosis or compromise in protein secretory function. The identification of XBP1 as a regulator of lipogenesis has important implications for human dyslipidemias.

The transcription factor XBP1 is activated after endoplasmic reticulum stress. Glimcher and colleagues show that XBP1 can also be activated by TLR2 and TLR4 signaling pathways, in which it sustains proinflammatory cytokine production. Sensors of pathogens, such as Toll-like receptors (TLRs), detect microbes to activate transcriptional programs that orchestrate adaptive responses to specific insults. Here we report that TLR4 and TLR2 specifically activated the endoplasmic reticulum (ER) stress sensor kinase IRE1α and its downstream target, the transcription factor XBP1. Previously described ER-stress target genes of XBP1 were not induced by TLR signaling. Instead, TLR-activated XBP1 was required for optimal and sustained production of proinflammatory cytokines in macrophages. Consistent with that finding, activation of IRE1α by ER stress acted in synergy with TLR activation for cytokine production. Moreover, XBP1 deficiency resulted in a much greater bacterial burden in mice infected with the TLR2-activating human intracellular pathogen Francisella tularensis. Our findings identify an unsuspected critical function for XBP1 in mammalian host defenses.