In healthy individuals, acute changes in cholesterol intake produce modest changes in plasma cholesterol levels. A striking exception occurs in sitosterolemia, an autosomal recessive disorder characterized by increased intestinal absorption and decreased biliary excretion of dietary sterols, hypercholesterolemia, and premature coronary atherosclerosis. We identified seven different mutations in two adjacent, oppositely oriented genes that encode new members of the adenosine triphosphate (ATP)–binding cassette (ABC) transporter family (six mutations in ABCG8 and one in ABCG5 ) in nine patients with sitosterolemia. The two genes are expressed at highest levels in liver and intestine and, in mice, cholesterol feeding up-regulates expressions of both genes. These data suggest that ABCG5 and ABCG8 normally cooperate to limit intestinal absorption and to promote biliary excretion of sterols, and that mutated forms of these transporters predispose to sterol accumulation and atherosclerosis.

ABCG5 (G5) and ABCG8 (G8) are ATP-binding cassette (ABC) transporters that limit intestinal absorption and promote biliary excretion of neutral sterols. Mutations in either ABCG5 or ABCG8 result in an identical clinical phenotype, suggesting that these two half-transporters function as heterodimers. Expression of both G5 and G8 is required for either protein to be transported to the plasma membrane of cultured cells. In this paper we used immunofluorescence microscopy to confirm, in vivo, that G5 is localized to the apical membranes of mouse enterocytes and hepatocytes. Other ABC half-transporters function as homodimers or as heterodimers with other subfamily members. To determine whether G5 or G8 complex with other ABCG half-transporters, we co-expressed G1, G2, and G4 with either G5 or G8 in cultured cells. G1, G2, and G4 co-immunoprecipitated with G5, and G4 co-immunoprecipitated with G8, but the putative dimers were retained in the endoplasmic reticulum (ER). Adenovirus-mediated expression of either G5 or G8 in the liver of G5G8 null mice resulted in ER retention of the expressed proteins and no increase in biliary cholesterol. In contrast, co-expression of G5 and G8 resulted in transit of the proteins out of the ER and a 10-fold increase in biliary cholesterol concentration. Finally, adenoviral expression of G2 in the presence or absence of G5 or G8 failed to promote sterol excretion into bile. These experiments indicate that G5 and G8 function as obligate heterodimers to promote sterol excretion into bile.

Abstract Background Inflammatory cells within atherosclerotic lesions secrete various proteolytic enzymes that contribute to lesion progression and destabilization, increasing the risk for an acute cardiovascular event. The relative contributions of specific proteases to atherogenesis is not well understood. Elastase is a serine protease, secreted by macrophages and neutrophils, that may contribute to the development of unstable plaque. We have previously reported interaction of endogenous protease-inhibitor proteins with high-density lipoprotein (HDL), including alpha-1-antitrypsin, an inhibitor of elastase. These findings support a potential role for HDL as an endogenous modulator of protease activity. In this study, we test the hypothesis that enhancement of HDL-associated elastase inhibitor activity is protective against atherosclerotic lesion progression. Methods We designed an HDL-targeting protease inhibitor (HTPI) that binds to HDL and confers elastase inhibitor activity. Lipoprotein binding and the impact of HTPI on atherosclerosis was examined using mouse models. Results HTPI is a small (1.6 kDa) peptide with an elastase inhibitor domain, a soluble linker, and an HDL-targeting domain. When incubated with human plasma ex vivo , HTPI predominantly binds to HDL. Intravenous administration of HTPI to mice resulted in its binding to plasma HDL and increased elastase inhibitor activity on isolated HDL. Accumulation of HTPI within plaque was observed after systemic administration to Apoe -/- mice. To examine the effect of HTPI treatment on atherosclerosis, prevention and progression studies were performed using Ldlr -/- mice fed Western diet. In both study designs, HTPI-treated mice had reduced lipid deposition in plaque. Histology and immunofluorescence staining of aortic root sections were used to examine the impact of HTPI on lesion morphology and inflammatory features. Conclusions These data support the hypothesis that HDL-associated anti-elastase activity can improve the atheroprotective potential of HDL and highlight the potential utility of HDL enrichment with anti-protease activity as an approach for stabilization of atherosclerotic lesions.

ABSTRACT Background and Aims Genome and epigenome wide association studies identified variants in carnitine palmitoyltransferase 1a (CPT1a) that associate with lipid traits. The goal of this study was to determine the impact by which liver-specific CPT1a deletion impacts hepatic lipid metabolism. Approach and Results Six-to-eight-week old male and female liver-specific knockout (LKO) and littermate controls were placed on a low-fat or high-fat diet (HFD; 60% kcal fat) for 15 weeks. Mice were necropsied after a 16 hour fast, and tissues were collected for lipidomics, matrix-assisted laser desorption ionization mass spectrometry imaging (MALDI-MSI), kinome analysis, RNA-sequencing, and protein expression by immunoblotting. Female LKO mice had increased serum alanine aminotransferase (ALT) levels which were associated with greater deposition of hepatic lipids, while male mice were not affected by CPT1a deletion relative to male control mice. Mice with CPT1a deletion had reductions in DHA-containing phospholipids at the expense of monounsaturated fatty acids (MUFA)-containing phospholipids in both whole liver and at the level of the lipid droplet (LD). Male and female LKO mice increased RNA levels of genes involved in LD lipolysis ( Plin2 , Cidec , G0S2 ) and in polyunsaturated fatty acid (PUFA) metabolism ( Elovl5, Fads1, Elovl2 ), while only female LKO mice increased genes involved in inflammation ( Ly6d, Mmp12, Cxcl2 ). Kinase profiling showed decreased protein kinase A (PKA) activity, which coincided with increased PLIN2, PLIN5, and G0S2 protein levels and decreased triglyceride hydrolysis in LKO mice. Conclusions Liver-specific deletion of CPT1a promotes sexually dimorphic steatotic liver disease (SLD) in mice, and here we have identified new mechanisms by which females are protected from HFD-induced liver injury. Graphical Summary

Inflammatory cells within atherosclerotic lesions secrete proteolytic enzymes that contribute to lesion progression and destabilization, increasing the risk for an acute cardiovascular event. Elastase is a serine protease, secreted by macrophages and neutrophils, that may contribute to the development of unstable plaque. We previously reported interaction of endogenous protease-inhibitor proteins with high-density lipoprotein (HDL), including alpha-1-antitrypsin, an inhibitor of elastase. These findings support a potential role for HDL as a modulator of protease activity. In this study, we test the hypothesis that enhancement of HDL-associated elastase inhibitor activity is protective against atherosclerotic lesion progression.

ABSTRACT Background Angiotensinogen (AGT) is an essential component in the renin-angiotensin system. AGT has highly conserved sequences in the loop and β-sheet regions among species; however, their functions have not been studied. Methods Adeno-associated viral vector (AAV) serotype 2/8 encoding mouse AGT with mutations of conserved sequences in the loop (AAV.loop-Mut), β-sheet (AAV.βsheet-Mut), or both regions (AAV.loop/βsheet-Mut) were injected into male hepatocyte-specific AGT deficient (hepAGT-/-) mice in an LDL receptor –/– background. AAV containing mouse wild-type AGT (AAV.mAGT) or a null vector (AAV.null) were used as controls. Two weeks after AAV administration, all mice were fed a Western diet for 12 weeks. To determine how AGT secretion is regulated in hepatocytes, AAVs containing the above mutations were transducted into HepG2 cells. Results In hepAGT-/– mice infected with AAV.loop-Mut or βsheet-Mut, plasma AGT concentrations, systolic blood pressure, and atherosclerosis were comparable to those in AAV.mAGT-infected mice. Surprisingly, plasma AGT concentrations, systolic blood pressure, and atherosclerotic lesion size in hepAGT-/– mice infected with AAV.loop/βsheet-Mut were not different from mice infected with AAV.null. In contrast, hepatic Agt mRNA abundance was elevated to a comparable magnitude as AAV.mAGT-infected mice. Immunostaining showed that AGT protein was accumulated trol and AAV containing wild-type mouse AGT as a positive control. We have demonstra ted consistently in this and previous studies tht located in the endoplasmic reticulum. Conclusions The conserved sequences in either the loop or β-sheet region individually have no effect on AGT regulation, but the conserved sequences in both regions synergistically contribute to the secretion of AGT from hepatocytes. HIGHLIGHTS The loop and β-sheet regions in the distal face of angiotensinogen (AGT) have highly conserved sequences across species. Mutations on either the loop or β-sheet regions do not affect plasma AGT concentrations, blood pressure, and atherosclerosis in hypercholesterolemic mice. The conserved sequences in the loop and β-sheet regions regulate the secretion of AGT from hepatocytes synergistically in vivo and in cultured cells.