High-fat-diet (HFD)-induced obesity is a major contributor to diabetes and cardiovascular disease, but the underlying genetic mechanisms are poorly understood. Here, we use Drosophila to test the hypothesis that HFD-induced obesity and associated cardiac complications have early evolutionary origins involving nutrient-sensing signal transduction pathways. We find that HFD-fed flies exhibit increased triglyceride (TG) fat and alterations in insulin/glucose homeostasis, similar to mammalian responses. A HFD also causes cardiac lipid accumulation, reduced cardiac contractility, conduction blocks, and severe structural pathologies, reminiscent of diabetic cardiomyopathies. Remarkably, these metabolic and cardiotoxic phenotypes elicited by HFD are blocked by inhibiting insulin-TOR signaling. Moreover, reducing insulin-TOR activity (by expressing TSC1-2, 4EBP or FOXO), or increasing lipase expression—only within the myocardium—suffices to efficiently alleviate cardiac fat accumulation and dysfunction induced by HFD. We conclude that deregulation of insulin-TOR signaling due to a HFD is responsible for mediating the detrimental effects on metabolism and heart function.

ABSTRACT Obesity and type 2 diabetes are at epidemic levels and a significant proportion of these patients are diagnosed with left ventricular hypertrophy. CREB R egulated T ranscription C o-activator ( CRTC ) is a key regulator of metabolism in mammalian hepatocytes, where it is activated by calcineurin (CaN) to increase expression of gluconeogenic genes. CaN is known its role in pathological cardiac hypertrophy, however, a role for CRTC in the heart has not been identified. In Drosophila , CRTC null mutants have little body fat and exhibit severe cardiac restriction, myofibrillar disorganization, cardiac fibrosis and tachycardia, all hallmarks of heart disease. Cardiac-specific knockdown of CRTC , or its coactivator CREBb , mimicked the reduced body fat and heart defects of CRTC null mutants. Comparative gene expression in CRTC loss- or gain-of-function fly hearts revealed contra-regulation of genes involved in glucose, fatty acid, and amino acid metabolism, suggesting that CRTC also acts as a metabolic switch in the heart. Among the contra-regulated genes with conserved CREB binding sites, we identified the fly ortholog of Sarcalumenin, which is a Ca 2+ -binding protein in the sarcoplasmic reticulum. Cardiac knockdown recapitulated the loss of CRTC cardiac restriction and fibrotic phenotypes, suggesting it is a downstream effector of CRTC we named thinman ( tmn ). Importantly, cardiac overexpression of either CaN or CRTC in flies caused hypertrophy that was reversed in a CRTC mutant background, suggesting CRTC mediates hypertrophy downstream of CaN, perhaps as an alternative to NFAT. CRTC novel role in the heart is likely conserved in vertebrates as knockdown in zebrafish also caused cardiac restriction, as in fl ies. These data suggest that CRTC is involved in myocardial cell maintenance and that CaN-CRTC- Sarcalumenin/ tmn signaling represents a novel and conserved pathway underlying cardiac hypertrophy.