Abstract Background Steroid 5β-reductase (AKR1D1) plays important roles in hepatic glucocorticoid clearance and bile acid synthesis. Glucocorticoids and bile acids are potent metabolic regulators, but whether AKR1D1 controls metabolic phenotype in vivo is unknown. Methods Akr1d1-/- mice were generated on a C57BL/6 background. Liquid chromatography / mass spectrometry, metabolomic and transcriptomic approaches were used to determine effects on glucocorticoid and bile acid homeostasis. Metabolic phenotypes including body weight and composition, lipid homeostasis, glucose tolerance and insulin sensitivity were evaluated. Molecular changes were assessed by RNASeq and western blotting. Male Akr1d1-/- mice were challenged with a 60% high fat diet. Results Akr1d1-/- mice had a sex specific metabolic phenotype. At 30-weeks of age male, but not female, Akr1d1-/- mice were more insulin sensitive and had reduced lipid accumulation in the liver and adipose tissue, concomitant with hypertriglyceridemia and increased intramuscular triacylglycerol. This phenotype was underpinned by sexually dimorphic changes in bile acid metabolism and composition, but without overt effects on glucocorticoid action. Male Akr1d1-/- mice were not protected against diet induced obesity and insulin resistance. Conclusion This study shows that AKR1D1 controls bile acid homeostasis in vivo and that altering its activity can affect insulin sensitivity and lipid homeostasis in a sex dependent manner.

With the identification of a large number of genetic loci associated with human fat distribution and its importance for metabolic health, the question arises as to what the genetic drivers for discrete fat depot expansion might be. To date most studies have focussed on conventional anthropometric measures such as waist-to-hip ratio (WHR) adjusted for body mass index. We searched for genetic loci determining discrete fat depots mass size using an exome-wide approach in 3 large cohorts. Here we report an exome-wide analysis of non-synonymous genetic variants in 17,212 participants in which regional fat masses were quantified using dual-energy X-ray absorptiometry. The missense variant CCDC92S70C, previously associated with WHR, is associated specifically with reduced visceral and increased leg fat masses. Allele-specific expression analysis shows that the deleterious minor allele carrying transcript also has a constitutively higher expression. In addition, we identify two variants associated with the transcriptionally distinct fat depot arm fat (SPATA20K422R and UQCC1R51Q). SPATA20K422R, a rare novel locus with a large effect size specific to arm, and UQCC1R51Q, a common variant exome-wide significant in arm but showing similar trends in other subcutaneous fat depots. In terms of the understanding of human fat distribution, these findings suggest distinct regulation of discrete fat depot expansion.

Abstract We investigated whether the endolysosomal two-pore channel TPC2 is a mediator of adipocyte differentiation. We show that Tpcn2 mRNA is expressed transiently during induction of C3H10T1/2 mesenchymal stem cells to differentiate into adipocytes, and that this expression is triggered by cAMP. This is the first demonstration of a cell signaling pathway that can regulate TPC gene expression. We also identified an important functional role for TPC2 in adipocyte differentiation. First, ectopic TPC2 expression in C3H10T1/2 cells partially rescued the block to adipocyte differentiation caused by cAMP absence. Second, inhibition of endogenous TPC2 expression in primary preadipocytes substantially reduced their ability to differentiate into adipocytes. Finally, genetic variation at the Tpcn2 locus is associated with increased upper-body fat distribution in women concomitant with reduced Tpcn2 expression in abdominal adipose tissue. Our findings implicate TPC2 as an important mediator of adipogenesis and may aid identification of new drug targets for treatment of obesity.

Non-coding genetic variation at TCF7L2 is the strongest genetic determinant of type 2 diabetes (T2D) risk in humans. TCF7L2 encodes a transcription factor mediating the nuclear effects of WNT signalling in adipose tissue (AT). Here we mapped the expression of TCF7L2 in human AT and investigated its role in adipose progenitor (AP) biology. APs exhibited the highest TCF7L2 mRNA abundance compared to mature adipocytes and adipose-derived endothelial cells. Obesity was associated with reduced TCF7L2 transcript levels in subcutaneous abdominal AT but increased expression in APs. In functional studies, TCF7L2 knockdown (KD) in APs led to dose-dependent activation of WNT/β-catenin signaling, impaired proliferation and dose-dependent effects on adipogenesis. Whilst partial KD enhanced adipocyte differentiation, complete KD impaired lipid accumulation and adipogenic gene expression. Overexpression of TCF7L2 accelerated adipogenesis. Transcriptome-wide profiling revealed that TCF7L2 can modulate multiple aspects of AP biology including extracellular matrix secretion, immune signalling and apoptosis. The T2D-risk allele at rs7903146 was associated with reduced AP TCF7L2 expression and enhanced AT insulin sensitivity. Our study highlights a complex role for TCF7L2 in AP biology and suggests that in addition to regulating pancreatic insulin secretion, genetic variation at TCF7L2 may also influence T2D risk by modulating AP function.