Bile acids are essential for the solubilization and transport of dietary lipids and are the major products of cholesterol catabolism. Results presented here show that bile acids are physiological ligands for the farnesoid X receptor (FXR), an orphan nuclear receptor. When bound to bile acids, FXR repressed transcription of the gene encoding cholesterol 7α-hydroxylase, which is the rate-limiting enzyme in bile acid synthesis, and activated the gene encoding intestinal bile acid–binding protein, which is a candidate bile acid transporter. These results demonstrate a mechanism by which bile acids transcriptionally regulate their biosynthesis and enterohepatic transport.

All-trans retinoic acid (RA) has previously been shown to modulate the transcriptional properties of the retinoic acid receptor (RAR) and retinoid X receptor (RXR). The inability of all-trans RA to bind to RXR suggests that it may be metabolized to a more active high affinity ligand. We report here an experimental approach that has identified 9-cis RA as an RXR ligand. It is up to 40-fold more potent than all-trans RA in transfection assays and binds with high affinity. The production of 9-cis RA in cultured cells and the identification of this molecule in liver and kidney demonstrates the existence of this molecule in living organisms. The discovery of this novel hormone points to the key role retinoid metabolism may have in generating new signaling pathways.

The discovery of oxysterols as the endogenous liver X receptor (LXR) ligands and subsequent gene targeting studies in mice provided strong evidence that LXR plays a central role in cholesterol metabolism. The identification here of a synthetic, nonsteroidal LXR-selective agonist series represented by T0314407 and T0901317 revealed a novel physiological role of LXR. Oral administration of T0901317 to mice and hamsters showed that LXR activated the coordinate expression of major fatty acid biosynthetic genes (lipogenesis) and increased plasma triglyceride and phospholipid levels in both species. Complementary studies in cell culture and animals suggested that the increase in plasma lipids occurs via LXR-mediated induction of the sterol regulatory element-binding protein 1 (SREBP-1) lipogenic program.

The liver X receptors (LXRs) are members of the nuclear hormone receptor superfamily that are bound and activated by oxysterols. These receptors serve as sterol sensors to regulate the transcription of gene products that control intracellular cholesterol homeostasis through catabolism and transport. In this report, we describe a novel LXR target, the sterol regulatory element-binding protein-1c gene (SREBP-1c), which encodes a membrane-bound transcription factor of the basic helix-loop-helix-leucine zipper family. SREBP-1c expression was markedly increased in mouse tissues in an LXR-dependent manner by dietary cholesterol and synthetic agonists for both LXR and its heterodimer partner, the retinoid X receptor (RXR). Expression of the related gene products, SREBP-1a and SREBP-2, were not increased. Analysis of the mouse SREBP-1c gene promoter revealed an RXR/LXR DNA-binding site that is essential for this regulation. The transcriptional increase in SREBP-1c mRNA by RXR/LXR was accompanied by a similar increase in the level of the nuclear, active form of the SREBP-1c protein and an increase in fatty acid synthesis. Because this active form of SREBP-1c controls the transcription of genes involved in fatty acid biosynthesis, our results reveal a unique regulatory interplay between cholesterol and fatty acid metabolism.

CELLULAR responsiveness to retinoic acid and its metabolites is conferred through two structurally and pharmacologically distinct1 families of receptors: the retinoic acid receptors (RAR)2,3 and the retinoid X receptors (RXR)1. Here we report that the transcriptional activity of RAR and RXR can be reciprocally modulated by direct interactions between the two proteins. RAR and RXR have a high degree of cooperativity in binding to target DNA, consistent with previous reports indicating that the binding of either RAR or RXR to their cognate response elements is enhanced by factors present in nuclear extracts4,5. RXR also interacts directly with and enhances the binding of nuclear receptors conferring responsiveness to vitamin D3 and thyroid hormone T3; the DNA-binding activities of these receptors are also stimulated by the presence of nuclear extracts6–9. Together these data indicate that RXR has a central role in multiple hormonal signalling pathways.

The catabolism of cholesterol into bile acids is regulated by oxysterols and bile acids, which induce or repress transcription of the pathway's rate-limiting enzyme cholesterol 7α-hydroxylase (CYP7A1). The nuclear receptor LXRα binds oxysterols and mediates feed-forward induction. Here, we show that repression is coordinately regulated by a triumvirate of nuclear receptors, including the bile acid receptor, FXR; the promoter-specific activator, LRH-1; and the promoter-specific repressor, SHP. Feedback repression of CYP7A1 is accomplished by the binding of bile acids to FXR, which leads to transcription of SHP. Elevated SHP protein then inactivates LRH-1 by forming a heterodimeric complex that leads to promoter-specific repression of both CYP7A1 and SHP. These results reveal an elaborate autoregulatory cascade mediated by nuclear receptors for the maintenance of hepatic cholesterol catabolism.

To gain insight into the function of peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR) isoforms in mammals, we have cloned and characterized two PPAR alpha-related cDNAs (designated PPAR gamma and -delta, respectively) from mouse. The three PPAR isoforms display widely divergent patterns of expression during embryogenesis and in the adult. Surprisingly, PPAR gamma and -delta are not activated by pirinixic acid (Wy 14,643), a potent peroxisome proliferator and activator of PPAR alpha. However, PPAR gamma and -delta are activated by the structurally distinct peroxisome proliferator LY-171883 and linoleic acid, respectively, indicating that each of the isoforms can act as a regulated activator of transcription. These data suggest that tissue-specific responsiveness to peroxisome proliferators, including certain fatty acids, is in part a consequence of differential expression of multiple, pharmacologically distinct PPAR isoforms.

We demonstrate that mice lacking the oxysterol receptor, LXRα, lose their ability to respond normally to dietary cholesterol and are unable to tolerate any amount of cholesterol in excess of that which they synthesize de novo. When fed diets containing cholesterol, LXRα (−/−) mice fail to induce transcription of the gene encoding cholesterol 7α-hydroxylase (Cyp7a), the rate-limiting enzyme in bile acid synthesis. This defect is associated with a rapid accumulation of large amounts of cholesterol in the liver that eventually leads to impaired hepatic function. The regulation of several other crucial lipid metabolizing genes is also altered in LXRα (−/−) mice. These results demonstrate the existence of a physiologically significant feed-forward regulatory pathway for sterol metabolism and establish the role of LXRα as the major sensor of dietary cholesterol.