The objective of this study was to determine the optimal conditions under which to assess glucose tolerance in chow- and high-fat-fed C57BL/6J mice. Mice were fed either chow or high-fat diet for 8 wk. Variables tested were fasting duration (0-, 3-, 6-, and 24-h and overnight fasting), route of administration (intraperitoneal vs. oral) load of glucose given (2, 1, or 0.5 g/kg and fixed 50-mg dose), and state of consciousness. Basal glucose concentrations were increased in high-fat- compared with chow-fed mice following 6 h of fasting (9.1 ± 0.3 vs. 7.9 ± 0.4 mmol/l P = 0.01). Glucose tolerance was most different and therefore significant ( P = 0.001) in high-fat-fed mice after 6 h of fasting (1,973 ± 96 vs. 1,248 ± 83 mmol·l −1 ·120 min −1 ). The difference in glucose tolerance was greater following an OGTT (142%), in contrast to an IPGTT, with a 127% difference between high fat and chow. We also found that administering 2 g/kg of glucose resulted in a greater level of significance ( P = 0.0008) in glucose intolerance in high-fat- compared with chow-fed mice. A fixed dose of 50 mg glucose regardless of body weight was enough to show glucose intolerance in high-fat- vs. chow-fed mice. Finally, high-fat-fed mice showed glucose intolerance compared with their chow-fed counterparts whether they were tested under conscious or anesthetized conditions. We conclude that 2 g/kg glucose administered orally following 6 h of fasting is best to assess glucose tolerance in mice under these conditions.

Chronic reactive oxygen species (ROS) production by mitochondria may contribute to the development of insulin resistance, a primary feature of type 2 diabetes. In recent years it has become apparent that ROS generation in response to physiological stimuli such as insulin may also facilitate signaling by reversibly oxidizing and inhibiting protein tyrosine phosphatases (PTPs). Here we report that mice lacking one of the key enzymes involved in the elimination of physiological ROS, glutathione peroxidase 1 (Gpx1), were protected from high-fat-diet-induced insulin resistance. The increased insulin sensitivity in Gpx1−/− mice was attributed to insulin-induced phosphatidylinositol-3-kinase/Akt signaling and glucose uptake in muscle and could be reversed by the antioxidant N-acetylcysteine. Increased insulin signaling correlated with enhanced oxidation of the PTP family member PTEN, which terminates signals generated by phosphatidylinositol-3-kinase. These studies provide causal evidence for the enhancement of insulin signaling by ROS in vivo.

Elevated levels of tumor necrosis factor (TNFα) are implicated in the development of insulin resistance, but the mechanisms mediating these chronic effects are not completely understood. We demonstrate that TNFα signaling through TNF receptor (TNFR) 1 suppresses AMPK activity via transcriptional upregulation of protein phosphatase 2C (PP2C). This in turn reduces ACC phosphorylation, suppressing fatty-acid oxidation, increasing intramuscular diacylglycerol accumulation, and causing insulin resistance in skeletal muscle, effects observed both in vitro and in vivo. Importantly even at pathologically elevated levels of TNFα observed in obesity, the suppressive effects of TNFα on AMPK signaling are reversed in mice null for both TNFR1 and 2 or following treatment with a TNFα neutralizing antibody. Our data demonstrate that AMPK is an important TNFα signaling target and is a contributing factor to the suppression of fatty-acid oxidation and the development of lipid-induced insulin resistance in obesity.

Dietary protein dilution (DPD) promotes metabolic remodelling and health but the precise nutritional components driving this response remain elusive. Here we demonstrate that dietary amino acids (AA) are sufficient and necessary to drive the response to DPD. In particular, the restriction of dietary essential AA (EAA) supply, but not non-EAA, drives the systemic metabolic response to total AA deprivation. Furthermore, systemic deprivation of Thr and Trp, independent of total AA supply, are both adequate and necessary to confer the systemic metabolic response to both diet, and genetic AA-transport loss, driven AA restriction. Thr is also potentially limiting in low-protein diet fed humans, and dietary Thr restriction (DTR) retarded the development of obesity-associated metabolic dysfunction in mice. Liver-derived fibroblast growth factor 21 was required for the metabolic remodelling with DTR. Strikingly, hepatocyte-selective establishment of Thr biosynthetic capacity reversed the systemic response to DTR. Taken together, our studies demonstrate that the restriction of EAA are sufficient and necessary to confer the systemic metabolic effects of DPD.