Insulin resistance arises from the inability of insulin to act normally in regulating nutrient metabolism in peripheral tissues. Increasing evidence from human population studies and animal research has established correlative as well as causative links between chronic inflammation and insulin resistance. However, the underlying molecular pathways are largely unknown. In this report, we show that many inflammation and macrophage-specific genes are dramatically upregulated in white adipose tissue (WAT) in mouse models of genetic and high-fat diet-induced obesity (DIO). The upregulation is progressively increased in WAT of mice with DIO and precedes a dramatic increase in circulating-insulin level. Upon treatment with rosiglitazone, an insulin-sensitizing drug, these macrophage-originated genes are downregulated. Histologically, there is evidence of significant infiltration of macrophages, but not neutrophils and lymphocytes, into WAT of obese mice, with signs of adipocyte lipolysis and formation of multinucleate giant cells. These data suggest that macrophages in WAT play an active role in morbid obesity and that macrophage-related inflammatory activities may contribute to the pathogenesis of obesity-induced insulin resistance. We propose that obesity-related insulin resistance is, at least in part, a chronic inflammatory disease initiated in adipose tissue.

Insulin resistance arises from the inability of insulin to act normally in regulating nutrient metabolism in peripheral tissues. Increasing evidence from human population studies and animal research has established correlative as well as causative links between chronic inflammation and insulin resistance. However, the underlying molecular pathways are largely unknown. In this report, we show that many inflammation and macrophage-specific genes are dramatically upregulated in white adipose tissue (WAT) in mouse models of genetic and high-fat diet-induced obesity (DIO). The upregulation is progressively increased in WAT of mice with DIO and precedes a dramatic increase in circulating-insulin level. Upon treatment with rosiglitazone, an insulin-sensitizing drug, these macrophage-originated genes are downregulated. Histologically, there is evidence of significant infiltration of macrophages, but not neutrophils and lymphocytes, into WAT of obese mice, with signs of adipocyte lipolysis and formation of multinucleate giant cells. These data suggest that macrophages in WAT play an active role in morbid obesity and that macrophage-related inflammatory activities may contribute to the pathogenesis of obesity-induced insulin resistance. We propose that obesity-related insulin resistance is, at least in part, a chronic inflammatory disease initiated in adipose tissue.

Deletion mutagenesis of the intracellular region of the 55 kd TNF receptor (TNF-R1) identified an ∼80 amino acid domain near the C-terminus responsible for signaling cytotoxicity. This domain shows weak homology with the intracellular domain of Fas antigen, a transmembrane polypeptide that can also initiate a signal for cytotoxicity. Alanine-scanning mutagenesis of TNF-R1 confirmed that many of the amino acids conserved with Fas antigen are critical for the cytotoxic signal. This region of TNF-R1-Fas homology is therefore likely to define a novel domain (death domain) that signals programed cell death. Mutations within the death domain of TNF-R1 also disrupted its ability to signal anti-viral activity and nitric oxide (NO) synthase induction. In addition, large deletions in the membrane-proximal half of the intracellular domain did not block signaling of cytotoxicity or anti-viral activity but did block induction of NO synthase.

Mice harboring mutations in the obese ( ob ) and diabetes ( db ) genes display similar phenotypes, and it has been proposed that these genes encode the ligand and receptor, respectively, for a physiologic pathway that regulates body weight. The cloning of ob , and the demonstration that it encodes a secreted protein (leptin) that binds specifically to a receptor (OB-R) in the brain, have validated critical aspects of this hypothesis. Here it is shown by genetic mapping and genomic analysis that mouse db , rat fatty (a homolog of db ), and the gene encoding the OB-R are the same gene.

The oxyR gene positively regulates genes induced by oxidative stress in Salmonella typhimurium and Escherichia coli. Purification of the OxyR protein showed that oxidized but not reduced OxyR activates transcription of oxidative stress-inducible genes in vitro. Conversion between the two forms of OxyR is rapid and reversible. Both the oxidized and the reduced forms of the OxyR protein are capable of binding to three diverse sequences upstream of OxyR-regulated promoters, but the interactions of the two forms of OxyR with the promoter regions are different. The results suggest that direct oxidation of the OxyR protein brings about a conformational change by which OxyR transduces an oxidative stress signal to RNA polymerase.

The leptin receptor (OB-R) is a single membrane-spanning protein that mediates the weight regulatory effects of leptin (OB protein). The mutant allele (db) of the OB-R gene encodes a protein with a truncated cytoplasmic domain that is predicted to be functionally inactive. Several mRNA splice variants encoding OB-Rs with different length cytoplasmic domains have been detected in various tissues. Here we demonstrate that the full-length OB-R (predominantly expressed in the hypothalamus), but not a major naturally occurring truncated form or a mutant from found in db/db mice, can mediate activation of signal transducer and activator of transcription (STAT) proteins and stimulate transcription through interleukin 6 responsive gene elements. Reconstitution experiments suggest that, although OB-R mediates intracellular signals with a specificity similar to interleukin 6-type cytokine receptors, signaling appears to be independent of the gp130 signal transducing component of the interleukin 6-type cytokine receptors.

The individual roles of the murine type 1 and type 2 tumor necrosis factor (TNF) receptors (TNF-R1 and TNF-R2) were investigated utilizing (i) the strong species specificity of TNF-R2 for murine TNF compared to human TNF and (ii) agonistic rabbit polyclonal antibodies directed against the individual TNF receptors. Proliferation of mouse thymocytes and the murine cytotoxic T-cell line CT-6 is stimulated by murine TNF but not by human TNF. Consistent with this observation, polyclonal antibodies directed against TNF-R2 induced proliferation in both of these cell types, whereas polyclonal antibodies directed against TNF-R1 had no effect. In contrast, cytotoxicity in murine LM cells (which are sensitive to murine and human TNF) was induced by antibodies against TNF-R1 but not by antibodies against TNF-R2. Also, the steady-state level of manganous superoxide dismutase mRNA in the murine NIH 3T3 cell line was induced by murine TNF, human TNF, and anti-TNF-R1 but not by anti-TNF-R2. These results suggest that TNF-R2 initiates signals for the proliferation of thymocytes and cytotoxic T cells, whereas TNF-R1 initiates signals for cytotoxicity and the induction of the protective activity, manganous superoxide dismutase. The nonredundant signaling observed for the two TNF receptors cannot be explained simply by the differential expression of the two TNF receptors in the various cell types, because LM cells express on their surface higher levels of TNF-R2 than TNF-R1, and LM cells, NIH 3T3 cells, and thymus cells all express mRNA corresponding to both receptor types. It is therefore likely that the two receptors initiate distinct signaling pathways that result in the induction of different cellular responses.

Mice lacking the protein-tyrosine phosphatase PTP1B are hypersensitive to insulin and resistant to obesity. However, the molecular basis for resistance to obesity has been unclear. Here we show that PTP1B regulates leptin signaling. In transfection studies, PTP1B dephosphorylates the leptin receptor-associated kinase, Jak2. PTP1B is expressed in hypothalamic regions harboring leptin-responsive neurons. Compared to wild-type littermates, PTP1B−/− mice have decreased leptin/body fat ratios, leptin hypersensitivity, and enhanced leptin-induced hypothalamic Stat3 tyrosyl phosphorylation. Gold thioglucose treatment, which ablates leptin-responsive hypothalamic neurons, partially overcomes resistance to obesity in PTP1B−/− mice. Our data indicate that PTP1B regulates leptin signaling in vivo, likely by targeting Jak2. PTP1B may be a novel target to treat leptin resistance in obesity.