PGC-1α is a coactivator of nuclear receptors and other transcription factors that regulates several metabolic processes, including mitochondrial biogenesis and respiration, hepatic gluconeogenesis, and muscle fiber-type switching. We show here that, while hepatocytes lacking PGC-1α are defective in the program of hormone-stimulated gluconeogenesis, the mice have constitutively activated gluconeogenic gene expression that is completely insensitive to normal feeding controls. C/EBPβ is elevated in the livers of these mice and activates the gluconeogenic genes in a PGC-1α-independent manner. Despite having reduced mitochondrial function, PGC-1α null mice are paradoxically lean and resistant to diet-induced obesity. This is largely due to a profound hyperactivity displayed by the null animals and is associated with lesions in the striatal region of the brain that controls movement. These data illustrate a central role for PGC-1α in the control of energy metabolism but also reveal novel systemic compensatory mechanisms and pathogenic effects of impaired energy homeostasis.

Recent studies have demonstrated a strong relationship between aging-associated reductions in mitochondrial function, dysregulated intracellular lipid metabolism, and insulin resistance. Given the important role of the AMP-activated protein kinase (AMPK) in the regulation of fat oxidation and mitochondrial biogenesis, we examined AMPK activity in young and old rats and found that acute stimulation of AMPK-α2 activity by 5′-aminoimidazole-4-carboxamide-1-β-D-ribofuranoside (AICAR) and exercise was blunted in skeletal muscle of old rats. Furthermore, mitochondrial biogenesis in response to chronic activation of AMPK with β-guanidinopropionic acid (β-GPA) feeding was also diminished in old rats. These results suggest that aging-associated reductions in AMPK activity may be an important contributing factor in the reduced mitochondrial function and dysregulated intracellular lipid metabolism associated with aging.

Acetyl-CoA carboxylase 2 (ACC)2 is a key regulator of mitochondrial fat oxidation. To examine the impact of ACC2 deletion on whole-body energy metabolism, we measured changes in substrate oxidation and total energy expenditure in Acc2(-/-) and WT control mice fed either regular or high-fat diets. To determine insulin action in vivo, we also measured whole-body insulin-stimulated liver and muscle glucose metabolism during a hyperinsulinemic-euglycemic clamp in Acc2(-/-) and WT control mice fed a high-fat diet. Contrary to previous studies that have suggested that increased fat oxidation might result in lower glucose oxidation, both fat and carbohydrate oxidation were simultaneously increased in Acc2(-/-) mice. This increase in both fat and carbohydrate oxidation resulted in an increase in total energy expenditure, reductions in fat and lean body mass and prevention from diet-induced obesity. Furthermore, Acc2(-/-) mice were protected from fat-induced peripheral and hepatic insulin resistance. These improvements in insulin-stimulated glucose metabolism were associated with reduced diacylglycerol content in muscle and liver, decreased PKC activity in muscle and PKCepsilon activity in liver, and increased insulin-stimulated Akt2 activity in these tissues. Taken together with previous work demonstrating that Acc2(-/-) mice have a normal lifespan, these data suggest that Acc2 inhibition is a viable therapeutic option for the treatment of obesity and type 2 diabetes.