In this study, we defined the role of peroxisome proliferator-activated receptor β/δ (PPARδ) in metabolic homeostasis by using subtype selective agonists. Analysis of rat L6 myotubes treated with the PPARδ subtype-selective agonist, GW501516, by the Affymetrix oligonucleotide microarrays revealed that PPARδ controls fatty acid oxidation by regulating genes involved in fatty acid transport, β-oxidation, and mitochondrial respiration. Similar PPARδ-mediated gene activation was observed in the skeletal muscle of GW501516-treated mice. Accordingly, GW501516 treatment induced fatty acid β-oxidation in L6 myotubes as well as in mouse skeletal muscles. Administration of GW501516 to mice fed a high-fat diet ameliorated diet-induced obesity and insulin resistance, an effect accompanied by enhanced metabolic rate and fatty acid β-oxidation, proliferation of mitochondria, and a marked reduction of lipid droplets in skeletal muscles. Despite a modest body weight change relative to vehicle-treated mice, GW501516 treatment also markedly improved diabetes as revealed by the decrease in plasma glucose and blood insulin levels in genetically obese ob / ob mice. These data suggest that PPARδ is pivotal to control the program for fatty acid oxidation in the skeletal muscle, thereby ameliorating obesity and insulin resistance through its activation in obese animals.

Hypoxia-inducible factor 1 (HIF1) is a master regulator of adaptive gene expression under hypoxia. However, a role for HIF1 in the epigenetic regulation remains unknown. Genome-wide analysis of HIF1 binding sites (chromatin immunoprecipitation [ChIP] with deep sequencing) of endothelial cells clarified that HIF1 mainly binds to the intergenic regions distal from transcriptional starting sites under both normoxia and hypoxia. Next, we examined the temporal profile of gene expression under hypoxic conditions by using DNA microarrays. We clarified that early hypoxia-responsive genes are functionally associated with glycolysis, including GLUT3 (SLC2A3). Acetylated lysine 27 of histone 3 covered the HIF1 binding sites, and HIF1 functioned as an enhancer of SLC2A3 by interaction with lysine (K)-specific demethylase 3A (KDM3A). Knockdown of HIF1α and KDM3A showed that glycolytic genes are regulated by both HIF1 and KDM3A and respond to hypoxia in a manner independent of cell type specificity. We elucidated that both the chromatin conformational structure and histone modification change under hypoxic conditions and enhance the expression of SLC2A3 based on the combined results of chromatin conformation capture (3C) and ChIP assays. KDM3A is recruited to the SLC2A3 locus in an HIF1-dependent manner and demethylates H3K9me2 so as to upregulate its expression. These findings provide novel insights into the interaction between HIF1 and KDM3A and also the epigenetic regulation of HIF1.