This study determined the effects of fucoxanthin on gene expressions related to lipid metabolism in rats with a high-fat diet. Rats were fed with normal fat diet (NF, 7% fat) group, high fat diet group (HF, 20% fat), and high fat with 0.2% fucoxanthin diet group (HF+Fxn) for 4 weeks. Body weight changes and lipid profiles in plasma, liver, and feces were determined. The mRNA expressions of transcriptional factors such as sterol regulatory element binding protein (SREBP)-1c, Carnitine palmitoyltransferase-1 (CPT1), Cholesterol $7{\alpha}$-hydroxylase1 (CYP7A1) as well as mRNA expression of several lipogenic enzymes were determined. Fucoxanthin supplements significantly increased plasma high density lipoprotein (HDL) concentration (P < 0.05). The hepatic total lipids, total cholesterols, and triglycerides were significantly decreased while the fecal excretions of total lipids, cholesterol, and triglycerides were significantly increased in HF+Fxn group (P < 0.05). The mRNA expression of hepatic Acetyl-CoA carboxylase (ACC), Fatty acid synthase (FAS), and Glucose-6-phosphate dehydrogenase (G6PDH) as well as SREBP-1C were significantly lower in HF+Fxn group compared to the HF group (P < 0.05). The hepatic mRNA expression of Hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A (HMG-CoA) and Acyl-CoA cholesterol acyltransferase (ACAT) were significantly low while lecithin-cholesterol acyltransferase (LCAT) was significantly high in the HF+Fxn group (P < 0.05). There was significant increase in mRNA expression of CPT1 and CYP7A1 in the HF+Fxn group, compared to the HF group (P < 0.05). In conclusion, consumption of fucoxanthin is thought to be effective in improving lipid and cholesterol metabolism in rats with a high fat diet.
The Wnt signaling pathway plays pivotal roles in embryonic development and oncogenesis through various signaling molecules inculding Frizzled receptor, recently characterized LRP5/6 and Dickkopf protein. Although Wnt signaling has been characterized in both developmental and oncogenic processes, little is known about its function in the normal adult. The ability of LRP5 to bind apolipoprotein E(apoE) and the abundant expression of LRP5 transcripts in hepatocytes, raise the possibility that LRP5 plays a role in the hepatic clearance of ApoE-containing chylomicron remonants, a major plasma lipoprotein carrying diet-derived cholesterol. (omitted)
We investigated the effect of high density lipoprotein from egg yolk (EYHDL) on serum, hepatic and fecal lipid and fatty acids (FAs) levels and on gene expression involved in FAs metabolism. Male KM mice were fed either normal diet (ND; n=20), high fat diet (HFD; n=20), or high fat diet containing EYHDL (EYHDL; 0.6 mg/g, every day by oral gavage, n=20) for 100 days. At the end of the experiment, the effects of treatments on biochemical parameters, FAs profiles and involved gene expression were analyzed. Our results revealed that EYHDL markedly suppressed the body weight gain, accumulation of abdominal fat tissues, serum concentrations of LDL-cholesterol (LDL-C) and triglycerides, hepatic triglycerides and cholesterol accumulation, while increased serum concentration of HDL-cholesterol (HDL-C). EYHDL intake also increased total cholesterol (TC) excretions compared with HFD group. Moreover, it alleviated the severity of fatty liver and improved glucose and insulin tolerance compared with HFD. More importantly, EYHDL partially normalized FAs profiles in serum, liver and fecaces and neutralized the HFD-induced upregulation of SREBP-1c, Acaca, Fasn, GPAT and Scd1. In conclusion, our findings indicate that EYHDL may have the potential to improve metabolic disturbances that occur in HFD mice and can be considered as an appropriate dietary recommendation for the treatment of metabolic syndrome (MetS).
BACKGROUND/OBJECTIVES: Oxidative stress is caused by an imbalance between harmful free radicals and antioxidants. Long-term oxidative stress can lead to an "exhausted" status of antioxidant defense system triggering development of metabolic syndrome and chronic inflammation. Green perilla (Perilla frutescens) is commonly used in Asian cuisines and traditional medicine in southeast Asia. Green perilla possesses numerous beneficial effects including anti-inflammatory and antioxidant functions. To investigate the potentials of green perilla leaf extract (PE) on oxidative stress, we induced oxidative stress by high-fat diet (HFD) in aging mice. MATERIALS/METHODS: C57BL/6J male mice were fed HFD continuously for 53 weeks. Then, mice were divided into three groups for 12 weeks: a normal diet fed reference group (NDcon), high-fat diet fed group (HDcon), and high-fat diet PE treated group (HDPE, 400 mg/kg of body weight). Biochemical analyses of serum and liver tissues were performed to assess metabolic and inflammatory damage and oxidative status. Hepatic gene expression of oxidative stress and inflammation related enzymes were evaluated by quantitative real-time polymerase chain reaction (qRT-PCR). RESULTS: PE improved hepatopathology. PE also improved the lipid profiles and antioxidant enzymes, including hepatic glutathione peroxidase (GPx) and superoxide dismutase (SOD) and catalase (CAT) in serum and liver. Hepatic gene expressions of antioxidant and anti-inflammatory related enzymes, such as SOD-1, CAT, interleukin 4 (IL-4) and nuclear factor erythroid 2-related factor (Nrf2) were significantly enhanced by PE. PE also reduced the levels of hydrogen peroxide (H2O2) and malondialdehyde (MDA) in the serum and liver; moreover, PE suppressed hepatic gene expression involved in pro-inflammatory response; Cyclooxygenase-2 (COX-2), nitric oxide synthase (NOS), interleukin 1 beta (IL-1β), and interleukin 6 (IL-6). CONCLUSIONS: This research opens opportunities for further investigations of PE as a functional food and possible anti-aging agent due to its attenuative effects against oxidative stress, resulting from HFD and aging in the future.
Park, Mi-Young;Jang, Hwan-Hee;Kim, Jung-Bong;Yoon, Hyun-Nye;Lee, Jin-Young;Lee, Young-Min;Kim, Jae-Hyun;Park, Dong-Sik
Nutrition Research and Practice
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v.5
no.6
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pp.511-519
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2011
Dietary intake of whole grains reduces the incidence of chronic diseases such as obesity, diabetes, cardiovascular disease, and cancer. In an earlier study, we showed that Panicum miliaceum L. extract (PME) exhibited the highest anti-lipogenic activity in 3T3-L1 cells among extracts of nine different cereal grains tested. In this study, we hypothesized that PME in the diet would lead to weight loss and augmentation of hyperlipidemia by regulating fatty acid metabolism. PME was fed to ob/ob mice at 0%, 0.5%, or 1% (w/w) for 4 weeks. After the experimental period, body weight changes, blood serum and lipid profiles, hepatic fatty acid metabolism-related gene expression, and white adipose tissue (WAT) fatty acid composition were determined. We found that the 1% PME diet, but not the 0.5%, effectively decreased body weight, liver weight, and blood triglyceride and total cholesterol levels (P < 0.05) compared to obese ob/ob mice on a normal diet. Hepatic lipogenic-related gene ($PPAR{\alpha}$, L-FABP, FAS, and SCD1) expression decreased, whereas lipolysis-related gene (CPT1) expression increased in animals fed the 1% PME diet (P < 0.05). Long chain fatty acid content and the ratio of C18:1/C18:0 fatty acids decreased significantly in adipose tissue of animals fed the 1% PME diet (P < 0.05). Serum inflammatory mediators also decreased significantly in animals fed the 1% PME diet compared to those of the ob/ob control group (P < 0.05). These results suggest that PME is useful in the chemoprevention or treatment of obesity and obesity-related disorders.
As a possible feasibility of the extrapolation between in vivo and in vitro systems, we investigated the global gene expression from both mouse liver and mouse hepatic cell line treated with hepatotoxic chemical, acetaminophen (APAP), and compared between in vivo and in vitro genomic profiles. For in vivo study, mice were orally treated with APAP and sacrificed at 6 and 24 h. For in vitro study, APAP were administered to a mouse hepatic cell line, BNL CL.2 and sampling was carried out at 6 and 24 h. Hepatotoxicity was assessed by analyzing hepatic enzymes and histopathological examination (in vivo) or lactate dehydrogenase (LDH) assay and morphological examination (in vitro). Global gene expression was assessed using microarray. In high dose APAPtreated group, there was centrilobular necrosis (in vivo) and cellular toxicity with the elevation of LDH (in vitro) at 24 h. Statistical analysis of global gene expression identified that there were similar numbers of altered genes found between in vivo and in vitro at each time points. Pathway analysis identified glutathione metabolism pathway as common pathways for hepatotoxicty caused by APAP. Our results suggest it may be feasible to develop toxicogenomics biomarkers or profiles by comparing in vivo and in vitro genomic profiles specific to this hepatotoxic chemical for application to prediction of liver toxicity.
Bromobenzene (BB) is well known hepatotoxicant. Also, BB is an industrial solvent that arouses toxicity predominantly in the liver where it causes centrilobular necrosis. BB is subjected to Cytochrome P450 mediated epoxidation followed by either conjugation with glutathione, enzymatic hydrolysis or further oxidation. In this study, we focused on BB-induced gene expression at non-hepatotoxic dose. Mice were exposed to two levels of BB, sampled at 24 h, and hepatic gene expression levels were determined to evaluate dose dependent changes. When examining the toxic dose of BB treated group in other previous studies, genes related to heat shock protein, oxidative stress, and drug metabolism are expressed. Compared to these results, our study, in which non-toxic dose of BB was administrated, showed similar patterns as the toxic conditions above. The purpose of the study was to select genes that showed changes in relation to the differing dose through confirmation of the difference within transcriptomic boundaries, but those that are not detected by the existing classic toxicology tools in non-hepatotoxic dose.
Carbon tetrachloride ($CCl_4$) is well known hepatotoxicant. Its overdose cause severe centrilobular hepatic necrosis in human and experimental animals. We administered $CCl_{4}$ at low (0.2 mL/kg p.o.) and high (2 mL/kg p.o.) doses to mice. Mice were sacrificed at 24 h after administration. We evaluated liver toxicity by serum AST and ALT level and by microscopic observation. Using cDNA chip, we conducted gene expression analysis in liver. Mean serum activities of the hepatocellular leakage enzymes, ALT and AST, were significantly increased compare to control, respectively, in the low and high dose groups. H&E evaluation of stained liver sections revealed $CCl_{4}-related$ histopathological findings in mice. Moderate centrilobular hepatocellular necrosis was present in all $CCl_{4}$ treated mice. We found that gene expression pattern was very similar between low and high dose group. However, some stress related genes were differently expressed. These results could be a molecular signature for the degree of liver injury. Our data suggest that the degree of severity could be figure out by gene expression profiling.
In our previous publication we compared the gene expression profiles on hepatotoxicants exposure to assess the comparability between in vivo and in vitro test systems. We investigated global gene expression from both mouse liver and mouse hepatic cell line treated with thioacetamide (TAA) and identified several common genes. In this study, we selected genes to validate them as potential biomarkers for hepatotoxicity on the relevance of in vitro and in vivo system. Three up-regulated, aquaporin 8 (Aqp8), glutathione peroxidase 1 (Gpx1), succinate-CoA ligase, GDP-forming, alpha subunit (Suclg1) and two down-regulated, DnaJ (Hsp40) homolog subfamily C member 5 (Dnajc5) and tumor protein D52 (Tpd52) genes were tested for their effects in vitro. For characterization of gene function, short interfering RNA (siRNA) for each gene was synthesized and transfected in mouse hepatic cell line, BNL CL.2. Cell viability, mRNA expression level and morphological alterations were investigated. We confirmed siRNA transfection against selected five genes induced down-regulation of respective mRNA expression. siRNA transfection in general decreased cell viability in different degrees and induced morphological changes such as membrane thickening and alterations of intracellular structures. This suggests that these genes could be associated with TAA-induced toxicity. Furthermore, these genes may be used in the investigation of hepatotoxicity for better understanding of its mechanism.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition
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v.46
no.11
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pp.1278-1285
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2017
Accumulation of excess low density lipoprotein (LDL) cholesterol in the blood can initiate and accelerate atherosclerosis. Statins mediate the transactivation of proprotein convertase subtilisin/kexin type 9 (PCSK9), which in turn limits their cholesterol-lowering effects via LDL receptor (LDLR) degradation. The objective of this study was to investigate whether or not Allium tuberosum (AT) regulates LDLR and PCSK9. Mice were fed a low fat control diet (LD) or Western diet (WD) supplemented with AT (1%, w/w). AT significantly attenuated total and LDL cholesterol levels in mice fed WD (P<0.05). AT also significantly inhibited hepatic PCSK9 gene expression (P<0.05) while AT maintained hepatic LDLR gene expression. To further investigate AT-mediated PCSK9 regulation, HepG2 cells were treated with 10% delipidated serum (DLPS) in the presence or absence of AT. Non-toxic level of AT dose-dependently increased the LDLR protein level, and AT at $400{\mu}g/mL$ markedly inhibited PCSK9 protein expression. Similarly, AT significantly increased LDLR gene expression, whereas it significantly down-regulated PCSK9 gene expression. AT-mediated reduction of PCSK9 gene expression is likely due to decreased hepatic nuclear factor $1{\alpha}$ ($HNF1{\alpha}$) expression, but not SREBP2 in HepG2 cells under lipid-depleted conditions. AT-mediated PCSK9 inhibition contributed to LDLR protein stabilization via protection against LDLR lysosomal degradation in HepG2 cells under lipid-depleted conditions. Further investigation is warranted to determine the active components of AT and whether or not these components are effective in reducing hypercholesterolemia.
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