Probiotics have been known to reduce high-fat diet (HFD)-induced metabolic diseases, such as obesity, insulin resistance, and type 2 diabetes. We recently observed that Lactobacillus acidophilus NS1 (LNS1), distinctly suppresses increase of blood glucose levels and insulin resistance in HFD-fed mice. In the present study, we demonstrated that oral administration of LNS1 with HFD feeding to mice significantly reduces hepatic expression of phosphoenolpyruvate carboxykinase (PEPCK), a key enzyme in gluconeogenesis which is highly increased by HFD feeding. This suppressive effect of LNS1 on hepatic expression of PEPCK was further confirmed in HepG2 cells by treatment of LNS1 conditioned media (LNS1-CM). LNS1-CM strongly and specifically inhibited $HNF4{\alpha}-induced$ PEPCK promoter activity in HepG2 cells without change of $HNF4{\alpha}$ mRNA levels. Together, these data demonstrate that LNS1 suppresses PEPCK expression in the liver by regulating $HNF4{\alpha}$ transcriptional activity, implicating its role as a preventive or therapeutic approach for metabolic diseases.
Xia, C.;Wang, Z.;Liu, G.W.;Zhang, H.Y.;Zhang, C.;Xu, C.
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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v.23
no.1
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pp.47-51
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2010
The objective of this study was to understand changes of plasma metabolites, hormones, and mRNA level of cytoplasmic phosphoenolpyruvate carboxykinase (PEPCK-C) in liver in spontaneous clinical ketosis; 10 clinically ketotic cows and 10 healthy cows were chosen from the same dairy farm. Eleven blood parameters and liver fat content were measured in all cows, and mRNA levels of PEPCK-C in liver were measured by semi-quantitative reverse transcription (RT) polymerase chain reaction (PCR). In ketotic cows, concentration of plasma glucose decreased (p<0.01), concentration of plasma nonesterified fatty acids (NEFA) and $\beta$-hydroxybutyric acid (BHBA) increased (p<0.01), liver fat content (18.8% wet weight) and activity of plasma aspartate aminotransferase (AST) increased (p<0.01), but concentration of plasma total bilirubin (TBIL), $\gamma$-glutamyl transpeptidase ($\gamma$-GT), and cholinesterase (CHE) increased (p>0.05). In addition, concentration of plasma insulin decreased (p<0.05), concentration of plasma glucagons decreased (p>0.05), and mRNA level of PEPCK-C in liver increased (p<0.05). It is concluded that the adaptative changes of metabolites, hormones, and mRNA level of PEPCK-C in ketotic cows were in favor of the enhancement of gluconeogenesis, the decrease of fat mobilization and the relief of ketosis, but these were still inadequate to relieve ketosis.
Objective: Cows that are nursing get around 80% of their glucose from liver gluconeogenesis. Propionate, a significant precursor of liver gluconeogenesis, can regulate the key genes involved in hepatic gluconeogenesis expression, but its precise effects on the activity of enzymes have not yet been fully elucidated. Therefore, the aim of this study was to investigate the effects of propionate on the activity, gene expression, and protein abundance of the key enzymes involved in the gluconeogenesis of dairy cow hepatocytes. Methods: The hepatocytes were cultured and treated with various concentrations of sodium propionate (0, 1.25, 2.50, 3.75, and 5.00 mM) for 12 h. Glucose content in the culture media was determined by an enzymatic coloring method. The activities of gluconeogenesis related enzymes were determined by enzyme linked immunosorbent assay kits, and the levels of gene expression and protein abundance of the enzymes were detected by real-time quantitative polymerase chain reaction and Western blot, respectively. Results: Propionate supplementation considerably increased the amount of glucose in the culture medium compared to the control (p<0.05); while there was no discernible difference among the various treatment concentrations (p>0.05). The activities of cytoplasmic phosphoenolpyruvate carboxylase (PEPCK1), mitochondrial phosphoenolpyruvate carboxylase (PEPCK2), pyruvate carboxylase (PC), and glucose-6-phosphatase (G6PC) were increased with the addition of 2.50 and 3.75 mM propionate; the gene expressions and protein abundances of PEPCK1, PEPCK2, PC, and G6PC were increased by 3.75 mM propionate addition. Conclusion: Propionate encouraged glucose synthesis in bovine hepatocytes, and 3.75 mM propionate directly increased the activities, gene expressions and protein abundances of PC, PEPCK1, PEPCK2, and G6PC in bovine hepatocytes, providing a theoretical basis of propionate-regulating gluconeogenesis in bovine hepatocytes.
Nur77 is a member of the nuclear receptor 4A (NR4A) subgroup, which has been implicated in energy metabolism. Although Nur77 is found in adipose tissue, where TR4 plays a key role in lipid homeostasis, the role of Nur77 in adipogenesis is still controversial. Although the Nur77 responsive element (AAAGGTCA) is partially overlapped with TR4-binding sites (AGGTCA $n$ AGGTCA: $n$=0-6), the regulatory role of Nur77 in TR4 function associated with adipocyte biology remains unclear. Here, we found that Nur77 inhibits adipogenesis and TR4 transcriptional activity. Treatment with a Nur77 agonist, 1,1-bis(3'-indolyl)-1-($p$-anisyl)-methane, during 3T3-L1 adipocyte differentiation reduced adipogenesis. In reporter gene analysis, Nur77 specifically suppressed TR4 transcription activity but had little effect on $PPAR{\gamma}$ transcription activity. Consistently, Nur77 also suppressed TR4-induced promoter activity of the TR4 target gene PEPCK, which is known to be important for glyceroneogenesis in adipose tissue. Furthermore, Nur77 suppressed TR4 binding to TR4 response elements without direct interaction with TR4, suggesting that Nur77 may inhibit TR4 transcription activity via binding competition for TR4-binding sites. Furthermore, DIM-C-$pPhOCH_3$ substantially suppressed TR4-induced PEPCK expression in 3T3-L1 adipocytes. Together, our data demonstrate that Nur77 plays an inhibitory role in TR4-induced PEPCK expression in 3T3-L1 adipocytes.
Kim, Eunju;Kim, Yoo-Sun;Kim, Kyung-Mi;Jung, Sangwon;Yoo, Sang-Ho;Kim, Yuri
Nutrition Research and Practice
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v.10
no.1
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pp.11-18
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2016
BACKGROUND/OBJECTIVES: Type 2 diabetes (T2D) is more frequently diagnosed and is characterized by hyperglycemia and insulin resistance. $\small{D}$-xylose, a sucrase inhibitor, may be useful as a functional sugar complement to inhibit increases in blood glucose levels. The objective of this study was to investigate the anti-diabetic effects of $\small{D}$-xylose both in vitro and stretpozotocin (STZ)-nicotinamide (NA)-induced models in vivo. MATERIALS/METHODS: Wistar rats were divided into the following groups: (i) normal control; (ii) diabetic control; (iii) diabetic rats supplemented with a diet where 5% of the total sucrose content in the diet was replaced with $\small{D}$-xylose; and (iv) diabetic rats supplemented with a diet where 10% of the total sucrose content in the diet was replaced with $\small{D}$-xylose. These groups were maintained for two weeks. The effects of $\small{D}$-xylose on blood glucose levels were examined using oral glucose tolerance test, insulin secretion assays, histology of liver and pancreas tissues, and analysis of phosphoenolpyruvate carboxylase (PEPCK) expression in liver tissues of a STZ-NA-induced experimental rat model. Levels of glucose uptake and insulin secretion by differentiated C2C12 muscle cells and INS-1 pancreatic ${\beta}$-cells were analyzed. RESULTS: In vivo, $\small{D}$-xylose supplementation significantly reduced fasting serum glucose levels (P < 0.05), it slightly reduced the area under the glucose curve, and increased insulin levels compared to the diabetic controls. $\small{D}$-xylose supplementation enhanced the regeneration of pancreas tissue and improved the arrangement of hepatocytes compared to the diabetic controls. Lower levels of PEPCK were detected in the liver tissues of $\small{D}$-xylose-supplemented rats (P < 0.05). In vitro, both 2-NBDG uptake by C2C12 cells and insulin secretion by INS-1 cells were increased with $\small{D}$-xylose supplementation in a dose-dependent manner compared to treatment with glucose alone. CONCLUSIONS: In this study, $\small{D}$-xylose exerted anti-diabetic effects in vivo by regulating blood glucose levels via regeneration of damaged pancreas and liver tissues and regulation of PEPCK, a key rate-limiting enzyme in the process of gluconeogenesis. In vitro, $\small{D}$-xylose induced the uptake of glucose by muscle cells and the secretion of insulin cells by ${\beta}$-cells. These mechanistic insights will facilitate the development of highly effective strategy for T2D.
A pckA gene encoding phosphoenolpyruvate carboxykinase (PEPCK) was cloned and sequenced from the succinic acid producing bacterium Mannheimia succiniciproducens MBEL55E. The gene encoded a 538 residue polypeptide with a calculated molecular mass of 58.8 kDa and a calculated pI of 5.03. The deduced amino acid sequence of the M. succiniciprodutens MBEL55E PEPCK was similar to those of all known ATP-dependent PEPCKS.
Compound K (CK) is a final metabolite of panaxadiol ginsenosides. Although panax ginseng is known to have anti-diabetic activity, the active ingredient is not yet fully identified. Therefore, it would be interesting to know whether and how CK has an anti-diabetic activity. First, insulin secretion-stimulating activity of CK was examined using RIN-m5F cell line and primary cultured islets. CK enhanced the insulin secretion in a concentration dependent manner. This effect, however, was almost completely abolished in the presence of diazoxide, $K^+$ channel opener, indicating that the insulin secretion-stimulating activity of CK is presumably due to blockade of ATP sensitive $K^+$ channel. In addition, effects of CK on gene expressions of hepatic enzymes (phosphoenolpyruvate carboxykinase[PEPCK], glucose-6-phos-phatase[G6Pase]) and on adipocyte differentiation in H4IIE and 3T3-Ll cells, respectively, were examined. CK suppressed the induction of PEPCK and G6Pase mRNA expressions under the dexamethasone/cAMP stimulation condition. CK also reduced the $PPAR-{\gamma}$ mRNA expression and triglyceride accumulation in a dose dependent manner as compared to the control. The present study suggests that CK deserves to examine whether it shows an anti-diabetic activity in animal and human studies.
Park Sang-Hyun;Ko Sung-Kwon;Choi Jin-Gyu;Chung Sung-Hyun
Archives of Pharmacal Research
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v.29
no.3
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pp.256-264
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2006
Salicornia herbacea L. (Chenopodiaceae) has been used as a seasoned vegetable by living in coastal areas. S. herbacea (SH) has been demonstrated to stimulate cytokine production, nitric oxide release, and to show anti-oxidative effect. In a series of investigations to develop potential anti-diabetic and/or anti-hyperlipidemic agents from Korean indigenous plants, 50% ethanol extract of Salicornia herbacea was found to prevent the onset of the hyperglycemia and hyperlipidemia induced by high fat diet in ICR mice. At 6 week old, the ICR mice were randomly divided into five groups; two control and three treatment groups. The control mice were to receive either a regular diet (RD) or high-fat diet (HFD), and the treatment groups were fed a high fat diet with either 350 mg/kg, 700 mg/kg of SH (SH350 and SH700) or 250 mg/kg of met-formin (MT250) for a 10-week period. SH not only reduced body weight but also corrected associated hyperglycemia and hyperlipidemia in a dose dependent manner. SH exerted beneficial effects on the plasma glucose and lipid homeostasis possibly ascribed to its specific effects on lipogenesis related genes (SREBP1a, FAS, GAPT), and PEPCK, glucose 6-phosphatase gene expressions in liver. Ethanol extract of S. herbacea has potential as a preventive agent for type 2 diabetes (and possibly hyperlipidemia) and deserves future clinical trial.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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