German Title: Die Rolle des transkriptionellen Repressors Hes-1 bei der Entstehung der durch Glucocorticoide vermittelten Fettleber

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Abstract

Aberrant hepatic fat accumulation (“fatty liver”) represents a pathophysiological hallmark of obesity and is associated with extended glucocorticoid therapy, obesity, Type II diabetes, and starvation. Elevated glucocorticoid levels under these conditions are causative for the fatty liver phenotype, although the molecular mechanisms of their action remain largely unclear. This study demonstrates that glucocorticoids (GCs) promote fatty liver development through facilitated fat transport into the liver and not due to increased de novo fat synthesis. Transient knock-down of hepatic GR was associated with decreased hepatic gene expression of the fat transporters CD36 and caveolin 1 and with decreased expression of peroxisome proliferation-activating receptor gamma (PPARgamma) – a transcription factor promoting CD36 and caveolin expression. Moreover, glucocorticoids inhibited hepatic expression of transcriptional repressor Hairy and Enhancer of Split-1 (Hes-1) a previously identified anti-lipogenic factor. In fatty liver mouse models characterized by elevated GC levels diminished Hes-1 levels correlated with increased hepatic lipid stores. Genetic restoration of hepatic Hes-1 levels in obese mice normalized hepatic triglyceride levels and improved systemic insulin sensitivity. In mice injected with GCs for three weeks, genetically restored hepatic Hes-1 levels inhibited GC-induced liver fat accumulation. In both models, sustained Hes-1 was accompanied by increased oxidative consumption of triglycerides and decreased fat import into the liver. Hes-1 re-expression inhibited hepatic PPARgamma, CD36 and caveolin expression resembling effects in mice with transient GR knockdown. Loss of function analysis in primary hepatocytes confirmed PPARgamma and Cav1 as Hes-1 target genes. The data suggest that Hes-1 antagonizes GR-mediated transcriptional regulation of fat transport programs in the liver. Mechanistically, glucocorticoid exposure of hepatocytes lead to the disassembly of a cAMP-dependent CREB transactivator complex on the proximal Hes-1 gene promoter. The glucocorticoid receptor was shown here to decrease intracellular P-CREB levels and to interact with CREB via the bZIP domain of CREB. Furthermore, GR associated to glucocorticoid response elements in the proximal Hes-1 promoter region. Inhibition of hepatic Hes-1 provides a rationale for glucocorticoid-induced fatty liver development. Restoration of Hes-1 activity might, therefore, represent a new approach in the treatment of Non-Alcoholic Fatty Liver Disease and its associated complications such as hepatic insulin resistance.

Translation of abstract (German)

Die erhöhte Einlagerung von Neutralfetten in der Leber (“Fettleber”) stellt ein pathophysiologisches Kennzeichen von Fettleibigkeit dar und korreliert mit Langzeit-Glucocorticoid-Therapie, Typ II Diabetes und Übergewicht aber auch mit Langzeithungern. Erhöhte Glucocorticoidwerte in den genannten Zuständen verursachen das Auftreten der Fettleber. Die zugrunde liegenden molekularen Mechanismen sind bisher jedoch nur wenig erforscht. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass Glucocorticoide (GCs) die Entstehung einer Fettleber begünstigen, indem sie die Aufnahme von Fetten in die Leber über Fetttransporter erleichtern. Andererseits konnte keine erhöhte Neusynthese von Fetten als Ursache der Glucocorticoid-bedingten Fettleber belegt werden. Transiente Verminderung des hepatischen Glucocorticoid-Rezeptors (GR) mittels shRNAs wird von einer erniedrigten Genexpression der Fetttransporter CD36, Caveolin1 und von einer Unterdrückung der Expression von Peroxisome Proliferation-Activating Receptor gamma (PPARgamma) begleitet, der die Expression von CD36 und Cav1 anregt. Darüber hinaus inhibieren GCs die hepatische Expression des anti-lipogenen transkriptionellen Repressors Hairy and Enhancer of Split (Hes-1). In Fettlebermodellen, in denen erhöhte Glucocorticoid-Konzentrationen auftreten, korrelieren erniedrigte hepatische Hes-1 Mengen mit erhöhten Leberfettwerten. Genetische Wiederherstellung der Leber-Hes-1-Mengen in übergewichtigen Mäusen hat eine Normalisierung der Leberfette zur Folge und verbessert gleichzeitig die systemische Insulinsensitivität. In mit GCs behandelten Mäusen inhibieren aufrechterhaltene Hes-1 Spiegel den Transport von Fetten in die Leber und damit deren Ansammlung in Hepatozyten. Hes-1 vermindert die Expression von PPARgamma, CD36 und Cav1, was dem Phänotyp in hepatischen GR Knock-down Mäusen gleicht. Hes-1 Erniedrigung durch shRNAs in primären Hepatozyten bestätigt Cav1 und PPARgamma als Hes-1 Zielgene. In in vivo Hes-1-Promotorstudien destabilisieren GCs den cAMP-abhängigen CREB Transaktivatorkomplex. Der GR verringert intrazelluläre P-CREB Mengen und kann außerdem mit der bZIP-Domäne des CREB-Proteins interagieren. Schließlich bindet der GR direkt an Glucocorticoid Response Elemente in der proximalen Hes-1 Promotorregion. Zusammengefaßt stellt die Inhibierung der hepatischen Hes-1 Mengen eine Ursache der Glucococorticoid-induzierten Fettleber dar. Die Aufrechterhaltung der Leber-Hes-1-Aktivität kann daher als neuer Ansatz in der Behandlung der Nicht-Alkohol-abhängigen Fettleber und deren Folgeerkrankungen wie zum Beispiel hepatische Insulinresistenz angesehen werden.