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Hyperlipidemia-induced MicroRNA155-5p improves β-cell Function by targeting Mafb
Hyperlipidemia-induced MicroRNA155-5p improves β-cell Function by targeting Mafb
A high-fat diet increases intestinal permeability and promotes leakage of LPS into the circulation, where it primarily binds to lipoproteins and may promote GLP-1-mediated insulin secretion. Notably, patients with familial hypercholesterolemia have a reduced risk for T2DM. However, chronically elevated circulating LPS levels during HFD feeding also induce adipose tissue inflammation and obesity-induced insulin resistance. In macrophages, LPS and hyperlipidemia selectively induce miR-155-5p expression and trigger inflammatory activation. However, the role of miR-155-5p in obesity-related metabolic and cardiovascular diseases is poorly understood. Therefore, the aim of the current study was to determine whether miR-155-5p mediates the effects of hyperlipidemia on obesity and glucose homeostasis. Hyperlipidemia-associated endotoxemia increased deposition of oxLDL and induced miR-155-5p expression in pancreatic islets of Ldlr–/– mice. Mild oxidative modification of LDL led to increased endotoxin activity and increased miR-155-5p expression in pancreatic β-cells. In Mir155–/–Ldlr–/–mice, glucose and plasma glucagon levels were increased, whereas plasma insulin and GLP-1 levels were reduced compared with Mir155+/+Ldlr–/– mice. The α-to-β-cell ratio and the glucagon protein level were higher, whereas the insulin and GLP-1 protein content was reduced in islets from Mir155–/–Ldlr–/–mice. Treatment with low-dose LPS up-regulated islet miR-155-5p expression, increased insulin and GLP-1 plasma levels and lowered the glucose levels following intraperitoneal glucose injection in Ldlr–/– mice, and the effects of LPS on glucose metabolism were partially abolished by Mir155 knockout. Microarray analysis revealed inhibition of insulin, GLP-1, and IL-6 signaling pathways and upregulation of putative miR-155 targets, including Mafb, Sema5a, Med12l, Auh, and Stmn2 in islets from Mir155–/–Ldlr–/–mice. In murine β-cells, overexpression of miR-155-5p enriched Mafb mRNA in the RISC. Moreover, luciferase reporter assays showed that MafB suppressed Il6 expression by binding to the Il6 promoter region. In Ldlr–/–mice, blocking the interaction between miR-155-5p and MafB increased FBG levels and decreased the expression of Il6, the GLP-1 producing enzyme Pcsk1, and insulin production in islets. Probably due to elevated plasma GLP-1 levels, miR-155-5p limited the progression of obesity and adipose tissue inflammation, and reduced hyperlipidemia and atherosclerosis in HFD-fed Ldlr–/– mice. Taken together, hyperlipidemia-associated endotoxemia can improve glucose homeostasis by upregulating miR-155-5p expression in pancreatic β-cells. Targeting of MafB by miR-155-5p may limit β-to-α-cell reprogramming and promotes β-cell function likely through IL-6-induced GLP-1 production in α-cells. Hence, hyperlipidemia-induced miR-155-5p improves the adaptation of β-cells to insulin resistance. Increasing miR-155-5p levels in β-cell may be a valuable therapeutic strategy against diabetes and the MetS., Die Verfütterung eines „high fat“ Futters führt zu einer erhöhten Darmpermeabilität, die zu einer Steigerung der LPS Konzentration in der Zirkulation führt. Dort bindet LPS an Lipoproteine und stimuliert dadurch die GLP-1-vermittelte Sekretion von Insulin. Patienten mit familiären Hypercholesterinämie leiden seltener an T2DM. Die durch das „high fat“ Futter chronisch erhöhte LPS Konzentration in der Zirkulation induziert die Entzündung im adipösen Gewebe und die Adipositas-bedingte Insulinresistenz. LPS und Hyperlipidämie induzieren die Expression von miR-155-5p und rufen eine inflammatorische Aktivierung in Makrophagen hervor. Allerdings ist über die Rolle von miR-155-5p in mit Adipositas verbundenen metabolischen und kardiovaskulären Erkrankungen wenig bekannt. Das Ziel dieses Vorhabens ist die Effekte von miR-155-5p in Hyperlipidämie-vermittelter Adipositas und Glukose-Homöostase zu untersuchen. Die Hyperlipidämie-assoziierte Endotoxämie erhöhte die Akkumulation von oxLDL und die Expression von miR-155-5p in den Langerhans-Inseln von Ldlr–/– Mäusen. Während die Glukose- und Glukagon Plasmawerte verglichen mit den Werten in Mir155+/+Ldlr–/– Mäusen erhöht waren, wurde eine Reduktion der Insulin- und GLP-1 Plasmawerte in Mir155–/–Ldlr–/– Mäusen detektiert. Das Verhältnis von α-zu-β Zellen und die Glukagon-Proteinwerte waren erhöht, wohingegen die Insulin- und GLP-1 Proteinwerte in den Langerhans-Inseln der Mir155–/–Ldlr–/– Mäusen reduziert waren. Eine Behandlung mit niedrig dosiertem LPS erhöhte die Expression von miR-155-5p, steigerte die Insulin- und die GLP-1 Plasmawerte, reduzierte jedoch die Glukosewerte nach einer intraperitonealen Glukose-Injektion in Ldlr–/– Mäusen. Ferner ist die LPS-assoziierte Wirkung teilweise durch den Mir155 Knockout aufgehoben. In den Langerhans-Inseln derMir155–/–Ldlr–/– Mäusen zeigte die Microarray-Analyse eine Inhibierung von Insulin, GLP-1 und dem IL-6 Signalweg sowie eine Erhöhung vermeintlicher miR-155 Targets, wie z.B. Mafb, Sema5a, Med12l, Auh und Stmn2. Die Überexpression von miR-155-5p führte zur Anreicherung der Mafb mRNA im RISC. Die Luciferase Reporter-Assay zeigte, dass MafB die Expression von Il6 durch die Bindung an den Il6 Promoter supprimiert. In Ldlr–/– Mäusen führte die Hemmung der Interaktion zwischen miR-155-5p und MafB zu erhöhten FBG Werten und zu reduzierten Expressionen von Il6, GLP-1 produziertem Enzym Pcsk1 und zur verringerten Insulin Produktion in den Langerhans-Inseln. MiR-155-5p reduzierte die Adipositas und die Inflammation im adipösen Gewebe wahrscheinlich aufgrund der erhöhten GLP-1 Konzentration im Plasma. Nach Verfütterung des „high fat“ Futters inhibierte miR-155-5p die Hyperlipidämie und die Entwicklung der Atherosklerose in Ldlr–/– Mäusen. Zusammenfassend verbessert die Hyperlipidämie-assoziierte Endotoxämie die Glukose-Homöostase durch die gesteigerte Expression von miR-155-5p in den β-Zellen. Die Hemmung von MafB durch miR-155-5p reduzierte die β-α Zell Umprogrammierung und verbesserte die β-Zell Funktion durch eine IL-6-induzierte GLP-1 Produktion in den α-Zellen. Die Hyperlipidämie-vermittelte Induktion von miR-155-5p trägt zur Anpassung von β-Zellen an die Insulinresistenz bei. Die erhöhte Expression von miR-155-5p in den β-Zellen stellt einen vielversprechenden Ansatz in der Therapie des Diabetes und des MetS dar.
Diabetes, microRNAs, Dyslipidemia, LPS, GLP-1, IL-6
Zhu, Mengyu
2017
English
Universitätsbibliothek der Ludwig-Maximilians-Universität München
Zhu, Mengyu (2017): Hyperlipidemia-induced MicroRNA155-5p improves β-cell Function by targeting Mafb. Dissertation, LMU München: Faculty of Medicine
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Abstract

A high-fat diet increases intestinal permeability and promotes leakage of LPS into the circulation, where it primarily binds to lipoproteins and may promote GLP-1-mediated insulin secretion. Notably, patients with familial hypercholesterolemia have a reduced risk for T2DM. However, chronically elevated circulating LPS levels during HFD feeding also induce adipose tissue inflammation and obesity-induced insulin resistance. In macrophages, LPS and hyperlipidemia selectively induce miR-155-5p expression and trigger inflammatory activation. However, the role of miR-155-5p in obesity-related metabolic and cardiovascular diseases is poorly understood. Therefore, the aim of the current study was to determine whether miR-155-5p mediates the effects of hyperlipidemia on obesity and glucose homeostasis. Hyperlipidemia-associated endotoxemia increased deposition of oxLDL and induced miR-155-5p expression in pancreatic islets of Ldlr–/– mice. Mild oxidative modification of LDL led to increased endotoxin activity and increased miR-155-5p expression in pancreatic β-cells. In Mir155–/–Ldlr–/–mice, glucose and plasma glucagon levels were increased, whereas plasma insulin and GLP-1 levels were reduced compared with Mir155+/+Ldlr–/– mice. The α-to-β-cell ratio and the glucagon protein level were higher, whereas the insulin and GLP-1 protein content was reduced in islets from Mir155–/–Ldlr–/–mice. Treatment with low-dose LPS up-regulated islet miR-155-5p expression, increased insulin and GLP-1 plasma levels and lowered the glucose levels following intraperitoneal glucose injection in Ldlr–/– mice, and the effects of LPS on glucose metabolism were partially abolished by Mir155 knockout. Microarray analysis revealed inhibition of insulin, GLP-1, and IL-6 signaling pathways and upregulation of putative miR-155 targets, including Mafb, Sema5a, Med12l, Auh, and Stmn2 in islets from Mir155–/–Ldlr–/–mice. In murine β-cells, overexpression of miR-155-5p enriched Mafb mRNA in the RISC. Moreover, luciferase reporter assays showed that MafB suppressed Il6 expression by binding to the Il6 promoter region. In Ldlr–/–mice, blocking the interaction between miR-155-5p and MafB increased FBG levels and decreased the expression of Il6, the GLP-1 producing enzyme Pcsk1, and insulin production in islets. Probably due to elevated plasma GLP-1 levels, miR-155-5p limited the progression of obesity and adipose tissue inflammation, and reduced hyperlipidemia and atherosclerosis in HFD-fed Ldlr–/– mice. Taken together, hyperlipidemia-associated endotoxemia can improve glucose homeostasis by upregulating miR-155-5p expression in pancreatic β-cells. Targeting of MafB by miR-155-5p may limit β-to-α-cell reprogramming and promotes β-cell function likely through IL-6-induced GLP-1 production in α-cells. Hence, hyperlipidemia-induced miR-155-5p improves the adaptation of β-cells to insulin resistance. Increasing miR-155-5p levels in β-cell may be a valuable therapeutic strategy against diabetes and the MetS.

Abstract

Die Verfütterung eines „high fat“ Futters führt zu einer erhöhten Darmpermeabilität, die zu einer Steigerung der LPS Konzentration in der Zirkulation führt. Dort bindet LPS an Lipoproteine und stimuliert dadurch die GLP-1-vermittelte Sekretion von Insulin. Patienten mit familiären Hypercholesterinämie leiden seltener an T2DM. Die durch das „high fat“ Futter chronisch erhöhte LPS Konzentration in der Zirkulation induziert die Entzündung im adipösen Gewebe und die Adipositas-bedingte Insulinresistenz. LPS und Hyperlipidämie induzieren die Expression von miR-155-5p und rufen eine inflammatorische Aktivierung in Makrophagen hervor. Allerdings ist über die Rolle von miR-155-5p in mit Adipositas verbundenen metabolischen und kardiovaskulären Erkrankungen wenig bekannt. Das Ziel dieses Vorhabens ist die Effekte von miR-155-5p in Hyperlipidämie-vermittelter Adipositas und Glukose-Homöostase zu untersuchen. Die Hyperlipidämie-assoziierte Endotoxämie erhöhte die Akkumulation von oxLDL und die Expression von miR-155-5p in den Langerhans-Inseln von Ldlr–/– Mäusen. Während die Glukose- und Glukagon Plasmawerte verglichen mit den Werten in Mir155+/+Ldlr–/– Mäusen erhöht waren, wurde eine Reduktion der Insulin- und GLP-1 Plasmawerte in Mir155–/–Ldlr–/– Mäusen detektiert. Das Verhältnis von α-zu-β Zellen und die Glukagon-Proteinwerte waren erhöht, wohingegen die Insulin- und GLP-1 Proteinwerte in den Langerhans-Inseln der Mir155–/–Ldlr–/– Mäusen reduziert waren. Eine Behandlung mit niedrig dosiertem LPS erhöhte die Expression von miR-155-5p, steigerte die Insulin- und die GLP-1 Plasmawerte, reduzierte jedoch die Glukosewerte nach einer intraperitonealen Glukose-Injektion in Ldlr–/– Mäusen. Ferner ist die LPS-assoziierte Wirkung teilweise durch den Mir155 Knockout aufgehoben. In den Langerhans-Inseln derMir155–/–Ldlr–/– Mäusen zeigte die Microarray-Analyse eine Inhibierung von Insulin, GLP-1 und dem IL-6 Signalweg sowie eine Erhöhung vermeintlicher miR-155 Targets, wie z.B. Mafb, Sema5a, Med12l, Auh und Stmn2. Die Überexpression von miR-155-5p führte zur Anreicherung der Mafb mRNA im RISC. Die Luciferase Reporter-Assay zeigte, dass MafB die Expression von Il6 durch die Bindung an den Il6 Promoter supprimiert. In Ldlr–/– Mäusen führte die Hemmung der Interaktion zwischen miR-155-5p und MafB zu erhöhten FBG Werten und zu reduzierten Expressionen von Il6, GLP-1 produziertem Enzym Pcsk1 und zur verringerten Insulin Produktion in den Langerhans-Inseln. MiR-155-5p reduzierte die Adipositas und die Inflammation im adipösen Gewebe wahrscheinlich aufgrund der erhöhten GLP-1 Konzentration im Plasma. Nach Verfütterung des „high fat“ Futters inhibierte miR-155-5p die Hyperlipidämie und die Entwicklung der Atherosklerose in Ldlr–/– Mäusen. Zusammenfassend verbessert die Hyperlipidämie-assoziierte Endotoxämie die Glukose-Homöostase durch die gesteigerte Expression von miR-155-5p in den β-Zellen. Die Hemmung von MafB durch miR-155-5p reduzierte die β-α Zell Umprogrammierung und verbesserte die β-Zell Funktion durch eine IL-6-induzierte GLP-1 Produktion in den α-Zellen. Die Hyperlipidämie-vermittelte Induktion von miR-155-5p trägt zur Anpassung von β-Zellen an die Insulinresistenz bei. Die erhöhte Expression von miR-155-5p in den β-Zellen stellt einen vielversprechenden Ansatz in der Therapie des Diabetes und des MetS dar.