Jeong, Da Eun;Heo, Sungeun;Han, Ji Hye;Lee, Eun-young;Kulkarni, Rohit N.;Kim, Wook
Molecules and Cells
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v.41
no.10
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pp.909-916
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2018
In pancreatic ${\beta}$ cells, glucose stimulates the biosynthesis of insulin at transcriptional and post-transcriptional levels. The RNA-binding protein, polypyrimidine tract-binding protein 1 (PTBP1), also named hnRNP I, acts as a critical mediator of insulin biosynthesis through binding to the pyrimidine-rich region in the 3'-untranslated region (UTR) of insulin mRNA. However, the underlying mechanism that regulates its expression in ${\beta}$ cells is unclear. Here, we report that glucose induces the expression of PTBP1 via the insulin receptor (IR) signaling pathway in ${\beta}$ cells. PTBP1 is present in ${\beta}$ cells of both mouse and monkey, where its levels are increased by glucose and insulin, but not by insulin-like growth factor 1. PTBP1 levels in immortalized ${\beta}$ cells established from wild-type (${\beta}IRWT$) mice are higher than levels in ${\beta}$ cells established from IR-null (${\beta}IRKO$) mice, and ectopic re-expression of IR-WT in ${\beta}IRKO$ cells restored PTBP1 levels. However, PTBP1 levels were not altered in ${\beta}IRKO$ cells transfected with IR-3YA, in which the Tyr1158/1162/1163 residues are substituted with Ala. Consistently, treatment with glucose or insulin elevated PTBP1 levels in ${\beta}IRWT$ cells, but not in ${\beta}IRKO$ cells. In addition, silencing Akt significantly lowered PTBP1 levels. Thus, our results identify insulin as a pivotal mediator of glucose-induced PTBP1 expression in pancreatic ${\beta}$ cells.
Chung, Kang Min;Kang, Wonyoung;Kim, Dong Geon;Hong, Hyun Ju;Lee, Youngjae;Han, Chang-Hoon
Korean Journal of Veterinary Research
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v.54
no.1
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pp.21-26
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2014
Although benfotiamine has various beneficial anti-diabetic effects, the detailed mechanisms underlying the impact of this compound on the insulin signaling pathway are still unclear. In the present study, we evaluated the effects of benfotiamine on the hepatic insulin signaling pathway in Otsuka Long-Evans Tokushima Fatty (OLETF) rats, which are a type 2 diabetes mellitus model. OLETF rats treated with benfotiamine showed decreased body weight gain and reduced adipose tissue weight. In addition, blood glucose levels were lower in OLETF rats treated with benfotiamine. Following treatment with benfotiamine, the levels of Akt phosphorylation (S473/T308) in the OLETF groups increased significantly compared to the OLETF control group so that they were almost identical to the levels observed in the control group. Moreover, benfotiamine restored the phosphorylation levels of both glycogen synthase kinase (GSK)-$3{\alpha}/{\beta}$ (S21, S9) and glycogen synthase (GS; S641) in OLETF rats to nearly the same levels observed in the control group. Overall, these results suggest that benfotiamine can potentially attenuate type 2 diabetes mellitus in OLETF rats by restoring insulin sensitivity through upregulation of Akt phosphorylation and activation of two downstream signaling molecules, GSK-$3{\alpha}/{\beta}$ and GS, thereby reducing blood glucose levels through glycogen synthesis.
Although exercise-induced growth factors such as Insulin-like growth factor-I (IGF-I) are known to affect various aspects of physiology in skeletal muscle cells, the molecular mechanism by which IGF-I modulates anti-inflammatory effects in these cells is presently unknown. Here, we showed that IGF-I stimulation suppresses the expression of toll-like receptor 4 (TLR4), a key innate immune receptor. A pharmacological inhibitor study further showed that PI3K/Akt signaling pathway is required for IGF-I-mediated negative regulation of TLR4 expression. Furthermore, IGF-I treatment reduced the expression of various NF-${\kappa}B$-target genes such as TNF-${\alpha}$ and IL-6. Taken together, these findings indicate that the anti-inflammatory effect of exercise may be due, at least in part, to IGF-I-induced suppression of TLR4 and subsequent downregulation of the TLR4-dependent inflammatory signaling pathway.
Insulin/insulin-like growth factor (IGF)-1 signaling (IIS) pathway regulates aging in many organisms, ranging from simple invertebrates to mammals, including humans. Many seminal discoveries regarding the roles of IIS in aging and longevity have been made by using the roundworm Caenorhabditis elegans and the fruit fly Drosophila melanogaster. In this review, we describe the mechanisms by which various IIS components regulate aging in C. elegans and D. melanogaster. We also cover systemic and tissue-specific effects of the IIS components on the regulation of lifespan. We further discuss IIS-mediated physiological processes other than aging and their effects on human disease models focusing on C. elegans studies. As both C. elegans and D. melanogaster have been essential for key findings regarding the effects of IIS on organismal aging in general, these invertebrate models will continue to serve as workhorses to help our understanding of mammalian aging.
Vitamin A and its metabolites modulate insulin resistance and regulate stearoyl-CoA desaturase 1 (SCD1), which are also known to affect insulin resistance. Here, we tested, whether vitamin A-mediated changes in insulin resistance markers are associated with SCD1 regulation or not. For this purpose, 30-week old male lean and glucose-intolerant obese rats of WNIN/GR-Ob strain were given either a stock or vitamin A-enriched diet, i.e. 2.6 mg or 129 mg vitamin A/kg diet, for 14 weeks. Compared to the stock diet, vitamin A-enriched diet feeding improved hyperglycemia and glucose-clearance rate in obese rats and no such changes were seen in lean rats receiving identical diets. These changes were corroborated with concomitant increase in circulatory insulin and glycogen levels of liver and muscle (whose insulin signaling pathway genes were up-regulated) in obese rats. Further, the observed increase in muscle glycogen content in these obese rats could be explained by increased levels of the active form of glycogen synthase, the key regulator of glycogen synthesis pathway, possibly inactivated through increased phosphorylation of its upstream inhibitor, glycogen synthase kinase. However, the unaltered hepatic SCD1 protein expression (despite decreased mRNA level) and increased muscle-SCD1 expression (both at gene and protein levels) suggest that vitamin A-mediated changes on glucose metabolism are not associated with SCD1 regulation. Chronic consumption of vitamin A-enriched diet improved hyperglycemia and glucose-intolerance, possibly, through the regulation of intracellular signaling and glycogen synthesis pathways of muscle and liver, but not associated with SCD1.
Dong Young Kang;Nipin Sp;Eun Seong Jo;Hyoung Do Kim;Il Ho Kim;Se Won Bae;Kyoung‑Jin Jang;Young Mok Yang
International Journal of Molecular Medicine
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v.45
no.3
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pp.931-938
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2020
Insulin-like growth factor-1 (IGF-1) regulates cell growth, glucose uptake and protein metabolism, and is required for growth hormone (GH) signaling-mediated insulin production and secretion. IGF1 expression is associated with STAT5, which binds to a region (TTCNNNGAA) of the gene. Although sulfur is used in various fields, the toxicity of this element is a significant disadvantage as it causes indigestion, vomiting, diarrhea, pain and migraine. Therefore, it is difficult to conduct in vitro experiments to directly determine the effects of dietary sulfur. Additionally, it is difficult to dissolve non-toxic sulfur (NTS). The present study aimed to identify the role of NTS in GH signaling as a Jak2/STAT5b/IGF-1 pathway regulator. MTT assay was used to identify an optimum NTS concentration for C2C12 mouse muscle cells. Western blotting, RT-PCR, chromatin immunoprecipitation, overexpression and small interfering RNA analyses were performed. NTS was dissolved in 1 mg/ml DMSO and could be used in vitro. Therefore, the present study determined whether NTS induced mouse muscle cell growth via GH signaling. NTS notably increased STAT5b binding to the Igf1 promoter. NTS also promoted GH signaling by upregulating GH receptor expression, similar to GH treatment. NTS enhanced GH signaling by regulating Jak2/STAT5b/IGF-1 signaling pathway factor expression in C2C12 mouse muscle cells. Thus, NTS may be used as a GH-enhancing growth stimulator.
The present study was undertaken to determine the roles of insulin in the growth of transplanted breast cancer in nude mice, and the proliferation and migration of MCF-7 human breast cancer cells and assess its influence on downstream signaling pathways. In a xenograft mouse model with injection of MCF-7 human breast cancer cells, tumor size was measured every other day. The insulin level and insulin receptor (IR) were increased in the breast cancer patient tissues. Insulin injected subcutaneously around the tumor site in mice caused increase in the size and weight of tumor masses, and promoted proliferation and migration of MCF-7 cells. The effects of insulin on the increase in the proliferation and migration of MCF-7 human breast cancer cells were abolished by pretreatment with the extracellular regulated kinase (ERK) inhibitor PD98059. Insulin increased the phosphorylation of ERK in the MCF-7 cells. These results indicate that insulin promotes the growth of breast cancer in nude mice, and increases the proliferation and migration of MCF-7 human breast cancer cells via the ERK pathway.
We investigated the insulin-like growth factor 1 (IGF-1)/AKT signaling pathway involved in muscle formation, growth, and movement in the adductor muscle of triploid Pacific oyster, Crassostrea gigas. Large and small triploid oysters (LTs and STs) cultured under identical conditions were screened, and the signaling pathways of individuals with superior growth were compared and analyzed. mRNA and protein expression levels of actin, troponin, tropomyosin, and myosin, proteins important in muscle formation, were higher in LTs compared with STs. Expression levels of IGF-1, IGF binding protein (IGFBP), and IGFBP complex acid-labile subunit were also higher in LTs compared with STs. Phosphorylation of the IGF receptor as well as that of AKT was high in LTs. In addition, the expression of phosphomammalian target of rapamycin and phospho-glycogen synthase kinase $3{\beta}$ was increased and the expression of Forkhead box O3 was decreased in LTs. Therefore, we suggested that the IGF-1/AKT signaling pathway affects the formation, growth, and movement of the adductor muscle in triploid oysters.
Lupeol is a type of pentacyclic triterpene that has been reported to have therapeutic effects for treating many diseases; however, its effect on insulin resistance is unclear clear. This study examined the inhibitory effect of lupeol on the serine phosphorylation of insulin receptor substrate-1 in insulin resistance-induced 3T3-L1 adipocytes. 3T3-L1 cells were cultured and treated with tumor necrosis factor-α (TNF-α) for 24 hours to induce insulin resistance. Cells treated with different concentrations of lupeol (15 μM or 30 μM) or 100 nM of rosiglitazone were incubated. Then, lysed cells underwent western blotting. Lupeol exhibited a positive effect on the negative regulator of insulin signaling and inflammation-activated protein kinase caused by TNF-α in adipocytes. Lupeol inhibited the activation of protein tyrosine phosphatase-1B (PTP-1B)-a negative regulator of insulin signaling-and c-Jun N-terminal kinase (JNK); it was also an inhibitor of nuclear factor kappa-B kinase (IKK) and inflammation-activated protein kinases. In addition, Lupeol downregulated serine phosphorylation and upregulated tyrosine phosphorylation in insulin receptor substrate-1. Then, the downregulated phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K)/protein kinase B (AKT) pathway was activated, the translocation of glucose transporter type 4 was stimulated to the cell membrane, and intracellular glucose uptake increased in the insulin resistance-induced 3T3-L1 adipocytes. Lupeol may improve TNF-α-induced insulin resistance by downregulating the serine phosphorylation of insulin receptor substrate 1 by inhibiting negative regulators of insulin signaling and inflammation-activated protein kinases in 3T3-L1 adipocytes.
Insulin signaling is coordinated by insulin receptor substrates (IRSs). Many insulin responses, especially for blood glucose metabolism, are mediated primarily through Irs-1 and Irs-2. Irs-1 knockout mice show growth retardation and insulin signaling defects, which can be compensated by other IRSs in vivo; however, the underlying mechanism is not clear. Here, we presented an Irs-1 truncated mutated mouse ($Irs-1^{-/-}$) with growth retardation and subcutaneous adipocyte atrophy. $Irs-1^{-/-}$ mice exhibited mild insulin resistance, as demonstrated by the insulin tolerance test. Phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K) activity and phosphorylated Protein Kinase B (PKB/AKT) expression were elevated in liver, skeletal muscle, and subcutaneous adipocytes in Irs-1 deficiency. In addition, the expression of IRS-2 and its phosphorylated version were clearly elevated in liver and skeletal muscle. With miRNA microarray analysis, we found miR-33 was down-regulated in bone marrow stromal cells (BMSCs) of $Irs-1^{-/-}$ mice, while its target gene Irs-2 was up-regulated in vitro studies. In addition, miR-33 was down-regulated in the presence of Irs-1 and which was up-regulated in fasting status. What's more, miR-33 restored its expression in re-feeding status. Meanwhile, miR-33 levels decreased and Irs-2 levels increased in liver, skeletal muscle, and subcutaneous adipocytes of $Irs-1^{-/-}$ mice. In primary cultured liver cells transfected with an miR-33 inhibitor, the expression of IRS-2, PI3K, and phosphorylated-AKT (p-AKT) increased while the opposite results were observed in the presence of an miR-33 mimic. Therefore, decreased miR-33 levels can up-regulate IRS-2 expression, which appears to compensate for the defects of the insulin signaling pathway in Irs-1 deficient mice.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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