Interrelationship between LXRα, SREBP-1c, PPARγ and SHP in the transcriptional regulation of glucokinase gene expression in liver

Abstract

[한글]간장에서의 glucokinase는 혈액 내의 포도당의 농도를 유지하고 조절할 수 있는 역할을 수행한다. Glucokinase는 SREBP-1c라는 전사조절인자를 매개로 하여 insulin에 의해 유전자 발현이 유도된다. LXRalpha라는 전사조절 인자가 소실된 mice에서 glucokinase 유전자 발현이 감소되어 나타나기 때문에, 본 연구에서 glucokinase 유전자가 LXRalpha에 의해 직접적으로 조절 될 수 있는지 확인하였다. 이러한 glucokinase를 조절 한다고 알려진 다른 전사인자들과의 상호작용이 존재하는 지를 확인 하였다. 본 연구에서 LXRalpha에 의해 glucokinase의 전사체가 증가하는 것을 rat primary hepatocytes를 분리하여 확인 하였고, glucokinase 유전자 promoter에 LXRE 가 존재함을 EMSA, ChIP assay를 통하여 밝혔다. Glucokinase의 유전자 조절은 다양한 방법을 통해 일어나게 되는데 LXRalpha에 의해 증가된 SREBP-1c가 insulin이 있는 상태에서 핵 안으로 들어가 활성화 되어 glucokinase유전자를 증가시키고, 또한 LXRalpha 에 의해 PPARgamma의 전사활성이 증가되어 PPARgamma를 통해 glucokinase 유전자를 증가시킨다.이러한 glucokinase 유전자 전사 활성은 SHP에 의해 감소하는 효과를 보이는데, LXRalpha, PPARgamma와 heterodimer를 이루는 RXRalpha와 interaction을 통하여 증가된 glucokinase 유전자 전사활성을 낮추게 된다. 이러한 결과를 통해 간장에서 glucokinase 유전자를 조절하는 LXRalpha은 직접적으로 promoter에 작용해서 증가시키기도 하며 SREBP-1c와 PPARgamma를 통해서 증가시키고, 이러한 glucokinase 유전자 전사활성의 증가는 SHP를 통해 감소시킬 수 있는 점을 제시하고 있다.

[영문]Hepatic glucokinase (LGK) plays an essential role in controlling blood glucose levels and maintaining cellular metabolic functions in liver. Expression of LGK is mainly regulated by insulin through sterol regulatory element binding protein-1c (SREBP-1c) as a mediator. Since glucokinase expression is known to be decreased in the liver of liver X receptor (LXR) knock out mice, we have investigated whether glucokinase might be directly activated by LXRalpha. Furthermore, we have studied interrelationship between transcription factors that control gene expression of LGK. In the current studies, we demonstrated that LXR? increased LGK mRNA level in primary hepatocytes and that there is a functional LXRE in the LGK gene promoter as shown by electrophoretic mobility shift assay (EMSA) and chromatin immunoprecipitation (ChIP) assay. In addition, our studies demonstrate that LXRalpha and insulin activation of the LGK gene promoter occurs through a multi-faceted indirect mechanism. It is reported that LXRalpha increases SREBP-1c mRNA expression and then insulin stimulates the processing of the membrane bound precursor SREBP-1c protein and it moves to the nucleus and activates LGK expression through SREBP sites in its promoter. LXRalpha also activates the LGK promoter by increasing the transcriptional activity of peroxisome proliferators-activated receptor (PPAR)-gamma, which also stimulates LGK expression through a PPRE. This activation is tempered through a negative mechanism where small heterodimer partner (SHP) decreases LGK gene expression by inhibiting the transcriptional activity of LXRalpha and PPARgamma by directly interacting with their common heterodimer partner RXRalpha. From these data, we propose a mechanism for LXRalpha in controlling the gene expression of LGK that involves activation through SREBP-1c and PPARgamma and inhibition through SHP.