Effect of the insulin on the apolipoprotein a-i gene expression in human macrophages

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The aim of the article — to study the effect of insulin on apolipoprotein A-I gene expression level in human macrophages and to reveal the main signal cascades which take part in the insulin-mediated regulation of apolipoprotein A-I gene.

Materials and methods. The experiments were carried out on the macrophages differentiated from acute monocytic leukemia cell line THP-1 and on the macrophages differentiated from the monocytes isolated from peripheral human blood. The analysis of apoA-I gene expression was performed by RealTime RT-PCR (on the mRNA level) and by flow cytofluorometry. To study the signalling cascades which take part in the insulin-mediated regulation of apoA-I gene the inhibitory analysis was used.

Results. Insulin induces the human apoA-I gene transcription in macrophages, but decreases the level of the ApoA-I protein which binds to outer cytoplasmic membrane of macrophages. The insulin-mediated transcription of apoA-I gene depends on PI3K-AKT signal cascade and transcription factors NF-κB and LXRs.

Conclusions. Taking into account our previous data it is plausible to conclude that the elevation of ApoA-I mRNA in human macrophages after insulin treatment leads to an increase of the amplitude of macrophages anti-inflammatory response, which consists in a sharp rise in the level of surface ApoA-I in macrophages under the some proinflammatory stimuli (TNFα, LPS).

About the authors

Ekaterina V. Nekrasova

Institute of Experimental Medicine

Email: nekrasova@iem.sp.ru

scientist, Department of Biochemistry

Russian Federation, Saint Petersburg

Katerina V. Danko

Saint Petersburg State University

Email: danko@iem.sp.ru

student, Biological faculty, department of Biochemistry

Kazakhstan, Saint Petersburg

Vladimir S. Shavva

Institute of Experimental Medicine

Email: shavva@iem.sp.ru
SPIN-code: 5428-6800

PhD, senior scientist, Department of Biochemistry

Russian Federation, Saint Petersburg

Ella B. Dizhe

Institute of Experimental Medicine

Email: dizhe@iem.sp.ru

PhD, leading scientist, Department of Biochemistry

Russian Federation, Saint Petersburg

Galina N. Oleinikova

Institute of Experimental Medicine

Email: galina@iem.sp.ru

technical assistant, Department of Biochemistry

Russian Federation, Saint Petersburg

Sergey V. Orlov

Institute of Experimental Medicine; Saint Petersburg State University

Author for correspondence.
Email: serge@iem.sp.ru
ORCID iD: 0000-0002-3134-1989
SPIN-code: 1690-8110
Scopus Author ID: 7201920413
ResearcherId: N-6823-2014

PhD, senior scientist, department of Biochemistry (IEM); associate professor, Biological faculty, department of Embryology (SpbSU).

Russian Federation, Saint Petersburg

References

  1. Hopkins PN. Molecular biology of atherosclerosis. Physiol Rev. 2013;93(3):1317-1542. https://doi.org/10.1152/physrev.00004.2012.
  2. Никифорова А.А., Хейфиц Г.М., Алкснис Е.Г., и др. Акцепция холестерина из мембран эритроцитов подфракцией ЛПВП2b и роль лецитин-холестерин-ацилтрансферазы в этом процессе // Биохимия. – 1988. – Т. 53. – № 7-12. – С. 1334–1338. [Nikiforova AA, Kheifits GM, Alksnis EG, Parfenova NS, Klimov AN. Aktseptsiya kholesterina iz membran eritrotsitov podfraktsiey LPVP2b i rol’ letsitin-kholesterin-atsiltransferazy v etom protsesse. Biokhimiia. 1988,53(7-12):1334-1338. (In Russ.)]
  3. Shah PK, Kaul S, Nilsson J, Cercek B. Exploiting the vascular protective effects of high-density lipoprotein and its apolipoproteins: an idea whose time for testing is coming, part II. Circulation. 2001;104(20):2498-2502. https://doi.org/10.1161/hc4501.098468.
  4. Hyka N, Dayer JM, Modoux C, et al. Apolipoprotein A-I inhibits the production of interleukin-1beta and tumor necrosis factor-alpha by blocking contact-mediated activation of monocytes by T lymphocytes. Blood. 2001;97(8):2381-2389. https://doi.org/10.1182/blood.v97.8.2381.
  5. Burger D, Dayer J-M. High-density lipoprotein-associated apolipoprotein A-I: the missing link between infection and chronic inflammation? Autoimmun Rev. 2002;1(1-2): 111-117. https://doi.org/10.1016/s1568-9972(01)00018-0.
  6. Wadham C, Albanese N, Roberts J, et al. High-density lipoproteins neutralize C-reactive protein proinflammatory activity. Circulation. 2004;109(17):2116-2122. https://doi.org/10.1161/01.CIR.0000127419.45975.26.
  7. Haas MJ, Horani M, Mreyoud A, et al. Suppression of apolipoprotein AI gene expression in HepG2 cells by TNF alpha and IL-1beta. Biochim Biophys Acta. 2003;1623(2-3):120-128. https://doi.org/10.1016/j.bbagen.2003.08.004.
  8. Mogilenko DA, Dizhe EB, Shavva VS, et al. Role of the nuclear receptors HNF4 alpha, PPAR alpha, and LXRs in the TNF alpha-mediated inhibition of human apolipoprotein A-I gene expression in HepG2 cells. Biochemistry. 2009;48(50):11950-11960. https://doi.org/10.1021/bi9015742.
  9. Orlov SV, Mogilenko DA, Shavva VS, et al. Effect of TNFalpha on activities of different promoters of human apolipoprotein A-I gene. Biochem Biophys Res Commun. 2010;398(2):224-230. https://doi.org/10.1016/j.bbrc. 2010.06.064.
  10. Connelly MA, Williams DL. SR-BI and HDL cholesteryl ester metabolism. Endocr Res. 2004;30(4):697-703. https://doi.org/10.1081/erc-200043979.
  11. Lewis GF, Rader DJ. New insights into the regulation of HDL metabolism and reverse cholesterol transport. Circ Res. 2005;96(12):1221-1232. https://doi.org/10.1161/01.RES.0000170946.56981.5c.
  12. Higuchi K, Law SW, Hoeg JM, et al. Tissue-specific expression of apolipoprotein A-I (apoA-I) is regulated by the 5’-flanking region of the human apoA-I gene. J Biol Chem. 1988;263(34):18530-18536.
  13. Mogilenko DA, Orlov SV, Trulioff AS, et al. Endogenous apolipoprotein A-I stabilizes ATP-binding cassette transporter A1 and modulates Toll-like receptor 4 signaling in human macrophages. FASEB J. 2012;26(5):2019-2030. https://doi.org/10.1096/fj.11-193946.
  14. Shavva VS, Mogilenko DA, Nekrasova EV, et al. Tumor necrosis factor alpha stimulates endogenous apolipoprotein A-I expression and secretion by human monocytes and macrophages: role of MAP-kinases, NF-kappaB, and nuclear receptors PPARalpha and LXRs. Mol Cell Biochem. 2018;448(1-2):211-223. https://doi.org/10.1007/s11010-018-3327-7.
  15. Богомолова А.М., Шавва В.С., Никитин А.А., и др. Гипоксия как фактор регуляции экспрессии генов apoA-1, ABCA1 и компонента комплемента C3 в макрофагах человека // Биохимия. – 2019. – Т. 84. – № 5. – С. 692–703. [Bogomolova AM, Shavva VS, Nikitin AA, et al. Hypoxia as a factor involved in the regulation of the apoA-1, ABCA1, and complement C3 gene expression in human macrophages. Biokhimiia. 2019;84(5):692-703. (In Russ.)]. https://doi.org/10.1134/S0320972519050075.
  16. Huuskonen J, Vishnu M, Chau P, et al. Liver X receptor inhibits the synthesis and secretion of apolipoprotein A1 by human liver-derived cells. Biochemistry. 2006;45(50):15068-15074. https://doi.org/10.1021/bi061378y.
  17. Shavva VS, Bogomolova AM, Nikitin AA, et al. Insulin-mediated downregulation of apolipoprotein A-I gene in human hepatoma cell line HepG2: the role of interaction between FOXO1 and LXRbeta transcription factors. J Cell Biochem. 2017;118(2):382-396. https://doi.org/10.1002/jcb.25651.
  18. Shavva VS, Bogomolova AM, Nikitin AA, et al. FOXO1 and LXRalpha downregulate the apolipoprotein A-I gene expression during hydrogen peroxide-induced oxidative stress in HepG2 cells. Cell Stress Chaperones. 2017;22(1):123-134. https://doi.org/10.1007/s12192-016-0749-6.
  19. Donath MY, Shoelson SE. Type 2 diabetes as an inflammatory disease. Nat Rev Immunol. 2011;11(2):98-107. https://doi.org/10.1038/nri2925.
  20. Bansilal S, Farkouh ME, Fuster V. Role of insulin resistance and hyperglycemia in the development of atherosclerosis. Am J Cardiol. 2007;99(4A):6B-14B. https://doi.org/10.1016/j.amjcard.2006.11.002.
  21. Fuentes L, Roszer T, Ricote M. Inflammatory mediators and insulin resistance in obesity: role of nuclear receptor signaling in macrophages. Mediators Inflamm. 2010;2010:219583. https://doi.org/10.1155/2010/219583.
  22. Olefsky JM, Glass CK. Macrophages, inflammation, and insulin resistance. Annu Rev Physiol. 2010;72:219-246. https://doi.org/10.1146/annurev-physiol-021909-135846.
  23. Fan W, Morinaga H, Kim JJ, et al. FoxO1 regulates Tlr4 inflammatory pathway signalling in macrophages. EMBO J. 2010;29(24):4223-4236. https://doi.org/10.1038/emboj. 2010.268.
  24. Miao H, Zhang Y, Lu Z, et al. FOXO1 involvement in insulin resistance-related pro-inflammatory cytokine production in hepatocytes. Inflamm Res. 2012;61(4):349-358. https://doi.org/10.1007/s00011-011-0417-3.
  25. Su D, Coudriet GM, Hyun Kim D, et al. FoxO1 links insulin resistance to proinflammatory cytokine IL-1beta production in macrophages. Diabetes. 2009;58(11):2624-2633. https://doi.org/10.2337/db09-0232.
  26. Iida KT, Shimano H, Kawakami Y, et al. Insulin up-regulates tumor necrosis factor-alpha production in macrophages through an extracellular-regulated kinase-dependent pathway. J Biol Chem. 2001;276(35):32531-32537. https://doi.org/10.1074/jbc.M009894200.
  27. Park YM, S RK, J AM, Silverstein RL. Insulin promotes macrophage foam cell formation: potential implications in diabetes-related atherosclerosis. Lab Invest. 2012;92(8):1171-1180. https://doi.org/10.1038/labinvest.2012.74.
  28. Tedla N, Glaros EN, Brunk UT, et al. Heterogeneous expression of apolipoprotein-E by human macrophages. Immunology. 2004;113(3):338-347. https://doi.org/10.1111/j.1365-2567.2004.01972.x.
  29. Bennett S, Breit SN. Variables in the isolation and culture of human monocytes that are of particular relevance to studies of HIV. J Leukoc Biol. 1994;56(3):236-240. https://doi.org/10.1002/jlb.56.3.236.
  30. Shavva VS, Mogilenko DA, Bogomolova AM, et al. PPARgamma represses apolipoprotein A-I gene but impedes TNFalpha-mediated ApoA-I downregulation in HepG2 Cells. J Cell Biochem. 2016;117(9):2010-2022. https://doi.org/10.1002/jcb.25498.
  31. Mogilenko DA, Kudriavtsev IV, Shavva VS, et al. Peroxisome proliferator-activated receptor alpha positively regulates complement C3 expression but inhibits tumor necrosis factor alpha-mediated activation of C3 gene in mammalian hepatic-derived cells. J Biol Chem. 2013;288(3):1726-1738. https://doi.org/10.1074/jbc.M112.437525.
  32. Cuthbert C, Wang Z, Zhang X, Tam SP. Regulation of human apolipoprotein A-I gene expression by gramoxone. J Biol Chem. 1997;272(23):14954-14960. https://doi.org/ 10.1074/jbc.272.23.14954.
  33. Haas MJ, Horani MH, Wong NC, Mooradian AD. Induction of the apolipoprotein AI promoter by Sp1 is repressed by saturated fatty acids. Metabolism. 2004;53(10):1342-1348. https://doi.org/10.1016/j.metabol.2004.05.011.
  34. Morishima A, Ohkubo N, Maeda N, et al. NFkappaB regulates plasma apolipoprotein A-I and high density lipoprotein cholesterol through inhibition of peroxisome proliferator-activated receptor alpha. J Biol Chem. 2003;278(40):38188-38193. https://doi.org/10.1074/jbc.M306336200.
  35. Nikolaidou-Neokosmidou V, Zannis VI, Kardassis D. Inhibition of hepatocyte nuclear factor 4 transcriptional activity by the nuclear factor kappaB pathway. Biochem J. 2006;398(3):439-450. https://doi.org/10.1042/ BJ20060169.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. The elevation of ApoA-I mRNA level in human macrophages after insulin treatment. The macrophages differentiated for 5 days from human monocytes isolated from peripheral blood (a), THP-1 macrophages (b). The diagrams show the relative apoA-I gene expression level (100% in the unstimulated macrophages). The diagrams show the mean values ± the standard error of mean. # p < 0.01 (t-test)

Download (202KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. The ApoA-I surface level on human macrophages decreases by insulin treatment. K — control macrophages without treatment with insulin; + insulin — macrophages, treated by insulin; X-Med — median fluorescence intensity

Download (167KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. The scheme of signal cascades initiated by insulin: QNZ — the inhibitor of NF-κB; LY294002 — the inhibitor of PI3K; TO901317 — the agonist of nuclear receptors LXRα and LXRβ

Download (82KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. The influence of insulin on ApoA-I mRNA level: the role of nuclear receptors LXRs, PI3K and transcription factor NF-κB. The diagram shows the relative apoA-I gene expression level (100% in the unstimulated macrophages).The diagram shows the mean values ± the standard error of mean. * p < 0.05 (t-test); # p < 0.01 (Dunnet’s test). White columns correspond to the unstimulated cells; black columns correspond to the cells treated by insulin

Download (95KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2020 Nekrasova E.V., Danko K.V., Shavva V.S., Dizhe E.B., Oleinikova G.N., Orlov S.V.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».