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Gene regulation
2nd Part
2004-12-21
Lim Soo
1
Identification of Negative insulin
response sequences
• The Phosphoenolpyruvate Carboxykinase-like Motif
–
–
–
–
Phosphoenolpyurvate Carboxykinase (PEPCK)
IGF binding protein-1 (IGFBP1)
Tyrosine Aminotransferase
Glucose-6-phosphatase catalytic subunit
• Apolipoprotein CIII
• Candidates for the insulin response factor (IRF)
– Models of insulin response Factor Action
– Mechanisms of insulin signaling through the insulin response
Factor
• Miscellaneous
• Conclusion
2
Phosphoenolpyurvate
Carboxykinase (PEPCK)
• 간과 신장에서의 gluconeogenesis의 중요한 조절
point인 oxaloacetate 의 phosphoenolpyruvate 로
의 전환을 촉진
• 간에 위치하는 PEPCK gene 의 transcription의
조절에 관여하는 인자
– cAMP, retinoic acid, thyroid hormone and
glucocorticoids 에 의해 자극
– insulin, glucose, and phorbol esters 에 의해 억제
• 다른 glucose –regulated genes과는 달리,
PEPCK gene transcription에 미치는 glucose의
영향은 insulin의 작용에 의존적이지 않다.
3
• 이러한 호르몬들이 완전한 반응을 나타내기 위해
서는, multiple cis-acting elements로 구성된
complex hormone response units 가 필요
– PEPCK gene 에는 complex glucocorticoid response
unit (GRU) 가 존재하여 이것이 glucocorticoid의
stimulatory action을 매개한다.
– 이 GRU는 3개의 accessory factor binding sites에 대
한 tandem array (5’ to 3’) 와 2개의 glucocorticoid
receptor binding site (GR1, 2) 및 CRE로 구성된다.
• Hanson 등은 cAMP-stimulated PEPCK gene
transcription 에 4개의 cis-acting elements (CRE,
P3[I], P3[II], P4)가 필요함을 입증
4
• 적어도 2개의 cis-acting elements가 PEPCK gene
transcription에 미치는 insulin의 작용을 매개한다
– One element: -437 ~ -402
– The other: -271 ~ +69
• Distal IRS (-437 ~ -402)는 AF2와 비슷한 위치에 존재하
고, 이것은 glucocorticoid-stimulated gene transcription
을 억제하는 단백질에 결합하여, 인슐린의 negative effect
를 매개하기에 좋은 위치에 존재하게 된다.
• The core sequence of the distal IRS is TGTTTTG.
• 이 sequence 는 인슐린 signaling에 영향을 주지 않고
TATTTTG로 변화될 수 있다.
• 이러한 사실은 비슷한 elements가 IGFBP-1 과 G6Pase
catalytic subunit gene의 hepatic expression에 대한 인슐
린의 negative effect를 매개할 수 있다는 것을 보여준다.
5
IGF binding protein-1
• IGFBP는 IGF-1과 IGF-2에는 결합하면서,
insulin 에는 결합하지 않는 일련의 6개의
단백질중의 하나를 지칭한다.
• 여러 호르몬에 의한 PEPCK 와 IGFBP-1
genes의 조절은 비슷:
– cAMP, thyroid hormone, glucocorticoid는 이
두 gene의 hepatic expression 을 촉진
– 반면에 인슐린은 inhibitory effect를 가짐.
6
• IGFBP-1 promoter는 두 개의 PEPCK-like IRS motif를 가
짐 (IRE-A and B, TGTTTTG and TATTTTG)
– IRE-A: PEPCK-like IRS 중의 하나
– IRE-B: PEPCK-like IRS 중의 하나인지 아직 확실하지 않음
• Glucocorticoid 가 IGFBP-1 gene의 transcription 을 활성
화하기 위해서는 두 개의 glucocorticoid response
element (GRE)와 accessory factor binding site 가 필요
• Accessory binding site는 IRE-A & B 와 colocalize 되며, 3’
end of IRE-B는 5’ end of GRE 와 overlap 됨.
• 이러한 구조적 특징 때문에, IGFBP-1 의 mutation시
GRE가 intact 하더라도 glucocorticoid에 의한 IGFBP-1
gene의 유도가 억제될 수 있다.
7
Tyrosine AminoTransferase (TAT)
•
•
TAT는 hepatic gene 의 hormonal regulation 과 tissue-
specific expression 에 작용을 하는 것으로 알려져 있고,
TAT gene regulation를 매개하는 세개의 far upstream
enhancer가 밝혀졌는데
– -11kb에 위치하는 enhancer는 liver-specific TAT gene
expression에 관여하고,
– -3.6 & -2.5 kb 에 위치하는 enhancer는 cAMP 와 glucocorticoids
에 의한 TAT gene transcription 유도에 관여한다.
 insulin은 -3.6 & -2.5 kb enhancer를 통하여 cAMP and
glucocorticoid-stimulated TAT gene transcription 에 negative effect
를 매개함
 이러한 insulin의 작용은
 직접적으로는 PKB 활성화를 통한 CREB의 인산화 과정을 통하여
 다른 경로로는 cAMP PDE activity의 활성화를 통하여 매개됨
* 또한 CCAAT box, CACCC box, HNF-3 binding site 가 glucocorticoidstimulated TAT gene transcription에 필요.
8
Glucose-6-phosphatase catalytic
subunit
• Glucose-6-phosphatase (G6Pase)
– G6P의 glucose로의 conversion을 촉매함 (final step in the
gluconeogenic and glycogenolytic pathways)
– Expressed in liver and kidney >> intestine and islets
– Composed of 4 different polypeptides: G6Pase, specific
transporters for glucose, G6P, inorganic phosphate
– Mutations in the gene encoding G6Pase
=> reduced hepatic glucose production and are the cause of
glycogen storage disease type 1a.
– Overexpression of G6Pase results in increased hepatic glucose
production.
– Overexpression of G6Pase in islets may contribute to impaired
glucose-stimulated insulin secretion.
9
• Insulin은 부분적으로 간에서의 G6Pase activity를 억제하
고, 이는 insulin에 의한 PI3-kinase의 endoplasmic
reticulum으로의 translocation을 통해서 이루어진다.
• 이렇게, 인슐린은 간에서의 G6Pase gene expression 에
주된 그리고 장기적인 작용을 가진다.
• 인슐린은
– G6Pase gene transcription 에 대한 glucocorticoids 와 cAMP의
stimulatory effect를 상쇄하고
– basal G6Pase gene expression을 억제한다.
• Mouse 실험에서 G6Pase promoter의 두 부위 (region A,B)
가 인슐린에 의한 basal G6Pase gene transcription 의 억
제에 필요.
• 여기서 Region A는 IRS는 아니고, accessory element로
작용하여 region B에 위치하고 있는 IRS 의 작용을 증강
시킨다.
=> 이러한 region A, B를 Insulin response unit (IRU)라 한다.
10
Apolipoprotein CIII
• lipoprotein particle은 HDL, LDL, IDL, VLDL,
chylomicrons 의 5가지 타입이 존재하며,
• 각 particle은 10개의 각기 다른 apolipoprotien의
다양한 조합으로 코팅된다 (A-I, A-II, A-IV, B, CI,
CII, CII, D, E, apo(a)).
• Insulin은 이러한 apolipoprotein 들을 gene
transcriptions, mRNA translation, and protein
stability 등 다양한 수준에서 조절을 하는데, Apo
CIII에 있어서는 PEPCK-like IRS motif를 통하여
억제하는 역할을 한다.
11
• Apo CIII는 VLDL 과 chylomicrons을 구성하는 주
된 단백질이며, 간과 소장에서 합성된다.
• Relation between Apo CIII and Insulin
– Streptozotocin model of diabetes에서 hepatic Apo CIII
gene의 transcription이 증가되어있고
– 인슐린 치료는 Apo CIII gene transcription을 basal
level 까지 감소시키며,
– 인슐린은 Apo CIII-luciferase fusion gene (containing a
promoter sequence from -854 to +22, in HepG2 cell)
의 발현을 감소시키는 것으로 보고됨
12
• Apo CIII promoter 에서 5 polymorphism이 존재함을 입증
; 이 중에서 less common alleles 이 severe
hypertriglyceridemia (HTG)와 연관이 있는 것으로 밝혀짐.
• 이러한 다섯 개의 variant site중 두 개에서 single base
pair changes가 올 경우 insulin에 의한 Apo CIII fusion
gene transcription 의 억제를 관찰할 수 없었고, 결국에는
Apo CIII의 overexpression을 초래함
• 최근의 연구에 의하면, insulin 과 triglyceride-rich
lipoprotein 과의 관계는 -482 와 -455 bp 사이의
polymorphism에 영향을 받는다.
• Promoter의 이 부위는 (-482 to -455 region) TGTTTGG
를 포함하고 있으며, 이는 PEPCK, IGFBP-1, and
G6Pase promoters의 IRS motifs와 유사
 이러한 사실은 이 element 가 IRS 임을 시사
(since it can confer an inhibitory effect of insulin on the
expression of a heterologous fusion gene).
13
Candidates for the Insulin
Response Factor
• PEPCK, IGFBP-1, and TAT promoters에서, IRS 는
glucocorticoid에 의한 gene transcription의 유도를 위해
필요한 accessory element와 일치한다.
• PEPCK, IGFBP-1, and TAT genes에 있어서, 아직 확실한
실험 결과는 나오지 않았지만, 이러한 accessory factor는
HNF-3/Foxa 로 추정된다.
• 그러한 현재까지 나온 자료에 의하면, HNF-3 가 mutated
IRS에 결합하는 것이 insulin signal pathway에 영향을 주
지 않음을 고려할 때, HNF-3는 인슐린의 작용을 직접 매
개하는 것으로 생각되지는 않는다.
=> 결과적으로 아직 알려지지 않은 unknown factor가 이러
한 인슐린의 작용을 매개하는 것으로 보인다.
14
Potential candidates
• Several other proteins have been shown
to bind the IGFBP-1 IRS.
: high mobility group (HMG) I/Y, DBP, and
a C/EBP-related protein.
• However, the binding of these factors does
not correlated with the insulin response.
• C/EBP-α also binds the PEPCK IRS, but
this binding is unlikely to directly mediate
the insulin response.
15
Newly detected Insulin Response
Factor (IRF)
• PEPCK IRS was identified in 1990, yet the IRF
has not been easy to define.
• 1997 년 Caenorhabditis elegans 를 이용한
genetic experiments 을 통하여 획기적 전환점이
도래
=> forkhead transcription factor Daf-16 as a
potential homologue of the mammalian IRF.
• Daf-16과 매우 유사한 human homologues 들이
발견됨
– FKHRL1, FKHR, and AFX
– FKHR does bind the IGFBP-1, PEPCK, TAT, and
G6Pase IRSs.
16
• FKHR 과 그 유사체가 IRF의 강력한 후보이지만,
FKHR 결합과 인슐린 반응과의 상관관계를 확인
하기 위해서는 정밀한 실험이 필요하다.
• Gou 등은 FKHR의 mutated IGFBP-1 fusion
gene의 basal expression을 촉진하는 능력이
insulin의 basal reporter gene expression의 억제
능력과 상관관계를 보임을 입증함
=> This result suggests that FKHR could be the
endogenous IRF.
• 반면에 Hall 등은 FKHR1 binding 과 insulin의
repress fusion gene expression 을 억제하는 능
력이 관련성이 없다고 보고 함
=> endogenous IRF was distinct from FKHRL1
17
• FKHR 과 FKHRL1 의 차이는 중요하지 않은데, 이 두
factor가 거의 동일한 binding specificities를 가지고 있기
때문이다.
• 단지, 이 두 factor의 차이는 FKHRL1과 FKHR 이
mutated IRE를 통한 발현을 유도하는데 차이가 있다는 점
이다.
• 하지만 이러한 mutational analysis를 통해 얻어진 결과는
해석에 있어서 주의를 요하는데, IRF의 mutation은
forkhead transcription factor family의 다른 member의
binding affinity에도 영향을 줄 수 있기 때문이다.
=> many of PEPCK-like IRS motif recognize similar DNA
sequences.
• Recent genetic data do support a role for FKHR in the
regulation of IGFBP-1 gene expression, although not
PEPCK gene expression, in vivo.
• Heterozygous deletion of the FKHR gene =>  IGFBP-1
gene expression => heterozygous deletion of the insulin
receptor gene.
18
• Chromatin immunoprecipitation experiments
demonstrated that FKHR binds the G6Pase
promoter in HEpG2 hepatoma cells in situ in
the basal state but that insulin simulates FKHR
dissociation (F 25.3)
19
• However, in vitro binding assays revealed that FKHR
only binds
– G6Pase IRS-1with high affinity;
– G6Pase IRS-2 with much lower affinity
– not bind G6Pase IRS-3 at all (F 25.4)
• Instead, G6Pase IRS-3 appears to bind a basal
repressor
20
Subgroup of G6Pase IRSs
• 비록 FKHR의 G6Pase IRS-1 와 IRS-2 에 대한
binding affinities 가 다르지만, 이 두 elements의
mutation은 인슐린 반응에 좋지 않은 영향을 준다.
• 반면에 G6Pase IRS-3의 mutation은 insulinregulated G6Pase fusion gene expression 에 영
향을 주지 않는다.
• 게다가, G6Pase IRS-1 과 IRS-2 가 mutation 될
경우, G6Pase IRS-3는 insulin response를 매개
하는 역할을 하지 못한다.
=> 이러한 결과들은 G6Pase promoter에서 IRS-3
가 기능을 갖지 못함을 시사함
21
IGFBP-1 IRS (IRE-A vs. IRE-B)
• 세 종류의 G6Pase IRS 는 기능적으로 다르나, 두 개의
IGFBP-1 IRS 도 차이가 있는 지는 아직 명확하지 않다.
• IGFBP-1 promoter 는 두 개의 PEPCK-like IRS motifs 인
IRE-A , B를 가지고 있으며, 이 elements의 sequence는
TGTTTTG 와 TATTTTG 로 하나의 nucleotide 차이가 남.
• IGFBP-1 gene transcription에 대한 인슐린의 역할에 있어
서, IRE-A가 IRE-B 보다 중요한 것처럼 보이며, IRE-A가
FKHR에 높은 affinity를 가지고 결합한다.
• 또한 FKHR 는 IRE-A를 통하여 IGFBP-1 promoter activity
를 좀 더 강하게 자극함.
• FKHR의 binding affinity 의 차이가 element level에서의
차이인지 아니면, 다른 IRF 가 결합하는 것인지는 아직 확
실하지 않음.
22
Models of Insulin Response Factor
Action
• Key question: How insulin suppresses gene
expression through the PEPCK-like IRS motifs.
• 인슐린이 PKB를 활성화하고, 결과적으로 FKHR
의 phosphorylation 과 nuclear exclusion을 가져
온다는 사실에서 하나의 모델이 제시됨.
• FKHR이 transcription의 activator임을 고려할 때,
이러한 모델은 인슐린의 basal gene transcription
에 미치는 영향을 쉽게 설명할 수 있음
23
• Less clear: How this model can explain the inhibitory
action of insulin on glucocorticoid-stimulated gene
transcription.
• PEPCK, IGFBP-1, TAT gene promoters내의 PEPCK-like
IRS motifs는 accessory elements 와 colocalization 되는
데 이러한 accessory elements는 glucocorticoids의
stimulatory effect 에 있어서 중요한 역할을 한다.
– Mutational analyses는 PEPCK, IGFBP-1, TAT gene promoters
에 있는 이러한 accessory elements 에 binding 하는 accessory
factor가 HNF-3라고 제시함.
– PEPCK promoter 에 대한 biophysical analyses에서는 HNF-3가
glucocorticoid receptor binding을 stabilizing 함으로 accessory
factor로 작용함을 제시함.
=> 결과적으로 인슐린이 FKHR를 통하여 HNF-3의 binding
을 방해하고, glucocorticoid receptor binding 을 불안정화
시키는 역할을 한다.
24
Model A
• 3 alternate models of Insulin Response Factor Action (In F25.5)
• In model A, the insulin acts through an IRF that is distinct from
FKHR.
• Insulin signaling through this unidentified IRF causes a
displacement of HNF-3 binding, resulting in the destabilization of
glucocorticoid receptor binding and hence a reduction in
glucocorticoid-stimulated gene transcription.
25
Model B
• In model B, insulin acts through FKHR and both FKHR
and HNF-3 can bind the same promoter region in the
basal state.
• The insulin-stimulated nuclear exclusion of FKHR => the
conformational change of HNF-3 binding => it is no
longer able to interact with, and stabilize the binding of,
the glucocorticoid receptor.
26
Model C
• FKHR rather than HNF-3 is the accessory factor for the
glucocorticoid response.
• In this model, FKHR acts as both an accessory factor
and IRF.
• The insulin-stimulated nuclear exclusion of FKHR =>
destabilization of glucocorticoid receptor binding =>
reduction in glucocorticoid-stimulated gene transcription.
27
• 이러한 model 들이 PEPCK, IGFBP-1, G6Pase
gene 에 대한 glucocorticoid-stimulated
transcription 을 억제하는 인슐린의 작용을 설명
할 수는 있지만, cAMP-stimulated expression에
대한 인슐린의 억제 작용은 설명하지 못한다.
• 흥미롭게도, PEPCK promoter에서 PEPCK-like
IRS motif 는 cAMP-stimulated gene transcription
의 억제에 관여하지 않는 것처럼 보인다.
• 오히려, PEPCK promoter는 좀더 가까운 쪽에 위
치한 IRS (more proximal IRS)를 포함하고 있는
데 이것이 cAMP-stimulated gene transcription에
대한 인슐린의 negative effect 를 매개한다.
28
Mechanisms of insulin signaling
through the insulin response factor
• 지난 5년 동안 insulin signaling pathway의 연구
에 있어서 의미 있는 발전이 있었지만, insulin
receptor로 부터 transcription factor에 까지 이르
는 완전한 signaling pathway를 완성하는 것은 매
우 어렵다.
• 현재까지 알려진 자료에 따르면 이러한 signaling
pathway를 완성하는 있어서 5가지 basic
challenges 가 존재 한다.
29
1. Insulin 은 여러가지, 다양한 signaling pathways
를 통하여 각기 다른 genes의 발현을 조절한다.
• 따라서, 특정 gene의 조절에 있어서 어떠한
pathway 가 관여할 것인지를 예측하는 것은 불
가능하다.
2. 어떤 gene 은 여러가지 IRS 를 가진다.
• 인슐린은 특정 IRS를 목표로 할 경우 특정
signaling pathways 를 사용할 것이라 추정된다.
30
3. 인슐린은 다양한 수준에서 gene의 발현을 조절
한다.
– 예를 들면, 인슐린은 transcription rate 뿐만 아니라
mRNA stability도 조절한다.
4. 특정 gene에 대한 basal and glucocorticoid- or
cAMP-stimulated transcription의 억제에 있어서
인슐린의 작용기전은 동일하지 않을 수 있다.
5. 어떤 transcription factor는 하나이상의 insulinregulated signaling pathway에 의해 영향을 받는
다.
31
Miscellaneous
• Glucagon 은 pancreatic islets의 α-cells 에서 발현되며,
인슐린에 의해 transcription이 억제된다.
• Glucagon의 pancreas-specific expression 에 있어서
glucagon promoter 의 ~300 bp segment 가 요구됨
• Within this sequence, three regions (G1, G2, G3) are of
particular functional importance.
• Philippe 은 glucagon gene expression에 있어서 insulin
효과는 G3내에 존재하는 IRE 를 통해 이루어짐을 밝힘.
• Core sequence of the glucagon IRE (TCACGCCTGA)
– located between -261 and -252,
– is similar to the GAPDH IRE-A motif.
32
Conclusions and Future directions
• The distinct classes of IRSs that confer stimulatory
effects of insulin are serum response element, Ets motif,
AP-1 motif, Sp1 motif, sterol response element, and
TTF-2 motif.
• The Ets, AP-1, and Sp1 motifs as well as the sterol
response element can bind multiple transcription factors.
• 인슐린은 이러한 다양한 class의 IRS motif 에 결합하는
인자들의 phosphorylation state 에 영향을 주는 것으로 생
각된다.
• Insulin은 또한 다양한 AP-1 binding proteins, Sp1,
SREBP-1c, TTF-2의 발현을 촉진한다.
• 인슐린에 의해 transcription이 억제되는 gene (namely
PEPCK, IGFBP-1, TAT, G6Pase, and Apo CIII) 들은
33
common IRS 를 공유하는 것으로 생각된다.
Summary
• Although much remains to be learned, the past
15 years have witnessed a tremendous leap in
the understanding of insulin-regulated gene
expression,
• 다음과 같은 최근의 연구 결과가 insulin 과 연관
된 gene regulation의 연구의 중요성을 시사한다.
– HNF-1, HNF-4, Pdx-1를 encoding하는 gene의
mutation이 특정 형태의 MODY를 야기함
– 인슐린 저항성의 결과로 생긴 insulin-regulated gene
expression의 변화가 제 2형 당뇨병의 병태생리에 기
여함.
34
• 보충 슬라이드
35
• The glucagon IRE within the G3 region was
initially thought to share some homology with the
prolactin IRE, but subsequent studies found that
the region of homology is outside the region
known to be critical for the response of the
glucagon gene to insulin.
• By contrast, the core sequence of the glucagon
IRE (TCACGCCTGA), located between -261
and -252, is similar to the GAPDH IRE-A motif.
36
Debate
• Quinn suggested that the specific combination of PEPCK CRE and
TATA box mediated the inhibitory effect of insulin on cAMPstimulated PEPCK gene transcription.
• Tebby showed that substitution of the PEPCK TATA box with a
variety of TATA boxes from different genes did not affect the
inhibitory action of insulin on cAMP-stimulated PEPCK gene
transcription.
• Quinn proposed that the P3 element is required for the insulin
response.
• Reusch suggested that a direct insulin-stimulated phosphorylation of
CREB may be important.
• Du showed that CREB is a regulatory target of PKB, a kinase that
may be important for the action of insulin on PEPCK gene
transcription.
• Other studies suggested that NFkB, SREBP-1c, C/EBP-b might be
important for this insulin action through the proximal promoter region.
• Finally, the inability to locate the proximal PEPCK IRS might indicate
that such an element does not exist.
37
Phosphoenolpyurvate
Carboxykinase (PEPCK)
• Catalyzes the conversion of oxaloacetate to
phosphoenolpyruvate, which is a major control
point in hepatic and renal gluconeogenesis
• Transcription of the hepatic cytosolic PEPCK
gene is
– stimulated by cAMP, retinoic acid, thyroid hormone
and glucocorticoids
– inhibited by insulin, glucose, and phorbol esters.
• Unlike other glucose –regulated genes, the
effect of glucose on PEPCK gene transcription is
not dependent on the action of insulin
38
• To manifest the full response to each of these
hormones, complex hormone response units,
composed of multiple cis-acting elements, are
required
– In the PEPCK gene, a complex glucocorticoid
response unit (GRU) mediates the stimulatory action
of glucocorticoids.
– GRU consists of a tandem array (5’ to 3’) of three
accessory factor binding sites, two glucocorticoid
receptor binding site (GR1, 2) and the CRE.
• Hanson and colleagues have shown that four
cis-acting elements (CRE, P3[1], P3[II], P4) are
required for cAMP-stimulated PEPCK gene
transcription in HepG2 cells.
39
• At least two cis-acting elements mediate insulin’s action
on PEPCK gene transcription.
– One element: -437 ~ -402
– The other: -271 ~ +69
• The distal IRS (-437 ~ -402) is co-localized with AF2, so
it is ideally positioned to mediate the negative effect of
insulin by binding a protein that acts to inhibit
glucocorticoid-stimulated gene transcription (by disabling
the accessory factor binding AF2).
• The core sequence of the distal IRS is TGTTTTG.
• This sequence can be mutated to TATTTTG without
affecting the magnitude of insulin signaling.
=> Similar elements also mediate the negative effect of
insulin on the hepatic expression of IGFBP-1 and the
G6Pase catalytic subunit genes
40
Tyrosine AminoTransferase (TAT)
•
•
Served for the hormonal regulation and tissue-specific
expression of hepatic genes.
3 far-upstream enhancers mediating TAT regulation
– Enhancer at -11kb: liver-specific TAT gene expression
– Enhancers at -3.6 & -2.5 kb : induction of TAT gene transcription
by cAMP and glucocorticoids
 insulin은 -3.6 & -2.5 kb enhancer를 통하여 cAMP and
glucocorticoid-stimulated TAT gene transcription 에
negative effect를 매개함
 이러한 insulin의 작용은
 직접적으로는 PKB 활성화를 통한 CREB의 인산화 과정을 통하
여
 다른 경로로는 cAMP PDE activity의 활성화를 통하여 매개됨
* 또한 CCAAT box, CACCC box, HNF-3 binding site 가
glucocorticoid-stimulated TAT gene transcription에 필요.
41
• Insulin partially inhibits G6Pase activity in liver, perhaps
through the insulin-stimulated translocation of PI3-kinase
to endoplasmic reticulum.
• Thus, insulin, other hormones and metabolites have a
major, long-term effect on G6Pase gene expression in
liver
• Insulin
– counteracts both glucocorticoids and cAMP stimulatory effect to
G6Pase gene transcription
– represses basal G6Pase gene expression.
• Mouse에서 G6Pase promoter의 두 부위 (region A,B)가
인슐린에 의한 basal G6Pase gene transcription 의 억제
에 필요.
• 여기서 Region A는 IRS는 아니고, accessory element로
작용하여 region B에 위치하고 있는 IRS 의 작용을 증강
시킨다.
=> 이러한 region A, B를 Insulin response unit (IRU)라 한다.
42
Apolipoprotein CIII
• 5 types of lipoprotein particle: HDL, LDL, IDL,
VLDL, chylomicrons
• Each particle is coated with various
combinations of 10 different apolipoproteins (A-I,
A-II, A-IV, B, CI, CII, CII, D, E, apo(a)).
• Insulin은 이러한 apolipoprotein 들을 gene
transcriptions, mRNA translation, and protein
stability 등 다양한 수준에서 조절을 하는데, Apo
CIII에 있어서는 PEPCK-like IRS motif를 통하여
억제하는 역할을 한다.
43
Candidates for the Insulin
Response Factor
• In the PEPCK, IGFBP-1, and TAT promoters, the IRS
coincides with an accessory element required for the full
induction of gene transcription by glucocorticoids.
• In the PEPCK, IGFBP-1, and TAT genes, this accessory
factor for the glucocorticoid response is probably HNF3/Foxa, although detailed mutagenesis to support this
hypothesis has only been performed for the PEPCK
gene.
• However, the available data suggest that HNF-3 does
not directly mediate the action of insulin since the
binding of HNF-3 to mutated IRSs does not correlate
with the ability of insulin to signal through these elements.
=> A model was proposed in which an unknown factor (IRF)
would mediate the action of insulin.
44
Subgroup of G6Pase IRSs
• Despite the different affinities of G6Pase IRS-1
and IRS-2 for FKHR binding, mutation of both
elements is equally deleterious to the insulin
response.
• Most significantly, mutation of G6Pase IRS-3
has no effect on insulin-regulated G6Pase fusion
gene expression.
• In addition, when G6Pase IRS-1 and IRS-2 are
mutated, G6Pase IRS-3 is also not sufficient to
mediate an insulin response.
These results suggest that IRS-3 is not
functional in the context of the G6Pase promoter.
45