La résistance à l’insuline en insuffisance rénale chronique et le risque de développer un diabète de type 2 : un cercle vicieux

L’insuffisance rénale chronique (IRC) est caractérisée par de multiples déséquilibres homéostatiques tels que la résistance à l’insuline. Peu d’études se sont intéressées aux mécanismes sous-jacents à cette résistance à l’insuline en IRC. De plus, il est méconnu si cette résistance à l’insuline peut mener au développement d’un diabète de type II chez des patients prédisposés. Dans un modèle d’IRC, le rat Sprague-Dawley (CD) néphrectomisé 5/6e, on observe une corrélation entre la gravité de l’atteinte rénale, évaluée par la créatinine sérique, et l’hyperglycémie, évaluée par la fructosamine sérique (R2 = 0.6982, p < 0.0001). Cependant, cet état hyperglycémique n’est pas observable lors d’une glycémie à jeun. Lors d’un test de tolérance au glucose, on observe une plus grande élévation de la glycémie (AUC 1.25 fois, p < 0.0001) chez le rat atteint d’IRC. Par contre, la sécrétion d’insuline au cours de ce même test n’augmente pas significativement (AUC ≈ 1.30 fois, N.S.) en comparaison aux rats témoins. Malgré une élévation des taux d’insuline en IRC suivant un bolus de glucose, les tissus périphériques ne montrent pas d’augmentation de la captation du glucose sanguin suggérant un défaut d’expression et/ou de fonction des transporteurs de glucose chez ces rats. En effet, on observe une diminution de ces transporteurs dans divers tissus impliqués dans le métabolisme du glucose tel que le foie (≈ 0.60 fois, p < 0.01) et le muscle (GLUT1 0.73 fois, p < 0.05; GLUT4 0.69 fois, p < 0.01). En conséquence, une diminution significative du transport insulinodépendant du glucose est observable dans le muscle des rats atteint d’IRC (≈ 0.63 fois, p < 0.0001). Puisque les muscles sont responsables de la majorité de la captation insulinodépendante du glucose, la diminution de l’expression du GLUT4 pourrait être associée à la résistance à l’insuline observée en IRC. La modulation de l’expression des transporteurs de glucose pourrait être à l’origine de la résistance à l’insuline en IRC. Cela dit, d’autres mécanismes peuvent aussi être impliqués. En dépit de cette importante perturbation du transport du glucose, nous n’avons pas observé de cas de diabète de type II chez le rat CD atteint d’IRC. Dans un modèle de rat atteint d’un syndrome métabolique, le rat Zucker Leprfa/fa, l’IRC provoque une forte hyperglycémie à jeun (1.5 fois, p < 0.0001). De plus, l’IRC chez le rat Zucker provoque une réponse glycémique (AUC 1.80 fois, p < 0.0001) exagérée lors d’un test de tolérance au glucose. Une forte résistance à l’insuline est mesurée au niveau des muscles puisque la dose usuelle d’insuline (2mU/mL) n’est pas suffisante pour stimuler la captation du glucose chez le rat Zucker atteint d’IRC. De plus, une modulation similaire des transporteurs de glucose peut être observée chez ces deux espèces. Par contre, environ 30% (p < 0.001) des rats Zucker atteints d’IRC avaient une glycosurie. L’IRC en soi ne mènerait donc pas au développement d’un diabète de type II. Par contre, lorsqu’une résistance à l’insuline est présente antérieurement au développement d’une IRC, cela pourrait précipiter l’apparition d’un diabète de type II chez ces patients prédisposés.

Movement effects on the flow physics and nutrient delivery in engineered valvular tissues

Mechanical conditioning has been shown to promote tissue formation in a wide variety of tissue engineering efforts. However the underlying mechanisms by which external mechanical stimuli regulate cells and tissues are not known. This is particularly relevant in the area of heart valve tissue engineering (HVTE) owing to the intense hemodynamic environments that surround native valves. Some studies suggest that oscillatory shear stress (OSS) caused by steady flow and scaffold flexure play a critical role in engineered tissue formation derived from bone marrow derived stem cells (BMSCs). In addition, scaffold flexure may enhance nutrient (e.g. oxygen, glucose) transport. In this study, we computationally quantified the i) magnitude of fluid-induced shear stresses; ii) the extent of temporal fluid oscillations in the flow field using the oscillatory shear index (OSI) parameter, and iii) glucose and oxygen mass transport profiles. Noting that sample cyclic flexure induces a high degree of oscillatory shear stress (OSS), we incorporated moving boundary computational fluid dynamic simulations of samples housed within a bioreactor to consider the effects of: 1) no flow, no flexure (control group), 2) steady flow-alone, 3) cyclic flexure-alone and 4) combined steady flow and cyclic flexure environments. We also coupled a diffusion and convention mass transport equation to the simulated system. We found that the coexistence of both OSS and appreciable shear stress magnitudes, described by the newly introduced parameter OSI-:τ: explained the high levels of engineered collagen previously observed from combining cyclic flexure and steady flow states. On the other hand, each of these metrics on its own showed no association. This finding suggests that cyclic flexure and steady flow synergistically promote engineered heart valve tissue production via OSS, so long as the oscillations are accompanied by a critical magnitude of shear stress. In addition, our simulations showed that mass transport of glucose and oxygen is enhanced by sample movement at low sample porosities, but did not play a role in highly porous scaffolds. Preliminary in-house in vitro experiments showed that cell proliferation and phenotype is enhanced in OSI-:τ: environments.^

La résistance à l’insuline en insuffisance rénale chronique et le risque de développer un diabète de type 2 : un cercle vicieux

L’insuffisance rénale chronique (IRC) est caractérisée par de multiples déséquilibres homéostatiques tels que la résistance à l’insuline. Peu d’études se sont intéressées aux mécanismes sous-jacents à cette résistance à l’insuline en IRC. De plus, il est méconnu si cette résistance à l’insuline peut mener au développement d’un diabète de type II chez des patients prédisposés. Dans un modèle d’IRC, le rat Sprague-Dawley (CD) néphrectomisé 5/6e, on observe une corrélation entre la gravité de l’atteinte rénale, évaluée par la créatinine sérique, et l’hyperglycémie, évaluée par la fructosamine sérique (R2 = 0.6982, p < 0.0001). Cependant, cet état hyperglycémique n’est pas observable lors d’une glycémie à jeun. Lors d’un test de tolérance au glucose, on observe une plus grande élévation de la glycémie (AUC 1.25 fois, p < 0.0001) chez le rat atteint d’IRC. Par contre, la sécrétion d’insuline au cours de ce même test n’augmente pas significativement (AUC ≈ 1.30 fois, N.S.) en comparaison aux rats témoins. Malgré une élévation des taux d’insuline en IRC suivant un bolus de glucose, les tissus périphériques ne montrent pas d’augmentation de la captation du glucose sanguin suggérant un défaut d’expression et/ou de fonction des transporteurs de glucose chez ces rats. En effet, on observe une diminution de ces transporteurs dans divers tissus impliqués dans le métabolisme du glucose tel que le foie (≈ 0.60 fois, p < 0.01) et le muscle (GLUT1 0.73 fois, p < 0.05; GLUT4 0.69 fois, p < 0.01). En conséquence, une diminution significative du transport insulinodépendant du glucose est observable dans le muscle des rats atteint d’IRC (≈ 0.63 fois, p < 0.0001). Puisque les muscles sont responsables de la majorité de la captation insulinodépendante du glucose, la diminution de l’expression du GLUT4 pourrait être associée à la résistance à l’insuline observée en IRC. La modulation de l’expression des transporteurs de glucose pourrait être à l’origine de la résistance à l’insuline en IRC. Cela dit, d’autres mécanismes peuvent aussi être impliqués. En dépit de cette importante perturbation du transport du glucose, nous n’avons pas observé de cas de diabète de type II chez le rat CD atteint d’IRC. Dans un modèle de rat atteint d’un syndrome métabolique, le rat Zucker Leprfa/fa, l’IRC provoque une forte hyperglycémie à jeun (1.5 fois, p < 0.0001). De plus, l’IRC chez le rat Zucker provoque une réponse glycémique (AUC 1.80 fois, p < 0.0001) exagérée lors d’un test de tolérance au glucose. Une forte résistance à l’insuline est mesurée au niveau des muscles puisque la dose usuelle d’insuline (2mU/mL) n’est pas suffisante pour stimuler la captation du glucose chez le rat Zucker atteint d’IRC. De plus, une modulation similaire des transporteurs de glucose peut être observée chez ces deux espèces. Par contre, environ 30% (p < 0.001) des rats Zucker atteints d’IRC avaient une glycosurie. L’IRC en soi ne mènerait donc pas au développement d’un diabète de type II. Par contre, lorsqu’une résistance à l’insuline est présente antérieurement au développement d’une IRC, cela pourrait précipiter l’apparition d’un diabète de type II chez ces patients prédisposés.

Regulation of intestinal cholesterol transport and metabolism by high glucose levels = Régulation intestinale du transport et du métabolisme du cholestérol par le glucose

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Transepithelial transport of glucose and mRNA of glucose transporters in the small intestine of rats with iron-deficiency anemia

Objective: To evaluate the transepithelial transport of sodium, glucose, potassium, and water and the mRNA level of the sodium-glucose cotransporter (SGLT1) and the facilitated sugar transporter (GLUT2) in the small intestine of iron-deficient rats. Methods: After 6 wk of receiving diets with low or normal iron content, rats (Wistar-EPM) were subjected to two experiments: 1) evaluation of the transepithelial transport of sodium, glucose, potassium, and water by an ""in vivo"" experimental model of intestinal perfusion and 2) determination of relative SGLT1 and GLUT2 mRNA levels in the proximal, intermediate, and distal portions of the small intestine by the northern blotting technique. Results: Hemoglobin and hepatic iron levels were statistically lower in the anemic rats. The mean transepithelial transports of sodium (-33.0 mu Eq . min(-1) . cm(-1)), glucose (426.0 mu M . min(-1) . cm(-1)), and water (0.4 mu L . min(-1) . cm(-1)) in the small intestine of the anemic rats were significantly lower than in the control group (349.1 mu Eq . min(-1) cm(-1), 842.6 mu M . min(-1) . cm(-1), and 4.3 mu l . min(-1) cm(-1), respectively, P < 0.05). The transepithelial transport of potassium was similar for both groups. The relative SGLT1 mRNA levels of the anemic rats in the intermediate (1.796 +/- 0.659 AU) and distal (1.901 +/- 0.766 AU) segments were significantly higher than the values for the control rats (intermediate 1.262 +/- 0.450 AU, distal 1.244 +/- 0.407 AU). No significant difference was observed for the relative SLGT1 mRNA levels in the proximal segment or for the GLUT2 mRNA levels in all segments. Conclusion: Iron deficiency decreases the absorption of glucose, sodium, and water and increases SGLT1 mRNA in the intermediate and distal segments of the small intestine of rats. (C) 2011 Elsevier Inc. All rights reserved.

Placental Uric Acid Transport System: Glucose Transporter 9 (SLC2A9)

Placental Uric Acid Transport System: Glucose Transporter 9 (SLC2A9). INTRODUCTION: Pre-eclampsia, a pregnancy-specific disease, contributes substantially to perinatal morbidity and mortality of both the mother and her child. Pre-eclampsia is often associated with high maternal urate serum levels, which in turn has been shown to play a role in the pathogenesis of this disease. The aim of this study was to investigate the glucose transporter GLUT9-mediated placental uric acid transport system. METHODS: In this study western blot, immunofluorescence techniques as well as a transepithelial transport (Transwell) model were used to assess GLUT9 protein expression and, respectively, uric acid transport activity. Electrophysiological techniques and transmission electron microscopy (TEM) were used to characterize the properties and the structure of GLUT9. RESULTS: Uric acid is transported across a BeWo choriocarcinoma cell monolayer with 530 pmol/min. We could successfully overexpress and for the first time purify the GLUT9b isoform using the Xenopus laevis oocytes expression system. Chloride seems to modulate the urate transport system. TEM revealed that GLUT9b isoform is present as monomer and dimmer in the Xenopus laevis overexpression model. A class average of all the particles allowed us to develop a first model of human GLUT9b structure, which was derived from the published crystal structure of the bacterial homologue of GLUT1-4. CONCLUSIONS: In vitro the “materno-fetal” transport of uric acid is slow indicating that in vivo the fetus might be protected from short-term fluctuations of maternal urate serum levels. The low-resolution structure obtained from TEM validates the proposed homology model regarding the structure of human GLUT9b. In ongoing studies this model is used to perform virtual screening to identify novel modulators of the urate transport system enabling the development of novel therapies in pregnancy complications.

In Vitro Reconstitution of Electron Transport from Glucose-6-Phosphate and NADPH to Nitrite1

An NADPH-dependent NO2−-reducing system was reconstituted in vitro using ferredoxin (Fd) NADP+ oxidoreductase (FNR), Fd, and nitrite reductase (NiR) from the green alga Chlamydomonas reinhardtii. NO2− reduction was dependent on all protein components and was operated under either aerobic or anaerobic conditions. NO2− reduction by this in vitro pathway was inhibited up to 63% by 1 mm NADP+. NADP+ did not affect either methyl viologen-NiR or Fd-NiR activity, indicating that inhibition was mediated through FNR. When NADPH was replaced with a glucose-6-phosphate dehydrogenase (G6PDH)-dependent NADPH-generating system, rates of NO2− reduction reached approximately 10 times that of the NADPH-dependent system. G6PDH could be replaced by either 6-phosphogluconate dehydrogenase or isocitrate dehydrogenase, indicating that G6PDH functioned to: (a) regenerate NADPH to support NO2− reduction and (b) consume NADP+, releasing FNR from NADP+ inhibition. These results demonstrate the ability of FNR to facilitate the transfer of reducing power from NADPH to Fd in the direction opposite to that which occurs in photosynthesis. The rate of G6PDH-dependent NO2− reduction observed in vitro is capable of accounting for the observed rates of dark NO3− assimilation by C. reinhardtii.

Transport d'eau généré par le cotransport Na+/glucose : nouvelle interprétation basée sur les effets distincts des flux entrants de cations et de glucose

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Régulation du transport de glucose par le [bêta]-hydroxybutyrate dans le muscle cardiaque

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Transport d'eau généré par le cotransport Na+/glucose : nouvelle interprétation basée sur les effets distincts des flux entrants de cations et de glucose

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Régulation du transport de glucose par le [bêta]-hydroxybutyrate dans le muscle cardiaque

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Transport of sugars by the fat body of the silkworm, Bombyx mori

The transport of glucose and α-methyl glucoside into the fat body of the silkworm, Bombyx mori L., has been studied. Glucose is transported into the tissue by a mechanism similar to facilitated diffusion and α-methyl glucoside by a diffusion process. The uptake of these sugars is neither energy dependent nor coupled to a phosphotransferase system.

The selection of a sugar for transport and storage of carbon in plants

Sugars perform two vital functions in plants: as compatible solutes protecting the cell against osmotic stress and as mobile source of immediate and long-term energy requirement for growth and development. The two sugars that occur commonly in nature are sucrose and trehalose. Sucrose comprises one glucose and one fructose molecule; trehalose comprises two glucose molecules. Trehalose occurs in significant amounts in insects and fungi which greatly outnumber the plants. Surprisingly, in plants trehalose has been found in barely detectable amounts, if at all, raising the question `why did nature select sucrose instead of trehalose as the mobile energy source and as storage sugar for the plants'? Modelling revealed that when attached to the ribbon-shaped beta-1,4 glucan a trehalose molecule is shaped like a hook. This suggests that the beta-1,4 glucan chains with attached trehalose will fail to align to form inter-chain hydrogen bonds and coalesce into a cellulose microfibril, as a result of which in trehalose-accumulating plant cells, the cell wall will tend to become leaky. Thus in plants an evolutionary selection was made in favour of sucrose as the mobile energy source. Genetic engineering of plant cells for combating abiotic stresses through microbial trehalose-producing genes is fraught with risk of damage to plant cell walls.

Efficient energy transport in photosynthesis: roles of coherence and entanglement

Recently it has been discovered---contrary to expectations of physicists as well as biologists---that the energy transport during photosynthesis, from the chlorophyll pigment that captures the photon to the reaction centre where glucose is synthesised from carbon dioxide and water, is highly coherent even at ambient temperature and in the cellular environment. This process and the key molecular ingredients that it depends on are described. By looking at the process from the computer science view-point, we can study what has been optimised and how. A spatial search algorithmic model based on robust features of wave dynamics is presented.

Molecular "Wiring" glucose oxidase in supramolecular architecture

Supramolecular organized multilayers were constructed by multiwalled carbon nanotubes modified with ferrocene-derivatized poly(allylamine) redox polymer and glucose oxidase by electrostatic self-assembly. From the analysis of voltammetric signals and fluorescence results, a linear increment of the coverage of enzyme per bilayer was estimated, which demonstrated that the multilayer is constructed in a spatially ordered manner. The cyclic voltammograms obtained from the indium tin oxide (ITO) electrodes coated by the (Fc-PAH@CNT/GOx)(n) multilayers revealed that bioelectrocatalytic response is directly correlated to the number of deposited bilayers; that is, the sensitivity is tunable by controlling the number of bilayers associated with ITO electrodes. The incorporation of redox-polymer-functionalized carbon nanotubes (CNT) into enzyme films resulted in a 6-10-fold increase in the glucose electrocatalytic current; the bimolecular rate constant of FADH(2) oxidation (wiring efficiency) was increased up to 12-fold. Impedance spectroscopy data have yielded the electron diffusion coefficient (D-e) of this nanostructure to be over 10(-8) cm(2) s(-1), which is typically higher than those systems without CNT by at least a factor of 10, indicating that electron transport in the new supramolecular architecture was enhanced by communication of the redox active site of enzyme, redox polymer, and CNT.