SOCS-1 protein prevents Janus Kinase/STAT-dependent inhibition of beta cell insulin gene transcription and secretion in response to interferon-gamma.

In the pathogenesis of type I diabetes mellitus, activated leukocytes infiltrate pancreatic islets and induce beta cell dysfunction and destruction. Interferon (IFN)-gamma, tumor necrosis factor-alpha and interleukin (IL)-1 beta play important, although not completely defined, roles in these mechanisms. Here, using the highly differentiated beta Tc-Tet insulin-secreting cell line, we showed that IFN-gamma dose- and time-dependently suppressed insulin synthesis and glucose-stimulated secretion. As described previously IFN-gamma, in combination with IL-1 beta, also induces inducible NO synthase expression and apoptosis (Dupraz, P., Cottet, S., Hamburger, F., Dolci, W., Felley-Bosco, E., and Thorens, B. (2000) J. Biol. Chem. 275, 37672--37678). To assess the role of the Janus kinase/signal transducer and activator of transcription (STAT) pathway in IFN-gamma intracellular signaling, we stably overexpressed SOCS-1 (suppressor of cytokine signaling-1) in the beta cell line. We demonstrated that SOCS-1 suppressed cytokine-induced STAT-1 phosphorylation and increased cellular accumulation. This was accompanied by a suppression of the effect of IFN-gamma on: (i) reduction in insulin promoter-luciferase reporter gene transcription, (ii) decrease in insulin mRNA and peptide content, and (iii) suppression of glucose-stimulated insulin secretion. Furthermore, SOCS-1 also suppressed the cellular effects that require the combined presence of IL-1 beta and IFN-gamma: induction of nitric oxide production and apoptosis. Together our data demonstrate that IFN-gamma is responsible for the cytokine-induced defect in insulin gene expression and secretion and that this effect can be completely blocked by constitutive inhibition of the Janus kinase/STAT pathway.

Characterization of the murine high Km glucose transporter GLUT2 gene and its transcriptional regulation by glucose in a differentiated insulin-secreting cell line.

In pancreatic beta-cells, the high Km glucose transporter GLUT2 catalyzes the first step in glucose-induced insulin secretion by glucose uptake. Expression of the transporter has been reported to be modulated by glucose either at the protein or mRNA levels. In this study we used the differentiated insulinoma cell line INS-1 which expresses high levels of GLUT2 and show that the expression of GLUT2 is regulated by glucose at the transcriptional level. By run-on transcription assays we showed that glucose induced GLUT2 gene transcription 3-4-fold in INS-1 cells which was paralleled by a 1.7-2.3-fold increase in cytoplasmic GLUT2 mRNA levels. To determine whether glucose regulatory sequences were present in the promoter region of GLUT2, we cloned and characterized a 1.4-kilobase region of mouse genomic DNA located 5' of the translation initiation site. By RNase protection assays and primer extension, we determined that multiple transcription initiation sites were present at positions -55, -64, and -115 from the first coding ATG and which were identified in liver, intestine, kidney, and beta-cells mRNAs. Plasmids were constructed with the mouse promoter region linked to the reporter gene chloramphenicol acetyltransferase (CAT), and transiently and stably transfected in the INS-1 cells. Glucose induced a concentration-dependent increase in CAT activity which reached a maximum of 3.6-fold at 20 mM glucose. Similar CAT constructs made of the human GLUT2 promoter region and the CAT gene displayed the same glucose-dependent increase in transcriptional activity when transfected into INS-1 cells. Comparison of the mouse and human promoter regions revealed sequence identity restricted to a few stretches of sequences which suggests that the glucose responsive element(s) may be conserved in these common sequences.

Discovery of amino acid variants in the human glucose-dependent insulinotropic polypeptide (GIP) receptor: the impact on the pancreatic beta cell responses and functional expression studies in Chinese hamster fibroblast cells.

The two incretins, glucose-dependent insulinotropic polypeptide (GIP) and glucagon-like peptide-1 (GLP-1), are insulinotropic factors released from the small intestine to the blood stream in response to oral glucose ingestion. The insulinotropic effect of GLP-1 is maintained in patients with Type II (non-insulin-dependent) diabetes mellitus, whereas, for unknown reasons, the effect of GIP is diminished or lacking. We defined the exon-intron boundaries of the human GIP receptor, made a mutational analysis of the gene and identified two amino acid substitutions, A207 V and E354Q. In an association study of 227 Caucasian Type II diabetic patients and 224 matched glucose tolerant control subjects, the allelic frequency of the A207 V polymorphism was 1.1% in Type II diabetic patients and 0.7% in control subjects (p = 0.48), whereas the allelic frequency of the codon 354 polymorphism was 24.9% in Type II diabetic patients versus 23.2% in control subjects. Interestingly, the glucose tolerant subjects (6% of the population) who were homozygous for the codon 354 variant had on average a 14% decrease in fasting serum C-peptide concentration (p = 0.01) and an 11% decrease in the same variable 30 min after an oral glucose load (p = 0.03) compared with subjects with the wild-type receptor. Investigation of the function of the two GIP receptor variants in Chinese hamster fibroblasts showed, however, that the GIP-induced cAMP formation and the binding of GIP to cells expressing the variant receptors were not different from the findings in cells expressing the wildtype GIP receptor. In conclusion, amino acid variants in the GIP receptor are not associated with random Type II diabetes in patients of Danish Caucasian origin or with altered GIP binding and GIP-induced cAMP production when stably transfected in Chinese hamster fibroblasts. The finding of an association between homozygosity for the codon 354 variant and reduced fasting and post oral glucose tolerance test (OGTT) serum C-peptide concentrations, however, calls for further investigations and could suggest that GIP even in the fasting state regulates the beta-cell secretory response.

Cloning and expression of rat pancreatic beta-cell malonyl-CoA decarboxylase.

To gain insight into the function and regulation of malonyl-CoA decarboxylase (MCD) we have cloned rat MCD cDNA from a differentiated insulin-secreting pancreatic beta-cell-line cDNA library. The full-length cDNA sequence shows 69% identity with the cDNA cloned previously from the goose uropygial gland, and predicts a 492 amino acid protein of 54.7 kDa. The open reading frame contains an N-terminal mitochondrial targeting sequence and the C-terminal part of the enzyme ends with a peroxisomal (Ser-Lys-Leu) targeting motif. Since the sequence does not reveal hydrophobic domains, MCD is most likely expressed in the mitochondrial matrix and inside the peroxisomes. A second methionine residue, located 3' of the mitochondrial presequence, might be the first amino acid of a putative cytosolic MCD, since the nucleotide sequence around it fits fairly well with a consensus Kozak site for translation initiation. However, primer extension detects the presence of only one transcript initiating upstream of the first ATG, indicating that the major, if not exclusive, transcript expressed in the pancreatic beta-cell encodes MCD with its mitochondrial presequence. The sequence also shows multiple possible sites of phosphorylation by casein kinase II and protein kinase C. mRNA tissue-distribution analysis indicates a transcript of 2.2 kb, and that the MCD gene is expressed over a wide range of rat tissues. The distribution of the enzyme shows a broad range of activities from very low in the brain to elevated in the liver and heart. The results provide the foundations for further studies of the role of MCD in lipid metabolism and metabolic signalling in various tissues.

Exendin-(9-39) is an inverse agonist of the murine glucagon-like peptide-1 receptor: implications for basal intracellular cyclic adenosine 3',5'-monophosphate levels and beta-cell glucose competence.

The effect of exendin-(9-39), a described antagonist of the glucagon-like peptide-1 (GLP-1) receptor, was evaluated on the formation of cAMP- and glucose-stimulated insulin secretion (GSIS) by the conditionally immortalized murine betaTC-Tet cells. These cells have a basal intracellular cAMP level that can be increased by GLP-1 with an EC50 of approximately 1 nM and can be decreased dose dependently by exendin-(9-39). This latter effect was receptor dependent, as a beta-cell line not expressing the GLP-1 receptor was not affected by exendin-(9-39). It was also not due to the endogenous production of GLP-1, because this effect was observed in the absence of detectable preproglucagon messenger RNA levels and radioimmunoassayable GLP-1. Importantly, GSIS was shown to be sensitive to this basal level of cAMP, as perifusion of betaTC-Tet cells in the presence of exendin-(9-39) strongly reduced insulin secretion. This reduction of GSIS, however, was observed only with growth-arrested, not proliferating, betaTC-Tet cells; it was also seen with nontransformed mouse beta-cells perifused in similar conditions. These data therefore demonstrated that 1) exendin-(9-39) is an inverse agonist of the murine GLP-1 receptor; 2) the decreased basal cAMP levels induced by this peptide inhibit the secretory response of betaTC-Tet cells and mouse pancreatic islets to glucose; 3) as this effect was observed only with growth-arrested cells, this indicates that the mechanism by which cAMP leads to potentiation of insulin secretion is different in proliferating and growth-arrested cells; and 4) the presence of the GLP-1 receptor, even in the absence of bound peptide, is important for maintaining elevated intracellular cAMP levels and, therefore, the glucose competence of the beta-cells.

Critical role of the transcriptional repressor neuron-restrictive silencer factor in the specific control of connexin36 in insulin-producing cell lines.

Connexin36 (Cx36) is specifically expressed in neurons and in pancreatic beta-cells. Cx36 functions as a critical regulator of insulin secretion and content in beta-cells. In order to identify the molecular mechanisms that control the beta-cell expression of Cx36, we initiated the characterization of the human 5' regulatory region of the CX36 gene. A 2043-bp fragment of the human CX36 promoter was identified from a human BAC library and fused to a luciferase reporter gene. This promoter region was sufficient to confer specific expression to the reporter gene in insulin-secreting cell lines. Within this 5' regulatory region, a putative neuron-restrictive silencer element conserved between rodent and human species was recognized and binds the neuron-restrictive silencing factor (NRSF/REST). This factor is not expressed in insulin-secreting cells and neurons; it functions as a potent repressor through the recruitment of histone deacetylase to the promoter of neuronal genes. The NRSF-mediated repression of Cx36 in HeLa cells was abolished by trichostatin A, confirming the functional importance of histone deacetylase activity. Ectopic expression, by viral gene transfer, of NRSF/REST in different insulin-secreting beta-cell lines induced a marked reduction in Cx36 mRNA and protein content. Moreover, mutations in the Cx36 neuron-restrictive silencer element relieved the low transcriptional activity of the human CX36 promoter observed in HeLa cells and in INS-1 cells expressing NRSF/REST. The data showed that cx36 gene expression in insulin-producing beta-cell lines is strictly controlled by the transcriptional repressor NRSF/REST indicating that Cx36 participates to the neuronal phenotype of the pancreatic beta-cells.

Correlation of intra- and extraepidermal CD8 T cell numbers with development of psoriatic epidermal pathology

The development of psoriatic plaques is T cell dependent. Recently, Th17 CD4 T cells have been proposed to be the main effector cells. However, development of psoriasis is critically dependent on accumulation of epidermal T cells, among the majority express CD8. Here we show that numbers of epidermal CD8 T cells correlated with development of psoriasis in human biopsies, and that blockade of CD8 T cells by depleting antibodies inhibited development of psoriasis in the AGR xenotransplantation mouse model. In human dermis, both CD4 and CD8 T cell numbers correlated significantly with epidermal pathology, indicating a role for dermal CD4 T cells in orchestrating the development of psoriasiform changes induced by epidermis-infiltrating CD8 T cells.

Control of pancreatic β-cell mass and function by gluco-incretin hormones : identification of novel regulatory mechanisms for the treatment of diabetes

Summary : Control of pancreatic ß-cell mass and function by gluco-incretin hormones: Identification of novel regulatory mechanisms for the treatment of diabetes The ß-cells of islets of Langerhans secrete insulin to reduce hyperglycemia. The number of pancreatic islet ß-cells and their capacity to secrete insulin is modulated in normal physiological conditions to respond to the metabolic demand of the organism. A failure of the endocrine pancreas to maintain an adequate insulin secretory capacity due to a reduced ß-cell number and function underlies the pathogenesis of both type 1 and type 2 diabetes. The molecular mechanisms controlling the glucose competence of mature ß-cells, i.e., the magnitude of their insulin secretion response to glucose, ß-cell replication, their differentiation from precursor cells and protection against apoptosis are poorly understood. To investigate these mechanisms, we studied the effects on ß-cells of the gluco-incretin hormones, glucose-dependent insulinotropic polypeptide (GIP) and glucagon-like peptide-1 (GLP-1) which are secreted by intestinal endocrine cells after food intake. Besides acutely potentiating glucose-stimulated insulin secretion, these hormones induce ß-cell differentiation from precursor cells, stimulate mature ß-cell replication, and protect them against apoptosis. Therefore, understanding the molecular basis for gluco-incretin action may lead to the uncovering of novel ß-cell regulatory events with potential application for the treatment or prevention of diabetes. Islets from mice with inactivation of both GIP and GLP-1 receptor genes (dK0) present a defect in glucose-induced insulin secretion and are more sensitive than control islets to cytokine-induced apoptosis. To search for regulatory genes, that may control both glucose competence and protection against apoptosis, we performed comparative transcriptomic analysis of islets from control and dK0 mice. We found a strong down-regulation of the IGF1 Rexpression in dK0 islets. We demonstrated in both a mouse insulin-secreting cell line and primary islets, that GLP-1 stimulated IGF-1R expression and signaling. Importantly, GLP-1induced IGF-1R-dependent Akt phosphorylation required active secretion, indicating the presence of an autocrine activation mechanism. We further showed that activation of IGF-1R signaling was dependent on the secretion of IGF-2 and IGF-2 expression was regulated by nutrients. Finally, we demonstrated that the IGF-Z/IGF-1R autocrine loop was required for GLP-1 i) to protect ß-cells against cytokine-induced apoptosis, ii) to enhance their glucose competence and iii) to increase ß-cell proliferation. Résumé : Contrôle de la masse des cellules ß pancréatiques et de leur fonction par les hormones glucoincrétines: Identification de nouveaux mécanismes régulateurs pour le traitement du diabète Les cellules ß des îlots de Langerhans sécrètent l'insuline pour diminuer l'hyperglycémie. Le nombre de cellules ß et leur capacité à sécréter l'insuline sont modulés dans les conditions physiologiques normales pour répondre à la demande métabolique de l'organisme. Un échec du pancréas endocrine à maintenir sa capacité sécrétoire d'insuline dû à une diminution du nombre et de la fonction des cellules ß conduit au diabète de type 1 et de type 2. Les mécanismes moléculaires contrôlant la compétence au glucose des cellules ß matures, tels que, l'augmentation de la sécrétion d'insuline en réponse au glucose, la réplication des cellules ß, leur différentiation à partir de cellules précurseurs et la protection contre l'apoptose sont encore peu connus. Afin d'examiner ces mécanismes, nous avons étudié les effets sur les cellules ß des hormones gluco-incrétines, glucose-dépendent insulinotropic polypeptide (G1P) et glucagon-like peptide-1 (GLP-1) qui sont sécrétées par les cellules endocrines de l'intestin après la prise alimentaire. En plus de potentialiser la sécrétion d'insuline induite par le glucose, ces hormones induisent la différentiation de cellules ß à partir de cellules précurseurs, stimulent leur prolifération et les protègent contre l'apoptose. Par conséquent, comprendre les mécanismes d'action des gluco-incrétines permettrait de découvrir de nouveaux processus régulant les cellules ß avec d'éventuelles applications dans le traitement ou la prévention du diabète. Les îlots de souris ayant une double inactivation des gènes pour les récepteurs du GIP et du GLP-1 (dK0) présentent un défaut de sécrétion d'insuline stimulée par le glucose et une sensibilité accrue à l'apoptose induite par les cytokines. Afin de déterminer les gènes régulés, qui pourraient contrôler à la fois la compétence au glucose et la protection contre l'apoptose, nous avons effectué une analyse comparative transcriptomique sur des îlots de souris contrôles et dKO. Nous avons constaté une forte diminution de l'expression d'IGF-1R dans les îlots dKO. Nous avons démontré, à la fois dans une lignée cellulaire murine sécrétant l'insuline et dans îlots primaires, que le GLP-1 stimulait l'expression d'IGF-1R et sa voie de signalisation. Par ailleurs, la phosphorylation d'Akt dépendante d'IGF1-R induite parle GLP-1 nécessite une sécrétion active, indiquant la présence d'un mécanisme d'activation autocrine. Nous avons ensuite montré que l'activation de la voie de signalisation d'IGF-1R était dépendante de la sécrétion d'IGF-2, dont l'expression est régulée par les nutriments. Finalement, nous avons démontré que la boucle autocrine IGF-2/IGF-1R est nécessaire pour le GLP-1 i) pour protéger les cellules ß contre l'apoptose induite par les cytokines, ii) pour améliorer la compétence au glucose et iii) pour augmenter la prolifération des cellules ß. Résumé tout public : Contrôle de la masse des cellules ß pancréatiques et de leur fonction par les hormones gluco-incrétines: Identification de nouveaux mécanismes régulateurs pour le traitement du diabète Chez les mammifères, la concentration de glucose sanguine (glycémie) est régulée et maintenue à une valeur relativement constante d'environ 5 mM. Cette régulation est principalement contrôlée par 2 hormones produites par les îlots pancréatiques de Langerhans: l'insuline sécrétée par les cellules ß et le glucagon sécrété par les cellules a. A la suite d'un repas, l'augmentation de la glycémie entraîne la sécrétion d'insuline ce qui permet le stockage du glucose dans le foie, les muscles et le tissu adipeux afin de diminuer le taux de glucose circulant. Lors d'un jeûne, la diminution de la glycémie permet la sécrétion de glucagon favorisant alors la production de glucose par le foie, normalisant ainsi la glycémie. Le nombre de cellules ß et leur capacité sécrétoire s'adaptent aux variations de la demande métabolique pour assurer une normoglycémie. Une destruction complète ou partielle des cellules ß conduit respectivement au diabète de type 1 et de type 2. Bien que l'augmentation de la glycémie soit le facteur stimulant de la sécrétion d'insuline, des hormones gluco-incrétines, principalement le GLP-1 (glucagon-like peptide-1) et le GIP (glucose-dependent insulinotropic polypeptide) sont libérées par l'intestin en réponse aux nutriments (glucose, acides gras) et agissent au niveau des cellules ß, potentialisant la sécrétion d'insuline induite par le glucose, stimulant leur prolifération, induisant la différentiation de cellules précurseurs en cellules ß matures et les protègent contre la mort cellulaire (apoptose). Afin d'étudier plus en détail ces mécanismes, nous avons généré des souris déficientes pour les récepteurs du GIP et du GLP-l. Les îlots pancréatiques de ces souris présentent un défaut de sécrétion d'insuline stimulée par le glucose et une sensibilité accrue à l'apoptose par rapport aux îlots de souris contrôles. Nous avons donc cherché les gènes régulés pas ces hormones contrôlant la sécrétion d'insuline et la protection contre l'apoptose. Nous avons constaté une forte diminution de l'expression du récepteur à l'IGF-1 (IGF-1R) dans les îlots de souris déficientes pour les récepteurs des gluco-incrétines. Nous avons démontré dans un model de cellules ß en culture et d'îlots que le GLP-1 augmentait l'expression d'IGF-1R et la sécrétion de son ligand (IGF-2) permettant l'activation de la voie de signalisation. Finalement, nous avons montré que l'activation de la boucle IGF-2/IGF-1R induite par le GLP-1 était nécessaire pour la protection contre l'apoptose, l'augmentation de la sécrétion et la prolifération des cellules ß.

The JNK binding domain of islet-brain 1 inhibits IL-1 induced JNK activity and apoptosis but not the transcription of key proapoptotic or protective genes in insulin-secreting cell lines.

The stress-activated protein kinase c-Jun NH2-terminal kinase (JNK) is a central signal for interleukin-1beta (IL-1beta)-induced apoptosis in insulin-producing beta-cells. The cell-permeable peptide inhibitor of JNK (JNKI1), that introduces the JNK binding domain (JBD) of the scaffold protein islet-brain 1 (IB1) inside cells, effectively prevents beta-cell death caused by this cytokine. To define the molecular targets of JNK involved in cytokine-induced beta-cell apoptosis we investigated whether JNKI1 or stable expression of JBD affected the expression of selected pro- and anti-apoptotic genes induced in rat (RIN-5AH-T2B) and mouse (betaTC3) insulinoma cells exposed to IL-1beta. Inhibition of JNK significantly reduced phosphorylation of the specific JNK substrate c-Jun (p<0.05), IL-1beta-induced apoptosis (p<0.001), and IL-1beta-mediated c-fos gene expression. However, neither JNKI1 nor JBD did influence IL-1beta-induced NO synthesis or iNOS expression or the transcription of the genes encoding mitochondrial manganese superoxide dismutase (MnSOD), catalase (CAT), glutathione peroxidase (GPx), glutathione-S-transferase rho (GSTrho), heat shock protein (HSP) 70, IL-1beta-converting enzyme (ICE), caspase-3, apoptosis-inducing factor (AIF), Bcl-2 or Bcl-xL. We suggest that the anti-apoptotic effect of JNK inhibition by JBD is independent of the transcription of major pro- and anti-apoptotic genes, but may be exerted at the translational or posttranslational level.

Anti-CD154 mAb and rapamycin induce T regulatory cell mediated tolerance in rat-to-mouse islet transplantation.

BACKGROUND: Anti-CD154 (MR1) monoclonal antibody (mAb) and rapamycin (RAPA) treatment both improve survival of rat-to-mouse islet xenograft. The present study investigated the effect of combined RAPA/MR1 treatment on rat-to-mouse islet xenograft survival and analyzed the role of CD4(+)CD25(+)Foxp3(+) T regulatory cells (Treg) in the induction and maintenance of the ensuing tolerance. METHODOLOGY/PRINCIPAL FINDINGS: C57BL/6 mice were treated with MR1/RAPA and received additional monoclonal anti-IL2 mAb or anti CD25 mAb either early (0-28 d) or late (100-128 d) post-transplantation. Treg were characterised in the blood, spleen, draining lymph nodes and within the graft of tolerant and rejecting mice by flow cytometry and immunohistochemistry. Fourteen days of RAPA/MR1 combination therapy allowed indefinite islet graft survival in >80% of the mice. Additional administration of anti-IL-2 mAb or depleting anti-CD25 mAb at the time of transplantation resulted in rejection (100% and 89% respectively), whereas administration at 100 days post transplantation lead to lower rejection rates (25% and 40% respectively). Tolerant mice showed an increase of Treg within the graft and in draining lymph nodes early post transplantation, whereas 100 days post transplantation no significant increase of Treg was observed. Rejecting mice showed a transient increase of Treg in the xenograft and secondary lymphoid organs, which disappeared within 7 days after rejection. CONCLUSIONS/SIGNIFICANCES: These results suggest a critical role for Treg in the induction phase of tolerance early after islet xenotransplantation. These encouraging data support the need of developing further Treg therapy for overcoming the species barrier in xenotransplantation.

Timing is everything: dendritic cell subsets in murine Leishmania infection.

Mouse models of Leishmania major infection have shown that a predominant CD4(+) T helper type 1 cell (Th1) response leads to protection, while T helper type 2 cell (Th2) predominance confers susceptibility. Dendritic cells (DCs) are antigen-presenting cells that orchestrate the T cell response. The immune response to L. major involves direct antigen presentation by migrating DCs or transfer of antigens to resident DCs to prime T cells. In this review, we discuss the timing and consequences of antigen presentation by DC subsets and how this affects Leishmania susceptibility. We propose a model where dermal DCs and Langerhans cells play a role early in infection, followed by inflammatory monocyte-derived DC and lymph node (LN)-resident DCs at later time points of infection to establish the resistant Th1 response.

New insights into the role of microRNAs in pancreatic ß-cell maturation and plasticity

Le diabète est une maladie chronique caractérisée par une élévation du taux de sucre dans le sang aussi appelé « glycémie » reflétant un état pathologique. L'élévation de la glycémie au long cours a des répercussions délétères sur nombreux de nos tissus et organes d'où l'apparition de complications sévères chez les sujets diabétiques pouvant atteindre les yeux, les reins, le système nerveux, le système cardiovasculaire et les membres inférieurs. La carence en une hormone essentielle à notre organisme, l'insuline, est au coeur du développement de la maladie. L'insuline induit la captation du glucose circulant dans le sang en excès suite à une prise alimentaire riche en glucides et favorise son utilisation et éventuellement son stockage dans les tissus tels que le foie, le tissu adipeux et les muscles. Ainsi, l'insuline est vitale pour réguler et maintenir stable notre niveau de glycémie. Les cellules bêta du pancréas sont les seules entités de notre corps capables de produire de l'insuline et une perte de fonctionnalité associée à leur destruction ont été mises en cause dans le processus pathologique du diabète de type 2. Cependant la pleine fonctionnalité et la maturation des cellules bêta n'apparaissent qu'après la naissance lorsque le pancréas en développement a atteint sa masse adulte définitive. Enfin, une fois la masse des cellules bêta définitive établie, leur nombre et volume restent relativement constants au cours de la vie adulte chez un sujet sain. Néanmoins, au cours de périodes critiques les besoins en insuline sont augmentés tel qu'observé chez les femmes enceintes et les personnes obèses qui ont une perte de sensibilité à l'insuline qui se traduit par la nécessité de sécréter plus d'insuline afin de maintenir une glycémie normale. Dans l'hypothèse où la compensation n'a pas lieu ou n'est pas aboutie, le diabète se développe. Le processus de maturation postnatale ainsi que les événements compensatoires sont donc des étapes essentielles et de nombreuses questions sont encore non résolues concernant l'identification des mécanismes les régulant. Parmi les acteurs potentiels figurent de petites molécules d'ARN découvertes récemment appelées microARNs et qui ont été rapidement suggérées très prometteuses dans l'identification de nouvelles cibles thérapeutiques dans le cadre du diabète et d'autres pathologies. Les microARNs vont réguler l'expression de notre génome sans en modifier la séquence, phénomène également appelé épigénétique, ce qui résulte en des différences de comportement et de fonction cellulaires. Les microARNs sont donc susceptibles de jouer un rôle clé dans l'ensemble des processus biologiques et notre environnement associé à nos prédispositions génétiques peuvent grandement modifier leur niveau et donc leur action, qui à son tour se répercutera sur notre état physiologique. En effet nous avons identifié des changements de microARNs dans les cellules d'îlots pancréatiques de modèles animaux (rats et souris) associés à un état de résistance à l'insuline (grossesse et obésité). Par le biais d'expériences in vitro sur des cellules bêta extraites de rats et conservées en culture, nous avons pu analyser de plus près l'implication des microARNs dans la capacité des cellules bêta à sécréter de l'insuline mais aussi à se multiplier et à survivre au sein d'un environnement toxique. Ainsi, nous avons identifié des microARNs qui participent positivement à la compensation des cellules bêta, sous la direction d'hormones telles les estrogènes ou d'une hormone libérée par l'intestin au cours de la digestion (l'inerétine GLP1) et qui est largement utilisée comme agent thérapeutique dans la médication contre le diabète. Dans un second temps nous avons utilisé une stratégie similaire afin de déterminer le rôle de microARNs préalablement détectés comme étant changés au cours du développement postnatal des cellules bêta chez le rat. Cette étude a également mené à l'identification de microARNs participant à la maturation et à l'expansion de la masse des cellules bêta sous l'influence de la composition du régime alimentaire et des besoins en insuline adéquats qui en dépendent. Ces études apportent la vision de nouveaux mécanismes moléculaires impliquant les microARNs et démontrant leur importance pour le bon fonctionnement des cellules bêta et leur capacité d'adaptation à l'environnement. -- Les cellules bêta sont une composante des îlots pancréatiques de Langerhans et sont des cellules hautement différenciées qui ont l'unique capacité de sécréter de l'insuline sous l'influence des nutriments suite à une prise alimentaire. L'insuline facilite l'incorporation de glucose dans ses tissus cibles tels le foie, le tissu adipeux et les muscles. Bien que les besoins en insuline soient relativement constants au cours de la vie d'un individu sain, certaines conditions associées à un état de résistance à l'insuline, telles la grossesse ou l'obésité, requièrent une libération d'insuline majorée. En cas de résistance à l'insuline, une dysfonction des cellules bêta plus ou moins associée à leur mort cellulaire, conduisent à une sécrétion d'insuline insuffisante et au développement d'une hyperglycémie chronique, caractéristique du diabète de type 2. Jusqu'à présent, les mécanismes moléculaires sous- jacents à la compensation des cellules bêta ou encore menant à leur dysfonction restent peu connus. Découverts récemment, les petits ARNs non-codant appelés microARNs (miARNs), suscitent un intérêt grandissant de par leur potentiel thérapeutique pour la prise en charge et le traitement du diabète. Les miARNs sont de puissants régulateurs de l'expression génique qui lient directement le 3'UTR de leurs ARN messagers cibles afin d'inhiber leur traduction ou d'induire leur dégradation, ce qui leur permet de contrôler des fonctions biologiques multiples. Ainsi, nous avons pris pour hypothèse que les miARNs pourraient jouer un rôle essentiel en maintenant la fonction des cellules bêta et des processus compensatoires afin de prévenir le développement du diabète. Lors d'une première étude, une analyse transcriptomique a permis l'identification de miARNs différemment exprimés au sein d'îlots pancréatiques de rattes gestantes. Parmi eux, le miR-338-3p a démontré la capacité de promouvoir la prolifération et la survie des cellules bêta exposées à des acides gras saturés et des cytokines pro-inflammatoires, sans altérer leur propriété sécrétrice d'insuline. Nous avons également identifié deux hormones reconnues pour leurs propriétés bénéfiques pour la physiologie de la cellule bêta, l'estradiol et l'incrétine GLP1, qui régulent les niveaux du miR-338-3p. Ce miARN intègre parfaitement les voies de signalisation de ces deux hormones dépendantes de l'AMP cyclique, afin de contrôler l'expression de nombreux gènes conduisant à son action biologique. Dans un projet ultérieur, notre objectif était de déterminer la contribution de miARNs dans l'acquisition de l'identité fonctionnelle des cellules bêta en période postnatale. En effet, directement après la naissance les cellules bêta sont reconnues pour être encore immatures et incapables de sécréter de l'insuline spécifiquement en réponse à l'élévation de la glycémie. Au contraire, la réponse insulinique induite par les acides aminés ainsi que la biosynthèse d'insuline sont déjà fonctionnelles. Nos recherches ont permis de montrer que les changements de miARNs corrélés avec l'apparition du phénotype sécrétoire en réponse au glucose, sont régis par la composition nutritionnelle du régime alimentaire et des besoins en insuline qui en découlent. En parallèle, le taux de prolifération des cellules bêta est considérablement réduit. Les miARNs que nous avons étudiés coordonnent des changements d'expression de gènes clés impliqués dans l'acquisition de propriétés vitales de la cellule bêta et dans la maintenancé de son identité propre. Enfin, ces études ont permis de clairement démontrer l'importance des miARNs dans la régulation de la fonction des cellules bêta pancréatiques. -- Beta-cells are highly differentiated cells localized in the pancreatic islets and are characterized by the unique property of secreting insulin in response to nutrient stimulation after meal intake. Insulin is then in charge of facilitating glucose uptake by insulin target tissues such as liver, adipose tissue and muscles. Despite insulin needs stay more or less constant throughout life of healthy individuals, there are circumstances such as during pregnancy or obesity which are associated to insulin resistance, where insulin needs are increased. In this context, defects in beta-cell function, sometimes associated with beta-cell loss, may result in the release of inappropriate amounts of insulin leading to chronic hyperglycemia, properly defined as type 2 diabetes mellitus. So far, the mechanisms underlying beta- cell compensation as well as beta-cell failure remain to be established. The recently discovered small non-coding RNAs called microRNAs (miRNAs) are emerging as interesting therapeutic targets and are bringing new hope for the treatment of diabetes. miRNAs display a massive potential in regulating gene expression by directly binding to the 3'UTR of messenger RNAs and by inhibiting their translation and/or stability, enabling them to modify a wide range of biological functions. In view of this, we hypothesized that miRNAs may play an essential role in preserving the functional beta-cell mass and permitting to fight against beta-cell exhaustion and decompensation that can lead to diabetes development. In a first study, global profiling in pancreatic islets of pregnant rats, a model of insulin resistance, led to the identification of a set of differentially expressed miRNAs. Among them, miR-338- 3p was found to promote beta-cell proliferation and survival upon exposure of islet cells to pro- apoptotic stimuli such as saturated fatty acids or pro-inflammatory cytokines, without impairment in their capacity to release insulin. We also discovered that miR-338-3p changes are driven by two hormones, the estradiol and the incretin GLP1, both well known for their beneficial impact on beta- cell physiology. Consistently, we found that miR-338-3p integrates the cAMP-dependent signaling pathways regulated by these two hormones in order to control the expression of numerous genes and execute its biological functions. In a second project, we aimed at determining whether miRNAs contribute to the acquisition of beta-cell identity. Indeed, we confirmed that right after birth beta-cells are still immature and are unable to secrete insulin specifically in response to elevated concentrations of glucose. In contrast, amino acid-stimulated insulin release as well as insulin biosynthesis are already fully functional. In parallel, newborn beta-cells are proliferating intensively within the expanding pancreas. Interestingly, we demonstrated that the miRNA changes and the subsequent acquisition of glucose responsiveness is influenced by the diet composition and the resulting insulin needs. At the same time, beta-cell proliferation declines. The miRNAs that we have identified orchestrate expression changes of essential genes involved in the acquisition of specific beta-cell properties and in the maintenance of a mature beta-cell identity. Altogether, these studies clearly demonstrate that miRNAs play important roles in the regulation of beta-cell function.

Alterations in microRNA expression contribute to fatty acid-induced pancreatic beta-cell dysfunction.

OBJECTIVE: Visceral obesity and elevated plasma free fatty acids are predisposing factors for type 2 diabetes. Chronic exposure to these lipids is detrimental for pancreatic beta-cells, resulting in reduced insulin content, defective insulin secretion, and apoptosis. We investigated the involvement in this phenomenon of microRNAs (miRNAs), a class of noncoding RNAs regulating gene expression by sequence-specific inhibition of mRNA translation. RESEARCH DESIGN AND METHODS: We analyzed miRNA expression in insulin-secreting cell lines or pancreatic islets exposed to palmitate for 3 days and in islets from diabetic db/db mice. We studied the signaling pathways triggering the changes in miRNA expression and determined the impact of the miRNAs affected by palmitate on insulin secretion and apoptosis. RESULTS: Prolonged exposure of the beta-cell line MIN6B1 and pancreatic islets to palmitate causes a time- and dose-dependent increase of miR34a and miR146. Elevated levels of these miRNAs are also observed in islets of diabetic db/db mice. miR34a rise is linked to activation of p53 and results in sensitization to apoptosis and impaired nutrient-induced secretion. The latter effect is associated with inhibition of the expression of vesicle-associated membrane protein 2, a key player in beta-cell exocytosis. Higher miR146 levels do not affect the capacity to release insulin but contribute to increased apoptosis. Treatment with oligonucleotides that block miR34a or miR146 activity partially protects palmitate-treated cells from apoptosis but is insufficient to restore normal secretion. CONCLUSIONS: Our findings suggest that at least part of the detrimental effects of palmitate on beta-cells is caused by alterations in the level of specific miRNAs.

Engineering tolerance into transplanted beta cell lines.

In this paper we explore the possibility of improving, by genetic engineering, the resistance of insulin-secreting cells to the metabolic and inflammatory stresses that are anticipated to limit their function and survival when encapsulated and transplanted in a type 1 diabetic environment. We show that transfer of the Bcl-2 antiapoptotic gene, and of genes specifically interfering with cytokine intracellular signaling pathways, greatly improves resistance of the cells to metabolic limitations and inflammatory stresses.