Characterization of GLUT8 and GLUT9, two novel glucose transporter isoforms

Summary Prevalence of type 2 diabetes is increasing worldwide at alarming rates, probably secondarily to that of obesity. As type 2 diabetes is characterized by blood hyperglycemia, controlling glucose entry into tissues from the bloodstream is key to maintain glycemia within acceptable ranges. In this context, several glucose transporter isoforms have been cloned recently and some of them have appeared to play important regulatory roles. Better characterizing two of them (GLUT8 and GLUT9) was the purpose of my work. The first part of my work was focused on GLUT8, which is mainly expressed in the brain and is able to transport glucose with high affinity. GLUT8 is retained intracellularly at basal state depending on an N-terminal dileucine motif, thus implying that cell surface expression may be induced by extracellular triggers. In this regard, I was interested in better defining GLUT8 subcellular localization at basal state and in finding signals promoting its translocation, using an adenoviral vector expressing a myc epitope-tagged version of the transporter, thus allowing expression and detection of cell-surface GLUT8 in primary hippocampal neurons and PC 12 cells. This tool enabled me to found out that GLUT8 resides in a unique compartment different from lysosomes, endoplasmic reticulum, endosomes and the Golgi. In addition, absence of GLUT8 translocation following pharmacological activation of several signalling pathways suggests that GLUT8 does not ever translocate to the cell surface, but would rather fulfill its role in its unique intracellular compartment. The second part of my work was focused on GLUT9, which -contrarily to GLUT8 - is unable to transport glucose, but retains the ability to bind glucose-derived cross-linker molecules, thereby suggesting that it may be a glucose sensor rather than a true glucose transporter. The aim of the project was thus to define if GLUT9 triggers intracellular signals when activated. Therefore, adenoviral vectors expressing GLUTS were used to infect both ßpancreatic and liver-derived cell lines, as GLUTS is endogenously expressed in the liver. Comparison of gene expression between cells infected with the GLUTS-expressing adenovirus and cells infected with a GFP-expressing control adenovirus ended up in the identification of the transcription factor HNF4α as being upregulated in aGLUT9-dependent manner. Résumé La prévalence du diabète de type 2 augmente de façon alarmante dans le monde entier, probablement secondairement à celle de l'obésité. Le diabète de type 2 étant caractérisé par une glycémie sanguine élevée, l'entrée du glucose dans les tissus depuis la circulation sanguine constitue un point de contrôle important pour maintenir la glycémie à des valeurs acceptables. Dans ce contexte, plusieurs isoformes de transporteurs au glucose ont été clonées récemment et certaines d'entre elles sont apparues comme jouant d'importants rôles régulateurs. Mieux caractériser deux d'entre elles (GLUT8 et GLUT9) était le but de mon travail. La première partie de mon travail a été centrée sur GLUT8, qui est exprimé principalement dans le cerveau et qui peut transporter le glucose avec une haute affinité. GLUT8 est retenu intracellulairement à l'état basal de façon dépendante d'un motif dileucine N-terminal, ce qui implique que son expression à la surface cellulaire pourrait être induite par des stimuli extracellulaires. Dans cette optique, je me suis intéressé à mieux définir la localisation subcellulaire de GLUT8 à l'état basal et à trouver des signaux activant sa translocation, en utilisant comme outil un vecteur adénoviral exprimant une version marquée (tag myc) du transporteur, me permettant ainsi d'exprimer et de détecter GLUT8 à la surface cellulaire dans des neurones hippocampiques primaires et des cellules PC12. Cet outil m'a permis de montrer que GLUT8 réside dans un compartiment unique différent des lysosomes, du réticulum endoplasmique, des endosomes, ainsi que du Golgi. De plus, l'absence de translocation de GLUT8 à la suite de l'activation pharmacologique de plusieurs voies de signalisation suggère que GLUT8 ne transloque jamais à la membrane plasmique, mais jouerait plutôt un rôle au sein même de son compartiment intracellulaire unique. La seconde partie de mon travail a été centrée sur GLUT9, lequel -contrairement à GLUT8 -est incapable de transporter le glucose, mais conserve la capacité de se lier à des molécules dérivées du glucose, suggérant que ce pourrait être un senseur de glucose plutôt qu'un vrai transporteur. Le but du projet a donc été de définir si GLUT9 active des signaux intracellulaires quand il est lui-même activé. Pour ce faire, des vecteurs adénoviraux exprimant GLUT9 ont été utilisés pour infecter des lignées cellulaires dérivées de cellules ßpancréatiques et d'hépatocytes, GLUT9 étant exprimé de façon endogène dans le foie. La comparaison de l'expression des gènes entre des cellules infectées avec l'adénovirus exprimant GLUT9 et un adénovirus contrôle exprimant la GFP a permis d'identifier le facteur de transcription HNF4α comme étant régulé de façon GLUT9-dépendante. Résumé tout public Il existe deux types bien distincts de diabète. Le diabète de type 1 constitue environ 10 des cas de diabète et se déclare généralement à l'enfance. Il est caractérisé par une incapacité du pancréas à sécréter une hormone, l'insuline, qui régule la concentration sanguine du glucose (glycémie). Il en résulte une hyperglycémie sévère qui, si le patient n'est pas traité à l'insuline, conduit à de graves dommages à divers organes, ce qui peut mener à la cécité, à la perte des membres inférieurs, ainsi qu'à l'insuffisance rénale. Le diabète de type 2 se déclare plus tard dans la vie. Il n'est pas causé par une déficience en insuline, mais plutôt par une incapacité de l'insuline à agir sur ses tissus cibles. Le nombre de cas de diabète de type 2 augmente de façon dramatique, probablement à la suite de l'augmentation des cas d'obésité, le surpoids chronique étant le principal facteur de risque de diabète. Chez l'individu sain, le glucose sanguin est transporté dans différents organes (foie, muscles, tissu adipeux,...) où il est utilisé comme source d'énergie. Chez le patient diabétique, le captage de glucose est altéré, expliquant ainsi l'hyperglycémie. Il est ainsi crucial d'étudier les mécanismes permettant ce captage. Ainsi, des protéines permettant l'entrée de glucose dans la cellule depuis le milieu extracellulaire ont été découvertes depuis une vingtaine d'années. La plupart d'entre elles appartiennent à une sous-famille de protéines nommée GLUT (pour "GLUcose Transporters") dont cinq membres ont été caractérisés et nommés selon l'ordre de leur découverte (GLUT1-5). Néanmoins, la suppression de ces protéines chez la souris par des techniques moléculaires n'affecte pas totalement le captage de glucose, suggérant ainsi que des transporteurs de glucose encore inconnus pourraient exister. De telles protéines ont été isolées ces dernières années et nommées selon l'ordre de leur découverte (GLUT6-14). Durant mon travail de thèse, je me suis intéressé à deux d'entre elles, GLUT8 et GLUT9, qui ont été découvertes précédemment dans le laboratoire. GLUT8 est exprimé principalement dans le cerveau. La protéine n'est pas exprimée à la surface de la cellule, mais est retenue à l'intérieur. Des mécanismes complexes doivent donc exister pour déplacer le transporteur à la surface cellulaire, afin qu'il puisse permettre l'entrée du glucose dans la cellule. Mon travail a consisté d'une part à définir où se trouve le transporteur à l'intérieur de la cellule, et d'autre part à comprendre les mécanismes capables de déplacer GLUT8 vers la surface cellulaire, en utilisant des neurones exprimant une version marquée du transporteur, permettant ainsi sa détection par des méthodes biochimiques. Cela m'a permis de montrer que GLUT8 est localisé dans une partie de la cellule encore non décrite à ce jour et qu'il n'est jamais déplacé à la surface cellulaire, ce qui suggère que le transporteur doit jouer un rôle à l'intérieur de la cellule et non à sa surface. GLUT9 est exprimé dans le foie et dans les reins. Il ressemble beaucoup à GLUT8, mais ne transporte pas le glucose, ce qui suggère que ce pourrait être un récepteur au glucose plutôt qu'un transporteur à proprement parler. Le but de mon travail a été de tester cette hypothèse, en comparant des cellules du foie exprimant GLUT9 avec d'autres n'exprimant pas la protéine. Par des méthodes d'analyses moléculaires, j'ai pu montrer que la présence de GLUT9 dans les cellules du foie augmente l'expression de HNF4α, une protéine connue pour réguler la sécrétion d'insuline dans le pancréas ainsi que la production de glucose dans le foie. Des expériences complémentaires seront nécessaires afin de mieux comprendre par quels mécanismes GLUT9 influence l'expression de HNF4α dans le foie, ainsi que de définir l'importance de GLUT9 dans la régulation de la glycémie chez l'animal entier.

Meta-analysis of 28,141 individuals identifies common variants within five new loci that influence uric acid concentrations.

Elevated serum uric acid levels cause gout and are a risk factor for cardiovascular disease and diabetes. To investigate the polygenetic basis of serum uric acid levels, we conducted a meta-analysis of genome-wide association scans from 14 studies totalling 28,141 participants of European descent, resulting in identification of 954 SNPs distributed across nine loci that exceeded the threshold of genome-wide significance, five of which are novel. Overall, the common variants associated with serum uric acid levels fall in the following nine regions: SLC2A9 (p = 5.2x10(-201)), ABCG2 (p = 3.1x10(-26)), SLC17A1 (p = 3.0x10(-14)), SLC22A11 (p = 6.7x10(-14)), SLC22A12 (p = 2.0x10(-9)), SLC16A9 (p = 1.1x10(-8)), GCKR (p = 1.4x10(-9)), LRRC16A (p = 8.5x10(-9)), and near PDZK1 (p = 2.7x10(-9)). Identified variants were analyzed for gender differences. We found that the minor allele for rs734553 in SLC2A9 has greater influence in lowering uric acid levels in women and the minor allele of rs2231142 in ABCG2 elevates uric acid levels more strongly in men compared to women. To further characterize the identified variants, we analyzed their association with a panel of metabolites. rs12356193 within SLC16A9 was associated with DL-carnitine (p = 4.0x10(-26)) and propionyl-L-carnitine (p = 5.0x10(-8)) concentrations, which in turn were associated with serum UA levels (p = 1.4x10(-57) and p = 8.1x10(-54), respectively), forming a triangle between SNP, metabolites, and UA levels. Taken together, these associations highlight additional pathways that are important in the regulation of serum uric acid levels and point toward novel potential targets for pharmacological intervention to prevent or treat hyperuricemia. In addition, these findings strongly support the hypothesis that transport proteins are key in regulating serum uric acid levels.

Role for JIP-1/IB1 in pancreatic β-cell and adipocyte dysfunctions in type 2 diabetes and obesity

L'insuline, produite par les cellules β du pancréas, joue un rôle central dans le contrôle de la glycémie. Un manque d'insuline entraine le diabète de type 2, une maladie répandue au stade d'épidémie au niveau mondial. L'augmentation du nombre de personnes obèses est une des causes principales du développement de la maladie. Avec l'obésité les tissus tels que le foie, le muscle, et le tissu adipeux deviennent résistants à l'insuline. En général, cette résistance est équilibrée par une augmentation de la sécrétion d'insuline. De ce fait, un grand nombre d'individus obèses ne deviennent pas diabétiques. Lorsque les cellules β ne produisent plus suffisamment d'insuline, alors le diabète se développe. Dans l'obésité, les cellules graisseuses sont résistantes à l'insuline et relâchent des lipides et autres produits qui affectent le bon fonctionnement et la vie des cellules β. «c-Jun Ν terminal Kinase» (JNK) est une enzyme qui joue un rôle important dans la résistance de l'insuline des cellules graisseuses. Cette même en2yme contribue aussi au déclin de la cellule β dans les conditions diabétogènes, et représente ainsi une cible thérapeutique potentielle du diabète. L'objectif de cette thèse a été de comprendre le mécanisme conduisant à l'activité de JNK dans les adipocytes et cellules β, dans l'obésité et le diabète de type 2. Nous montrons que les variations de JNK sont la conséquence de taux anormaux de JIP-1/EB1, une protéine qui a été impliquée dans certaines formes génétiques de diabète de type 2. En outre nous décrivons le mécanisme responsable des anomalies de JIP1/IB1 dans les adipocytes et cellules β. La restauration des taux de JIP-1/EB1 dans les deux types cellulaires pourrait être un objectif des thérapeutiques antidiabétiques actuelles et futures. - Le nombre d'individus touchés par le diabète de type 2 atteint aujourd'hui des proportions épidémiques à l'échelle mondiale. L'augmentation de la prévalence de l'obésité est la cause principale du développement de la maladie, qui, en général, survient suite à une perte de la sensibilité à l'insuline des tissus périphériques. Dans un grand nombre des cas, l'insulino-résistance est compensée par une augmentation de la sécrétion de l'insuline par les cellules β pancréatiques. Le diabète apparaît lorsque l'insuline n'est plus produite en quantité suffisante pour contrecarrer la résistance à l'insuline des tissus. Le défaut de production de l'insuline résulte du dysfonctionnement et de la réduction massive des cellules β. Les acides gras libres non estérifiés, en particulier le palmitate, provenant d'une alimentation riche en lipides et libérés par les adipocytes insulino-résistants contribuent au déclin de la cellule β en activant la voie de signalisation «cJun N-terminal kinase» (JNK). L'activation de JNK contribue aussi à la résistance à l'insuline des adipocytes dans l'obésité, soulignant ainsi l'importance de cette voie de signalisation dans la pathophysiologie du diabète. L'objectif de cette thèse a été de comprendre les mécanismes qui régulent JNK dans les cellules β et les adipocytes. Nous montrons que l'activation de JNK dans ces deux types cellulaires est la conséquence de la variation des taux de «JNK interacting protein 1» appelé aussi «islet brain 1» (JEP-1/ΓΒΙ), une protéine qui attache les kinases de la signalisation de JNK et dont des variations génétiques ont été associées avec le diabète de type 2. Dans les cellules β cultivées avec du palmitate, ainsi que dans les adipocytes dans l'obésité, l'expression de JEP-l/BBl est modifiée. Les modulations de l'expression de JEP-1/ΓΒΙ sont réalisées par le facteur de transcription «inducible cAMP early repressor» (ICER). L'expression d'ICER dans les adipocytes est diminuée dans l'obésité, et corrèle avec l'augmentation des niveaux de JEP-1/IB1. A l'inverse, le niveau d'expression d'ICER est augmenté dans les cellules β cultivées avec du palmitate, et cette augmentation perturbe le bon fonctionnement des cellules en réduisant les niveaux de JEP-l/IBl. Comme le palmitate, les particules pro-athérogéniques LDL-cholesterol oxydés, sont élevées chez les personnes obèses et diabétiques et sont délétères aux cellules β. Ces particules modifiées activent JNK dans les cellules β en diminuant l'expression de JIP-1/IB1 via ICER. Tous ces résultats montrent que le dérèglement de l'expression de JIP-l/EBl par ICER joue un rôle central dans l'activation de JNK dans les adipocytes et cellules β en souffrance dans l'obésité et le diabète de type 2. La restauration appropriée des niveaux de JEPl/IBl et d'ICER pourrait être considérée comme un objectif pour mesurer l'efficacité des traitements antidiabétiques actuels et futurs. - Type 2 diabetes has reached epidemic proportions worldwide, and poses a major socio-economic burden on developed and developing societies. The disease is often accompanied by obesity, and arises when β-cells produce insufficient insulin to meet the increased hormone demand, caused by insulin resistance. In obesity, enlargement of adipocytes contribute to their dysfunction, which is characterized by the abnormal release of some bioactive products such as non-esterified free fatty acids (NEF As). Chronic plasma elevation of NEF As elicits β-cell dysfunction and death, thereby, representing a key feature for development of diabetes in obesity (diabesity). Palmitate is the most abundant circulating NEF As in obesity, which triggers adipocytes and β-cell dysfunction. The effects of palmitate rely on the induction of the cJun N-terminal kinase (JNK) pathway. Activation of JNK promotes both β-cells dysfunction and insulin resistance in adipocytes. This thesis was undertaken to investigate the mechanisms accounting for the induction of the JNK pathway caused by palmitate. JNK is regulated by the scaffold protein JNK interacting protein-1, also called islet brain 1 (JIP-1/IB1). The levels of JDM/IB1 are critical for glucose homeostasis, as genetic variations within the gene were associated with diabetes. We found that activation of JNK in both, β-cells exposed to palmitate, and in adipocytes of obese mice, results from variations in the expression of JIP-l/EBl. Modifications in the JIP-1/IB1 levels were the consequence of abnormal expression of the inducible cAMP early repressor (ICER) in the two cell types. In addition, our data show that this repressor plays a key role in abnormal production of adipocyte hormones and β-cell dysfunction evoked by the pro-atherogenic oxidized LDL. Taken together, this study proposes that fine-tuning of appropriate levels of JIP-l/EBl, and ICER could circumvent β-cell failure, adipocyte dysfunction, and thereby, development of diabesity.

Association of socioeconomic status with inflammatory markers: a two cohort comparison.

OBJECTIVE: To assess the association between socioeconomic status (SES) and inflammatory markers using two different European population samples. METHODS: We used data from the CoLaus (N=6412, Lausanne, Switzerland) and EPIPorto (N=1205, Porto, Portugal) studies. Education and occupational position were used as indicators of socioeconomic status (SES). High-sensitivity C-reactive protein (hs-CRP) was available for both cohorts. Interleukin-6 (IL-6) and tumour necrosis factor-α (TNF-α) were available in CoLaus; leukocyte count and fibrinogen in EPIPorto. RESULTS: We showed that low SES was significantly associated with high inflammation in both studies. We also showed that behavioural factors contributed the most to SES differences in inflammation. In both studies the larger difference between the lowest and the highest SES was observed for hs-CRP. In the Swiss sample, a linear association between education and hs-CRP persisted after adjustment for all mediating factors and confounders considered (p for linear trend <0.001). CONCLUSION: Large social differences exist in inflammatory activity, in part independently from demographic and behavioural factors, chronic conditions and medication use. SES differences in inflammation are also similar in countries with different underlying socioeconomic conditions.

A role for the transcriptional repressor ICER in the molecular pathogenesis of type 2 diabetes

AbstractType 2 diabetes (T2D) is a metabolic disease which affects more than 200 millions people worldwide. The progression of this affection reaches nowadays epidemic proportions, owing to the constant augmentation in the frequency of overweight, obesity and sedentary. The pathogenesis of T2D is characterized by reduction in the action of insulin on its target tissues - an alteration referred as insulin resistance - and pancreatic β-cell dysfunction. This latter deterioration is defined by impairment in insulin biosynthesis and secretion, and a loss of β-cell mass by apoptosis. Environmental factors related to T2D, such as chronic elevation in glucose and free fatty acids levels, inflammatory cytokines and pro-atherogenic oxidized low- density lipoproteins (LDL), contribute to the loss of pancreatic β-cell function.In this study, we have demonstrated that the transcription factor Inducible Cyclic AMP Early Repressor (ICER) participates to the progression of both β-cell dysfunction and insulin resistance. The expression of this factor is driven by an alternative promoter and ICER protein represents therefore a truncated product of the Cyclic AMP Response Element Modulator (CREM) family which lacks transactivation domain. Consequently, the transcription factor ICER acts as a passive repressor which reduces expression of genes controlled by the cyclic AMP and Cyclic AMP Response Element Binding protein (CREB) pathway.In insulin-secreting cells, the accumulation of reactive oxygen species caused by environmental factors and notably oxidized LDL - a process known as oxidative stress - induces the transcription factor ICER. This transcriptional repressor hampers the secretory capacity of β-cells by silencing key genes of the exocytotic machinery. In addition, the factor ICER reduces the expression of the scaffold protein Islet Brain 1 (IB 1 ), thereby favouring the activation of the c-Jun N-terminal Kinase (JNK) pathway. This triggering alters in turn insulin biosynthesis and survival capacities of pancreatic β-cells.In the adipose tissue of mice and human subjects suffering from obesity, the transcription factor ICER contributes to the alteration in insulin action. The loss in ICER protein in these tissues induces a constant activation of the CREB pathway and the subsequent expression of the Activating Transcription Factor 3 (ATF3). In turn, this repressor reduces the transcript levels of the glucose transporter GLUT4 and the insulin-sensitizer peptide adiponectin, thereby contributing to the diminution in insulin action.In conclusion, these data shed light on the important role of the transcriptional repressor ICER in the pathogenesis of T2D, which contributes to both alteration in β-cell function and aggravation of insulin resistance. Consequently, a better understanding of the molecular mechanisms responsible for the alterations in ICER levels is required and could lead to develop new therapeutic strategies for the treatment of T2D.RésuméLe diabète de type 2 (DT2) est une maladie métabolique qui affecte plus de 200 millions de personnes dans le monde. La progression de cette affection atteint aujourd'hui des proportions épidémiques imputables à l'augmentation rapide dans les fréquences du surpoids, de l'obésité et de la sédentarité. La pathogenèse du DT2 se caractérise par une diminution de l'action de l'insuline sur ses tissus cibles - un processus nommé insulino-résistance - ainsi qu'une dysfonction des cellules β pancréatiques sécrétrices d'insuline. Cette dernière détérioration se définit par une réduction de la capacité de synthèse et de sécrétion de l'insuline et mène finalement à une perte de la masse de cellules β par apoptose. Des facteurs environnementaux fréquemment associés au DT2, tels l'élévation chronique des taux plasmatiques de glucose et d'acides gras libres, les cytokines pro-inflammatoires et les lipoprotéines de faible densité (LDL) oxydées, contribuent à la perte de fonction des cellules β pancréatiques.Dans cette étude, nous avons démontré que le facteur de transcription « Inducible Cyclic AMP Early Repressor » (ICER) participe à la progression de la dysfonction des cellules β pancréatiques et au développement de Pinsulino-résistance. Son expression étant gouvernée par un promoteur alternatif, la protéine d'ICER représente un produit tronqué de la famille des «Cyclic AMP Response Element Modulator » (CREM), sans domaine de transactivation. Par conséquent, le facteur ICER agit comme un répresseur passif qui réduit l'expression des gènes contrôlés par la voie de l'AMP cyclique et des « Cyclic AMP Response Element Binding protein » (CREB).Dans les cellules sécrétrices d'insuline, l'accumulation de radicaux d'oxygène libres, soutenue par les facteurs environnementaux et notamment les LDL oxydées - un processus appelé stress oxydatif- induit de manière ininterrompue le facteur de transcription ICER. Ainsi activé, ce répresseur transcriptionnel altère la capacité sécrétoire des cellules β en bloquant l'expression de gènes clés de la machinerie d'exocytose. En outre, le facteur ICER favorise l'activation de la cascade de signalisation « c-Jun N- terminal Kinase » (JNK) en réduisant l'expression de la protéine « Islet Brain 1 » (IB1), altérant ainsi les fonctions de biosynthèse de l'insuline et de survie des cellules β pancréatiques.Dans le tissu adipeux des souris et des sujets humains souffrant d'obésité, le facteur de transcription ICER contribue à l'altération de la réponse à l'insuline. La disparition de la protéine ICER dans ces tissus entraîne une activation persistante de la voie de signalisation des CREB et une induction du facteur de transcription « Activating Transcription Factor 3 » (ATF3). A son tour, le répresseur ATF3 inhibe l'expression du transporteur de glucose GLUT4 et du peptide adipocytaire insulino-sensibilisateur adiponectine, contribuant ainsi à la diminution de l'action de l'insuline en conditions d'obésité.En conclusion, à la lumière de ces résultats, le répresseur transcriptionnel ICER apparaît comme un facteur important dans la pathogenèse du DT2, en participant à la perte de fonction des cellules β pancréatiques et à l'aggravation de l'insulino-résistance. Par conséquent, l'étude des mécanismes moléculaires responsables de l'altération des niveaux du facteur ICER pourrait permettre le développement de nouvelles stratégies de traitement du DT2.Résumé didactiqueL'énergie nécessaire au bon fonctionnement de l'organisme est fournie par l'alimentation, notamment sous forme de sucres (glucides). Ceux-ci sont dégradés en glucose, lequel sera distribué aux différents organes par la circulation sanguine. Après un repas, le niveau de glucose sanguin, nommé glycémie, s'élève et favorise la sécrétion d'une hormone appelée insuline par les cellules β du pancréas. L'insuline permet, à son tour, aux organes, tels le foie, les muscles et le tissu adipeux de capter et d'utiliser le glucose ; la glycémie retrouve ainsi son niveau basai.Le diabète de type 2 (DT2) est une maladie métabolique qui affecte plus de 200 millions de personnes dans le monde. Le développement de cette affection est causée par deux processus pathologiques. D'une part, les quantités d'insuline secrétée par les cellules β pancréatiques, ainsi que la survie de ces cellules sont réduites, un phénomène connu sous le nom de dysfonction des cellules β. D'autre part, la sensibilité des tissus à l'insuline se trouve diminuée. Cette dernière altération, l'insulino-résistance, empêche le transport et l'utilisation du glucose par les tissus et mène à une accumulation de ce sucre dans le sang. Cette stagnation de glucose dans le compartiment sanguin est appelée hyperglycémie et favorise l'apparition des complications secondaires du diabète, telles que les maladies cardiovasculaires, l'insuffisance rénale, la cécité et la perte de sensibilité des extrémités.Dans cette étude, nous avons démontré que le facteur ICER qui contrôle spécifiquement l'expression de certains gènes, contribue non seulement à la dysfonction des cellules β, mais aussi au développement de l'insulino-résistance. En effet, dans les cellules β pancréatiques en conditions diabétiques, l'activation du facteur ICER altère la capacité de synthèse et de sécrétion d'insuline et réduit la survie ces cellules.Dans le tissu adipeux des souris et des sujets humains souffrant d'obésité, le facteur ICER contribue à la perte de sensibilité à l'insuline. La disparition d'ICER altère l'expression de la protéine qui capte le glucose, le transoprteur GLUT4, et l'hormone adipocytaire favorisant la sensibilité à l'insuline, nommée adiponectine. Ainsi, la perte d'ICER participe à la réduction de la captation de glucose par le tissue adipeux et au développement de l'insulino-résistance au cours de l'obésité.En conclusion, à la lumière de ces résultats, le facteur ICER apparaît comme un contributeur important à la progression du DT2, en soutenant la dysfonction des cellules β pancréatiques et l'aggravation de l'insulino-résistance. Par conséquent, l'étude des mécanismes responsables de la dérégulation du facteur ICER pourrait permettre le développement de nouvelles stratégies de traitement du DT2.

Public health impact of statin prescribing strategies based on JUPITER Modeling study from a population-based study.

OBJECTIVE: To evaluate the public health impact of statin prescribing strategies based on the Justification for the Use of Statins in Primary Prevention: An Intervention Trial Evaluating Rosuvastatin Study (JUPITER). METHODS: We studied 2268 adults aged 35-75 without cardiovascular disease in a population-based study in Switzerland in 2003-2006. We assessed the eligibility for statins according to the Adult Treatment Panel III (ATPIII) guidelines, and by adding "strict" (hs-CRP≥2.0mg/L and LDL-cholesterol <3.4mmol/L), and "extended" (hs-CRP≥2.0mg/L alone) JUPITER-like criteria. We estimated the proportion of CHD deaths potentially prevented over 10years in the Swiss population. RESULTS: Fifteen % were already taking statins, 42% were eligible by ATPIII guidelines, 53% by adding "strict", and 62% by adding "extended" criteria, with a total of 19% newly eligible. The number needed to treat with statins to avoid one CHD death over 10years was 38 for ATPIII, 84 for "strict" and 92 for "extended" JUPITER-like criteria. ATPIII would prevent 17% of CHD deaths, compared with 20% for ATPIII+"strict" and 23% for ATPIII + "extended" criteria (+6%). CONCLUSION: Implementing JUPITER-like strategies would make statin prescribing for primary prevention more common and less efficient than it is with current guidelines.

Association analyses of 249,796 individuals reveal 18 new loci associated with body mass index.

Obesity is globally prevalent and highly heritable, but its underlying genetic factors remain largely elusive. To identify genetic loci for obesity susceptibility, we examined associations between body mass index and ∼ 2.8 million SNPs in up to 123,865 individuals with targeted follow up of 42 SNPs in up to 125,931 additional individuals. We confirmed 14 known obesity susceptibility loci and identified 18 new loci associated with body mass index (P < 5 × 10⁻⁸), one of which includes a copy number variant near GPRC5B. Some loci (at MC4R, POMC, SH2B1 and BDNF) map near key hypothalamic regulators of energy balance, and one of these loci is near GIPR, an incretin receptor. Furthermore, genes in other newly associated loci may provide new insights into human body weight regulation.

Bone mineral density (BMD), micro-architecture estimation (TBS) and vertebral fracture assessment (VFA) extracted from a single DXA device in combination with clinical risk factors improve significantly the identification of women at high risk of fracture.

Osteoporosis (OP) is a systemic skeletal disease characterized by a low bone mineral density (BMD) and a micro-architectural (MA) deterioration. Clinical risk factors (CRF) are often used as a MA approximation. MA is yet evaluable in daily practice by the trabecular bone score (TBS) measure. TBS is very simple to obtain, by reanalyzing a lumbar DXA-scan. TBS has proven to have diagnosis and prognosis values, partially independent of CRF and BMD. The aim of the OsteoLaus cohort is to combine in daily practice the CRF and the information given by DXA (BMD, TBS and vertebral fracture assessment (VFA)) to better identify women at high fracture risk. The OsteoLaus cohort (1400 women 50 to 80 years living in Lausanne, Switzerland) started in 2010. This study is derived from the cohort COLAUS who started in Lausanne in 2003. The main goal of COLAUS is to obtain information on the epidemiology and genetic determinants of cardiovascular risk in 6700 men and women. CRF for OP, bone ultrasound of the heel, lumbar spine and hip BMD, VFA by DXA and MA evaluation by TBS are recorded in OsteoLaus. Preliminary results are reported. We included 631 women: mean age 67.4 ± 6.7 years, BMI 26.1 ± 4.6, mean lumbar spine BMD 0.943 ± 0.168 (T-score − 1.4 SD), and TBS 1.271 ± 0.103. As expected, correlation between BMD and site matched TBS is low (r2 = 0.16). Prevalence of VFx grade 2/3, major OP Fx and all OP Fx is 8.4%, 17.0% and 26.0% respectively. Age- and BMI-adjusted ORs (per SD decrease) are 1.8 (1.2-2.5), 1.6 (1.2-2.1), and 1.3 (1.1-1.6) for BMD for the different categories of fractures and 2.0 (1.4-3.0), 1.9 (1.4-2.5), and 1.4 (1.1-1.7) for TBS respectively. Only 32 to 37% of women with OP Fx have a BMD < − 2.5 SD or a TBS < 1.200. If we combine a BMD < − 2.5 SD or a TBS < 1.200, 54 to 60% of women with an osteoporotic Fx are identified. As in the already published studies, these preliminary results confirm the partial independence between BMD and TBS. More importantly, a combination of TBS subsequent to BMD increases significantly the identification of women with prevalent OP Fx which would have been misclassified by BMD alone. For the first time we are able to have complementary information about fracture (VFA), density (BMD), micro- and macro architecture (TBS and HAS) from a simple, low ionizing radiation and cheap device: DXA. Such complementary information is very useful for the patient in the daily practice and moreover will likely have an impact on cost effectiveness analysis.

Regulation of mass and function of pancreatic β-cells: identification of anti-apoptotic peptides and role of GLP-1

Résumé La masse de cellules β sécrétrices d'insuline est un tissu dynamique qui s'adapte aux variations de la demande métabolique pour assurer une normoglycémie. Cette adaptation se fait par un changement de sécrétion d'insuline et de la masse totale des cellules β. Une perte complète ou partielle des cellules β conduit respectivement à un diabète de type 1 et de type 2. Les mécanismes qui régulent la masse de cellules β et maintiennent leur phénotype differencié sont encore peu connus. Leur identification est nécessaire pour comprendre le développement du diabète et développer des stratégies de traitement. La greffe d'îlots est une approche thérapeutique prometteuse pour le diabète de type 1, mais est limitée par une perte précoce des cellules β due à une apoptose induite par des cytokines. Afin d'améliorer la survie des cellules β lors de la greffe d'îlots, le premier but était de trouver des peptides pouvant bloquer l'apoptose induite par FasL et TNF-α. Pour ce faire, deux librairies de phages ont été criblées pour sélectionner des peptides se liant au Fas DD ou au TNFRl DD. Nous avons identifié six peptides différents. Cependant, aucun d'entre eux n'était capable de protéger les cellules de l'apoptose induite par FasL ou TNF-α. Deuxièmement, le GLP-1 est une hormone qui stimule la sécrétion d'insuline, et est impliquée dans la prolifération des cellules β, la différentiation, et inhibe l'apoptose. Nous avons fait l'hypothèse que le GLP-1 joue un rôle crucial dans le contrôle de la masse et de la fonction des cellules β. Afin de l'évaluer, une analyse par puce à ADN a été réalisée en comparant des cellules βTC-Tet traitées avec du GLP-1 à des cellules non-traitées. 376 gènes régulés ont été identifiés, dont RGS2, CREM, ICERI et DUSP14, augmentés significativement par le GLP-1. Nous avons confirmé que le GLP-1 augmente l'expression de ces gènes, aussi bien au niveau des transcripts que des protéines. De plus, nous avons montré que le GLP-1 induit leur expression par activation de la voie cAMP/PKA, et nécessite l'entrée de calcium extracellulaire. D'après leur fonction biologique, nous avons ensuite supposé que ces gènes pourraient agir comme régulateurs négatifs de la signalisation du GLP-l, et donc freiner son effet proliférateur. Pour vérifier notre hypothèse, des siRNAs contre ces gènes ont été développés, et leurs effets sur la prolifération des cellules β seront évalués ultérieurement. Abstract The pancreatic β-cell mass is a dynamic tissue which adapts to variations in metabolic demand in order to ensure normoglycemia. This adaptation occurs through a change in both insulin secretion and the total mass of ,β-cells. An absolute or relative loss of β-cells leads to type 1 and type 2 diabetes, respectively. The mechanisms that regulate the pancreatic β-cell mass and maintain the fully differentiated phenotype of the insulin-secreting β-cells are only poorly defined. Their identification is required to understand the progression of diabetes, but also to design strategies for the treatment of diabetes. Islet transplantation is a promising therapeutic approach for type 1 diabetes, but it is still limited by an early graft loss due to cytokine-induced apoptosis. In order to improve β-cell survival during islet transplantation, our first goal was to find novel blockers of FasL- and TNF-α-mediated cell death in the form of peptides. To that end, we screened two phage display libraries to select Fas DD- or TNFR1 DD-binding peptides. We identified six different small peptides. However, none of these peptides was able to prevent cells from FasL- or TNF-α-mediated apoptosis. Secondly, GLP-1 is a hormone that has been shown to stimulate insulin secretion and to be involved in β-cell proliferation, differentiation and inhibition of apoptosis. We hypothesized that GLP-1 plays a crucial role to control mass and function of β-cells. To evaluate this hypothesis, we performed a cDNA microarray analysis with GLP-1-treated βTC-Tet cells compared to untreated cells. We found 376 regulated genes, among these, RGS2, CREM, ICERI and DUSP14, which were significantly upregulated by GLP-1. We confirmed that both their mRNA and protein levels were strongly and rapidly increased after GLP-1 treatment. Moreover, we found that GLP-1 activates their expression mainly through the activation of the cAMP/PKA signaling pathway, and requires extracellular calcium entry. According to their biological function, we then hypothesized that these genes might act as negative regulators of the GLP-1 signaling. In particular, they might brake the effects of GLP-1 on β-cell proliferation. To verify this hypothesis, siRNAs against these genes were developed. The effect of these siRNAs on GLP-1-induced β-cell proliferation will be evaluated later.

Association entre consommation d'alcool et facteurs de risque cardiovasculaire: une étude sur la population lausannoise. [Association between alcohol consumption and cardiovascular risk factors: a narrative review]

Alors que la consommation modérée d'alcool est liée à un risque plus faible de développer une maladie coronarienne, l'impact d'une consommation plus importante d'alcool sur les facteurs de risque cardiovasculaire (FRCV) et la maladie coronarienne est moins clair. Nous avons étudié l'association entre la consommation d'alcool, les FRCV et l'estimation du risque à dix ans de faire un événement cardiovasculaire dans l'étude populationnelle lausannoise CoLaus. Dans cette étude, 73% des participants consomment de l'alcool, 16% consomment de 14 à 34 unités d'alcool par semaine et 2% consomment 35 unités ou plus par semaine. Cet article montre notamment l'impact d'une consommation importante d'alcool sur les FRCVet passe en revue les liens entre la consommation d'alcool, le type de boissons et les FRCV. [Abstract] Moderate alcohol consumption has been associated with lower coronary heart disease (CHD) risk. However, the impact of higher alcohol consumption on cardiovascular risk factors (CVRFs) is conflicting. We examined the association between alcohol consumption, CVRFs and the estimated 10-year CHD risk in the population-based CoLaus study in Lausanne, Switzerland. Among 5'769 participants without cardiovascular disease, 73% of the participants were alcohol drinkers; 16% consumed 14-34 drinks/week and 2% consumed >= 35 drinks/week. This article shows the impact of high alcohol consumption on CVRFs and reviews the literature on the associations between alcohol consumption and CVRFs.

Durée et structure du sommeil et risques métaboliques et cardiovasculaires = [Sleep structure and cardiometabolic disorders]

Introduction : Plusieurs études épidémiologiques et de laboratoire basées sur des estimations subjectives de la durée et de la qualité du sommeil suggèrent que celles-ci pourraient être associées à une augmentation du risque de troubles métaboliques ou cardiovasculaires. Objectif : Dans cette étude nous avons examiné les associations entre les caractéristiques du sommeil évaluées objectivement par Polysomnographie (PSG) et le syndrome métabolique ainsi que ses composants (hypertension, diabète, obésité). Matériel et méthodes : Nous avons analysé les données de 2162 sujets de la population générale (dont le 51.2% étaient des femmes, âge moyen : 58.4±11.1 ans, fourchette d'âge: 40.5-84.4) qui ont participé à l'étude Hypnolaus. Tous les sujets ont eu une évaluation clinique et biologique et ils ont bénéficié d'une PSG complète à domicile. Résultats : Les analyses univariées ont montré que les sujets présentant un syndrome métabolique avaient une diminution du temps total de sommeil, du sommeil lent profond, du sommeil paradoxal et de l'efficacité du sommeil, ainsi qu'une augmentation de l'index de microéveils par rapport aux sujets qui n'avaient pas un syndrome métabolique. Nous avons aussi trouvé des différences significatives de la structure du sommeil en fonction de la présence ou de l'absence d'hypertension, de diabètes et de surpoids/obésité. Cependant, ces différences s'atténuent après ajustement pour des facteurs confondants (âge, genre, tabagisme, prise d'alcool, activité physique, médicaments qui affectent le sommeil, dépression, santé globale et indice de masse corporelle). Seules des différences marginales, non statistiquement significatives, persistaient dans le modèle multiajusté et après stratification en fonction de la présence de troubles respiratoires au cours du sommeil. Conclusions: Dans cet échantillon de la population générale nous avons mis en évidence des associations significatives entre la structure du sommeil et le syndrome métabolique ainsi que ses composants. Cependant, ces associations ne sont pas indépendantes des autres facteurs de risque cardiométabolique connus. Nous en concluons que les variations normales de la durée et de la structure du sommeil contribuent peu ou pas au syndrome métabolique et ses troubles associés.

Computational analysis of the genetic and environmental contributions to disease-related human phenotypes: From predicting adverse lipid response of HIV patients receiving antiretroviral therapy to genome-wide association studies of cardiovascular and lipid related disorders

Genetic variants influence the risk to develop certain diseases or give rise to differences in drug response. Recent progresses in cost-effective, high-throughput genome-wide techniques, such as microarrays measuring Single Nucleotide Polymorphisms (SNPs), have facilitated genotyping of large clinical and population cohorts. Combining the massive genotypic data with measurements of phenotypic traits allows for the determination of genetic differences that explain, at least in part, the phenotypic variations within a population. So far, models combining the most significant variants can only explain a small fraction of the variance, indicating the limitations of current models. In particular, researchers have only begun to address the possibility of interactions between genotypes and the environment. Elucidating the contributions of such interactions is a difficult task because of the large number of genetic as well as possible environmental factors.In this thesis, I worked on several projects within this context. My first and main project was the identification of possible SNP-environment interactions, where the phenotypes were serum lipid levels of patients from the Swiss HIV Cohort Study (SHCS) treated with antiretroviral therapy. Here the genotypes consisted of a limited set of SNPs in candidate genes relevant for lipid transport and metabolism. The environmental variables were the specific combinations of drugs given to each patient over the treatment period. My work explored bioinformatic and statistical approaches to relate patients' lipid responses to these SNPs, drugs and, importantly, their interactions. The goal of this project was to improve our understanding and to explore the possibility of predicting dyslipidemia, a well-known adverse drug reaction of antiretroviral therapy. Specifically, I quantified how much of the variance in lipid profiles could be explained by the host genetic variants, the administered drugs and SNP-drug interactions and assessed the predictive power of these features on lipid responses. Using cross-validation stratified by patients, we could not validate our hypothesis that models that select a subset of SNP-drug interactions in a principled way have better predictive power than the control models using "random" subsets. Nevertheless, all models tested containing SNP and/or drug terms, exhibited significant predictive power (as compared to a random predictor) and explained a sizable proportion of variance, in the patient stratified cross-validation context. Importantly, the model containing stepwise selected SNP terms showed higher capacity to predict triglyceride levels than a model containing randomly selected SNPs. Dyslipidemia is a complex trait for which many factors remain to be discovered, thus missing from the data, and possibly explaining the limitations of our analysis. In particular, the interactions of drugs with SNPs selected from the set of candidate genes likely have small effect sizes which we were unable to detect in a sample of the present size (<800 patients).In the second part of my thesis, I performed genome-wide association studies within the Cohorte Lausannoise (CoLaus). I have been involved in several international projects to identify SNPs that are associated with various traits, such as serum calcium, body mass index, two-hour glucose levels, as well as metabolic syndrome and its components. These phenotypes are all related to major human health issues, such as cardiovascular disease. I applied statistical methods to detect new variants associated with these phenotypes, contributing to the identification of new genetic loci that may lead to new insights into the genetic basis of these traits. This kind of research will lead to a better understanding of the mechanisms underlying these pathologies, a better evaluation of disease risk, the identification of new therapeutic leads and may ultimately lead to the realization of "personalized" medicine.

Obesity markers and estimated 10 year fatal cardiovascular risk in Switzerland

Objective: To assess the effectiveness of obesity markers to detect high (>5%) 10- year risk of fatal cardiovascular disease (CVD) as estimated using the SCORE function. Methods: Cross-sectional study including 3,047 women and 2,689 men aged 35-75 years (CoLaus study). Body fat percentage was assessed by tetrapolar bioimpedance. CVD risk was assessed using the SCORE risk function and gender and age-specific cut points for body fat were derived. The diagnostic accuracy of each obesity marker was evaluated through receiver operating characteristics (ROC) analysis. Results: Body fat presented a higher correlation with 10-year CVD risk than waist/hip ratio (WHR), waist or BMI: in men, r=0.31, 0.22, 0.19 and 0.12 and for body fat, WHR, waist and BMI, respectively; the corresponding values in women were 0.18, 0.15, 0.11 and 0.05, respectively (all p<0.05). In both genders, body fat showed the highest area under the ROC curve (AUC): in men, the AUC (and 95% confidence interval) were 76.0 (73.8 - 78.2), 67.3 (64.6 - 69.9), 65.8 (63.1 - 68.5) and 60.6 (57.9 - 63.5) for body fat, WHR, waist and BMI, respectively. In women, the corresponding values were 72.3 (69.2 - 75.3), 66.6 (63.1 - 70.2), 64.1 (60.6 - 67.6) and 58.8 (55.2 - 62.4). The use of body fat percentage criterion enabled to capture three times more subjects with high CVD risk than BMI criterion, and almost twice as much as WHR criterion.. Conclusions: Obesity defined by body fat percentage is more accurate to detect high 10-year risk of fatal CVD than obesity markers based on WHR, waist or BMI.

Etude des gènes codant les protéines de gouttelettes lipidiques chez les patients avec la stéatose hépatique[Study of genes encoding proteins of lipid droplets in patients with fatty liver]

Introduction: La prévalence de la «non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD)» dans les pays industrialisés augment de manière exponentielle. La NAFLD se développe d'une simple stéatose hépatique jusqu'à l'hépatite, puis à la cirrhose. De plus, la stéatose hépatique est fréquemment accompagnée par une résistance à l'insuline, une des causes principales du diabète. Les lipides intermédiaires, tels que céramides et diacylglycérols, ont été décrits comme induisant la résistance à l'insuline. Cependant, nous avons démontré dans notre modèle de stéatose hépatique, que les souris présentant une invalidation de la protéine «microsomal triglyceride transfer protein» (Mtpp) au niveau hépatique, ne développent pas de résistance à l'insuline. Ceci suggère fortement l'existence d'autres mécanismes susceptibles d'induire la résistance à l'insuline. Résultats: Grâce à une analyse de Microarray, nous avons observé une augmentation de l'expression des gènes «cell-death inducing DFFA-like effector c (CIDEC)», «lipid storage droplet protein 5 (LSDP5)» et «Bernardinelli-Seip congenital lipodystrophy 2 homolog (Seipin)» dans le foie des souris Mttp. Ces gènes ont récemment été identifiés comme des protéines localisées autour des gouttelettes lipidiques. Nous avons également constaté que la souris Mttp développe plutôt une microstéatose (petites gouttelettes lipidiques) qu'une macrostéatose qui est normalement observée chez les patients avec NAFLD. Nous avons étudié l'expression des gènes associés aux gouttelettes lipidiques chez les patients obèses avec stéatose hépatique, avec ou sans résistance à l'insuline. Comparés aux sujets sains sans stéatose hépatique, les patients avec la stéatose ont une expression significativement plus élevée. De manière intéressante, les patients avec résistance à l'insuline ont une diminution de ces expressions. Conclusion : Ces données suggèrent que les gènes des gouttelettes lipidiques sont impliqués dans le développement de la stéatose hépatique chez l'homme et peut-être contribue à la mise en place de la résistance à l'insuline.

Characteristics and quality of care of diabetic patients residing int the canton of Vaud

Introduction: Within the framework of the «Programme cantonal Diabète», we aimed at collecting data to 1) describe the population of diabetic patients in the canton of Vaud, and 2) assess the quality of their care. Methods: A cross-sectional study was conducted in the fall of 2011. Out of 140 randomly selected community pharmacies registered in the canton of Vaud, 56 accepted to participate in patients' recruitment. Noninstitutionalized adult diabetic patients (disease duration >12 months) visiting a pharmacy with a prescription for oral anti-diabetic drugs, insulin, glycemic strips or glucose meter were eligible. Patients not residing in the canton of Vaud, not speaking and understanding French well enough, presenting obvious cognitive impairment, and women with gestational diabetes, were excluded. Using a self-administered questionnaire, data was collected on patients' characteristics and diabetes as well as various process (e.g. recommended annual screenings) and outcomes quality of care indicators. Descriptive analyses were performed. Results: A total of 406 patients with diabetes participated. Mean age was 64 years, 41% were women and 63% were married. Patients reported type 1, 2 and other types of diabetes in 13%, 69% and 19%, respectively. They were treated with oral anti-diabetic drugs, insulin or both in 50%, 23% and 27% of the cases. Half of the patients did not report any diabetes-related complication. Glucose self-monitoring was reported by 82% of the patients. Of those who were aware of HbA1C (n = 218), 98% reported at least one HbA1C control during the last 12 months. During that same time frame, 97% and 95% reported at least one blood pressure and weight measure, 94% reported having had a cholesterol check, 74%, 68% and 64% had eyes, feet and urine screening respectively. 62% of the patients had been immunized against influenza. At least 76% of the patients had a minimum of 5 of the 7 described process indicators performed during the last 12 months. Among patients who knew the value (n = 145), mean HbA1C was 7.4 (SD 1.2). Conclusion: This study targeting community-based diabetic patients shows that while routine clinical and laboratory tests were annually performed in the vast majority of patients, feet and urine screening, as well as influenza immunization, were less often reported by patients. The proportion of patients with diabetes having had at least 5 out of the 7 annual screenings performed was nevertheless very high.