Relation entre glucose cérébral et systémique chez le sujet neurolésé: une étude par microdialyse cérébrale

Introduction: Le glucose est le principal substrat énergétique cérébral. Sa concentration dans le cerveau est étroitement liée à la glycémie. Chez le patient neurolésé, du fait de l'augmentation des besoins énergétiques, les réserves cérébrales de glucose sont limitées. Une glycémie suffisamment élevée paraît nécessaire pour assurer un apport adéquat de glucose au cerveau. Objectifs : Le but de cette étude est de mieux comprendre la relation entre glucose cérébral et glycémie lors de lésion cérébrale en analysant la physiologie cérébrale chez des patients neurolésés. Plus précisément nous investiguerons: La relation entre le glucose cérébral et le glucose systémique et son association avec le pronostic vital, l'association entre la neuroglucopénie et différents paramètres cérébraux tel que l'hypertension intracrânienne (HTIC) ou la dysfonction énergétique et finalement l'effet d'une perfusion de glucose 10% sur le glucose cérébral lors d'état de neuroglucopénie. Méthodologie : Analyse d'une base de données prospective comportant des patients souffrant d'un traumatisme crânio-cérébral (TCC) ou une hémorragie sous- arachnoïdienne (HSA) sévères. Les patients comateux sont monitorés par un dispositif intra-parenchymateux avancé, comprenant un cathéter de microdialyse cérébrale et un capteur de PbO2. Résultats : 34 patients consécutifs (moyenne d'âge 42 ans, moyenne de temps jusqu'au début du monitoring : 1.5 jours ± 1 ; moyenne de la durée maximale du monitoring : 6 jours ± 3) ont été étudiés, 25 patients souffrant d'un TCC et 9 patients avec une HSA. Nous avons obtenu une corrélation individuelle entre le glucose cérébral et la glycémie chez 52.9 % des patients. Lorsque la glycémie est inférieure à 5 mmol/l, on observe plus fréquemment des épisodes de neuroglucopénie en comparaison aux valeurs intermédiaires de glycémie (5 - 9.9 mmol/l). Les épisodes d'HTIC (pression intracrânienne (PIC) > 20 mmHg) sont plus fréquemment associés à des épisodes de neuroglucopénie que lorsque la pression intracrânienne est normale 75 % vs. 35%. La dysfonction énergétique est plus souvent associés à des épisodes de neuroglucopénie que lorsque le LPR est normal: 55% contre 36%. Un coefficient de corrélation entre glucose cérébral et glycémie significativement plus élevé a été obtenu chez les survivants que chez les non-survivants (0.1 [interquartile range 0.02- 0.3] contre 0.32 [0.17-0.61]). Chez les patients neuroglucopéniques ayant une corrélation entre glucose cérébral et glycémie, la perfusion de glucose i.v. fait monter le glucose cérébral jusqu'à l'arrêt de la perfusion. Conclusion : Malgré une étroite relation entre glycémie et glucose cérébral en conditions stables, cette relation peut être altérée par des causes cérébrales chez les patients neurolésés montrant que la diminution de la disponibilité du glucose extracellulaire ne résulte pas uniquement d'une hypoglycémie relative mais également de causes cérébrales tel que l'hypoperfusion, l'HTIC ou la dysfonction énergétique.

Measurement of biologically available naphthalene in gas and aqueous phases by use of a Pseudomonas putida biosensor.

Genetically constructed microbial biosensors for measuring organic pollutants are mostly applied in aqueous samples. Unfortunately, the detection limit of most biosensors is insufficient to detect pollutants at low but environmentally relevant concentrations. However, organic pollutants with low levels of water solubility often have significant gas-water partitioning coefficients, which in principle makes it possible to measure such compounds in the gas rather than the aqueous phase. Here we describe the first use of a microbial biosensor for measuring organic pollutants directly in the gas phase. For this purpose, we reconstructed a bioluminescent Pseudomonas putida naphthalene biosensor strain to carry the NAH7 plasmid and a chromosomally inserted gene fusion between the sal promoter and the luxAB genes. Specific calibration studies were performed with suspended and filter-immobilized biosensor cells, in aqueous solution and in the gas phase. Gas phase measurements with filter-immobilized biosensor cells in closed flasks, with a naphthalene-contaminated aqueous phase, showed that the biosensor cells can measure naphthalene effectively. The biosensor cells on the filter responded with increasing light output proportional to the naphthalene concentration added to the water phase, even though only a small proportion of the naphthalene was present in the gas phase. In fact, the biosensor cells could concentrate a larger proportion of naphthalene through the gas phase than in the aqueous suspension, probably due to faster transport of naphthalene to the cells in the gas phase. This led to a 10-fold lower detectable aqueous naphthalene concentration (50 nM instead of 0.5 micro M). Thus, the use of bacterial biosensors for measuring organic pollutants in the gas phase is a valid method for increasing the sensitivity of these valuable biological devices.

Régulation du canal à sodium épithélial par le sodim extracellulaire et développement d'un microsystème intégré pour l'étude électrophysiologique sur ovocytes de "Xenopus laevis"

Résumé : La première partie de ce travail de thèse est consacrée au canal à sodium épithélial (ENaC), l'élément clé du transport transépithélial de Na+ dans le néphron distal, le colon et les voies aériennes. Ce canal est impliqué dans certaines formes génétiques d'hypo- et d'hypertension (PHA I, syndrome de Liddle), mais aussi, indirectement, dans la mucoviscidose. La réabsorption transépithéliale de Na+ est principalement régulée par des hormones (aldostérone, vasopressine), mais aussi directement par le Na+, via deux phénomènes distincts, la « feedback inhibition » et la « self-inhibition » (SI). Ce second phénomène est dépendant de la concentration de Na+ extracellulaire, et montre une cinétique rapide (constante de temps d'environ 3 s). Son rôle physiologique serait d'assurer l'homogénéité de la réabsorption de Na+ et d'empêcher que celle-ci soit excessive lorsque les concentrations de Na+ sont élevées. Différents éléments appuient l'hypothèse de la présence d'un site de détection de la concentration du Na+ extracellulaire sur ENaC, gouvernant la SI. L'objectif de ce premier projet est de démontrer l'existence du site de détection impliqué dans la SI et de déterminer ses propriétés physiologiques et sa localisation. Nous avons montré que les caractéristiques de la SI (en termes de sélectivité et affinité ionique) sont différentes des propriétés de conduction du canal. Ainsi, nos résultats confirment l'hypothèse de l'existence d'un site de détection du Na+ (responsable de la transmission de l'information au mécanisme de contrôle de l'ouverture du canal), différent du site de conduction. Par ailleurs, ce site présente une affinité basse et indépendante du voltage pour le Na+ et le Li+ extracellulaires. Le site semble donc être localisé dans le domaine extracellulaire, plutôt que transmembranaire, de la protéine. L'étape suivante consiste alors à localiser précisément le site sur le canal. Des études précédentes, ainsi que des résultats préliminaires récemment obtenus, mettent en avant le rôle dans la self-inhibition du premiers tiers des boucles extracellulaires des sous-unités α et γ du canal. Le second projet tire son origine des limitations de la méthode classique pour l'étude des canaux ioniques, après expression dans les ovocytes de Xenopus laevis, par la méthode du voltage-clamp à deux électrodes, en particulier les limitations dues à la lenteur des échanges de solutions. En outre, cette méthode souffre de nombreux désavantages (manipulations délicates et peu rapides, grands volumes de solution requis). Plusieurs systèmes améliorés ont été élaborés, mais aucun ne corrige tous les désavantages de la méthode classique Ainsi, l'objectif ici est le développement d'un système, pour l'étude électrophysiologique sur ovocytes, présentant les caractéristiques suivantes : manipulation des cellules facilitée et réduite, volumes de solution de perfusion faibles et vitesse rapide d'échange de la perfusion. Un microsystème intégré sur une puce a été élaboré. Ces capacités de mesure ont été testées en utilisant des ovocytes exprimant ENaC. Des résultats similaires (courbes IV, courbes dose-réponse au benzamil) à ceux obtenus avec le système traditionnel ont été enregistrés avec le microsystème. Le temps d'échange de solution a été estimé à ~20 ms et des temps effectifs de changement ont été déterminés comme étant 8 fois plus court avec le nouveau système comparé au classique. Finalement, la SI a été étudiée et il apparaît que sa cinétique est 3 fois plus rapide que ce qui a été estimé précédemment avec le système traditionnel et son amplitude de 10 à 20 % plus importante. Le nouveau microsystème intégré apparaît donc comme adapté à la mesure électrophysiologique sur ovocytes de Xenopus, et possèdent des caractéristiques appropriées à l'étude de phénomènes à cinétique rapide, mais aussi à des applications de type « high throughput screening ». Summary : The first part of the thesis is related to the Epithelial Sodium Channel (ENaC), which is a key component of the transepithelial Na+ transport in the distal nephron, colon and airways. This channel is involved in hypo- and hypertensive syndrome (PHA I, Liddle syndrome), but also indirectly in cystic fibrosis. The transepithelial reabsorption of Na+ is mainly regulated by hormones (aldosterone, vasopressin), but also directly by Na+ itself, via two distinct phenomena, feedback inhibition and self-inhibition. This latter phenomenon is dependant on the extracellular Na+ concentration and has rapid kinetics (time constant of about 3 s). Its physiological role would be to prevent excessive Na+ reabsorption and ensure this reabsorption is homogenous. Several pieces of evidence enable to propose the hypothesis of an extracellular Na+ sensing site on ENaC, governing self-inhibition. The aim of this first project is to demonstrate the existence of the sensing site involved in self-inhibition and to determine its physiological properties and localization. We show self-inhibition characteristics (ionic selectivity and affinity) are different from the conducting properties of the channel. Our results support thus the hypothesis that the Na+ sensing site (responsible of the transmission of the information about the extracellular Na+ concentration to the channel gating mechanism), is different from the channel conduction site. Furthermore, the site has a low and voltage-insensitive affinity for extracellular Na+ or Li+. This site appears to be located in the extracellular domain rather than in the transmembrane part of the channel protein. The next step is then to precisely localize the site on the channel. Some previous studies and preliminary results we recently obtained highlight the role of the first third of the extracellular loop of the α and γ subunits of the channel in self-inhibition. The second project originates in the limitation of the classical two-electrode voltageclamp system classically used to study ion channels expressed in Xenopus /aevis oocytes, in particular limitations related to the slow solution exchange time. In addition, this technique undergoes several drawbacks (delicate manipulations, time consumption volumes). Several improved systems have been built up, but none corrected all these detriments. The aim of this second study is thus to develop a system for electrophysiological study on oocytes featuring an easy and reduced cell handling, small necessary perfusion volumes and fast fluidic exchange. This last feature establishes the link with the first project, as it should enable to improve the kinetics analysis of self-inhibition. A PDMS chip-based microsystem has been elaborated. Its electrophysiological measurement abilities have been tested using oocytes expressing ENaC. Similar measurements (IV curves of benzamil-sensitive currents, benzamil dose-response curves) have been obtained with this system, compared to the traditional one. The solution exchange time has been estimated at N20 ms and effective exchange times (on inward currents) have been determined as 8 times faster with the novel system compared to the classical one. Finally, self-inhibition has been studied and it appears its kinetics is 3 times faster and its amplitude 10 to 20 % higher than what has been previously estimated with the traditional system. The novel integrated microsystem appears therefore to be convenient for electrophysiological measurement on Xenopus oocytes, and displays features suitable for the study of fast kinetics phenomenon, but also high throughput screening applications. Résumé destiné large public : Le corps humain est composé d'organes, eux-mêmes constitués d'un très grand nombre de cellules. Chaque cellule possède une paroi appelée membrane cellulaire qui sépare l'intérieur de cette cellule (milieu intracellulaire) du liquide (milieu extracellulaire) dans lequel elle baigne. Le maintien de la composition stable de ce milieu extracellulaire est essentiel pour la survie des cellules et donc de l'organisme. Le sodium est un des composants majeurs du milieu extracellulaire, sa quantité dans celui-ci doit être particulièrement contrôlée. Le sodium joue en effet un rôle important : il conditionne le volume de ce liquide extracellulaire, donc, par la même, du sang. Ainsi, une grande quantité de sodium présente dans ce milieu va de paire avec une augmentation du volume sanguin, ce qui conduit l'organisme à souffrir d'hypertension. On se rend donc compte qu'il est très important de contrôler la quantité de sodium présente dans les différents liquides de l'organisme. Les apports de sodium dans l'organisme se font par l'alimentation, mais la quantité de sodium présente dans le liquide extracellulaire est contrôlée de manière très précise par le rein. Au niveau de cet organe, on appelle urine primaire le liquide résultant de la filtration du sang. Elle contient de nombreuses substances, des petites molécules, dont l'organisme a besoin (sodium, glucose...), qui sont ensuite récupérées dans l'organe. A la sortie du rein, l'urine finale ne contient plus que l'excédent de ces substances, ainsi que des déchets à éliminer. La récupération du sodium est plus ou moins importante, en fonction des ajustements à apporter à la quantité présente dans le liquide extracellulaire. Elle a lieu grâce à la présence de protéines, dans les membranes des cellules du rein, capables de le transporter et de le faire transiter de l'urine primaire vers le liquide extracellulaire, qui assurera ensuite sa distribution dans l'ensemble de l'organisme. Parmi ces protéines « transporteurs de sodium », nous nous intéressons à une protéine en particulier, appelée ENaC. Il a été montré qu'elle jouait un rôle important dans cette récupération de sodium, elle est en effet impliquée dans des maladies génétiques conduisant à l'hypo- ou à l'hypertension. De précédents travaux ont montré que lorsque le sodium est présent en faible quantité dans l'urine primaire, cette protéine permet d'en récupérer une très grande partie. A l'inverse, lorsque cette quantité de sodium dans l'urine primaire est importante, sa récupération par le biais d'ENaC est réduite. On parle alors d'autorégulation : la protéine elle-même est capable d'adapter son activité de transport en fonction des conditions. Ce phénomène d'autorégulation constitue a priori un mécanisme préventif visant à éviter une trop grande récupération de sodium, limitant ainsi les risques d'hypertension. La première partie de ce travail de thèse a ainsi consisté à clarifier le mécanisme d'autorégulation de la protéine ENaC. Ce phénomène se caractérise en particulier par sa grande vitesse, ce qui le rend difficile à étudier par les méthodes traditionnelles. Nous avons donc, dans une deuxième partie, développé un nouveau système permettant de mieux décrire et analyser cette « autorégulation » d'ENaC. Ce second projet a été mené en collaboration avec l'équipe de Martin Gijs de l'EPFL.

A highly sensitive LC-tandem MS assay for the measurement in plasma and in urine of salbutamol administered by nebulization during mechanical ventilation in healthy volunteers.

The new-generation nebulizers are commonly used for the administration of salbutamol in mechanically ventilated patients. The different modes of administration and new devices have not been compared. We developed a liquid chromatography-tandem mass spectrometry method for the determination of concentrations as low as 0.05 ng/mL of salbutamol, corresponding to the desired plasma concentration after inhalation. Salbutamol quantification was performed by reverse-phase HPLC. Analyte quantification was performed by electrospray ionization-triple quadrupole mass spectrometry using selected reaction monitoring detection ESI in the positive mode. The method was validated over concentrations ranging from 0.05 to 100 ng/mL in plasma and from 0.18 to 135 ng/mL in urine. The method is precise, with mean inter-day coefficient of variation (CV%) within 3.1-8.3% in plasma and 1.3-3.9% in urine, as well as accurate. The proposed method was found to reach the required sensitivity for the evaluation of different nebulizers as well as nebulization modes. The present assay was applied to examine whether salbutamol urine levels, normalized with the creatinine levels, correlated with the plasma concentrations. A suitable, convenient and noninvasive method of monitoring patients receiving salbutamol by mechanical ventilation could be implemented. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.

Effects of regular insulin or insulin LISPRO on glucose metabolism after an oral glucose load in patients with type 2 diabetes mellitus.

Seven obese Type 2 diabetic patients were studied for two 4-h periods after ingestion of a glucose load to determine the effects of preprandial subcutaneous injection of Insulin Lispro (5 min before the meal) or regular insulin (20 min before the meal) on glucose metabolism. Glucose production and utilisation were measured using a dual isotope method. After Lispro, the mean postprandial increase in plasma glucose was 29% lower and the increase in insulin concentration 25% higher than after regular insulin (p < 0.05). Suppression of endogenous glucose production was similar with both types of insulin. Thus, preprandial injection of Lispro reduced postprandial glucose increments in Type 2 diabetic patients as compared to regular insulin. This effect is best explained by the increased postprandial bioavailability of Lispro.

Cloning, functional expression, and chromosomal localization of the human pancreatic islet glucose-dependent insulinotropic polypeptide receptor.

Glucose-dependent insulinotropic polypeptide (GIP) is a hormone secreted by the endocrine K-cells from the duodenum that stimulates glucose-induced insulin secretion. Here, we present the molecular characterization of the human pancreatic islet GIP receptor. cDNA clones for the GIP receptor were isolated from a human pancreatic islet cDNA library. They encoded two different forms of the receptor, which differed by a 27-amino acid insertion in the COOH-terminal cytoplasmic tail. The receptor protein sequence was 81% identical to that of the rat GIP receptor. When expressed in Chinese hamster lung fibroblasts, both forms of the receptor displayed high-affinity binding for GIP (180 and 600 pmol/l). GIP binding was displaced by &lt; 20% by 1 mumol/l glucagon, glucagon-like peptide (GLP-I)(7-36) amide, vasoactive intestinal peptide, and secretin. However exendin-4 and exendin-(9-39) at 1 mumol/l displaced binding by approximately 70 and approximately 100% at 10 mumol/l. GIP binding to both forms of the receptor induced a dose-dependent increase in intracellular cAMP levels (EC50 values of 0.6-0.8 nmol/l) but no elevation of cytoplasmic calcium concentrations. Interestingly, both exendin-4 and exendin-(9-39) were antagonists of the receptor, inhibiting GIP-induced cAMP formation by up to 60% when present at a concentration of 10 mumol/l. Finally, the physical and genetic chromosomal localization of the receptor gene was determined to be on 19q13.3, close to the ApoC2 gene. These data will help study the physiology and pathophysiology of the human GIP receptor.

A New Approach for the Carbon Monoxide (CO) Exposure Diagnosis: Measurement of Total CO in Human Blood Versus Carboxyhemoglobin (HbCO).

The aim of the study is to present the application of a headspace-gas chromatography-mass spectrometry (HS-GC-MS) method for the determination of the carbon monoxide (CO) blood concentration and to compare it with carboxyhemoglobin (HbCO) saturation. In postmortem cases, the HbCO measured by spectrophotometry frequently leads to inaccurate results due to inadequate samples or analyses. The true role of CO intoxication in the death of a person could be misclassified. The estimation of HbCO from HS-GC-MS CO measurements provides helpful information by determining the total CO levels (CO linked to hemoglobin (HbCO) and CO dissociated from hemoglobin). The CO concentrations were converted in HbCO saturation levels to define cutoff blood CO values. CO limits were defined as less than 1 μmol/mL for living persons, less than 1.5 μmol/mL for dead persons without CO exposure, and greater than 3 μmol/mL for dead persons with clear CO poisoning.

Accuracy profile validation of a new analytical method for propane measurement using headspace-gas chromatography-mass spectrometry

Propane can be responsible for several types of lethal intoxication and explosions. Quantifying it would be very helpful to determine in some cases the cause of death. Some gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) methods of propane measurements do already exist. The main drawback of these GC-MS methods described in the literature is the absence of a specific propane internal standard necessary for accurate quantitative analysis. The main outcome of the following study was to provide an innovative Headspace-GC-MS method (HS-GC-MS) applicable to the routine determination of propane concentration in forensic toxicology laboratories. To date, no stable isotope of propane is commercially available. The development of an in situ generation of standards is thus presented. An internal-labeled standard gas (C3DH7) is generated in situ by the stoichiometric formation of propane by the reaction of deuterated water (D2O) with Grignard reagent propylmagnesium chloride (C3H7MgCl). The method aims to use this internal standard to quantify propane concentrations and, therefore, to obtain precise measurements. Consequently, a complete validation with an accuracy profile according to two different guidelines, the French Society of Pharmaceutical Sciences and Techniques (SFSTP) and the Gesellschaft für toxikologische und Forensische Chemie (GTFCh), is presented.

Glucose metabolism in cancer cells.

The specific sensitization of tumor cells to the apoptotic response induced by genotoxins is a promising way of increasing the efficacy of chemotherapies. The RasGAP-derived fragment N2, while not regulating apoptosis in normal cells, potently sensitizes tumor cells to cisplatin- and other genotoxin-induced cell death. Here we show that fragment N2 in living cells is mainly located in the cytoplasm and only minimally associated with specific organelles. The cytoplasmic localization of fragment N2 was required for its cisplatin-sensitization property because targeting it to the mitochondria or the ER abrogated its ability to increase the death of tumor cells in response to cisplatin. These results indicate that fragment N2 requires a spatially constrained cellular location to exert its anti-cancer activity.

Characterization of cerebral glucose dynamics in vivo with a four-state conformational model of transport at the blood-brain barrier.

Determination of brain glucose transport kinetics in vivo at steady-state typically does not allow distinguishing apparent maximum transport rate (T(max)) from cerebral consumption rate. Using a four-state conformational model of glucose transport, we show that simultaneous dynamic measurement of brain and plasma glucose concentrations provide enough information for independent and reliable determination of the two rates. In addition, although dynamic glucose homeostasis can be described with a reversible Michaelis-Menten model, which is implicit to the large iso-inhibition constant (K(ii)) relative to physiological brain glucose content, we found that the apparent affinity constant (K(t)) was better determined with the four-state conformational model of glucose transport than with any of the other models tested. Furthermore, we confirmed the utility of the present method to determine glucose transport and consumption by analysing the modulation of both glucose transport and consumption by anaesthesia conditions that modify cerebral activity. In particular, deep thiopental anaesthesia caused a significant reduction of both T(max) and cerebral metabolic rate for glucose consumption. In conclusion, dynamic measurement of brain glucose in vivo in function of plasma glucose allows robust determination of both glucose uptake and consumption kinetics.

Feasibility of direct mapping of cerebral fluorodeoxy-D-glucose metabolism in situ at subcellular resolution using soft X-ray fluorescence.

Glucose metabolism is difficult to image with cellular resolution in mammalian brain tissue, particularly with (18) fluorodeoxy-D-glucose (FDG) positron emission tomography (PET). To this end, we explored the potential of synchrotron-based low-energy X-ray fluorescence (LEXRF) to image the stable isotope of fluorine (F) in phosphorylated FDG (DG-6P) at 1 μm(2) spatial resolution in 3-μm-thick brain slices. The excitation-dependent fluorescence F signal at 676 eV varied linearly with FDG concentration between 0.5 and 10 mM, whereas the endogenous background F signal was undetectable in brain. To validate LEXRF mapping of fluorine, FDG was administered in vitro and in vivo, and the fluorine LEXRF signal from intracellular trapped FDG-6P over selected brain areas rich in radial glia was spectrally quantitated at 1 μm(2) resolution. The subsequent generation of spatial LEXRF maps of F reproduced the expected localization and gradients of glucose metabolism in retinal Müller glia. In addition, FDG uptake was localized to periventricular hypothalamic tanycytes, whose morphological features were imaged simultaneously by X-ray absorption. We conclude that the high specificity of photon emission from F and its spatial mapping at ≤1 μm resolution demonstrates the ability to identify glucose uptake at subcellular resolution and holds remarkable potential for imaging glucose metabolism in biological tissue. © 2012 Wiley Periodicals, Inc.

Metabolic fate of fructose ingested with and without glucose in a mixed meal.

Ingestion of pure fructose stimulates de novo lipogenesis and gluconeogenesis. This may however not be relevant to typical nutritional situations, where fructose is invariably ingested with glucose. We therefore assessed the metabolic fate of fructose incorporated in a mixed meal without or with glucose in eight healthy volunteers. Each participant was studied over six hours after the ingestion of liquid meals containing either 13C-labelled fructose, unlabeled glucose, lipids and protein (Fr + G) or 13C-labelled fructose, lipids and protein, but without glucose (Fr), or protein and lipids alone (ProLip). After Fr + G, plasma 13C-glucose production accounted for 19.0% ± 1.5% and 13CO2 production for 32.2% ± 1.3% of 13C-fructose carbons. After Fr, 13C-glucose production (26.5% ± 1.4%) and 13CO2 production (36.6% ± 1.9%) were higher (p < 0.05) than with Fr + G. 13C-lactate concentration and very low density lipoprotein VLDL 13C-palmitate concentrations increased to the same extent with Fr + G and Fr, while chylomicron 13C-palmitate tended to increase more with Fr + G. These data indicate that gluconeogenesis, lactic acid production and both intestinal and hepatic de novo lipogenesis contributed to the disposal of fructose carbons ingested together with a mixed meal. Co-ingestion of glucose decreased fructose oxidation and gluconeogenesis and tended to increase 13C-pamitate concentration in gut-derived chylomicrons, but not in hepatic-borne VLDL-triacylglycerol (TG). This trial was approved by clinicaltrial. gov. Identifier is NCT01792089.

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.

Sex differences in lipid and glucose kinetics after ingestion of an acute oral fructose load.

The increase in VLDL TAG concentration after ingestion of a high-fructose diet is more pronounced in men than in pre-menopausal women. We hypothesised that this may be due to a lower fructose-induced stimulation of de novo lipogenesis (DNL) in pre-menopausal women. To evaluate this hypothesis, nine healthy male and nine healthy female subjects were studied after ingestion of oral loads of fructose enriched with 13C6 fructose. Incorporation of 13C into breath CO2, plasma glucose and plasma VLDL palmitate was monitored to evaluate total fructose oxidation, gluconeogenesis and hepatic DNL, respectively. Substrate oxidation was assessed by indirect calorimetry. After 13C fructose ingestion, 44.0 (sd 3.2)% of labelled carbons were recovered in plasma glucose in males v. 41.9 (sd 2.3)% in females (NS), and 42.9 (sd 3.7)% of labelled carbons were recovered in breath CO2 in males v. 43.0 (sd 4.5)% in females (NS), indicating similar gluconeogenesis from fructose and total fructose oxidation in males and females. The area under the curve for 13C VLDL palmitate tracer-to-tracee ratio was four times lower in females (P < 0.05), indicating a lower DNL. Furthermore, lipid oxidation was significantly suppressed in males (by 16.4 (sd 5.2), P < 0.05), but it was not suppressed in females ( -1.3 (sd 4.7)%). These results support the hypothesis that females may be protected against fructose-induced hypertriglyceridaemia because of a lower stimulation of DNL and a lower suppression of lipid oxidation.

Accuracy profile validation of a new analytical method for butane measurement using headspace-gas chromatography-mass spectrometry.

The aim of our study was to provide an innovative HS-GC/MS method applicable to the routine determination of butane concentration in forensic toxicology laboratories. The main drawback of the GC/MS methods discussed in literature concerning butane measurement was the absence of a specific butane internal standard necessary to perform quantification. Because no stable isotope of butane is commercially available, it is essential to develop a new approach by an in situ generation of standards. To avoid the manipulation of a stable isotope-labelled gas, we have chosen to generate in situ an internal labelled standard gas (C(4)H(9)D) following the basis of the stoichiometric formation of butane by the reaction of deuterated water (D(2)O) with Grignard reagent butylmagnesium chloride (C(4)H(9)MgCl). This method allows a precise measurement of butane concentration and therefore, a full validation by accuracy profile was presented.