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.

Mécanismes moléculaires de l'homodimérisation de la protéine Scaffold IB1 et son implication dans la sécrétion d'insuline

RÉSUMÉ Les kinases activées par des mitogènes (MAPKs) constituent une importante famille d'enzymes conservée dans l'évolution. Elles forment un réseau de signalisation qui permet à la cellule de réguler spécifiquement divers processus impliqués dans la différenciation, la survie ou l'apoptose. Les kinases formant le module MAPK sont typiquement disposées en cascades de trois partenaires qui s'activent séquentiellement par phosphorylation. Le module minimum est constitué d'une MAPK kinase kinase (MAPKKK), d'une MAPK kinase (MAPKK) et d'une MAPK. Une fois activée, la MAPK phosphoryle différents substrats tels que des facteurs de transcription ou d'autres protéines. Chez les mammifères, trois groupes principaux de MAPKs ont été identifiés. Il s'agit du groupe des kinases régulées par des signaux extracellulaires du type «mitogènes » (ERK), ainsi que des groupes p38 et cJun NH2-terminal kinase (JNK), ou SAPK pour stress activated protein kinase, plutôt activées par des stimuli de type «stress ». De nombreuses études ont impliqué JNK dans la régulation de différents processus physiologiques et pathologiques, comme le diabète, les arthrites rhumatoïdes, l'athérosclérose, l'attaque cérébrale, les maladies de Parkinson et d'Alzheimer. JNK, en particulier joue un rôle dans la mort des cellules sécrétrices d'insuline induite par l'interleukine (IL)-1 β, lors du développement du diabète de type 1. IB1 est une protéine scaffold (échafaud) qui participe à l'organisation du module de JNK. IB1 est fortement exprimée dans les neurones et les cellules β du pancréas. Elle a été impliquée dans la survie des cellules, la régulation de l'expression du transporteur du glucose de type 2 (Glut-2) et dans le processus de sécrétion d'insuline glucose-dépendante. IBl est caractérisée par plusieurs domaines d'interaction protéine-protéine : un domaine de liaison à JNK (JBD), un domaine homologue au domaine 3 de Src (SH3) et un domaine d'interaction avec des tyrosines phosphorylées (PID). Des partenaires d'IB1, incluant les membres de la familles des kinases de lignée mélangée (MLKs), la MAPKK MKK7, la phosphatase 7 des MAPKs (MKP-7) ainsi que la chaîne légère de la kinésine, ont été isolés. Tous ces facteurs, sauf les MLKs et MKK7 interagissent avec le domaine PID ou l'extrême partie C-terminale d'IBl (la chaîne légère de la kinésine). Comme d'autres protéines scaffolds déjà décrites, IBl et un autre membre de la famille, IB2, sont capables d'homo- et d'hétérodimériser. L'interaction a lieu par l'intermédiaire de leur région C-terminale, contenant les domaines SH3 et PID. Mais ni le mécanisme moléculaire, ni la fonction de la dimérisation n'ont été caractérisés. Le domaine SH3 joue un rôle central lors de l'assemblage de complexes de macromolécules impliquées dans la signalisation intracellulaire. Il reconnaît de préférence des ligands contenant un motif riche en proline de type PxxP et s'y lie. Jusqu'à maintenant, tous les ligands isolés se liant à un domaine SH3 sont linéaires. Bien que le domaine SH3 soit un domaine important de la transmission des signaux, aucun partenaire interagissant spécifiquement avec le domaine SH3 d'IB1 n'a été identifié. Nous avons démontré qu'IBl homodimérisait par un nouveau set unique d'interaction domaine SH3 - domaine SH3. Les études de cristallisation ont démontré que l'interface recouvrait une région généralement impliquée dans la reconnaissance classique d'un motif riche en proline de type PxxP, bien que le domaine SH3 d'IB1 ne contienne aucun motif PxxP. L'homodimère d'IB1 semble extrêmement stable. Il peut cependant être déstabilisé par trois mutations ponctuelles dirigées contre des résidus clés impliqués dans la dimérisation. Chaque mutation réduit l'activation basale de JNK dépendante d'IB 1 dans des cellules 293T. La déstabilisation de la dimérisation induite par la sur-expression du domaine SH3, provoque une diminution de la sécrétion d'insuline glucose dépendant. SUMMARY Mitogen activated kinases (MAPK) are an important and conserved enzyme family. They form a signaling network required to specifically regulate process involved in cell differentiation, proliferation or death. A MAPK module is typically organized in a threekinase cascade which are activated by sequential phosphorylation. The MAPK kinase kinase (MAPKKK), the MAPK kinase (MAPKK) and the MAPK constitute the minimal module. Once activated, the MAPK phosphorylates its targets like transcription factors or other proteins. In mammals, three major groups of MAPKs have been identified : the group of extra-cellular regulated kinase (ERK) which is activated by mitogens and the group of p38 and cJun NH2-terminal kinase (JNK) or SAPK for stress activated protein kinase, which are activated by stresses. Many studies implicated JNK in many physiological or pathological process regulations, like diabetes, rheumatoid arthritis, arteriosclerosis, strokes or Parkinson and Alzheimer disease. In particular, JNK plays a crucial role in pancreatic β cell death induced by Interleukin (IL)-1 β in type 1 diabetes. Islet-brain 1 (IB 1) is a scaffold protein that interacts with components of the JNK signal-transduction pathway. IB 1 is expressed at high levels in neurons and in pancreatic β-cells, where it has been implicated in cell survival, in regulating expression of the glucose transporter type 2 (Glut-2) and in glucose-induced insulin secretion. It contains several protein-protein interaction domains, including a JNK-binding domain (JBD), a Src homology 3 domain (SH3) and a phosphotyrosine interaction domain (PID). Proteins that have been shown to associate with IB 1 include members of the Mixed lineage kinase family (MLKs), the MAPKK MKK7, the MAPK phosphatase-7 MKP7, as well as several other ligands including kinesin light chain, LDL receptor related family members and the amyloid precursor protein APP. All these factors, except MLK3 and MKK7 have been shown to interact with the PID domain or the extreme C-terminal part (Kinesin light chain) of IB 1. As some scaffold already described, IB 1 and another member of the family, IB2, have previously been shown to engage in oligomerization through their respective C-terminal regions that include the SH3 and PID domains. But neither the molecular mechanisms nor the function of dimerization have yet been characterized. SH3 domains are central in the assembly of macromolecular complexes involved in many intracellular signaling pathways. SH3 domains are usually characterized by their preferred recognition of and association with canonical PxxP motif. In all these cases, a single linear sequence is sufficient for binding to the SH3 domain. However, although SH3 domains are important elements of signal transduction, no protein that interacts specifically with the SH3 domain of IB 1 has been identified so far. Here, we show that IB 1 homodimerizes through a navel and unique set of SH3-SH3 interactions. X-ray crystallography studies indicate that the dieter interface covers a region usually engaged in PxxP-mediated ligand recognition, even though the IB 1 SH3 domain lacks this motif. The highly stable IB 1 homodimer can be significantly destabilized in vitro by individual point-mutations directed against key residues involved in dimerization. Each mutation reduces IB 1-dependent basal JNK activity in 293T cells. Impaired dimerization induced by over-expression of the SH3 domain also results in a significant reduction in glucose-dependent insulin secretion in pancreatic β-cells.

Expression and functional activity of glucagon, glucagon-like peptide I, and glucose-dependent insulinotropic peptide receptors in rat pancreatic islet cells.

Rat pancreatic alpha- and beta-cells are critically dependent on hormonal signals generating cyclic AMP (cAMP) as a synergistic messenger for nutrient-induced hormone release. Several peptides of the glucagon-secretin family have been proposed as physiological ligands for cAMP production in beta-cells, but their relative importance for islet function is still unknown. The present study shows expression at the RNA level in beta-cells of receptors for glucagon, glucose-dependent insulinotropic polypeptide (GIP), and glucagon-like peptide I(7-36) amide (GLP-I), while RNA from islet alpha-cells hybridized only with GIP receptor cDNA. Western blots confirmed that GLP-I receptors were expressed in beta-cells and not in alpha-cells. Receptor activity, measured as cellular cAMP production after exposing islet beta-cells for 15 min to a range of peptide concentrations, was already detected using 10 pmol/l GLP-I and 50 pmol/l GIP but required 1 nmol/l glucagon. EC50 values of GLP-I- and GIP-induced cAMP formation were comparable (0.2 nmol/l) and 45-fold lower than the EC50 of glucagon (9 nmol/l). Maximal stimulation of cAMP production was comparable for the three peptides. In purified alpha-cells, 1 nmol/l GLP-I failed to increase cAMP levels, while 10 pmol/l to 10 nmol/l GIP exerted similar stimulatory effects as in beta-cells. In conclusion, these data show that stimulation of glucagon, GLP-I, and GIP receptors in rat beta-cells causes cAMP production required for insulin release, while adenylate cyclase in alpha-cells is positively regulated by GIP.

Impaired glucose tolerance and diabetes in obesity: a 6-year follow-up study of glucose metabolism.

To investigate the time course of glucose metabolism in obesity 33 patients (21 to 69 years old; body mass index [BMI], 25.7 to 53.3 kg/m2) with different degrees of glucose intolerance or diabetes who had been studied initially and 6 years later were submitted to the same 100-g oral glucose tolerance test (OGTT) with indirect calorimetry. From a group of 13 obese subjects with normal glucose tolerance (NGT), four developed impaired glucose tolerance (IGT); from a group of nine patients with IGT, three developed non-insulin-dependent diabetes mellitus (NIDDM); five of six obese NIDDM subjects with high insulin response developed NIDDM with low insulin response. Five patients had diabetes with hypoinsulinemia initially. As previously seen in a cross-sectional study, the 3-hour glucose storage measured by continuous indirect calorimetry remained unaltered in patients with IGT, whereas it decreased in NIDDM patients. A further decrease in glucose storage was observed with the lowering of the insulin response in the previously hyperinsulinemic diabetics. These results confirm cross-sectional studies that suggest successive phases in the evolution of obesity to diabetes: A, NGT; B, IGT (the hyperglycemia normalizing the glucose storage over 3 hours); C, diabetes with increased insulin response, where hyperglycemia does not correct the resistance to glucose storage anymore; and D, diabetes with low insulin response, with a low glucose storage and an elevated fasting and postload glycemia.

Effects of gastric bypass and gastric banding on glucose kinetics and gut hormone release

Rapport de Synthèse : Introduction : outre son effet bénéfique sur le poids, la chirurgie bariatrique améliore de façon considérable l'homéostasie glucide chez les patients diabétiques. Cette amélioration survient très tôt dans la période post-opératoire, avant que le poids ne soit réduit de manière importante. De plus, les interventions chirurgicales qui "court-circuitent" une partie de l'intestin grêle, telle que le by-pass gastrique, apparaissent être plus efficaces que les interventions purement restrictives, telles que le cerclage gastrique. Objectifs : cette étude a pour but d'étudier la cinétique du glucose et la sécrétion d'hormones gastro-intestinales, consécutive à l'ingestion d'une dose charge de glucose, chez des patients opérés d'un by-pass ou d'un cerclage gastrique. Méthodes : nous avons comparé des groupes de femmes non diabétiques ayant bénéficié d'un by-pass gastrique (BPG, n=8) ou d'un cerclage gastrique (CG, n=6) à un groupe de femmes contrôles d'âge et de poids appariées n'ayant subi aucune intervention bariatrique (C, n=8). L'étude a été réalisée alors que le poids des volontaires était stable, soit entre 9 et 48 mois après le BPG, et 25 à 85 mois après le CG. Nous avons étudié, pendant les 4 heures qui ont suivies l'ingestion d'une dose charge de glucose; la cinétique du glucose ingéré et du glucose total à l'aide d'un glucose radio-activement marqué, ainsi que la cinétique de l'insuline et de différentes hormones gastro-intestinales. Résultats : l'apparition du glucose exogène dans la circulation systémique est plus rapide chez les patients opérés d'un BPG et s'accompagne d'une hyperglycémie postprandiale plus brève. La réponse insulinique est également plus précoce et plus importante que dans les deux autres groupes. S'agissant des hormones gastro-intestinales, on observe dans la période postprandiale une augmentation de PYY et de GLP-1 et une suppression de la grehline significativement plus importante après BPG. Discussion : ces différentes observations suggèrent que le BPG est associé à de profonds changements de la cinétique du glucose et des altérations de la régulation d'hormones gastro-intestinales. Les modifications susmentionnées apparaissant être secondaires aux modifications anatomiques consécutives au BPG, i.e. la mise "hors-circuit" de l'estomac distal et de l'intestin grêle proximal, compte tenu du fait qu'elles ne sont pas observées après CG. Finalement, la stimulation de PYY et de GLP-1 ainsi que la suppression postprandiale plus importante de ghréline est compatible avec la diminution spontanée de la prise alimentaire observée chez les patients opérés d'un BPG.

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.

Effects of a short-term overfeeding with fructose or glucose in healthy young males.

Consumption of simple carbohydrates has markedly increased over the past decades, and may be involved in the increased prevalence in metabolic diseases. Whether an increased intake of fructose is specifically related to a dysregulation of glucose and lipid metabolism remains controversial. We therefore compared the effects of hypercaloric diets enriched with fructose (HFrD) or glucose (HGlcD) in healthy men. Eleven subjects were studied in a randomised order after 7 d of the following diets: (1) weight maintenance, control diet; (2) HFrD (3.5 g fructose/kg fat-free mass (ffm) per d, +35 % energy intake); (3) HGlcD (3.5 g glucose/kg ffm per d, +35 % energy intake). Fasting hepatic glucose output (HGO) was measured with 6,6-2H2-glucose. Intrahepatocellular lipids (IHCL) and intramyocellular lipids (IMCL) were measured by 1H magnetic resonance spectroscopy. Both fructose and glucose increased fasting VLDL-TAG (HFrD: +59 %, P < 0.05; HGlcD: +31 %, P = 0.11) and IHCL (HFrD: +52 %, P < 0.05; HGlcD: +58 %, P = 0.06). HGO increased after both diets (HFrD: +5 %, P < 0.05; HGlcD: +5 %, P = 0.05). No change was observed in fasting glycaemia, insulin and alanine aminotransferase concentrations. IMCL increased significantly only after the HGlcD (HFrD: +24 %, NS; HGlcD: +59 %, P < 0.05). IHCL and VLDL-TAG were not different between hypercaloric HFrD and HGlcD, but were increased compared to values observed with a weight maintenance diet. However, glucose led to a higher increase in IMCL than fructose.

No interactions between previously associated 2-hour glucose gene variants and physical activity or BMI on 2-hour glucose levels.

Gene-lifestyle interactions have been suggested to contribute to the development of type 2 diabetes. Glucose levels 2 h after a standard 75-g glucose challenge are used to diagnose diabetes and are associated with both genetic and lifestyle factors. However, whether these factors interact to determine 2-h glucose levels is unknown. We meta-analyzed single nucleotide polymorphism (SNP) × BMI and SNP × physical activity (PA) interaction regression models for five SNPs previously associated with 2-h glucose levels from up to 22 studies comprising 54,884 individuals without diabetes. PA levels were dichotomized, with individuals below the first quintile classified as inactive (20%) and the remainder as active (80%). BMI was considered a continuous trait. Inactive individuals had higher 2-h glucose levels than active individuals (β = 0.22 mmol/L [95% CI 0.13-0.31], P = 1.63 × 10(-6)). All SNPs were associated with 2-h glucose (β = 0.06-0.12 mmol/allele, P ≤ 1.53 × 10(-7)), but no significant interactions were found with PA (P > 0.18) or BMI (P ≥ 0.04). In this large study of gene-lifestyle interaction, we observed no interactions between genetic and lifestyle factors, both of which were associated with 2-h glucose. It is perhaps unlikely that top loci from genome-wide association studies will exhibit strong subgroup-specific effects, and may not, therefore, make the best candidates for the study of interactions.

Genetic variation in GIPR influences the glucose and insulin responses to an oral glucose challenge.

Glucose levels 2 h after an oral glucose challenge are a clinical measure of glucose tolerance used in the diagnosis of type 2 diabetes. We report a meta-analysis of nine genome-wide association studies (n = 15,234 nondiabetic individuals) and a follow-up of 29 independent loci (n = 6,958-30,620). We identify variants at the GIPR locus associated with 2-h glucose level (rs10423928, beta (s.e.m.) = 0.09 (0.01) mmol/l per A allele, P = 2.0 x 10(-15)). The GIPR A-allele carriers also showed decreased insulin secretion (n = 22,492; insulinogenic index, P = 1.0 x 10(-17); ratio of insulin to glucose area under the curve, P = 1.3 x 10(-16)) and diminished incretin effect (n = 804; P = 4.3 x 10(-4)). We also identified variants at ADCY5 (rs2877716, P = 4.2 x 10(-16)), VPS13C (rs17271305, P = 4.1 x 10(-8)), GCKR (rs1260326, P = 7.1 x 10(-11)) and TCF7L2 (rs7903146, P = 4.2 x 10(-10)) associated with 2-h glucose. Of the three newly implicated loci (GIPR, ADCY5 and VPS13C), only ADCY5 was found to be associated with type 2 diabetes in collaborating studies (n = 35,869 cases, 89,798 controls, OR = 1.12, 95% CI 1.09-1.15, P = 4.8 x 10(-18)).

Nocturnal hypoglycaemias in type 1 diabetic patients : what can we learn with continuous glucose monitoring ?

Rapport de synthèse : Hypoglycémies nocturnes chez les patients diabétiques de type 1 : que pouvons-nous apprendre de la mesure de la glycémie en continu ? But : les hypoglycémies nocturnes sont une complication majeure du traitement des patients diabétiques de type 1; des autocontrôles de la glycémie capillaire sont donc recommandés pour les détecter. Cependant, la majorité des hypoglycémies nocturnes ne sont pas décelées par un autocontrôle glycémique durant la nuit. La mesure de la glycémie en continu (CGMS) est une alternative intéressante. Les buts de cette étude rétrospective étaient d'évaluer la véritable incidence des hypoglycémies nocturnes chez des patients diabétiques de type 1, la meilleure période pour effectuer un autocontrôle permettant de prédire une hypoglycémie nocturne, la relation entre les hyperglycémies matinales et les hypoglycémies nocturnes (phénomène de Somogyi) ainsi que l'utilité du CGMS pour réduire les hypoglycémies nocturnes. Méthode : quatre-vingt-huit patients diabétiques de type 1 qui avaient bénéficié d'un CGMS ont été inclus. Les indications au CGMS, les hypoglycémies nocturnes et diurnes ainsi que la corrélation entre les hypoglycémies nocturnes et les hyperglycémies matinales durant le CGMS ont été enregistrées. L'efficacité du CGMS pour réduire les hypoglycémies nocturnes a été évaluée six à neuf mois après. Résultats : la prévalence des hypoglycémies nocturnes était de 67% (32% non suspectées). La sensibilité d'une hypoglycémie à prédire une hypoglycémie nocturne était de 37% (OR = 2,37, P = 0,001) lorsqu'elle survient au coucher (22-24 h) et de 43% lorsqu'elle survient à 3 h (OR = 4,60, P < 0,001). Les hypoglycémies nocturnes n'étaient pas associées à des hyperglycémies matinales, mais à des hypoglycémies matinales (OR = 3.95, P < 0.001). Six à neuf mois après le CGMS, les suspicions cliniques d'hypoglycémies nocturnes ont diminué de 60% à 14% (P < 0.001). Abstract : Aim. - In type 1 diabetic patients (TIDM), nocturnal hypoglycaemias (Nlï) are a serious complication of T1DM treatment; self-monitoring of blood glucose (SMBG) is recommended to detect them. However, the majority of NH remains undetected on an occasional SMBG done during the night. An alternative strategy is the Continuous glucose monitoring (CGMS), which retrospectively shows the glycaemic profile. The aims of this retrospective study were to evaluate the true incidence of NH in TiDM, the bèst SMBG time to predict NH, the relationship between morning hyperglycaemia and N$ (Somogyi phenomenon) and the utility of CGMS to reduce NH. Methods. -Eighty-eight T1DM who underwent a CGMS exam were included. Indications for CGMS evaluarion, hypoglycaemias and correlation with morning hyperglycaemias were recorded. The efficiency of CGMS to reduce the suspected NH was evaluated after 6-9 months. Results. -The prevalence of NH was 67% (32% of them unsuspected). A measured hypoglycaemia at bedtime (22-24 h) had a sensitivity of 37% to detect NH (OR = 2.37, P = 0.001), while a single measure <_ 4 mmol/l at 3-hour had a sensitivity of 43% (OR = 4.60, P < 0.001). NH were not associated with morning hyperglycaemias but with morning hypoglycaemias (OR = 3.95, P < 0.001). After 6-9 months, suspicions of NH decreased from 60 to 14% (P < 0.001). Conclusion. - NH were highly prevalent and often undetected. SMBG at bedtime, which detected hypoglycaemia had sensitivity almost equal to that of 3-hour and should be preferred because it is easier to perform. Somogyi phenomenon was not observed. CGMS is useful to reduce the risk of NH in 75% of patients.

Stratégies thérapeutiques en présence d'un diabète de type 2 [Therapeutic strategies in type 2 diabetes]

UKPDS and DCCT studies have demonstrated the critical role of tight glycaemic control to reduce the micro- and macro-vascular damage linked to diabetes. Unfortunately, the insulin requirement of type 2 diabetic patients remains elevated since 5 to 7% of these patients will required, yearly, a change from oral antidiabetic drug to insulin treatment to maintain a good glycaemic control. This manuscript is intended to review the currently available oral antidiabetic drugs, their benefits as well as potential arms and to propose a simplified therapeutic strategy in presence of type 2 diabetes.

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.

MRS glucose mapping and PET joining forces: re-evaluation of the lumped constant in the rat brain under isoflurane anaesthesia.

Although numerous positron emission tomography (PET) studies with (18) F-fluoro-deoxyglucose (FDG) have reported quantitative results on cerebral glucose kinetics and consumption, there is a large variation between the absolute values found in the literature. One of the underlying causes is the inconsistent use of the lumped constants (LCs), the derivation of which is often based on multiple assumptions that render absolute numbers imprecise and errors hard to quantify. We combined a kinetic FDG-PET study with magnetic resonance spectroscopic imaging (MRSI) of glucose dynamics in Sprague-Dawley rats to obtain a more comprehensive view of brain glucose kinetics and determine a reliable value for the LC under isoflurane anaesthesia. Maps of Tmax /CMRglc derived from MRSI data and Tmax determined from PET kinetic modelling allowed to obtain an LC-independent CMRglc . The LC was estimated to range from 0.33 ± 0.07 in retrosplenial cortex to 0.44 ± 0.05 in hippocampus, yielding CMRglc between 62 ± 14 and 54 ± 11 μmol/min/100 g, respectively. These newly determined LCs for four distinct areas in the rat brain under isoflurane anaesthesia provide means of comparing the growing amount of FDG-PET data available from translational studies.

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.

Thermogenesis induced by five different intravenous glucose/insulin infusions in healthy young men.

The thermogenic response induced by glucose/insulin administered intravenously was examined in 22 healthy male volunteers using indirect calorimetry in combination with the euglycaemic insulin clamp technique. Five increasing steady state levels of insulinaemia (62 muU/ml to 1132 muU/ml) were achieved by means of continuous infusions of insulin at 5 rates ranging from 0.5 mU/kg.min to 10 mU/kg.min. Euglycaemia was maintained at each insulin level by infusing glucose at different rates ranging from steady state values of 0.41 g/min to 0.77 g/min. These glucose/insulin infusions resulted in a significant net rise in resting energy expenditure from 0.33 kJ/min to 0.94 kJ/min over preinfusion baseline values for the lowest and the highest doses respectively. There was a highly significant relationship (r = 0.93, p<0.001, n = 42) between the amount of glucose infused and the net increase in energy expenditure over preinfusion baseline values. Intravenous glucose induced thermogenesis (GIT(iv)) was calculated as incremental values of energy expenditure related to step changes in glucose infusion rates. GIT(iv) was found to be approximately 5.5% a physiological plasma insulin levels (i.e. below 200 muU/ml) whereas at supraphysiological levels (i.e.>400 muU/ml) GIT(iv) was increased up to 8%. It was concluded that: 1. the magnitude of the GIT(iv) at physiological insulinaemia was similar to that found by other investigators who have administered glucose per os; 2. the elevated thermogenesis observed at high doses of glucose/insulin infusion is consistent with recent clinical findings showing a markedly increased energy expenditure in patients supported by large quantities of intravenous glucose (TPN).