Contributions of fat and protein to the incretin effect of a mixed meal.

Background: The relative contributions of fat and protein to the incretin effect are still largely unknown.Objective: This study assessed the incretin effects elicited by a mixed meal, and by its fat and protein components alone, with the use of a hyperglycemic clamp combined with oral nutrients.Design: Eight healthy volunteers were studied over 6 h after ingestion of a sandwich containing 1) dried meat, butter, and white bread; 2) dried meat alone; 3) butter alone; or 4) no meal (fasting control). Meals were ingested during a hyperglycemic clamp, and the incretin effect was calculated as the increment in plasma insulin after food intake relative to the concentrations observed during the control study.Results: A significant augmentation of postprandial insulin secretion, independent of plasma glycemia, occurred after ingestion of the mixed nutrients and the lipid component of the mixed meal (203 +/- 20.7% and 167.4 +/- 22.9% of control, respectively; both P < 0.05), whereas the protein component did not induce a significant incretin effect (129.0 +/- 7.9% of control; P = 0.6)Conclusions: Fat ingestion, in an amount typical of a standard meal, increases insulin secretion during physiologic hyperglycemia and thus contributes to the incretin effect. In contrast, ingestion of protein typical of normal meals does not contribute to the augmentation of postprandial insulin secretion. This trial was registered at clinicaltrials.gov as NCT00869453.

Encapsulated, genetically engineered cells, secreting glucagon-like peptide-1 for the treatment of non-insulin-dependent diabetes mellitus.

Non-insulin-dependent, or type II, diabetes mellitus is characterized by a progressive impairment of glucose-induced insulin secretion by pancreatic beta cells and by a relative decreased sensitivity of target tissues to the action of this hormone. About one third of type II diabetic patients are treated with oral hypoglycemic agents to stimulate insulin secretion. These drugs however risk inducing hypoglycemia and, over time, lose their efficacy. An alternative treatment is the use of glucagon-like peptide-1 (GLP-1), a gut peptidic hormone with a strong insulinotropic activity. Its activity depends of the presence of normal blood glucose concentrations and therefore does not risk inducing hypoglycemia. GLP-1 can correct hyperglycemia in diabetic patients, even in those no longer responding to hypoglycemic agents. Because it is a peptide, GLP-1 must be administered by injection; this may prevent its wide therapeutic use. Here we propose to use cell lines genetically engineered to secrete a mutant form of GLP-1 which has a longer half-life in vivo but which is as potent as the wild-type peptide. The genetically engineered cells are then encapsulated in semi-permeable hollow fibers for implantation in diabetic hosts for constant, long-term, in situ delivery of the peptide. This approach may be a novel therapy for type II diabetes.

Microglia/macrophages migrate through retinal epithelium barrier by a transcellular route in diabetic retinopathy: role of PKCζ in the Goto Kakizaki rat model.

Diabetic retinopathy is associated with ocular inflammation, leading to retinal barrier breakdown, macular edema, and visual cell loss. We investigated the molecular mechanisms involved in microglia/macrophages trafficking in the retina and the role of protein kinase Cζ (PKCζ) in this process. Goto Kakizaki (GK) rats, a model for spontaneous type 2 diabetes were studied until 12 months of hyperglycemia. Up to 5 months, sparse microglia/macrophages were detected in the subretinal space, together with numerous pores in retinal pigment epithelial (RPE) cells, allowing inflammatory cell traffic between the retina and choroid. Intercellular adhesion molecule-1 (ICAM-1), caveolin-1 (CAV-1), and PKCζ were identified at the pore border. At 12 months of hyperglycemia, the significant reduction of pores density in RPE cell layer was associated with microglia/macrophages accumulation in the subretinal space together with vacuolization of RPE cells and disorganization of photoreceptors outer segments. The intraocular injection of a PKCζ inhibitor at 12 months reduced iNOS expression in microglia/macrophages and inhibited their migration through the retina, preventing their subretinal accumulation. We show here that a physiological transcellular pathway takes place through RPE cells and contributes to microglia/macrophages retinal trafficking. Chronic hyperglycemia causes alteration of this pathway and subsequent subretinal accumulation of activated microglia/macrophages.

Glycogen storage capacity and de novo lipogenesis during massive carbohydrate overfeeding in man.

The metabolic balance method was performed on three men to investigate the fate of large excesses of carbohydrate. Glycogen stores, which were first depleted by diet (3 d, 8.35 +/- 0.27 MJ [1994 +/- 65 kcal] decreasing to 5.70 +/- 1.03 MJ [1361 +/- 247 kcal], 15% protein, 75% fat, 10% carbohydrate) and exercise, were repleted during 7 d carbohydrate overfeeding (11% protein, 3% fat, and 86% carbohydrate) providing 15.25 +/- 1.10 MJ (3642 +/- 263 kcal) on the first day, increasing progressively to 20.64 +/- 1.30 MJ (4930 +/- 311 kcal) on the last day of overfeeding. Glycogen depletion was again accomplished with 2 d of carbohydrate restriction (2.52 MJ/d [602 kcal/d], 85% protein, and 15% fat). Glycogen storage capacity in man is approximately 15 g/kg body weight and can accommodate a gain of approximately 500 g before net lipid synthesis contributes to increasing body fat mass. When the glycogen stores are saturated, massive intakes of carbohydrate are disposed of by high carbohydrate-oxidation rates and substantial de novo lipid synthesis (150 g lipid/d using approximately 475 g CHO/d) without postabsorptive hyperglycemia.

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.

Diabète et conduite: réflexions et atelier pratique [Diabetes and driving: thoughts and educational perspectives].

In Switzerland over 200'000 people with diagnosed diabetes drive a car. Their physicians endorse many roles: usual medical care as well as informing properly about driving recommandations and handling the legal issues behing the licensing procedure. Ability to drive can be impaired in three ways: hypogylcemia, diabetes complications and hyperglycemia. Hypoglycemia is the main risk factor of vehicle accident for diabetic drivers and frequent while driving. However few accidents are reported due to hypoglycemia. Swiss medical guidelines about diabetes and driving mention the requested conditions, but practically how should we do? We sought to answear by creating a specific educationnal program focused on hypoglycemia management. Building patient knowledges through experiences is the main goal of the course diabetes and driving.

Phenotypic and molecular characterization of the onset of neuropathy in rodent models of diabetes mellitus

Abstract : The principal focus of this work was to study the molecular changes leading to the development of diabetic peripheral neuropathy (DPN). DPN is the most common complication associated with both type I and II diabetes mellitus (DM). This pathology is the leading cause of non-traumatic amputations. Even though the pathological and morphological changes underlying DPN are relatively well described, the implicated molecular mechanisms remain poorly understood. The following two approaches were developed to study the development of DPN in a rodent model of DM type I. As a first approach, we studied the implication of lipid metabolism in DPN phenotype, concentrating on Sterol Response Element Binding Protein (SREBP)-lc which is the key regulator of storage lipid metabolism. We showed that SREBP-1c was expressed in peripheral nerves and that its expression profile followed the expression of genes involved in storage lipid metabolism. In addition, the expression of SREBP-1c in the endoneurium of peripheral nerves was dependant upon nutritional status and this expression was also perturbed in type I diabetes. In line with this, we showed that insulin elevated the expression of SREBP-1c in primary cultured Schwann cells by activating the SREBP-1c promoter. Taken together, these findings reveal that SREBP-1c expression in Schwann cells responds to metabolic stimuli including insulin and that this response is affected in type I diabetes mellitus. This suggests that disturbed SREBP-1c regulated lipid metabolism may contribute to the pathophysiology of DPN. As a second approach, we performed a comprehensive analysis of the molecular changes associated with DPN in the Akital~1~+ mouse which is a model of spontaneous early-onset type I diabetes mellitus. This mouse expresses a mutated non-functional isoform of insulin, leading to hypoinsulinemia and hyperglycaemia. To determine the onset of DPN, weight, blood glucose and motor nerve conduction velocity (MNCV) were measured in Akital+/+ mice during the first three months of life. A decrease in MNCV was evident akeady one week after the onset of hyperglycemia. To explore the molecular changes associated with the development of DPN in these mice, we performed gene expression profiling using sciatic nerve endoneurium and dorsal root ganglia (DRG) isolated from early diabetic male Akita+/+ mice and sex-matched littermate controls. No major transcriptional changes were detected either in the DRG or in the sciatic nerve endoneurium. This experiment indicates that the phenotypic changes observed during the development of DPN are not correlated with major transcriptional alterations, but mainly with alterations at the protein level. Résumé Lors ce travail, nous nous sommes intéressés aux changements moléculaires aboutissant aux neuropathies périphériques dues au diabète (NPD). Les NPD sont la complication la plus commune du diabète de type I et de type II. Cette pathologie est une cause majeure d'amputations. Même si les changements pathologiques et morphologiques associés aux NPD sont relativement bien décrits, les mécanismes moléculaires provoquant cette pathologie sont mal connus. Deux approches ont principalement été utilisées pour étudier le développement des NPD dans des modèles murins du diabète de type I. Nous avons d'abord étudié l'impact du métabolisme des lipides sur le développement des NPD en nous concentrant sur Sterol Response Element Binding Protein (SREBP)-1 c qui est un régulateur clé des lipides de stockage. Nous avons montré que SREBP-1 c est exprimé dans les nerfs périphériques et que son profil d'expression suit celui de gènes impliqués dans le métabolisme des lipides de stockage. De plus, l'expression de SREBP-1c dans l'endoneurium des nerfs périphériques est dépendante du statut nutritionnel et est dérégulée lors de diabète de type I. Nous avons également pu montrer que l'insuline augmente l'expression de SREBP-1c dans des cultures primaires de cellules de Schwann en activant le promoteur de SREBP-1c. Ses résultats démontrent que l'expression de SREBP-1c dans les cellules de Schwann est contrôlée par des stimuli métaboliques comme l'insuline et que cette réponse est affectée dans le cas d'un diabète de type I. Ces données suggèrent que la dérégulation de l'expression de SREBP-1c lors du diabète pourrait affecter le métabolisme des lipides et ainsi contribuer à la pathophysiologie des NPD. Comme seconde approche, nous avons réalisé une analyse globale des changements moléculaires associés au développement des NPD chez les souris Akita+/+, un modèle de diabète de type I. Cette souris exprime une forme mutée et non fonctionnelle de l'insuline provoquant une hypoinsulinémie et une hyperglycémie. Afin de déterminer le début du développement de la NPD, le poids, le niveau de glucose sanguin et la vitesse de conduction nerveuse (VCN) ont été mesurés durant les 3 premiers mois de vie. Une diminution de la VCN a été détectée une semaine seulement après le développement de l'hyperglycémie. Pour explorer les changements moléculaires associés avec le développement des NPD, nous avons réalisé un profil d'expression de l'endoneurium du nerf sciatique et des ganglions spinaux isolés à partir de souris Akital+/+ et de souris contrôles Akita+/+. Aucune altération transcriptionnelle majeure n'a été détectée dans nos échantillons. Cette expérience suggère que les changements phénotypiques observés durant le développement des NPD ne sont pas corrélés avec des changements importants au niveau transcriptionnel, mais plutôt avec des altérations au niveau protéique. Résumé : Lors ce travail, nous nous sommes intéressés aux changements moléculaires aboutissant aux neuropathies périphériques dues au diabète (NPD). Les NPD sont la complication la plus commune du diabète de type I et de type II. Cette pathologie est une cause majeure d'amputations. Même si les changements pathologiques et morphologiques associés aux NPD sont relativement bien décrits, les mécanismes moléculaires provoquant cette pathologie sont mal connus. Deux approches ont principalement été utilisées pour étudier le développement des NPD dans des modèles murins du diabète de type I. Nous avons d'abord étudié l'impact du métabolisme des lipides sur le développement des NPD en nous concentrant sur Sterol Response Element Binding Protein (SREBP)-1c qui est un régulateur clé des lipides de stockage. Nous avons montré que SREBP-1 c est exprimé dans les nerfs périphériques et que son profil d'expression suit celui de gènes impliqués dans le métabolisme des lipides de stockage. De plus, l'expression de SREBP-1c dans l'endoneurium des nerfs périphériques est dépendante du statut nutritionnel et est dérégulée lors de diabète de type I. Nous avons également pu montrer que l'insuline augmente l'expression de SREBP-1c dans des cultures primaires de cellules de Schwann en activant le promoteur de SREBP-1c. Ses résultats démontrent que l'expression de SREBP-1c dans les cellules de Schwann est contrôlée par des stimuli métaboliques comme l'insuline et que cette réponse est affectée dans le cas d'un diabète de type I. Ces données suggèrent que la dérégulation de l'expression de SREBP-1c lors du diabète pourrait affecter le métabolisme des lipides et ainsi contribuer à la pathophysiologie des NPD. Comme seconde approche, nous avons réalisé une analyse globale des changements moléculaires associés au développement des NPD chez les souris Akita~~Z~+, un modèle de diabète de type I. Cette souris exprime une forme mutée et non fonctionnelle de l'insuline provoquant une hypoinsulinémie et une hyperglycémie. Afin de déterminer le début du développement de la NPD, le poids, le niveau de glucose sanguin et la vitesse de conduction nerveuse (VCN) ont été mesurés durant les 3 premiers mois de vie. Une diminution de la VCN a été détectée une semaine seulement après le développement de l'hyperglycémie. Pour explorer les changements moléculaires associés avec le développement des NPD, nous avons réalisé un profil d'expression de l'endoneurium du nerf sciatique et des ganglions spinaux isolés à partir de souris Akital+/+ et de souris contrôles Akita+/+. Aucune altération transcriptionnelle majeure n'a été détectée dans nos échantillons. Cette expérience suggère que les changements phénotypiques observés durant le développement des NPD ne sont pas corrélés avec des changements importants au niveau transcriptionnel, mais plutôt avec des altérations au niveau protéique.

Expectation to improve cardiovascular risk factors control in participants to a health promotion program.

BACKGROUND: We assessed expectations to improve cardiovascular disease risk factors (CVD-RF) in participants to a health promotion program. PARTICIPANTS AND METHODS: Blood pressure (BP), blood glucose (BG), blood total cholesterol (TC), body mass index (BMI), and self-reported smoking were assessed in 1,598 volunteers from the general public (men: 40%; mean age: 56.7 +/- 12.7 years) participating in a mobile health promotion program in the Vaud canton, Switzerland. Participants were asked about their expectation to have their CVD-RF improved at a next visit scheduled 2-3 years later. RESULTS: Expectation for improved control was found in 90% of participants with elevated BP, 91% with elevated BG, 45% with elevated TC, 44% who were overweight, and 35% who were smoking. Expectation for TC improvement was reported more often by men, persons with high level of TC, and persons who had consulted a doctor in the past 12 months. Expectations to lose weight and to quit smoking were found more often in younger persons than the older ones. CONCLUSION: Volunteers from the general population participating in a health promotion program expected improved control more often for hypertension and dysglycemia than for dyslipidemia, overweight and smoking.

Role of MicroRNAs in Islet Beta-Cell Compensation and Failure during Diabetes.

Pancreatic beta-cell function and mass are markedly adaptive to compensate for the changes in insulin requirement observed during several situations such as pregnancy, obesity, glucocorticoids excess, or administration. This requires a beta-cell compensation which is achieved through a gain of beta-cell mass and function. Elucidating the physiological mechanisms that promote functional beta-cell mass expansion and that protect cells against death, is a key therapeutic target for diabetes. In this respect, several recent studies have emphasized the instrumental role of microRNAs in the control of beta-cell function. MicroRNAs are negative regulators of gene expression, and are pivotal for the control of beta-cell proliferation, function, and survival. On the one hand, changes in specific microRNA levels have been associated with beta-cell compensation and are triggered by hormones or bioactive peptides that promote beta-cell survival and function. Conversely, modifications in the expression of other specific microRNAs contribute to beta-cell dysfunction and death elicited by diabetogenic factors including, cytokines, chronic hyperlipidemia, hyperglycemia, and oxidized LDL. This review underlines the importance of targeting the microRNA network for future innovative therapies aiming at preventing the beta-cell decline in diabetes.

Streptozotocin induces a shift towards T regulatory cell responses in vivo

Objectives: Streptozotocin (STZ) induced diabetes is currently the most commonly used animalmodel for islet transplantation.However, STZtreatment and the ensuing hyperglycemia were both shown to affect the immune response, including an apparent induction of lymphopenia. The aim of this study was to evaluate the respective effect of STZ and hyperglycemia on the immune system in STZ induced diabetic C57BL/6 mice. Methods: Phenotypes and levels of T and B cells were analyzed by flow cytometry in blood and spleen over time. The effect of hyperglycemia was further characterized by insulin replacement, islet transplantation and by using Rip (rat insulin promoter) DTR (dipheteria tocin receptor) transgenic mice. Results: STZ but not hyperglycemia was toxic for splenocytes in vitro, whereas hyperglycemia correlated with diabetes associated blood and spleen lymphopenia in vivo. Moreover, independently of hyperglycemia, STZ lead to a relative increase of T regulatory cells which retained their suppressive capacity in vitro. Conclusion: These data suggest thatSTZand the ensuing acute hyperglycemia have major direct and indirect effects on immune homeostasis. Thus, high caution needs to be exercised in the interpretation of the results of tolerance induction and/or immunosuppressive protocols in STZ-induced diabetes and islet transplantation models.

Characterization of the molecular mechanisms of insulin exocytosis and of their adaptation to physiopathological conditions

Résumé large public Le glucose est une source d'énergie essentielle pour notre organisme, indispensable pour le bon fonctionnement des cellules de notre corps. Les cellules β du pancréas sont chargées de réguler l'utilisation du glucose et de maintenir la glycémie (taux de glucose dans le sang) à un niveau constant. Lorsque la glycémie augmente, ces dernières sécrètent l'insuline, une hormone favorisant l'absorption, l'utilisation et le stockage du glucose. Une sécrétion insuffisante d'insuline provoque une élévation anormale du taux de glucose dans le sang (hyperglycémie) et peut mener au développement du diabète sucré. L'insuline est sécrétée dans le sang par un mécanisme particulier appelé exocytose. Une meilleure compréhension de ce mécanisme est nécessaire dans l'espoir de trouver des nouvelles thérapies pour traiter les 170 millions de personnes atteintes de diabète sucré à travers le monde. L'implication de diverses protéines, comme les SNAREs ou Rabs a déjà été démontrée. Cependant leurs mécanismes d'action restent, à ce jour, peu compris. De plus, l'adaptation de la machinerie d'exocytose à des conditions physiopathologiques, comme l'hyperglycémie, est encore à élucider. Le but de mon travail de thèse a été de clarifier le rôle de deux protéines, Noc2 et Tomosyn, dans l'exocytose ; puis de déterminer les effets d'une exposition prolongée à un taux élevé de glucose sur l'ensemble des protéines de la machinerie d'exocytose. Noc2 est un partenaire potentiel de deux Rabs connues pour leur implication dans les dernières étapes de l'exocytose, Rab3 et Rab27. Grâce à l'étude de différents mutants de Noc2, j'ai montré que l'interaction avec Rab27 permet à la protéine de s'associer avec les organelles de la cellule β contenant l'insuline. De plus, en diminuant sélectivement l'expression de Noc2, j'ai déterminé l'importance de cette protéine pour le bon fonctionnement du processus d'exocytose et le relâchement de l'insuline. Quant à Tomosyn, une protéine interagissant avec les protéines SNAREs, j'ai démontré son importance dans la sécrétion d'insuline en diminuant de manière sélective son expression dans les cellules β. Ensuite, grâce à une combinaison d'approches moléculaires et de microscopie, j'ai mis en évidence le rôle de Tomosyn dans les dernières étapes de l'exocytose. Enfin, puisque la sécrétion d'insuline est diminuée lors d'une hyperglycémie prolongée, j'ai analysé l'adaptation de la machinerie d'exocytose à ces conditions. Ceci m'a permis de découvrir que l'expression de quatre protéines essentielles pour le processus d'exocytose, Noc2, Rab3, Rab27 et Granuphilin, est fortement diminuée lors d'une hyperglycémie chronique. L'ensemble de ces données met en évidence l'importance de Noc2 et Tomosyn dans la sécrétion d'insuline. L'inhibition, par un taux élevé de glucose, de l'expression de Noc2 et d'autres protéines indispensables pour l'exocytose suggère que ce phénomène pourrait contribuer au développement du diabète sucré. Résumé L'exocytose d'insuline, en réponse au glucose circulant dans le sang, est la fonction principale de la cellule β. Celle-ci permet de stabiliser le taux de glucose sanguin (glycémie). Le diabète de type 2 est caractérisé par une glycémie élevée due, principalement, à un défaut de sécrétion d'insuline en réponse au glucose. La compréhension des mécanismes qui contrôlent l'exocytose d'insuline est essentielle pour clarifier les causes du diabète sucré. Plusieurs composants impliqués dans ce processus ont été identifiés. Ceux-ci incluent les SNAREs Syntaxin-1, VAMP2 et SNAP25 et les GTPases Rab3 et Rab27 qui jouent un rôle dans les dernières étapes de l'exocytose. Pendant mon travail de thèse, j'ai étudié le rôle de Noc2, un des partenaires de Rab3 et Rab27, dans l'exocytose d'insuline. Nous avons déterminé que Noc2 s'associe aux granules de sécrétion d'insuline grâce à son interaction avec Rab27. La diminution de l'expression de Noc2 dans la lignée cellulaire β INS-1E, par ARN interférence, influence négativement la sécrétion d'insuline stimulée par différents sécrétagogues et prouve que cette protéine Noc2 est essentielle pour l'exocytose d'insuline. L'interaction avec Munc13, une protéine impliquée dans l'arrimage des vésicules, suggère que Noc2 participe au recrutement des granules d'insuline à la membrane plasmique. Ensuite, j'ai analysé l'adaptation de la machinerie d'exocytose à des concentrations supraphysiologiques de glucose. Le niveau d'expression de Rab3 et Rab27 et de leurs effecteurs Granuphilin/S1p4 et Noc2 est fortement diminué par une exposition prolongée des cellules β à haut glucose. L'effet observé est en relation avec l'induction de l'expression de ICER, un facteur de transcription surexprimé dans des conditions d'hyperglycémie et également dans des modèles génétiques de diabète de type 2. La surexpression de ICER dans des cellules INS-1E diminue l'expression de Rab3, Rab27, Granuphilin/Slp4 et Noc2 et par conséquent l'exocytose d'insuline. Ainsi, l'induction de ICER, après une exposition prolongée à haut glucose, régule négativement l'expression de protéines essentielles pour l'exocytose et altère la sécrétion d'insuline. Ce mécanisme pourrait contribuer au dysfonctionnement de l'exocytose d'insuline dans le diabète de type 2. Dans la dernière partie de ma thèse, j'ai investigué le rôle de la protéine Tomosyn-1 dans la formation du complexe SNARE. Cette protéine a une forte affinité pour Syntaxin-1 et contient un domaine SNARE. Tomosyn-1 est concentrée dans les régions cellulaires enrichies en granules de sécrétion. La diminution sélective de l'expression de Tomosyn-1 induit une réduction de l'exocytose stimulée par différents sécrétagogues. Cet effet est dû à un défaut de fusion des granules avec la membrane plasmique. Ceci nous indique que Tomosyn-1 intervient dans une phase importante de la préparation des vésicules à la fusion, qui est nécessaire à l'exocytose. Abstract: Insulin exocytosis from pancreatic β-cells plays a central role in blood glucose homeostasis. Diabetes mellitus is a complex metabolic disorder characterized by secretory dysfunctions in pancreatic β-cells and release of amounts of insulin that are inappropriate to maintain blood glucose concentration within normal physiological ranges. To define the causes of β-cell failure a basic understanding of the molecular mechanisms that control insulin exocytosis is essential. Some of the molecular components involved in this process have been identified, including the SNARE proteins VAMP2, Syntaxin-1 and SNAP25 and the two GTPases, Rab3 and Rab27, that regulate the final steps of insulin secretion. I first investigated the role of Noc2, a potential Rab3 and Rab27 partner, in insulin secretion. I found that Noc2 associates with Rab27 and is recruited by this GTPase on insulin- containing granules. Silencing of the Noc2 gene by RNA interference led to a strong impairment in the capacity of the β-cell line INS-1E to respond to secretagogues, indicating that appropriate levels of the protein are essential for insulin exocytosis. I also showed that Noc2 interacts with Munc13, a protein that controls vesicle priming, suggesting a possible involvement of Noc2 in the recruitment of secretory granules at the plasma membrane. In the second part of my thesis, I investigated the adaptation of the molecular machinery of exocytosis to physiopathological conditions. I found that the expression of Rab3, Rab27 and of their effectors Granuphilin/Slp4 and Noc2 is dramatically decreased by chronic exposure of β-ce1ls to supraphysiological glucose levels. The observed glucotoxic effect is a consequence of the induction of ICER, a transcriptional repressor that is increased by prolonged hyperglycemia and in genetic models of type 2 diabetes. Overexpression of ICER reduced Granuphilin, Noc2, Rab3 and Rab27 levels and inhibited exocytosis. These results suggest that the presence of inappropriate levels of ICER diminishes the expression of a group of proteins essential for exocytosis and contributes to defective insulin release in type 2 diabetes. In the last part of my thesis, I focused my attention on the role of Tomosyn-1, a Syntaxin-1 binding protein possessing a SNARE-like motif, in the control of SNARE complex assembly. I found that Tomosyn-1 is concentrated in cellular compartments enriched in insulin-containing secretory granules. Silencing of Tomosyn-1 did not affect the number of secretory granules docked at the plasma membrane but decreased their release probability, resulting in a reduction in stimulus-induced insulin exocytosis. These findings suggest that Tomosyn-1 is involved in a post-docking event that prepares secretory granules for fusion and is necessary to sustain exocytosis in response to insulin secretagogues.

J-shaped association between serum glucose and functional outcome in acute ischemic stroke.

BACKGROUND AND PURPOSE: Hyperglycemia after stroke is associated with larger infarct volume and poorer functional outcome. In an animal stroke model, the association between serum glucose and infarct volume is described by a U-shaped curve with a nadir ≈7 mmol/L. However, a similar curve in human studies was never reported. The objective of the present study is to investigate the association between serum glucose levels and functional outcome in patients with acute ischemic stroke. METHODS: We analyzed 1446 consecutive patients with acute ischemic stroke. Serum glucose was measured on admission at the emergency department together with multiple other metabolic, clinical, and radiological parameters. National Institutes of Health Stroke Scale (NIHSS) score was recorded at 24 hours, and Rankin score was recorded at 3 and 12 months. The association between serum glucose and favorable outcome (Rankin score ≤2) was explored in univariate and multivariate analysis. The model was further analyzed in a robust regression model based on fractional polynomial (-2-2) functions. RESULTS: Serum glucose is independently correlated with functional outcome at 12 months (OR, 1.15; P=0.01). Other predictors of outcome include admission NIHSS score (OR, 1.18; P<0001), age (OR, 1.06; P<0.001), prestroke Rankin score (OR, 20.8; P=0.004), and leukoaraiosis (OR, 2.21; P=0.016). Using these factors in multiple logistic regression analysis, the area under the receiver-operator characteristic curve is 0.869. The association between serum glucose and Rankin score at 12 months is described by a J-shaped curve with a nadir of 5 mmol/L. Glucose values between 3.7 and 7.3 mmol/L are associated with favorable outcome. A similar curve was generated for the association of glucose and 24-hour NIHSS score, for which glucose values between 4.0 and 7.2 mmol/L are associated with a NIHSS score <7. Discussion-Both hypoglycemia and hyperglycemia are dangerous in acute ischemic stroke as shown by a J-shaped association between serum glucose and 24-hour and 12-month outcome. Initial serum glucose values between 3.7 and 7.3 mmol/L are associated with favorable outcome.

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.

Interplay of oxidative, nitrosative/nitrative stress, inflammation, cell death and autophagy in diabetic cardiomyopathy.

Diabetes is a recognized risk factor for cardiovascular diseases and heart failure. Diabetic cardiovascular dysfunction also underscores the development of diabetic retinopathy, nephropathy and neuropathy. Despite the broad availability of antidiabetic therapy, glycemic control still remains a major challenge in the management of diabetic patients. Hyperglycemia triggers formation of advanced glycosylation end products (AGEs), activates protein kinase C, enhances polyol pathway, glucose autoxidation, which coupled with elevated levels of free fatty acids, and leptin have been implicated in increased generation of superoxide anion by mitochondria, NADPH oxidases and xanthine oxidoreductase in diabetic vasculature and myocardium. Superoxide anion interacts with nitric oxide forming the potent toxin peroxynitrite via diffusion limited reaction, which in concert with other oxidants triggers activation of stress kinases, endoplasmic reticulum stress, mitochondrial and poly(ADP-ribose) polymerase 1-dependent cell death, dysregulates autophagy/mitophagy, inactivates key proteins involved in myocardial calcium handling/contractility and antioxidant defense, activates matrix metalloproteinases and redox-dependent pro-inflammatory transcription factors (e.g. nuclear factor kappaB) promoting inflammation, AGEs formation, eventually culminating in myocardial dysfunction, remodeling and heart failure. Understanding the complex interplay of oxidative/nitrosative stress with pro-inflammatory, metabolic and cell death pathways is critical to devise novel targeted therapies for diabetic cardiomyopathy, which will be overviewed in this brief synopsis. This article is part of a Special Issue entitled: Autophagy and protein quality control in cardiometabolic diseases.

A new early and automated MRI-based predictor of motor improvement after stroke.

OBJECTIVES: In this study, we investigated the structural plasticity of the contralesional motor network in ischemic stroke patients using diffusion magnetic resonance imaging (MRI) and explored a model that combines a MRI-based metric of contralesional network integrity and clinical data to predict functional outcome at 6 months after stroke. METHODS: MRI and clinical examinations were performed in 12 patients in the acute phase, at 1 and 6 months after stroke. Twelve age- and gender-matched controls underwent 2 MRIs 1 month apart. Structural remodeling after stroke was assessed using diffusion MRI with an automated measurement of generalized fractional anisotropy (GFA), which was calculated along connections between contralesional cortical motor areas. The predictive model of poststroke functional outcome was computed using a linear regression of acute GFA measures and the clinical assessment. RESULTS: GFA changes in the contralesional motor tracts were found in all patients and differed significantly from controls (0.001 ≤ p < 0.05). GFA changes in intrahemispheric and interhemispheric motor tracts correlated with age (p ≤ 0.01); those in intrahemispheric motor tracts correlated strongly with clinical scores and stroke sizes (p ≤ 0.001). GFA measured in the acute phase together with a routine motor score and age were a strong predictor of motor outcome at 6 months (r(2) = 0.96, p = 0.0002). CONCLUSION: These findings represent a proof of principle that contralesional diffusion MRI measures may provide reliable information for personalized rehabilitation planning after ischemic motor stroke. Neurology® 2012;79:39-46.