Metabolic effects of fructose in humans

Abstract : Fructose is a simple sugar, whose consumption has increased over the past decades. In rodents, a high-fructose diet (HFrD) induces several features of the metabolic syndrome. The aim of the studies included in this thesis was to investigate the metabolic effects of a HFrD in humans, with a focus on insulin sensitivity and ectopic fat deposition. Moreover, we addressed the question whether these effects may differ between individuals according to gender and the genetic background. The first study was designed to evaluate the impact of a 4-week HFrD on insulin sensitivity and lipid metabolism in 7 healthy men. Insulin sensitivity, intrahepatocellular lipids (IHCL) and intramyocellular lipids (IMCL) contents were measured before and after 1 and 4 weeks of HFrD (1.5 g fructose/kg body weight/day). Insulin sensitivity was assessed by a 2-step hyperinsulinemic euglycemic clamp. IHCL and IMCL were measured by 1H-magnetic resonance spectroscopy (MRS). Fructose caused significant (P<0.05) increases in fasting plasma concentrations of triacylglycerol (TG) (+36%), VLDL-TG (+72%) and glucose (+6%) without any change in body weight, IHCL, IMCL, and insulin sensitivity. In the second study, muscle biopsies were taken from five of these healthy male subjects before and after 4 weeks of HFrD. mRNA concentrations of 18 genes involved in lipid and carbohydrate metabolism were quantified by real-time quantitative PCR. We found that a 4-week HFrD increased the expression of genes involved in lipid synthesis, while it decreased those involved in insulin sensitivity and lipid oxidation; these molecular changes maybe early markers of insulin resistance and altered lipid metabolism. The third study aimed at delineating whether male and females equally respond to a HFrD. For this purpose, higher doses of fructose (twice the dose of the previous study) were provided to 8 healthy young males and 8 healthy young females over 6 days. HFrD significantly increased fasting TG in males (+71 %), whereas this increase was markedly blunted in females (+16%). Males also developed hepatic insulin resistance, characterized by increased hepatic glucose output (+12%), and showed higher alanine aminotransferase concentration (+38%), but none of these effect was observed in females. This study suggests that short-term HFrD leads to hypertriglyceridemia and hepatic insulin resistance in men, but premenopausal women seem protected against these effects. Finally, the fourth study investigated whether healthy offspring of type 2 diabetic patients (OffT2D), a subgroup of individuals prone to metabolic disorders due to their genetic background, may have exacerbated response to HFrD. Eight healthy males (Ctrl) and 16 OffT2D received a HFrD and isocaloric diet in a randomized order. In both groups, HFrD significantly increased IHCL (Ctrl: +76%; OffT2D: +79%) and fasting plasma VLDL-TG (Ctrl: +51 %; OffT2D: +110%). In absolute values, these increments were significantly higher in OffT2D, suggesting that these individuals may be more prone to developing metabolic disorders when challenged by high fructose intake. In order to better delineate the specific effects of fructose vs the hypercaloric energy content, we repeated the complete metabolic investigations after an isocaloric high glucose diet in four of the eight Ctrl volunteers. After a high glucose diet, TG and IHCL concentrations remained similar to the control values, in contrast to the marked increases observed after the HFrD. In conclusion, the studies included in this thesis provided novel insights into the metabolic effects of fructose in humans. They showed that fructose may rapidly increase fasting VLDL-TG, IHCL and lead to hepatic insulin resistance; these effects seem specific to fructose, and potential mechanisms may involve both stimulation of hepatic de novo lipogenesis and decreased lipid oxidation. Moreover, the results suggest that women seem protected against such deleterious effects, while OffT2D displayed exacerbated response. Résumé : Le fructose est un sucre simple, dont la consommation a augmenté durant les dernières décennies. Dans les modèles animaux, un régime riche en fructose (RRFru) peut induire plusieurs composantes du syndrome métabolique. Le but de cette thèse était d'étudier les effets d'un régime riche en fructose sur la sensibilité à l'insuline et la déposition de lipides ectopiques chez l'humain, et si ces effets variaient selon le genre ou le background génétique. La première étude avait pour but d'évaluer l'effet d'un RRFru d'une durée de 4 semaines sur la sensibilité à l'insuline et le métabolisme des lipides chez des hommes sains. La sensibilité à l'insuline, les lipides intrahépatiques (IHCL) et intramusculaires (IMCL) ont été mesurés avant, et après 1 et 4 semaines du RRFru (1.5 g fructose/kg/jour). La sensibilité à l'insuline a été déterminée par un clamp hyperinsulinémique euglycémique, et les IHCL/IMCL par spectroscopie à résonnance magnétique. Le fructose a augmenté les concentrations plasmatiques à jeun des VLDL- triglycérides (TG) (+72%) et de glucose (+6%), sans induire de changement au niveau de la sensibilité à l'insuline, IHCL ou IMCL. Dans la deuxième étude, des biopsies de muscle squelettique ont été prélevées chez cinq de ces volontaires avant et après les 4 semaines de RRFru. Les concentrations de mRNA de 18 gènes impliqués dans le métabolisme des lipides et des hydrates de carbone ont été mesurées par RT-PCR quantitative. Le RRFru a augmenté l'expression de gènes impliqués dans la synthèse de lipides, et diminué celles de gènes impliqués dans la sensibilité à l'insuline et l'oxydation de lipides. Ces changements pourraient constituer des altérations précoces de la sensibilité à l'insuline et du métabolisme lipidique en réponse au fructose. La troisième étude avait pour but de définir si les réponses au RRFru étaient semblables entre les hommes et les femmes. Pour ceci, des doses plus élevées de fructose ont été administrées à 8 jeunes hommes et 8 jeunes femmes durant 6 jours. Le RRFru a augmenté les TG chez les hommes (+71 %), et de manière nettement plus modeste chez les femmes (+16%). Les hommes ont développé une résistance hépatique à l'insuline, ainsi qu'une augmentation des concentrations d'alanine aminotransférase (+38%), mais aucun de ces effets n'a été observé chez les femmes. Cette étude suggère qu'à court terme, un RRFru mène à une hypertriglycéridémie et résistance hépatique à l'insuline chez l'homme, tandis que les femmes semblent en être protégées. Finalement, la 4ème étude a investigué si des personnes apparentées à des patients diabétiques de type 2 (AppDT2), qui constituent un groupe d'individus à risque de développer des maladies métaboliques en raison de leur background génétique, avaient des réponses plus marquées au RRFru. Huit hommes sains (Ctrl) et 16 AppDT2 on reçu dans un ordre randomisé un RRFru et une diète isocalorique durant 6 jours. Dans les deux groupes, le RRFru a augmenté significativement les IHCL (Ctrl: +76%; AppDT2: +79%) et les VLDL-TG plasmatiques à jeun (Ctrl: +51%; AppDT2: +110%). En valeurs absolues, ces deux augmentations étaient plus importantes dans le groupe des AppDT2, suggérant que ces individus sont plus à risque de développer des problèmes métaboliques suite à un apport de fructose. Afin de définir les effets spécifiques du fructose, quatre des huit sujets Ctrl ont été soumis à un régime riche en glucose. Après le régime riche en glucose, les concentrations de TG et d'IHCL étaient semblables aux valeurs obtenues après une diète isocalorique, contrairement aux nombreux effets observés après le RRFru. En conclusion, ces différentes études ont démontré que chez l'humain, le fructose peut rapidement induire une augmentation des VLDL-TG à jeun, des IHCL et une résistance hépatique à l'insuline ; ces effets semblent être spécifiques au fructose. De plus, les différents résultats obtenus montrent que les femmes développent des effets moindres en réponse au fructose, contrairement aux AppDT2, chez qui les effets du fructose semblent plus marqués. Résumé grand public : Le fructose est un sucre simple, présent naturellement et en faibles quantités dans les fruits, mais également constituant du sucrose - appelé aussi sucre de table. Depuis les années 1970, la consommation de fructose a augmenté dans les pays industrialisés et émergents, principalement par le biais d'une hausse de consommation de boissons sucrées de type soda. Dans des modèles animaux tels que les rongeurs, un régime riche en fructose mène au développement de plusieurs facteurs de risques étroitement liés aux maladies cardiovasculaires, à l'obésité et au diabète de type 2; ceux-ci sont caractérisés par une augmentation des concentrations de glucose et de lipides sanguins, ainsi qu'une accumulation de lipides dits « ectopiques », à savoir dans le foie et les muscles. Le but de cette thèse était de définir les effets d'un régime riche en fructose chez l'être humain. De plus, nous nous sommes intéressés à savoir si ces effets étaient semblables entre différents groupes d'individus, à savoir des personnes de sexe masculin / féminin, ou des personnes dont au moins un des parents est diabétique de type 2. Pour ceci, différents groupes de volontaires (hommes, femmes, avec histoire familiale de diabète de type 2) âgés de 18-30 ans se sont soumis à une alimentation enrichie en fructose, d'une durée allant de 6 à 28 jours, suivant l'étude à laquelle ils participaient. La quantité de fructose consommée en plus de l'alimentation normale durant ces périodes équivalait au contenu en fructose de 2-4 litres de boissons sucrées par jour. Des prises de sang ont été effectuées au terme de chacun de ces différents régimes, ainsi que des mesures de sensibilité à l'insuline et de concentrations de lipides dans le foie et le muscle par résonnance magnétique nucléaire, en collaboration avec l'Hôpital de l'Ile de Berne. Les résultats montrent qu'après 6 jours de régime riche en fructose, les volontaires sains de sexe masculin ont presque doublé leurs concentrations de lipides sanguins et hépatiques. De plus, le foie de ces volontaires réagissait moins bien à l'insuline, ce qui pourrait mener à long terme à des maladies métaboliques comme le diabète de type 2. Un des mécanismes postulés est que le fructose pourrait stimuler la formation de lipides dans le foie, contribuant ainsi à un dysfonctionnement de cet organe. De manière surprenante, des femmes d'âge et d'IMC (Indice de Masse Corporelle) comparables aux hommes étudiés n'ont pas développé ces différents effets en réponse au régime riche en fructose. Il semblerait donc qu'elles possèdent certaines propriétés pouvant les «protéger », du moins à court terme, des problèmes métaboliques induits par le fructose. De tels mécanismes sont pour l'heure inconnus, mais il est possible que des différences hormonales, ou de répartition de la masse graisseuse dans le corps, puissent jouer un rôle. Enfin, nous avons également démontré que chez certaines personnes ayant au moins un parent (père ou mère) diabétique de type 2, les augmentations de lipides sanguins et hépatiques induits par le fructose étaient plus marquées que chez des volontaires sans parents diabétiques. Ceci est néanmoins à tempérer par le fait que nous avons observé une grande hétérogénéité des réponses parmi ces individus, découlant certainement d'interactions complexes entre différents facteurs tels que la génétique, le mode de vie, l'alimentation et l'activité physique. Ces différents résultats donnent lieu à une meilleure compréhension du rôle de facteurs alimentaires dans le développement de problèmes métaboliques tels que le diabète de type 2. Ils vont également permettre de tester différentes approches thérapeutiques. Bien qu'ayant été obtenus avec des doses de fructose importantes, ces études soulignent l'effet potentiellement dangereux pour la santé d'une alimentation riche en sucres.

Role and regulation of islet-Brain 1 in pancreatic β-cells

Résumé : L'insuline est produite et sécrétée par la cellule ß-pancréatique. Son rôle est de régler le taux de sucre dans le sang. Si ces cellules meurent ou échouent à produire suffisamment de l'insuline, les sujets développent le diabète de type 2 (DT2), une des maladies les plus communes dans les pays développés. L'excès chronique des lipoprotéines LDL oxydés (oxLDL) et/ou des cytokines pro-inflammatoires comme l'interleukine-1ß (IL-1ß) participent au dérèglement et à la mort des cellules ß. Nous avons montré qu'une chute des niveaux d'expression de la protéine nommée «mitogen activated protein kinase 8 interacting protein 1» ou «islet brain 1 (IB 1)» est en partie responsable des effets provoqués par les oxLDL ou IL-1ß. IB1 régule l'expression de l'insuline et la survie cellulaire en inhibant la voie de signalisation « c-jun N-terminal Kinase (JNK)». La réduction des niveaux d'expression d'IB1 provoque l'activation de la voie JNK en réponse aux facteurs environnementaux, et ainsi initie la réduction de l'expression de l'insuline et l'induction du programme de mort cellulaire. Les mimétiques de l'hormone "Glucagon-like peptide 1", tel que l'exendin-4 (ex-4), sont une nouvelle classe d'agents hypoglycémiants utilisés dans le traitement du DT2. Les effets bénéfiques de l'ex-4 sont en partie accomplis en préservant l'expression de l'insuline et la survie des cellules ß contre les stress associés au DT2. La restauration des niveaux d'expression d'IB1 est un des mécanismes par lequel l'ex-4 prodigue son effet sur la cellule. En effet, cette molécule stimule l'activité du promoteur du gène et ainsi compense la réduction du contenu en IB1 causée par le stress. Outre ce rôle anti-apoptotique, dans ce travail de thèse nous avons mis en évidence une autre fonction d'IB1 dans la cellule ß. La réduction de l'activité ou des niveaux d'expression d'IB1 induisent une réduction importante de la sécrétion de l'insuline en réponse au glucose. Le mécanisme par lequel IB1 régule la sécrétion de l'insuline implique à la fois le métabolisme du glucose et éventuellement le transport vésiculaire en contrôlant l'expression de la protéine annexin A2. En résumé, IB 1 est une molécule clé à travers laquelle l'environnement du diabétique pourrait exercer un effet délétère sur la cellule ß. L'amélioration de l'activité d'IB1 et/ou de son expression devrait être considérée dans les approches thérapeutiques futures visant à limiter la perte des cellules ß dans le diabète. Abstract : ß-cells of the pancreatic islets of Langerhans produce and secrete insulin when blood glucose rises. In turn, insulin ensures that plasma glucose concentrations return within a relatively narrow physiological range. If ß-cells die or fail to produce enough insulin, individuals develop one of the most common diseases in Western countries, namely type 2 diabetes (T2D). Chronic excess of oxidized low density lipoproteins (oxLDL) and/or pro-inflammatory cytokines such as interleukin 1-ß (IL-1ß) contribute to decline of ß-cells and thereby are thought to accelerate progression of the disease overtime. We showed that profound reduction in the levels of the mitogen activated protein kinase 8 interacting protein 1 also called islet brain 1 (IB1) causes ß-cell failure accomplished by oxLDL or IL-1 ß. IB1 regulates insulin expression and cell survivals by inhibiting the c-Jun N-terminal Kinase pathway. Diminution in IB 1 levels leads to an increase in activation of the JNK pathway induced by environmental stressors, and thus initiates loss of insulin expression and programmed cell death. The mimetic agents of the glucoincretin glucagon-like peptide 1 such as exendin-4 (ex-4) are new class of hypoglycaemic medicines for treatment of T2D. The beneficial property is in part achieved by preserving insulin expression and ß-cell survival against stressors related to diabetes. Restored levels in IB 1 account for the cytoprotective effect of the ex-4. In fact, the latter molecule .stimulates the promoter activity of the gene and thus compensates loss of IB1 content triggered by stress. Beside of the anti-apoptotic role, an additional leading function for IB 1 in ß-cells was highlighted in this thesis. Impairment in IB1 activity or silencing of the gene in ß-cells revealed a major reduction in insulin secretion elicited by glucose. The mechanisms whereby IB 1 couples glucose to insulin release involve glucose metabolism and potentially, vesicles trafficking by maintaining the levels of annexin A2. IB 1 is therefore a key molecule through which environmental factors related to diabetes may exert harmful effects on ß-cells. Improvement in IB 1 activity and/or expression should be considered as a target for therapeutic purpose.

Diabétologie : nouveautés en médecine 2007 [Trends in diabetes]

Une méta-analyse concernant l'utilisation de la rosiglitazone chez les diabétiques de type 2 a révélé une augmentation significative du risque d'infarctus du myocarde et une tendance à la surmortalité cardiovasculaire. La méthodologie de cette étude ainsi que ses conclusions ont été beaucoup critiquées. Cette étude montre les limites des méta-analyses auxquelles on prête un rang manifestement trop élevé dans la hiérarchie des niveaux de preuve. L'étude 4T a évalué trois schémas d'insuline dans le traitement du diabète de type 2. Les résultats à un an montrent que seule une minorité des patients atteignent les objectifs. Post-Steno 2 a été présenté au congrès européen du diabète. Ces nouvelles données confirment que le traitement intensifié de tous les facteurs de risque cardiovasculaire permet une réduction majeure de la mortalité cardiovasculaire après 13,3 ans. A recent meta-analysis on the rosiglitazone in the treatment of type 2 diabetes revealed a significant increased risk of myocardial infarction and a trend to a higher cardiovascular mortality. In the following month after this publication, the methodology as its conclusions were criticized. This study shows the limits of the meta-analyses to which one lends a row obviously too high in the hierarchy of the levels of evidence. The study 4T evaluated 3 insulin strategies in the treatment of the type 2 diabetes. The results at one year show that only a minority of the patients achieve the goals. Post-Steno 2 was presented at the European congress diabetes. These new data confirm that the intensified treatment of all cardiovascular factors risk allows a major reduction of cardiovascular mortality after 13.3 years

The neuroretina is a novel mineralocorticoid target: aldosterone up-regulates ion and water channels in Müller glial cells.

Glucocorticoids reduce diabetic macular edema, but the mechanisms underlying glucocorticoid effects are imperfectly elucidated. Glucocorticoids may bind to glucocorticoid (GR) and mineralocorticoid (MR) receptors. We hypothesize that MR activation may influence retinal hydration. The effect of the MR agonist aldosterone (24 h) on ion/water channel expression (real-time PCR, Western blot, immunofluorescence) was investigated on cultured retinal Müller glial cells (RMGs, which contribute to fluid homeostasis in the retina), in Lewis rat retinal explants, and in retinas from aldosterone-injected eyes. We evidenced cell-specific expression of MR, GR, and 11-beta-hydroxysteroid dehydrogenase type II. Aldosterone significantly enhances expression of sodium and potassium channels ENaC-alpha (6.5-fold) and Kir4.1 (1.9-fold) through MR and GR occupancy, whereas aquaporin 4 (AQP4, 2.9-fold) up-regulation is MR-selective. Aldosterone intravitreous injection induces retinal swelling (24% increase compared to sham-injected eyes) and activation of RMGs. It promotes additional localization of Kir4.1 and AQP4 toward apical microvilli of RMGs. Our results highlight the mineralocorticoid-sensitivity of the neuroretina and show that aldosterone controls hydration of the healthy retina through regulation of ion/water channels expression in RMGs. These results provide a rationale for future investigations of abnormal MR signaling in the pathological retina.

Long-term prognostic value of single-photon emission computed tomography myocardial perfusion imaging in diabetic patients with and without coronary artery disease

Keywords Diabetes mellitus; coronary artery disease; myocardial ischemia; prognostic value; single-photon emission computed tomography myocardial perfusion imaging Summary Aim: To determine the long-term prognostic value of SPECT myocardial perfusion imaging (MPI) for the occurrence of cardiovascular events in diabetic patients. Methods: SPECT MPI of 210 consecutive Caucasian diabetic patients were analysed using Kaplan-Meier event-free survival curves and independent predictors were determined by Cox multivariate analyses. Results: Follow-up was complete in 200 (95%) patients with a median period of 3.0 years (0.8-5.0). The population was composed of 114 (57%) men, age 65±10 years, 181 (90.5%) type 2 diabetes mellitus, 50 (25%) with a history of coronary artery disease (CAD) and 98 (49%) presenting chest pain prior to MPI. The prevalence of abnormal MPI was 58%. Patients with a normal MPI had neither cardiac death, nor myocardial infarction, independently of a history of coronary artery disease or chest pain. Among the independent predictors of cardiac death and myocardial infarction, the strongest was abnormal MPI (p<.0001), followed by history of CAD (Hazard Ratio (HR)= t 5.9, p=0.0001), diabetic retinopathy (HR=10.0, p=0.001) and inability to exercise (HR=7.7, p=0.02). Patients with normal 1VIPI had a low revascularisation rate of 2.4% during the follow-up period. Compared to normal MPI, cardiovascular events increased 5.2 fold for reversible defects, 8.5 fold for fixed defects and 20.1 fold for the association of both defects. Conclusion: Diabetic patients with normal MPI had an excellent prognosis independently of history of CAD. On the opposite, an abnormal MPI led to a > 5 fold increase in cardiovascular events. This emphasizes the value of SPECT MPI in predicting and risk-stratifying cardiovascular events in diabetic patients. Mots-Clés Diabète; maladie coronarienne; ischémie myocardique; valeur pronostique; tomoscintigraphie myocardique de perfusion par émission monophotonique Résumé Objectifs: Déterminer la valeur pronostique à long terme de la tomoscintigraphie myocardique de perfusion (TSMP) chez les patients diabétiques pour prédire les événements cardiovasculaires (ECV). Méthodes: Etude de 210 diabétiques caucasiens consécutifs référés pour une TSMP. Les courbes de survie ont été déterminées par Kaplan-Meier et les facteurs prédictifs indépendants par analyses multivariées de type Cox. Résultats: Le suivi a été complet chez 200 (95%) patients avec une durée médiane de 3.0 ans (0.8-50). La population était composée de 114 (57%) hommes, âge moyen 65±10 ans, avec 181 (90.5%) diabète de type 2, 50 (25%) antécédents de maladie coronarienne (AMC) et 98 (49%) patients connus pour un angor avant la TSMP. La prévalence de TSMP anormales était de 58%. Aucun décès d'origine cardiaque ou infarctus du myocarde n'est survenu chez les patients avec une TSMP normale, ceci indépendamment de leurs AMC et des douleurs thoraciques. Les facteurs prédictifs indépendants pour les ECV sont une TSMP anormale (p<.0001), les AMC (Hazard Ratio (HR)=15.9, p-0.0001), suivi de la rétinopathie diabétique (HR-10.0, p=0.001) et de l'incapacité à effectuer un exercice (HR=7.7, p=0.02). Les patients avec une TSMP normale ont présenté un taux de revascularisations de 2.4%. La présence de défauts mixtes accroît le risque d'ECV de 20.1 fois, les défauts fixes de 8.5 fois et les défauts réversibles de 5.2 fois comparés aux sujets avec une TSMP normale. Conclusion: Les patients diabétiques, coronariens ou non, avec une tomoscintigraphie myocardique de perfusion normale ont un excellent pronostique. A l'opposé, une TSMP anormale est associée à une augmentation du risque d'ECV de plus de 5 fois. Ceci confirme l'utilité de la TSMP dans la stratification du risque chez les patients diabétiques.

Ultrastructural and molecular analysis of Bowman's layer corneal dystrophies: an epithelial origin?

PURPOSE: Two mutations (R555Q and R124L) in the BIGH3 gene have been described in anterior or Bowman's layer dystrophies (CDB). The clinical, molecular, and ultrastructural findings of five families with CDB was reviewed to determine whether there is a consistent genotype:phenotype correlation. METHODS: Keratoplasty tissue from each patient was examined by light and electron microscopy (LM and EM). DNA was obtained, and exons 4 and 12 of BIGH3 were analyzed by polymerase chain reaction and single-stranded conformation polymorphism/heteroduplex analysis. Abnormally migrating products were analyzed by direct sequencing. RESULTS: In two families with type I CDB (CDBI), the R124L mutation was defined. There were light and ultrastructural features of superficial granular dystrophy and atypical banding of the "rod-shaped bodies" ultrastructurally. Patients from three families with "honeycomb" dystrophy were found to carry the R555Q mutation and had characteristic features of Bowman's dystrophy type II (CDBII). CONCLUSIONS: There is a strong genotype:phenotype correlation among CBDI (R124L) and CDBII (R555Q). LM and EM findings suggest that epithelial abnormalities may underlie the pathology of both conditions. The findings clarify the confusion over classification of the Bowman's layer dystrophies.

From diabetes to heart disease : studies on dyslipidemia-induced B-cell dysfunction, immunomodulation in heart transplantation, and cardiac stem cell therapy

Diabetes is a growing epidemic with devastating human, social and economic impact. It is associated with significant changes in plasma concentrations of lipoproteins. We tested the hypothesis that lipoproteins modulate the function and survival of insulin-secreting cells. We first detected the presence of several receptors that participate in the binding and processing of plasma lipoproteins and confirmed the internalization of fluorescent LDL and HDL particles in insulin-secreting β-cells. Purified human VLDL and LDL particles reduced insulin mRNA levels and β-cell proliferation, and induced a dose-dependent increase in the rate of apoptosis. In mice lacking the LDL receptor, islets showed a dramatic decrease in LDL uptake and were partially resistant to apoptosis caused by LDL. VLDL-induced apoptosis of β-cells involved caspase-3 cleavage and reduction in levels of the c-Jun N-terminal (JNK) Interacting Protein-1 (IB1/JIP-1). In contrast, the pro-apoptotic signaling of lipoproteins was antagonized by HDL particles or by a small peptide inhibitor of JNK. The protective effects of HDL were mediated, in part, by inhibition of caspase-3 cleavage and activation of the protein kinase Akt/PKB. Heart disease is a major cause of morbidity and mortality among patients with diabetes. When heart failure is refractory to medical therapy and cannot be improved by electrical resynchronization, percutaneous angioplasty or coronary graft bypass surgery, heart transplantation remains a "last resort" therapy. Nevertheless, it is limited by the side effects of immunosuppressive drugs and chronic rejection. Localized expression of immunomodulatory genes in the donor organ can create a state of immune privilege within the graft, and was performed in rodent hearts by infecting cells with an adenovirus encoding indoleamine 2,3-dioxygenase (IDO), the rate-limiting enzyme in the catabolism of tryptophane. Other strategies are based on genetic manipulation of dendritic cells (DCs) with immunosuppressive genes and in vitro exposure of DCs to agents that prevent their maturation by inflammatory cytokines. Finally, we used 5-bromo-2'-deoxyuridine, which is incorporated into DNA and diluted with cell division, to identify long-term label retaining cells in the adult rodent heart. The majority of these cells were positive for the stem cell antigen-1 (Sca-1) and negative for the endothelial precursor marker CD31. They formed cardiospheres in vitro and showed differentiation potential into mesenchymal cell lineages. When cultured in cardiomyogenic differentiation medium, they expressed cardiac-specific genes. Taken together, these data provide evidence of slow-cycling stem cells in the rodent heart. Chronic shortage of donor organs opens the way to cardiac stem cell therapy in humans, although the long way from animal experimentation to routine therapy in patients may still take several years. - Du diabète de type 2 à la maladie coronarienne : trois études sur les dysfonctions de la cellule sécrétrice d'insuline induites par les dyslipidémies, l'immunomodulation dans la transplantation cardiaque, et la thérapie par des cellules souches myocardiques. Le diabète de type 2 a pris les dimensions d'une épidémie, avec des conséquences sociales et économiques dont nous n'avons pas encore pris toute la mesure. La maladie s'accompagne souvent d'une dyslipidémie caractérisée par une hypertriglycéridémie, des taux abaissés de cholestérol HDL, et des concentrations de cholestérol LDL à la limite supérieure de ce qui est considéré comme acceptable. L'hypothèse à la base de cette étude est qu'une modification des taux plasmatiques de lipoprotéines pourrait avoir une influence directe sur la cellule β sécrétrice d'insuline en modifiant sa fonction, sa durée de vie et son taux de régénération. Dans un premier temps, nous avons mis en évidence, sur la cellule β, la présence de plusieurs récepteurs impliqués dans la captation des lipoprotéines. Nous avons confirmé la fonctionnalité de ces récepteurs en suivant l'internalisation de LDL et de HDL marqués. En présence de VLDL ou de LDL humains, nous avons observé une diminution de la transcription du gène de l'insuline, une prolifération cellulaire réduite, et une augmentation de l'apoptose, toutes fonctions de la dose et du temps d'exposition. L'apoptose induite par les VLDL passe par une activation de la caspase-3 et une réduction du taux de la protéine IB1/JIP-1 (Islet Brain1/JNK Interacting Protein 1), dont une mutation est associée à une forme monogénique de diabète de type 2. Par opposition, les HDL, ainsi que des peptides inhibiteurs de JNK, sont capables de contrer la cascade pro-apoptotique déclenchée, respectivement, par les LDL et les VLDL. Ces effets protecteurs comprennent l'inhibition du clivage de la caspase-3 et l'activation de la protéine kinase Akt/PKB. En conclusion, les lipoprotéines sont des éléments clés de la survie de la cellule β, et pourraient contribuer au dysfonctionnement observé dans le pancréas endocrine au cours du développement du diabète. La maladie cardiaque, et plus particulièrement la maladie coronarienne, est une cause majeure de morbidité et de mortalité chez les patients atteints de diabète. Plusieurs stratégies sont utilisées quotidiennement pour pallier les atteintes cardiaques: traitements médicamenteux, électromécaniques par resynchronisation électrique, ou communément appelés « interventionnels » lorsqu'ils font appel à l'angioplastie percutanée. La revascularisation du myocarde par des pontages coronariens donne également de très bons résultats dans certaines situations. Il existe toutefois des cas où plus aucune de ces approches n'est suffisante. La transplantation cardiaque est alors la thérapie de choix pour un nombre restreint de patients. La thérapie génique, en permettant l'expression locale de gènes immunomodulateurs dans l'organe greffé, permet de diminuer les réactions de rejet inhérentes à toute transplantation (à l'exception de celles réalisées entre deux jumeaux homozygotes). Nous avons appliqué chez des rongeurs cette stratégie en infectant le coeur greffé avec un adénovirus codant pour l'enzyme indoleamine 2,3-dioxygénase (IDO), une enzyme clé dans le catabolisme du tryptophane. Nous avons procédé de manière identique in vitro en surexprimant IDO dans les cellules dendritiques, dont le rôle est de présenter les antigènes aux lymphocytes Τ du receveur. Des expériences similaires ont été réalisées en traitant les cellules dendritiques avec des substances capables de prévenir, en partie du moins, leur maturation par des agents pro-inflammatoires. Finalement, nous avons exploré une stratégie utilisée couramment en hématologie, mais qui n'en est encore qu'à ses débuts au niveau cardiaque : la thérapie par des cellules souches. En traitant des rongeurs avec un marqueur qui s'incorpore dans l'ADN nucléaire, le 5-bromo- 2'-deoxyuridine, nous avons identifié une population cellulaire se divisant rarement, positive en grande partie pour l'antigène embryonnaire Sca-1 et négative pour le marqueur endothélial CD31. En culture, ces cellules forment des cardiosphères et sont capables de se différencier dans les principaux types tissulaires mésenchymateux. Dans un milieu de differentiation adéquat, ces cellules expriment des gènes cardiomyocytaires. En résumé, ces données confirment la présence chez le rongeur d'une population résidente de précurseurs myocardiques. En addenda, on trouvera deux publications relatives à la cellule β productrice d'insuline. Le premier article démontre le rôle essentiel joué par la complexine dans l'insulino-sécrétion, tandis que le second souligne l'importance de la protéine IB1/JIP-1 dans la protection contre l'apoptose de la cellule β induite par certaines cytokines.

The orphan receptor CRF2-4 is an essential subunit of the interleukin 10 receptor.

The orphan receptor CRF2-4 is a member of the class II cytokine receptor family (CRF2), which includes the interferon receptors, the interleukin (IL) 10 receptor, and tissue factor. CRFB4, the gene encoding CRF2-4, is located within a gene cluster on human chromosome 21 that comprises three interferon receptor subunits. To elucidate the role of CRF2-4, we disrupted the CRFB4 gene in mice by means of homologous recombination. Mice lacking CRF2-4 show no overt abnormalities, grow normally, and are fertile. CRF2-4 deficient cells are normally responsive to type I and type II interferons, but lack responsiveness to IL-10. By approximately 12 wk of age, the majority of mutant mice raised in a conventional facility developed a chronic colitis and splenomegaly. Thus, CRFB4 mutant mice recapitulate the phenotype of IL-10-deficient mice. These findings suggest that CRF2-4 is essential for IL-10-mediated effects and is a subunit of the IL-10 receptor.

The region of mouse mammary tumor virus DNA containing the long terminal repeat includes a long coding sequence and signals for hormonally regulated transcription.

Starting from a biologically active recombinant DNA clone of exogenous unintegrated GR mouse mammary tumor virus, we have generated three subclones of PstI fragments of 1.45, 1.1, and 2.0 kb in the plasmid vector PBR322. The nucleotide sequence has been determined for the clone of 1.45 kb which includes almost the complete region of the long terminal repeat (LTR) plus an adjacent stretch of unique sequence DNA. A short region of the 2.0 kb clone, containing the beginning of the LTR, has also been sequenced. Starting with the A of an initiation codon outside the LTR, we detected an open reading frame of 960 nucleotides, potentially coding for a protein of 320 amino acids (36K). Two hundred nucleotides downstream from the termination codon, and approximately 25 nucleotides upstream from the presumptive initiation site of viral RNA synthesis, we found a promoter-like sequence. The sequence AGTAAA was detected approximately 15-20 nucleotides upstream from the 3' end of virion RNA and probably serves as a polyadenylation signal. The 1.45 kb PstI fragment has been transfected into Ltk- cells together with a plasmid containing the thymidine kinase gene of herpes simplex virus. The virus-specific RNA synthesis detected in a Tk+ cell clone was strongly stimulated by the addition of dexamethasone.

Molecular evolutionary patterns in the Glomeromycota;

Abstract Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) form symbiosis with roots of approximately 80% of known land plants. These fungi play a key role in the ecology and adaptation of plants to various ecosystems.by increasing the plant resources for various nutrients. Despite their important ecological role, we still have poor understanding of their genetic structure and their molecular evolution. The work presented in this thesis aims to isolate and analyse AMF genes with various molecular techniques, in order to obtain new insights about their genetics, phylogeny and molecular evolution. Some AMF genes were shown through phylogenetic analyses to be more related with plants or mycoparasites than with other fungal organisms. These results led to the prediction that lateral gene transfers (LGT) occurred between AMF and plants during their long-term co-évolution. By phylogenetic and molecular analyses, in the chapter 2 I demonstrate that the hypothesis of LGT is most likely a consequence of analyses carried out on contaminant non AMF-DNA. In addition, various features characteristic of AMF genes have been determined, allowing researchers to scan their own sequence databases for potential non-AMF contaminants. Phylogenetic relationships of AMF with other fungi has been mostly analysed using molecular markers of ribosomal origin. In chapter 2 I successfully isolated gene encoding α- and ß-tubulins from several AMF genera. Consequently, phylogenetic analyses showed that AMF possess an unexpected relationship with ancestral aquatic fungi (chytrids). These results are consistent with the prediction stating that AMF may have played an important role in the colonisation of land by green plants through the establishment of a symbiosis and after the divergence of AMF from aquatic ancestors. In Chapter 4 I tried to isolate the entire AMF gene family encoding P-Type II ATPases, in order to determine their molecular evolution with the fungal kingdom. These genes were further analysed to detect the level of sequence polymorphism that is present within an AMF population. The results obtained show that mutational events previously thought as occurring only among divergent evolutionary lineages (gene duplications, indel mutations in coding regions) can occur within a single population of AMF. These results have far reaching consequences for our understanding of the genetics and ecology of AMF. Résumé Les champignons endomycorrhiziens arbusculaires (CEA) forment une symbiose racinaire avec environ 80% des plantes vasculaires connues. Ces champignons possèdent un rôle important dans l'écologie et l'adaptation des plantes au sein de différents écosystèmes en .augmentant leurs ressources en nutriments. Le travail présenté dans cette thèse se propose d'isoler et d'analyser certains gènes de CEA avec différentes techniques moléculaires à fin d'obtenir de pÌus amples informations concernant l'évolution moléculaire, la phylogénie et leur diversité génétique à diverses échelles taxonomiques. Certaines analyses phylogénétiques des CEA ont conduit à l'hypothèse que des transferts horizontaux de gènes (THG) ont pu avoir lieu durant leur longue co-évolution avec les plantes vasculaires. Dans le chapitre 2 de cette thèse nous démontrons par analyses moléculaire et phylogénétique que l'hypothèse de THG est une conséquence de contaminations à partir d'ADN de plante ou d'autres micro-organismes. De plus, de nombreuses caractéristiques moléculaires de CEA ont pu être déterminées, permettant la mise en place d'un plan à suivre lors de l'analyse de gènes de CEA dans les études futures. Les relations évolutives des. CEA avec d'autres champignons ont été analysées majoritairement à l'aide de marqueurs moléculaires d'origine ribosomiale. Dans les chapitres 2 et 3 j'ai isolé des gènes codant pour l'a- et la ß-tubuline chez différents genres, de CEA. Les analyses phylogénétiques ont démontré une parenté entre les CEA et des champignons aquatiques ancestraux (chytrides). Ces résultats sont en accord avec l'hypothèse selon laquelle les CEA ont probablement joué un rôle primordial dans l'établissement des plantes sur terre à travers une symbiose et suite à leur évolution à partir d'ancêtres vivant dans des milieux aquatiques: Dans le chapitre 4 j'ai isolé une entière famille de gènes chez les CEA codant des ATPases de la membrane plasmique, et étudié leur évolution moléculaire dans le règne des champignons. Ces mêmes gènes ont été analysés ultérieurement à fin de déterminer le degré de polymorphisme de séquence qui peut être présent au sein d'une population de CEA. Les résultats obtenus montrent que des évènements mutationnels considérés comme apparaissant exclusivement dans des lignées évolutives très divergentes (duplication de gènes, insertions/délétions dans des régions transcrites du génome) ont lieu sein d'une même population de CEA. Cette découverte a un impact important sur nos connaissances concernant la génétique des populations des CEA et leur écologie.

Lethal skeletal dysplasia in mice and humans lacking the golgin GMAP-210.

BACKGROUND: Establishing the genetic basis of phenotypes such as skeletal dysplasia in model organisms can provide insights into biologic processes and their role in human disease. METHODS: We screened mutagenized mice and observed a neonatal lethal skeletal dysplasia with an autosomal recessive pattern of inheritance. Through genetic mapping and positional cloning, we identified the causative mutation. RESULTS: Affected mice had a nonsense mutation in the thyroid hormone receptor interactor 11 gene (Trip11), which encodes the Golgi microtubule-associated protein 210 (GMAP-210); the affected mice lacked this protein. Golgi architecture was disturbed in multiple tissues, including cartilage. Skeletal development was severely impaired, with chondrocytes showing swelling and stress in the endoplasmic reticulum, abnormal cellular differentiation, and increased cell death. Golgi-mediated glycosylation events were altered in fibroblasts and chondrocytes lacking GMAP-210, and these chondrocytes had intracellular accumulation of perlecan, an extracellular matrix protein, but not of type II collagen or aggrecan, two other extracellular matrix proteins. The similarities between the skeletal and cellular phenotypes in these mice and those in patients with achondrogenesis type 1A, a neonatal lethal form of skeletal dysplasia in humans, suggested that achondrogenesis type 1A may be caused by GMAP-210 deficiency. Sequence analysis revealed loss-of-function mutations in the 10 unrelated patients with achondrogenesis type 1A whom we studied. CONCLUSIONS: GMAP-210 is required for the efficient glycosylation and cellular transport of multiple proteins. The identification of a mutation affecting GMAP-210 in mice, and then in humans, as the cause of a lethal skeletal dysplasia underscores the value of screening for abnormal phenotypes in model organisms and identifying the causative mutations.

Early maternal investment in mice: no evidence for compatible-genes sexual selection despite hybrid vigor.

Confronting a recently mated female with a strange male can induce a pregnancy block ('Bruce effect'). The physiology of this effect is well studied, but its functional significance is still not fully understood. The 'anticipated infanticide hypothesis' suggests that the pregnancy block serves to avoid the cost of embryogenesis and giving birth to offspring that are likely to be killed by a new territory holder. Some 'compatible-genes sexual selection hypotheses' suggest that the likelihood of a pregnancy block is also dependent on the female's perception of the stud's and the stimulus male's genetic quality. We used two inbred strains of mice (C57BL/6 and BALB/c) to test all possible combinations of female strain, stud strain, and stimulus strain under experimental conditions (N(total) = 241 mated females). As predicted from previous studies, we found increased rates of pregnancy blocks if stud and stimulus strains differed, and we found evidence for hybrid vigour in offspring of between-strain mating. Despite the observed heterosis, pregnancies of within-strain matings were not more likely to be blocked than pregnancies of between-strain matings. A power analysis revealed that if we missed an existing effect (type-II error), the effect must be very small. If a female gave birth, the number and weight of newborns were not significantly influenced by the stimulus males. In conclusion, we found no support for the 'compatible-genes sexual selection hypotheses'.

Viral Retinitis following Intraocular or Periocular Corticosteroid Administration: A Case Series and Comprehensive Review of the Literature.

Abstract Purpose: To describe viral retinitis following intravitreal and periocular corticosteroid administration. Methods: Retrospective case series and comprehensive literature review. Results: We analyzed 5 unreported and 25 previously published cases of viral retinitis following local corticosteroid administration. Causes of retinitis included 23 CMV (76.7%), 5 HSV (16.7%), and 1 each VZV and unspecified (3.3%). Two of 22 tested patients (9.1%) were HIV positive. Twenty-one of 30 (70.0%) cases followed one or more intravitreal injections of triamcinolone acetonide (TA), 4 (13.3%) after one or more posterior sub-Tenon injections of TA, 3 (10.0%) after placement of a 0.59-mg fluocinolone acetonide implant (Retisert), and 1 (3.3%) each after an anterior subconjunctival injection of TA (together with IVTA), an anterior chamber injection, and an anterior sub-Tenon injection. Mean time from most recent corticosteroid administration to development of retinitis was 4.2 months (median 3.8; range 0.25-13.0). Twelve patients (40.0%) had type II diabetes mellitus. Treatments used included systemic antiviral agents (26/30, 86.7%), intravitreal antiviral injections (20/30, 66.7%), and ganciclovir intravitreal implants (4/30, 13.3%). Conclusions: Viral retinitis may develop or reactivate following intraocular or periocular corticosteroid administration. Average time to development of retinitis was 4 months, and CMV was the most frequently observed agent. Diabetes was a frequent co-morbidity and several patients with uveitis who developed retinitis were also receiving systemic immunosuppressive therapy.

Conseit aux fumeurs: mise à jour épidémiologique et clinique [Smoking cessation intervention: 2006 update]

Recent Swiss reports confirmed that several chemical products added to cigarettes may increase the level of dependence and therefore the consumption of cigarettes. Observational studies demonstrated the association between smoking and type II diabetes, that smoking one to four cigarettes daily increases significantly the risk of disease and that the relative risk of breast cancer among non smoking women exposed to passive smoking is increased by 30%. The safety of nicotine replacement therapy for patients with cardiovascular disorders has been confirmed. Among new pharmacological approaches, varenicline, rimonabant, topiramate and nicotine vaccine all appear promising.