Role of the c-Jun N-terminal Kinase signaling in pancreatic β-cells

L'insuline est une hormone qui diminue la concentration de sucre dans le sang et qui est produite par la cellule β du pancréas. Un défaut de production de cette hormone est une des causes principales du diabète. Cette perte de production d'insuline est la conséquence à la fois, de la réduction du nombre de cellules β et du mauvais fonctionnement des cellules β restantes. L'inflammation, en activant la voie de signalisation «c-Jun N-terminal Kinase» (JNK) contribue au déclin de ces cellules. Cette voie de signalisation est activée par des protéines telles que des kinases qui reçoivent le signal de stress. Dans ce travail de thèse nous nous sommes intéressés à étudier le rôle de «Dual leucine zipper bearing kinase» (DLK) comme protéine capable de relayer le stress inflammatoire vers l'activation de la voie JNK dans les cellules β-pancréatiques. Nous montrons que DLK est présente dans les cellules β-pancréatiques et qu'elle agit effectivement comme un activateur de la voie de signalisation de JNK. En outre, DLK joue un rôle clé dans le contrôle de l'expression de l'insuline, de la sécrétion de l'insuline en réponse au glucose et au maintien de la survie des cellules β. Si l'expression de cette protéine diminue, la cellule produit moins d'insuline et sera plus sensible à la mort en réponse au stress inflammatoire. A l'inverse si l'expression de DLK est augmentée, la cellule β produit et secrète plus d'insuline. Des variations de l'expression de DLK sont par ailleurs, associées à l'état de santé de la cellule β. Chez la ratte en gestation ou la souris obèse, dans lesquelles la cellule β produit plus d'insuline, l'expression de DLK est augmentée. En revanche dans les cellules β des patients diabétiques, l'expression de DLK est diminuée par rapport aux cellules non malades. En résumé, DLK est nécessaire pour le bon fonctionnement de la cellule β-pancréatique et son expression corrèle avec le degré de santé des cellules, faisant que cette protéine pourrait être une cible thérapeutique potentiel. Les cellules β-pancréatiques ont la capacité de réguler la sécrétion d'insuline en s'adaptant précisément au stimulus et à la glycémie. La fonction de la cellule β est cruciale dans l'homéostasie du glucose puisque sa dysfonction et sa mort mènent au développement des diabètes de type 1 et 2. De nombreuses études suggèrent que l'inflammation pourrait avoir un rôle dans la dysfonction et la destruction de ces cellules dans le diabète de type 2. L'excès chronique de cytokines proinflammatoires accélère le dysfonctionnement de la cellule β pancréatique par un mécanisme qui implique la voie de signalisation «c-Jun N-terminal Kinase» (JNK). L'activation de cette voie est organisée par des protéines d'échafaudages. Elle se fait par trois étapes successives de phosphorylation impliquant une «Mitogen Activated Protein Kinase Kinase Kinase» (MAP3K), une MAP2K et JNK. Dans ce travail de thèse nous montrons l'expression abondante et spécifique de la MAP3K «Dual Leucine Zipper Bearing Kinase» (DLK) dans les cellules β pancréatiques. Cela est la conséquence de l'absence du répresseur transcriptionnel «Repressor Element 1 Silencing Transcription». Nous montrons également que DLK régule l'activation de JNK et qu'il s'avère nécessaire pour la fonction et la survie de la cellule β pancréatique par un mécanisme impliquant le facteur de transcription PDX-1. L'invalidation de l'expression de DLK diminue l'expression de l'insuline et potentialise l'apoptose induite par des cytokines proinflammatoires. A l'inverse, la surexpression de DLK augmente l'expression et la sécrétion d'insuline induites par le glucose. Par conséquent des niveaux d'expression appropriés de DLK sont déterminants pour la fonction et la survie de la cellule β pancréatique. L'obésité et la grossesse sont caractérisées par une hyperinsulinémie qui résulte d'une augmentation de la production et de la sécrétion de l'insuline. L'expression de DLK est augmentée dans des îlots de rattes gestantes et des souris obèses comparés à leurs contrôles respectifs. A l'inverse, dans des sujets diabétiques, l'expression de DLK est diminuée. Ensemble ces résultats montrent l'importance de DLK dans l'adaptation des îlots par un mécanisme qui pourrait impliquer la voie de signalisation de JNK. Des défauts dans cette voie régulée par DLK pourraient contribuer au dysfonctionnement et la mort de la cellule β pancréatique et par conséquent au développement du diabète. L'étude détaillée du mécanisme par lequel DLK active la voie de signalisation JNK et régule la fonction de la cellule β pancréatique pourrait ouvrir la voie des nouvelles thérapies ciblant l'amélioration de la fonction de la cellule β dans le diabète. - Pancreatic β-cells are evidently plastic in their ability to regulate insulin secretion. The quantity of insulin released by these cells varies according to the stimulus, and the prevailing glucose concentration, β-cell function is pivotal in glucose homeostasis, as their dysfunction, and death can lead to development of type 1 and type 2 diabetes. There are numerous reports so far underlying the role of inflammation in dysfunction, and destruction of β-cells, in both type 1 and type 2 diabetes. Chronic excess of pro¬inflammatory cytokines promotes a β-cell decline, via induction of the c-Jun N-terminal Kinase (JNK) pathway. The activation of the JNK pathway is organized by a scaffold protein-mediated module in which, a three-step phosphorylation cascade occurs. The latter includes, Mitogen activated protein kinase kinase kinase (MAP3K), MAP2K and JNK. In this thesis, we unveil that the MAP3K Dual Leucine Zipper Bearing Kinase (DLK) is selectively, and highly expressed in pancreatic β-cells, as the result from the absence of the transcriptional repressor named, Repressor Element 1 Silencing Transcription (REST). We show that DLK regulates activation of JNK, and is required for β-cell function and survival by modulating the PDX-1 transcription factor. Silencing of DLK expression diminishes insulin expression, and potentiated cytokine-mediated apoptosis. Conversely, overexpression of DLK increased insulin expression, and glucose-induced insulin secretion. Therefore, an appropriate level of DLK is critical for β-cell function and survival. Obesity and pregnancy are characterized by hyperinsulinemia resulting from an increased production and secretion of insulin. In isolated islets of pregnant rats, and obese mice, the expression of DLK was elevated when compared to their respective controls. However, decreased expression of DLK was observed in islets of individuals with diabetes. Taken together, we highlight the importance of DLK in islet adaptation, and describe a mechanism that may involve the JNK signaling. Deficiency in the JNK pathway regulated by DLK may contribute to β-cell failure and death, and thereby development of diabetes. Unraveling the mechanism whereby DLK activates the JNK pathway, and β-cell function, may pave the way for the design of novel therapies, aiming to improve β-cell function and survival in diabetes in general.

New insights into the role of microRNAs in pancreatic ß-cell maturation and plasticity

Le diabète est une maladie chronique caractérisée par une élévation du taux de sucre dans le sang aussi appelé « glycémie » reflétant un état pathologique. L'élévation de la glycémie au long cours a des répercussions délétères sur nombreux de nos tissus et organes d'où l'apparition de complications sévères chez les sujets diabétiques pouvant atteindre les yeux, les reins, le système nerveux, le système cardiovasculaire et les membres inférieurs. La carence en une hormone essentielle à notre organisme, l'insuline, est au coeur du développement de la maladie. L'insuline induit la captation du glucose circulant dans le sang en excès suite à une prise alimentaire riche en glucides et favorise son utilisation et éventuellement son stockage dans les tissus tels que le foie, le tissu adipeux et les muscles. Ainsi, l'insuline est vitale pour réguler et maintenir stable notre niveau de glycémie. Les cellules bêta du pancréas sont les seules entités de notre corps capables de produire de l'insuline et une perte de fonctionnalité associée à leur destruction ont été mises en cause dans le processus pathologique du diabète de type 2. Cependant la pleine fonctionnalité et la maturation des cellules bêta n'apparaissent qu'après la naissance lorsque le pancréas en développement a atteint sa masse adulte définitive. Enfin, une fois la masse des cellules bêta définitive établie, leur nombre et volume restent relativement constants au cours de la vie adulte chez un sujet sain. Néanmoins, au cours de périodes critiques les besoins en insuline sont augmentés tel qu'observé chez les femmes enceintes et les personnes obèses qui ont une perte de sensibilité à l'insuline qui se traduit par la nécessité de sécréter plus d'insuline afin de maintenir une glycémie normale. Dans l'hypothèse où la compensation n'a pas lieu ou n'est pas aboutie, le diabète se développe. Le processus de maturation postnatale ainsi que les événements compensatoires sont donc des étapes essentielles et de nombreuses questions sont encore non résolues concernant l'identification des mécanismes les régulant. Parmi les acteurs potentiels figurent de petites molécules d'ARN découvertes récemment appelées microARNs et qui ont été rapidement suggérées très prometteuses dans l'identification de nouvelles cibles thérapeutiques dans le cadre du diabète et d'autres pathologies. Les microARNs vont réguler l'expression de notre génome sans en modifier la séquence, phénomène également appelé épigénétique, ce qui résulte en des différences de comportement et de fonction cellulaires. Les microARNs sont donc susceptibles de jouer un rôle clé dans l'ensemble des processus biologiques et notre environnement associé à nos prédispositions génétiques peuvent grandement modifier leur niveau et donc leur action, qui à son tour se répercutera sur notre état physiologique. En effet nous avons identifié des changements de microARNs dans les cellules d'îlots pancréatiques de modèles animaux (rats et souris) associés à un état de résistance à l'insuline (grossesse et obésité). Par le biais d'expériences in vitro sur des cellules bêta extraites de rats et conservées en culture, nous avons pu analyser de plus près l'implication des microARNs dans la capacité des cellules bêta à sécréter de l'insuline mais aussi à se multiplier et à survivre au sein d'un environnement toxique. Ainsi, nous avons identifié des microARNs qui participent positivement à la compensation des cellules bêta, sous la direction d'hormones telles les estrogènes ou d'une hormone libérée par l'intestin au cours de la digestion (l'inerétine GLP1) et qui est largement utilisée comme agent thérapeutique dans la médication contre le diabète. Dans un second temps nous avons utilisé une stratégie similaire afin de déterminer le rôle de microARNs préalablement détectés comme étant changés au cours du développement postnatal des cellules bêta chez le rat. Cette étude a également mené à l'identification de microARNs participant à la maturation et à l'expansion de la masse des cellules bêta sous l'influence de la composition du régime alimentaire et des besoins en insuline adéquats qui en dépendent. Ces études apportent la vision de nouveaux mécanismes moléculaires impliquant les microARNs et démontrant leur importance pour le bon fonctionnement des cellules bêta et leur capacité d'adaptation à l'environnement. -- Les cellules bêta sont une composante des îlots pancréatiques de Langerhans et sont des cellules hautement différenciées qui ont l'unique capacité de sécréter de l'insuline sous l'influence des nutriments suite à une prise alimentaire. L'insuline facilite l'incorporation de glucose dans ses tissus cibles tels le foie, le tissu adipeux et les muscles. Bien que les besoins en insuline soient relativement constants au cours de la vie d'un individu sain, certaines conditions associées à un état de résistance à l'insuline, telles la grossesse ou l'obésité, requièrent une libération d'insuline majorée. En cas de résistance à l'insuline, une dysfonction des cellules bêta plus ou moins associée à leur mort cellulaire, conduisent à une sécrétion d'insuline insuffisante et au développement d'une hyperglycémie chronique, caractéristique du diabète de type 2. Jusqu'à présent, les mécanismes moléculaires sous- jacents à la compensation des cellules bêta ou encore menant à leur dysfonction restent peu connus. Découverts récemment, les petits ARNs non-codant appelés microARNs (miARNs), suscitent un intérêt grandissant de par leur potentiel thérapeutique pour la prise en charge et le traitement du diabète. Les miARNs sont de puissants régulateurs de l'expression génique qui lient directement le 3'UTR de leurs ARN messagers cibles afin d'inhiber leur traduction ou d'induire leur dégradation, ce qui leur permet de contrôler des fonctions biologiques multiples. Ainsi, nous avons pris pour hypothèse que les miARNs pourraient jouer un rôle essentiel en maintenant la fonction des cellules bêta et des processus compensatoires afin de prévenir le développement du diabète. Lors d'une première étude, une analyse transcriptomique a permis l'identification de miARNs différemment exprimés au sein d'îlots pancréatiques de rattes gestantes. Parmi eux, le miR-338-3p a démontré la capacité de promouvoir la prolifération et la survie des cellules bêta exposées à des acides gras saturés et des cytokines pro-inflammatoires, sans altérer leur propriété sécrétrice d'insuline. Nous avons également identifié deux hormones reconnues pour leurs propriétés bénéfiques pour la physiologie de la cellule bêta, l'estradiol et l'incrétine GLP1, qui régulent les niveaux du miR-338-3p. Ce miARN intègre parfaitement les voies de signalisation de ces deux hormones dépendantes de l'AMP cyclique, afin de contrôler l'expression de nombreux gènes conduisant à son action biologique. Dans un projet ultérieur, notre objectif était de déterminer la contribution de miARNs dans l'acquisition de l'identité fonctionnelle des cellules bêta en période postnatale. En effet, directement après la naissance les cellules bêta sont reconnues pour être encore immatures et incapables de sécréter de l'insuline spécifiquement en réponse à l'élévation de la glycémie. Au contraire, la réponse insulinique induite par les acides aminés ainsi que la biosynthèse d'insuline sont déjà fonctionnelles. Nos recherches ont permis de montrer que les changements de miARNs corrélés avec l'apparition du phénotype sécrétoire en réponse au glucose, sont régis par la composition nutritionnelle du régime alimentaire et des besoins en insuline qui en découlent. En parallèle, le taux de prolifération des cellules bêta est considérablement réduit. Les miARNs que nous avons étudiés coordonnent des changements d'expression de gènes clés impliqués dans l'acquisition de propriétés vitales de la cellule bêta et dans la maintenancé de son identité propre. Enfin, ces études ont permis de clairement démontrer l'importance des miARNs dans la régulation de la fonction des cellules bêta pancréatiques. -- Beta-cells are highly differentiated cells localized in the pancreatic islets and are characterized by the unique property of secreting insulin in response to nutrient stimulation after meal intake. Insulin is then in charge of facilitating glucose uptake by insulin target tissues such as liver, adipose tissue and muscles. Despite insulin needs stay more or less constant throughout life of healthy individuals, there are circumstances such as during pregnancy or obesity which are associated to insulin resistance, where insulin needs are increased. In this context, defects in beta-cell function, sometimes associated with beta-cell loss, may result in the release of inappropriate amounts of insulin leading to chronic hyperglycemia, properly defined as type 2 diabetes mellitus. So far, the mechanisms underlying beta- cell compensation as well as beta-cell failure remain to be established. The recently discovered small non-coding RNAs called microRNAs (miRNAs) are emerging as interesting therapeutic targets and are bringing new hope for the treatment of diabetes. miRNAs display a massive potential in regulating gene expression by directly binding to the 3'UTR of messenger RNAs and by inhibiting their translation and/or stability, enabling them to modify a wide range of biological functions. In view of this, we hypothesized that miRNAs may play an essential role in preserving the functional beta-cell mass and permitting to fight against beta-cell exhaustion and decompensation that can lead to diabetes development. In a first study, global profiling in pancreatic islets of pregnant rats, a model of insulin resistance, led to the identification of a set of differentially expressed miRNAs. Among them, miR-338- 3p was found to promote beta-cell proliferation and survival upon exposure of islet cells to pro- apoptotic stimuli such as saturated fatty acids or pro-inflammatory cytokines, without impairment in their capacity to release insulin. We also discovered that miR-338-3p changes are driven by two hormones, the estradiol and the incretin GLP1, both well known for their beneficial impact on beta- cell physiology. Consistently, we found that miR-338-3p integrates the cAMP-dependent signaling pathways regulated by these two hormones in order to control the expression of numerous genes and execute its biological functions. In a second project, we aimed at determining whether miRNAs contribute to the acquisition of beta-cell identity. Indeed, we confirmed that right after birth beta-cells are still immature and are unable to secrete insulin specifically in response to elevated concentrations of glucose. In contrast, amino acid-stimulated insulin release as well as insulin biosynthesis are already fully functional. In parallel, newborn beta-cells are proliferating intensively within the expanding pancreas. Interestingly, we demonstrated that the miRNA changes and the subsequent acquisition of glucose responsiveness is influenced by the diet composition and the resulting insulin needs. At the same time, beta-cell proliferation declines. The miRNAs that we have identified orchestrate expression changes of essential genes involved in the acquisition of specific beta-cell properties and in the maintenance of a mature beta-cell identity. Altogether, these studies clearly demonstrate that miRNAs play important roles in the regulation of beta-cell function.

Contribution of Intronic miR-338-3p and Its Hosting Gene AATK to Compensatory β-Cell Mass Expansion.

The elucidation of the mechanisms directing β-cell mass regeneration and maintenance is of interest, because the deficit of β-cell mass contributes to diabetes onset and progression. We previously found that the level of the microRNA (miRNA) miR-338-3p is decreased in pancreatic islets from rodent models displaying insulin resistance and compensatory β-cell mass expansion, including pregnant rats, diet-induced obese mice, and db/db mice. Transfection of rat islet cells with oligonucleotides that specifically block miR-338-3p activity increased the fraction of proliferating β-cells in vitro and promoted survival under proapoptotic conditions without affecting the capacity of β-cells to release insulin in response to glucose. Here, we evaluated the role of miR-338-3p in vivo by injecting mice with an adeno-associated viral vector permitting specific sequestration of this miRNA in β-cells. We found that the adeno-associated viral construct increased the fraction of proliferating β-cells confirming the data obtained in vitro. miR-338-3p is generated from an intron of the gene coding for apoptosis-associated tyrosine kinase (AATK). Similarly to miR-338-3p, we found that AATK is down-regulated in rat and human islets and INS832/13 β-cells in the presence of the cAMP-raising agents exendin-4, estradiol, and a G-protein-coupled Receptor 30 agonist. Moreover, AATK expression is reduced in islets of insulin resistant animal models and selective silencing of AATK in INS832/13 cells by RNA interference promoted β-cell proliferation. The results point to a coordinated reduction of miR-338-3p and AATK under insulin resistance conditions and provide evidence for a cooperative action of the miRNA and its hosting gene in compensatory β-cell mass expansion.

Moderate postnatal hyperoxia accelerates lung growth and attenuates pulmonary hypertension in infant rats after exposure to intra-amniotic endotoxin.

To determine the separate and interactive effects of fetal inflammation and neonatal hyperoxia on the developing lung, we hypothesized that: 1) antenatal endotoxin (ETX) causes sustained abnormalities of infant lung structure; and 2) postnatal hyperoxia augments the adverse effects of antenatal ETX on infant lung growth. Escherichia coli ETX or saline (SA) was injected into amniotic sacs in pregnant Sprague-Dawley rats at 20 days of gestation. Pups were delivered 2 days later and raised in room air (RA) or moderate hyperoxia (O₂, 80% O₂ at Denver's altitude, ∼65% O₂ at sea level) from birth through 14 days of age. Heart and lung tissues were harvested for measurements. Intra-amniotic ETX caused right ventricular hypertrophy (RVH) and decreased lung vascular endothelial growth factor (VEGF) and VEGF receptor-2 (VEGFR-2) protein contents at birth. In ETX-exposed rats (ETX-RA), alveolarization and vessel density were decreased, pulmonary vascular wall thickness percentage was increased, and RVH was persistent throughout the study period compared with controls (SA-RA). After antenatal ETX, moderate hyperoxia increased lung VEGF and VEGFR-2 protein contents in ETX-O₂ rats and improved their alveolar and vascular structure and RVH compared with ETX-RA rats. In contrast, severe hyperoxia (≥95% O₂ at Denver's altitude) further reduced lung vessel density after intra-amniotic ETX exposure. We conclude that intra-amniotic ETX induces fetal pulmonary hypertension and causes persistent abnormalities of lung structure with sustained pulmonary hypertension in infant rats. Moreover, moderate postnatal hyperoxia after antenatal ETX restores lung growth and prevents pulmonary hypertension during infancy.

Developmental and metabolic brain alterations in rats exposed to bisphenol A during gestation and lactation.

In recent years, considerable research has focused on the biological effect of endocrine-disrupting chemicals. Bisphenol A (BPA) has been implicated as an endocrine-disrupting chemical (EDC) due to its ability to mimic the action of endogenous estrogenic hormones. The aim of this study was to assess the effect of perinatal exposure to BPA on cerebral structural development and metabolism after birth. BPA (1mg/l) was administered in the drinking water of pregnant dams from day 6 of gestation until pup weaning. At postnatal day 20, in vivo metabolite concentrations in the rat pup hippocampus were measured using high field proton magnetic resonance spectroscopy. Further, brain was assessed histologically for growth, gross morphology, glial and neuronal development and extent of myelination. Localized proton magnetic resonance spectroscopy ((1)H MRS) showed in the BPA-exposed rat a significant increase in glutamate concentration in the hippocampus as well as in the Glu/Asp ratio. Interestingly these two metabolites are metabolically linked together in the malate-aspartate metabolic shuttle. Quantitative histological analysis revealed that the density of NeuN-positive neurons in the hippocampus was decreased in the BPA-treated offspring when compared to controls. Conversely, the density of GFAP-positive astrocytes in the cingulum was increased in BPA-treated offspring. In conclusion, exposure to low-dose BPA during gestation and lactation leads to significant changes in the Glu/Asp ratio in the hippocampus, which may reflect impaired mitochondrial function and also result in neuronal and glial developmental alterations.

Olfactory traces and spatial learning in rats.

We conducted an experiment to assess the use of olfactory traces for spatial orientation in an open environment in rats, Rattus norvegicus. We trained rats to locate a food source at a fixed location from different starting points, in the presence or absence of visual information. A single food source was hidden in an array of 19 petri dishes regularly arranged in an open-field arena. Rats were trained to locate the food source either in white light (with full access to distant visuospatial information) or in darkness (without any visual information). In both cases, the goal was in a fixed location relative to the spatial frame of reference. The results of this experiment revealed that the presence of noncontrolled olfactory traces coherent with the spatial frame of reference enables rats to locate a unique position as accurately in darkness as with full access to visuospatial information. We hypothesize that the olfactory traces complement the use of other orientation mechanisms, such as path integration or the reliance on visuospatial information. This experiment demonstrates that rats can rely on olfactory traces for accurate orientation, and raises questions about the establishment of such traces in the absence of any other orientation mechanism. Copyright 1998 The Association for the Study of Animal Behaviour.

Influence of local environmental olfactory cues on place learning in rats

The aim of the present study was to assess the influence of local environmental olfactory cues on place learning in rats. We developed a new experimental design allowing the comparison of the use of local olfactory and visual cues in spatial and discrimination learning. We compared the effect of both types of cues on the discrimination of a single food source in an open-field arena. The goal was either in a fixed or in a variable location, and could be indicated by local olfactory and/or visual cues. The local cues enhanced the discrimination of the goal dish, whether it was in a fixed or in a variable location. However, we did not observe any overshadowing of the spatial information by the local olfactory or visual cue. Rats relied primarily on distant visuospatial information to locate the goal, neglecting local information when it was in conflict with the spatial information.

Early antibiotic administration affects the gut barrier function and the immune response to oral antigen in suckling rats

Abstract: The increasingly high hygienic standards characterizing westernized societies correlate with an increasingly high prevalence of allergic disease. Initially based on these observations, the hygiene hypothesis postulates that reduced microbial stimulation during infancy impairs the immune system development and increases the risk of allergy. Moreover, there is increasing evidence that the crosstalk existing between the intestine and the resident microbiota is crucial for gut homeostasis. In particular, bacterial colonization of the gut affects the integrity of the gut barrier and stimulates the development of the gut associated immune tissue, both phenomena being essential for the immune system to mount a controlled response to food antigens. Therefore, alterations in the microbial colonization process, by compromising the barrier homeostasis, may increase the risk of food allergy. In this context, antibiotic treatment, frequently prescribed during infancy, affects gut colonization by bacteria. However, little is known about the impact of alterations in the colonization process on the maturation of the gut barrier and on the immunological response to oral antigens. The objective of this work was to determine the impact of a commercial antibiotic preparation employed in pediatric settings on the gut barrier status at the critical period of the suckling/weaning transition and to evaluate the physiological consequences of this treatment in terms of immune response to food antigens. We established an antibiotic-treated suckling rat model relevant to the pediatric population in terms of type, dose and route of administration of the antibiotic and of changes in the patterns of microbial colonization. Oral tolerance to a novel luminal antigen (ovalbumin) was impaired when the antigen was introduced during antibiotic treatment. These results paralleled to alterations in the intestinal permeability to macromolecules and reduced intestinal expression of genes coding for the major histocomptatibility complex II molecules, which suggest a reduced capacity of antigen handling and presentation in the intestine of the antibiotic-treated animals. In addition, low luminal IgA levels and reduced intestinal expression of genes coding for antimicrobial proteins suggest that protection against pathogens was reduced under antibiotic treatment. In conclusion, we observed in suckling rats that treatment with abroad-spectrum antibiotic commonly used in pediatric practices reduced the capacity of the immune system to develop tolerance. The impact of the antibiotic treatment on the immune response to the antigen-was likely mediated by the alterations of the gut microbiota, through impairment in the mechanisms of antigen handling and presentation. This work reinforces the body of data supporting a key role of the intestinal microbiota modulating the risk of allergy development and leads us to propose that the introduction of new food antigens should be avoided during antibiotic treatment in infants. Résumé: L'augmentation du niveau d'hygiène caractérisant les sociétés occidentales semble être fortement corrélée avec l'augmentation des cas d'allergie dans ces pays. De cette observation est née l'hypothèse qu'une diminution des stimuli microbiens pendant l'enfance modifie le développement du système immunitaire augmentant ainsi le risque d'allergie. En ce sens, un nombre croissant de données indiquent que les interactions existant entre l'intestin et les bactéries résidantes sont cruciales pour l'équilibre du système. En effet, la présence de bactéries dans l'intestin affecte l'intégrité de sa fonction de barrière et stimule le développement du système immunitaire intestinal. Ces deux paramètres étant essentiels à la mise en place d'une réponse contrôlée vis à vis d'un antigène reçu oralement, toute modification du processus naturel de colonisation compromettant l'équilibre intestinal pourrait augmenter le risque d'allergie. Les traitements aux antibiotiques, fréquemment prescrits en pédiatrie, modifient de façon conséquente le processus de colonisation bactérienne. Cependant peu de données existent concernant l'impact d'une altération du processus de colonisation sur la maturation de la barrière intestinale et de la réponse immunitaire dirigée contre un antigène. L'objectif de ce travail était de déterminer l'impact d'un antibiotique commercial et employé en pédiatrie sur l'état de la barrière intestinale au moment critique du sevrage et d'évaluer les conséquences physiologiques d'un tel traitement sur la réponse immune à un antigène alimentaire. Nous avons mis en place un modèle de rats allaités, traités à l'antibiotique, le plus proche possible des pratiques pédiatriques, en terme de nature, dose et voie d'administration de l'antibiotique. Nous avons constaté que l'établissement de la tolérance orale à un nouvel antigène (l'ovalbumine) est altéré quand celui-ci est donné pour la première fois au cours du traitement antibiotique. Ces résultats coïncident avec une diminution de la perméabilité intestinale aux macromolécules, ainsi qu'avec une diminution de l'expression des gènes codant pour les molécules du complexe majeur d'histocomptatibilité de classe II, suggérant une modification de l'apprêtement et de la présentation de l'antigène au niveau intestinal chez les rats traités à l'antibiotique. De plus, un faible taux d'IgA et une diminution de l'expression des gènes codant pour des protéines antimicrobiennes, observés après l'administration d'antibiotique, laissent à penser que la protection contre un pathogène est diminuée lors d'un traitement antibiotique. En conclusion, nous avons observé qu'un traitement antibiotique à large spectre d'activité, couramment utilisé en pédiatrie, réduit la capacité d'induction de la tolérance orale chez le rat allaité. L'impact du traitement antibiotique sur la réponse immune semble induite par l'altération de la flore intestinale via son effet sur les mécanismes d'apprêtement et de présentation de l'antigène. Ce travail renforce l'ensemble des données existantes qui accorde à la flore intestinale un rôle clef dans la modulation du risque de développement d'allergie et nous amène à recommander d'éviter l'introduction d'un nouvel aliment lorsqu'un enfant est traité aux antibiotiques.

Caffeine consumption attenuates neurochemical modifications in the hippocampus of streptozotocin-induced diabetic rats.

Type 1 diabetes can affect hippocampal function triggering cognitive impairment through unknown mechanisms. Caffeine consumption prevents hippocampal degeneration and memory dysfunction upon different insults and is also known to affect peripheral glucose metabolism. Thus we now characterized glucose transport and the neurochemical profile in the hippocampus of streptozotocin-induced diabetic rats using in vivo(1)H NMR spectroscopy and tested the effect of caffeine consumption thereupon. We found that hippocampal glucose content and transport were unaltered in diabetic rats, irrespective of caffeine consumption. However diabetic rats displayed alterations in their hippocampal neurochemical profile, which were normalized upon restoration of normoglycaemia, with the exception of myo-inositol that remained increased (36 +/- 5%, p < 0.01 compared to controls) likely reflecting osmolarity deregulation. Compared to controls, caffeine-consuming diabetic rats displayed increased hippocampal levels of myo-inositol (15 +/- 5%, p < 0.05) and taurine (23 +/- 4%, p < 0.01), supporting the ability of caffeine to control osmoregulation. Compared to controls, the hippocampus of diabetic rats displayed a reduced density of synaptic proteins syntaxin, synaptophysin and synaptosome-associated protein of 25 kDa (in average 18 +/- 1%, p < 0.05) as well increased glial fibrillary acidic protein (20 +/- 5%, p < 0.05), suggesting synaptic degeneration and astrogliosis, which were prevented by caffeine consumption. In conclusion, neurochemical alterations in the hippocampus of diabetic rats are not related to defects of glucose transport but likely reflect osmoregulatory adaptations caused by hyperglycemia. Furthermore, caffeine consumption affected this neurochemical adaptation to high glucose levels, which may contribute to its potential neuroprotective effects, namely preventing synaptic degeneration and astrogliosis.

Interleukin-4 (IL-4) and interferon-gamma (IFN-gamma) in pregnant C57BL/6 mice infected with L. major at different gestational periods.

BACKGROUND AND OBJECTIVE: To assess if gestational factors affect the resistance of C57BL/6 mice to L major infection, this study determined the levels of IL-4 and IFN-gamma in popliteal lymph node cells of pregnant C57BL/6 mice infected with L. major at 16 hours, 5 days-, 10 days- and 15 days- post plug by PCR, ELISA and BIOASSAY. DESIGN/SETTING: Experimental. RESULTS: Infected pregnant C57BL/6 mice developed larger cutaneous footpad lesions compared with non-pregnant C57BL/6 mice (that showed signs of resolution 7-10 weeks after infection). But, the lesions in infected pregnant C57BL/6 mice and infected non-pregnant C57BL/6 mice were not as large as in susceptible BALB/c mice. The mean litter weight was also reduced in pregnant infected C57BL/6 mice particularly in the groups infected at later stages of pregnancy (day 10- and day 15-post plug). The levels of both IL-4 and IFN-gamma increased with gestation in pregnant infected C57BL/6 mice compared with pregnant non-infected group, while only IL-4 was raised in pregnant infected mice compared with infected non pregnant mice. CONCLUSIONS: It may be concluded that increased IL-4 in pregnant infected C57BL/6 mice caused the transient susceptibility to L major infection while reduced litter weight was associated with increased IFN-gamma. These effects were pronounced in C57BI/6 mice infected with L major in late pregnancy.

Whole body protein metabolism and resting energy expenditure in pregnant Gambian women.

Whole body protein metabolism and resting energy expenditure (REE) were measured at 11, 23, and 33 wk of pregnancy in nine pregnant (not malnourished) Gambian women and in eight matched nonpregnant nonlactating (NPNL) matched controls. Rates of whole body nitrogen flux, protein synthesis, and protein breakdown were determined in the fed state from the level of isotope enrichment of urinary urea and ammonia during a period of 9 h after a single oral dose of [15N]glycine. At regular intervals, REE was measured by indirect calorimetry (hood system). Based on the arithmetic end-product average of values obtained with urea and ammonia, a significant increase in whole body protein synthesis was observed during the second trimester (5.8 +/- 0.4 g.kg-1.day-1) relative to values obtained both for the NPNL controls (4.5 +/- 0.3 g.kg-1.day-1) and those during the first trimester (4.7 +/- 0.3 g.kg-1.day-1). There was a significant rise in REE during the third trimester both in the preprandial and postprandial states. No correlation was found between REE after meal ingestion and the rate of whole body protein synthesis.

Impending status epilepticus and anxiety in a pregnant woman treated with levetiracetam.

Levetiracetam (LEV) has been considered to undergo no significant change in bioavailability during pregnancy; however, it was recently demonstrated to display modifications leading to a drop in its serum level. We describe a patient who displayed impending status epilepticus following a fall in her LEV level during the first trimester. The oral LEV dosage was increased, and phenytoin and benzodiazepines were transiently prescribed. She experienced severe anxiety and an unbearable fear over the deleterious consequences for her baby despite repeated, reassuring explanations. Her anxiety was so strong that she aborted electively shortly after leaving the hospital. This observation emphasizes the need for LEV level monitoring during pregnancy to prevent unexpected seizure relapses. The rapid increase in levetiracetam dosage in parallel with the loss of seizure control is suspected of facilitating the induction of significant psychiatric changes.

Effects of neuropeptide Y on intrarenal hemodynamics, plasma renin activity and urinary sodium excretion in rats.

Neuropeptide Y (NPY) is a vasoconstrictor peptide possibly involved in the regulation of renal sodium handling and renin release. This investigation was undertaken to assess in conscious normotensive rats the acute effects of a non-pressor dose of NPY on renal plasma flow, glomerular filtration rate, sodium excretion and plasma renin activity. Experiments were also performed during concomitant beta-adrenoceptor stimulation with isoproterenol. NPY per se had no effect on the studied parameters. Renal plasma flow was increased by isoproterenol and was significantly higher when the beta-adrenoceptor stimulant was infused alone (13.4 +/- 2.1 ml/min, p < 0.05, mean +/- SEM) that when administered together with NPY (7.2 +/- 2.0 ml/min). This was also true for glomerular filtration rate (3.3 +/- 0.3 vs. 1.8 +/- 0.3 ml/min, p < 0.01) and plasma renin activity (6.3 +/- 1.7 vs. 2.1 +/- 0.4 ng Ang I/ml/h, p < 0.05). Our data however do not allow to deduce whether the inhibitory effect of NPY on isoproterenol-induced renin release is mediated by changes in intrarenal hemodynamics or a direct effect on juxtaglomerular cells.