PPARβ/δ affects pancreatic β cell mass and insulin secretion in mice.

PPARβ/δ protects against obesity by reducing dyslipidemia and insulin resistance via effects in muscle, adipose tissue, and liver. However, its function in pancreas remains ill defined. To gain insight into its hypothesized role in β cell function, we specifically deleted Pparb/d in the epithelial compartment of the mouse pancreas. Mutant animals presented increased numbers of islets and, more importantly, enhanced insulin secretion, causing hyperinsulinemia. Gene expression profiling of pancreatic β cells indicated a broad repressive function of PPARβ/δ affecting the vesicular and granular compartment as well as the actin cytoskeleton. Analyses of insulin release from isolated PPARβ/δ-deficient islets revealed an accelerated second phase of glucose-stimulated insulin secretion. These effects in PPARβ/δ-deficient islets correlated with increased filamentous actin (F-actin) disassembly and an elevation in protein kinase D activity that altered Golgi organization. Taken together, these results provide evidence for a repressive role for PPARβ/δ in β cell mass and insulin exocytosis, and shed a new light on PPARβ/δ metabolic action.

Selective disruption of Tcf7l2 in the pancreatic β cell impairs secretory function and lowers β cell mass.

Type 2 diabetes (T2D) is characterized by β cell dysfunction and loss. Single nucleotide polymorphisms in the T-cell factor 7-like 2 (TCF7L2) gene, associated with T2D by genome-wide association studies, lead to impaired β cell function. While deletion of the homologous murine Tcf7l2 gene throughout the developing pancreas leads to impaired glucose tolerance, deletion in the β cell in adult mice reportedly has more modest effects. To inactivate Tcf7l2 highly selectively in β cells from the earliest expression of the Ins1 gene (∼E11.5) we have therefore used a Cre recombinase introduced at the Ins1 locus. Tcfl2(fl/fl)::Ins1Cre mice display impaired oral and intraperitoneal glucose tolerance by 8 and 16 weeks, respectively, and defective responses to the GLP-1 analogue liraglutide at 8 weeks. Tcfl2(fl/fl)::Ins1Cre islets displayed defective glucose- and GLP-1-stimulated insulin secretion and the expression of both the Ins2 (∼20%) and Glp1r (∼40%) genes were significantly reduced. Glucose- and GLP-1-induced intracellular free Ca(2+) increases, and connectivity between individual β cells, were both lowered by Tcf7l2 deletion in islets from mice maintained on a high (60%) fat diet. Finally, analysis by optical projection tomography revealed ∼30% decrease in β cell mass in pancreata from Tcfl2(fl/fl)::Ins1Cre mice. These data demonstrate that Tcf7l2 plays a cell autonomous role in the control of β cell function and mass, serving as an important regulator of gene expression and islet cell coordination. The possible relevance of these findings for the action of TCF7L2 polymorphisms associated with Type 2 diabetes in man is discussed.

Control of pancreatic β-cell mass and function by gluco-incretin hormones : identification of novel regulatory mechanisms for the treatment of diabetes

Summary : Control of pancreatic ß-cell mass and function by gluco-incretin hormones: Identification of novel regulatory mechanisms for the treatment of diabetes The ß-cells of islets of Langerhans secrete insulin to reduce hyperglycemia. The number of pancreatic islet ß-cells and their capacity to secrete insulin is modulated in normal physiological conditions to respond to the metabolic demand of the organism. A failure of the endocrine pancreas to maintain an adequate insulin secretory capacity due to a reduced ß-cell number and function underlies the pathogenesis of both type 1 and type 2 diabetes. The molecular mechanisms controlling the glucose competence of mature ß-cells, i.e., the magnitude of their insulin secretion response to glucose, ß-cell replication, their differentiation from precursor cells and protection against apoptosis are poorly understood. To investigate these mechanisms, we studied the effects on ß-cells of the gluco-incretin hormones, glucose-dependent insulinotropic polypeptide (GIP) and glucagon-like peptide-1 (GLP-1) which are secreted by intestinal endocrine cells after food intake. Besides acutely potentiating glucose-stimulated insulin secretion, these hormones induce ß-cell differentiation from precursor cells, stimulate mature ß-cell replication, and protect them against apoptosis. Therefore, understanding the molecular basis for gluco-incretin action may lead to the uncovering of novel ß-cell regulatory events with potential application for the treatment or prevention of diabetes. Islets from mice with inactivation of both GIP and GLP-1 receptor genes (dK0) present a defect in glucose-induced insulin secretion and are more sensitive than control islets to cytokine-induced apoptosis. To search for regulatory genes, that may control both glucose competence and protection against apoptosis, we performed comparative transcriptomic analysis of islets from control and dK0 mice. We found a strong down-regulation of the IGF1 Rexpression in dK0 islets. We demonstrated in both a mouse insulin-secreting cell line and primary islets, that GLP-1 stimulated IGF-1R expression and signaling. Importantly, GLP-1induced IGF-1R-dependent Akt phosphorylation required active secretion, indicating the presence of an autocrine activation mechanism. We further showed that activation of IGF-1R signaling was dependent on the secretion of IGF-2 and IGF-2 expression was regulated by nutrients. Finally, we demonstrated that the IGF-Z/IGF-1R autocrine loop was required for GLP-1 i) to protect ß-cells against cytokine-induced apoptosis, ii) to enhance their glucose competence and iii) to increase ß-cell proliferation. Résumé : Contrôle de la masse des cellules ß pancréatiques et de leur fonction par les hormones glucoincrétines: Identification de nouveaux mécanismes régulateurs pour le traitement du diabète Les cellules ß des îlots de Langerhans sécrètent l'insuline pour diminuer l'hyperglycémie. Le nombre de cellules ß et leur capacité à sécréter l'insuline sont modulés dans les conditions physiologiques normales pour répondre à la demande métabolique de l'organisme. Un échec du pancréas endocrine à maintenir sa capacité sécrétoire d'insuline dû à une diminution du nombre et de la fonction des cellules ß conduit au diabète de type 1 et de type 2. Les mécanismes moléculaires contrôlant la compétence au glucose des cellules ß matures, tels que, l'augmentation de la sécrétion d'insuline en réponse au glucose, la réplication des cellules ß, leur différentiation à partir de cellules précurseurs et la protection contre l'apoptose sont encore peu connus. Afin d'examiner ces mécanismes, nous avons étudié les effets sur les cellules ß des hormones gluco-incrétines, glucose-dépendent insulinotropic polypeptide (G1P) et glucagon-like peptide-1 (GLP-1) qui sont sécrétées par les cellules endocrines de l'intestin après la prise alimentaire. En plus de potentialiser la sécrétion d'insuline induite par le glucose, ces hormones induisent la différentiation de cellules ß à partir de cellules précurseurs, stimulent leur prolifération et les protègent contre l'apoptose. Par conséquent, comprendre les mécanismes d'action des gluco-incrétines permettrait de découvrir de nouveaux processus régulant les cellules ß avec d'éventuelles applications dans le traitement ou la prévention du diabète. Les îlots de souris ayant une double inactivation des gènes pour les récepteurs du GIP et du GLP-1 (dK0) présentent un défaut de sécrétion d'insuline stimulée par le glucose et une sensibilité accrue à l'apoptose induite par les cytokines. Afin de déterminer les gènes régulés, qui pourraient contrôler à la fois la compétence au glucose et la protection contre l'apoptose, nous avons effectué une analyse comparative transcriptomique sur des îlots de souris contrôles et dKO. Nous avons constaté une forte diminution de l'expression d'IGF-1R dans les îlots dKO. Nous avons démontré, à la fois dans une lignée cellulaire murine sécrétant l'insuline et dans îlots primaires, que le GLP-1 stimulait l'expression d'IGF-1R et sa voie de signalisation. Par ailleurs, la phosphorylation d'Akt dépendante d'IGF1-R induite parle GLP-1 nécessite une sécrétion active, indiquant la présence d'un mécanisme d'activation autocrine. Nous avons ensuite montré que l'activation de la voie de signalisation d'IGF-1R était dépendante de la sécrétion d'IGF-2, dont l'expression est régulée par les nutriments. Finalement, nous avons démontré que la boucle autocrine IGF-2/IGF-1R est nécessaire pour le GLP-1 i) pour protéger les cellules ß contre l'apoptose induite par les cytokines, ii) pour améliorer la compétence au glucose et iii) pour augmenter la prolifération des cellules ß. Résumé tout public : Contrôle de la masse des cellules ß pancréatiques et de leur fonction par les hormones gluco-incrétines: Identification de nouveaux mécanismes régulateurs pour le traitement du diabète Chez les mammifères, la concentration de glucose sanguine (glycémie) est régulée et maintenue à une valeur relativement constante d'environ 5 mM. Cette régulation est principalement contrôlée par 2 hormones produites par les îlots pancréatiques de Langerhans: l'insuline sécrétée par les cellules ß et le glucagon sécrété par les cellules a. A la suite d'un repas, l'augmentation de la glycémie entraîne la sécrétion d'insuline ce qui permet le stockage du glucose dans le foie, les muscles et le tissu adipeux afin de diminuer le taux de glucose circulant. Lors d'un jeûne, la diminution de la glycémie permet la sécrétion de glucagon favorisant alors la production de glucose par le foie, normalisant ainsi la glycémie. Le nombre de cellules ß et leur capacité sécrétoire s'adaptent aux variations de la demande métabolique pour assurer une normoglycémie. Une destruction complète ou partielle des cellules ß conduit respectivement au diabète de type 1 et de type 2. Bien que l'augmentation de la glycémie soit le facteur stimulant de la sécrétion d'insuline, des hormones gluco-incrétines, principalement le GLP-1 (glucagon-like peptide-1) et le GIP (glucose-dependent insulinotropic polypeptide) sont libérées par l'intestin en réponse aux nutriments (glucose, acides gras) et agissent au niveau des cellules ß, potentialisant la sécrétion d'insuline induite par le glucose, stimulant leur prolifération, induisant la différentiation de cellules précurseurs en cellules ß matures et les protègent contre la mort cellulaire (apoptose). Afin d'étudier plus en détail ces mécanismes, nous avons généré des souris déficientes pour les récepteurs du GIP et du GLP-l. Les îlots pancréatiques de ces souris présentent un défaut de sécrétion d'insuline stimulée par le glucose et une sensibilité accrue à l'apoptose par rapport aux îlots de souris contrôles. Nous avons donc cherché les gènes régulés pas ces hormones contrôlant la sécrétion d'insuline et la protection contre l'apoptose. Nous avons constaté une forte diminution de l'expression du récepteur à l'IGF-1 (IGF-1R) dans les îlots de souris déficientes pour les récepteurs des gluco-incrétines. Nous avons démontré dans un model de cellules ß en culture et d'îlots que le GLP-1 augmentait l'expression d'IGF-1R et la sécrétion de son ligand (IGF-2) permettant l'activation de la voie de signalisation. Finalement, nous avons montré que l'activation de la boucle IGF-2/IGF-1R induite par le GLP-1 était nécessaire pour la protection contre l'apoptose, l'augmentation de la sécrétion et la prolifération des cellules ß.

Neural regulation of pancreatic islet cell mass and function.

Intracellular glucose signalling pathways control the secretion of glucagon and insulin by pancreatic islet α- and β-cells, respectively. However, glucose also indirectly controls the secretion of these hormones through regulation of the autonomic nervous system that richly innervates this endocrine organ. Both parasympathetic and sympathetic nervous systems also impact endocrine pancreas postnatal development and plasticity in adult animals. Defects in these autonomic regulations impair β-cell mass expansion during the weaning period and β-cell mass adaptation in adult life. Both branches of the autonomic nervous system also regulate glucagon secretion. In type 2 diabetes, impaired glucose-dependent autonomic activity causes the loss of cephalic and first phases of insulin secretion, and impaired suppression of glucagon secretion in the postabsorptive phase; in diabetic patients treated with insulin, it causes a progressive failure of hypoglycaemia to trigger the secretion of glucagon and other counterregulatory hormones. Therefore, identification of the glucose-sensing cells that control the autonomic innervation of the endocrine pancreatic and insulin and glucagon secretion is an important goal of research. This is required for a better understanding of the physiological control of glucose homeostasis and its deregulation in diabetes. This review will discuss recent advances in this field of investigation.

Regulation of mass and function of pancreatic β-cells: identification of anti-apoptotic peptides and role of GLP-1

Résumé La masse de cellules β sécrétrices d'insuline est un tissu dynamique qui s'adapte aux variations de la demande métabolique pour assurer une normoglycémie. Cette adaptation se fait par un changement de sécrétion d'insuline et de la masse totale des cellules β. Une perte complète ou partielle des cellules β conduit respectivement à un diabète de type 1 et de type 2. Les mécanismes qui régulent la masse de cellules β et maintiennent leur phénotype differencié sont encore peu connus. Leur identification est nécessaire pour comprendre le développement du diabète et développer des stratégies de traitement. La greffe d'îlots est une approche thérapeutique prometteuse pour le diabète de type 1, mais est limitée par une perte précoce des cellules β due à une apoptose induite par des cytokines. Afin d'améliorer la survie des cellules β lors de la greffe d'îlots, le premier but était de trouver des peptides pouvant bloquer l'apoptose induite par FasL et TNF-α. Pour ce faire, deux librairies de phages ont été criblées pour sélectionner des peptides se liant au Fas DD ou au TNFRl DD. Nous avons identifié six peptides différents. Cependant, aucun d'entre eux n'était capable de protéger les cellules de l'apoptose induite par FasL ou TNF-α. Deuxièmement, le GLP-1 est une hormone qui stimule la sécrétion d'insuline, et est impliquée dans la prolifération des cellules β, la différentiation, et inhibe l'apoptose. Nous avons fait l'hypothèse que le GLP-1 joue un rôle crucial dans le contrôle de la masse et de la fonction des cellules β. Afin de l'évaluer, une analyse par puce à ADN a été réalisée en comparant des cellules βTC-Tet traitées avec du GLP-1 à des cellules non-traitées. 376 gènes régulés ont été identifiés, dont RGS2, CREM, ICERI et DUSP14, augmentés significativement par le GLP-1. Nous avons confirmé que le GLP-1 augmente l'expression de ces gènes, aussi bien au niveau des transcripts que des protéines. De plus, nous avons montré que le GLP-1 induit leur expression par activation de la voie cAMP/PKA, et nécessite l'entrée de calcium extracellulaire. D'après leur fonction biologique, nous avons ensuite supposé que ces gènes pourraient agir comme régulateurs négatifs de la signalisation du GLP-l, et donc freiner son effet proliférateur. Pour vérifier notre hypothèse, des siRNAs contre ces gènes ont été développés, et leurs effets sur la prolifération des cellules β seront évalués ultérieurement. Abstract The pancreatic β-cell mass is a dynamic tissue which adapts to variations in metabolic demand in order to ensure normoglycemia. This adaptation occurs through a change in both insulin secretion and the total mass of ,β-cells. An absolute or relative loss of β-cells leads to type 1 and type 2 diabetes, respectively. The mechanisms that regulate the pancreatic β-cell mass and maintain the fully differentiated phenotype of the insulin-secreting β-cells are only poorly defined. Their identification is required to understand the progression of diabetes, but also to design strategies for the treatment of diabetes. Islet transplantation is a promising therapeutic approach for type 1 diabetes, but it is still limited by an early graft loss due to cytokine-induced apoptosis. In order to improve β-cell survival during islet transplantation, our first goal was to find novel blockers of FasL- and TNF-α-mediated cell death in the form of peptides. To that end, we screened two phage display libraries to select Fas DD- or TNFR1 DD-binding peptides. We identified six different small peptides. However, none of these peptides was able to prevent cells from FasL- or TNF-α-mediated apoptosis. Secondly, GLP-1 is a hormone that has been shown to stimulate insulin secretion and to be involved in β-cell proliferation, differentiation and inhibition of apoptosis. We hypothesized that GLP-1 plays a crucial role to control mass and function of β-cells. To evaluate this hypothesis, we performed a cDNA microarray analysis with GLP-1-treated βTC-Tet cells compared to untreated cells. We found 376 regulated genes, among these, RGS2, CREM, ICERI and DUSP14, which were significantly upregulated by GLP-1. We confirmed that both their mRNA and protein levels were strongly and rapidly increased after GLP-1 treatment. Moreover, we found that GLP-1 activates their expression mainly through the activation of the cAMP/PKA signaling pathway, and requires extracellular calcium entry. According to their biological function, we then hypothesized that these genes might act as negative regulators of the GLP-1 signaling. In particular, they might brake the effects of GLP-1 on β-cell proliferation. To verify this hypothesis, siRNAs against these genes were developed. The effect of these siRNAs on GLP-1-induced β-cell proliferation will be evaluated later.

Modulation of pancreatic β-cell mass and insulin secretion by PPARβ/δ

SUMMARY : Peroxisome proliferator-activated receptor ß/δ protects against obesity by reducing dyslipidemia and insulin resistance via effects in various organs, including muscle, adipose tissue and liver. However, nothing is known about the function of PPARß in pancreas, a prime organ in the control of glucose homeostasis. To gain insight into so far hypothetical functions of this PPAR isotype in ß-cell function, we specifically ablated Pparß in the whole epithelial compartment of the pancreas. The mutated mice presented expanded ß-cell mass, possibly, this is due to increased burst of ß-cell proliferation at 2 weeks of age. These PPARß null pancreas mice exhibit hyperinsulinemia-hypoglycaemia starting at 4 weeks of age, due to hyperfunctionality of ß-cell. Gene expression profiling indicated a broad repressive function of PPARß impacting the vesicular and granular compartment, actin cytoskeleton, and metabolism of glucose and fatty acids. Analyses of insulin release from isolated islets revealed accelerated second-phase of glucose-stimulated insulin secretion. Higher levels of PKD and PKCS in mutated animals, in concert with F-actin disassembly, lead to an increased insulin secretion and its associated systemic effects. Enhanced palmitate potentiation of glucose-stimulated insulin secretion in PPARß mutant islets, suggests an important role of this receptor in lipid/glucose metabolism in ß-cell. Taken together, these results provide evidence for PPARß playing a repressive role on ß-cell growth and insulin exocytosis, and shed new light on its metabolic .action. RESUME : Le récepteur nucléaire PPARß (Peroxisome proliferator-activated receptor ß/δ) protège contre l'obésité en réduisant la dyslipidémie et la résistance à l'insuline dans différents organes, comme le muscle, le tissue adipeux et le foie. Cependant, il y a, à ce jour, très peu de connaissance par rapport au rôle de PPARß dans le pancréas, qui est un organe très important dans le contrôle homéostatique du glucose. Afin de comprendre le rôle de cet isotype de PPAR dans le fonctionnement des cellules beta du pancréas, nous avons invalidé le gène Pparß dans tout le compartiment pancréatique de la souris. Ces souris mutantes présentent une augmentation de la masse totale de cellules beta; Cela serait dû à une intense prolifération des cellules beta à 2 semaines après la naissance. Également, ces souris présentent une hyperinsulinémie et une hypoglycémie qui commencent à l'âge de 4 semaines; la raison de ce phénotype serait une hyperactivité des cellules beta. Le profil d'expression génique indique une fonction répressive globale de PPARß en se référant aux compartiments vésiculaire et granulaire, au cytosquelette d'actine, et au métabolisme du glucose et des acides gras. L'analyse de la sécrétion d'insuline par les cellules beta a démontré que la deuxième phase de sécrétion d'insuline après stimulation au glucose est augmentée. Les niveaux élevés de PKD et PKCS dans les îlots pancréatiques de souris mutantes, ainsi qu'une augmentation de la dépolymérisation des filaments d'active génèrent un surplus de sécrétion d'insuline après stimulation au glucose. Les îlots pancréatiques des souris mutantes secrètent plus d'insuline après stimulation au glucose et au palmitate que les îlots de souris contrôles. Ceci suggère un rôle important de PPARß dans le métabolisme des lipides et du glucose des cellules beta. En résumé, ces résultats mettent en évidence un rôle répressif de PPARß dans la croissance des cellules beta et dans l'exocytose d'insuline.

Incretin receptor null mice reveal key role of GLP-1 but not GIP in pancreatic beta cell adaptation to pregnancy.

Islet adaptations to pregnancy were explored in C57BL6/J mice lacking functional receptors for glucagon-like peptide 1 (GLP-1) and gastric inhibitory polypeptide (GIP). Pregnant wild type mice and GIPRKO mice exhibited marked increases in islet and beta cell area, numbers of medium/large sized islets, with positive effects on Ki67/Tunel ratio favouring beta cell growth and enhanced pancreatic insulin content. Alpha cell area and glucagon content were unchanged but prohormone convertases PC2 and PC1/3 together with significant amounts of GLP-1 and GIP were detected in alpha cells. Knockout of GLP-1R abolished these islet adaptations and paradoxically decreased pancreatic insulin, GLP-1 and GIP. This was associated with abolition of normal pregnancy-induced increases in plasma GIP, L-cell numbers, and intestinal GIP and GLP-1 stores. These data indicate that GLP-1 but not GIP is a key mediator of beta cell mass expansion and related adaptations in pregnancy, triggered in part by generation of intra-islet GLP-1.

Characterization of pancreatic NMDA receptors as possible drug targets for diabetes treatment.

In the nervous system, NMDA receptors (NMDARs) participate in neurotransmission and modulate the viability of neurons. In contrast, little is known about the role of NMDARs in pancreatic islets and the insulin-secreting beta cells whose functional impairment contributes to diabetes mellitus. Here we found that inhibition of NMDARs in mouse and human islets enhanced their glucose-stimulated insulin secretion (GSIS) and survival of islet cells. Further, NMDAR inhibition prolonged the amount of time that glucose-stimulated beta cells spent in a depolarized state with high cytosolic Ca(2+) concentrations. We also noticed that, in vivo, the NMDAR antagonist dextromethorphan (DXM) enhanced glucose tolerance in mice, and that in vitro dextrorphan, the main metabolite of DXM, amplified the stimulatory effect of exendin-4 on GSIS. In a mouse model of type 2 diabetes mellitus (T2DM), long-term treatment with DXM improved islet insulin content, islet cell mass and blood glucose control. Further, in a small clinical trial we found that individuals with T2DM treated with DXM showed enhanced serum insulin concentrations and glucose tolerance. Our data highlight the possibility that antagonists of NMDARs may provide a useful adjunct treatment for diabetes.

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.

Role of microRNAs in the age-associated decline of pancreatic beta cell function in rat islets.

AIMS/HYPOTHESIS: Ageing can lead to reduced insulin sensitivity and loss of pancreatic beta cell function, predisposing individuals to the development of diabetes. The aim of this study was to assess the contribution of microRNAs (miRNAs) to age-associated beta cell dysfunction. METHODS: The global mRNA and miRNA profiles of 3- and 12-month-old rat islets were collected by microarray. The functional impact of age-associated differences in miRNA expression was investigated by mimicking the observed changes in primary beta cells from young animals. RESULTS: Beta cells from 12-month-old rats retained normal insulin content and secretion, but failed to proliferate in response to mitotic stimuli. The islets of these animals displayed modifications at the level of several miRNAs, including upregulation of miR-34a, miR-124a and miR-383, and downregulation of miR-130b and miR-181a. Computational analysis of the transcriptomic modifications observed in the islets of 12-month-old rats revealed that the differentially expressed genes were enriched for miR-34a and miR-181a targets. Indeed, the induction of miR-34a and reduction of miR-181a in the islets of young animals mimicked the impaired beta cell proliferation observed in old animals. mRNA coding for alpha-type platelet-derived growth factor receptor, which is critical for compensatory beta cell mass expansion, is directly inhibited by miR34a and is likely to be at least partly responsible for the effects of this miRNA. CONCLUSIONS/INTERPRETATION: Changes in the level of specific miRNAs that occur during ageing affect the proliferative capacity of beta cells. This might reduce their ability to expand under conditions of increased insulin demand, favouring the development of type 2 diabetes.

MicroRNAs and the functional β cell mass: For better or worse.

Insulin secretion from pancreatic β cells plays a central role in the control of blood glucose levels. The amount of insulin released by β cells is precisely adjusted to match organism requirements. A number of conditions that arise during life, including pregnancy and obesity, can result in a decreased sensitivity of insulin target tissues and a consequent rise in insulin needs. To preserve glucose homoeostasis, the augmented insulin demand requires a compensatory expansion of the pancreatic β cell mass and an increase in its secretory activity. This compensatory process is accompanied by modifications in β cell gene expression, although the molecular mechanisms underlying the phenomenon are still poorly understood. Emerging evidence indicates that at least part of these compensatory events may be orchestrated by changes in the level of a novel class of gene regulators, the microRNAs. Indeed, several of these small, non-coding RNAs have either positive or negative impacts on β cell proliferation and survival. The studies reviewed here suggest that the balance between the actions of these two groups of microRNAs, which have opposing functional effects, can determine whether β cells expand sufficiently to maintain blood glucose levels in the normal range or fail to meet insulin demand and thus lead, as a consequence, towards diabetes manifestation. A better understanding of the mechanisms governing changes in the microRNA profile will open the way for the development of new strategies to prevent and/or treat both type 2 and gestational diabetes.

High-resolution magnetic resonance imaging quantitatively detects individual pancreatic islets.

OBJECTIVE-We studied whether manganese-enhanced high-field magnetic resonance (MR) imaging (MEHFMRI) could quantitatively detect individual islets in situ and in vivo and evaluate changes in a model of experimental diabetes.RESEARCH DESIGN AND METHODS-Whole pancreata from untreated (n = 3), MnCl(2) and glucose-injected mice (n = 6), and mice injected with either streptozotocin (STZ; n = 4) or citrate buffer (n = 4) were imaged ex vivo for unambiguous evaluation of islets. Exteriorized pancreata of MnCl(2) and glucose-injected mice (n = 6) were imaged in vivo to directly visualize the gland and minimize movements. In all cases, MR images were acquired in a 14.1 Testa scanner and correlated with the corresponding (immuno)histological sections.RESULTS-In ex vivo experiments, MEHFMRI distinguished different pancreatic tissues and evaluated the relative abundance of islets in the pancreata of normoglycemic mice. MEHFMRI also detected a significant decrease in the numerical and volume density of islets in STZ-injected mice. However, in the latter measurements the loss of beta-cells was undervalued under the conditions tested. The experiments on the externalized pancreata confirmed that MEHFMRI could visualize native individual islets in living, anesthetized mice.CONCLUSIONS-Data show that MEHFMRI quantitatively visualizes individual islets in the intact mouse pancreas, both ex vivo and in vivo. Diabetes 60:2853-2860, 2011

Intraseasonal variation in immune defence, body mass and hematocrit in adult house martins Delichon urbica

The intensity of parasite infections often increases during the reproductive season of the host as a result of parasite reproduction, increased parasite transmission and increased host susceptibility. We report within-individual variation in immune parameters, hematocrit and body mass in adult house martins Delichon urbica rearing nestlings in nests experimentally infested with house martin bugs Oeciacus hirundinis and birds rearing nestlings in initially parasite-free nests. From first to second broods body mass and hematocrit of breeding adult house martins decreased. In contrast leucocytes and immunoglobulins became more abundant. When their nests were infested with ectoparasites adults lost more weight compared with birds raising nestlings in nests treated with pyrethrin, whereas the decrease in hematocrit was more pronounced during infection with blood parasites. Neither experimental infestation with house martin bugs nor blood parasites had a significant effect on the amount of immune defences.

Liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC/APCI-MS/MS) methods for the quantification of captan and folpet phthalimide metabolites in human plasma and urine.

Captan and folpet are fungicides largely used in agriculture. They have similar chemical structures, except that folpet has an aromatic ring unlike captan. Their half-lives in blood are very short, given that they are readily broken down to tetrahydrophthalimide (THPI) and phthalimide (PI), respectively. Few authors measured these biomarkers in plasma or urine, and analysis was conducted either by gas chromatography coupled to mass spectrometry or liquid chromatography with UV detection. The objective of this study was thus to develop simple, sensitive and specific liquid chromatography-atmospheric pressure chemical ionization-tandem mass spectrometry (LC/APCI-MS/MS) methods to quantify both THPI and PI in human plasma and urine. Briefly, deuterated THPI was added as an internal standard and purification was performed by solid-phase extraction followed by LC/APCI-MS/MS analysis in negative ion mode for both compounds. Validation of the methods was conducted using spiked blank plasma and urine samples at concentrations ranging from 1 to 250 μg/L and 1 to 50 μg/L, respectively, along with samples of volunteers and workers exposed to captan or folpet. The methods showed a good linearity (R (2) > 0.99), recovery (on average 90% for THPI and 75% for PI), intra- and inter-day precision (RSD, <15%) and accuracy (<20%), and stability. The limit of detection was 0.58 μg/L in urine and 1.47 μg/L in plasma for THPI and 1.14 and 2.17 μg/L, respectively, for PI. The described methods proved to be accurate and suitable to determine the toxicokinetics of both metabolites in human plasma and urine.