Impact de l’insuffisance rénale chronique sur les transporteurs de glucose et les effets subséquents sur la résistance à l’insuline

Parmi l’ensemble des désordres métaboliques retrouvés en insuffisance rénale chronique (IRC), la résistance à l’insuline demeure l’un des plus importantes à considérer en raison des risques de morbidité et de mortalité qu’elle engendre via les complications cardiovasculaires. Peu d’études ont considéré la modulation de transporteurs de glucose comme mécanisme sous-jacent à l’apparition et à la progression de la résistance à l’insuline en IRC. Nous avons exploré cette hypothèse en étudiant l’expression de transporteurs de glucose issus d’organes impliqués dans son homéostasie (muscles, tissus adipeux, foie et reins) via l’utilisation d’un modèle animal d’IRC (néphrectomie 5/6e). La sensibilité à l’insuline a été déterminée par un test de tolérance au glucose (GTT), où les résultats reflètent une intolérance au glucose et une hyperinsulinémie, et par les études de transport au niveau musculaire qui témoignent d’une diminution du métabolisme du glucose en IRC (~31%; p<0,05). La diminution significative du GLUT4 dans les tissus périphériques (~40%; p<0,001) peut être à l’origine de la résistance à l’insuline en IRC. De plus, l’augmentation de l’expression protéique de la majorité des transporteurs de glucose (SGLT1, SGLT2, GLUT1; p<0,05) au niveau rénal en IRC engendre une plus grande réabsorption de glucose dont l’hyperglycémie subséquente favorise une diminution du GLUT4 exacerbant ainsi la résistance à l’insuline. L’élévation des niveaux protéiques de GLUT1 et GLUT2 au niveau hépatique témoigne d’un défaut homéostatique du glucose en IRC. Les résultats jusqu’ici démontrent que la modulation de l’expression des transporteurs de glucose peut être à l’origine de la résistance à l’insuline en IRC. L’impact de la parathyroïdectomie (PTX) sur l’expression du GLUT4 a été étudié étant donné que la PTX pourrait corriger l’intolérance au glucose en IRC. Nos résultats démontrent une amélioration de l’intolérance au glucose pouvant être attribuable à la moins grande réduction de l’expression protéique du GLUT4 dans les tissus périphériques et ce malgré la présence d’IRC. L’excès de PTH, secondaire à l’hyperparathyroïdie, pourrait alors être à l’origine de la résistance à l’insuline en IRC en affectant l’expression du GLUT4. L’IRC partage de nombreuses similitudes avec le prédiabète quant aux défaillances du métabolisme du glucose tout comme l’hyperinsulinémie et l’intolérance au glucose. Aucune étude n’a tenté d’évaluer si l’IRC pouvait ultimement mener au diabète. Nos résultats ont par ailleurs démontré que l’induction d’une IRC sur un modèle animal prédisposé (rats Zucker) engendrait une accentuation de leur intolérance au glucose tel que constaté par les plus hautes glycémies atteintes lors du GTT. De plus, certains d’entre eux avaient des glycémies à jeun dont les valeurs surpassent les 25 mmol/L. Il est alors possible que l’IRC puisse mener au diabète via l’évolution de la résistance à l’insuline par l’aggravation de l’intolérance au glucose.

Characterization of GLUT8 and GLUT9, two novel glucose transporter isoforms

Summary Prevalence of type 2 diabetes is increasing worldwide at alarming rates, probably secondarily to that of obesity. As type 2 diabetes is characterized by blood hyperglycemia, controlling glucose entry into tissues from the bloodstream is key to maintain glycemia within acceptable ranges. In this context, several glucose transporter isoforms have been cloned recently and some of them have appeared to play important regulatory roles. Better characterizing two of them (GLUT8 and GLUT9) was the purpose of my work. The first part of my work was focused on GLUT8, which is mainly expressed in the brain and is able to transport glucose with high affinity. GLUT8 is retained intracellularly at basal state depending on an N-terminal dileucine motif, thus implying that cell surface expression may be induced by extracellular triggers. In this regard, I was interested in better defining GLUT8 subcellular localization at basal state and in finding signals promoting its translocation, using an adenoviral vector expressing a myc epitope-tagged version of the transporter, thus allowing expression and detection of cell-surface GLUT8 in primary hippocampal neurons and PC 12 cells. This tool enabled me to found out that GLUT8 resides in a unique compartment different from lysosomes, endoplasmic reticulum, endosomes and the Golgi. In addition, absence of GLUT8 translocation following pharmacological activation of several signalling pathways suggests that GLUT8 does not ever translocate to the cell surface, but would rather fulfill its role in its unique intracellular compartment. The second part of my work was focused on GLUT9, which -contrarily to GLUT8 - is unable to transport glucose, but retains the ability to bind glucose-derived cross-linker molecules, thereby suggesting that it may be a glucose sensor rather than a true glucose transporter. The aim of the project was thus to define if GLUT9 triggers intracellular signals when activated. Therefore, adenoviral vectors expressing GLUTS were used to infect both ßpancreatic and liver-derived cell lines, as GLUTS is endogenously expressed in the liver. Comparison of gene expression between cells infected with the GLUTS-expressing adenovirus and cells infected with a GFP-expressing control adenovirus ended up in the identification of the transcription factor HNF4α as being upregulated in aGLUT9-dependent manner. Résumé La prévalence du diabète de type 2 augmente de façon alarmante dans le monde entier, probablement secondairement à celle de l'obésité. Le diabète de type 2 étant caractérisé par une glycémie sanguine élevée, l'entrée du glucose dans les tissus depuis la circulation sanguine constitue un point de contrôle important pour maintenir la glycémie à des valeurs acceptables. Dans ce contexte, plusieurs isoformes de transporteurs au glucose ont été clonées récemment et certaines d'entre elles sont apparues comme jouant d'importants rôles régulateurs. Mieux caractériser deux d'entre elles (GLUT8 et GLUT9) était le but de mon travail. La première partie de mon travail a été centrée sur GLUT8, qui est exprimé principalement dans le cerveau et qui peut transporter le glucose avec une haute affinité. GLUT8 est retenu intracellulairement à l'état basal de façon dépendante d'un motif dileucine N-terminal, ce qui implique que son expression à la surface cellulaire pourrait être induite par des stimuli extracellulaires. Dans cette optique, je me suis intéressé à mieux définir la localisation subcellulaire de GLUT8 à l'état basal et à trouver des signaux activant sa translocation, en utilisant comme outil un vecteur adénoviral exprimant une version marquée (tag myc) du transporteur, me permettant ainsi d'exprimer et de détecter GLUT8 à la surface cellulaire dans des neurones hippocampiques primaires et des cellules PC12. Cet outil m'a permis de montrer que GLUT8 réside dans un compartiment unique différent des lysosomes, du réticulum endoplasmique, des endosomes, ainsi que du Golgi. De plus, l'absence de translocation de GLUT8 à la suite de l'activation pharmacologique de plusieurs voies de signalisation suggère que GLUT8 ne transloque jamais à la membrane plasmique, mais jouerait plutôt un rôle au sein même de son compartiment intracellulaire unique. La seconde partie de mon travail a été centrée sur GLUT9, lequel -contrairement à GLUT8 -est incapable de transporter le glucose, mais conserve la capacité de se lier à des molécules dérivées du glucose, suggérant que ce pourrait être un senseur de glucose plutôt qu'un vrai transporteur. Le but du projet a donc été de définir si GLUT9 active des signaux intracellulaires quand il est lui-même activé. Pour ce faire, des vecteurs adénoviraux exprimant GLUT9 ont été utilisés pour infecter des lignées cellulaires dérivées de cellules ßpancréatiques et d'hépatocytes, GLUT9 étant exprimé de façon endogène dans le foie. La comparaison de l'expression des gènes entre des cellules infectées avec l'adénovirus exprimant GLUT9 et un adénovirus contrôle exprimant la GFP a permis d'identifier le facteur de transcription HNF4α comme étant régulé de façon GLUT9-dépendante. Résumé tout public Il existe deux types bien distincts de diabète. Le diabète de type 1 constitue environ 10 des cas de diabète et se déclare généralement à l'enfance. Il est caractérisé par une incapacité du pancréas à sécréter une hormone, l'insuline, qui régule la concentration sanguine du glucose (glycémie). Il en résulte une hyperglycémie sévère qui, si le patient n'est pas traité à l'insuline, conduit à de graves dommages à divers organes, ce qui peut mener à la cécité, à la perte des membres inférieurs, ainsi qu'à l'insuffisance rénale. Le diabète de type 2 se déclare plus tard dans la vie. Il n'est pas causé par une déficience en insuline, mais plutôt par une incapacité de l'insuline à agir sur ses tissus cibles. Le nombre de cas de diabète de type 2 augmente de façon dramatique, probablement à la suite de l'augmentation des cas d'obésité, le surpoids chronique étant le principal facteur de risque de diabète. Chez l'individu sain, le glucose sanguin est transporté dans différents organes (foie, muscles, tissu adipeux,...) où il est utilisé comme source d'énergie. Chez le patient diabétique, le captage de glucose est altéré, expliquant ainsi l'hyperglycémie. Il est ainsi crucial d'étudier les mécanismes permettant ce captage. Ainsi, des protéines permettant l'entrée de glucose dans la cellule depuis le milieu extracellulaire ont été découvertes depuis une vingtaine d'années. La plupart d'entre elles appartiennent à une sous-famille de protéines nommée GLUT (pour "GLUcose Transporters") dont cinq membres ont été caractérisés et nommés selon l'ordre de leur découverte (GLUT1-5). Néanmoins, la suppression de ces protéines chez la souris par des techniques moléculaires n'affecte pas totalement le captage de glucose, suggérant ainsi que des transporteurs de glucose encore inconnus pourraient exister. De telles protéines ont été isolées ces dernières années et nommées selon l'ordre de leur découverte (GLUT6-14). Durant mon travail de thèse, je me suis intéressé à deux d'entre elles, GLUT8 et GLUT9, qui ont été découvertes précédemment dans le laboratoire. GLUT8 est exprimé principalement dans le cerveau. La protéine n'est pas exprimée à la surface de la cellule, mais est retenue à l'intérieur. Des mécanismes complexes doivent donc exister pour déplacer le transporteur à la surface cellulaire, afin qu'il puisse permettre l'entrée du glucose dans la cellule. Mon travail a consisté d'une part à définir où se trouve le transporteur à l'intérieur de la cellule, et d'autre part à comprendre les mécanismes capables de déplacer GLUT8 vers la surface cellulaire, en utilisant des neurones exprimant une version marquée du transporteur, permettant ainsi sa détection par des méthodes biochimiques. Cela m'a permis de montrer que GLUT8 est localisé dans une partie de la cellule encore non décrite à ce jour et qu'il n'est jamais déplacé à la surface cellulaire, ce qui suggère que le transporteur doit jouer un rôle à l'intérieur de la cellule et non à sa surface. GLUT9 est exprimé dans le foie et dans les reins. Il ressemble beaucoup à GLUT8, mais ne transporte pas le glucose, ce qui suggère que ce pourrait être un récepteur au glucose plutôt qu'un transporteur à proprement parler. Le but de mon travail a été de tester cette hypothèse, en comparant des cellules du foie exprimant GLUT9 avec d'autres n'exprimant pas la protéine. Par des méthodes d'analyses moléculaires, j'ai pu montrer que la présence de GLUT9 dans les cellules du foie augmente l'expression de HNF4α, une protéine connue pour réguler la sécrétion d'insuline dans le pancréas ainsi que la production de glucose dans le foie. Des expériences complémentaires seront nécessaires afin de mieux comprendre par quels mécanismes GLUT9 influence l'expression de HNF4α dans le foie, ainsi que de définir l'importance de GLUT9 dans la régulation de la glycémie chez l'animal entier.

Syndrome métabolique, une maladie mitochondriale? [Metabolic syndrome, a mitochondrial disease?]

Le syndrome métabolique (SM) associe dyslipidémie, hypertension, intolérance au glucose, état pro-inflammatoire/prothrombotique et surpoids, dont nous vous présentons une hypothèse physiopathologique émergente. Des recherches récentes ont montré que des dysfonctions mitochondriales induisent l'accumulation intracellulaire d'acylCoA et de diacylglycérol, inactivant la signalisation de l'insuline par un effet direct sur les transporteurs du glucose insulino-dépendants. Un défaut de la phosphorylation oxydative conduirait à l'insulino-résistance. Des atteintes de la fonction mitochondriale sont présentes dans le muscle, le foie, le pancréas et les vaisseaux sanguins et contribuent aux manifestations cliniques. Ces observations des atteintes mitochondriales nous montrent un lien entre la clinique et la physiopathologie du SM. The metabolic syndrome is a cluster of metabolic risk factors including: atherogenic dyslipidemia, elevated blood pressure, high plasma glucose and a prothrombotic and proinflammatory state, frequently associated to overweight. Impaired cell metabolism has been suggested as a relevant pathophysiological process. Indeed, the accumulation of intracellular fatty acylCoA and diacylglycerol, which then activate critical signal transduction pathways that ultimatly lead to suppression of insulin signalisation. Therefore a defect in mitochondrial function may be responsible for insulin resistance. Moreover, mitochondrial dysfunction has been found to take place in organs such as skeletal muscle, liver, pancreas and smoth vascular cells suggesting that mitochondrial defect could play a critical role in the occurence of cardiovascular diseases.

Effets de plantes réputées antidiabétiques sur un modèle cellulaire hépatique de résistance à l’insuline induite par le palmitate

La pharmacopée Cris est riche en plantes médicinales et plusieurs d’entre elles sont étudiées par notre laboratoire pour leur potentiel antidiabétique. Certaines espèces ont démontré leur capacité à stimuler la protéine kinase activée par l’AMP (AMPK), une enzyme qui favorise la translocation de transporteurs de glucose à la membrane (effet hypoglycémiant). L’AMPK stimule également d’autres fonctions, telle l’oxydation des graisses, dans le but de rétablir l’énergie cellulaire. Ce projet a comme objectifs d’évaluer, premièrement, le stress métabolique induit par huit des extraits dans des cellules musculaires et des hépatocytes, effet qui serait responsable de l’activation de l’AMPK. Ce stress peut être déterminé en mesurant l’acidification du milieu extracellulaire ainsi que la déplétion du contenu en ATP des cellules suite aux traitements. Le deuxième objectif est de mesurer l’efficacité des extraits à réduire le contenu en gras (oxydation des graisses) et à ainsi normaliser la résistance à l’insuline dans des hépatocytes rendus insulino-résistants. Les hépatocytes sont rendus résistants à l’insuline (condition fortement lié à l’obésité) via traitement avec un acide gras saturé, le palmitate. Les résultats montrent que la majorité des extraits semble induire un stress métabolique de courte durée dans les cellules. Parmi les extraits, seul un a réussi à faire diminuer significativement le taux de triglycérides intracellulaire suite au traitement au palmitate sans toutefois améliorer la sensibilité à l’insuline. En conclusion, le potentiel hypoglycémiant des extraits serait du à leur capacité à affecter la respiration mitochondriale (stress métabolique). Toutefois, leur capacité à améliorer la sensibilité à l’insuline n’a pu être établie.

La résistance à l’insuline en insuffisance rénale chronique et le risque de développer un diabète de type 2 : un cercle vicieux

L’insuffisance rénale chronique (IRC) est caractérisée par de multiples déséquilibres homéostatiques tels que la résistance à l’insuline. Peu d’études se sont intéressées aux mécanismes sous-jacents à cette résistance à l’insuline en IRC. De plus, il est méconnu si cette résistance à l’insuline peut mener au développement d’un diabète de type II chez des patients prédisposés. Dans un modèle d’IRC, le rat Sprague-Dawley (CD) néphrectomisé 5/6e, on observe une corrélation entre la gravité de l’atteinte rénale, évaluée par la créatinine sérique, et l’hyperglycémie, évaluée par la fructosamine sérique (R2 = 0.6982, p < 0.0001). Cependant, cet état hyperglycémique n’est pas observable lors d’une glycémie à jeun. Lors d’un test de tolérance au glucose, on observe une plus grande élévation de la glycémie (AUC 1.25 fois, p < 0.0001) chez le rat atteint d’IRC. Par contre, la sécrétion d’insuline au cours de ce même test n’augmente pas significativement (AUC ≈ 1.30 fois, N.S.) en comparaison aux rats témoins. Malgré une élévation des taux d’insuline en IRC suivant un bolus de glucose, les tissus périphériques ne montrent pas d’augmentation de la captation du glucose sanguin suggérant un défaut d’expression et/ou de fonction des transporteurs de glucose chez ces rats. En effet, on observe une diminution de ces transporteurs dans divers tissus impliqués dans le métabolisme du glucose tel que le foie (≈ 0.60 fois, p < 0.01) et le muscle (GLUT1 0.73 fois, p < 0.05; GLUT4 0.69 fois, p < 0.01). En conséquence, une diminution significative du transport insulinodépendant du glucose est observable dans le muscle des rats atteint d’IRC (≈ 0.63 fois, p < 0.0001). Puisque les muscles sont responsables de la majorité de la captation insulinodépendante du glucose, la diminution de l’expression du GLUT4 pourrait être associée à la résistance à l’insuline observée en IRC. La modulation de l’expression des transporteurs de glucose pourrait être à l’origine de la résistance à l’insuline en IRC. Cela dit, d’autres mécanismes peuvent aussi être impliqués. En dépit de cette importante perturbation du transport du glucose, nous n’avons pas observé de cas de diabète de type II chez le rat CD atteint d’IRC. Dans un modèle de rat atteint d’un syndrome métabolique, le rat Zucker Leprfa/fa, l’IRC provoque une forte hyperglycémie à jeun (1.5 fois, p < 0.0001). De plus, l’IRC chez le rat Zucker provoque une réponse glycémique (AUC 1.80 fois, p < 0.0001) exagérée lors d’un test de tolérance au glucose. Une forte résistance à l’insuline est mesurée au niveau des muscles puisque la dose usuelle d’insuline (2mU/mL) n’est pas suffisante pour stimuler la captation du glucose chez le rat Zucker atteint d’IRC. De plus, une modulation similaire des transporteurs de glucose peut être observée chez ces deux espèces. Par contre, environ 30% (p < 0.001) des rats Zucker atteints d’IRC avaient une glycosurie. L’IRC en soi ne mènerait donc pas au développement d’un diabète de type II. Par contre, lorsqu’une résistance à l’insuline est présente antérieurement au développement d’une IRC, cela pourrait précipiter l’apparition d’un diabète de type II chez ces patients prédisposés.

La résistance à l’insuline en insuffisance rénale chronique et le risque de développer un diabète de type 2 : un cercle vicieux

L’insuffisance rénale chronique (IRC) est caractérisée par de multiples déséquilibres homéostatiques tels que la résistance à l’insuline. Peu d’études se sont intéressées aux mécanismes sous-jacents à cette résistance à l’insuline en IRC. De plus, il est méconnu si cette résistance à l’insuline peut mener au développement d’un diabète de type II chez des patients prédisposés. Dans un modèle d’IRC, le rat Sprague-Dawley (CD) néphrectomisé 5/6e, on observe une corrélation entre la gravité de l’atteinte rénale, évaluée par la créatinine sérique, et l’hyperglycémie, évaluée par la fructosamine sérique (R2 = 0.6982, p < 0.0001). Cependant, cet état hyperglycémique n’est pas observable lors d’une glycémie à jeun. Lors d’un test de tolérance au glucose, on observe une plus grande élévation de la glycémie (AUC 1.25 fois, p < 0.0001) chez le rat atteint d’IRC. Par contre, la sécrétion d’insuline au cours de ce même test n’augmente pas significativement (AUC ≈ 1.30 fois, N.S.) en comparaison aux rats témoins. Malgré une élévation des taux d’insuline en IRC suivant un bolus de glucose, les tissus périphériques ne montrent pas d’augmentation de la captation du glucose sanguin suggérant un défaut d’expression et/ou de fonction des transporteurs de glucose chez ces rats. En effet, on observe une diminution de ces transporteurs dans divers tissus impliqués dans le métabolisme du glucose tel que le foie (≈ 0.60 fois, p < 0.01) et le muscle (GLUT1 0.73 fois, p < 0.05; GLUT4 0.69 fois, p < 0.01). En conséquence, une diminution significative du transport insulinodépendant du glucose est observable dans le muscle des rats atteint d’IRC (≈ 0.63 fois, p < 0.0001). Puisque les muscles sont responsables de la majorité de la captation insulinodépendante du glucose, la diminution de l’expression du GLUT4 pourrait être associée à la résistance à l’insuline observée en IRC. La modulation de l’expression des transporteurs de glucose pourrait être à l’origine de la résistance à l’insuline en IRC. Cela dit, d’autres mécanismes peuvent aussi être impliqués. En dépit de cette importante perturbation du transport du glucose, nous n’avons pas observé de cas de diabète de type II chez le rat CD atteint d’IRC. Dans un modèle de rat atteint d’un syndrome métabolique, le rat Zucker Leprfa/fa, l’IRC provoque une forte hyperglycémie à jeun (1.5 fois, p < 0.0001). De plus, l’IRC chez le rat Zucker provoque une réponse glycémique (AUC 1.80 fois, p < 0.0001) exagérée lors d’un test de tolérance au glucose. Une forte résistance à l’insuline est mesurée au niveau des muscles puisque la dose usuelle d’insuline (2mU/mL) n’est pas suffisante pour stimuler la captation du glucose chez le rat Zucker atteint d’IRC. De plus, une modulation similaire des transporteurs de glucose peut être observée chez ces deux espèces. Par contre, environ 30% (p < 0.001) des rats Zucker atteints d’IRC avaient une glycosurie. L’IRC en soi ne mènerait donc pas au développement d’un diabète de type II. Par contre, lorsqu’une résistance à l’insuline est présente antérieurement au développement d’une IRC, cela pourrait précipiter l’apparition d’un diabète de type II chez ces patients prédisposés.

Le grenadier tunisien (Punica granatum) stimule le transport de glucose dans les cellules musculaires C2C12 via la voie insulino-dépendante de l’Akt et la voie insulino-indépendante de l’AMPK

Le diabète est reconnu comme un problème majeur de santé publique causant des conséquences humaines et économiques redoutables. La phytothérapie s’offre comme une nouvelle avenue thérapeutique pour le contrôle de la glycémie. Le grenadier, Punica granatum, a servi de remède contre le diabète dans le système Unani de la médecine pratiquée en Inde et au Moyen Orient. Des études ont démontré un effet hypoglycémiant des extraits de grenadier via divers mécanismes notamment par une amélioration de la sensibilité à l’insuline et la régénération des cellules béta-pancréatiques. Cependant, aucune étude n’a démontré à ce jour, l’effet de grenadier sur le transport de glucose dans le muscle, étape cruciale dans la régulation de l’homéostasie glucidique postprandiale. De plus, l’effet de la maturation sur le potentiel antidiabétique du fruit de grenadier n’a pas été étudié. Ainsi, le but de ce projet est d’évaluer l’effet antidiabétique des extraits de grenadier sur le transport de glucose dans les cellules musculaires C2C12 en fonction de la variété et du stade de maturation du fruit et d’élucider les mécanismes d’action. Le choix des variétés du grenadier tunisien (Espagnoule [EP] et Gabsi [GB]) a été orienté pour leur pouvoir antioxydant et leur consommation locale. Deux parties de la plante ont été utilisées, les fleurs et les fruits à 3 stades de maturation soit 2, 4 et 6 mois. Les résultats ont montré que seule la variété du grenadier Gabsi stimule significativement le transport de glucose par rapport au contrôle (DMSO), et ceci sans être toxique. Cet effet est plus prononcé au stade de fruit mûr (à 6 mois) que celui de la fleur. De plus, l’extrait de fleurs stimule la voie insulino-indépendante de l’AMPK et augmente le niveau d’expression des transporteurs spécifiques de glucose (GLUT-4). Par contre, l’extrait de fruits mûrs, en plus de ces deux mécanismes, active fortement aussi la voie insulino-dépendante de l’AKT. En conclusion, cette étude présente un nouveau mécanisme d’action antidiabétique de grenadier (plus particulièrement du fruit mûr) qui est dépendant de la variété.

Exposure To Bisphenol-a During Pregnancy Partially Mimics The Effects Of A High-fat Diet Altering Glucose Homeostasis And Gene Expression In Adult Male Mice.

Bisphenol-A (BPA) is one of the most widespread EDCs used as a base compound in the manufacture of polycarbonate plastics. The aim of our research has been to study how the exposure to BPA during pregnancy affects weight, glucose homeostasis, pancreatic β-cell function and gene expression in the major peripheral organs that control energy flux: white adipose tissue (WAT), the liver and skeletal muscle, in male offspring 17 and 28 weeks old. Pregnant mice were treated with a subcutaneous injection of 10 µg/kg/day of BPA or a vehicle from day 9 to 16 of pregnancy. One month old offspring were divided into four different groups: vehicle treated mice that ate a normal chow diet (Control group); BPA treated mice that also ate a normal chow diet (BPA); vehicle treated animals that had a high fat diet (HFD) and BPA treated animals that were fed HFD (HFD-BPA). The BPA group started to gain weight at 18 weeks old and caught up to the HFD group before week 28. The BPA group as well as the HFD and HFD-BPA ones presented fasting hyperglycemia, glucose intolerance and high levels of non-esterified fatty acids (NEFA) in plasma compared with the Control one. Glucose stimulated insulin release was disrupted, particularly in the HFD-BPA group. In WAT, the mRNA expression of the genes involved in fatty acid metabolism, Srebpc1, Pparα and Cpt1β was decreased by BPA to the same extent as with the HFD treatment. BPA treatment upregulated Pparγ and Prkaa1 genes in the liver; yet it diminished the expression of Cd36. Hepatic triglyceride levels were increased in all groups compared to control. In conclusion, male offspring from BPA-treated mothers presented symptoms of diabesity. This term refers to a form of diabetes which typically develops in later life and is associated with obesity.

Effects Of High Pressure Homogenization On The Activity, Stability, Kinetics And Three-dimensional Conformation Of A Glucose Oxidase Produced By Aspergillus Niger.

High pressure homogenization (HPH) is a non-thermal method, which has been employed to change the activity and stability of biotechnologically relevant enzymes. This work investigated how HPH affects the structural and functional characteristics of a glucose oxidase (GO) from Aspergillus niger. The enzyme was homogenized at 75 and 150 MPa and the effects were evaluated with respect to the enzyme activity, stability, kinetic parameters and molecular structure. The enzyme showed a pH-dependent response to the HPH treatment, with reduction or maintenance of activity at pH 4.5-6.0 and a remarkable activity increase (30-300%) at pH 6.5 in all tested temperatures (15, 50 and 75°C). The enzyme thermal tolerance was reduced due to HPH treatment and the storage for 24 h at high temperatures (50 and 75°C) also caused a reduction of activity. Interestingly, at lower temperatures (15°C) the activity levels were slightly higher than that observed for native enzyme or at least maintained. These effects of HPH treatment on function and stability of GO were further investigated by spectroscopic methods. Both fluorescence and circular dichroism revealed conformational changes in the molecular structure of the enzyme that might be associated with the distinct functional and stability behavior of GO.

Oligomerization, Membrane Association, And In Vivo Phosphorylation Of Sugarcane Udp-glucose Pyrophosphorylase.

Sugarcane is a monocot plant that accumulates sucrose to levels of up to 50% of dry weight in the stalk. The mechanisms that are involved in sucrose accumulation in sugarcane are not well understood, and little is known with regard to factors that control the extent of sucrose storage in the stalks. UDP-glucose pyrophosphorylase (UGPase; EC 2.7.7.9) is an enzyme that produces UDP-glucose, a key precursor for sucrose metabolism and cell wall biosynthesis. The objective of this work was to gain insights into the ScUGPase-1 expression pattern and regulatory mechanisms that control protein activity. ScUGPase-1 expression was negatively correlated with the sucrose content in the internodes during development, and only slight differences in the expression patterns were observed between two cultivars that differ in sucrose content. The intracellular localization of ScUGPase-1 indicated partial membrane association of this soluble protein in both the leaves and internodes. Using a phospho-specific antibody, we observed that ScUGPase-1 was phosphorylated in vivo at the Ser-419 site in the soluble and membrane fractions from the leaves but not from the internodes. The purified recombinant enzyme was kinetically characterized in the direction of UDP-glucose formation, and the enzyme activity was affected by redox modification. Preincubation with H2O2 strongly inhibited this activity, which could be reversed by DTT. Small angle x-ray scattering analysis indicated that the dimer interface is located at the C terminus and provided the first structural model of the dimer of sugarcane UGPase in solution.

Leucine Supplementation Does Not Affect Protein Turnover And Impairs The Beneficial Effects Of Endurance Training On Glucose Homeostasis In Healthy Mice.

Endurance exercise training as well as leucine supplementation modulates glucose homeostasis and protein turnover in mammals. Here, we analyze whether leucine supplementation alters the effects of endurance exercise on these parameters in healthy mice. Mice were distributed into sedentary (C) and exercise (T) groups. The exercise group performed a 12-week swimming protocol. Half of the C and T mice, designated as the CL and TL groups, were supplemented with leucine (1.5 % dissolved in the drinking water) throughout the experiment. As well known, endurance exercise training reduced body weight and the retroperitoneal fat pad, increased soleus mass, increased VO2max, decreased muscle proteolysis, and ameliorated peripheral insulin sensitivity. Leucine supplementation had no effect on any of these parameters and worsened glucose tolerance in both CL and TL mice. In the soleus muscle of the T group, AS-160(Thr-642) (AKT substrate of 160 kDa) and AMPK(Thr-172) (AMP-Activated Protein Kinase) phosphorylation was increased by exercise in both basal and insulin-stimulated conditions, but it was reduced in TL mice with insulin stimulation compared with the T group. Akt phosphorylation was not affected by exercise but was lower in the CL group compared with the other groups. Leucine supplementation increased mTOR phosphorylation at basal conditions, whereas exercise reduced it in the presence of insulin, despite no alterations in protein synthesis. In trained groups, the total FoxO3a protein content and the mRNA for the specific isoforms E2 and E3 ligases were reduced. In conclusion, leucine supplementation did not potentiate the effects of endurance training on protein turnover, and it also reduced its positive effects on glucose homeostasis.

Enhanced Glucose-induced Intracellular Signaling Promotes Insulin Hypersecretion: Pancreatic Beta-cell Functional Adaptations In A Model Of Genetic Obesity And Prediabetes.

Obesity is associated with insulin resistance and is known to be a risk factor for type-2 diabetes. In obese individuals, pancreatic beta-cells try to compensate for the increased insulin demand in order to maintain euglycemia. Most studies have reported that this adaptation is due to morphological changes. However, the involvement of beta-cell functional adaptations in this process needs to be clarified. For this purpose, we evaluated different key steps in the glucose-stimulated insulin secretion (GSIS) in intact islets from female ob/ob obese mice and lean controls. Obese mice showed increased body weight, insulin resistance, hyperinsulinemia, glucose intolerance and fed hyperglycemia. Islets from ob/ob mice exhibited increased glucose-induced mitochondrial activity, reflected by enhanced NAD(P)H production and mitochondrial membrane potential hyperpolarization. Perforated patch-clamp examination of beta-cells within intact islets revealed several alterations in the electrical activity such as increased firing frequency and higher sensitivity to low glucose concentrations. A higher intracellular Ca(2+) mobilization in response to glucose was also found in ob/ob islets. Additionally, they displayed a change in the oscillatory pattern and Ca(2+) signals at low glucose levels. Capacitance experiments in intact islets revealed increased exocytosis in individual ob/ob beta-cells. All these up-regulated processes led to increased GSIS. In contrast, we found a lack of beta-cell Ca(2+) signal coupling, which could be a manifestation of early defects that lead to beta-cell malfunction in the progression to diabetes. These findings indicate that beta-cell functional adaptations are an important process in the compensatory response to obesity.

(-)-tarchonanthuslactone Exerts A Blood Glucose-increasing Effect In Experimental Type 2 Diabetes Mellitus.

A number of studies have proposed an anti-diabetic effect for tarchonanthuslactone based on its structural similarity with caffeic acid, a compound known for its blood glucose-reducing properties. However, the actual effect of tarchonanthuslactone on blood glucose level has never been tested. Here, we report that, in opposition to the common sense, tarchonanthuslactone has a glucose-increasing effect in a mouse model of obesity and type 2 diabetes mellitus. The effect is acute and non-cumulative and is present only in diabetic mice. In lean, glucose-tolerant mice, despite a slight increase in blood glucose levels, the effect was not significant.

High Prevalence Of Insulin Resistance Assessed By The Glucose Clamp Technique In Hormonal And Non-hormonal Contraceptive Users.

Objective To assess the prevalence of insulin resistance (IR) and associated factors in contraceptive users. Methods A total of 47 women 18 to 40 years of age with a body mass index (kg/m(2)) < 30, fasting glucose levels < 100 mg/dl and 2-hour glucose level < 140 mg/dl after a 75-g oral glucose load were submitted to a hyperinsulinemic-euglycemic clamp. The women were distributed in tertiles regarding M-values. The analysed variables were use of combined hormonal/non-hormonal contraception, duration of use, body composition, lipid profile, glucose levels and blood pressure. Results IR was detected in 19% of the participants. The women with low M-values presented significantly higher body fat mass, waist-to-hip ratio, fasting insulin, HOMA-IR and were nulligravida, showed > 1 year of contraceptive use and higher triglyceride levels. IR was more frequent among combined oral contraceptive users, however no association was observed after regression analysis. Conclusions The prevalence of IR was high among healthy women attending a family planning clinic independent of the contraceptive method used with possible long-term negative consequences regarding their metabolic and cardiovascular health. Although an association between hormonal contraception and IR could not be found this needs further research. Family planning professionals should be proactive counselling healthy women about the importance of healthy habits.

The Na+/glucose cotransporters: from genes to therapy

Glucose enters eukaryotic cells via two types of membrane-associated carrier proteins, the Na+/glucose cotransporters (SGLT) and the facilitative glucose transporters (GLUT). The SGLT family consists of six members. Among them, the SGLT1 and SGLT2 proteins, encoded by the solute carrier genes SLC5A1 and SLC5A2, respectively, are believed to be the most important ones and have been extensively explored in studies focusing on glucose fluxes under both physiological and pathological conditions. This review considers the regulation of the expression of the SGLT promoted by protein kinases and transcription factors, as well as the alterations determined by diets of different compositions and by pathologies such as diabetes. It also considers congenital defects of sugar metabolism caused by aberrant expression of the SGLT1 in glucose-galactose malabsorption and the SGLT2 in familial renal glycosuria. Finally, it covers some pharmacological compounds that are being currently studied focusing on the interest of controlling glycemia by antagonizing SGLT in renal and intestinal tissues.