Compartmentalized Cerebral Metabolism of [1,6-(13)C]Glucose Determined by in vivo (13)C NMR Spectroscopy at 14.1 T.

Cerebral metabolism is compartmentalized between neurons and glia. Although glial glycolysis is thought to largely sustain the energetic requirements of neurotransmission while oxidative metabolism takes place mainly in neurons, this hypothesis is matter of debate. The compartmentalization of cerebral metabolic fluxes can be determined by (13)C nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy upon infusion of (13)C-enriched compounds, especially glucose. Rats under light α-chloralose anesthesia were infused with [1,6-(13)C]glucose and (13)C enrichment in the brain metabolites was measured by (13)C NMR spectroscopy with high sensitivity and spectral resolution at 14.1 T. This allowed determining (13)C enrichment curves of amino acid carbons with high reproducibility and to reliably estimate cerebral metabolic fluxes (mean error of 8%). We further found that TCA cycle intermediates are not required for flux determination in mathematical models of brain metabolism. Neuronal tricarboxylic acid cycle rate (V(TCA)) and neurotransmission rate (V(NT)) were 0.45 ± 0.01 and 0.11 ± 0.01 μmol/g/min, respectively. Glial V(TCA) was found to be 38 ± 3% of total cerebral oxidative metabolism, accounting for more than half of neuronal oxidative metabolism. Furthermore, glial anaplerotic pyruvate carboxylation rate (V(PC)) was 0.069 ± 0.004 μmol/g/min, i.e., 25 ± 1% of the glial TCA cycle rate. These results support a role of glial cells as active partners of neurons during synaptic transmission beyond glycolytic metabolism.

Brain Glucose Transport and Phosphorylation Under Acute Insulin-Induced Hypoglycemia in Mice: An 18F-FDG PET Study.

We addressed the questions of how cerebral glucose transport and phosphorylation change under acute hypoglycemia and what the underlying mechanisms of adaptation are. METHODS: Quantitative (18)F-FDG PET combined with the acquisition of real-time arterial input function was performed on mice. Hypoglycemia was induced and maintained by insulin infusion. PET data were analyzed with the 2-tissue-compartment model for (18)F-FDG, and the results were evaluated with Michaelis-Menten saturation kinetics. RESULTS: Glucose clearance from plasma to brain (K1,glc) and the phosphorylation rate constant increased with decreasing plasma glucose (Gp), in particular at a Gp of less than 2.5 mmol/L. Estimated cerebral glucose extraction ratios taking into account an increased cerebral blood flow (CBF) at a Gp of less than 2 mmol/L were between 0.14 and 0.79. CBF-normalized K1,glc values were in agreement with saturation kinetics. Phosphorylation rate constants indicated intracellular glucose depletion at a Gp of less than 2-3 mmol/L. When brain regions were compared, glucose transport under hypoglycemia was lowest in the hypothalamus. CONCLUSION: Alterations in glucose transport and phosphorylation, as well as intracellular glucose depletion, under acute hypoglycemia can be modeled by saturation kinetics taking into account an increase in CBF. Distinct transport kinetics in the hypothalamus may be involved in its glucose-sensing function.

Impact of different irrigation strategies on grapes and wine quality of four grapevine cultivars (Vitis sp.) in cool climate conditions. An investigation into the relationships among ABA, water status, grape cultivar and wine quality

Niagara Peninsula of Ontario is the largest viticultural area in Canada. Although it is considered to be a cool and wet region, in the last decade many water stress events occurred during the growing seasons with negative effects on grape and wine quality. This study was initiated to understand and develop the best strategies for water management in vineyards and those that might contribute to grape maturity advancement. The irrigation trials investigated the impact of time of initiation (fruit set, lag phase and veraison), water replacement level based on theoretical loss through crop evapotranspiration (ETc; 100,50 and 25%) and different irrigation strategies [partial root zone drying (PRD) versus regulated deficit irrigation (RD!)] on grape composition and wine sensory profiles. The irrigation experiments were conducted in a commercial vineyard (Lambert Vineyards Inc.) located in Niagara-on-the-Lake, Ontario, from 2005 through 2009. The two experiments that tested the combination of different water regimes and irrigation time initiation were set up in a randomized block design as follows: Baco noir - three replicates x 10 treatments [(25%, 50% and 100% of ETc) x (initiation at fruit set, lag phase and veraison) + control]; Chardonnay - three replicates x seven treatments [(25%, 50% and 100% of ETc) x (initiation at fruit set and veraison) + control]. The experiments that tested different irrigation strategies were set up on two cultivars as follows: Sauvignon blanc - four replicates x four treatments [control, fully irrigated (100% ETc), PRD (100% ETc) and RDI (25% ETc)]; Cabemet Sauvignon - four replicates x five treatments [control, fully irrigated (100% ETc), PRD (100% ETc), RDI (50% ETc) and RDI (25% ETc)]. The controls in each experiment were nonirrigated. The irrigation treatments were compared for many variables related to soil water status, vine physiology, berry composition, wine sensory profile, and hormone composition [(abscisic acid (ABA) and its catabolites]. Soil moisture profile was mostly affected by irrigation treatments between 20 and 60 em depth depending on the grapevine cultivar and the regime of water applied. Overall soil moisture was consistently higher throughout the season in 100 and 50% ETc compare to the control. Transpiration rates and leaf temperature as well as shoot growth rate were the most sensitive variables to soil water status. Drip irrigation associated with RDI treatments (50% ETc and 25% ETc) had the most beneficial effects on vine physiology, fruit composition and wine varietal typicity, mainly by maintaining a balance between vegetative and reproductive parts of the vine. Neither the control nor the 100 ETc had overall a positive effect on grape composition and wine sensory typicity. The time of irrigation initiation affected the vine physiology and grape quality, the most positive effect was found in treatments initiated at lag phase and veraison. RDI treatments were overall more consistent in their positive effect on grape composition and wine varietal typicity comparing to PRD treatment. The greatest difference between non-irrigated and irrigated vines in most of the variables studied was found in 2007, the driest and hottest season of the experimental period. Soil water status had a greater and more consistent effect on red grapevine cultivars rather than on white winegrape cultivars. To understand the relationships among soil and plant water status, plant physiology and the hormonal profiles associated with it, abscisic acid (ABA) and its catabolites [phaseic acid (PA), dihydrophaseic acid (DPA), 7-hydroxy-ABA (TOH-ABA), 8' -hydroxy-ABA, neophaseic acid and abscisic acid glucose ester (ABA-GE)] were analyzed in leaves and berries from the Baco noir and Chardonnay irrigation trials over two growing seasons. ABA and some of its catabolites accurately described the water status in the vines. Endogenous ABA and some of its catabolites were strongly affected in Baco noir and Chardonnay by both the water regime (i.e. ET level) and timing of irrigation initiation. Chardonnay grapevines produced less ABA in both leaves and berries compared to Baco noir, which indicated that ABA synthesis is also cultivar dependant. ABA-GE was the main catabolite in treatments with high water deficits, while PA and DPA were higher in treatments with high water status, suggesting that the vine produced more ABA-GE under water deficits to maintain rapid control of the stomata. These differences between irrigation treatments with respect to ABA and catabolites were particularly noticeable in the dry 2007 season. Two trials using exogenous ABA investigated the effect of different concentrations of ABA and organs targeted for spraying, on grape maturation and berry composition of Cabemet Sauvignon grapevines, in two cool and wet seasons (2008-2009). The fIrst experiment consisted of three replicates x three treatments [(150 and 300 mg/L, both applications only on clusters) + untreated control] while the second experiment consisted in three replicates x four treatments [(full canopy, only clusters, and only leaves sprayed with 300 ppm ABA) + untreated control]. Exogenous ABA was effective in hastening veraison, and improving the composition of Cabemet Sauvignon. Ability of ABA to control the timing of grape berry maturation was dependant on both solution concentration and the target organ. ABA affected not only fruit composition but also yield components. Berries treated with ABA had lower weight and higher skin dry mass, which constitutes qualitative aspects desired in the wine grapes. Temporal advancement of ripening through hormonal control can lead to earlier fruit maturation, which is a distinct advantage in cooler areas or areas with a high risk of early frost occurrence. Exogenous ABA could provide considerable benefits to wine industry in terms of grape composition, wine style and schedule activities in the winery, particularly in wet and cool years. These trials provide the ftrst comprehensive data in eastern North America on the response of important hybrid and Vitis vinifera winegrape cultivars to irrigation management. Results from this study additionally might be a forward step in understanding the ABA metabolism, and its relationship with water status. Future research should be focused on ftnding the ABA threshold required to trigger the ripening process, and how this process could be controlled in cool climates.

Le vieillissement chronologique de Schizosaccharomyces pombe : Implication des voies de détection du glucose

La première augmentation de la longévité en laboratoire fût observée à la suite d’une intervention nutritionnelle consistant en une réduction de l’apport alimentaire chez le rat. Plus tard, ce phénomène a été reproduit dans de très nombreuses espèces et référé en tant que restriction calorique. Le développement des techniques de biologie moléculaire moderne a permis de montrer dans des organismes modèles simples que cette flexibilité du processus de vieillissement était régulée par des facteurs génétiques. De fait, plusieurs mécanismes cellulaires ont alors pu être identifiés comme responsables de ce contrôle du vieillissement. Ces voies de régulation ont révélées être conservées entre les espèces, depuis les levures jusqu’aux organismes multicellulaires tels que le nématode, la mouche ou la souris, suggérant l’existence d’un programme universel de vieillissement dans le vivant. La levure s’est avéré à plusieurs reprises être un modèle puissant et fiable pour la découverte de gènes impliqués dans ce phénomène. Mon étude a consisté au développement d’un nouveau modèle unicellulaire d’étude du vieillissement à travers l’espèce Schizosaccharomyces pombe appelée aussi levure à fission. La première étape de mon travail a montré que les voies de détection des nutriments gouvernées par la sérine/thréonine protéine kinase A (Pka1) et la sérine/thréonine kinase Sck2 contrôlent le vieillissement chronologique de ces cellules comme il était connu dans la levure Saccharomyces cerevisiae. Ceci permit de valider l’utilisation de la levure à fission pour l’étude du vieillissement. Ensuite, nous avons analysé plus en détail l’effet pro-vieillissement du glucose en étudiant le rôle de sa détection par le récepteur membranaire Git3 couplé à la protéine G (Gpa2) en amont de la kinase Pka1. La perte du signal du glucose par la délétion de Git3 imite partiellement l’effet d’augmentation de longévité obtenu par baisse de la concentration en glucose dans le milieu. De plus, l’effet néfaste du signal du glucose est maintenu en absence de tout métabolisme du glucose suite à la mutation des hexokinases, premières enzymes de la glycolyse. L’ensemble de ces résultats suggèrent que la signalisation du glucose est prédominante sur son métabolisme pour son effet pro-vieillissement. D’autre part, à la fois la suppression de cette signalisation et la baisse de niveau de glucose disponible allongent la durée de vie en corrélation avec une augmentation de la résistance au stress, une hausse d’activité mitochondriale et une baisse de production de radicaux libres. Finalement, le criblage d’une banque de surexpression d’ADNc a permis d’identifier plusieurs gènes candidats responsables de ces effets en aval de la voie de signalisation Git3/PKA. La recherche sur les mécanismes moléculaires du vieillissement propose une nouvelle approche, un nouvel angle de vue, pour la compréhension des fonctions cellulaires et promet d’apporter de précieuses clefs pour mieux comprendre certaines maladies. En effet, le vieillissement est la première cause d’apparition de nombreuses affections comme les cancers, les maladies cardiovasculaires et métaboliques ou les maladies neurodégénératives tels que les syndromes d’Alzheimer et de Parkinson.

Étude de l'implication des navettes du pyruvate découlant du métabolisme mitochondrial du glucose dans la régulation de la sécrétion d'insuline par les cellules bêta pancréatiques

Le diabète est une maladie métabolique qui se caractérise par une résistance à l’insuline des tissus périphériques et par une incapacité des cellules β pancréatiques à sécréter les niveaux d’insuline appropriés afin de compenser pour cette résistance. Pour mieux comprendre les mécanismes déficients dans les cellules β des patients diabétiques, il est nécessaire de comprendre et de définir les mécanismes impliqués dans le contrôle de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose. Dans les cellules β pancréatiques, le métabolisme du glucose conduit à la production de facteurs de couplage métabolique, comme l’ATP, nécessaires à la régulation de l’exocytose des vésicules d’insuline. Le mécanisme par lequel la production de l’ATP par le métabolisme oxydatif du glucose déclenche l’exocytose des vésicules d’insuline est bien décrit dans la littérature. Cependant, il ne peut à lui seul réguler adéquatement la sécrétion d’insuline. Le malonyl-CoA et le NADPH sont deux autres facteurs de couplage métaboliques qui ont été suggérés afin de relier le métabolisme du glucose à la régulation de la sécrétion d’insuline. Les mécanismes impliqués demeurent cependant à être caractérisés. Le but de la présente thèse était de déterminer l’implication des navettes du pyruvate, découlant du métabolisme mitochondrial du glucose, dans la régulation de la sécrétion d’insuline. Dans les cellules β, les navettes du pyruvate découlent de la combinaison des processus d’anaplérose et de cataplérose et permettent la transduction des signaux métaboliques provenant du métabolisme du glucose. Dans une première étude, nous nous sommes intéressés au rôle de la navette pyruvate/citrate dans la régulation de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose, puisque cette navette conduit à la production dans le cytoplasme de deux facteurs de couplage métabolique, soit le malonyl-CoA et le NADPH. De plus, la navette pyruvate/citrate favorise le flux métabolique à travers la glycolyse en réoxydation le NADH. Une étude effectuée précédemment dans notre laboratoire avait suggéré la présence de cette navette dans les cellules β pancréatique. Afin de tester notre hypothèse, nous avons ciblé trois étapes de cette navette dans la lignée cellulaire β pancréatique INS 832/13, soit la sortie du citrate de la mitochondrie et l’activité de l’ATP-citrate lyase (ACL) et l’enzyme malique (MEc), deux enzymes clés de la navette pyruvate/citrate. L’inhibition de chacune de ces étapes par l’utilisation d’un inhibiteur pharmacologique ou de la technologie des ARN interférant a corrélé avec une réduction significative de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose. Les résultats obtenus suggèrent que la navette pyruvate/citrate joue un rôle critique dans la régulation de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose. Parallèlement à notre étude, deux autres groupes de recherche ont suggéré que les navettes pyruvate/malate et pyruvate/isocitrate/α-cétoglutarate étaient aussi importantes pour la sécrétion d’insuline en réponse au glucose. Ainsi, trois navettes découlant du métabolisme mitochondrial du glucose pourraient être impliquées dans le contrôle de la sécrétion d’insuline. Le point commun de ces trois navettes est la production dans le cytoplasme du NADPH, un facteur de couplage métabolique possiblement très important pour la sécrétion d’insuline. Dans les navettes pyruvate/malate et pyruvate/citrate, le NADPH est formé par MEc, alors que l’isocitrate déshydrogénase (IDHc) est responsable de la production du NADPH dans la navette pyruvate/isocitrate/α-cétoglutarate. Dans notre première étude, nous avions démontré l’importance de l’expression de ME pour la sécrétion adéquate d’insuline en réponse au glucose. Dans notre deuxième étude, nous avons testé l’implication de IDHc dans les mécanismes de régulation de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose. La diminution de l’expression de IDHc dans les INS 832/13 a stimulé la sécrétion d’insuline en réponse au glucose par un mécanisme indépendant de la production de l’ATP par le métabolisme oxydatif du glucose. Ce résultat a ensuite été confirmé dans les cellules dispersées des îlots pancréatiques de rat. Nous avons aussi observé dans notre modèle que l’incorporation du glucose en acides gras était augmentée, suggérant que la diminution de l’activité de IDHc favorise la redirection du métabolisme de l’isocitrate à travers la navette pyruvate/citrate. Un mécanisme de compensation à travers la navette pyruvate/citrate pourrait ainsi expliquer la stimulation de la sécrétion d’insuline observée en réponse à la diminution de l’expression de IDHc. Les travaux effectués dans cette deuxième étude remettent en question l’implication de l’activité de IDHc, et de la navette pyruvate/isocitrate/α-cétoglutarate, dans la transduction des signaux métaboliques reliant le métabolisme du glucose à la sécrétion d’insuline. La navette pyruvate/citrate est la seule des navettes du pyruvate à conduire à la production du malonyl-CoA dans le cytoplasme des cellules β. Le malonyl-CoA régule le métabolisme des acides gras en inhibant la carnitine palmitoyl transférase 1, l’enzyme limitante dans l’oxydation des acides gras. Ainsi, l’élévation des niveaux de malonyl-CoA en réponse au glucose entraîne une redirection du métabolisme des acides gras vers les processus d’estérification puis de lipolyse. Plus précisément, les acides gras sont métabolisés à travers le cycle des triglycérides/acides gras libres (qui combinent les voies métaboliques d’estérification et de lipolyse), afin de produire des molécules lipidiques signalétiques nécessaires à la modulation de la sécrétion d’insuline. Des études effectuées précédemment dans notre laboratoire ont démontré que l’activité lipolytique de HSL (de l’anglais hormone-sensitive lipase) était importante, mais non suffisante, pour la régulation de la sécrétion d’insuline. Dans une étude complémentaire, nous nous sommes intéressés au rôle d’une autre lipase, soit ATGL (de l’anglais adipose triglyceride lipase), dans la régulation de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose et aux acides gras. Nous avons démontré que ATGL est exprimé dans les cellules β pancréatiques et que son activité contribue significativement à la lipolyse. Une réduction de son expression dans les cellules INS 832/13 par RNA interférant ou son absence dans les îlots pancréatiques de souris déficientes en ATGL a conduit à une réduction de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose en présence ou en absence d’acides gras. Ces résultats appuient l’hypothèse que la lipolyse est une composante importante de la régulation de la sécrétion d’insuline dans les cellules β pancréatiques. En conclusion, les résultats obtenus dans cette thèse suggèrent que la navette pyruvate/citrate est importante pour la régulation de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose. Ce mécanisme impliquerait la production du NADPH et du malonyl-CoA dans le cytoplasme en fonction du métabolisme du glucose. Cependant, nos travaux remettent en question l’implication de la navette pyruvate/isocitrate/α-cétoglutarate dans la régulation de la sécrétion d’insuline. Le rôle exact de IDHc dans ce processus demeure cependant à être déterminé. Finalement, nos travaux ont aussi démontré un rôle pour ATGL et la lipolyse dans les mécanismes de couplage métabolique régulant la sécrétion d’insuline.

Le remodelage cardiaque lors de la gestation chez la rate : implication du récepteur aux minéralocorticoïdes et altérations par un supplément sodique

La grossesse induit de profonds changements hémodynamiques et métaboliques de l’organisme maternel qui ont des conséquences sur le cœur. L’adaptation du cœur à cette condition physiologique nécessite un remodelage de sa structure et par conséquent des ajustements de sa fonction. Les mécanismes responsables de ces adaptations sont en grande partie inconnus. Cependant, ces connaissances sont essentielles pour la compréhension des complications cardiovasculaires, telle que l’hypertension gestationnelle (HG), qui constituent un risque pour la santé de la mère et du fœtus. Afin de caractériser les adaptations du cœur lors de la grossesse, l’originalité de notre approche expérimentale consistait à étudier le remodelage à l’échelle des cardiomyocytes du ventricule gauche. Ainsi, notre premier objectif était de déterminer les modifications structurales et fonctionnelles des cardiomyocytes chez la rate en vue d’identifier les altérations lors de l’HG. Chez les rates gestantes, le remodelage structural des cardiomyocytes se caractérise par une hypertrophie cellulaire avec une augmentation proportionnelle des dimensions. L’HG a été induite par un supplément sodique (0.9% NaCl) dans la diète. L’inadaptation structurale lors de l’HG se traduit par une diminution du volume cellulaire. L’étude des modifications fonctionnelles a révélé que lors de la gestation le fonctionnement contractile des cellules est dépendant de l’adaptation du métabolisme maternel. En effet, les substrats énergétiques, lactate et pyruvate, induisent une augmentation de la contractilité des cardiomyocytes. Cet effet est plus faible dans les cellules des rates hypertendues, ce qui suggère des anomalies du couplage excitation-contraction, dans lequel les courants calciques de type L (ICa-L) jouent un rôle important. Paradoxalement, le lactate et le pyruvate ont induit une augmentation de la densité des courants ICa-L seulement chez les rates hypertendues. Le récepteur aux minéralocorticoïdes (RM) est connu pour son implication dans le remodelage structuro-fonctionnel du cœur dans les conditions pathologiques mais pas dans celui induit par la grossesse. Notre deuxième objectif était donc de déterminer le rôle du RM dans l’adaptation de la morphologie et de la contractilité des cardiomyocytes. Des rates gestantes ont été traitées avec le canrénoate de potassium (20 mg/kg/jr), un antagoniste des RM. L’inhibition des RM pendant la gestation empêche l’hypertrophie cellulaire. De plus, l’inhibition des RM bloque l’effet du lactate et du pyruvate sur la contractilité. Chez la femme, la grossesse est associée à des changements des propriétés électriques du cœur. Sur l’électrocardiogramme, l’intervalle QTc est plus long, témoignant de la prolongation de la repolarisation. Les mécanismes régulant cette adaptation restent encore inconnus. Ainsi, notre troisième objectif était de déterminer le rôle du RM dans l’adaptation de la repolarisation. Chez la rate gestante, l’intervalle QTc est prolongé ce qui est corroboré par la diminution des courants potassiques Ito et IK1. L’inhibition des RM pendant la gestation empêche la prolongation de l’intervalle QTc et la diminution des courants Ito. Les travaux exposés dans cette thèse apportent une vision plus précise du remodelage cardiaque induit par la grossesse, qui est permise par l’étude à l’échelle cellulaire. Nos résultats montrent que lors de la gestation et de l’HG les cardiomyocytes subissent des remodelages morphologiques contrastés. Notre étude a aussi révélé que lors de la gestation, la fonction contractile est tributaire des adaptations métaboliques et que cette relation est altérée lors de l’HG. Nos travaux montrent que la régulation de ces adaptations gestationnelles fait intervenir le RM au niveau de la morphologie, de la relation métabolisme/fonctionnement contractile et de la repolarisation. En faisant avancer les connaissances sur l’hypertrophie de la grossesse, ces travaux vont permettre d’améliorer la compréhension des complications cardiovasculaires gestationnelles.

Étude fonctionnelle du cotransporteur Na+/glucose (hSGLT1) : courant de fuite, vitesse de cotransport et modélisation cinétique

Les résultats présentés dans cette thèse précisent certains aspects de la fonction du cotransporteur Na+/glucose (SGLT1), une protéine transmembranaire qui utilise le gradient électrochimique favorable des ions Na+ afin d’accumuler le glucose à l’intérieur des cellules épithéliales de l’intestin grêle et du rein. Nous avons tout d’abord utilisé l’électrophysiologie à deux microélectrodes sur des ovocytes de xénope afin d’identifier les ions qui constituaient le courant de fuite de SGLT1, un courant mesuré en absence de glucose qui est découplé de la stoechiométrie stricte de 2 Na+/1 glucose caractérisant le cotransport. Nos résultats ont démontré que des cations comme le Li+, le K+ et le Cs+, qui n’interagissent que faiblement avec les sites de liaison de SGLT1 et ne permettent pas les conformations engendrées par la liaison du Na+, pouvaient néanmoins générer un courant de fuite d’amplitude comparable à celui mesuré en présence de Na+. Ceci suggère que le courant de fuite traverse SGLT1 en utilisant une voie de perméation différente de celle définie par les changements de conformation propres au cotransport Na+/glucose, possiblement similaire à celle empruntée par la perméabilité à l’eau passive. Dans un deuxième temps, nous avons cherché à estimer la vitesse des cycles de cotransport de SGLT1 à l’aide de la technique de la trappe ionique, selon laquelle le large bout d’une électrode sélective (~100 μm) est pressé contre la membrane plasmique d’un ovocyte et circonscrit ainsi un petit volume de solution extracellulaire que l’on nomme la trappe. Les variations de concentration ionique se produisant dans la trappe en conséquence de l’activité de SGLT1 nous ont permis de déduire que le cotransport Na+/glucose s’effectuait à un rythme d’environ 13 s-1 lorsque le potentiel membranaire était fixé à -155 mV. Suite à cela, nous nous sommes intéressés au développement d’un modèle cinétique de SGLT1. En se servant de l’algorithme du recuit simulé, nous avons construit un schéma cinétique à 7 états reproduisant de façon précise les courants du cotransporteur en fonction du Na+ et du glucose extracellulaire. Notre modèle prédit qu’en présence d’une concentration saturante de glucose, la réorientation dans la membrane de SGLT1 suivant le relâchement intracellulaire de ses substrats est l’étape qui limite la vitesse de cotransport.

Impact of neonatal total parenteral nutrition and early glucose-enriched diet on glucose metabolism and physical phenotypes in Guinea Pig

Les oxydants infusés avec la nutrition parentéral (NP) néonatale induisent une modification du métabolisme des lipides et du glucose, donnant lieu à l’âge adulte à un phénotype de carence énergétique (faible poids, baisse de l’activité physique). L’hypothèse qu’une diète précoce riche en glucose prévient ces symptômes plus tard dans la vie, fut évalué chez le cobaye par un ANOVA en plan factoriel complet à deux facteurs (p < 0:05) : NP du jour 3 à 7, suivit d’une nourriture régulière (chow) (NP+) vs. chow à partir du 3ième jour (NP-), combiné avec une eau de consommation enrichie en glucose (G+) ou non (G-) à partir de la 3ième semaine. Les paramètres suivant ont été mesurés à l’âge de 9 semaine: taux de croissance, activité physique, activité de phosphofructokinase-1 et glucokinase (GK), niveau hépatique de glucose-6-phosphate (G6P), glycogène, pyruvate et potentiel redox du glutathion, poids du foie, glycémie, tolérance au glucose, concentrations hépatiques et plasmatiques en triacylglycérides (TG) et cholestérol. Le groupe G+ (vs. G-) avait un taux de croissance plus bas, une activité de GK et une concentration en G6P plus élevée, et un potentiel redox plus bas (moins oxydé). Le niveau plasmatique de TG était moins élevé dans le groupe NP+ (vs. NP-). Les traitements n’eurent aucun effet sur les autres paramètres. Ces résultats suggèrent qu’indépendamment de la NP, une alimentation riche en glucose stimule la glycolyse et déplace l’état redox vers un statut plus réduit, mais ne surmonte pas les effets de la NP sur le phénotype physique de carence énergétique.

Effect of dietary supplementation of different oils during the first or second half of pregnancy on the glucose tolerance of the sow

Poor glucose tolerance may be an under-researched contributory factor in the high (10% to 20%) pre-weaning mortality rate observed in pigs. Insulin resistance commences at around week 12 of gestation in the sow, although there are conflicting reports in the literature about the extent to which insulin resistance is modulated by maternal diet. The aim of the study was to determine the effects of supplementing the maternal diet with different dietary oils during either the first half or the second half of gestation on the glucose tolerance of the sow. Sows were offered the control (C: n = 5) diet as pellets or the C diet plus 10% extra energy (h = 16 per group) derived from either. (i) extra pellets; (ii) palm oil; (iii) olive oil; (iv) sunflower oil; or (v) fish oil. Experimental diets were fed during either the first (G1) or second (G2) half of gestation. A glucose tolerance test (GTT) was conducted on day 108 of gestation by administering 0.5g/kg glucose i.v. Blood samples were taken every 5 to 10 min for 90 min post administration. The change in body weight and backfat thickness during gestation was similar but both type and timing of dietary supplementation influenced litter size and weight. With the exception of the sunflower oil group, supplementing the maternal diet in G1 resulted in larger and heavier litters, particularly in mothers offered palm oil. Basal blood glucose concentrations tended to be more elevated in G1 than G2 groups, whilst plasma insulin concentrations were similar Following a GTT, the adjusted area under the curve was greater in G1 compared to G2 sows, despite no differences in glucose clearance. Maternal diet appeared to influence the relationship between glucose curve characteristics following a GTT and litter outcome. In conclusion, the degree of insulin sensitivity can be altered by both the period during which maternal nutritional supplementation is offered and the fatty acid profile of the diet.

Microwave activation of the electro-oxidation of glucose in alkaline media

The oxidation of glucose is a complex process usually requiring catalytically active electrode surfaces or enzyme modified electrodes. In this study the effect of high intensity microwave radiation on the oxidation of glucose in alkaline solution at Au, Cu, and Ni electrodes is reported. Calibration experiments with the Fe(CN)(6)(3-/4-) redox system in aqueous 0.1 M NaOH indicate that strong thermal effects occur at both 50 and 500 mu m diameter electrodes with temperatures reaching 380 K. Extreme mass transport effects with mass transport coefficients of k(mt) > 0.01 m s(-1) (or k(mt) > 1.0 cm s(-1)) are observed at 50 mu m diameter electrodes in the presence of microwaves. The electrocatalytic oxidation of glucose at 500 mu m diameter Au, Cu, or Ni electrodes immersed in 0.1 M NaOH and in the presence of microwave radiation is shown to be dominated by kinetic control. The magnitude of glucose oxidation currents at Cu electrodes is shown to depend on the thickness of a pre-formed oxide layer. At 50 mu m diameter Au, Cu, or Ni electrodes microwave enhanced current densities are generally higher, but only at Au electrodes is a significantly increased rate for the electrocatalytic oxidation of glucose to gluconolactone observed. This rate enhancement appears to be independent of temperature but microwave intensity dependent, and therefore non-thermal in nature. Voltammetric currents observed at Ni electrodes in the presence of microwaves show the best correlation with glucose concentration and are therefore analytically most useful.

Fungicide resistance: the dose rate debate

It makes economic sense to use as little fungicide as possible on a crop. In many settings, it is common to apply less than the manufacturer's recommended dose. If sources of disease are scarce, or conditions are unsuitable for it to increase, the reduced control from a low dose may be adequate. In other cases, a big reduction in dose may cause little reduction in control, again permitting savings - especially for growers prepared to run a little risk. But the label recommendations for most fungicides state that to avoid resistance, a full dose must always be used. Are individual cost-savings therefore endangering everyone's access to an exceptionally useful tool? The emergence of fungicide resistance is evolution in action. In all cases, it involves the genetic replacement of the original susceptible population of the pathogen by a new population with genetically distinct biochemistry, which confers resistance. The resistant biochemistry originates in rare genetic mutations, so rare that initially the population is hardly altered. Replacement of susceptible forms by resistant ones happens because, with fungicide present, the resistant form multiplies more rapidly than the susceptible form. The key point to notice is that only the relative rates of multiplication of the resistant and susceptible types are involved in the evolution of resistance. The absolute rates are irrelevant.

Electrochemical and sonoelectrochemical monitoring of indigo reduction by glucose

The reduction of indigo (dispersed in water) to leuco-indigo (dissolved in water) is an important industrial process and investigated here for the case of glucose as an environmentally benign reducing agent. In order to quantitatively follow the formation of leuco-indigo two approaches based on (i) rotating disk voltammetry and (ii) sonovoltammetry are developed. Leuco-indigo, once formed in alkaline solution, is readily monitored at a glassy carbon electrode in the mass transport limit employing hydrodynamic voltammetry. The presence of power ultrasound further improves the leuco-indigo determination due to additional agitation and homogenization effects. While inactive at room temperature, glucose readily reduces indigo in alkaline media at 65 degrees C. In the presence of excess glucose, a surface dissolution kinetics limited process is proposed following the rate law d eta(leuco-indigo)/dt = k x c(OH-) x S-indigo where eta(leuco-indigo) is the amount of leuco-indigo formed, k = 4.1 x 10(-9) m s(-1) (at 65 degrees C, assuming spherical particles of I gm diameter) is the heterogeneous dissolution rate constant,c(OH-) is the concentration of hydroxide, and Sindigo is the reactive surface area. The activation energy for this process in aqueous 0.2 M NaOH is E-A = 64 U mol(-1) consistent with a considerable temperature effects. The redox mediator 1,8-dihydroxyanthraquinone is shown to significantly enhance the reaction rate by catalysing the electron transfer between glucose and solid indigo particles. (c) 2006 Elsevier Ltd. All fights reserved.

Microwave activation of the electro-oxidation of glucose in alkaline media

The oxidation of glucose is a complex process usually requiring catalytically active electrode surfaces or enzyme-modified electrodes. In this study the effect of high intensity microwave radiation on the oxidation of glucose in alkaline solution at Au, Cu, and Ni electrodes is reported. Calibration experiments with the Fe(CN)63–/4– redox system in aqueous 0.1 M NaOH indicate that strong thermal effects occur at both 50 and 500 µm diameter electrodes with temperatures reaching 380 K. Extreme mass transport effects with mass transport coefficients of kmt > 0.01 m s–1(or kmt > 1.0 cm s–1) are observed at 50 µm diameter electrodes in the presence of microwaves. The electrocatalytic oxidation of glucose at 500 µm diameter Au, Cu, or Ni electrodes immersed in 0.1 M NaOH and in the presence of microwave radiation is shown to be dominated by kinetic control. The magnitude of glucose oxidation currents at Cu electrodes is shown to depend on the thickness of a pre-formed oxide layer. At 50 µm diameter Au, Cu, or Ni electrodes microwave enhanced current densities are generally higher, but only at Au electrodes is a significantly increased rate for the electrocatalytic oxidation of glucose to gluconolactone observed. This rate enhancement appears to be independent of temperature but microwave intensity dependent, and therefore non-thermal in nature. Voltammetric currents observed at Ni electrodes in the presence of microwaves show the best correlation with glucose concentration and are therefore analytically most useful.

Effect of abomasal glucose infusion on plasma concentrations of gut peptides in periparturient dairy cows

Six Holstein cows fitted with ruminal cannulas and permanent indwelling catheters in the portal vein, hepatic vein, mesenteric vein, and an artery were used to study the effects of abomasal glucose infusion on splanchnic plasma concentrations of gut peptides. The experimental design was a randomized block design with repeated measurements. Cows were assigned to one of 2 treatments: control or infusion of 1,500 g of glucose/d into the abomasum from the day of parturition to 29 d in milk. Cows were sampled 12 ± 6 d prepartum and at 4, 15, and 29 d in milk. Concentrations of glucose-dependent insulinotropic polypeptide, glucagon-like peptide 1(7–36) amide, and oxyntomodulin were measured in pooled samples within cow and sampling day, whereas active ghrelin was measured in samples obtained 30 min before and after feeding at 0800 h. Postpartum, dry matter intake increased at a lower rate with infusion compared with the control. Arterial, portal venous, and hepatic venous plasma concentrations of the measured gut peptides were unaffected by abomasal glucose infusion. The arterial, portal venous, and hepatic venous plasma concentrations of glucose-dependent insulinotropic polypeptide and glucagon-like peptide 1(7–36) amide increased linearly from 12 d prepartum to 29 d postpartum. Plasma concentrations of oxyntomodulin were unaffected by day relative to parturition. Arterial and portal venous plasma concentrations of ghrelin were lower postfeeding compared with prefeeding concentrations. Arterial plasma concentrations of ghrelin were greatest prepartum and lowest at 4 d postpartum, giving a quadratic pattern of change over the transition period. Positive portal venous-arterial and hepatic venous–arterial concentration differences were observed for glucagon-like peptide 1(7–36) amide. A negative portal venous–arterial concentration difference was observed for ghrelin pre-feeding. The remaining portal venous–arterial and hepatic venous–arterial concentration differences of gut peptides did not differ from zero. In conclusion, increased postruminal glucose supply to postpartum transition dairy cows reduced feed intake relative to control cows, but did not affect arterial, portal venous, or hepatic venous plasma concentrations of gut peptide hormones. Instead, gut peptide plasma concentrations increased as lactation progressed. Thus, the lower feed intake of postpartum dairy cows receiving abomasal glucose infusion was not attributable to changes in gut peptide concentrations.

Development of novel methods to determine crystalline glucose content of honey based on DSC, HPLC, and viscosity measurements and their use to examine the setting propensity of honey

Crystallization must occur in honey in order to produce set or creamed honey; however, the process must occur in a controlled manner in order to obtain an acceptable product. As a consequence, reliable methods are needed to measure the crystal content of honey (φ expressed as kg crystal per kg honey), which can also be implemented with relative ease in industrial production facilities. Unfortunately, suitable methods do not currently exist. This article reports on the development of 2 independent offline methods to measure the crystal content in honey based on differential scanning calorimetry and high-performance liquid chromatography. The 2 methods gave highly consistent results on the basis of paired t-test involving 143 experimental points (P > 0.05, r**2 = 0.99). The crystal content also correlated with the relative viscosity, defined as the ratio of the viscosity of crystal containing honey to that of the same honey when all crystals are dissolved, giving the following correlation: μr = 1 + 1398.8∅**2.318. This correlation can be used to estimate the crystal content of honey in industrial production facilities. The crystal growth rate at a temperature of 14 ◦C—the normal crystallization temperature used in practice—was linear, and the growth rate also increased with the total glucose content in the honey.