Glucocorticoids in Vivo Induce Both Insulin Hypersecretion and Enhanced Glucose Sensitivity of Stimulus-Secretion Coupling in Isolated Rat Islets

Although glucocorticoids are widely used as antiinflammatory agents in clinical therapies, they may cause serious side effects that include insulin resistance and hyperinsulinemia. To study the potential functional adaptations of the islet of Langerhans to in vivo glucocorticoid treatment, adult Wistar rats received dexamethasone (DEX) for 5 consecutive days, whereas controls (CTL) received only saline. The analysis of insulin release in freshly isolated islets showed an enhanced secretion in response to glucose in DEX-treated rats. The study of Ca(2+) signals by fluorescence microscopy also demonstrated a higher response to glucose in islets from DEX-treated animals. However, no differences in Ca(2+) signals were found between both groups with tolbutamide or KCl, indicating that the alterations were probably related to metabolism. Thus, mitochondrial function was explored by monitoring oxidation of nicotinamide dinucleotide phosphate autofluorescence and mitochondrial membrane potential. Both parameters revealed a higher response to glucose in islets from DEX-treated rats. The mRNA and protein content of glucose transporter-2, glucokinase, and pyruvate kinase was similar in both groups, indicating that changes in these proteins were probably not involved in the increased mitochondrial function. Additionally, we explored the status of Ca(2+)-dependent signaling kinases. Unlike calmodulin kinase II, we found an augmented phosphorylation level of protein kinase C alpha as well as an increased response of the phospholipase C/inositol 1,4,5-triphosphate pathway in DEX-treated rats. Finally, an increased number of docked secretory granules were observed in the beta-cells of DEX animals using transmission electron microscopy. Thus, these results demonstrate that islets from glucocorticoid-treated rats develop several adaptations that lead to an enhanced stimulus-secretion coupling and secretory capacity. (Endocrinology 151: 85-95, 2010)

Glucose- and insulin-induced phosphorylation of the insulin receptor and its primary substrates IRS-1 and IRS-2 in rat pancreatic islets

The presence of tyrosine-phosphorylated proteins was studied in cultured rat pancreatic islets, Immunoblotting performed with total extracts of islets cultured in the presence of 1.8 or 5.6 mM glucose revealed at least three distinct tyrosine-phosphorylated bands (25 kDa, 95 kDa and 165-185 kDa). After 12 h incubation in medium containing 1.8 mM glucose, a pulse exposition to 11 or 22 mM glucose or to 10(-7) M insulin led to a substantial increase in the phosphorylation of all three bands, with no appearance of novel bands. Immunoprecipitation with specific antibodies demonstrated that the signal detected at 95 kDa corresponds to the beta subunit of the insulin receptor (IR) while the band at 165-185 kDa corresponds to the early substrates of the insulin receptor, IRS-1 and IRS-2. Immunoprecipitation with IRS-I or IRS-2 antisera detected their association with the lipid metabolizing enzyme phosphatidylinositol 3-kinase (PI 3-kinase), Thus, this is the first demonstration that elements involved in the insulin-signalling pathway of traditional target tissues are also present in pancreatic islets and are potentially involved in auto- and paracrine-signalling in this organ.

Morphologic and morphometric evaluation of pancreatic islets in chronic Chagas' disease

PURPOSE: Hyperglycemia and abnormal glucose tolerance tests observed in some patients with chronic Chagas' disease suggest the possibility of morphological changes in pancreatic islets and/or denervation. The purpose of this study was to describe the morphology and morphometry of pancreatic islets in chronic Chagas' disease. METHODS: Morphologic and computerized morphometric studies were performed in fragments of the head, body, and tail regions of the pancreas obtained at necropsies of 8 normal controls and 17 patients with chronic Chagas' disease: 8 with the digestive form (Megas) and 9 with the congestive heart failure form. RESULTS: The Megas group had a larger (p < 0.05) pancreatic islet area in the tail of the pancreas (10649.3 ± 4408.8 µm²) than the normal control (9481.8 ± 3242.4 µm²) and congestive heart failure (9475.1 ± 2104.9 µm²) groups; likewise, the density of the pancreatic islets (PI) was greater (1.2 ± 0.7 vs. 0.9 ± 0.6 vs. 1.9 ± 1.0 PI/mm², respectively). In the tail region of the pancreas of patients with the Megas form, there was a significant and positive correlation (r = +0.73) between the area and density of pancreatic islets. Discrete fibrosis and leukocytic infiltrates were found in pancreatic ganglia and pancreatic islets of the patients with Chagas' disease. Trypanosoma cruzi nests were not observed in the examined sections. Individuals with the Megas form of Chagas' disease showed increased area and density of pancreatic islets in the tail of the pancreas. CONCLUSION: The observed morphometric and morphologic alterations are consistent with functional changes in the pancreas, including glycemia and insulin disturbances.

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.

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.

The role of the microRNAs in the age-associated oancreatic β-cell dysfunction

Le corps humain emploie le glucose comme source principale d'énergie. L'insuline, sécrétée par les cellules ß-pancreatiques situées dans les îlots de Langerhans, est l'hormone principale assurant un maintien constant du taux de glucose sanguin (glycémie). Les prédispositions génétiques, le manque d'activité physique et un régime déséquilibré peuvent entraîner une perte de sensibilité à l'insuline et des taux de glucose dans le sang élevé (hyperglycémie), une condition nommée diabète de type 2. Cette maladie est initiée par une sensibilité diminuée à l'insuline dans les tissus périphériques, entraînant une demande accrue en insuline. Cette pression continue finie par épuiser les cellules ß-pancreatiques, qui sécrètent alors des niveaux d'insuline insuffisant en trainant l'apparition du diabète. Le vieillissement est un facteur de risque important pour les maladies métaboliques dont le diabète de type 2 faits partis. En effet la majeure partie des diabétiques de type 2 ont plus de 45 ans. Il est connu que le vieillissement entraine une perte de sensibilité à l'insuline, une sécrétion altérée d'insuline, une baisse de réplication et une plus grande mort des ß-cellules pancréatiques. Le but de ma thèse était de mieux comprendre les mécanismes contribuante au dysfonctionnement des cellules ß- pancréatiques lors du vieillissement. Les travaux du « Human Genome Project » ont révélés que seulement 2% de notre génome code pour des protéines. Le reste non-codant fut alors désigné sous le nom de « ADN déchets ». Cependant, l'étude approfondie de cet ADN non-codant ces dernières deux décennies a démontré qu'une grande partie code pour des «MicroARNs », des ARNs courts (20-22 nucleotides) découverts en 1997 chez le vers C.elegans. Depuis lors ces molécules ont été intensivement étudiées, révélant un rôle crucial de ces molécules dans la fonction et la survie des cellules en conditions normales et pathologiques. Le but de cette thèse était d'étudier le rôle des microARNs dans le dysfonctionnement des cellules ß lors du vieillissement. Nos données suggèrent qu'ils peuvent jouer un rôle tantôt salutaire, tantôt nocif sur les cellules ß. Par exemple, certains microARNs réduisent la capacité des cellules ß à se multiplier ou réduisent leur survie, alors que d'autres protègent ces cellules contre la mort. Pour conclure, nous avons démontré les microARNs jouent un rôle important dans le dysfonctionnement des cellules ß lors du vieillissement. Ces nouvelles découvertes préparent le terrain pour la conception de futures stratégies visant à améliorer la résistance des cellules ß pancréatiques afin de trouver de nouveaux traitements du diabète de type 2. -- Le diabète de type 2 est une maladie métabolique due à la résistance à l'action de l'insuline des tissus cibles combinée à l'incapacité des cellules ß pancréatiques à sécréter les niveaux adéquats d'insuline. Le vieillissement est associé à un déclin global des fonctions de l'organisme incluant une diminution de la fonction et du renouvellement des cellules ß pancréatiques. Il constitue ainsi un risque majeur de développement des maladies métaboliques dont le diabète de type 2. Le but de cette thèse était d'étudier le rôle des microARNs (une classe d'ARN non- codants) dans le dysfonctionnement lié au vieillissement des cellules ß. L'analyse par microarray des niveaux d'expression des microARN dans les îlots pancréatiques de rats Wistar mâles âgés de 3 et 12 mois nous a permis d'identifier de nombreux changements d'expression de microARNs associés au vieillissement. Afin d'étudier les liens entre ces modifications et le déclin des cellules ß, les changements observés lors du vieillissement ont été reproduits spécifiquement dans une lignée cellulaire, dans des cellules ß primaires de jeune rats ou de donneurs humains sains. La diminution du miR-181a réduit la prolifération des cellules ß, tandis que la diminution du miR-130b ou l'augmentation du miR-383 protège contre l'apoptose induite par les cytokines. L'augmentation du miR-34a induit l'apoptose et inhibe la prolifération des cellules ß en réponse aux hormones Exendin-4 et prolactine et au facteur de croissance PDGF-AA. Cette perte de capacité réplicative est similaire à celle observée dans des cellules ß de rats âgés de 12 mois. Dans la littérature, la perte du récepteur au PDGF-r-a est associée à la diminution de la capacité proliférative des cellules ß observée lors du vieillissement. Nous avons pu démontrer que PDGF-r-a est une cible directe de miR- 34a, suggérant que l'effet néfaste de miR-34a sur la prolifération des cellules ß est, du moins en partie, lié à l'inhibition de l'expression de PDGF-r-a. L'expression de ce miR est aussi plus élevée dans le foie et le cerveau des animaux de 1 an et augmente avec l'âge dans les ilôts de donneurs non-diabétiques. Ces résultats suggèrent que miR-34a pourrait être non seulement impliqué dans l'affaiblissement des fonctions pancréatiques associé à l'âge, mais également jouer un rôle dans les tissus cibles de l'insuline et ainsi contribuer au vieillissement de l'organisme en général. Pour conclure, les travaux obtenus durant cette thèse suggèrent que des microARNs sont impliqués dans le dysfonctionnement des cellules ß pancréatiques durant le vieillissement. -- Type 2 diabetes is a metabolic disease characterized by impaired glucose tolerance, of the insulin sensitive tissues and insufficient insulin secretion from the pancreatic ß-cells to sustain the organism demand. Aging is a risk factor for the majority of the metabolic diseases including type 2 diabetes. With aging is observed a decline in all body function, due to decrease both in cell efficiency and renewal. The aim of this thesis was to investigate the potential role of microRNAs (short non- coding RNAs) in the pancreatic ß-cell dysfunction associated with aging. Microarray analysis of microRNA expression profile in pancreatic islets from 3 and 12 month old Wistar male rats revealed important changes in several microRNAs. To further study the link between those alterations and the decline of ß-cells, the changes observed in old rats were mimicked in immortalized ß-cell lines, primary young rat and human islets. Downregulation of miR-181a inhibited pancreatic ß-cell proliferation in response to proliferative drugs, whereas downregulation of miR-130b and upregulation of miR-383 protected pancreatic ß-cells from cytokine stimulated apoptosis. Interestingly, miR-34a augmented pancreatic ß-cell apoptosis and inhibited ß-cell proliferation in response to the proliferative chemicals Exendin-4, prolactin and PDGF-AA. This loss of replicative capacity is reminiscent of what we observed in pancreatic ß-cells isolated from 12 month old rats. We further observed a correlation between the inhibitory effect of miR-34a on pancreatic ß-cell proliferation and its direct interfering effect of this microRNA on PDGF-r-a, which was previously reported to be involved in the age-associated decline of pancreatic ß-cell proliferation. Interestingly miR-34a was upregulated in the liver and brain of 1 year old animals and positively correlated with age in pancreatic islets of normoglycemic human donors. These results suggest that miR-34a might be not only involved in the age-associated impairment of the pancreatic ß-cell functions, but also play a role in insulin target tissues and contribute to the aging phenotype on the organism level. To conclude, we have demonstrated that microRNAs are indeed involved in the age-associated pancreatic ß-cell dysfunction and they can play both beneficial and harmful roles in the context of pancreatic ß-cell aging.

Kinetics of TNF-alpha and IFN-gamma mRNA expression in islets and spleen of NOD mice

Insulin-dependent diabetes mellitus is caused by autoimmune destruction of pancreatic ß cells. Non-obese diabetic (NOD) mice spontaneously develop diabetes similar to the human disease. Cytokines produced by islet-infiltrating mononuclear cells may be directly cytotoxic and can be involved in islet destruction coordinated by CD4+ and CD8+ cells. We utilized a semiquantitative RT-PCR assay to analyze in vitro the mRNA expression of TNF-alpha and IFN-gamma cytokine genes in isolated islets (N = 100) and spleen cells (5 x 10(5) cells) from female NOD mice during the development of diabetes and from female CBA-j mice as a related control strain that does not develop diabetes. Cytokine mRNAs were measured at 2, 4, 8, 14 and 28 weeks of age from the onset of insulitis to the development of overt diabetes. An increase in IFN-gamma expression in islets was observed for females aged 28 weeks (149 ± 29 arbitrary units (AU), P<0.05, Student t-test) with advanced destructive insulitis when compared with CBA-j mice, while TNF-alpha was expressed in both NOD and CBA-j female islets at the same level at all ages studied. In contrast, TNF-alpha in spleen was expressed at higher levels in NOD females at 14 weeks (99 ± 8 AU, P<0.05) and 28 weeks (144 ± 17 AU, P<0.05) of age when compared to CBA-j mice. The data suggest that IFN-gamma and TNF-alpha expression in pancreatic islets of female NOD mice is associated with ß cell destruction and overt diabetes.

Activation of insulin and IGF-1 signaling pathways by melatonin through MT1 receptor in isolated rat pancreatic islets

Melatonin diminishes insulin release through the activation of MT1 receptors and a reduction in cAMP production in isolated pancreatic islets of neonate and adult rats and in INS-1 cells ( an insulin-secreting cell line). The pancreas of pinealectomized rats exhibits degenerative pathological changes with low islet density, indicating that melatonin plays a role to ensure the functioning of pancreatic beta cells. By using immunoprecipitation and immunoblotting analysis we demonstrated, in isolated rat pancreatic islets, that melatonin induces insulin growth factor receptor (IGF-R) and insulin receptor (IR) tyrosine phosphorylation and mediates the activities of the PI3K/AKT and MEK/ERKs pathways, which are involved in cell survival and growth, respectively. Thus, the effects of melatonin on pancreatic islets do not involve a reduction in cAMP levels only. This indoleamine may regulate growth and differentiation of pancreatic islets by activating IGF-I and insulin receptor signaling pathways.

Glucose-induced heat production, insulin secretion and lactate production in isolated Wistar rat pancreatic islets

Transplantation of pancreatic islets is efficient in improving the metabolic control and quality of life and in preventing severe hypoglycemia in patients with brittle type I diabetes mellitus. More accurate methods to assess islet viability would be extremely useful in designing target interventions for islet cytoprorection and in reducing the number of islets required to achieve insulin independence. Here we report on an application of calorimetry to evaluate the metabolic response of pancreatic islets to glucose stimulation. A significant increase in metabolic heat was produced by islet samples when consecutively subjected to 2.8 and 16.3 mmol L-1 glucose. Under these glucose concentrations, 1000 islets released average heat values of 9.16 +/- 0.71 mJ and 14.90 +/- 1.21 mJ over 50 min, respectively. Additionally, the glucose stimulation indexes were 1.67 +/- 0.30 for insulin. 1.72 +/- 0.13 for heat and 2.91 +/- 0.50 for lactate, raising the important possibility of substituting the secreted insulin index/ratio by the index/ratio of the heat released in the evaluation of Langerhans islets viability for transplantation. Altogether, Our results demonstrate the applicability of calorimetry to assess the quality of isolated pancreatic islets and to study vital islet functions. (c) 2008 Published by Elsevier B.V.

Avaliação do estado inflamatório em ilhotas de Langerhans de camundongos portadores do tumor sólido de Ehrlich

Pós-graduação em Biologia Geral e Aplicada - IBB

Langerhans cell histiocytosis as differential diagnosis of a mediastinal tumor

We describe the case of a 55-year-old man who presented with parasternal swelling. The chest CT scan showed a large tumor of the chest wall infiltrating the subcutaneous tissue. To assume histologic diagnosis an open biopsy was performed. Between the myofibrils a coarse, white tumor with infiltrative growth was noted. Histopathologic examination revealed expanded atrophic skeletal muscle that was infiltrated by histiocytic cells. Numerous eosinophilic granulocytes and lymphocytes CD20 and CD3 positive could be detected and immunohistochemical staining was also positive for S-100 proteins and CD1a. Histologic findings were characteristic of Langerhans cell histiocytosis (LCH). To the best of our knowledge a LCH originating from the mediastinum in an adult as presented has not been previously described.

[Unusual pulmonary presentation of systemic Langerhans cell histiocytosis]

An 80-year-old nonsmoking man was referred to our hospital with bilateral perihilar pulmonary opacities. He had a history of epilepsy, sclerosing cholangitis, cutaneous lesions previously diagnosed as localised Langerhans cell histiocytosis. Symptoms included dry cough and dyspnea. Chest CT showed bilateral perihilar alveolar consolidation with bronchiectasis. Histological examination of a lung biopsy showed typical features of Langerhans cell granulomatosis. Investigations revealed anterior and posterior hypopituitarism. An important improvement occurred with corticosteroid and vinblastine treatment.

Leptin, troglitazone, and the expression of sterol regulatory element binding proteins in liver and pancreatic islets

Overaccumulation of lipids in nonadipose tissues of obese rodents may lead to lipotoxic complications such as diabetes. To assess the pathogenic role of the lipogenic transcription factor, sterol regulatory element binding protein 1 (SREBP-1), we measured its mRNA in liver and islets of obese, leptin-unresponsive fa/fa Zucker diabetic fatty rats. Hepatic SREBP-1 mRNA was 2.4 times higher than in lean +/+ controls, primarily because of increased SREBP-1c expression. mRNA of lipogenic enzymes ranged from 2.4- to 4.6-fold higher than lean controls, and triacylglycerol (TG) content was 5.4 times higher. In pancreatic islets of fa/fa rats, SREBP-1c was 3.4 times higher than in lean +/+ Zucker diabetic fatty rats. The increase of SREBP-1 in liver and islets of untreated fa/fa rats was blocked by 6 weeks of troglitazone therapy, and the diabetic phenotype was prevented. Up-regulation of SREBP-1 also occurred in livers of Sprague–Dawley rats with diet-induced obesity. Hyperleptinemia, induced in lean +/+ rats by adenovirus gene transfer, lowered hepatic SREBP-1c by 74% and the lipogenic enzymes from 35 to 59%. In conclusion, overnutrition increases and adenovirus-induced hyperleptinemia decreases SREBP-1c expression in liver and islets. SREBP-1 overexpression, which is prevented by troglitazone, may play a role in the ectopic lipogenesis and lipotoxicity complicating obesity in Zucker diabetic fatty rats.

Expression profiling of type 2 diabetes susceptibility genes in the pancreatic islets, adipose tissue and liver of obese mice

Type 2 diabetes (T2D) is characterized by impaired beta cell function and insulin resistance. T2D susceptibility genes identified by Genome-wide association studies (GWAS) are likely to have roles in both impaired insulin secretion from the beta cell as well as insulin resistance. The aim of this study was to use gene expression profiling to assess the effect of the diabetic milieu on the expression of genes involved in both insulin secretion and insulin resistance. We measured the expression of 43 T2D susceptibility genes in the islets, adipose and liver of leptin-deficient Ob/Ob mice compared with Ob/+ littermates. The same panel of genes were also profiled in cultured rodent adipocytes, hepatocytes and beta cells in response to high glucose conditions, to distinguish expression effects due to elevated glycemia from those on the causal pathway to diabetes or induced by other factors in the diabetic microenviroment. We found widespread deregulation of these genes in tissues from Ob/Ob mice, with differential regulation of 23 genes in adipose, 18 genes in liver and one gene (Tcf7l2) in islets of diabetic animals (Ob/Ob) compared to control (Ob/+) animals. However, these expression changes were in most cases not noted in glucose-treated adipocyte, hepatocyte or beta cell lines, indicating that they may not be an effect of hyperglycemia alone. This study indicates that expression changes are apparent with diabetes in both the insulin producing beta cells, but also in peripheral tissues involved in insulin resistance. This suggests that incidence or progression of diabetic phenotypes in a mouse model of diabetes is driven by both secretory and peripheral defects. © J. A. Barth Verlag in Georg Thieme Verlag KG Stuttgart New York.