Hypoinsulinaemia, glucose intolerance and diminished beta-cell size in S6K1-deficient mice.

Insulin controls glucose homeostasis by regulating glucose use in peripheral tissues, and its own production and secretion in pancreatic beta cells. These responses are largely mediated downstream of the insulin receptor substrates, IRS-1 and IRS-2 (refs 4-8), through distinct signalling pathways. Although a number of effectors of these pathways have been identified, their roles in mediating glucose homeostasis are poorly defined. Here we show that mice deficient for S6 kinase 1, an effector of the phosphatidylinositide-3-OH kinase signalling pathway, are hypoinsulinaemic and glucose intolerant. Whereas insulin resistance is not observed in isolated muscle, such mice exhibit a sharp reduction in glucose-induced insulin secretion and in pancreatic insulin content. This is not due to a lesion in glucose sensing or insulin production, but to a reduction in pancreatic endocrine mass, which is accounted for by a selective decrease in beta-cell size. The observed phenotype closely parallels those of preclinical type 2 diabetes mellitus, in which malnutrition-induced hypoinsulinaemia predisposes individuals to glucose intolerance.

Insulin-secreting beta-cell dysfunction induced by human lipoproteins.

Diabetes is associated with significant changes in plasma concentrations of lipoproteins. We tested the hypothesis that lipoproteins modulate the function and survival of insulin-secreting cells. We first detected the presence of several receptors that participate in the binding and processing of plasma lipoproteins and confirmed the internalization of fluorescent low density lipoprotein (LDL) and high density lipoprotein (HDL) particles in insulin-secreting beta-cells. Purified human very low density lipoprotein (VLDL) and LDL particles reduced insulin mRNA levels and beta-cell proliferation and induced a dose-dependent increase in the rate of apoptosis. In mice lacking the LDL receptor, islets showed a dramatic decrease in LDL uptake and were partially resistant to apoptosis caused by LDL. VLDL-induced apoptosis of beta-cells involved caspase-3 cleavage and reduction in the levels of the c-Jun N-terminal kinase-interacting protein-1. In contrast, the proapoptotic signaling of lipoproteins was antagonized by HDL particles or by a small peptide inhibitor of c-Jun N-terminal kinase. The protective effects of HDL were mediated, in part, by inhibition of caspase-3 cleavage and activation of Akt/protein kinase B. In conclusion, human lipoproteins are critical regulators of beta-cell survival and may therefore contribute to the beta-cell dysfunction observed during the development of type 2 diabetes.

Complexin I regulates glucose-induced secretion in pancreatic beta-cells.

The neuronal-specific protein complexin I (CPX I) plays an important role in controlling the Ca(2+)-dependent neurotransmitter release. Since insulin exocytosis and neurotransmitter release rely on similar molecular mechanisms and that pancreatic beta-cells and neuronal cells share the expression of many restricted genes, we investigated the potential role of CPX I in insulin-secreting cells. We found that pancreatic islets and several insulin-secreting cell lines express high levels of CPX I. The beta-cell expression of CPX I is mediated by the presence of a neuron restrictive silencer element located within the regulatory region of the gene. This element bound the transcriptional repressor REST, which is found in most cell types with the exception of mature neuronal cells and beta-cells. Overexpression of CPX I or silencing of the CPX I gene (Cplx1) by RNA interference led to strong impairment in beta-cell secretion in response to nutrients such as glucose, leucine and KCl. This effect was detected both in the early and the sustained secretory phases but was much more pronounced in the early phase. We conclude that CPX I plays a critical role in beta-cells in the control of the stimulated-exocytosis of insulin.

GLUT2 in pancreatic and extra-pancreatic gluco-detection (review).

Detection of variations in blood glucose concentrations by pancreatic beta-cells and a subsequent appropriate secretion of insulin are key events in the control of glucose homeostasis. Because a decreased capability to sense glycemic changes is a hallmark of type 2 diabetes, the glucose signalling pathway leading to insulin secretion in pancreatic beta-cells has been extensively studied. This signalling mechanism depends on glucose metabolism and requires the presence of specific molecules such as GLUT2, glucokinase and the K(ATP) channel subunits Kir6.2 and SUR1. Other cells are also able to sense variations in glycemia or in local glucose concentrations and to modulate different physiological functions participating in the general control of glucose and energy homeostasis. These include cells forming the hepatoportal vein glucose sensor, which controls glucose storage in the liver, counterregulation, food intake and glucose utilization by peripheral tissues and neurons in the hypothalamus and brainstem whose firing rates are modulated by local variations in glucose concentrations or, when not protected by a blood-brain barrier, directly by changes in blood glucose levels. These glucose-sensing neurons are involved in the control of insulin and glucagon secretion, food intake and energy expenditure. Here, recent physiological studies performed with GLUT2-/- mice will be described, which indicate that this transporter is essential for glucose sensing by pancreatic beta-cells, by the hepatoportal sensor and by sensors, probably located centrally, which control activity of the autonomic nervous system and stimulate glucagon secretion. These studies may pave the way to a fine dissection of the molecular and cellular components of extra-pancreatic glucose sensors involved in the control of glucose and energy homeostasis.

Neuropeptide Y expression and regulation in a differentiated rat insulin-secreting cell line.

Neuropeptide-Y (NPY) is a 36-amino acid peptide known to inhibit glucose-stimulated insulin secretion in various animal models in vitro and in vivo. NPY is thought to be one of the mediators of sympathetic action in the pancreas through nerve endings surrounding the islets, and it has recently been shown to be synthesized within the islets of Langerhans. To elucidate the potential role of NPY in the endocrine pancreas, we studied the expression and regulation of NPY secretion in a rat insulinoma cell line (INS-1). NPY mRNA and peptide are highly expressed and secreted by INS-1 cells. NPY levels were determined by a sensitive and specific two-site amplified enzyme-linked immunosorbent assay. Incubation of INS-1 cells with various glucose concentrations did not modify NPY secretion; however, stimulation of adenylate cyclase by forskolin induced a dose- and time-dependent increase in NPY release in the medium. The glucagon-like peptide-I-(7-36) amide (GLP-1), a known gluco-incretin in humans, induced at low concentration (10(-9) M) a similar expression of NPY mRNA and peptide secretion in INS-1 cells. On the other hand, the inhibition of cAMP accumulation by the alpha 2-adrenergic agonist clonidine decreased NPY secretion. In conclusion, 1) high levels of gene expression and secretion of NPY are found in a rat insulinoma cell line (INS-1). 2) Accumulation of cAMP induced by forskolin or a gluco-incretin (GLP-1) induces a further increase in NPY gene expression and release. 3) NPY secretion is not modulated by low or high glucose concentrations in the medium. 4) Induction of NPY, a known inhibitor of insulin secretion, may represent a novel counterregulatory mechanism of insulin secretion, limiting the stimulatory effect of GLP-1 on insulin secretion.

Exendin-4 protects beta-cells from interleukin-1 beta-induced apoptosis by interfering with the c-Jun NH2-terminal kinase pathway.

OBJECTIVE: The pro-inflammatory cytokine interleukin-1 beta (IL-1 beta) generates pancreatic beta-cells apoptosis mainly through activation of the c-Jun NH(2)-terminal kinase (JNK) pathway. This study was designed to investigate whether the long-acting agonist of the hormone glucagon-like peptide 1 (GLP-1) receptor exendin-4 (ex-4), which mediates protective effects against cytokine-induced beta-cell apoptosis, could interfere with the JNK pathway. RESEARCH DESIGN AND METHODS: Isolated human, rat, and mouse islets and the rat insulin-secreting INS-1E cells were incubated with ex-4 in the presence or absence of IL-1 beta. JNK activity was assessed by solid-phase JNK kinase assay and quantification of c-Jun expression. Cell apoptosis was determined by scoring cells displaying pycnotic nuclei. RESULTS: Ex-4 inhibited induction of the JNK pathway elicited by IL-1 beta. This effect was mimicked with the use of cAMP-raising agents isobutylmethylxanthine and forskolin and required activation of the protein kinase A. Inhibition of the JNK pathway by ex-4 or IBMX and forskolin was concomitant with a rise in the levels of islet-brain 1 (IB1), a potent blocker of the stress-induced JNK pathway. In fact, ex-4 as well as IBMX and forskolin induced expression of IB1 at the promoter level through cAMP response element binding transcription factor 1. Suppression of IB1 levels with the use of RNA interference strategy impaired the protective effects of ex-4 against apoptosis induced by IL-1 beta. CONCLUSIONS: The data establish the requirement of IB1 in the protective action of ex-4 against apoptosis elicited by IL-1 beta and highlight the GLP-1 mimetics as new potent inhibitors of the JNK signaling induced by cytokines.

VAMP-2 and cellubrevin are expressed in pancreatic beta-cells and are essential for Ca(2+)-but not for GTP gamma S-induced insulin secretion.

VAMP proteins are important components of the machinery controlling docking and/or fusion of secretory vesicles with their target membrane. We investigated the expression of VAMP proteins in pancreatic beta-cells and their implication in the exocytosis of insulin. cDNA cloning revealed that VAMP-2 and cellubrevin, but not VAMP-1, are expressed in rat pancreatic islets and that their sequence is identical to that isolated from rat brain. Pancreatic beta-cells contain secretory granules that store and secrete insulin as well as synaptic-like microvesicles carrying gamma-aminobutyric acid. After subcellular fractionation on continuous sucrose gradients, VAMP-2 and cellubrevin were found to be associated with both types of secretory vesicle. The association of VAMP-2 with insulin-containing granules was confirmed by confocal microscopy of primary cultures of rat pancreatic beta-cells. Pretreatment of streptolysin-O permeabilized insulin-secreting cells with tetanus and botulinum B neurotoxins selectively cleaved VAMP-2 and cellubrevin and abolished Ca(2+)-induced insulin release (IC50 approximately 15 nM). By contrast, the pretreatment with tetanus and botulinum B neurotoxins did not prevent GTP gamma S-stimulated insulin secretion. Taken together, our results show that pancreatic beta-cells express VAMP-2 and cellubrevin and that one or both of these proteins selectively control Ca(2+)-mediated insulin secretion.

Postnatal β-cell maturation is associated with islet-specific microRNA changes induced by nutrient shifts at weaning.

Glucose-induced insulin secretion is an essential function of pancreatic β-cells that is partially lost in individuals affected by Type 2 diabetes. This unique property of β-cells is acquired through a poorly understood postnatal maturation process involving major modifications in gene expression programs. Here we show that β-cell maturation is associated with changes in microRNA expression induced by the nutritional transition that occurs at weaning. When mimicked in newborn islet cells, modifications in the level of specific microRNAs result in a switch in the expression of metabolic enzymes and cause the acquisition of glucose-induced insulin release. Our data suggest microRNAs have a central role in postnatal β-cell maturation and in the determination of adult functional β-cell mass. A better understanding of the events governing β-cell maturation may help understand why some individuals are predisposed to developing diabetes and could lead to new strategies for the treatment of this common metabolic disease.

Rôles du stress du réticulum endoplasmique et de l'immunité innée dans l'inhibition de la transcription du gène de l'insuline : étude du facteur de transcription ATF6 et du récepteur TLR4

Le diabète de type 2 (DT2) est caractérisé par une résistance des tissus périphériques à l’action de l’insuline et par une insuffisance de la sécrétion d’insuline par les cellules β du pancréas. Différents facteurs tels que le stress du réticulum endoplasmique (RE) et l’immunité innée affectent la fonction de la cellule β-pancréatique. Toutefois, leur implication dans la régulation de la transcription du gène de l’insuline demeure imprécise. Le but de cette thèse était d’identifier et de caractériser le rôle du stress du RE et de l’immunité innée dans la régulation de la transcription du gène de l’insuline. Les cellules β-pancréatiques ont un RE très développé, conséquence de leur fonction spécialisée de biosynthèse et de sécrétion d’insuline. Cette particularité les rend très susceptible au stress du RE qui se met en place lors de l’accumulation de protéines mal repliées dans la lumière du RE. Nous avons montré qu’ATF6 (de l’anglais, activating transcription factor 6), un facteur de transcription impliqué dans la réponse au stress du RE, lie directement la boîte A5 de la région promotrice du gène de l’insuline dans les îlots de Langerhans isolés de rat. Nous avons également montré que la surexpression de la forme active d’ATF6α, mais pas ATF6β, réprime l’activité du promoteur de l’insuline. Toutefois, la mutation ou l’absence de la boîte A5 ne préviennent pas l’inhibition de l’activité promotrice du gène de l’insuline par ATF6. Ces résultats montrent qu’ATF6 se lie directement au promoteur du gène de l’insuline, mais que cette liaison ne semble pas contribuer à son activité répressive. Il a été suggéré que le microbiome intestinal joue un rôle dans le développement du DT2. Les patients diabétiques présentent des concentrations plasmatiques élevées de lipopolysaccharides (LPS) qui affectent la fonction de la cellule β-pancréatique. Nous avons montré que l’exposition aux LPS entraîne une réduction de la transcription du gène de l’insuline dans les îlots de Langerhans de rats, de souris et humains. Cette répression du gène de l’insuline par les LPS est associée à une diminution des niveaux d’ARNms de gènes clés de la cellule β-pancréatique, soit PDX-1 (de l’anglais, pancreatic duodenal homeobox 1) et MafA (de l’anglais, mammalian homologue of avian MafA/L-Maf). En utilisant un modèle de souris déficientes pour le récepteur TLR4 (de l’anglais, Toll-like receptor), nous avons montré que les effets délétères des LPS sur l’expression du gène de l’insuline sollicitent le récepteur de TLR4. Nous avons également montré que l’inhibition de la voie NF-kB entraîne une restauration des niveaux messagers de l’insuline en réponse à une exposition aux LPS dans les îlots de Langerhans de rat. Ainsi, nos résultats montrent que les LPS inhibent le gène de l’insuline dans les cellules β-pancréatiques via un mécanisme moléculaire dépendant du récepteur TLR4 et de la voie NF-kB. Ces observations suggèrent ainsi un rôle pour le microbiome intestinal dans la fonction de la cellule β du pancréas. Collectivement, ces résultats nous permettent de mieux comprendre les mécanismes moléculaires impliqués dans la répression du gène de l'insuline en réponse aux divers changements survenant de façon précoce dans l’évolution du diabète de type 2 et d'identifier des cibles thérapeutiques potentielles qui permettraient de prévenir ou ralentir la détérioration de l'homéostasie glycémique au cours de cette maladie, qui affecte plus de deux millions de Canadiens.

Étude dans la cellule bêta pancréatique de voies inhibitrices de la sécrétion d'insuline liées au métabolisme des lipides

Le diabète de type 2 (DT2) est une maladie métabolique complexe causée par des facteurs génétiques mais aussi environnementaux, tels la sédentarité et le surpoids. La dysfonction de la cellule β pancréatique est maintenant reconnue comme l’élément déterminant dans le développement du DT2. Notre laboratoire s’intéresse à la sécrétion d’insuline par la cellule β en réponse aux nutriments calorigéniques et aux mécanismes qui la contrôle. Alors que la connaissance des mécanismes responsables de l’induction de la sécrétion d’insuline en réponse aux glucose et acides gras est assez avancée, les procédés d’inhibition de la sécrétion dans des contextes normaux ou pathologiques sont moins bien compris. L’objectif de la présente thèse était d’identifier quelques-uns de ces mécanismes de régulation négative de la sécrétion d’insuline dans la cellule β pancréatique, et ce en situation normale ou pathologique en lien avec le DT2. La première hypothèse testée était que l’enzyme mitochondriale hydroxyacyl-CoA déshydrogénase spécifique pour les molécules à chaîne courte (short-chain hydroxyacyl-CoA dehydrogenase, SCHAD) régule la sécrétion d’insuline induite par le glucose (SIIG) par la modulation des concentrations d’acides gras ou leur dérivés tels les acyl-CoA ou acyl-carnitine dans la cellule β. Pour ce faire, nous avons utilisé la technologie des ARN interférants (ARNi) afin de diminuer l’expression de SCHAD dans la lignée cellulaire β pancréatique INS832/13. Nous avons par la suite vérifié chez la souris DIO (diet-induced obesity) si une exposition prolongée à une diète riche en gras activerait certaines voies métaboliques et signalétiques assurant une régulation négative de la sécrétion d’insuline et contribuerait au développement du DT2. Pour ce faire, nous avons mesuré la SIIG, le métabolisme intracellulaire des lipides, la fonction mitochondriale et l’activation de certaines voies signalétiques dans les îlots de Langerhans isolés des souris normales (ND, normal diet) ou nourries à la dière riche en gras (DIO) Nos résultats suggèrent que l’enzyme SCHAD est importante dans l’atténuation de la sécrétion d’insuline induite par le glucose et les acides aminés. En effet, l’oxydation des acides gras par la protéine SCHAD préviendrait l’accumulation d’acyl-CoA ou de leurs dérivés carnitine à chaîne courtes potentialisatrices de la sécrétion d’insuline. De plus, SCHAD régule le métabolisme du glutamate par l’inhibition allostérique de l’enzyme glutamate déshydrogénase (GDH), prévenant ainsi une hyperinsulinémie causée par une sur-activité de GDH. L’étude de la dysfonction de la cellule β dans le modèle de souris DIO a démontré qu’il existe une grande hétérogénéité dans l’obésité et l’hyperglycémie développées suite à la diète riche en gras. L’orginialité de notre étude réside dans la stratification des souris DIO en deux groupes : les faibles et forts répondants à la diète (low diet responders (LDR) et high diet responder (HDR)) sur la base de leur gain de poids corporel. Nous avons mis en lumières divers mécanismes liés au métabolisme des acides gras impliqués dans la diminution de la SIIG. Une diminution du flux à travers le cycle TG/FFA accompagnée d’une augmentation de l’oxydation des acides gras et d’une accumulation intracellulaire de cholestérol contribuent à la diminution de la SIIG chez les souris DIO-HDR. De plus, l’altération de la signalisation par les voies AMPK (AMP-activated protein kinase) et PKC epsilon (protéine kinase C epsilon) pourrait expliquer certaines de ces modifications du métabolisme des îlots DIO et causer le défaut de sécrétion d’insuline. En résumé, nous avons mis en lumière des mécanismes importants pour la régulation négative de la sécrétion d’insuline dans la cellule β pancréatique saine ou en situation pathologique. Ces mécanismes pourraient permettre d’une part de limiter l’amplitude ou la durée de la sécrétion d’insuline suite à un repas chez la cellule saine, et d’autre part de préserver la fonction de la cellule β en retardant l’épuisement de celle-ci en situation pathologique. Certaines de ces voies peuvent expliquer l’altération de la sécrétion d’insuline dans le cadre du DT2 lié à l’obésité. À la lumière de nos recherches, le développement de thérapies ayant pour cible les mécanismes de régulation négative de la sécrétion d’insuline pourrait être bénéfique pour le traitement de patients diabétiques.

Rôle de l’enzyme PAS kinase dans la régulation du facteur de transcription PDX-1 dans la cellule bêta pancréatique.

Le diabète de type 2 (DT2) se caractérise par une production insuffisante d'insuline par le pancréas ainsi qu'une résistance des tissus périphériques à l'action de l'insuline. Dans les cellules bêta pancréatiques, le glucose stimule la production de l'insuline en induisant la transcription de son gène et la traduction ainsi que la sécrétion de sa protéine. Paradoxalement, une exposition prolongée et simultanée de ces cellules à de hautes concentrations de glucose en présence d'acides gras conduit à la détérioration de la fonction bêta pancréatique et au développement du DT2. Toutefois, les mécanismes moléculaires responsables de ces effets du glucose ne sont que partiellement connus. L'objectif du travail décrit dans cette thèse est d'identifier les mécanismes responsables de la régulation de la transcription du gène de l'insuline. PDX-1 (de l’anglais pour pancreatic and duodenal homeobox 1) est un facteur de transcription majeur et essentiel tant pour le développement du pancréas que pour le maintien de sa fonction à l'état adulte. En réponse au glucose, PDX-1 se lie au promoteur du gène de l'insuline et induit sa transcription. Ceci est inhibé par l'acide gras palmitate. Dans la première partie des travaux effectués dans le cadre de cette thèse, nous avons identifié deux mécanismes de régulation de la transcription du gène de l'insuline: le premier via ERK1/2 (de l'anglais pour extracellular-signal-regulated protein kinases 1 and 2) et le second par l’enzyme PASK (pour per-arnt-sim kinase). Nous avons également mis en évidence l'existence d'un troisième mécanisme impliquant l'inhibition de l'expression du facteur de transcription MafA par le palmitate. Nos travaux indiquent que la contribution de la signalisation via PASK est majeure. L'expression de PASK est augmentée par le glucose et inhibée par le palmitate. Sa surexpression dans les cellules MIN6 et les îlots isolés de rats, mime les effets du glucose sur l'expression du gène de l'insuline ainsi que sur l'expression de PDX-1 et prévient les effets délétères du palmitate. Dans la deuxième partie de la thèse, nous avons identifié un nouveau mécanisme par lequel PASK augmente la stabilité protéique de PDX-1, soit via la phosphorylation et l'inactivation de la protéine kinase GSK3 bêta (de l'anglais pour glycogen synthase kinase 3 beta). Le glucose induit la translocation de PDX-1 du cytoplasme vers le noyau, ce qui est essentiel à sa liaison au promoteur de ses gènes cibles. L'exclusion nucléaire de PDX-1 a été observée dans plusieurs modèles ex vivo et in vivo de dysfonction de la cellule bêta pancréatique. Dans le dernier volet de cette thèse, nous avons démontré l'importance de l'utilisation de cellules primaires (îlots isolés et dispersés) pour étudier la translocation nucléaire de PDX-1 endogène étant donné que ce mode de régulation est absent dans les lignées insulino-sécrétrices MIN6 et HIT-T15. Ces études nous ont permis d'identifier et de mieux comprendre les mécanismes régulant la transcription du gène de l'insuline via le facteur de transcription PDX-1. Les cibles moléculaires ainsi identifiées pourraient contribuer au développement de nouvelles approches thérapeutiques pour le traitement du diabète de type 2. Mots-clés : Diabète, îlots de Langerhans, cellule bêta pancréatique, gène de l'insuline, PDX-1, PASK, GSK3 bêta, ERK1/2, PKB, glucose, palmitate.

Rôles des facteurs de croissance dans la prolifération de la cellule β-pancréatique en réponse à un excès de nutriments : étude du facteur de croissance HB-EGF et du récepteur à l’EGF

Le diabète de type 2 (DT2) résulte d’une résistance à l’insuline par les tissus périphériques et par un défaut de sécrétion de l’insuline par les cellules β-pancréatiques. Au fil du temps, la compensation des îlots de cellules β pour la résistance à l’insuline échoue et entraine par conséquent une baisse progressive de la fonction des cellules β. Plusieurs facteurs peuvent contribuer à la compensation de la cellule β. Toutefois, la compréhension des mécanismes cellulaires et moléculaires sous-jacents à la compensation de la masse de la cellule β reste à ce jour inconnue. Le but de ce mémoire était d’identifier précisément quel mécanisme pouvait amener à la compensation de la cellule β en réponse à un excès de nutriments et plus précisément à l’augmentation de sa prolifération et de sa masse. Ainsi, avec l’augmentation de la résistance à l’insuline et des facteurs circulants chez les rats de six mois perfusés avec du glucose et de l’intralipide, l’hypothèse a été émise et confirmée lors de notre étude que le facteur de croissance HB-EGF active le récepteur de l’EGF et des voies de signalisations subséquentes telles que mTOR et FoxM1 impliquées dans la prolifération de la cellule β-pancréatique. Collectivement, ces résultats nous permettent de mieux comprendre les mécanismes moléculaires impliqués dans la compensation de la masse de la cellule β dans un état de résistance à l’insuline et peuvent servir de nouvelles approches thérapeutiques pour prévenir ou ralentir le développement du DT2.

Caractérisation du rôle de l’amyline (IAPP) dans le diabète de type 2 : études de dérivés peptidiques et de composés inhibiteurs de la formation d’amyloïde

L’amyloïdose, une maladie progressive et incurable, implique une vaste panoplie de pathologies et de pathogénèses, qui est expliquée par la grande variabilité biologique et structurale des protéines responsables de la formation des dépôts d’amyloïde. L’amyline (polypeptide amyloïde des îlots pancréatiques, IAPP) est une protéine très susceptible de subir des changements de conformation impliquant les feuillets bêta et conférant aussi des propriétés physicochimiques distinctes. Cette protéine prend alors une forme fibrillaire et se dépose dans les îlots de Langerhans chez les humains atteints de diabète de type 2 ou d’insulinome. Ces dépôts d’amyloïde pancréatique (AIAPP) ont été décrits chez certaines espèces animales telles que les félins domestiques, les grands félins, le raton laveur et les primates non humains. La formation de dépôts d’amyloïde contribue à la pathogénèse du diabète de type 2, mais les mécanismes qui induisent la conversion de l’amyline (IAPP) en amyloïde (AIAPP) ne sont pas complètement compris. Les hypothèses du projet sont que certaines variations présentes dans les séquences peptidiques de l’IAPP provenant de différentes espèces animales jouent un rôle critique pour la formation de fibrilles et que plusieurs composés chimiques aromatiques/phénoliques sont capables d’abroger la formation de dépôts d’amyloïde. Le projet de recherche consiste donc à caractériser la propension des différentes isoformes animales d’IAPP à former de l’amyloïde in vitro afin d’identifier les acides aminés jouant un rôle clé dans cette transformation structurale et ultimement d’inhiber la formation d’amyloïde pancréatique. Le projet se divise en deux volets principaux. Le premier consiste à identifier les différentes séquences peptidiques de l’IAPP retrouvées chez les espèces animales. L’objectif est d’identifier les acides aminés jouant un rôle clé dans la formation d’amyloïde. Le gène de l’IAPP a été séquencé chez plus d’une quarantaine d’espèces. Le potentiel d’agrégation des séquences obtenues a été simulé à l’aide d’outils bioinformatique. Une librairie de 23 peptides a été commandée afin de procéder à des analyses physicochimiques in vitro permettant d’évaluer le potentiel amyloïdogénique (test fluorimétrique à la thioflavine T, essai de liaison au rouge Congo, dichroïsme circulaire, microscopie électronique à transmission) et cytotoxique (sur une lignée cellulaire provenant d’insulinome : INS-1). Les analyses effectuées à partir de la librairie constituée de 23 peptides ont permis d’identifier trois séquences ne formant pas d’amyloïde et qui proviennent des espèces animales suivantes : le tamarin lion doré (Leontopithecus rosalia), le grand dauphin (Tursiops truncatus) et l’alpaga (Vicugna pacos). Un site potentiellement critique est le segment 8-20 présentant le motif NFLVH qui ne forme plus d’amyloïde lorsqu’il est remplacé par le motif DFLGR ou KFLIR. Les acides aminés 29P, 14K et 18R sont également impliqués dans l’inhibition de la transformation structurale en fibrille. La dernière partie du projet consiste à inhiber la formation de l’amyloïde en utilisant des composés chimiques commercialisés (hypoglycémiants, anti-inflammatoires non stéroïdiens) ou nouvellement synthétisés dans notre laboratoire (les aryles éthyles urées). Un criblage d’une soixantaine de composés chimiques a été conduit dans cette étude. Leur efficacité a été testée sur l’IAPP humaine, qui possède un fort potentiel amyloïdogénique. Les techniques utilisées sont les mêmes que celles exploitées précédemment. L’essai de liaison croisée photo-induite ("photo-induced cross-linking of unmodified proteins", PICUP) a été réalisé afin d’étudier les formes intermédiaires (monomères, oligomères). Un total de 11 composés chimiques a démontré un potentiel à inhiber l’agrégation des fibrilles. Pour la classe des hypoglycémiants, le glyburide, le répaglinide et la troglitazone ont montré l’activité thérapeutique la plus élevée pour retarder et réduire la formation de fibrilles. Les anti-inflammatoires antiamyloïdogènes actifs incluaient le diclofenac, le méloxicam, le phénylbutazone, le sulindac et le ténoxicam. Les aryles étyles urées les plus intéressantes étaient la EU-362 et la EU-418. Tous ces composés ont conféré une protection cellulaire contre l’activité cytotoxique des fibrilles. Les molécules actives possèdent des éléments structuraux communs tels des substituants donneurs d’électrons (alcool, amine, halogène) sur un noyau benzène. En conclusion, ce projet de recherche a permis de caractériser l’IAPP chez diverses espèces animales, dont plusieurs chez lesquelles elle n’avait pas encore été décrite, de déterminer les sites jouant un rôle clé dans sa transformation en amyloïde et, ultimement, de tester le potentiel thérapeutique de nouveaux agents antiamyloïdogènes dans le diabète de type 2. Nous espérons que ce projet ouvrira ainsi la porte à de nouvelles stratégies de traitement.