Astrocyte-neuron lactate transport is required for long-term memory formation.

We report that, in the rat hippocampus, learning leads to a significant increase in extracellular lactate levels that derive from glycogen, an energy reserve selectively localized in astrocytes. Astrocytic glycogen breakdown and lactate release are essential for long-term but not short-term memory formation, and for the maintenance of long-term potentiation (LTP) of synaptic strength elicited in vivo. Disrupting the expression of the astrocytic lactate transporters monocarboxylate transporter 4 (MCT4) or MCT1 causes amnesia, which, like LTP impairment, is rescued by L-lactate but not equicaloric glucose. Disrupting the expression of the neuronal lactate transporter MCT2 also leads to amnesia that is unaffected by either L-lactate or glucose, suggesting that lactate import into neurons is necessary for long-term memory. Glycogenolysis and astrocytic lactate transporters are also critical for the induction of molecular changes required for memory formation, including the induction of phospho-CREB, Arc, and phospho-cofilin. We conclude that astrocyte-neuron lactate transport is required for long-term memory formation.

The glucose transporter 4 FQQI motif is necessary for Akt Substrate of 160-Kilodalton-dependent plasma membrane translocation but not Golgi-localized g-ear-containing Arf-binding protein-dependent entry into the insulin-responsive storage compartment.

Newly synthesized glucose transporter 4 (GLUT4) enters into the insulin-responsive storage compartment in a process that is Golgi-localized γ-ear-containing Arf-binding protein (GGA) dependent, whereas insulin-stimulated translocation is regulated by Akt substrate of 160 kDa (AS160). In the present study, using a variety of GLUT4/GLUT1 chimeras, we have analyzed the specific motifs of GLUT4 that are important for GGA and AS160 regulation of GLUT4 trafficking. Substitution of the amino terminus and the large intracellular loop of GLUT4 into GLUT1 (chimera 1-441) fully recapitulated the basal state retention, insulin-stimulated translocation, and GGA and AS160 sensitivity of wild-type GLUT4 (GLUT4-WT). GLUT4 point mutation (GLUT4-F5A) resulted in loss of GLUT4 intracellular retention in the basal state when coexpressed with both wild-type GGA and AS160. Nevertheless, similar to GLUT4-WT, the insulin-stimulated plasma membrane localization of GLUT4-F5A was significantly inhibited by coexpression of dominant-interfering GGA. In addition, coexpression with a dominant-interfering AS160 (AS160-4P) abolished insulin-stimulated GLUT4-WT but not GLUT4-F5A translocation. GLUT4 endocytosis and intracellular sequestration also required both the amino terminus and large cytoplasmic loop of GLUT4. Furthermore, both the FQQI and the SLL motifs participate in the initial endocytosis from the plasma membrane; however, once internalized, unlike the FQQI motif, the SLL motif is not responsible for intracellular recycling of GLUT4 back to the specialized compartment. Together, we have demonstrated that the FQQI motif within the amino terminus of GLUT4 is essential for GLUT4 endocytosis and AS160-dependent intracellular retention but not for the GGA-dependent sorting of GLUT4 into the insulin-responsive storage compartment.

Transgenic reexpression of GLUT1 or GLUT2 in pancreatic beta cells rescues GLUT2-null mice from early death and restores normal glucose-stimulated insulin secretion.

GLUT2-null mice are hyperglycemic, hypoinsulinemic, hyperglucagonemic, and glycosuric and die within the first 3 weeks of life. Their endocrine pancreas shows a loss of first phase glucose-stimulated insulin secretion (GSIS) and inverse alpha to beta cell ratio. Here we show that reexpression by transgenesis of either GLUT1 or GLUT2 in the pancreatic beta cells of these mice allowed mouse survival and breeding. The rescued mice had normal-fed glycemia but fasted hypoglycemia, glycosuria, and an elevated glucagon to insulin ratio. Glucose tolerance was, however, normal. In vivo, insulin secretion assessed following hyperglycemic clamps was normal. In vitro, islet perifusion studies revealed that first phase of insulin secretion was restored as well by GLUT1 or GLUT2, and this was accompanied by normalization of the glucose utilization rate. The ratio of pancreatic insulin to glucagon and volume densities of alpha to beta cells were, however, not corrected. These data demonstrate that 1) reexpression of GLUT1 or GLUT2 in beta cells is sufficient to rescue GLUT2-null mice from lethality, 2) GLUT1 as well as GLUT2 can restore normal GSIS, 3) restoration of GSIS does not correct the abnormal composition of the endocrine pancreas. Thus, normal GSIS does not depend on transporter affinity but on the rate of uptake at stimulatory glucose concentrations.

Characterization of GLUT8 and GLUT9, two novel glucose transporter isoforms

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

GLUT2-mediated glucose uptake and availability are required for embryonic brain development in zebrafish

Glucose transporter 2 (GLUT2; gene name SLC2A2) has a key role in the regulation of glucose dynamics in organs central to metabolism. Although GLUT2 has been studied in the context of its participation in peripheral and central glucose sensing, its role in the brain is not well understood. To decipher the role of GLUT2 in brain development, we knocked down slc2a2 (glut2), the functional ortholog of human GLUT2, in zebrafish. Abrogation of glut2 led to defective brain organogenesis, reduced glucose uptake and increased programmed cell death in the brain. Coinciding with the observed localization of glut2 expression in the zebrafish hindbrain, glut2 deficiency affected the development of neural progenitor cells expressing the proneural genes atoh1b and ptf1a but not those expressing neurod. Specificity of the morphant phenotype was demonstrated by the restoration of brain organogenesis, whole-embryo glucose uptake, brain apoptosis, and expression of proneural markers in rescue experiments. These results indicate that glut2 has an essential role during brain development by facilitating the uptake and availability of glucose and support the involvement of glut2 in brain glucose sensing.

Étude des propriétés de transport dans les hydrogels de curdlan

Les hydrogels de polysaccharide sont des biomatériaux utilisés comme matrices à libération contrôlée de médicaments et comme structures modèles pour l’étude de nombreux systèmes biologiques dont les biofilms bactériens et les mucus. Dans tous les cas, le transport de médicaments ou de nutriments à l’intérieur d’une matrice d’hydrogel joue un rôle de premier plan. Ainsi, l’étude des propriétés de transport dans les hydrogels s’avère un enjeu très important au niveau de plusieurs applications. Dans cet ouvrage, le curdlan, un polysaccharide neutre d’origine bactérienne et formé d’unités répétitives β-D-(1→3) glucose, est utilisé comme hydrogel modèle. Le curdlan a la propriété de former des thermogels de différentes conformations selon la température à laquelle une suspension aqueuse est incubée. La caractérisation in situ de la formation des hydrogels de curdlan thermoréversibles et thermo-irréversibles a tout d’abord été réalisée par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FT-IR) en mode réflexion totale atténuée à température variable. Les résultats ont permis d’optimiser les conditions de gélation, menant ainsi à la formation reproductible des hydrogels. Les caractérisations structurales des hydrogels hydratés, réalisées par imagerie FT-IR, par microscopie électronique à balayage en mode environnemental (eSEM) et par microscopie à force atomique (AFM), ont permis de visualiser les différentes morphologies susceptibles d’influencer la diffusion d’analytes dans les gels. Nos résultats montrent que les deux types d’hydrogels de curdlan ont des architectures distinctes à l’échelle microscopique. La combinaison de la spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN) à gradients pulsés et de l’imagerie RMN a permis d’étudier l’autodiffusion et la diffusion mutuelle sur un même système dans des conditions expérimentales similaires. Nous avons observé que la diffusion des molécules dans les gels est ralentie par rapport à celle mesurée en solution aqueuse. Les mesures d’autodiffusion, effectuées sur une série d’analytes de diverses tailles dans les deux types d’hydrogels de curdlan, montrent que le coefficient d’autodiffusion relatif décroit en fonction de la taille de l’analyte. De plus, nos résultats suggèrent que l’équivalence entre les coefficients d’autodiffusion et de diffusion mutuelle dans les hydrogels de curdlan thermo-irréversibles est principalement due au fait que l’environnement sondé par les analytes durant une expérience d’autodiffusion est représentatif de celui exploré durant une expérience de diffusion mutuelle. Dans de telles conditions, nos résultats montrent que la RMN à gradients pulsés peut s’avérer une approche très avantageuse afin de caractériser des systèmes à libération contrôlée de médicaments. D’autres expériences de diffusion mutuelle, menées sur une macromolécule de dextran, montrent un coefficient de diffusion mutuelle inférieur au coefficient d’autodiffusion sur un même gel de curdlan. L’écart mesuré entre les deux modes de transport est attribué au volume différent de l’environnement sondé durant les deux mesures. Les coefficients d’autodiffusion et de diffusion mutuelle similaires, mesurés dans les deux types de gels de curdlan pour les différents analytes étudiés, suggèrent une influence limitée de l’architecture microscopique de ces gels sur leurs propriétés de transport. Il est conclu que les interactions affectant la diffusion des analytes étudiés dans les hydrogels de curdlan se situent à l’échelle moléculaire.

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

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

Impact de l’hyperglycémie et de l’infection sur le transport ionique, la réparation épithéliale et l’action des correcteurs dans les voies aériennes en Fibrose kystique

La Fibrose kystique (FK), causée par des mutations du canal Cl- CFTR, entraîne une dysfonction de la sécrétion de Cl- et un débalancement dans la sécrétion des fluides. La diminution de la clairance mucociliaire qui s’en suit occasionne une accumulation du mucus. Cet environnement est alors favorable à l’installation d’infections et d’inflammation chroniques, responsables de lésions au niveau de l’épithélium respiratoire. Le vieillissement de la population FK, suite à la prise en charge plus appropriée de la maladie, est accompagné par l’émergence de pathologies associées, telles que le diabète. Celui-ci, ainsi que plusieurs autres facteurs comme l’infection à Pseudomonas aeruginosa, contribuent au déclin progressif de la fonction pulmonaire, principale cause de mortalité et de morbidité des patients FK. Le maintien de la fonction pulmonaire est dépendant notamment du transport ionique et liquidien régulant la clairance mucociliaire ainsi que de la réparation épithéliale nécessaire à la génération d’un épithélium fonctionnel en réponse aux agressions. Nous avons donc évalué l’impact de l’hyperglycémie et des exoproduits de P. aeruginosa sur ces deux mécanismes. Nos résultats ont tout d’abord montré qu’un niveau de glucose élevé diminue les courants Cl- CFTR et potassique et altère la réparation de l’épithélium bronchique FK et non FK. Nous avons aussi observé que l’hyperglycémie limite l’impact bénéfique de la correction de CFTR sur la réparation épithéliale. Dans un second temps, nous avons évalué l’impact de l’infection à Pseudomonas aeruginosa sur le CFTR, qui tient un rôle important dans la fonctionnalité de l’épithélium des voies aériennes non-FK. Nous avons noté que l’expression du CFTR ainsi que sa fonction sont réduites par l’exposition aux produits bactériens dans les cellules non-FK. De plus, ces exoproduits compromettent la maturation du CFTR muté par les correcteurs ainsi que leur bénéfice sur la réparation de l’épithélium FK. Finalement, nous avons testé différentes combinaisons de composés correcteurs et potentiateurs de CFTR afin de déterminer quelle stratégie serait la plus efficace afin de favoriser la réparation épithéliale bronchique FK malgré la présence d’infection.

Comparative efficacy of MS-222 and benzocaine as anaesthetics under simulated transport conditions of a tropical ornamental fish Puntius filamentosus(Valenciennes)

There is a growing commercial interest in the ¢sh, Puntius ¢lamentosus, in the ornamental ¢sh trade in India and elsewhere.The trade is, however, hampered by severe mortalities during transport of the ¢sh owing to insu⁄cient data available on the use of anaesthetics. To resolve this problem, we evaluated the e⁄cacy of two anaesthetics, MS-222 and benzocaine, in sedating P. ¢lamentosus in simulated transportation experiments and used stress response parameters such as cortisol and blood glucose levels to perform assessments. We observed that MS-222 at 40 mg L 1 and benzocaine at 20mg L 1 were su⁄- cient to induce sedation for 48 h. Above these concentrations, both the anaesthetics adversely a¡ected the ¢sh and resulted inmortalities. Both anaesthetics signi¢cantly lowered the blood cortisol and glucose levels compared with the unsedated controls. Importantly, the anaesthetics treatment signi¢cantly lowered the post-transport mortality in the ¢sh. The results of the study show that MS-222 and benzocaine could be used as sedatives to alleviate transport- related stress in P. ¢lamentosus to improve their post-transport survival and hence reduce economic loss.

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.

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.

Identification of stimulatory and inhibitory inputs to the hypothalamic-pituitary-adrenal axis during hypoglycaemia or transport in ewes

This study used the novel approach of statistical modelling to investigate the control of hypothalamic-pituitary-adrenal (HPA) axis and quantify temporal relationships between hormones. Two experimental paradigms were chosen, insulin-induced hypoglycaemia and 2 h transport, to assess differences in control between noncognitive and cognitive stimuli. Vasopressin and corticotropin-releasing hormone (CRH) were measured in hypophysial portal plasma, and adrenocorticotropin hormone (ACTH) and cortisol in jugular plasma of conscious sheep, and deconvolution analysis was used to calculate secretory rates, before modelling. During hypoglycaemia, the relationship between plasma glucose and vasopressin or CRH was best described by log(10) transforming variables (i.e. a positive power-curve relationship). A negative-feedback relationship with log(10) cortisol concentration 2 h previously was detected. Analysis of the 'transport' stimulus suggested that the strength of the perceived stimulus decreased over time after accounting for cortisol facilitation and negative-feedback. The time course of vasopressin and CRH responses to each stimulus were different However, at the pituitary level, the data suggested that log(10) ACTH secretion rate was related to log(10) vasopressin and CRH concentrations with very similar regression coefficients and an identical ratio of actions (2.3 : 1) for both stimuli. Similar magnitude negative-feedback effects of log(10) cortisol at -110 min (hypoglycaemia) or -40 min (transport) were detected, and both models contained a stimulatory relationship with cortisol at 0 min (facilitation). At adrenal gland level, cortisol secretory rates were related to simultaneously measured untransformed ACTH concentration but the regression coefficient for the hypoglycaemia model was 2.5-fold greater than for transport. No individual sustained maximum cortisol secretion for longer than 20 min during hypoglycaemia and 40 min during transport. These unique models demonstrate that corticosteroid negative-feedback is a significant control mechanism at both the pituitary and hypothalamus. The amplitude of HPA response may be related to stimulus intensity and corticosteroid negative-feedback, while duration depended on feedback alone.

Active Transport of Glutamate in Leishmania (Leishmania) amazonensis

Leishmania spp. are the causative agents of leishmaniasis, a complex of diseases with a broad spectrum of clinical manifestations. Leishmania (Leishmania) amazonensis is a main etiological agent of diffuse cutaneous leishmaniasis. Leishmania spp., as other trypanosomatids, possess a metabolism based significantly on the consumption of amino acids. However, the transport of amino acids in these organisms remains poorly understood with few exceptions. Glutamate transport is an important biological process in many organisms. In the present work, the transport of glutamate is characterized. This process is performed by a single kinetic system (K-m=0.59 +/- 0.04 mM, V-max=0.123 +/- 0.003 nmol/min per 20 x 10(6) cells) showing an energy of activation of 52.38 +/- 4.7 kJ/mol and was shown to be partially inhibited by analogues, such as glutamine, aspartate, alpha-ketoglutarate and oxaloacetate, methionine, and alanine. The transport activity was sensitive to the extracellular concentration of H+ but not to Na+ or K+. However, unlike other amino acid transporters presently characterized, the treatment with specific ionophores confirmed the participation of a K+, and not H+ membrane gradient in the transport process.

Palmitate increases superoxide production through mitochondrial electron transport chain and NADPH oxidase activity in skeletal muscle cells

The effect of unbound palmitic acid (PA) at plasma physiological concentration range on reactive oxygen species (ROS) production by cultured rat skeletal muscle cells was investigated. The participation of the main sites of ROS production was also examined. Production of ROS was evaluated by cytochrome c reduction and dihydroethidium oxidation assays. PA increased ROS production after 1 h incubation. A xanthine oxidase inhibitor did not change PA-induced ROS production. However, the treatment with a mitochondrial uncoupler and mitochondrial complex III inhibitor decreased superoxide production induced by PA. The importance of mitochondria was also evaluated in 1 h incubated rat soleus and extensor digitorum longus (EDL) muscles. Soleus muscle, which has a greater number of mitochondria than EDL, showed a higher superoxide production induced by PA. These results indicate that mitochondrial electron transport chain is an important contributor for superoxide formation induced by PA in skeletal muscle. Results obtained with etomoxir and bromopalmitate treatment indicate that PA has to be oxidized to raise ROS production. A partial inhibition of superoxide formation induced by PA was observed by treatment with diphenylene iodonium, an inhibitor of NADPH oxidase. The participation of this enzyme complex was confirmed through an increase of p47(phox) phosphorylation after treatment with PA.