Sex differences in lipid and glucose kinetics after ingestion of an acute oral fructose load.

The increase in VLDL TAG concentration after ingestion of a high-fructose diet is more pronounced in men than in pre-menopausal women. We hypothesised that this may be due to a lower fructose-induced stimulation of de novo lipogenesis (DNL) in pre-menopausal women. To evaluate this hypothesis, nine healthy male and nine healthy female subjects were studied after ingestion of oral loads of fructose enriched with 13C6 fructose. Incorporation of 13C into breath CO2, plasma glucose and plasma VLDL palmitate was monitored to evaluate total fructose oxidation, gluconeogenesis and hepatic DNL, respectively. Substrate oxidation was assessed by indirect calorimetry. After 13C fructose ingestion, 44.0 (sd 3.2)% of labelled carbons were recovered in plasma glucose in males v. 41.9 (sd 2.3)% in females (NS), and 42.9 (sd 3.7)% of labelled carbons were recovered in breath CO2 in males v. 43.0 (sd 4.5)% in females (NS), indicating similar gluconeogenesis from fructose and total fructose oxidation in males and females. The area under the curve for 13C VLDL palmitate tracer-to-tracee ratio was four times lower in females (P < 0.05), indicating a lower DNL. Furthermore, lipid oxidation was significantly suppressed in males (by 16.4 (sd 5.2), P < 0.05), but it was not suppressed in females ( -1.3 (sd 4.7)%). These results support the hypothesis that females may be protected against fructose-induced hypertriglyceridaemia because of a lower stimulation of DNL and a lower suppression of lipid oxidation.

Energy metabolism during the postexercise recovery in man.

In order to explore the magnitude and duration of the long-term residual effect of physical exercise, a mixed meal (55% CHO, 27% fat and 18% protein) was given to 10 young male volunteers on two occasions: after a 4-h resting period, and on the next day, 30 min after completion of a 3-h exercise at 50% VO2max. Energy expenditure and substrate utilization were determined by indirect calorimetry for 17 h after meal ingestion. The fuel mix oxidized after the meal was characterized by a greater contribution of lipid oxidation to total energy expenditure when the meal was ingested during the post-exercise period as compared with the meal ingested without previous exercise. During the night following the exercise, the stimulation of energy expenditure observed during the early recovery period gradually faded out. However, resting energy expenditure measured the next morning was significantly higher (+4.7%) than that measured without previous exercise. It is concluded that intense exercise stimulates both energy expenditure and lipid oxidation for a prolonged period.

Glut2-dependent glucose-sensing controls thermoregulation by enhancing the leptin sensitivity of NPY and POMC neurons.

The physiological contribution of glucose in thermoregulation is not completely established nor whether this control may involve a regulation of the melanocortin pathway. Here, we assessed thermoregulation and leptin sensitivity of hypothalamic arcuate neurons in mice with inactivation of glucose transporter type 2 (Glut2)-dependent glucose sensing. Mice with inactivation of Glut2-dependent glucose sensors are cold intolerant and show increased susceptibility to food deprivation-induced torpor and abnormal hypothermic response to intracerebroventricular administration of 2-deoxy-d-glucose compared to control mice. This is associated with a defect in regulated expression of brown adipose tissue uncoupling protein I and iodothyronine deiodinase II and with a decreased leptin sensitivity of neuropeptide Y (NPY) and proopiomelanocortin (POMC) neurons, as observed during the unfed-to-refed transition or following i.p. leptin injection. Sites of central Glut-2 expression were identified by a genetic tagging approach and revealed that glucose-sensitive neurons were present in the lateral hypothalamus, the dorsal vagal complex, and the basal medulla but not in the arcuate nucleus. NPY and POMC neurons were, however, connected to nerve terminals from Glut2-expressing neurons. Thus, our data suggest that glucose controls thermoregulation and the leptin sensitivity of NPY and POMC neurons through activation of Glut2-dependent glucose-sensing neurons located outside of the arcuate nucleus.

Comparison of thermogenic effect of fructose and glucose in normal humans.

After nutrient ingestion there is an increase in energy expenditure that has been referred to as dietary-induced thermogenesis. In the present study we have employed indirect calorimetry to compare the increment in energy expenditure after the ingestion of 75 g of glucose or fructose in 17 healthy volunteers. During the 4 h after glucose ingestion the plasma insulin concentration increased by 33 +/- 4 microU/ml and this was associated with a significant increase in carbohydrate oxidation and decrement in lipid oxidation. Energy expenditure increased by 0.08 +/- 0.01 kcal/min. When fructose was ingested, the plasma insulin concentration increased by only 8 +/- 2 microU/ml vs. glucose. Nonetheless, the increments in carbohydrate oxidation and decrement in lipid oxidation were significantly greater than with glucose. The increment in energy expenditure was also greater with fructose. When the mean increment in plasma insulin concentration after fructose was reproduced using the insulin clamp technique, the increase in carbohydrate oxidation and decrement in lipid oxidation were markedly reduced compared with the fructose-ingestion study; energy expenditure failed to increase above basal levels. To examine the role of the adrenergic nervous system in fructose-induced thermogenesis, fructose ingestion was also performed during beta-adrenergic blockade with propranolol. The increase in energy expenditure during fructose plus propranolol was lower than with fructose ingestion alone. These results indicate that the stimulation of thermogenesis after carbohydrate ingestion is related to an augmentation of cellular metabolism and is not dependent on an increase in the plasma insulin concentration per se.(ABSTRACT TRUNCATED AT 250 WORDS)

Glucagon-like peptide-1 increases beta-cell glucose competence and proliferation by translational induction of insulin-like growth factor-1 receptor expression.

Glucagon-like peptide-1 (GLP-1) protects beta-cells against apoptosis, increases their glucose competence, and induces their proliferation. We previously demonstrated that the anti-apoptotic effect was mediated by an increase in insulin-like growth factor-1 receptor (IGF-1R) expression and signaling, which was dependent on autocrine secretion of insulin-like growth factor 2 (IGF-2). Here, we further investigated how GLP-1 induces IGF-1R expression and whether the IGF-2/IGF-1R autocrine loop is also involved in mediating GLP-1-increase in glucose competence and proliferation. We show that GLP-1 up-regulated IGF-1R expression by a protein kinase A-dependent translational control mechanism, whereas isobutylmethylxanthine, which led to higher intracellular accumulation of cAMP than GLP-1, increased both IGF-1R transcription and translation. We then demonstrated, using MIN6 cells and primary islets, that the glucose competence of these cells was dependent on the level of IGF-1R expression and on IGF-2 secretion. We showed that GLP-1-induced primary beta-cell proliferation was suppressed by Igf-1r gene inactivation and by IGF-2 immunoneutralization or knockdown. Together our data show that regulation of beta-cell number and function by GLP-1 depends on the cAMP/protein kinase A mediated-induction of IGF-1R expression and the increased activity of an IGF-2/IGF-1R autocrine loop.

Enhanced cerebral expression of MCT1 and MCT2 in a rat ischemia model occurs in activated microglial cells.

Monocarboxylate transporters (MCTs) are essential for the use of lactate, an energy substrate known to be overproduced in brain during an ischemic episode. The expression of MCT1 and MCT2 was investigated at 48 h of reperfusion from focal ischemia induced by unilateral extradural compression in Wistar rats. Increased MCT1 mRNA expression was detected in the injured cortex and hippocampus of compressed animals compared to sham controls. In the contralateral, uncompressed hemisphere, increases in MCT1 mRNA level in the cortex and MCT2 mRNA level in the hippocampus were noted. Interestingly, strong MCT1 and MCT2 protein expression was found in peri-lesional macrophages/microglia and in an isolectin B4+/S100beta+ cell population in the corpus callosum. In vitro, MCT1 and MCT2 protein expression was observed in the N11 microglial cell line, whereas an enhancement of MCT1 expression by tumor necrosis factor-alpha (TNF-alpha) was shown in these cells. Modulation of MCT expression in microglia suggests that these transporters may help sustain microglial functions during recovery from focal brain ischemia. Overall, our study indicates that changes in MCT expression around and also away from the ischemic area, both at the mRNA and protein levels, are a part of the metabolic adaptations taking place in the brain after ischemia.

Hepatic glucose sensing is required to preserve β cell glucose competence.

Liver glucose metabolism plays a central role in glucose homeostasis and may also regulate feeding and energy expenditure. Here we assessed the impact of glucose transporter 2 (Glut2) gene inactivation in adult mouse liver (LG2KO mice). Loss of Glut2 suppressed hepatic glucose uptake but not glucose output. In the fasted state, expression of carbohydrate-responsive element-binding protein (ChREBP) and its glycolytic and lipogenic target genes was abnormally elevated. Feeding, energy expenditure, and insulin sensitivity were identical in LG2KO and control mice. Glucose tolerance was initially normal after Glut2 inactivation, but LG2KO mice exhibited progressive impairment of glucose-stimulated insulin secretion even though β cell mass and insulin content remained normal. Liver transcript profiling revealed a coordinated downregulation of cholesterol biosynthesis genes in LG2KO mice that was associated with reduced hepatic cholesterol in fasted mice and reduced bile acids (BAs) in feces, with a similar trend in plasma. We showed that chronic BAs or farnesoid X receptor (FXR) agonist treatment of primary islets increases glucose-stimulated insulin secretion, an effect not seen in islets from Fxr-/- mice. Collectively, our data show that glucose sensing by the liver controls β cell glucose competence and suggest BAs as a potential mechanistic link.

Circadian clock orchestration of signaling pathways influences mouse metabolism

Circadian clocks, present in organisms leaving in a rhythmic environment, constitute the mechanisms allowing anticipation and adaptation of behavior and physiology in response to these environmental variations. As a consequence, most aspects of metabolism and behavior are under the control of this circadian clock. At a molecular level, in all the studied species, the rhythmic expression of the genes involved are generated by interconnected transcriptional and translational feedback loops. In mammals, the heterodimer composed of BMAL1 and its partners CLOCK or NPAS2 constitutes a transcriptional activator regulating transcription of Per and Cry genes. These genes encode for repressors of the activity of BMAL1:CLOCK or BMAL1: NPAS2 heterodimers, thus closing a negative feedback loop that generates rhythms of approximately 24 hours. The aim of my doctoral work consisted in the investigation of the role of circadian clock in the regulation of different aspects of mouse metabolism through the rhythmic activation of signaling pathways. First, we showed that one way how the circadian clock exerts its function as an oscillator is through the regulation of mRNA translation. Indeed, we present evidence showing that circadian clock influences the temporal translation of a subset of mRNAs involved in ribosome biogenesis by controlling the transcription of translation initiation factors as well as the clock-dependent rhythmic activation of signaling pathways involved in their regulation. Moreover, the circadian oscillator regulates the transcription of ribosomal protein mRNAs and ribosomal RNAs. Thus the circadian clock exerts a major role in coordinating transcription and translation steps underlying ribosome biogenesis. In the second part, we showed the involvement of the circadian clock in lipid metabolism. Indeed, the three PAR bZip transcription factors DBP, TEF and HLF, are regulated by the molecular clock and play key roles in the control of lipid metabolism. Here we present evidence concerning the circadian expression and activity of PPARα via the circadian transcription of genes involved in the release of fatty acids, natural ligands of PPARα. It leads to the rhythmic activation of PPARα itself which could then play its role in the transcription of genes encoding proteins involved in lipid, cholesterol and glucose metabolism. In addition, we considered the possible role of lipid transporters, here SCP2, in the modulation of circadian activation of signaling pathways such as TORC1, PPARα and SREBP, linked to metabolism, and its feedback on the circadian clock. In the last part of this work, we studied the effects of these circadian clock-orchestrated pathways in physiology, as clock disruptions have been shown to be linked to metabolic disorders. We performed in vivo experiments on genetically and high-fat induced obese mice devoid of functional circadian clock. The results obtained showed that clock disruption leads to impaired triglycerides and glucose homeostasis in addition to insulin secretion and sensitivity. -- Les rythmes circadiens, présents chez tout organisme vivant dans un environnement rythmique, constituent l'ensemble de mécanismes permettant des réponses comportementales et physiologiques anticipées et adaptées aux variations environnementales. De ce fait, la plupart des aspects liés au métabolisme et au comportement de ces organismes apparaissent être sous le contrôle de l'horloge circadienne contrôlant ces rythmes. Au niveau moléculaire, dans toutes les espèces étudiées, l'expression rythmique de gènes impliqués sont générés par l'interconnexion de boucles de contrôle transcriptionnelles et traductionnelles. Chez les mammifères, l'hétérodimère composé de BMAL1 et de ses partenaires CLOCK ou NPAS2 constitue un activateur transcriptionnel régulant la transcription des gènes Per et Cry. Ces gènes codent pour des répresseurs de l'activité des hétérodimères BMAL1:CLOCK ou BMAL1:NPAS2. Cela a pour effet de fermer la boucle négative, générant ainsi des rythmes d'environ 24 heures. Le but de mon travail de thèse a consisté en l'investigation du rôle de l'horloge circadienne dans la régulation de certains aspects du métabolisme chez la souris via la régulation de l'activation rythmique des voies de signalisation. Nous avons tout d'abord montré que l'horloge circadienne exerce sa fonction d'oscillateur notamment au niveau de la régulation de la traduction des ARNm. En effet, nous présentons des preuves montrant que l'horloge circadienne influence la traduction temporelle d'un groupe d'ARNm impliqués dans la biogénèse des ribosomes en contrôlant la transcription de facteurs d'initiation de la traduction ainsi que l'activation rythmique des voies de signalisation qui sont impliquées dans leur régulation. De plus, l'oscillateur circadien régule la transcription d'ARNm codant pour les protéines ribosomales et d'ARN ribosomaux. De cette façon, l'horloge circadienne exerce un rôle majeur dans la coordination des étapes de transcription et traduction permettant la biogénèse des ribosomes. Dans la deuxième partie, nous montrons les implications de l'horloge circadienne dans le métabolisme des lipides. En effet, DBP, TEF et HLF, trois facteurs de transcription de la famille des PAR bZip qui sont régulés par l'horloge circadienne, jouent un rôle clé dans le contrôle du métabolisme des lipides par l'horloge circadienne. Nous apportons ici des preuves concernant l'expression et l'activité rythmiques de PPARα via la transcription circadienne de gènes impliqués dans le relargage d'acides gras, ligands naturels de PPARα, conduisant à l'activation circadienne de PPARα lui-même, pouvant ainsi jouer son rôle de facteur de transcription de gènes codant pour des protéines impliquées dans le métabolisme des lipides, du cholestérol et du glucose. De plus, nous nous sommes penchés sur le rôle possible de transporteurs de lipides, ici SCP2, dans la modulation de l'activation circadienne de voies de signalisation, telles que TORC1, PPARα et SREBP, qui sont liées au métabolisme, ainsi que son impact sur l'horloge elle-même. Dans la dernière partie de ce travail, nous avons étudié les effets de l'activation de ces voies de signalisation régulées par l'horloge circadienne dans le contexte physiologique puisqu'il a été montré que la perturbation de l'horloge pouvait être associée à des désordres métaboliques. Pour ce faire, nous avons fait des expériences in vivo sur des souris déficientes pour l'horloge moléculaire pour lesquelles l'obésité est induite génétiquement ou induite par la nourriture riche en lipides. Les résultats que nous obtenons montrent des dérèglements au niveau de l'homéostasie des triglycérides et du glucose ainsi que sur l'expression et la réponse à l'insuline.

Metabolic gene expression changes in astrocytes in Multiple Sclerosis cerebral cortex are indicative of immune-mediated signaling.

Emerging as an important correlate of neurological dysfunction in Multiple Sclerosis (MS), extended focal and diffuse gray matter abnormalities have been found and linked to clinical manifestations such as seizures, fatigue and cognitive dysfunction. To investigate possible underlying mechanisms we analyzed the molecular alterations in histopathological normal appearing cortical gray matter (NAGM) in MS. By performing a differential gene expression analysis of NAGM of control and MS cases we identified reduced transcription of astrocyte specific genes involved in the astrocyte-neuron lactate shuttle (ANLS) and the glutamate-glutamine cycle (GGC). Additional quantitative immunohistochemical analysis demonstrating a CX43 loss in MS NAGM confirmed a crucial involvement of astrocytes and emphasizes their importance in MS pathogenesis. Concurrently, a Toll-like/IL-1β signaling expression signature was detected in MS NAGM, indicating that immune-related signaling might be responsible for the downregulation of ANLS and GGC gene expression in MS NAGM. Indeed, challenging astrocytes with immune stimuli such as IL-1β and LPS reduced their ANLS and GGC gene expression in vitro. The detected upregulation of IL1B in MS NAGM suggests inflammasome priming. For this reason, astrocyte cultures were treated with ATP and ATP/LPS as for inflammasome activation. This treatment led to a reduction of ANLS and GGC gene expression in a comparable manner. To investigate potential sources for ANLS and GGC downregulation in MS NAGM, we first performed an adjuvant-driven stimulation of the peripheral immune system in C57Bl/6 mice in vivo. This led to similar gene expression changes in spinal cord demonstrating that peripheral immune signals might be one source for astrocytic gene expression changes in the brain. IL1B upregulation in MS NAGM itself points to a possible endogenous signaling process leading to ANLS and GGC downregulation. This is supported by our findings that, among others, MS NAGM astrocytes express inflammasome components and that astrocytes are capable to release Il-1β in-vitro. Altogether, our data suggests that immune signaling of immune- and/or central nervous system origin drives alterations in astrocytic ANLS and GGC gene regulation in the MS NAGM. Such a mechanism might underlie cortical brain dysfunctions frequently encountered in MS patients.

PKA antagonizes CLASP-dependent microtubule stabilization to re-localize Pom1 and buffer cell size upon glucose limitation.

Cells couple growth with division and regulate size in response to nutrient availability. In rod-shaped fission yeast, cell-size control occurs at mitotic commitment. An important regulator is the DYRK-family kinase Pom1, which forms gradients from cell poles and inhibits the mitotic activator Cdr2, itself localized at the medial cortex. Where and when Pom1 modulates Cdr2 activity is unclear as Pom1 medial cortical levels remain constant during cell elongation. Here we show that Pom1 re-localizes to cell sides upon environmental glucose limitation, where it strongly delays mitosis. This re-localization is caused by severe microtubule destabilization upon glucose starvation, with microtubules undergoing catastrophe and depositing the Pom1 gradient nucleator Tea4 at cell sides. Microtubule destabilization requires PKA/Pka1 activity, which negatively regulates the microtubule rescue factor CLASP/Cls1/Peg1, reducing CLASP's ability to stabilize microtubules. Thus, PKA signalling tunes CLASP's activity to promote Pom1 cell side localization and buffer cell size upon glucose starvation.

Bradykinin enhances membrane electrical activity of pancreatic beta cells in the presence of low glucose concentrations

In most of cells bradykinin (BK) induces intracellular calcium mobilization. In pancreatic beta cells intracellular calcium is a major signal for insulin secretion. In these cells, glucose metabolism yields intracellular ATP which blocks membrane potassium channels. The membrane depolarizes, voltage-dependent Ca2+ channels are activated and the intracellular calcium load allows insulin secretion. Repolarization occurs due to activation of the Ca2+-dependent K+ channel. The insulin secretion depends on the integrity of this oscillatory process (bursts). Therefore, we decided to determine whether BK (100 nM) induces bursts in the presence of a non-stimulatory glucose concentration (5.6 mM). During continuous membrane voltage recording, our results showed that bursts were obtained with 11 mM glucose, blocked with 5.6 mM glucose and recovered with 5.6 mM glucose plus 100 nM BK. Thus, the stimulatory process obtained in the presence of BK and of a non-stimulatory concentration of glucose in the present study suggests that BK may facilitate the action of glucose on beta cell secretion.

Inhibition of renal glucose reabsorption as a novel treatment for diabetes patients

The importance of the kidney in glucose homeostasis has been recognized for many years. Recent observations indicating a greater role of renal glucose metabolism in various physiologic and pathologic conditions have rekindled the interest in renal glucose handling as a potential target for the treatment of diabetes. The enormous capacity of the proximal tubular cells to reabsorb the filtered glucose load entirely, utilizing the sodium-glucose co-transporter system (primarily SGLT-2), became the focus of attention. Original studies conducted in experimental animals with the nonspecific SGLT inhibitor phlorizin showed that hyperglycemia after pancreatectomy decreased as a result of forced glycosuria. Subsequently, several compounds with more selective SGLT-2 inhibition properties (“second-generation”) were developed. Some agents made it into pre-clinical and clinical trials and a few have already been approved for commercial use in the treatment of type 2 diabetes. In general, a 6-month period of therapy with SGLT-2 inhibitors is followed by a mean urinary glucose excretion rate of ~80 g/day accompanied by a decline in fasting and postprandial glucose with average decreases in HgA1C ~1.0%. Concomitant body weight loss and a mild but consistent drop in blood pressure also have been reported. In contrast, transient polyuria, thirst with dehydration and occasional hypotension have been described early in the treatment. In addition, a significant increase in the occurrence of uro-genital infections, particularly in women has been documented with the use of SGLT-2 inhibitors. Conclusion: Although long-term cardiovascular, renal and bone/mineral effects are unknown SGLT-2 inhibitors, if used with caution and in the proper patient provide a unique insulin-independent therapeutic option in the management of obese type 2 diabetes patients.

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

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

MiR-16, un nouveau régulateur du transporteur de glucose dépendant de l’insuline GLUT-4

Les microARNs sont des petits ARNs non codants d'environ 22 nucléotides qui régulent négativement la traduction de l'ARN messager cible (ARNm) et ont donc des fonctions cellulaires. Le microARN-16 (miR-16) est connu pour ses effets antiprolifératifs. Nous avons observé que l’expression de miR-16 est diminuée dans les cellules endothéliales humaines sénescentes et quiescentes en comparaison à des cellules prolifératives. Une analyse informatique des sites potentiels de liaison de miR-16 prévoit que GLUT-4, un transporteur du glucose insulinodépendant, pourrait être une cible potentielle du miR-16. Nous avons donc testé l'hypothèse que miR-16 régule négativement le métabolisme du glucose cellulaire. Dans des HUVEC, l'inhibition de miR-16 endogène avec des anti-miRNA oligonucléotides (AMO) augmente les niveaux protéiques de GLUT-4 de 1,7 ± 0,4 fois (p=0,0037 ; n=9). Dans des souris nourries avec un régime alimentaire normal ou riche en graisse et en sucre, l’expression de GLUT-4 dans le muscle squelettique a tendance à corréler négativement avec les niveaux de miR-16 (p=0,0998, r2=0,3866, n=4). Ces résultats suggèrent que miR-16 est un régulateur négatif de GLUT-4 et qu’il pourrait être impliqué dans la régulation du métabolisme cellulaire du glucose.