Involvement of the RasGAP derived fragment N in the resistance of pancreatic beta cells towards apoptosis

RESUME DESTINE AUX NON SCIENTIFIQUESLe diabète est une maladie associée à un excès de glucose (sucre) dans le sang. Le taux de glucose sanguin augmente lorsque l'action d'une hormone, l'insuline, responsable du transport du glucose du sang vers les tissus de l'organisme diminue, ou lorsque les quantités d'insuline à disposition sont inadéquates.L'une des causes communes entre les deux grands types de diabète connus, le type 1 et le type 2, est la disparition des cellules beta du pancréas, spécialisées dans la sécrétion d'insuline, par mort cellulaire programmée aussi appelée apoptose. Alors que dans le diabète de type 1, la destruction des cellules beta est causée par notre propre système immunitaire, dans le diabète de type 2, la mort de ces cellules, est principalement causée par des concentrations élevées de graisses saturés ou de molécules impliquées dans l'inflammation que l'on rencontre en quantités augmentées chez les personnes obèses. Etant donné l'augmentation épidémique du nombre de personnes obèses de par le monde, on estime que le nombre de personnes diabétiques (dont une majorité sont des diabétiques de type 2), va passer de 171 million en l'an 2000, à 366 million en l'an 2030, expliquant la nécessité absolue de mettre au point de nouvelles stratégies thérapeutique pour combattre cette maladie.L'apoptose est un processus complexe dont la dérégulation induit de nombreuses affections allant du cancer jusqu'au diabète. L'activation de caspase 3, une protéine clé contrôlant la mort cellulaire, était connue pour systématiquement mener à la mort cellulaire programmée. Ces dernières années, notre laboratoire a décrit des mécanismes de survie qui sont activés par caspase 3 et qui expliquent sans doute pourquoi son activation ne mène pas systématiquement à la mort cellulaire. Lorsqu'elle est faiblement activée, caspase 3 clive une autre protéine appelée RasGAP en deux protéines plus courtes dont l'une, appelée le fragment Ν a la particularité de protéger les cellules contre l'apoptose.Durant ma thèse, j'ai été impliqué dans divers projets destinés à mieux comprendre comment le fragment Ν protégeait les cellules contre l'apoptose et à savoir s'il pouvait être utilisé comme outil thérapeutique dans les conditions de survenue d'un diabète expérimental. C'est dans ce but que nous avons créé une souris transgénique, appelée RIP-N, exprimant le fragment Ν spécifiquement dans les cellules beta. Comme attendu, les cellules beta de ces souris étaient plus résistantes à la mort induite par des composés connus pour induire le diabète, comme certaines molécules induisant l'inflammation ou les graisses saturées. Nous avons ensuite pu montrer que les souris RIP-N étaient plus résistantes à la survenue d'un diabète expérimental que ce soit par l'injection d'une drogue induisant l'apoptose des cellules beta, que ce soit dans un fond génétique caractérisé par une attaque spontanée des cellules beta par le système immunitaire ou dans le contexte d'un diabète de type 2 induit par l'obésité. Dans plusieurs des modèles animaux étudiés, nous avons pu montrer que le fragment Ν protégeait les cellules en activant une voie protectrice bien connue impliquant successivement les protéines Ras, PI3K et Akt ainsi qu'en bloquant la capacité d'Akt d'activer le facteur NFKB, connu pour être délétère pour la survie de la cellule beta. La capacité qu'a le fragment Ν d'activer Akt tout en prévenant l'activation de NFKB par Akt est par conséquent particulièrement intéressante dans l'intégration des signaux régulant la mort cellulaire dans le contexte de la survenue d'un diabète.La perspective d'utiliser le fragment Ν comme outil thérapeutique dépendra de notre capacité à activer les signaux protecteurs induits par le fragment Ν depuis l'extérieur de la cellule ou de dériver des peptides perméables aux cellules possédant les propriétés du fragment N.2 SUMMARYDiabetes mellitus is an illness associated with excess blood glucose. Blood glucose levels raise when the action of insulin decreases or when insulin is provided in inappropriate amounts. In type 1 diabetes (T1D) as well as in type 2 diabetes (T2D), the insulin secreting beta cells in the pancreas undergo controlled cell death also called apoptosis. Whereas in T1D, beta cells are killed by the immune system, in T2D, they are killed by several factors, among which are increased blood glucose levels, increased levels of harmful lipids or pro-inflammatory cytokines that are released by the dysfunctional fat tissue of obese people. Given the epidemic increase in the number of obese people throughout the world, the number of diabetic people (a majority of which are type 2 diabetes) is estimated to rise from 171 million affected people in the year 2000 to 366 million in 2030 explaining the absolute requirement for new therapies to fight the disease.Apoptosis is a very complex process whose deregulation leads to a wide range of diseases going from cancer to diabetes. Caspase 3 although known as a key molecule controlling apoptosis, has been shown to have various other functions. In the past few years, our laboratory has described a survival mechanism, that takes place at low caspase activity and that might explain how cells that activate their caspases for reasons other than apoptosis survive. In such conditions, caspase 3 cleaves another protein called RasGAP into two shorter proteins, one of which, called fragment N, protects cells from apoptosis.We decided to check whether fragment Ν could be used as a therapeutical tool in the context of diabetes inducing conditions. We thus derived a transgenic mouse line, called RIP-N, in which the expression of fragment Ν is restricted to beta cells. As expected, the beta cells of these mice were more resistant ex-vivo to cell death induced by diabetes inducing factors. We then showed that the RIP-N transgenic mice were resistant to streptozotocin induced diabetes, a mouse model mimicking type 1 diabetes, which correlated to fewer number of apoptotic beta cells in the pancreas of the transgenic mice compared to their controls. The RIP-N transgene also delayed overt diabetes development in the NOD background, a mouse model of autoimmune type 1 diabetes, and delayed the occurrence of obesity induced hyperglycemia in a mouse model of type 2-like diabetes. Interestingly, fragment Ν was mediating its protection by activating the protective Akt kinase, and by blocking the detrimental NFKB factor. Our future ability to activate the protective signals elicited by fragment Ν from the outside of cells or to derive cell permeable peptides bearing the protective properties of fragment Ν might condition our ability to use this protein as a therapeutic tool.3 RESUMELe diabète est une maladie associée à un excès de glucose plasmatique. La glycémie augmente lorsque l'action de l'insuline diminue ou lorsque les quantités d'insuline à disposition sont inadéquates. Dans le diabète de type 1 (D1) comme dans le diabète de type 2 (D2), les cellules beta du pancréas subissent la mort cellulaire programmée aussi appelée apoptose. Alors que dans le D1 les cellules beta sont tuées par le système immunitaire, dans le D2 elles sont tuées par divers facteurs parmi lesquels on trouve des concentrations élevées de glucose, d'acides gras saturés ou de cytokines pro-inflammatoires qui sont sécrétées en concentrations augmentées par le tissu adipeux dysfonctionnel des personnes obèses. Etant donné l'augmentation épidémique du nombre de personnes obèses de par le monde, on estime que le nombre de personnes diabétiques (dont une majorité sont des diabétiques de type 2), va passer de 171 million en l'an 2000, à 366 million en l'an 2030, justifiant la nécessité absolue de mettre au point de nouvelles stratégies thérapeutique pour combattre cette maladie.L'apoptose est un processus complexe dont la dérégulation induit de nombreuses affections allant du cancer jusqu'au diabète. Caspase 3, bien que connue comme étant une protéine clé contrôlant l'apoptose a bien d'autres fonctions démontrées. Ces dernières années, notre laboratoire a décrit un mécanisme de survie qui est activé lorsque caspase 3 est faiblement activée et qui explique probablement comment des cellules qui ont activé leurs caspases pour une autre raison que l'apoptose peuvent survivre. Dans ces conditions, caspase 3 clive une autre protéine appelée RasGAP en deux protéines plus courtes dont l'une, appelée le fragment Ν a la particularité de protéger les cellules contre l'apoptose.Nous avons donc décidé de vérifier si le fragment Ν pouvait être utilisé comme outil thérapeutique dans les conditions de survenue d'un diabète expérimental. Pour se faire, nous avons créé une souris transgénique, appelée RIP-N, exprimant le fragment Ν spécifiquement dans les cellules beta. Comme attendu, les cellules beta de ces souris étaient plus résistantes ex-vivo à la mort induite par des facteurs pro-diabétogènes. Nous avons ensuite pu montrer que les souris RIP-N étaient plus résistantes à la survenue d'un diabète induit par la streptozotocine, un drogue mimant la survenue d'un D1 et que ceci était corrélée à une diminution du nombre de cellules en apoptose dans le pancréas des souris transgéniques comparé à leurs contrôles. L'expression du transgène a aussi eu pour effet de retarder la survenue d'un diabète franc dans le fond génétique NOD, un modèle génétique de diabète de type 1 auto-immun, ainsi que de retarder la survenue d'une hyperglycémie dans un modèle murin de diabète de type 2 induit par l'obésité. Dans plusieurs des modèles animaux étudiés, nous avons pu montrer que le fragment Ν protégeait les cellules en activant la kinase protectrice Akt ainsi qu'en bloquant le facteur délétère NFKB. La perspective d'utiliser le fragment Ν comme outil thérapeutique dépendra de notre capacité à activer les signaux protecteurs induits par le fragment Ν depuis l'extérieur de la cellule ou de dériver des peptides perméables aux cellules possédant les propriétés du fragment

Inefficacité de la gestion de l'hyperglycémie du patient hospitalisé: origines et remèdes [The inefficacy of glycemic control in the hospitalized patient: origins and solutions]

La prévalence du diabète peut être estimée entre 20 et 30% parmi les patients en hôpital aigu. Il a été démontré que l'hyperglycémie, même modérée, est associée à une augmentation de la morbi-mortalité hospitalière, tandis que le contrôle glycémique efficace a un impact favorable sur celle-ci. La prise en charge de l'hyperglycémie demeure pourtant largement inefficace hors des soins intensifs, en raison de la persistance d'une pratique inadaptée. Nous développons actuellement un projet de soins destiné à faire changer les pratiques. Pour un contrôle glycémique efficace, une formation des soignants à une gestion basée sur le concept de couverture des besoins en insuline du patient est nécessaire. La démarche doit être intégrée à une approche de type systémique, prenant en compte le contexte dans lequel les soignants évoluent. The hospital inpatient prevalence of diabetes mellitus can be estimated between 20 and 30%. Even moderate hyperglycemia is associated with increased morbidity and mortality in the acute care setting, whereas efficient glycemic control has been shown to improve both of them significantly. Glycemic control however remains largely inefficient outside of the intensive care unit due to the persistance of an inadequate glycemic management practice. We are currently developing a clinical care project aimed at changing this practice. For an efficient glycemic control, a training programme for health care professionals based on the concept of covering the insulin needs of the patient is mandatory. This programme needs to be integrated in a systemic approach, which takes the professionals' context in account.

Long-lasting antidiabetic effect of a dipeptidyl peptidase IV-resistant analog of glucagon-like peptide-1.

Glucagon-like peptide-1(7-37) (GLP-1) is the most potent insulinotropic hormone characterized thus far. Because its activity is preserved in non-insulin-dependent diabetes mellitus (NIDDM) patients, it is considered a potential new drug for the treatment of this disease. One limitation in its therapeutic use is a short half-life in vivo (5 minutes), due in part to a fast degradation by the endoprotease dipeptidylpeptidase IV (DPPIV). Recently, it was reported that GLP-1 became resistant to DPPIV when the alanine residue at position 8 was replaced by a glycine (GLP-1-Gly8). We report here that this change slightly decreased the affinity of the peptide for its receptor (IC50, 0.41 +/- 0.14 and 1.39 +/- 0.61 nmol/L for GLP-1 and GLP-1-Gly8, respectively) but did not change the efficiency to stimulate accumulation of intracellular cyclic adenosine monophosphate (cAMP) (EC50, 0.25 +/- 0.05 and 0.36 +/- 0.06 nmol/L for GLP-1 and GLP-1-Gly8, respectively). Second, we demonstrate for the first time that this mutant has an improved insulinotropic activity compared with the wild-type peptide when tested in vivo in an animal model of diabetes. A single injection of 0.1 nmol GLP-1-Gly8 in diabetic mice fed a high-fat diet can correct fasting hyperglycemia and glucose intolerance for several hours, whereas the activity of 1 nmol GLP-1 vanishes a few minutes after injection. These actions were correlated with increased insulin and decreased glucagon levels. Interestingly, normoglycemia was maintained over a period that was longer than the predicted peptide half-life, suggesting a yet undescribed long-term effect of GLP-1-Gly8. GLP-1-Gly8 thus has a markedly improved therapeutic potential compared with GLP-1, since it can be used at much lower doses and with a more flexible schedule of administration.

Contributions of fat and protein to the incretin effect of a mixed meal.

Background: The relative contributions of fat and protein to the incretin effect are still largely unknown.Objective: This study assessed the incretin effects elicited by a mixed meal, and by its fat and protein components alone, with the use of a hyperglycemic clamp combined with oral nutrients.Design: Eight healthy volunteers were studied over 6 h after ingestion of a sandwich containing 1) dried meat, butter, and white bread; 2) dried meat alone; 3) butter alone; or 4) no meal (fasting control). Meals were ingested during a hyperglycemic clamp, and the incretin effect was calculated as the increment in plasma insulin after food intake relative to the concentrations observed during the control study.Results: A significant augmentation of postprandial insulin secretion, independent of plasma glycemia, occurred after ingestion of the mixed nutrients and the lipid component of the mixed meal (203 +/- 20.7% and 167.4 +/- 22.9% of control, respectively; both P < 0.05), whereas the protein component did not induce a significant incretin effect (129.0 +/- 7.9% of control; P = 0.6)Conclusions: Fat ingestion, in an amount typical of a standard meal, increases insulin secretion during physiologic hyperglycemia and thus contributes to the incretin effect. In contrast, ingestion of protein typical of normal meals does not contribute to the augmentation of postprandial insulin secretion. This trial was registered at clinicaltrials.gov as NCT00869453.

Encapsulated, genetically engineered cells, secreting glucagon-like peptide-1 for the treatment of non-insulin-dependent diabetes mellitus.

Non-insulin-dependent, or type II, diabetes mellitus is characterized by a progressive impairment of glucose-induced insulin secretion by pancreatic beta cells and by a relative decreased sensitivity of target tissues to the action of this hormone. About one third of type II diabetic patients are treated with oral hypoglycemic agents to stimulate insulin secretion. These drugs however risk inducing hypoglycemia and, over time, lose their efficacy. An alternative treatment is the use of glucagon-like peptide-1 (GLP-1), a gut peptidic hormone with a strong insulinotropic activity. Its activity depends of the presence of normal blood glucose concentrations and therefore does not risk inducing hypoglycemia. GLP-1 can correct hyperglycemia in diabetic patients, even in those no longer responding to hypoglycemic agents. Because it is a peptide, GLP-1 must be administered by injection; this may prevent its wide therapeutic use. Here we propose to use cell lines genetically engineered to secrete a mutant form of GLP-1 which has a longer half-life in vivo but which is as potent as the wild-type peptide. The genetically engineered cells are then encapsulated in semi-permeable hollow fibers for implantation in diabetic hosts for constant, long-term, in situ delivery of the peptide. This approach may be a novel therapy for type II diabetes.

Microglia/macrophages migrate through retinal epithelium barrier by a transcellular route in diabetic retinopathy: role of PKCζ in the Goto Kakizaki rat model.

Diabetic retinopathy is associated with ocular inflammation, leading to retinal barrier breakdown, macular edema, and visual cell loss. We investigated the molecular mechanisms involved in microglia/macrophages trafficking in the retina and the role of protein kinase Cζ (PKCζ) in this process. Goto Kakizaki (GK) rats, a model for spontaneous type 2 diabetes were studied until 12 months of hyperglycemia. Up to 5 months, sparse microglia/macrophages were detected in the subretinal space, together with numerous pores in retinal pigment epithelial (RPE) cells, allowing inflammatory cell traffic between the retina and choroid. Intercellular adhesion molecule-1 (ICAM-1), caveolin-1 (CAV-1), and PKCζ were identified at the pore border. At 12 months of hyperglycemia, the significant reduction of pores density in RPE cell layer was associated with microglia/macrophages accumulation in the subretinal space together with vacuolization of RPE cells and disorganization of photoreceptors outer segments. The intraocular injection of a PKCζ inhibitor at 12 months reduced iNOS expression in microglia/macrophages and inhibited their migration through the retina, preventing their subretinal accumulation. We show here that a physiological transcellular pathway takes place through RPE cells and contributes to microglia/macrophages retinal trafficking. Chronic hyperglycemia causes alteration of this pathway and subsequent subretinal accumulation of activated microglia/macrophages.

Glycogen storage capacity and de novo lipogenesis during massive carbohydrate overfeeding in man.

The metabolic balance method was performed on three men to investigate the fate of large excesses of carbohydrate. Glycogen stores, which were first depleted by diet (3 d, 8.35 +/- 0.27 MJ [1994 +/- 65 kcal] decreasing to 5.70 +/- 1.03 MJ [1361 +/- 247 kcal], 15% protein, 75% fat, 10% carbohydrate) and exercise, were repleted during 7 d carbohydrate overfeeding (11% protein, 3% fat, and 86% carbohydrate) providing 15.25 +/- 1.10 MJ (3642 +/- 263 kcal) on the first day, increasing progressively to 20.64 +/- 1.30 MJ (4930 +/- 311 kcal) on the last day of overfeeding. Glycogen depletion was again accomplished with 2 d of carbohydrate restriction (2.52 MJ/d [602 kcal/d], 85% protein, and 15% fat). Glycogen storage capacity in man is approximately 15 g/kg body weight and can accommodate a gain of approximately 500 g before net lipid synthesis contributes to increasing body fat mass. When the glycogen stores are saturated, massive intakes of carbohydrate are disposed of by high carbohydrate-oxidation rates and substantial de novo lipid synthesis (150 g lipid/d using approximately 475 g CHO/d) without postabsorptive hyperglycemia.

Impaired glucose tolerance and diabetes in obesity: a 6-year follow-up study of glucose metabolism.

To investigate the time course of glucose metabolism in obesity 33 patients (21 to 69 years old; body mass index [BMI], 25.7 to 53.3 kg/m2) with different degrees of glucose intolerance or diabetes who had been studied initially and 6 years later were submitted to the same 100-g oral glucose tolerance test (OGTT) with indirect calorimetry. From a group of 13 obese subjects with normal glucose tolerance (NGT), four developed impaired glucose tolerance (IGT); from a group of nine patients with IGT, three developed non-insulin-dependent diabetes mellitus (NIDDM); five of six obese NIDDM subjects with high insulin response developed NIDDM with low insulin response. Five patients had diabetes with hypoinsulinemia initially. As previously seen in a cross-sectional study, the 3-hour glucose storage measured by continuous indirect calorimetry remained unaltered in patients with IGT, whereas it decreased in NIDDM patients. A further decrease in glucose storage was observed with the lowering of the insulin response in the previously hyperinsulinemic diabetics. These results confirm cross-sectional studies that suggest successive phases in the evolution of obesity to diabetes: A, NGT; B, IGT (the hyperglycemia normalizing the glucose storage over 3 hours); C, diabetes with increased insulin response, where hyperglycemia does not correct the resistance to glucose storage anymore; and D, diabetes with low insulin response, with a low glucose storage and an elevated fasting and postload glycemia.

Diabète et conduite: réflexions et atelier pratique [Diabetes and driving: thoughts and educational perspectives].

In Switzerland over 200'000 people with diagnosed diabetes drive a car. Their physicians endorse many roles: usual medical care as well as informing properly about driving recommandations and handling the legal issues behing the licensing procedure. Ability to drive can be impaired in three ways: hypogylcemia, diabetes complications and hyperglycemia. Hypoglycemia is the main risk factor of vehicle accident for diabetic drivers and frequent while driving. However few accidents are reported due to hypoglycemia. Swiss medical guidelines about diabetes and driving mention the requested conditions, but practically how should we do? We sought to answear by creating a specific educationnal program focused on hypoglycemia management. Building patient knowledges through experiences is the main goal of the course diabetes and driving.

Phenotypic and molecular characterization of the onset of neuropathy in rodent models of diabetes mellitus

Abstract : The principal focus of this work was to study the molecular changes leading to the development of diabetic peripheral neuropathy (DPN). DPN is the most common complication associated with both type I and II diabetes mellitus (DM). This pathology is the leading cause of non-traumatic amputations. Even though the pathological and morphological changes underlying DPN are relatively well described, the implicated molecular mechanisms remain poorly understood. The following two approaches were developed to study the development of DPN in a rodent model of DM type I. As a first approach, we studied the implication of lipid metabolism in DPN phenotype, concentrating on Sterol Response Element Binding Protein (SREBP)-lc which is the key regulator of storage lipid metabolism. We showed that SREBP-1c was expressed in peripheral nerves and that its expression profile followed the expression of genes involved in storage lipid metabolism. In addition, the expression of SREBP-1c in the endoneurium of peripheral nerves was dependant upon nutritional status and this expression was also perturbed in type I diabetes. In line with this, we showed that insulin elevated the expression of SREBP-1c in primary cultured Schwann cells by activating the SREBP-1c promoter. Taken together, these findings reveal that SREBP-1c expression in Schwann cells responds to metabolic stimuli including insulin and that this response is affected in type I diabetes mellitus. This suggests that disturbed SREBP-1c regulated lipid metabolism may contribute to the pathophysiology of DPN. As a second approach, we performed a comprehensive analysis of the molecular changes associated with DPN in the Akital~1~+ mouse which is a model of spontaneous early-onset type I diabetes mellitus. This mouse expresses a mutated non-functional isoform of insulin, leading to hypoinsulinemia and hyperglycaemia. To determine the onset of DPN, weight, blood glucose and motor nerve conduction velocity (MNCV) were measured in Akital+/+ mice during the first three months of life. A decrease in MNCV was evident akeady one week after the onset of hyperglycemia. To explore the molecular changes associated with the development of DPN in these mice, we performed gene expression profiling using sciatic nerve endoneurium and dorsal root ganglia (DRG) isolated from early diabetic male Akita+/+ mice and sex-matched littermate controls. No major transcriptional changes were detected either in the DRG or in the sciatic nerve endoneurium. This experiment indicates that the phenotypic changes observed during the development of DPN are not correlated with major transcriptional alterations, but mainly with alterations at the protein level. Résumé Lors ce travail, nous nous sommes intéressés aux changements moléculaires aboutissant aux neuropathies périphériques dues au diabète (NPD). Les NPD sont la complication la plus commune du diabète de type I et de type II. Cette pathologie est une cause majeure d'amputations. Même si les changements pathologiques et morphologiques associés aux NPD sont relativement bien décrits, les mécanismes moléculaires provoquant cette pathologie sont mal connus. Deux approches ont principalement été utilisées pour étudier le développement des NPD dans des modèles murins du diabète de type I. Nous avons d'abord étudié l'impact du métabolisme des lipides sur le développement des NPD en nous concentrant sur Sterol Response Element Binding Protein (SREBP)-1 c qui est un régulateur clé des lipides de stockage. Nous avons montré que SREBP-1 c est exprimé dans les nerfs périphériques et que son profil d'expression suit celui de gènes impliqués dans le métabolisme des lipides de stockage. De plus, l'expression de SREBP-1c dans l'endoneurium des nerfs périphériques est dépendante du statut nutritionnel et est dérégulée lors de diabète de type I. Nous avons également pu montrer que l'insuline augmente l'expression de SREBP-1c dans des cultures primaires de cellules de Schwann en activant le promoteur de SREBP-1c. Ses résultats démontrent que l'expression de SREBP-1c dans les cellules de Schwann est contrôlée par des stimuli métaboliques comme l'insuline et que cette réponse est affectée dans le cas d'un diabète de type I. Ces données suggèrent que la dérégulation de l'expression de SREBP-1c lors du diabète pourrait affecter le métabolisme des lipides et ainsi contribuer à la pathophysiologie des NPD. Comme seconde approche, nous avons réalisé une analyse globale des changements moléculaires associés au développement des NPD chez les souris Akita+/+, un modèle de diabète de type I. Cette souris exprime une forme mutée et non fonctionnelle de l'insuline provoquant une hypoinsulinémie et une hyperglycémie. Afin de déterminer le début du développement de la NPD, le poids, le niveau de glucose sanguin et la vitesse de conduction nerveuse (VCN) ont été mesurés durant les 3 premiers mois de vie. Une diminution de la VCN a été détectée une semaine seulement après le développement de l'hyperglycémie. Pour explorer les changements moléculaires associés avec le développement des NPD, nous avons réalisé un profil d'expression de l'endoneurium du nerf sciatique et des ganglions spinaux isolés à partir de souris Akital+/+ et de souris contrôles Akita+/+. Aucune altération transcriptionnelle majeure n'a été détectée dans nos échantillons. Cette expérience suggère que les changements phénotypiques observés durant le développement des NPD ne sont pas corrélés avec des changements importants au niveau transcriptionnel, mais plutôt avec des altérations au niveau protéique. Résumé : Lors ce travail, nous nous sommes intéressés aux changements moléculaires aboutissant aux neuropathies périphériques dues au diabète (NPD). Les NPD sont la complication la plus commune du diabète de type I et de type II. Cette pathologie est une cause majeure d'amputations. Même si les changements pathologiques et morphologiques associés aux NPD sont relativement bien décrits, les mécanismes moléculaires provoquant cette pathologie sont mal connus. Deux approches ont principalement été utilisées pour étudier le développement des NPD dans des modèles murins du diabète de type I. Nous avons d'abord étudié l'impact du métabolisme des lipides sur le développement des NPD en nous concentrant sur Sterol Response Element Binding Protein (SREBP)-1c qui est un régulateur clé des lipides de stockage. Nous avons montré que SREBP-1 c est exprimé dans les nerfs périphériques et que son profil d'expression suit celui de gènes impliqués dans le métabolisme des lipides de stockage. De plus, l'expression de SREBP-1c dans l'endoneurium des nerfs périphériques est dépendante du statut nutritionnel et est dérégulée lors de diabète de type I. Nous avons également pu montrer que l'insuline augmente l'expression de SREBP-1c dans des cultures primaires de cellules de Schwann en activant le promoteur de SREBP-1c. Ses résultats démontrent que l'expression de SREBP-1c dans les cellules de Schwann est contrôlée par des stimuli métaboliques comme l'insuline et que cette réponse est affectée dans le cas d'un diabète de type I. Ces données suggèrent que la dérégulation de l'expression de SREBP-1c lors du diabète pourrait affecter le métabolisme des lipides et ainsi contribuer à la pathophysiologie des NPD. Comme seconde approche, nous avons réalisé une analyse globale des changements moléculaires associés au développement des NPD chez les souris Akita~~Z~+, un modèle de diabète de type I. Cette souris exprime une forme mutée et non fonctionnelle de l'insuline provoquant une hypoinsulinémie et une hyperglycémie. Afin de déterminer le début du développement de la NPD, le poids, le niveau de glucose sanguin et la vitesse de conduction nerveuse (VCN) ont été mesurés durant les 3 premiers mois de vie. Une diminution de la VCN a été détectée une semaine seulement après le développement de l'hyperglycémie. Pour explorer les changements moléculaires associés avec le développement des NPD, nous avons réalisé un profil d'expression de l'endoneurium du nerf sciatique et des ganglions spinaux isolés à partir de souris Akital+/+ et de souris contrôles Akita+/+. Aucune altération transcriptionnelle majeure n'a été détectée dans nos échantillons. Cette expérience suggère que les changements phénotypiques observés durant le développement des NPD ne sont pas corrélés avec des changements importants au niveau transcriptionnel, mais plutôt avec des altérations au niveau protéique.

Smith Predictor Sliding Mode Closed-loop Glucose Controller in Type 1 Diabetes

Type 1 diabetic patients depend on external insulin delivery to keep their blood glucose within near-normal ranges. In this work, two robust closed-loop controllers for blood glucose regulation are developed to prevent the life-threatening hypoglycemia, as well as to avoid extended hyperglycemia. The proposed controllers are designed by using the sliding mode control technique in a Smith predictor structure. To improve meal disturbance rejection, a simple feedforward controller is added to inject meal-time insulin bolus. Simulations scenarios were used to test the controllers, and showed the controllers ability to maintain the glucose levels within the safe limits in the presence of errors in measurements, modeling and meal estimation

Expectation to improve cardiovascular risk factors control in participants to a health promotion program.

BACKGROUND: We assessed expectations to improve cardiovascular disease risk factors (CVD-RF) in participants to a health promotion program. PARTICIPANTS AND METHODS: Blood pressure (BP), blood glucose (BG), blood total cholesterol (TC), body mass index (BMI), and self-reported smoking were assessed in 1,598 volunteers from the general public (men: 40%; mean age: 56.7 +/- 12.7 years) participating in a mobile health promotion program in the Vaud canton, Switzerland. Participants were asked about their expectation to have their CVD-RF improved at a next visit scheduled 2-3 years later. RESULTS: Expectation for improved control was found in 90% of participants with elevated BP, 91% with elevated BG, 45% with elevated TC, 44% who were overweight, and 35% who were smoking. Expectation for TC improvement was reported more often by men, persons with high level of TC, and persons who had consulted a doctor in the past 12 months. Expectations to lose weight and to quit smoking were found more often in younger persons than the older ones. CONCLUSION: Volunteers from the general population participating in a health promotion program expected improved control more often for hypertension and dysglycemia than for dyslipidemia, overweight and smoking.

Role of MicroRNAs in Islet Beta-Cell Compensation and Failure during Diabetes.

Pancreatic beta-cell function and mass are markedly adaptive to compensate for the changes in insulin requirement observed during several situations such as pregnancy, obesity, glucocorticoids excess, or administration. This requires a beta-cell compensation which is achieved through a gain of beta-cell mass and function. Elucidating the physiological mechanisms that promote functional beta-cell mass expansion and that protect cells against death, is a key therapeutic target for diabetes. In this respect, several recent studies have emphasized the instrumental role of microRNAs in the control of beta-cell function. MicroRNAs are negative regulators of gene expression, and are pivotal for the control of beta-cell proliferation, function, and survival. On the one hand, changes in specific microRNA levels have been associated with beta-cell compensation and are triggered by hormones or bioactive peptides that promote beta-cell survival and function. Conversely, modifications in the expression of other specific microRNAs contribute to beta-cell dysfunction and death elicited by diabetogenic factors including, cytokines, chronic hyperlipidemia, hyperglycemia, and oxidized LDL. This review underlines the importance of targeting the microRNA network for future innovative therapies aiming at preventing the beta-cell decline in diabetes.

Streptozotocin induces a shift towards T regulatory cell responses in vivo

Objectives: Streptozotocin (STZ) induced diabetes is currently the most commonly used animalmodel for islet transplantation.However, STZtreatment and the ensuing hyperglycemia were both shown to affect the immune response, including an apparent induction of lymphopenia. The aim of this study was to evaluate the respective effect of STZ and hyperglycemia on the immune system in STZ induced diabetic C57BL/6 mice. Methods: Phenotypes and levels of T and B cells were analyzed by flow cytometry in blood and spleen over time. The effect of hyperglycemia was further characterized by insulin replacement, islet transplantation and by using Rip (rat insulin promoter) DTR (dipheteria tocin receptor) transgenic mice. Results: STZ but not hyperglycemia was toxic for splenocytes in vitro, whereas hyperglycemia correlated with diabetes associated blood and spleen lymphopenia in vivo. Moreover, independently of hyperglycemia, STZ lead to a relative increase of T regulatory cells which retained their suppressive capacity in vitro. Conclusion: These data suggest thatSTZand the ensuing acute hyperglycemia have major direct and indirect effects on immune homeostasis. Thus, high caution needs to be exercised in the interpretation of the results of tolerance induction and/or immunosuppressive protocols in STZ-induced diabetes and islet transplantation models.

Characterization of the molecular mechanisms of insulin exocytosis and of their adaptation to physiopathological conditions

Résumé large public Le glucose est une source d'énergie essentielle pour notre organisme, indispensable pour le bon fonctionnement des cellules de notre corps. Les cellules β du pancréas sont chargées de réguler l'utilisation du glucose et de maintenir la glycémie (taux de glucose dans le sang) à un niveau constant. Lorsque la glycémie augmente, ces dernières sécrètent l'insuline, une hormone favorisant l'absorption, l'utilisation et le stockage du glucose. Une sécrétion insuffisante d'insuline provoque une élévation anormale du taux de glucose dans le sang (hyperglycémie) et peut mener au développement du diabète sucré. L'insuline est sécrétée dans le sang par un mécanisme particulier appelé exocytose. Une meilleure compréhension de ce mécanisme est nécessaire dans l'espoir de trouver des nouvelles thérapies pour traiter les 170 millions de personnes atteintes de diabète sucré à travers le monde. L'implication de diverses protéines, comme les SNAREs ou Rabs a déjà été démontrée. Cependant leurs mécanismes d'action restent, à ce jour, peu compris. De plus, l'adaptation de la machinerie d'exocytose à des conditions physiopathologiques, comme l'hyperglycémie, est encore à élucider. Le but de mon travail de thèse a été de clarifier le rôle de deux protéines, Noc2 et Tomosyn, dans l'exocytose ; puis de déterminer les effets d'une exposition prolongée à un taux élevé de glucose sur l'ensemble des protéines de la machinerie d'exocytose. Noc2 est un partenaire potentiel de deux Rabs connues pour leur implication dans les dernières étapes de l'exocytose, Rab3 et Rab27. Grâce à l'étude de différents mutants de Noc2, j'ai montré que l'interaction avec Rab27 permet à la protéine de s'associer avec les organelles de la cellule β contenant l'insuline. De plus, en diminuant sélectivement l'expression de Noc2, j'ai déterminé l'importance de cette protéine pour le bon fonctionnement du processus d'exocytose et le relâchement de l'insuline. Quant à Tomosyn, une protéine interagissant avec les protéines SNAREs, j'ai démontré son importance dans la sécrétion d'insuline en diminuant de manière sélective son expression dans les cellules β. Ensuite, grâce à une combinaison d'approches moléculaires et de microscopie, j'ai mis en évidence le rôle de Tomosyn dans les dernières étapes de l'exocytose. Enfin, puisque la sécrétion d'insuline est diminuée lors d'une hyperglycémie prolongée, j'ai analysé l'adaptation de la machinerie d'exocytose à ces conditions. Ceci m'a permis de découvrir que l'expression de quatre protéines essentielles pour le processus d'exocytose, Noc2, Rab3, Rab27 et Granuphilin, est fortement diminuée lors d'une hyperglycémie chronique. L'ensemble de ces données met en évidence l'importance de Noc2 et Tomosyn dans la sécrétion d'insuline. L'inhibition, par un taux élevé de glucose, de l'expression de Noc2 et d'autres protéines indispensables pour l'exocytose suggère que ce phénomène pourrait contribuer au développement du diabète sucré. Résumé L'exocytose d'insuline, en réponse au glucose circulant dans le sang, est la fonction principale de la cellule β. Celle-ci permet de stabiliser le taux de glucose sanguin (glycémie). Le diabète de type 2 est caractérisé par une glycémie élevée due, principalement, à un défaut de sécrétion d'insuline en réponse au glucose. La compréhension des mécanismes qui contrôlent l'exocytose d'insuline est essentielle pour clarifier les causes du diabète sucré. Plusieurs composants impliqués dans ce processus ont été identifiés. Ceux-ci incluent les SNAREs Syntaxin-1, VAMP2 et SNAP25 et les GTPases Rab3 et Rab27 qui jouent un rôle dans les dernières étapes de l'exocytose. Pendant mon travail de thèse, j'ai étudié le rôle de Noc2, un des partenaires de Rab3 et Rab27, dans l'exocytose d'insuline. Nous avons déterminé que Noc2 s'associe aux granules de sécrétion d'insuline grâce à son interaction avec Rab27. La diminution de l'expression de Noc2 dans la lignée cellulaire β INS-1E, par ARN interférence, influence négativement la sécrétion d'insuline stimulée par différents sécrétagogues et prouve que cette protéine Noc2 est essentielle pour l'exocytose d'insuline. L'interaction avec Munc13, une protéine impliquée dans l'arrimage des vésicules, suggère que Noc2 participe au recrutement des granules d'insuline à la membrane plasmique. Ensuite, j'ai analysé l'adaptation de la machinerie d'exocytose à des concentrations supraphysiologiques de glucose. Le niveau d'expression de Rab3 et Rab27 et de leurs effecteurs Granuphilin/S1p4 et Noc2 est fortement diminué par une exposition prolongée des cellules β à haut glucose. L'effet observé est en relation avec l'induction de l'expression de ICER, un facteur de transcription surexprimé dans des conditions d'hyperglycémie et également dans des modèles génétiques de diabète de type 2. La surexpression de ICER dans des cellules INS-1E diminue l'expression de Rab3, Rab27, Granuphilin/Slp4 et Noc2 et par conséquent l'exocytose d'insuline. Ainsi, l'induction de ICER, après une exposition prolongée à haut glucose, régule négativement l'expression de protéines essentielles pour l'exocytose et altère la sécrétion d'insuline. Ce mécanisme pourrait contribuer au dysfonctionnement de l'exocytose d'insuline dans le diabète de type 2. Dans la dernière partie de ma thèse, j'ai investigué le rôle de la protéine Tomosyn-1 dans la formation du complexe SNARE. Cette protéine a une forte affinité pour Syntaxin-1 et contient un domaine SNARE. Tomosyn-1 est concentrée dans les régions cellulaires enrichies en granules de sécrétion. La diminution sélective de l'expression de Tomosyn-1 induit une réduction de l'exocytose stimulée par différents sécrétagogues. Cet effet est dû à un défaut de fusion des granules avec la membrane plasmique. Ceci nous indique que Tomosyn-1 intervient dans une phase importante de la préparation des vésicules à la fusion, qui est nécessaire à l'exocytose. Abstract: Insulin exocytosis from pancreatic β-cells plays a central role in blood glucose homeostasis. Diabetes mellitus is a complex metabolic disorder characterized by secretory dysfunctions in pancreatic β-cells and release of amounts of insulin that are inappropriate to maintain blood glucose concentration within normal physiological ranges. To define the causes of β-cell failure a basic understanding of the molecular mechanisms that control insulin exocytosis is essential. Some of the molecular components involved in this process have been identified, including the SNARE proteins VAMP2, Syntaxin-1 and SNAP25 and the two GTPases, Rab3 and Rab27, that regulate the final steps of insulin secretion. I first investigated the role of Noc2, a potential Rab3 and Rab27 partner, in insulin secretion. I found that Noc2 associates with Rab27 and is recruited by this GTPase on insulin- containing granules. Silencing of the Noc2 gene by RNA interference led to a strong impairment in the capacity of the β-cell line INS-1E to respond to secretagogues, indicating that appropriate levels of the protein are essential for insulin exocytosis. I also showed that Noc2 interacts with Munc13, a protein that controls vesicle priming, suggesting a possible involvement of Noc2 in the recruitment of secretory granules at the plasma membrane. In the second part of my thesis, I investigated the adaptation of the molecular machinery of exocytosis to physiopathological conditions. I found that the expression of Rab3, Rab27 and of their effectors Granuphilin/Slp4 and Noc2 is dramatically decreased by chronic exposure of β-ce1ls to supraphysiological glucose levels. The observed glucotoxic effect is a consequence of the induction of ICER, a transcriptional repressor that is increased by prolonged hyperglycemia and in genetic models of type 2 diabetes. Overexpression of ICER reduced Granuphilin, Noc2, Rab3 and Rab27 levels and inhibited exocytosis. These results suggest that the presence of inappropriate levels of ICER diminishes the expression of a group of proteins essential for exocytosis and contributes to defective insulin release in type 2 diabetes. In the last part of my thesis, I focused my attention on the role of Tomosyn-1, a Syntaxin-1 binding protein possessing a SNARE-like motif, in the control of SNARE complex assembly. I found that Tomosyn-1 is concentrated in cellular compartments enriched in insulin-containing secretory granules. Silencing of Tomosyn-1 did not affect the number of secretory granules docked at the plasma membrane but decreased their release probability, resulting in a reduction in stimulus-induced insulin exocytosis. These findings suggest that Tomosyn-1 is involved in a post-docking event that prepares secretory granules for fusion and is necessary to sustain exocytosis in response to insulin secretagogues.