Liver Glucokinase A456V induces potent hypoglycemia without dyslipidemia through a paradoxical induction of the catalytic subunit of glucose-6-phosphatase

Recent reports point out the importance of the complex GK-GKRP in controlling glucose and lipid homeostasis. Several GK mutations affect GKRP binding, resulting in permanent activation of the enzyme. We hypothesize that hepatic overexpression of a mutated form of GK, GKA456V, described in a patient with persistent hyperinsulinemic hypoglycemia of infancy (PHHI) and could provide a model to study the consequences of GK-GKRP deregulation in vivo. GKA456V was overexpressed in the liver of streptozotocin diabetic mice. Metabolite profiling in serum and liver extracts, together with changes in key components of glucose and lipid homeostasis, were analyzed and compared to GK wild-type transfected livers. Cell compartmentalization of the mutant but not the wild-type GK was clearly affected in vivo, demonstrating impaired GKRP regulation. GKA456V overexpression markedly reduced blood glucose in the absence of dyslipidemia, in contrast to wild-type GK-overexpressing mice. Evidence in glucose utilization did not correlate with increased glycogen nor lactate levels in the liver. PEPCK mRNA was not affected, whereas the mRNA for the catalytic subunit of glucose-6-phosphatase was upregulated ~4 folds in the liver of GKA456V-treated animals, suggesting that glucose cycling was stimulated. Our results provide new insights into the complex GK regulatory network and validate liver-specific GK activation as a strategy for diabetes therapy.

AMP-activated protein kinase plays an important evolutionary conserved role in the regulation of glucose metabolism in fish skeletal muscle cells

AMPK, a master metabolic switch, mediates the observed increase of glucose uptake in locomotory muscle of mammals during exercise. AMPK is activated by changes in the intracellular AMP:ATP ratio when ATP consumption is stimulated by contractile activity but also by AICAR and metformin, compounds that increase glucose transport in mammalian muscle cells. However, the possible role of AMPK in the regulation of glucose metabolism in skeletal muscle has not been investigated in other vertebrates, including fish. In this study, we investigated the effects of AMPK activators on glucose uptake, AMPK activity, cell surface levels of trout GLUT4 and expression of GLUT1 and GLUT4 as well as the expression of enzymes regulating glucose disposal and PGC1α in trout myotubes derived from a primary muscle cell culture. We show that AICAR and metformin significantly stimulated glucose uptake (1.6 and 1.3 fold, respectively) and that Compound C completely abrogated the stimulatory effects of the AMPK activators on glucose uptake. The combination of insulin and AMPK activators did not result in additive nor synergistic effects on glucose uptake. Moreover, exposure of trout myotubes to AICAR and metformin resulted in an increase in AMPK activity (3.8 and 3 fold, respectively). We also provide evidence suggesting that stimulation of glucose uptake by AMPK activators in trout myotubes may take place, at least in part, by increasing the cell surface and mRNA levels of trout GLUT4. Finally, AICAR increased the mRNA levels of genes involved in glucose disposal (hexokinase, 6-phosphofructokinase, pyruvate kinase and citrate synthase) and mitochondrial biogenesis (PGC-1α) and did not affect glycogen content or glycogen synthase mRNA levels in trout myotubes. Therefore, we provide evidence, for the first time in non-mammalian vertebrates, suggesting a potentially important role of AMPK in stimulating glucose uptake and utilization in the skeletal muscle of fish.

Analysis of the structure and vibrational spectra of glucose and fructose

Molecular modelling using semiempirical methods AM1, PM3, PM5 and, MINDO as well as the Density Functional Theory method BLYP/DZVP respectively were used to calculate the structure and vibrational spectra of d-glucose and d-fructose in their open chain, alpha-anomer and beta-anomer monohydrate forms. The calculated data show that both molecules are not linear; ground state and the number for the point-group C is equal to 1. Generally, the results indicate that there are similarities in bond lengths and vibrational modes of both molecules. It is concluded that DFT could be used to study both the structural and vibrational spectra of glucose and fructose.

Development of the insulin secretion mechanism in fetal and neonatal rat pancreatic B-cells: response to glucose, K+, theophylline, and carbamylcholine

We studied the development of the insulin secretion mechanism in the pancreas of fetal (19- and 21-day-old), neonatal (3-day-old), and adult (90-day-old) rats in response to stimulation with 8.3 or 16.7 mM glucose, 30 mM K+, 5 mM theophylline (Theo) and 200 µM carbamylcholine (Cch). No effect of glucose or high K+ was observed on the pancreas from 19-day-old fetuses, whereas Theo and Cch significantly increased insulin secretion at this age (82 and 127% above basal levels, respectively). High K+ also failed to alter the insulin secretion in the pancreas from 21-day-old fetuses, whereas 8.3 mM and 16.7 mM glucose significantly stimulated insulin release by 41 and 54% above basal levels, respectively. Similar results were obtained with Theo and Cch. A more marked effect of glucose on insulin secretion was observed in the pancreas of 3-day-old rats, reaching 84 and 179% above basal levels with 8.3 mM and 16.7 mM glucose, respectively. At this age, both Theo and Cch increased insulin secretion to close to two-times basal levels. In islets from adult rats, 8.3 mM and 16.7 mM glucose, Theo, and Cch increased the insulin release by 104, 193, 318 and 396% above basal levels, respectively. These data indicate that pancreatic B-cells from 19-day-old fetuses were already sensitive to stimuli that use either cAMP or IP3 and DAG as second messengers, but insensitive to stimuli such as glucose and high K+ that induce membrane depolarization. The greater effect of glucose on insulin secretion during the neonatal period indicates that this period is crucial for the maturation of the glucose-sensing mechanism in B-cells.

Metabolic markers following beta-adrenoceptor agonist infusion in footshock-stressed rats

Stress hormones can alter metabolic functions in adipose tissue and liver, as well as the sensitivity of rat white adipocytes and rat atrial responses to ß-adrenergic agonists. In this study, we examined the effects of three daily footshock stress sessions on the plasma corticosterone, glucose, glycerol and triacylglycerol levels of fed, conscious male rats, and on the plasma glucose, glycerol and triacylglycerol levels of the same rats following iv infusions of ß-adrenergic agonists (isoproterenol: 0.4 nmol kg-1 min-1, noradrenaline: 5.0 µg kg-1 day-1, and BRL 37344 ([±]-[4-(2-[(2-[3-chlorophenyl]-2-hydroxyethyl)amino]propyl)phenoxy]acetic acid), a selective ß3-adrenoceptor agonist: 0.4 nmol kg-1 min-1). Plasma corticosterone levels increased significantly after each stress session, while triacylglycerol levels increased after the first session and glucose increased after the second and third sessions. Glycerol levels were unaltered after stress. These results suggest that repeated footshock stress may induce a metabolic shift from triacylglycerol biosynthesis to glucose release by hepatic tissue, with glycerol serving as one of the substrates in both pathways. Stressed rats were more sensitive to infusion of noradrenaline plus prazosin and to infusion of isoproterenol, with elevated plasma glucose, glycerol and triacylglycerol levels. The higher sensitivity of stressed rats to isoproterenol and noradrenaline was probably related to the permissive effect of plasma corticosterone. Only BRL 37344 increased plasma glycerol levels in stressed rats, probably because ß3-adrenoceptors are not involved in hepatic triacylglycerol synthesis, thus allowing glycerol to accumulate in plasma.

Development of a Glycocluster Adjuvant Mimicking Natural Yeast beta-(1,2)-Structures

Allergy is characterized by T helper (Th) 2-type immune response after encounter with an allergen leading to subsequent immunoglobulin (Ig) E-mediated hypersensitivity reaction and further allergic inflammation. Allergen-specific immunotherapy (SIT) balances the Th2-biased immunity towards Th1 and T regulatory responses. Adjuvants are used in allergen preparations to intensify and modify SIT. β-(1,2)-oligomannoside constituents present in Candida albicans (C. albicans) cell wall possess Th1-type immunostimulatory properties. The aim of this thesis was to develop a β-(1,2)-linked carbohydrate compound with known structure and anti-allergic properties to be applied as an adjuvant in SIT. First the immunostimulatory properties of various fungal extracts were studied. C. albicans appeared to be the most promising Th1-inducing extract, which led to the synthesis of various mono- or divalent oligomannosides designed on the basis of C. albicans. These carbohydrates did not induce strong cytokine production in human peripheral blood mononuclear cell (PBMC) cultures. In contrast to earlier reports using native oligosaccharides from C. albicans, synthetic -(1,2)-linked mannotetraose did not induce any tumor necrosis factor production in murine macrophages. Next, similarities with synthesized divalent mannosides and the antigenic epitopes of β-(1,2)-linked C. albicans mannan were investigated. Two divalent compounds inhibited specific IgG antibodies binding to below 3 kDa hydrolyzed mannan down to the level of 30–50% showing similar antigenicity to C. albicans. Immunomodulatory properties of synthesized carbohydrate assemblies ranging from mono- to pentavalent were evaluated. A trivalent acetylated dimannose (TADM) induced interleukin-10 (IL-10) and interferon-γ responses. TADM also suppressed birch pollen induced IL-4 and IL-5 responses in allergen (Bet v) stimulated PBMCs of birch pollen allergic subjects. This suppression was stronger with TADM than with other used adjuvants, immunostimulatory oligonucleotides and monophosphoryl lipid A. In a murine model of asthma, the allergen induced inflammatory responses could also be suppressed by TADM on cytokine and antibody levels.

Impaired beta-adrenergic response and decreased L-type calcium current of hypertrophied left ventricular myocytes in postinfarction heart failure

Infarct-induced heart failure is usually associated with cardiac hypertrophy and decreased ß-adrenergic responsiveness. However, conflicting results have been reported concerning the density of L-type calcium current (I Ca(L)), and the mechanisms underlying the decreased ß-adrenergic inotropic response. We determined I Ca(L) density, cytoplasmic calcium ([Ca2+]i) transients, and the effects of ß-adrenergic stimulation (isoproterenol) in a model of postinfarction heart failure in rats. Left ventricular myocytes were obtained by enzymatic digestion 8-10 weeks after infarction. Electrophysiological recordings were obtained using the patch-clamp technique. [Ca2+]i transients were investigated via fura-2 fluorescence. ß-Adrenergic receptor density was determined by [³H]-dihydroalprenolol binding to left ventricle homogenates. Postinfarction myocytes showed a significant 25% reduction in mean I Ca(L) density (5.7 ± 0.28 vs 7.6 ± 0.32 pA/pF) and a 19% reduction in mean peak [Ca2+]i transients (0.13 ± 0.007 vs 0.16 ± 0.009) compared to sham myocytes. The isoproterenol-stimulated increase in I Ca(L) was significantly smaller in postinfarction myocytes (Emax: 63.6 ± 4.3 vs 123.3 ± 0.9% in sham myocytes), but EC50 was not altered. The isoproterenol-stimulated peak amplitude of [Ca2+]i transients was also blunted in postinfarction myocytes. Adenylate cyclase activation through forskolin produced similar I Ca(L) increases in both groups. ß-Adrenergic receptor density was significantly reduced in homogenates from infarcted hearts (Bmax: 93.89 ± 20.22 vs 271.5 ± 31.43 fmol/mg protein in sham myocytes), while Kd values were similar. We conclude that postinfarction myocytes from large infarcts display reduced I Ca(L) density and peak [Ca2+]i transients. The response to ß-adrenergic stimulation was also reduced and was probably related to ß-adrenergic receptor down-regulation and not to changes in adenylate cyclase activity.

Non-obese adult onset diabetes with oral hypoglycemic agent failure: islet cell autoantibodies or reversible beta cell refractoriness?

Pancreatic ß cell function and insulin sensitivity, analyzed by the homeostasis model assessment, before and after 24 weeks of insulin therapy were studied and correlated with the presence of autoantibodies against ß cells (islet cell and anti-glutamic acid decarboxylase antibodies), in a group of 18 Brazilian lean adult non-insulin-dependent diabetes mellitus (NIDDM) patients with oral hypoglycemic agent failure (OHAF). Median fasting plasma glucose before and after insulin treatment was 19.1 and 8.5 mmol/l, respectively (P < 0.001); median HbA1c was 11.7% before vs 7.2% after insulin treatment (P < 0.001). Forty-four percent of the patients were positive (Ab+) to at least one autoantibody. Fasting C-peptide levels were lower in Ab+ than Ab- patients, both before (Ab+: 0.16 ± 0.09 vs Ab-: 0.41 ± 0.35 nmol/l, P < 0.003) and after insulin treatment (Ab+: 0.22 ± 0.13 vs Ab-: 0.44 ± 0.24 nmol/l, P < 0.03). Improvement of Hß was seen in Ab- (median before: 7.3 vs after insulin therapy: 33.4%, P = 0.003) but not in Ab+ patients (median before: 6.6 vs after insulin therapy: 20.9%). These results show that the OHAF observed in the 18 NIDDM patients studied was due mainly to two major causes: autoantibodies and ß cell desensitization. Autoantibodies against ß cells could account for 44% of OHAF, but Ab- patients may still present ß cell function recovery, mainly after a period of ß cell rest with insulin therapy. However, the effects of ß cell function recovery on the restoration of the response to oral hypoglycemic agents need to be determined.

Effects of naringenin on glucose uptake in L6 skeletal muscle cells

Diabetes mellitus is a disorder of inadequate insulin action and consequent high blood glucose levels. Type 2 diabetes accounts for the majority of cases of the disease and is characterized by insulin resistance and relative insulin deficiency resulting in metabolic deregulation. It is a complex disorder to treat as its pathogenesis is not fully understood and involves a variety of defects including ~-cell failure, insulin resistance in the classic target tissues (adipose, muscle, liver), as well as defects in a-cells and kidney, brain, and gastrointestinal tissue. Present oral treatments, which aim at mimicking the effects of insulin, remain limited in their efficacy and therefore the study of the effects of novel compounds on insulin target tissues is an important area of research both for potentially finding more treatment options as well as for increasing our knowledge of metabolic regulation in health and disease. In recent years the extensively studied polyphenol, resveratrol, has been reported to have antidiabetic effects showing that it increases glucose uptake by skeletal muscle cells and prevents fatty acid-induced insulin resistance in vitro and in vivo. Naringenin, a citrus flavonoid with structural similarities to resveratrol, is reported to have antioxidan.t, antiproliferative, anticancer, and anti-inflammatory properties. Effects on glucose and lipid metabolism have also been reported including blood glucose and lipid lowering effects. However, whether naringenin has insulinlike effects is not clear. In the present study the effects of naringenin on glucose uptake in skeletal muscle cells are examined and compared with those of insulin. Naringenin treatment of L6 myotubes increased glucose uptake in a dose- and time dependent manner and independent of insulin. The effects of naringenin on glucose uptake achieved similar levels as seen with maximum insulin stimulation and its effect was additive with sub-maximal insulin treatment. Like insulin naringenin treatment did not increase glucose uptake in myoblasts. To elucidate the mechanism involved in naringenin action we looked at its effect on phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K) and Akt, two signalling molecules that are involved in the insulin signalling cascade leading to glucose uptake. Naringenin did not stimulate basal or insulinstimulated Akt phosphorylation but inhibition of PI3K by wortmannin partially repressed the naringenin-induced glucose uptake. We also examined naringenin's effect on AMP-activated protein kinase (AMPK), a molecule that is involved in mediating glucose uptake by a variety of stimuli. Naringenin stimulated AMPK phosphorylation and this effect was not inhibited by wortmannin. To deduce the nature of the naringenin-stimulated AMPK phosphorylation and its impact on glucose uptake we examined the role of several molecules implicated in mod.ulating AMPK activity including SIRTl, LKB 1, and ca2+ Icalmodulin-dependent protein kinase kinase (CaMKK). Our results indicate that inhibition of SIRTI did not prevent the naringeninstimulated glucose uptake Of. AMPK phosphorylation; naringenin did not stimulate LKB 1 phosphorylation; and inhibition of CaMKK did not prevent naringeninstimulated glucose uptake. Inhibition of AMPK by compound C also did not prevent naringenin-stimulated glucose uptake but effectively inhibited the phosphorylation of AMPK suggesting that AMPK may not be required for the naringenin-stimulated glucose uptake.

Effets de l’ovariectomie et de l’activité physique sur l’homéostasie du glucose chez les rates ZDF

Introduction: La ménopause est associée à l’insulino-résistance et augmente le risque de diabète de type 2 (DT2) chez les sujets sains. Cependant, peu d’informations existent à savoir comment la ménopause et l’activité physique peuvent influencer l’homéostasie du glucose chez des sujets insulino-résistants. Objectifs: Déterminer 1) l’effet du retrait des œstrogènes ovariens par ovariectomie sur l’homéostasie du glucose des rates ZDF (Zucker Diabetic Fatty; prédisposées au diabète de type 2) et 2) évaluer l’influence de l’activité physique volontaire sur ces réponses. Méthodologie: Vingt-quatre rates furent d’abord nourries et hébergées dans des cages conventionnelles les 28 premiers jours pour ensuite subir une ovariectomie (OVX, n=16) ou une opération simulée (SHAM-Inactive, n=8). Les rates ovariectomisées furent ensuite assignées au groupe entraîné volontairement dans une cage à roue (OVX-Active, n=8) ou demeurèrent sédentaires (OVX-Inactive, n=8) pendant les 44 jours suivants. Résultats: Au jour 56, la glycémie à l’état nourri fut significativement augmentée par l’ovariectomie (p<0,01) et ramenée au niveau initial chez les rates OVX-Active (p<0,01). L’ovariectomie diminua la captation de glucose induite par l’insuline dans le muscle de façon significative (0,63 ± 0,08 vs 1,13 ± 0,27 μmol•g-1•h-1). L’entraînement améliora la tolérance au glucose (p<0,01) ainsi que la prise de glucose induite par l’insuline dans le muscle (p<0,05). Conclusion: Le retrait des estrogènes ovariens par ovariectomie perturbe l’homéostasie du glucose chez les rates ZDF femelles, sans pour autant provoquer le diabète de type 2. L’activité physique a un effet bénéfique sur l’homéostasie du glucose malgré la perte d’estrogènes ovariens.

Rôle de l'estérification des acides gras dans la régulation de la sécrétion d'insuline et le stress métabolique induits par le glucose

Le diabète est une maladie chronique de l’homéostasie du glucose caractérisée par une hyperglycémie non contrôlée qui est le résultat d’une défaillance de la sécrétion d’insuline en combinaison ou non avec une altération de l’action de l’insuline. La surnutrition et le manque d’activité physique chez des individus qui ont des prédispositions génétiques donnent lieu à la résistance à l’insuline. Pendant cette période dite de compensation où la concentration d’acides gras plasmatiques est élevée, l’hyperinsulinémie compense pleinement pour la résistance à l’insuline des tissus cibles et la glycémie est normale. Le métabolisme du glucose par la cellule pancréatique bêta entraîne la sécrétion d’insuline. Selon le modèle classique de la sécrétion d’insuline induite par le glucose, l’augmentation du ratio ATP/ADP résultant de la glycolyse et de l’oxydation du glucose, induit la fermeture des canaux KATP-dépendant modifiant ainsi le potentiel membranaire suivi d’un influx de Ca2+. Cet influx de Ca2+ permet l’exocytose des granules de sécrétion contenant l’insuline. Plusieurs nutriments comme les acides gras sont capables de potentialiser la sécrétion d’insuline. Cependant, le modèle classique ne permet pas d’expliquer cette potentialisation de la sécrétion d’insuline par les acides gras. Pour expliquer l’effet potentialisateur des acides gras, notre laboratoire a proposé un modèle complémentaire où le malonyl-CoA dérivé du métabolisme anaplérotique du glucose inhibe la carnitine palmitoyltransférase-1, l’enzyme qui constitue l’étape limitante de l’oxydation des acides gras favorisant ainsi leur estérification et donc la formation de dérivés lipidiques signalétiques. Le modèle anaplérotique/lipidique de la sécrétion d'insuline induite par le glucose prédit que le malonyl-CoA dérivé du métabolisme du glucose inhibe la bêta-oxydation des acides gras et augmente la disponibilité des acyl-CoA ou des acides gras non-estérifiés. Les molécules lipidiques agissant comme facteurs de couplage du métabolisme des acides gras à l'exocytose d'insuline sont encore inconnus. Des travaux réalisés par notre laboratoire ont démontré qu’en augmentant la répartition des acides gras vers la bêta-oxydation, la sécrétion d’insuline induite par le glucose était réduite suggérant qu’un des dérivés de l’estérification des acides gras est important pour la potentialisation sur la sécrétion d’insuline. En effet, à des concentrations élevées de glucose, les acides gras peuvent être estérifiés d’abord en acide lysophosphatidique (LPA), en acide phosphatidique (PA) et en diacylglycérol (DAG) et subséquemment en triglycérides (TG). La présente étude a établi l’importance relative du processus d’estérification des acides gras dans la production de facteurs potentialisant la sécrétion d’insuline. Nous avions émis l’hypothèse que des molécules dérivées des processus d’estérification des acides gras (ex : l’acide lysophosphatidique (LPA) et le diacylglycerol (DAG)) agissent comme signaux métaboliques et sont responsables de la modulation de la sécrétion d’insuline en présence d’acides gras. Afin de vérifier celle-ci, nous avons modifié le niveau d’expression des enzymes clés contrôlant le processus d’estérification par des approches de biologie moléculaire afin de changer la répartition des acides gras dans la cellule bêta. L’expression des différents isoformes de la glycérol-3-phosphate acyltransférase (GPAT), qui catalyse la première étape d’estérification des acides gras a été augmenté et inhibé. Les effets de la modulation de l’expression des isoenzymes de GPAT sur les processus d’estérifications, sur la bêta-oxydation et sur la sécrétion d’insuline induite par le glucose ont été étudiés. Les différentes approches que nous avons utilisées ont changé les niveaux de DAG et de TG sans toutefois altérer la sécrétion d’insuline induite par le glucose. Ainsi, les résultats de cette étude n’ont pas associé de rôle pour l’estérification de novo des acides gras dans leur potentialisation de la sécrétion d’insuline. Cependant, l’estérification des acides gras fait partie intégrante d’un cycle de TG/acides gras avec sa contrepartie lipolytique. D’ailleurs, des études parallèles à la mienne menées par des collègues du laboratoire ont démontré un rôle pour la lipolyse et un cycle TG/acides gras dans la potentialisation de la sécrétion d’insuline par les acides gras. Parallèlement à nos études des mécanismes de la sécrétion d’insuline impliquant les acides gras, notre laboratoire s’intéresse aussi aux effets négatifs des acides gras sur la cellule bêta. La glucolipotoxicité, résultant d’une exposition chronique aux acides gras saturés en présence d’une concentration élevée de glucose, est d’un intérêt particulier vu la prépondérance de l’obésité. L’isoforme microsomal de GPAT a aussi utilisé comme outil moléculaire dans le contexte de la glucolipotoxicité afin d’étudier le rôle de la synthèse de novo de lipides complexes dans le contexte de décompensation où la fonction des cellules bêta diminue. La surexpression de l’isoforme microsomal de la GPAT, menant à l’augmentation de l’estérification des acides gras et à une diminution de la bêta-oxydation, nous permet de conclure que cette modification métabolique est instrumentale dans la glucolipotoxicité.

Impact of neonatal total parenteral nutrition and early glucose-enriched diet on glucose metabolism and physical phenotypes in Guinea Pig

Les oxydants infusés avec la nutrition parentéral (NP) néonatale induisent une modification du métabolisme des lipides et du glucose, donnant lieu à l’âge adulte à un phénotype de carence énergétique (faible poids, baisse de l’activité physique). L’hypothèse qu’une diète précoce riche en glucose prévient ces symptômes plus tard dans la vie, fut évalué chez le cobaye par un ANOVA en plan factoriel complet à deux facteurs (p < 0:05) : NP du jour 3 à 7, suivit d’une nourriture régulière (chow) (NP+) vs. chow à partir du 3ième jour (NP-), combiné avec une eau de consommation enrichie en glucose (G+) ou non (G-) à partir de la 3ième semaine. Les paramètres suivant ont été mesurés à l’âge de 9 semaine: taux de croissance, activité physique, activité de phosphofructokinase-1 et glucokinase (GK), niveau hépatique de glucose-6-phosphate (G6P), glycogène, pyruvate et potentiel redox du glutathion, poids du foie, glycémie, tolérance au glucose, concentrations hépatiques et plasmatiques en triacylglycérides (TG) et cholestérol. Le groupe G+ (vs. G-) avait un taux de croissance plus bas, une activité de GK et une concentration en G6P plus élevée, et un potentiel redox plus bas (moins oxydé). Le niveau plasmatique de TG était moins élevé dans le groupe NP+ (vs. NP-). Les traitements n’eurent aucun effet sur les autres paramètres. Ces résultats suggèrent qu’indépendamment de la NP, une alimentation riche en glucose stimule la glycolyse et déplace l’état redox vers un statut plus réduit, mais ne surmonte pas les effets de la NP sur le phénotype physique de carence énergétique.

Le grenadier tunisien (Punica granatum) stimule le transport de glucose dans les cellules musculaires C2C12 via la voie insulino-dépendante de l’Akt et la voie insulino-indépendante de l’AMPK

Le diabète est reconnu comme un problème majeur de santé publique causant des conséquences humaines et économiques redoutables. La phytothérapie s’offre comme une nouvelle avenue thérapeutique pour le contrôle de la glycémie. Le grenadier, Punica granatum, a servi de remède contre le diabète dans le système Unani de la médecine pratiquée en Inde et au Moyen Orient. Des études ont démontré un effet hypoglycémiant des extraits de grenadier via divers mécanismes notamment par une amélioration de la sensibilité à l’insuline et la régénération des cellules béta-pancréatiques. Cependant, aucune étude n’a démontré à ce jour, l’effet de grenadier sur le transport de glucose dans le muscle, étape cruciale dans la régulation de l’homéostasie glucidique postprandiale. De plus, l’effet de la maturation sur le potentiel antidiabétique du fruit de grenadier n’a pas été étudié. Ainsi, le but de ce projet est d’évaluer l’effet antidiabétique des extraits de grenadier sur le transport de glucose dans les cellules musculaires C2C12 en fonction de la variété et du stade de maturation du fruit et d’élucider les mécanismes d’action. Le choix des variétés du grenadier tunisien (Espagnoule [EP] et Gabsi [GB]) a été orienté pour leur pouvoir antioxydant et leur consommation locale. Deux parties de la plante ont été utilisées, les fleurs et les fruits à 3 stades de maturation soit 2, 4 et 6 mois. Les résultats ont montré que seule la variété du grenadier Gabsi stimule significativement le transport de glucose par rapport au contrôle (DMSO), et ceci sans être toxique. Cet effet est plus prononcé au stade de fruit mûr (à 6 mois) que celui de la fleur. De plus, l’extrait de fleurs stimule la voie insulino-indépendante de l’AMPK et augmente le niveau d’expression des transporteurs spécifiques de glucose (GLUT-4). Par contre, l’extrait de fruits mûrs, en plus de ces deux mécanismes, active fortement aussi la voie insulino-dépendante de l’AKT. En conclusion, cette étude présente un nouveau mécanisme d’action antidiabétique de grenadier (plus particulièrement du fruit mûr) qui est dépendant de la variété.

Functional Analysis of Nuclear beta-Adrenergic Receptors in the Myocardium

Récemment plusieurs récepteurs couplés aux protéines G (RCPGs) ont été caractérisés au niveau des membranes intracellulaires, dont la membrane nucléaire. Notre objectif était de déterminer si les sous-types de récepteurs β-adrénergiques (βAR) et leurs machineries de signalisation étaient fonctionnels et localisés à la membrane nucléaire des cardiomyocytes. Nous avons démontré la présence des β1AR et β3AR, mais pas du β2AR à la membrane nucléaire de myocytes ventriculaires adultes par immunobuvardage, par microscopie confocale, et par des essais fonctionnels. De plus, certains partenaires de signalisation comme les protéines GαS, Gαi, l’adénylate cyclase II, et V/VI y étaient également localisés. Les sous-types de βAR nucléaires étaient fonctionnels puisqu'ils pouvaient lier leurs ligands et activer leurs effecteurs. En utilisant des noyaux isolés, nous avons observé que l'agoniste non-sélectif isoprotérénol (ISO), et que le BRL37344, un ligand sélectif du β3AR, stimulaient l'initiation de la synthèse de l’ARN, contrairement à l'agoniste sélectif du β1AR, le xamotérol. Cette synthèse était abolie par la toxine pertussique (PTX). Cependant, la stimulation des récepteurs nucléaires de type B de l’endothéline (ETB) causaient une réduction de l'initiation de la synthèse d’ARN. Les voies de signalisations impliquées dans la régulation de la synthèse d’ARN par les RCPGs ont ensuite été étudiées en utilisant des noyaux isolés stimulés par des agonistes en présence ou absence de différents inhibiteurs des voies MAP Kinases (proteines kinases activées par mitogènes) et de la voie PI3K/PKB. Les protéines impliquées dans les voies de signalisation de p38, JNK, ERK MAP Kinase et PKB étaient présents dans les noyaux isolés. L'inhibition de PKB par la triciribine, inhibait la synthèse d’ARN. Nous avons ensuite pu mettre en évidence par qPCR que la stimulation par l’ISO entrainait une augmentation du niveau d'ARNr 18S ainsi qu’une diminution de l'expression d’ARNm de NFκB. En contraste, l’ET-1 n’avait aucun effet sur le niveau d’expression de l’ARNr 18S. Nous avons ensuite montré que la stimulation par l’ISO réduisait l’expression de plusieurs gènes impliqués dans l'activation de NFκB, tandis que l’inhibition de ERK1/2 et PKB renversait cet effet. Un microarray global nous a ensuite permis de démontrer que les βARs et les ETRs nucléaires régulaient un grand nombre de gènes distincts. Finalement, les βARs et ETRs nucléaires augmentaient aussi une production de NO de noyaux isolés, ce qui pouvait être inhibée par le LNAME. Ces résultats ont été confirmés dans des cardiomyocytes intacts en utilisant des analogues cagés et perméables d’ISO et de l'ET-1: l'augmentation de NO nucléaire détectée par DAF2-DA, causée par l'ET-1 et l'ISO, pouvait être prévenue par le LNAME. Finalement, l’augmentation de l’initiation de la transcription induite par l'ISO était aussi bloquée par le L-NAME ou par un inbitheur de PKG, le KT5823, suggérant que la voie NO-GC-PKG est impliquée dans la régulation de la transcription par les βAR. En conclusion, les βARs et les ETRs nucléaires utilisent des voies de signalisation différentes et exercent ainsi des effets distincts sur l’expression des gènes cardiaques. Ils représentent donc une avenue intéressante pour le développement de drogues pharmacologiques.

Increased Insulin Secretion by Muscarinic M1 and M3 Receptor Function from Rat Pancreatic Islets in vitro

Parasympathetic system plays an important role in insulin secretion from the pancreas. Cholinergic effect on pancreatic beta cells exerts primarily through muscarinic receptors. In the present study we investigated the specific role of muscarinic M1 and M3 receptors in glucose induced insulin secretion from rat pancreatic islets in vitro. The involvement of muscarinic receptors was studied using the antagonist atropine. The role of muscarinic MI and M3 receptor subtypes was studied using subtype specific antagonists. Acetylcholine agonist, carbachol, stimulated glucose induced insulin secretion at low concentrations (10-8-10-5 M) with a maximum stimulation at 10-7 M concentration. Carbachol-stimulated insulin secretion was inhibited by atropine confirming the role of muscarinic receptors in cholinergic induced insulin secretion. Both M1 and M3 receptor antagonists blocked insulin secretion induced by carbachol. The results show that M3 receptors are functionally more prominent at 20 mM glucose concentration when compared to MI receptors. Our studies suggest that muscarinic M1 and M3 receptors function differentially regulate glucose induced insulin secretion, which has clinical significance in glucose homeostasis.