Dieta hiperlipídica e/ou rica em sacarose em camundongos suíços: metabolismo de carboidratos, fígado e tecido adiposo

A doença hepática gordurosa não alcoólica é uma desordem multifatorial causada principalmente por excesso nutricional e resistência à insulina, com prevalência estimada de 20-40% nos países ocidentais. A dieta hiperlipídica e/ou rica em sacarose pode influenciar no desenvolvimento da esteatose hepática associada à obesidade e a resistência à insulina. O fígado, por assumir papel central no controle metabólico, é um órgão alvo nos casos de excesso alimentar, ocasionando, principalmente, acúmulo de gotículas de gordura nos hepatócitos. Este trabalho teve como objetivo avaliar o início das alterações morfológicas e metabólicas no fígado e no tecido adiposo de camundongos suíços machos alimentados com dieta hiperlipídica e/ou rica em sacarose. Camundongos suíços machos aos três meses de idade foram divididos em quatro grupos nutricionais: dieta padrão (SC), dieta hiperlipídica (HF), dieta rica em sacarose (HSu) e dieta hiperlipídica rica em sacarose (HFHSu). Os animais receberam as respectivas dietas durante quatro semanas. A massa corporal, a ingestão alimentar e a tolerância oral à glicose foram avaliados. Ao sacrifício, o fígado e os depósitos de gordura corporal foram removidos e processados para análises histomorfométricas e moleculares. As amostras de sangue foram obtidas para análises bioquímicas plasmáticas. Os dados foram expressos como média e erro padrão da média e as diferenças foram testadas por one-way ANOVA com pós-teste de Holm-Sidak, e foi considerado o nível de significância de p<0,05. Os grupos HF e HFHSu apresentaram-se mais pesados quando comparados aos grupos SC e HSu. Os animais dos grupos HF, HSu e HFHSu apresentaram intolerância à glicose, esteatose hepática e aumento de triglicerídeos hepáticos quando comparados ao grupo SC (p<0,0005). Adicionalmente, houve elevação na expressão hepática das proteínas transportador de glicose 2 (GLUT-2), proteína de ligação ao elemento regulador do esterol 1-c (SREBP1-c), fosfoenolpiruvato carboxiquinase (PEPCK), glicose -6- fosfatase (G6PASE), substrato do receptor da insulinaI-1 (IRS-1) e proteína quinase B (AKt/ou PKB) e redução da expressão no fígado do receptor ativador de proliferação peroxissomal (PPAR-α) nos grupos experimentais em comparação com o grupo SC (p<0,0005). A administração de dieta hiperlipídica e/ou rica em sacarose promoveu intolerância à glicose e danos hepáticos (hepatomegalia, esteatose, redução da beta-oxidação, aumento na lipogênese e na produção de glicose) em camundongos machos adultos.

Estudo da sinalização da insulina nos tecidos muscular e adiposo de ratos submetidos à desnutrição materna no início da lactação

Vários estudos sugerem que a desnutrição materna no período pós-natal poderia causar alterações na homeostase glicêmica da prole na vida adulta. Neste trabalho objetivamos investigar a interferência da programação metabólica induzida pela desnutrição protéica materna durante o início da lactação sobre a homeostase glicêmica e a sinalização da insulina nos tecidos muscular e adiposo. Animais desnutridos (D-dieta da mãe contendo 0% de proteína nos primeiros 10 dias de lactação) ou controle (C-dieta da mãe contendo 22% de proteína) foram estudados do nascimento até a vida adulta. Em resumo, observamos uma diminuição na insulina plasmática acompanhada de normoglicemia nos animais adultos desnutridos. A ativação do receptor de insulina (IR), após a estimulação com o hormônio apresentou-se diminuída durante o período de restrição protéica em músculo isolado destes animais experimentais. Durante o período da lactação, observamos uma diminuição na captação de glicose, na fosforilação do substrato para o receptor de insulina (IRS 1) e na translocação do GLUT 4 no tecido muscular. Na idade adulta, entretanto, houve aumento significativo na captação de glicose e translocação do GLUT 4 no músculo, associado com o aumento na expressão da PI3 quinase associada ao IRS 1. No tecido adiposo de ratos desnutridos adultos observamos menor fosforilação em tirosina tanto do IR quanto do IRS 1, que foi compensada pela maior ativação do IRS 2 e da PI3 quinase. Os níveis basais de pAkt e de GLUT 4 na membrana estavam aumentados, culminando em um aumento na captação de glicose. Observamos também uma redistribuição do citoesqueleto de actina e maior resistência aos efeitos da Ltrunculina B nos adipócitos dos ratos desnutridos. Em conclusão, este estudo demonstrou que a desnutrição materna no início da lactação é capaz de causar alterações na prole na vida adulta, o que parece estar relacionado com a expressão e ativação de proteínas chave na cascata da sinalização da insulina nos tecidos periféricos, importantes na regulação do metabolismo da glicose.

beta-arrestin-1 competitively inhibits insulin-induced ubiquitination and degradation of insulin receptor substrate 1.

beta-arrestin-1 is an adaptor protein that mediates agonist-dependent internalization and desensitization of G-protein-coupled receptors (GPCRs) and also participates in the process of heterologous desensitization between receptor tyrosine kinases and GPCR signaling. In the present study, we determined whether beta-arrestin-1 is involved in insulin-induced insulin receptor substrate 1 (IRS-1) degradation. Overexpression of wild-type (WT) beta-arrestin-1 attenuated insulin-induced degradation of IRS-1, leading to increased insulin signaling downstream of IRS-1. When endogenous beta-arrestin-1 was knocked down by transfection of beta-arrestin-1 small interfering RNA, insulin-induced IRS-1 degradation was enhanced. Insulin stimulated the association of IRS-1 and Mdm2, an E3 ubiquitin ligase, and this association was inhibited to overexpression of WT beta-arrestin-1, which led by decreased ubiquitin content of IRS-1, suggesting that both beta-arrestin-1 and IRS-1 competitively bind to Mdm2. In summary, we have found the following: (i) beta-arrestin-1 can alter insulin signaling by inhibiting insulin-induced proteasomal degradation of IRS-1; (ii) beta-arrestin-1 decreases the rate of ubiquitination of IRS-1 by competitively binding to endogenous Mdm2, an E3 ligase that can ubiquitinate IRS-1; (iii) dephosphorylation of S412 on beta-arrestin and the amino terminus of beta-arrestin-1 are required for this effect of beta-arrestin on IRS-1 degradation; and (iv) inhibition of beta-arrestin-1 leads to enhanced IRS-1 degradation and accentuated cellular insulin resistance.

Fenofibrate and pioglitazone improve endothelial function and reduce arterial stiffness in obese glucose tolerant men

Obesity is a low grade inflammatory state associated with premature cardiovascular morbidity and mortality. Along with traditional risk factors the measurement of endothelial function, insulin resistance, inflammation and arterial stiffness may contribute to the assessment of cardiovascular risk. We conducted a randomised placebo controlled trial to assess the effects of 12 weeks treatment with a PPAR-alpha agonist (fenofibrate) and a PPAR-gamma agonist (pioglitazone) on these parameters in obese glucose tolerant men. Arterial stiffness was measured using augmentation index and pulse wave velocity (PWV). E-selectin, VCAM-1 and ICAM-1 were used as markers of endothelial function. Insulin sensitivity improved with pioglitazone treatment (p=0.001) and, in keeping with this, adiponectin increased by 85.2% (p

Insulin receptor substrate-2 deficiency impairs brain growth and promotes tau phosphorylation

Insulin resistance and diabetes might promote neurodegenerative disease, but a molecular link between these disorders is unknown. Many factors are responsible for brain growth, patterning, and survival, including the insulin-insulin-like growth factor (IGF)-signaling cascades that are mediated by tyrosine phosphorylation of insulin receptor substrate (IRS) proteins. Irs2 signaling mediates peripheral insulin action and pancreatic beta-cell function, and its failure causes diabetes in mice. In this study, we reveal two important roles for Irs2 signaling in the mouse brain. First, disruption of the Irs2 gene reduced neuronal proliferation during development by 50%, which dissociated brain growth from Irs1-dependent body growth. Second, neurofibrillary tangles containing phosphorylated tau accumulated in the hippocampus of old Irs2 knock-out mice, suggesting that Irs2 signaling is neuroprotective. Thus, dysregulation of the Irs2 branch of the insulin-Igf-signaling cascade reveals a molecular link between diabetes and neurodegenerative disease.

Effect of pioglitazone on endothelial function in impaired glucose tolerance

Aim: Flow-mediated dilation (FMD) is a surrogate marker of endothelial function, which has been proposed as a barometer of vascular health. Impaired microvascular response to reactive hyperaemia is thought to be the mechanism behind reduced shear stress and subsequently impaired FMD, which has been associated with cardiovascular events. This study aims to assess the effect of pioglitazone on the vasculature of patients with impaired glucose tolerance (IGT).

Materials and Methods: Forty IGT patients with no cardiovascular disease were compared with 24 healthy age- and sex-matched controls. Endothelial function was assessed using FMD of the brachial artery. Adiponectin (ADN) levels were measured and insulin sensitivity was calculated using homeostasis model assessment of insulin resistance (HOMA-IR). A randomised double-blind placebo-controlled trial of the IGT subjects was then performed, with subjects receiving either pioglitazone 30 mg od or matched placebo for 12 weeks before the measurements were repeated.

Results: The IGT subjects had a significantly impaired FMD compared with the controls (p < 0.001). Diastolic shear stress (DSS) was also significantly reduced in IGT (p = 0.04). High molecular weight (HMW) ADN was significantly lower in the IGT group than in controls (p = 0.03). On analysis of the IGT group after 12 weeks treatment, FMD was significantly increased in the pioglitazone group compared with placebo (p = 0.03) as was endothelium-independent dilation (EID) (p = 0.03). A significant increase in total ADN (p < 0.001), HMW ADN (p < 0.001) and HMW/total ratio (p = 0.001) occurred in the pioglitazone group compared with placebo.

Conclusions: Pioglitazone improved endothelial function in IGT. Treatment with pioglitazone may reduce the risk of cardiovascular disease in this patient group.

Meal-induced 24-hour profile of circulating glycated insulin in type 2 diabetic subjects measured by a novel radioimmunoassay

Increasing evidence supports a role for glycated insulin in the insulin-resistant state of type 2 diabetes. We measured 24-hour profiles of plasma glycated insulin, using a novel radioimmunoassay (RIA), to evaluate the effects of meal stimulation and intermittent fasting on circulating concentrations of plasma glycated insulin in type 2 diabetes. Patients (n = 6; hemoglobin A(1c) [HbA(1c)], 7.2% +/- 0.6%; fasting plasma glucose, 7.4 +/- 0.7 mmol/L; body mass index [BMI], 35.7 +/- 3.5 kg/m(2); age, 56.3 +/- 4.4 years) were admitted for 24 hours and received a standardized meal regimen. Half-hourly venous samples were taken for plasma glycated insulin, glucose, insulin, and C-peptide concentrations between 8 Am and midnight and 2-hourly overnight. The mean plasma glycated insulin concentration over 24 hours was 27.8 +/- 1.2 pmol/L with a mean ratio of insulin:glycated insulin of 11:1. Circulating glucose, insulin, C-peptide, and glycated insulin followed a basal and meal-related pattern with most prominent increments following breakfast, lunch, and evening meal, respectively. The mean concentrations of glycated insulin during the morning, afternoon, evening, and night-time periods were 24.4 +/- 2.5, 28.7 +/- 2.3, 31.1 +/- 2.1, and 26.2 +/- 1.5 pmol/L, respectively, giving significantly higher molar ratios of insulin:glycated insulin of 18.0:1, 14.2:1, and 12.7:1 compared with 7.01 at night (P

Restoration of adipose function in obese, glucose-tolerant men following pioglitazone treatment is associated with CCAAT enhancer-binding protein β upregulation

Obese AT (adipose tissue) exhibits increased macrophage number. Pro-inflammatory CD16+ peripheral monocyte numbers are also reported to increase with obesity. The present study was undertaken to simultaneously investigate obesity-associated changes in CD16+ monocytes and ATMs (AT macrophages). In addition, a pilot randomized placebo controlled trial using the PPAR (peroxisome-proliferator-activated receptor) agonists, pioglitazone and fenofibrate was performed to determine their effects on CD14+/CD16+ monocytes, ATM and cardiometabolic and adipose dysfunction indices. Obese glucose-tolerant men (n=28) were randomized to placebo, pioglitazone (30 mg/day) and fenofibrate (160 mg/day) for 12 weeks. A blood sample was taken to assess levels of serum inflammatory markers and circulating CD14+/CD16+ monocyte levels via flow cytometry. A subcutaneous AT biopsy was performed to determine adipocyte cell surface and ATM number, the latter was determined via assessment of CD68 expression by IHC (immunohistochemistry) and real-time PCR. Subcutaneous AT mRNA expression of CEBPß (CCAAT enhancer-binding protein ß), SREBP1c (sterol-regulatory-element-binding protein 1c), PPAR?2, IRS-1 (insulin receptor substrate-1), GLUT4 (glucose transporter type 4) and TNFa (tumour necrosis factor a) were also assessed. Comparisons were made between obese and lean controls (n=16) at baseline, and pre- and post-PPAR agonist treatment. Obese individuals had significantly increased adipocyte cell surface, percentage CD14+/CD16+ monocyte numbers and ATM number (all P=0.0001). Additionally, serum TNF-a levels were significantly elevated (P=0.017) and adiponectin levels reduced (total: P=0.0001; high: P=0.022) with obesity. ATM number and percentage of CD14+/CD16+ monocytes correlated significantly (P=0.05). Pioglitazone improved adiponectin levels significantly (P=0.0001), and resulted in the further significant enlargement of adipocytes (P=0.05), without effect on the percentage CD14+/CD16+ or ATM number. Pioglitazone treatment also significantly increased subcutaneous AT expression of CEBPß mRNA. The finding that improvements in obesity-associated insulin resistance following pioglitazone were associated with increased adipocyte cell surface and systemic adiponectin levels, supports the centrality of AT to the cardiometabolic derangement underlying the development of T2D (Type 2 diabetes) and CVD (cardiovascular disease).

New genetic loci link adipose and insulin biology to body fat distribution

Body fat distribution is a heritable trait and a well-established predictor of adverse metabolic outcomes, independent of overall adiposity. To increase our understanding of the genetic basis of body fat distribution and its molecular links to cardiometabolic traits, here we conduct genome-wide association meta-analyses of traits related to waist and hip circumferences in up to 224,459 individuals. We identify 49 loci (33 new) associated with waist-to-hip ratio adjusted for body mass index (BMI), and an additional 19 loci newly associated with related waist and hip circumference measures (P < 5 × 10(-8)). In total, 20 of the 49 waist-to-hip ratio adjusted for BMI loci show significant sexual dimorphism, 19 of which display a stronger effect in women. The identified loci were enriched for genes expressed in adipose tissue and for putative regulatory elements in adipocytes. Pathway analyses implicated adipogenesis, angiogenesis, transcriptional regulation and insulin resistance as processes affecting fat distribution, providing insight into potential pathophysiological mechanisms.

In vivo and in vitro effects of somatostatin and insulin on glucagon release in a human glucagonoma.

Inhibition of pancreatic glucagon secretion has been reported to be mediated by glucose, insulin and somatostatin. As no human pancreatic alpha-cell lines are available to study in vitro the relative importance of insulin and glucose in the control of pancreatic glucagon release, we investigated a patient presenting with a malignant glucagonoma who underwent surgical resection of the tumour. Functional somatostatin receptors were present as octreotide administration decreased basal glucagon and insulin secretion by 52 and 74%, respectively. The removed tumour was immunohistochemically positive for glucagon, chromogranin A and pancreatic polypeptide but negative for insulin, gastrin and somatostatin. The glucagonoma cells were also isolated and cultured in vitro. Incubation experiments revealed that change from high (10 mM) to low (1 mM) glucose concentration was unable to stimulate glucagon secretion. A dose-dependent inhibition of glucagon release by insulin was however, observed at low glucose concentration. These findings demonstrate that insulin could inhibit glucagon secretion in vitro in the absence of elevated glucose concentrations. These data suggest, as observed in vivo and in vitro in several animal studies, that glucopenia-induced glucagon secretion in humans is not mediated by a direct effect of low glucose on alpha-cells but possibly by a reduction of insulin-mediated alpha-cell suppression and/or an indirect neuronal stimulation of glucagon release.

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.

Investigating the Biological Effects of Rosemary (Rosmarinus officinalis L.) Extract on Skeletal Muscle Glucose Uptake

Skeletal muscle (SKM) is the most important tissue in maintaining glucose homeostasis and impairments in this tissue leads to insulin resistance (IR). Activation of 5’ AMP-activated kinase (AMPK) is viewed as a targeted approach to counteract IR. Rosemary extract (RE) has been reported to decrease blood glucose levels but its effects on SKM are not known. We hypothesized that RE acts directly on SKM to increase glucose uptake (GU). We found an increase in GU (184±5.07% of control, p<0.001) in L6 myotubes by RE to levels similar to insulin and metformin. Carnosic acid (CA) and rosmarinic acid (RA), major polyphenols found in RE, increased GU. RE, CA, and RA significantly increased AMPK phosphorylation and their effects on GU was reduced by an AMPK inhibitor. Our study is the first to show a direct effect of RE, CA and RA on SKM GU by a mechanism that involves AMPK activation.

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.

Rôle de la protéine phosphatase PPM1A dans l'homéostasie hépatique du glucose et des lipides

L’insuline est une hormone essentielle qui induit des réponses complexes dans l’organisme pour maintenir l’homéostasie du glucose et des lipides. La résistance à son action est un phénomène pathologique observé dans un large éventail de situations, allant de l’obésité et du syndrome métabolique à la stéatose hépatique et au diabète de type 2, qui aboutissent au développement de l’athérosclérose et de la mortalité. Des avancées remarquables ont été réalisées dans notre compréhension des mécanismes moléculaires responsables du développement de la résistance à l’action de l’insuline. En particulier, l’induction d’un stress cellulaire par des taux élevés d’acides gras libres (AGL) et des cytokines, via l’activation des protéines Ser/Thr kinases, qui augmente la phosphorylation sur des résidus sérine, des molécules critiques impliquées dans la signalisation insulinique (p. ex. IR, IRS et p85) et conduit à la diminution de la réponse cellulaire à l’insuline. Cependant, la plupart des chercheurs ont limité leur travail dans l’investigation du rôle des protéines kinases susceptibles de modifier la réponse cellulaire à l’insuline. Donc, peu de données sont disponibles sur le rôle des Protéines Ser/Thr phosphatases (PS/TPs), même si il est bien établi que la phosphorylation de ces protéines est étroitement régulée par un équilibre entre les activités antagonistes des Ser/Thr kinases et des PS/TPs. Parmi les PS/TPS, PPM1A (également connu sous le nom PP2Cα) est une phosphatase particulièrement intéressante puisqu’il a été suggéré qu’elle pourrait jouer un rôle dans la régulation du métabolisme lipidique et du stress cellulaire. Ainsi, en se basant sur des résultats préliminaires de notre laboratoire et des données de la littérature, nous avons émis l’hypothèse selon laquelle PPM1A pourrait améliorer la sensibilité à l’insuline en diminuant l’activité des protéines kinases qui seraient activées par le stress cellulaire induit par l’augmentation des AGL. Ces effets pourraient finalement améliorer le métabolisme glucidique et lipidique dans l’hépatocyte. Ainsi, pour révéler le rôle physiologique de PPM1A à l’échelle d’un animal entier, nous avons généré un modèle animal qui la surexprime spécifiquement dans le foie. Nous décrivons ici notre travail afin de générer ce modèle animal ainsi que les premières analyses pour caractériser le phénotype de celui-ci. Tout d’abord, nous avons remarqué que la surexpression de PPM1A chez les souris C57BL/6J n’a pas d’effets sur le gain de poids sur une longue période. Deuxièmement, nous avons observé que PPM1A a peu d’effets sur l’homéostasie du glucose. Par contre, nous avons montré que sa surexpression a des effets significatifs sur l’homéostasie du glycogène et des triglycérides. En effet, nous avons observé que le foie des souris transgéniques contient moins de glycogène et de triglycérides que le foie de celles de type sauvage. De plus, nos résultats suggèrent que les effets de la surexpression de PPM1A pourraient refléter son impact sur la synthèse et la sécrétion des lipides hépatiques puisque nous avons observé que sa surexpression conduit à l’augmentation la triglycéridémie chez les souris transgéniques. En conclusion, nos résultats prouvent l’importance de PPM1A comme modulateur de l’homéostasie hépatique du glucose et des lipides. Des analyses supplémentaires restent cependant nécessaires pour confirmer ceux-ci et éclaircir l’impact moléculaire de PPM1A et surtout pour identifier ses substrats.

Validation des effets antidiabétiques de Rhododendron groenlandicum, une plante médicinale des Cri de la Baie James, dans le modèle in vitro et in vivo : élucidation des mécanismes d’action et identification des composés actifs

Le diabète est un syndrome métabolique caractérisé par une hyperglycémie chronique due à un défaut de sécrétion de l’insuline, de l’action de l’insuline (sensibilité), ou une combinaison des deux. Plus d'un million de canadiens vivent actuellement avec le diabète. La prévalence de cette maladie est au moins trois fois plus élevée chez les autochtones que dans la population canadienne en général. Notre équipe vise à étudier les effets potentiellement antidiabétiques de certaines plantes médicinales utilisées par les Cris d'Eeyou Istchee (Baie James, Québec) où l’adhérence aux traitements médicamenteux est faible, en partie à cause de la déconnection culturelle de ces derniers. Grâce à une approche ethnobotanique, notre équipe a identifié 17 plantes médicinales utilisées par cette population pour traiter des symptômes du diabète. Parmi ces plantes, l’extrait éthanolique de Rhododendron groenlandicum (Thé du Labrador) a montré un fort potentiel antidiabétique chez plusieurs lignées cellulaires, notamment les adipocytes (3T3-L1). Cette plante induit la différenciation adipocytaire probablement par l’activation du peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPAR γ). Cette stimulation améliore la résistance à l’insuline et constitue un mécanisme privilégié pour une classe de médicaments antidiabétiques, les thiazolidinediones. Le but de la présente étude est de valider l’efficacité et l’innocuité de R. groenlandicum in vivo, dans un modèle animal de résistance à l’insuline, d’élucider les mécanismes par lesquels cet extrait exerce ses effets antidiabétiques et d’identifier les principes actifs responsables de son activité. L'isolation et l'identification des constituants actifs ont été réalisées à l’aide d'une approche de fractionnement guidé par bioessai; en l'occurrence, l'adipogénèse. Cette approche, réalisée dans la lignée adipocytaire 3T3-L1, a pour but de mesurer leur teneur en triglycérides. Des études in vivo ont été réalisées sur le modèle de souris DIO (diet induced obesity). L'extrait éthanolique du R. groenlandicum a été incorporé à la nourriture grasse (35% d’apport calorique lipidique) à trois doses différentes (125, 250 et 500 mg / kg) sur une période de 8 semaines. Des tissus cibles de l’insuline (foie, muscle squelettique et tissus adipeux) ont été récoltés afin de faire des analyses d’immunobuvardage de type western. La quercétine, la catéchine et l’épicatéchine ont été identifiées comme étant les composés actifs responsables de l'effet antidiabétique du R. groenlandicum. Seules la catéchine et l’épicatéchine activent l’adipogénèse uniquement à forte concentration (125-150 M), tandis que la quercétine l’inhibe. L’étude in vivo a montré que le traitement avec R. groenlandicum chez les souris DIO réduit le gain de poids de 6%, diminue l'hyperglycémie de 13% et l’insulinémie plasmatique de 65% et prévient l’apparition des stéatoses hépatiques (diminution de 42% de triglycéride dans le foie) sans être toxique. Les analyses d’immunobuvardage ont montré que R. groenlandicum stimule la voie de l’insuline via la phosphorylation de l’Akt et a augmenté le contenu protéique en Glut 4 dans les muscles des souris traitées. Par contre, dans le foie, le R. groenlandicum passerait par deux voies différentes, soit la voie insulino-dépendante par l’activation de l’AKT, soit la voie insulino-indépendante par la stimulation de l’AMPK. L’amélioration observée des stéatoses hépatiques chez les souris DIO traitées, a été confirmée par une baisse du facteur de transcription, SREBP-1, impliqué dans la lipogénèse de novo, ainsi qu’une diminution de l’inflammation hépatique (diminution de l’activité d’IKK α/β). En conclusion, l’ensemble de ces résultats soutiennent le potentiel thérapeutique de Rhododendron groenlandicum et de ses composants actifs dans le traitement et la prévention du diabète de type 2. Nous avons validé l'innocuité et l'efficacité de cette plante issue de la médecine traditionnelle Cri, qui pourrait être un traitement alternatif du diabète de type 2 dans une population ayant une faible adhérence au traitement pharmacologique existant.