Cannabidiol Protects against Doxorubicin-Induced Cardiomyopathy by Modulating Mitochondrial Function and Biogenesis.

Doxorubicin (DOX) is a widely used, potent chemotherapeutic agent; however, its clinical application is limited because of its dose-dependent cardiotoxicity. DOX's cardiotoxicity involves increased oxidative/nitrative stress, impaired mitochondrial function in cardiomyocytes/endothelial cells and cell death. Cannabidiol (CBD) is a nonpsychotropic constituent of marijuana, which is well tolerated in humans, with antioxidant, antiinflammatory and recently discovered antitumor properties. We aimed to explore the effects of CBD in a well-established mouse model of DOX-induced cardiomyopathy. DOX-induced cardiomyopathy was characterized by increased myocardial injury (elevated serum creatine kinase and lactate dehydrogenase levels), myocardial oxidative and nitrative stress (decreased total glutathione content and glutathione peroxidase 1 activity, increased lipid peroxidation, 3-nitrotyrosine formation and expression of inducible nitric oxide synthase mRNA), myocardial cell death (apoptotic and poly[ADP]-ribose polymerase 1 [PARP]-dependent) and cardiac dysfunction (decline in ejection fraction and left ventricular fractional shortening). DOX also impaired myocardial mitochondrial biogenesis (decreased mitochondrial copy number, mRNA expression of peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator 1-alpha, peroxisome proliferator-activated receptor alpha, estrogen-related receptor alpha), reduced mitochondrial function (attenuated complex I and II activities) and decreased myocardial expression of uncoupling protein 2 and 3 and medium-chain acyl-CoA dehydrogenase mRNA. Treatment with CBD markedly improved DOX-induced cardiac dysfunction, oxidative/nitrative stress and cell death. CBD also enhanced the DOX-induced impaired cardiac mitochondrial function and biogenesis. These data suggest that CBD may represent a novel cardioprotective strategy against DOX-induced cardiotoxicity, and the above-described effects on mitochondrial function and biogenesis may contribute to its beneficial properties described in numerous other models of tissue injury.

Inactivation of PPARβ/δ adversely affects satellite cells and reduces postnatal myogenesis.

Peroxisome proliferator-activated receptor β/δ (PPARβ/δ) is a ubiquitously expressed gene with higher levels observed in skeletal muscle. Recently, our laboratory showed (Bonala S, Lokireddy S, Arigela H, Teng S, Wahli W, Sharma M, McFarlane C, Kambadur R. J Biol Chem 287: 12935-12951, 2012) that PPARβ/δ modulates myostatin activity to induce myogenesis in skeletal muscle. In the present study, we show that PPARβ/δ-null mice display reduced body weight, skeletal muscle weight, and myofiber atrophy during postnatal development. In addition, a significant reduction in satellite cell number was observed in PPARβ/δ-null mice, suggesting a role for PPARβ/δ in muscle regeneration. To investigate this, tibialis anterior muscles were injured with notexin, and muscle regeneration was monitored on days 3, 5, 7, and 28 postinjury. Immunohistochemical analysis revealed an increased inflammatory response and reduced myoblast proliferation in regenerating muscle from PPARβ/δ-null mice. Histological analysis confirmed that the regenerated muscle fibers of PPARβ/δ-null mice maintained an atrophy phenotype with reduced numbers of centrally placed nuclei. Even though satellite cell numbers were reduced before injury, satellite cell self-renewal was found to be unaffected in PPARβ/δ-null mice after regeneration. Previously, our laboratory had showed (Bonala S, Lokireddy S, Arigela H, Teng S, Wahli W, Sharma M, McFarlane C, Kambadur R. J Biol Chem 287: 12935-12951, 2012) that inactivation of PPARβ/δ increases myostatin signaling and inhibits myogenesis. Our results here indeed confirm that inactivation of myostatin signaling rescues the atrophy phenotype and improves muscle fiber cross-sectional area in both uninjured and regenerated tibialis anterior muscle from PPARβ/δ-null mice. Taken together, these data suggest that absence of PPARβ/δ leads to loss of satellite cells, impaired skeletal muscle regeneration, and postnatal myogenesis. Furthermore, our results also demonstrate that functional antagonism of myostatin has utility in rescuing these effects.

Effects of exercise on mitochondrial DNA content in skeletal muscle of patients with COPD

Background Exhausting exercise reduces the mitochondrial DNA (mtDNA) content in the skeletal muscle of healthy subjects due to oxidative damage. Since patients with chronic obstructive pulmonary disease (COPD) suffer enhanced oxidative stress during exercise, it was hypothesised that the mtDNA content will be further reduced. Objective To investigate the effects of exercise above and below the lactate threshold (LT) on the mtDNA content of skeletal muscle of patients with COPD. Methods Eleven patients with COPD (676 8 years; forced expiratory volume in 1s (FEV1)456 8%ref) and 10 healthy controls (666 4 years; FEV1 906 7% ref) cycled 45 min above LT (65% peak oxygen uptake (V9O2 peak)and another 7 patients (656 6 years; FEV1 506 4%ref)and 7 controls (566 9 years;FEV1 926 6%ref) cycled 45 min below their LT (50% V9O2 peak). Biopsies from the vastus lateralis muscle were obtained before exercise, immediately after and 1 h, 1 day and 1 week later to determine by PCR the mtDNA/nuclear DNA (nDNA) ratio (a marker of mtDNA content) and the expression of the peroxisome proliferator-activated receptor- g coactivator-1 a (PGC-1a)mRNA and the amount of reactive oxygen species produced during exercise was estimated from total V9O2. Results Skeletal muscle mtDNA/nDNA fell significantly after exercise above the LT both in controls and in patients with COPD, but the changes were greater in those with COPD. These changes correlated with production of reactive oxygen species, increases in manganese superoxide dismutase and PGC-1 a mRNA and returned to baseline values 1 week later. This pattern of response wa was also observed, albeit minimised, in patients exercising below the LT. Conclusions In patients with COPD, exercise enhances the decrease in mtDNA content of skeletal muscle and the expression of PGC-1 a mRNA seen in healthy subjects probably due to oxidative stress.

The Interplay between NF-kappaB and E2F1 Coordinately Regulates Inflammation and Metabolism in Human Cardiac Cells

Pyruvate dehydrogenase kinase 4 (PDK4) inhibition by nuclear factor-κB (NF-κB) is related to a shift towards increased glycolysis during cardiac pathological processes such as cardiac hypertrophy and heart failure. The transcription factors estrogen-related receptor-α (ERRα) and peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR) regulate PDK4 expression through the potent transcriptional coactivator PPARγ coactivator-1α (PGC-1α). NF-κB activation in AC16 cardiac cells inhibit ERRα and PPARβ/δ transcriptional activity, resulting in reduced PGC-1α and PDK4 expression, and an enhanced glucose oxidation rate. However, addition of the NF-κB inhibitor parthenolide to these cells prevents the downregulation of PDK4 expression but not ERRα and PPARβ/δ DNA binding activity, thus suggesting that additional transcription factors are regulating PDK4. Interestingly, a recent study has demonstrated that the transcription factor E2F1, which is crucial for cell cycle control, may regulate PDK4 expression. Given that NF-κB may antagonize the transcriptional activity of E2F1 in cardiac myocytes, we sought to study whether inflammatory processes driven by NF-κB can downregulate PDK4 expression in human cardiac AC16 cells through E2F1 inhibition. Protein coimmunoprecipitation indicated that PDK4 downregulation entailed enhanced physical interaction between the p65 subunit of NF-κB and E2F1. Chromatin immunoprecipitation analyses demonstrated that p65 translocation into the nucleus prevented the recruitment of E2F1 to the PDK4 promoter and its subsequent E2F1-dependent gene transcription. Interestingly, the NF-κB inhibitor parthenolide prevented the inhibition of E2F1, while E2F1 overexpression reduced interleukin expression in stimulated cardiac cells. Based on these findings, we propose that NF-κB acts as a molecular switch that regulates E2F1-dependent PDK4 gene transcription.

Neuronal activity controls the antagonistic between PGC-1α and SMRT in regulating antioxidant defences

Transcriptional coactivators and corepressors often have multiple targets and can have opposing actions on transcription and downstream physiological events. The coactivator peroxisome proliferator-activated receptor-γ coactivator (PGC)-1α is under-expressed in Huntington's disease and is a regulator of antioxidant defenses and mitochondrial biogenesis. We show that in primary cortical neurons, expression of PGC-1α strongly promotes resistance to excitotoxic and oxidative stress in a cell autonomous manner, whereas knockdown increases sensitivity. In contrast, the transcriptional corepressor silencing mediator of retinoic acid and thyroid hormone receptors (SMRT) specifically antagonizes PGC-1α-mediated antioxidant effects. The antagonistic balance between PGC-1α and SMRT is upset in favor of PGC-1α by synaptic activity. Synaptic activity triggers nuclear export of SMRT reliant on multiple regions of the protein. Concommitantly, synaptic activity post-translationally enhances the transactivating potential of PGC-1α in a p38-dependent manner, as well as upregulating cyclic-AMP response element binding protein-dependent PGC-1α transcription. Activity-dependent targeting of PGC-1α results in enhanced gene expression mediated by the thyroid hormone receptor, a prototypical transcription factor coactivated by PGC-1α and repressed by SMRT. As a consequence of these events, SMRT is unable to antagonize PGC-1α-mediated resistance to oxidative stress in synaptically active neurons. Thus, PGC-1α and SMRT are antagonistic regulators of neuronal vulnerability to oxidative stress. Further, this coactivatorcorepressor antagonism is regulated by the activity status of the cell, with implications for neuronal viability.

Genetic analysis and cAMP measurement: comparison between lean and obese anovulating mice

PURPOSE: To evaluate genes differentially expressed in ovaries from lean (wild type) and obese (ob/ob) female mice and cyclic AMP production in both groups.METHODS: The expression on messenger RNA levels of 84 genes concerning obesity was analyzed through the PCR array, and cyclic AMP was quantified by the enzyme immunoassay method.RESULTS: The most downregulated genes in the Obesity Group included adenylate cyclase-activating polypeptide type 1, somatostatin, apolipoprotein A4, pancreatic colipase, and interleukin-1 beta. The mean decrease in expression levels of these genes was around 96, 40, 9, 4.2 and 3.6-fold, respectively. On the other hand, the most upregulated genes in the Obesity Group were receptor (calcitonin) activity-modifying protein 3, peroxisome proliferator activated receptor alpha, calcitonin receptor, and corticotropin-releasing hormone receptor 1. The increase means in the expression levels of such genes were 2.3, 2.7, 4.8 and 6.3-fold, respectively. The ovarian cyclic AMP production was significantly higher in ob/ob female mice (2,229±52 fMol) compared to the Control Group (1,814±45 fMol).CONCLUSIONS: Obese and anovulatory female mice have reduced reproductive hormone levels and altered ovogenesis. Several genes have their expression levels altered when leptin is absent, especially adenylate cyclase-activating polypeptide type 1.

Cholesterol induces fetal rat enterocyte death in culture

The effect of cholesterol on fetal rat enterocytes and IEC-6 cells (line originated from normal rat small intestine) was examined. Both cells were cultured in the presence of 20 to 80 µM cholesterol for up to 72 h. Apoptosis was determined by flow cytometric analysis and fluorescence microscopy. The expression of HMG-CoA reductase and peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPARgamma) was measured by RT-PCR. The addition of 20 µM cholesterol reduced enterocyte proliferation as early as 6 h of culture. Reduction of enterocyte proliferation by 28 and 41% was observed after 24 h of culture in the presence and absence of 10% fetal calf serum, respectively, with the effect lasting up to 72 h. Treatment of IEC-6 cells with cholesterol for 24 h raised the proportion of cells with fragmented DNA by 9.7% at 40 µM and by 20.8% at 80 µM. When the culture period was extended to 48 h, the effect of cholesterol was still more pronounced, with the percent of cells with fragmented DNA reaching 53.5% for 40 µM and 84.3% for 80 µM. Chromatin condensation of IEC-6 cells was observed after treatment with cholesterol even at 20 µM. Cholesterol did not affect HMG-CoA reductase expression. A dose-dependent increase in PPARgamma expression in fetal rat enterocytes was observed. The expression of PPAR-gamma was raised by 7- and 40-fold, in the presence and absence of fetal calf serum, respectively, with cholesterol at 80 mM. The apoptotic effect of cholesterol on enterocytes was possibly due to an increase in PPARgamma expression.

Effects of a PPARG gene variant on obesity characteristics in Brazil

The contribution of genetic factors to the development of obesity has been widely recognized, but the identity of the genes involved has not yet been fully clarified. Variation in genes involved in adipocyte differentiation and energy metabolism is expected to have a role in the etiology of obesity. We assessed the potential association of a polymorphism in one candidate gene, peroxisome proliferator-activated receptor-gamma (PPARGg), involved in these pathways and obesity-related phenotypes in 335 Brazilians of European descent. All individuals included in the sample were adults. Pregnant women, as well as those individuals with secondary hyperlipidemia due to renal, liver or thyroid disease, and diabetes, were not invited to participate in the study; all other individuals were included. The gene variant PPARG Pro12Ala was studied by a PCR-based method and the association between this genetic polymorphism and obesity-related phenotypes was evaluated by analysis of covariance. Variant allele frequency was PPARG Ala12 = 0.09 which is in the same range as described for European and European-derived populations. No statistically significant differences were observed for mean total cholesterol, LDL cholesterol, HDL cholesterol, or triglyceride levels among PPARG genotypes in either gender. In the male sample, an association between the PPARG Pro12Ala variant and body mass index was detected, with male carriers of the Ala variant presenting a higher mean body mass index than wild-type homozygotes (28.3 vs 26.2 kg/m², P = 0.037). No effect of this polymorphism was detected in women. This finding suggests that the PPARG gene has a gender-specific effect and contributes to the susceptibility to obesity in this population.

Effect of high-fat diets on body composition, lipid metabolism and insulin sensitivity, and the role of exercise on these parameters

Dietary fat composition can interfere in the development of obesity due to the specific roles of some fatty acids that have different metabolic activities, which can alter both fat oxidation and deposition rates, resulting in changes in body weight and/or composition. High-fat diets in general are associated with hyperphagia, but the type of dietary fat seems to be more important since saturated fats are linked to a positive fat balance and omental adipose tissue accumulation when compared to other types of fat, while polyunsaturated fats, omega-3 and omega-6, seem to increase energy expenditure and decrease energy intake by specific mechanisms involving hormone-sensitive lipase, activation of peroxisome proliferator-activated receptor α (PPARα) and others. Saturated fat intake can also impair insulin sensitivity compared to omega-3 fat, which has the opposite effect due to alterations in cell membranes. Obesity is also associated with impaired mitochondrial function. Fat excess favors the production of malonyl-CoA, which reduces GLUT4 efficiency. The tricarboxylic acid cycle and beta-oxidation are temporarily uncoupled, forming metabolite byproducts that augment reactive oxygen species production. Exercise can restore mitochondrial function and insulin sensitivity, which may be crucial for a better prognosis in treating or preventing obesity.

Tumor growth reduction is regulated at the gene level in Walker 256 tumor-bearing rats supplemented with fish oil rich in EPA and DHA

We investigated the effect of fish oil (FO) supplementation on tumor growth, cyclooxygenase 2 (COX-2), peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPARγ), and RelA gene and protein expression in Walker 256 tumor-bearing rats. Male Wistar rats (70 days old) were fed with regular chow (group W) or chow supplemented with 1 g/kg body weight FO daily (group WFO) until they reached 100 days of age. Both groups were then inoculated with a suspension of Walker 256 ascitic tumor cells (3×107 cells/mL). After 14 days the rats were killed, total RNA was isolated from the tumor tissue, and relative mRNA expression was measured using the 2-ΔΔCT method. FO significantly decreased tumor growth (W=13.18±1.58 vsWFO=5.40±0.88 g, P<0.05). FO supplementation also resulted in a significant decrease in COX-2 (W=100.1±1.62 vsWFO=59.39±5.53, P<0.001) and PPARγ (W=100.4±1.04vs WFO=88.22±1.46, P<0.05) protein expression. Relative mRNA expression was W=1.06±0.022 vsWFO=0.31±0.04 (P<0.001) for COX-2, W=1.08±0.02vs WFO=0.52±0.08 (P<0.001) for PPARγ, and W=1.04±0.02 vs WFO=0.82±0.04 (P<0.05) for RelA. FO reduced tumor growth by attenuating inflammatory gene expression associated with carcinogenesis.

Étude des propriétés antidiabétiques de Nigella sativa : sites d’action cellulaires et moléculaires

Nigella sativa ou cumin noir est une plante et un condiment populaires. Les graines de N. sativa sont très utilisées en médecine traditionnelle des pays nord africains pour le traitement du diabète. Cependant, les mécanismes d'actions cellulaires et moléculaires via lesquels cette plante exerce son effet euglycémiant restent encore mal compris. Le but de notre étude est d'examiner l’effet de N. sativa sur la sécrétion d’insuline, le transport de glucose et sur les voies de signalisation impliquées dans l’homéostasie et le métabolisme de glucose, en utilisant des essais biologiques sur des cultures cellulaires murines (cellules β pancréatiques βTC, myoblastes C2C12, hépatocytes H4IIE et adipocytes 3T3-L1) et des études in vivo chez le rat normoglycémique et le Meriones shawi (rongeur) diabétique. Chez les cellules β pancréatiques, N. sativa a augmenté leur prolifération ainsi que la sécrétion basale et gluco-stimulée de l’insuline. N. sativa a augmenté aussi la prise de glucose de 50% chez les cellules musculaires alors que chez les cellules graisseuses, la prise de glucose est augmentée jusqu’au 400%. Les expériences d’immunobuvardage de type western ont montré que N. sativa stimule les voies de signalisation de l’insuline (Akt et ERKs) et aussi celle insulino-indépendante (AMPK) chez les cellules C2C12. Par contre, chez les 3T3-L1, l’augmentation de transport de glucose est plutôt reliée à une activation de la voie de peroxisome proliferator activated receptor γ (PPARγ). Chez les hépatocytes, N. sativa augmente la stimulation des protéines intracellulaires Akt et 5' adenosine monophosphate-activated protein kinase (AMPK). Cette activation de l’AMPK est associée à un effet découpleur de la plante au niveau de la phosphorylation oxydative mitochondriale. Par ailleurs, chez les Meriones shawi diabétiques, N. sativa diminue graduellement la glycémie à jeun ainsi que la réponse glycémique (AUC) à une charge orale en glucose (OGTT) pour atteindre des valeurs semblables aux animaux témoins après quatre semaines de traitement. Une amélioration du profile lipidique est observée autant chez les Meriones shawi diabétiques que chez les rats normaux. Au niveau moléculaire, N. sativa augmente le contenu musculaire en glucose transporter 4 Glut4 et la phosphorylation de l’acetyl-coenzyme A carboxylase ACC dans le muscle soléaire et le foie chez les Mériones shawi diabétiques. Par contre, chez le rat normal, on assiste à une stimulation des voies de signalisation de l’insuline (Akt et ERK) au niveau hépatique. En conclusion, nous avons confirmé l’action insulinotropique de N. sativa au niveau des cellules β pancréatiques et mis en évidence un effet proliférateur pouvant potentiellement s’avérer utile pour contrecarrer la perte de masse cellulaire observée chez les diabétiques. Notre étude a également mis en évidence pour la première fois que N. sativa exerce son activité antidiabétique par une combinaison d’effets insulino-mimétiques et insulino-sensibilisateurs directs permettant ainsi d’augmenter le transport de glucose des tissus périphériques. Cette action de N. sativa est liée à une stimulation des voies de signalisation intracellulaires insulinodépendantes et -indépendantes (AMPK) chez le muscle squelettique et le foie alors qu’elle passe par la voie des PPARγ au niveau du tissu adipeux. Finalement, l’étude in vivo vient confirmer l’effet antidiabétique de N. sativa. Notre apport novateur se situe au niveau de la démonstration que l’activité antidiabétique de N. sativa chez le Meriones shawi diabétique est la résultante des mêmes activités que celles déterminées au niveau de l’étude in vitro. En effet, N. sativa active la voie de l’AMPK, améliore la sensibilité à l’insuline et augmente l’insulinémie. Notre étude montre aussi que N. sativa possède une activité antilipidémiante. Ces résultats confirment le bien-fondé de l'utilisation ethnopharmacologique de N. sativa comme traitement du diabète et des perturbations du métabolisme lipidique qui y sont associées. De plus, les actions pléiotropiques de N. sativa en font un traitement alternatif ou complémentaire du diabète très prometteur qui encouragent à présent la tenue d’études cliniques de bonne qualité.

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.

The role of PPARgamma in cartilage growth and development using cartilage-specific PPARgamma knockout mice

Le cartilage est un tissu conjonctif composé d’une seule sorte de cellule nommée chondrocytes. Ce tissu offre une fondation pour la formation des os. Les os longs se développent par l'ossification endochondral. Ce processus implique la coordination entre la prolifération, la différenciation et l'apoptose des chondrocytes, et résulte au remplacement du cartilage par l'os. Des anomalies au niveau du squelette et des défauts liés à l’âge tels que l’arthrose (OA) apparaissent lorsqu’il y a une perturbation dans l’équilibre du processus de développement. À ce jour, les mécanismes exacts contrôlant la fonction et le comportement des chondrocytes pendant la croissance et le développement du cartilage sont inconnus. Le récepteur activateur de la prolifération des peroxysomes (PPAR) gamma est un facteur de transcription impliqué dans l'homéostasie des lipides. Plus récemment, son implication a aussi été suggérée dans l'homéostasie osseuse. Cependant, le rôle de PPARγ in vivo dans la croissance et le développement du cartilage est inconnu. Donc, pour la première fois, cette étude examine le rôle spécifique de PPARγ in vivo dans la croissance et le développement du cartilage. Les souris utilisées pour l’étude avaient une délétion conditionnelle au cartilage du gène PPARγ. Ces dernières ont été générées en employant le système LoxP/Cre. Les analyses des souris ayant une délétion au PPARγ aux stades embryonnaire et adulte démontrent une réduction de la croissance des os longs, une diminution des dépôts de calcium dans l’os, de la densité osseuse et de la vascularisation, un délai dans l’ossification primaire et secondaire, une diminution cellulaire, une perte d’organisation colonnaire et une diminution des zones hypertrophiques, une désorganisation des plaques de croissance et des chondrocytes déformés. De plus, la prolifération et la différenciation des chondrocytes sont anormales. Les chondrocytes et les explants isolés du cartilage mutant démontrent une expression réduite du facteur de croissance endothélial vasculaire (VEGF)-A et des éléments de production de la matrice extracellulaire. Une augmentation de l’expression de la métalloprotéinase matricielle (MMP)-13 est aussi observée. Dans les souris âgées ayant une délétion au PPARγ, y est aussi noté des phénotypes qui ressemblent à ceux de l’OA tel que la dégradation du cartilage et l'inflammation de la membrane synoviale, ainsi qu’une augmentation de l’expression de MMP-13 et des néoépitopes générés par les MMPs. Nos résultats démontrent que le PPARγ est nécessaire pour le développement et l’homéostasie du squelette. PPARγ est un régulateur essentiel pour la physiologie du cartilage durant les stades de croissance, de développement et de vieillissement.

Altérations du métabolisme cardiaque associées à des désordres génétiques de l’oxydation des acides gras à chaîne longue chez la souris

Bien que le changement dans le choix des substrats énergétiques des acides gras (AGs) vers les glucides soit considéré comme bénéfique pour le cœur insuffisant, il n’est pas clair à savoir pourquoi les patients atteints de désordres de la β-oxydation (β-OX) des AGs à chaîne longue (AGCLs) développent des troubles du rythme et des cardiomyopathies. De plus, le traitement actuel ne permet pas de prévenir l’apparition du phénotype clinique chez tous les patients, spécifiquement en condition de jeûne ou de stress. Ainsi, plusieurs modèles de souris déficientes pour des enzymes impliquées dans l’oxydation des acides gras ont été développés de manière à améliorer les connaissances de la maladie ainsi que les traitements offerts aux patients. À cet égard, cette étude vise à évaluer le phénotype métabolique et fonctionnel des cœurs de souris déficientes pour le récepteur activé de la prolifération des peroxysomes-α (PPARα), un facteur de transcription des gènes impliqués notamment dans la β-OX des AGs, et pour la déshydrogénase des acyl-CoA à très longue chaîne (very-long chain acyl-CoA dehydrogenase, VLCAD), le déficit de l’oxydation des AGCLs le plus commun chez l’humain. L’approche expérimentale utilisée comprend plusieurs techniques dont (i) la perfusion ex vivo de cœur de souris au travail combinée à l’utilisation de substrats marqués au carbone 13 (13C) et à l’analyse par chromatographie gazeuse-spectrométrie de masse (GCMS), (ii) l’analyse de l’expression génique par qPCR et (iii) l’analyse de l’activité électrique du cœur in vivo par télémétrie. De manière inattendue, les résultats de cette étude menée chez la souris ont permis de mettre en évidence que des déficits pour des protéines impliquées dans l’oxydation des AGCLs sont associés à des altérations du métabolisme (i) des glucides, (ii) des AGs polyinsaturés (AGPIs), et (iii) mitochondrial, incluant l’anaplérose, en plus d’être liés à des désordres de la fonction électrique du cœur, à savoir une prolongation du segment QTc. Pris dans leur ensemble, les résultats de cette thèse pourraient servir à l’élaboration de nouvelles interventions métaboliques destinées à améliorer les traitements possibles et donc, la qualité de vie des patients atteints de désordres héréditaires de la β-OX des AGCLs.

Contribution différentielle du tissu adipeux mâle et femelle dans l’établissement du diabète de type 2 et des altérations cardiovasculaires : rôle de l’apport lipidique

Au cours des dernières années, il est devenu évident que les sociétés des pays industrialisés sont à haut risque de maladies métaboliques. Une alimentation riche en énergie (lipide/glucide), combinée à une sédentarité accrue, est un facteur environnemental contribuant à l'augmentation de la prévalence de maladies reliées spécifiquement à des troubles endocriniens comme l'obésité et le diabète. Le traitement de ces désordres métaboliques doit donc passer par la connaissance et la compréhension des mécanismes moléculaires qui contrôlent ces désordres et le développement de traitements ciblés vers les facteurs responsables. Le tissu adipeux est une glande endocrine qui sécrète des substances, regroupées sous le terme d'adipokines, qui contrôlent l'homéostasie énergétique. L'augmentation de la masse adipeuse est responsable du développement de dérégulation hormonale qui mène à des dysfonctions physiologiques et métaboliques. Pour contrecarrer le développement démesuré du tissu adipeux, la signalisation insulinique ainsi que l’apport énergétique, responsables de la différenciation adipocytaire, doivent être inhibés. In vivo, la leptine, adipokine dont la concentration est corrélée à la masse adipeuse, présente des actions pro ou anti-insuliniques dans l’organisme pour réguler ce phénomène. Elle favorise l’effet inhibiteur de l’insuline sur la synthèse hépatique de glucose alors qu’elle s’oppose à son action sur l’expression des enzymes glucokinase et phosphoénol-pyruvate carboxykinase. La leptine influence aussi le taux circulant de triglycérides en diminuant sa concentration plasmatique. D'autre part, l'adiponectine, adipokine insulino- sensibilisante, voit sa sécrétion diminuée avec la prise de poids. La sensibilité à l'insuline est ainsi diminuée au fur et à mesure que le débalancement de ces deux adipokines s'accentue. La résistance à l'insuline s'installe alors pour s'opposer au stockage énergétique et à la prise illimitée de poids et la glycémie augmente. L'augmentation du glucose sanguin stimule la sécrétion d'insuline au niveau des cellules pancréatiques. C'est le diabète caractérisé par une hyperglycémie et une résistance à l'insuline. Le diabète, une des premières causes de mortalité dans le monde, est plus répandu sous sa forme non insulinodépendante (diabète de type 2, DT2) liée à l'obésité. Récemment, différents facteurs de transcription ont été identifiés comme régulateurs de l'expression d'une panoplie de gènes impliqués dans le métabolisme glucidique et lipidique. Parmi eux, les récepteurs des inducteurs de la prolifération des peroxysomes (PPAR, Peroxisome Proliferator-Activated Receptor), appartenant à la famille des récepteurs nucléaires. Les PPAR ont été démontrés comme ayant un rôle central dans le contrôle de la transcription des gènes codants pour des protéines impliquées dans le métabolisme : les adipokines. PPARg, en plus de son implication dans le contrôle de l'homéostasie glucidique et lipidique, est reconnu comme étant un facteur de transcription pivot régulant l'adipogenèse du fait de son expression majeure dans le tissu adipeux. D'autre part, il est bien établi maintenant que l'obésité et le diabète sont des facteurs contribuant au développement du processus inflammatoire vasculaire caractéristique de l’athérosclérose. En effet, les cellules endothéliales et musculaires lisses, principales composantes de la média de l’artère, sont très sensibles aux altérations métaboliques. Une diminution de la sensibilité à l’insuline entraine une réduction de la disponibilité du glucose et l’utilisation des acides gras comme alternatif par ces cellules. Ceci induit l’accumulation des acides gras oxydés dans l’intima et leur filtration dans la média pour former un core lipidique. Bien que l’induction de la dysfonction endothéliale soit impliquée très précocement, certaines études pointent l’accumulation lipidique dans les cellules musculaires lisses vasculaires (CML) et leur dysfonction comme déclencheurs de l’athérosclérose. Ce travail visait donc, dans un premier temps, à développer un modèle d'altérations métaboliques liées à la modulation de l'activité du tissu adipeux via une alimentation riche en lipides. Dans un second temps, cette étude tentait d'évaluer l’impact des adipocytes de souris sur les CML vasculaires et sur la modulation de leurs fonctions dans ce modèle d'altérations métaboliques et DT2 liés à l'alimentation et à l'obésité. Ainsi, par le biais de deux diètes pauvres en cholestérol à profil lipidique différent, nous avons développé un modèle murin présentant divers stades d'altérations du métabolisme allant jusqu'au DT2 en lien avec l'obésité chez les mâles et chez les femelles. D’autre part, des signes de cardiomyopathie ainsi qu’une modulation du taux des adipokines sont reliés à ces mêmes diètes. Parallèlement, l’activité de PPAR!2 est modulée chez les souris sous diètes enrichies en gras. Ensuite, nous avons démontré que les adipocytes, provenant de souris alimentées avec une diète enrichie en gras, modulaient la migration et la prolifération des CML comparativement au groupe contrôle. Ces modulations dépendaient en grande partie de la nature de la diète consommée, mais également du sexe de la souris. Par ailleurs, les altérations fonctionnelles des CML, couplées à des modulations géniques, sont associées aux changements du profil de sécrétion des adipokines mesurées chez les adipocytes. L’ensemble de ces travaux suggère une action directe de la nature de la stimulation du tissu adipeux blanc dans la modulation du profil de sécrétion des adipokines et l'induction du DT2 in vivo. Ces altérations de la physiologie adipocytaire se reflètent in vitro où le tissu adipeux contribue aux altérations physiopathologiques des CML liées au DT2. Ainsi, cette étude est l'une des premières à établir un lien direct entre les modulations adipocytaires et les effets de leurs sécrétions sur la physiologie des CML. Ces observations peuvent être exploitées cliniquement dans un développement futur d’outils thérapeutiques visant à prévenir et à traiter les troubles métaboliques et le DT2, en ciblant le tissu adipeux comme entité métabolique et endocrine.