Régulation du métabolisme et du transport des lipides dans les macrophages : potentiel anti-athérosclérotique des ligands du CD36

Les maladies cardiovasculaires sont la principale cause de morbidité et de mortalité dans les pays industrialisés. Le récepteur CD36, exprimé à la surface des macrophages, joue un rôle déterminant dans l’internalisation des lipoprotéines oxydées menant à la formation des cellules spumeuses dans l’espace sous endothélial, première étape du développement des lésions athérosclérotiques. Nous avons montré précédemment que les sécrétines de l’hormone de croissance sont des ligands du récepteur CD36 qui possèdent un site de liaison qui chevauche celui des lipoprotéines oxydées. Cependant, aucune étude n’avait rapporté les effets potentiels des ligands sélectifs du CD36 sur la progression des lésions athérosclérotiques et le métabolisme lipidique au niveau des macrophages. Ainsi, ce projet de doctorat visait à évaluer le potentiel anti-athérosclérotique du EP 80317, un ligand sélectif du CD36, et élucider les mécanismes à l’origine de ses effets sur le métabolisme et le transport des lipides au niveau des macrophages. À cette fin, des souris déficientes en apolipoprotéine E (apoE-/-), nourries avec une diète riche en lipides et en cholestérol, ont été traitées quotidiennement pendant 12 semaines avec le EP 80317, montrant un puissant effet anti-athérosclérotique associé à une réduction de 51% des lésions aortiques et de 30% du taux plasmatique de cholestérol total. Cette même étude a permis de montrer une réduction de l’internalisation des lipoprotéines oxydées ainsi qu’une augmentation de l’expression des gènes/protéines impliqués dans l’efflux du cholestérol au niveau des macrophages, comme le peroxisome proliferator-activated receptor γ (PPARγ), liver x receptor α (LXRα) et les transporteurs ABCA1 et ABCG1, entraînant une réduction de la formation des cellules spumeuses. Ces observations nous ont conduits à élucider les mécanismes moléculaires engendrés par la liaison d’un ligand sélectif au récepteur CD36 dans les macrophages. Les études ont permis de montrer que les ligands du CD36 entraînent une augmentation de l’efflux du cholestérol vers les transporteurs ABCA1 et ABCG1 en augmentant l’expression protéique de la cyclooxygénase 2 (COX-2) consécutive à la phosphorylation de la MAP kinase ERK1/2. L’activation de COX-2 stimule la production intracellulaire de la prostaglandine 15d-PGJ2, cette dernière conduisant à l’activation du PPARγ. Finalement, une troisième étude nous a permis de mettre en évidence les effets du EP 80317 sur le transport inverse du cholestérol in vivo. L’injection de macrophages J774 radiomarqués avec du cholestérol tritié dans la cavité péritonéale de souris avec le EP 80317 nous a permis de montrer que le EP 80317 entraîne une réduction de la radioactivité retrouvée dans le foie tandis qu’il augmente celle retrouvée dans les fèces par comparaison aux souris contrôles, sans néanmoins modifier le profil plasmatique du radiotraceur entre les deux groupes. De plus, l’expression des gènes impliqués dans le transport du cholestérol au niveau intestinal comme le LXRα, ABCA1, ABCG5 ainsi que ABCG8 ont été régulés à la hausse par le EP 80317 tandis que l’expression de NPC1L1, un transporteur impliqué dans l’absorption du cholestérol, a été régulé à la baisse. Toutefois, les gènes impliqués dans le métabolisme du cholestérol au niveau du foie ne sont pas modulés par le EP 80317. En conclusion, les travaux effectués dans le cadre de cette thèse nous ont permis de montrer que l’activation du récepteur CD36 par le EP 80317 pourrait s’avérer être une nouvelle approche thérapeutique pour le traitement de l’athérosclérose. Les effets anti-athérosclérotiques et hypocholestérolémiants des ligands synthétiques du récepteur CD36 sont en partie engendrés par 1) la régulation du métabolisme des lipides au niveau des macrophages en réponse à l’activation du PPARγ par son ligand endogène, le 15d-PGJ2 et 2) par une augmentation du transport inverse du cholestérol, particulièrement par une augmentation de l’efflux transintestinal.

Bioassay-guided fractionation of Larix laricina du Roi, and antidiabetic potentials of ethanol and hot water extracts of seventeen medicinal plants from the traditional pharmacopeia of the James Bay Cree

Nous avons utilisé une approche ethnobotanique pour identifier des espèces de plantes utilisées par les Cris afin de traiter les symptômes du diabète de type 2. Larix laricina du Roi (L. laricina) a récemment été identifiée comme une des meilleures plantes qui a stimulé le transport de glucose dans les cellules C2C12 et fortement potentialisé la différenciation des 3T3-L1 en indiquant une sensibilité potentiellement accrue à l’insuline. Ensuite, ces études de criblage ont été effectuées sur des extraits éthanolique (EE) en utilisant une série de bioessais in vitro. Cependant, les préparations traditionnelles des plantes sont souvent faites avec l’eau chaude. Le but de cette thèse de doctorat était d’isoler les principes actifs de L. laricina par un fractionnement guidé par l’adipogenèse; d’évaluer et de comparer l’activité et les mécanismes antidiabétiques des EE et des extraits aqueux (HWE) de ces 17 plantes. Pour le fractionnement de L. laricina, on a isolé plusieurs composés connus et identifié un nouveau composé actif cycloartane triterpene, qui a amélioré fortement l’adipogenèse et a été responsable en partie de l’activité adipogénique (potentiellement similaire à l’effet sensibilisateur à l’insuline des glitazone) de l’extrait éthanolique issu de l’écorce de L. laricina. Pour le métabolisme lipidique, nos résultats ont confirmé que 10 parmi les 17 EE ont augmenté la différenciation des adipocytes alors que 2 extraits seulement l’ont inhibée. Les HWE ont montré une faible activité adipogénique ou antiadipogénique. Les EE de R. groenlandicum et K. angustifolia ont le PPAR γ (peroxisome proliferator-activated receptor γ), le SREBP-1 (sterol regulatory element binding protein-1) et le C/EBP (CCAAT-enhancer binding proteins) α, alors que ceux de P. balsamifera et A. incana les ont inhibés. L’effet inhibiteur de P. balsamifera a également été prouvé d’avoir impliqué l’activation de la protéine kinase activée par l’AMP (AMPK). Les EE et HWE de R. groenlandicum ont stimulé les mêmes facteurs de transcription alors que les extraits aqueux d’autres plantes sélectionnées ont perdu ces effets en comparaison avec leurs extraits éthanoliques respectifs. L’analyse phytochimique a également identifié le groupe des espèces actives et inactives, notamment lorsque les espèces ont été séparées par famille de plante. Finalement concernant l’homéostasie de glucose, nos résultats ont confirmé que plusieurs EE ont stimulé le transport de glucose musculaire et inhibé l’activité de la glucose-6-phosphatase (G6Pase) hépatique. Certains des HWE ont partiellement ou complètement perdu ces activités antidiabétiques par rapport aux EE, tandis qu’une seule plante (R.groenlandicum) a juste conservé un potentiel similaire entre les EE et HWE dans les deux essais. Dans les cellules musculaires, les EE de R.groenlandicum, A. incana et S. purpurea ont stimulé le transport de glucose en activant la voie de signalisation de l’AMPK et en augmentant le niveau d’expression des GLUT4. En comparaison avec les EE, les HWE de R.groenlandicum ont montré des activités similaires; les HWE de A. incana ont complètement perdu leur effet sur tous les paramètres étudiés; les HWE de S. purpurea ont activé la voie de l’insuline au lieu de celle de l’AMPK pour augmenter le transport de glucose. Dans les cellules H4IIE, les EE et HWE des 5 plantes ont activé la voie de l’AMPK, et en plus les EE et HWE de 2 plantes ont activé la voie de l’insuline. La quercétine-3-O-galactoside et la quercétine 3-O-α-L-arabinopyranoside ont été identifiées comme des composés ayant un fort potentiel antidiabétique et donc responsables de l'activité biologique des plantes HWE actifs avec le transport du glucose. En conclusion, on a isolé plusieurs composés connus et identifié un nouveau triterpène actif à partir du fractionnement de L. laricina. Nous avons fourni également une preuve directe pour l'évaluation et la comparaison d'une action analogue à l'insuline ou insulino-sensibilisateur des EE et HWE de plantes médicinales Cris au niveau de muscle, de foie et de tissus adipeux. Une partie de leur action peut être liée à la stimulation des voies de signalisation intracellulaire insulino-dépendante et non-insulino-dépendante, ainsi que l’activation de PPARγ. Nos résultats indiquent que les espèces de plantes, les tissus ou les cellules cibles, ainsi que les méthodes d'extraction sont tous des déterminants significatifs de l'activité biologique de plantes médicinales Cris sur le métabolisme glucidique et lipidique.

Carence en œstrogènes et bases moléculaires du métabolisme des triglycérides et du cholestérol dans le foie et l'intestin : effet de l'exercice physique

La stéatose hépatique et la détérioration du profil lipidique plasmatique sont des pathologies métaboliques favorisées par la carence œstrogénique post-ménopausique. Cependant les mécanismes à la base de ces pathologies n’ont été que très peu étudiés. Le but de cette thèse a été d’investiguer les mécanismes moléculaires possibles à l’origine de l’hypercholestérolémie et de l’accumulation des lipides (triglycérides : TG et cholestérol) dans le foie en utilisant un modèle animal de la ménopause, la rate Sprague Dawley ovariectomisée (Ovx). Nous avons également examiné si le changement des habitudes de vie comme la pratique de l’exercice physique pouvait prévenir ou corriger les modifications induites par l’Ovx. Enfin, rosuvastatine (statine) a été utilisée comme thérapie pharmacologique de l’hypercholestérolémie dans le but de comprendre son effet au niveau moléculaire chez la rate Ovx. L’objectif de la première étude était de déterminer comment l’Ovx peut affecter les niveaux de TG et de cholestérol dans le foie des rates nourries avec une diète riche en lipides (HF : 42% gras). Les rates ont été soumises à la diète HF ou normale pendant 6 semaines avant d’être Ovx ou Sham (ovariectomie simulée), puis maintenues aux mêmes conditions diététiques pour 6 autres semaines. L’Ovx a provoqué une accumulation de TG dans le foie, mais pas la diète HF seule. Cependant, lorsque l’Ovx était combinée à la diète HF, l’accumulation des TG était beaucoup plus importante comparé à ce qui était observé chez les rates Ovx soumises à la diète normale. L’expression génique (ARNm) de CPT1 (Carnitine palmitoyltransferase 1), PGC1α (Peroxisome proliferator-activated receptor gamma, coactivator 1) et PPARα (Peroxysome proliferetor activated receptor alpha) intervenant dans l’oxydation des acides gras dans le foie était augmentée par la diète HF (p ˂ 0.001; p ˂ 0.01; p ˂ 0.05 respectivement) ; mais atténuée (p ˂ 0.05; p ˂ 0.05; p ˂ 0.07 respectivement) lorsque les rates ont été Ovx, favorisant ainsi l’accumulation des TG dans le foie. La combinaison de la diète HF à l’Ovx a également provoqué une hypercholestérolémie et une accumulation de cholestérol dans le foie malgré la diminution de l’expression de la HMGCoA-r (3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA reductase), enzyme clé de la synthèse du cholestérol. Ceci était associé à l’inhibition de l’expression génique de CYP7a1 (Cytochrome P450, family 7, subfamily a, polypeptide 1), suggérant une diminution de la synthèse des acides biliaires. Ayant constaté dans la première étude que l’Ovx élevait les niveaux de cholestérol hépatique et plasmatique, nous nous sommes fixés comme objectif dans la deuxième étude d’évaluer les effets de l’Ovx sur l’expression génique des transporteurs et enzymes responsables du métabolisme du cholestérol et des acides biliaires dans le foie et l’intestin, et de vérifier si l’exercice sur tapis roulant pouvait prévenir ou corriger les changements causés par l’Ovx. L’hypercholestérolémie constatée chez les rates Ovx comparativement aux Sham était accompagnée de la diminution de l’expression génique des récepteurs des LDL (R-LDL), des résidus de lipoprotéines (LRP1), de SREBP-2 (Sterol regulatory element binding protein 2) et de PCSK9 (Proprotein convertase subtilisin/kexin type 9) dans le foie, suggérant une défaillance dans la clairance des lipoprotéines plasmatiques. L’Ovx a aussi inhibé l’expression génique de la MTP (Microsomal triglyceride transfer protein) et stimulé celle de SR-B1 (Scavenger receptor class B, member 1); mais aucun changement n’a été observé avec CYP7a1. Ces changements moléculaires pourraient par conséquent favoriser l’accumulation de cholestérol dans le foie. L’exercice physique n’a pas corrigé les modifications causées par l’Ovx sur l’expression génique de ces molécules au niveau hépatique à l’exception de SREBP-2. Par contre, au niveau intestinal (iléum), l’exercice sur tapis roulant a inhibé l’expression génique des marqueurs moléculaires intervenant dans l’absorption des acides biliaires (OSTα/β, FXR, RXRα, Fgf15) et du cholestérol (LXRα, NCP1L1) au niveau de l’iléum chez les rates Sham entraînées. Ces adaptations pourraient prévenir le développement de l’hypercholestérolémie protégeant en partie contre la survenue de l’athérosclérose. Au vue des effets délétères (hypercholestérolémie et diminution de l’expression du R-LDL, PCSK9, LRP1, SREBP-2 et HMGCOA-r dans le foie) causés par l’Ovx sur le métabolisme du cholestérol constatés dans l’étude 2, la 3ième étude a été conçue pour évaluer l’efficacité de rosuvastatine (Ros) sur l’expression génique de ces marqueurs moléculaires chez les rates Ovx sédentaires ou soumises à l’entraînement volontaire. Ros a été administrée aux rates Ovx pendant 21 jours par voie sous-cutanée à la dose de 5mg/kg/j à partir de la 9ième semaine après l’Ovx. Ros n’a pas diminué la concentration plasmatique de LDL-C et de TC chez les rates Ovx. Par contre, Ros a stimulé (P ˂ 0.05) l’expression génique de PCSK9, SREBP-2, LRP1, HMGCoA-r et ACAT2 (Acyl-CoA cholesterol acyltransferase) mais pas significativement (P = 0.3) celle du R-LDL dans le foie des rates Ovx sédentaires et entraînées. Ros n’a pas réduit la concentration plasmatique de LDL-C probablement à cause de l’induction plus importante de PCSK9 par rapport au R-LDL. Cependant, la stimulation de LRP1 par Ros protège partiellement contre la survenue des maladies cardiovasculaires. En conclusion, les études de cette thèse indiquent que la baisse du niveau des œstrogènes entraîne des changements radicaux du métabolisme hépatique des TG et du cholestérol provoqués par des altérations de l’expression des gènes clés des voies métaboliques associées.

Les mécanismes de régulation du métabolisme lipidique par les peptides QRFP (pyroglutamylated RF-amide peptides)

Plusieurs cibles thérapeutiques dans le développement de médicaments contre l’obésité visent une diminution de l’appétit et de la masse adipeuse et à augmenter la dépense énergétique. L’appétit et le métabolisme énergétique sont régulés par certains neuropeptides qui agissent au niveau du système nerveux central, notamment dans l’hypothalamus. Parmi ces neuropeptides, les peptides RF-amide ou QRFP (pyroglutamylated RF-amide peptides), ainsi nommés par la présence du motif conservé Arg-Phe-NH2 dans le domaine C-terminal, induisent une hyperphagie et une augmentation de la masse adipeuse lorsqu’administrés par voie centrale. Les formes bioactives de ces peptides comprennent principalement 43 (QRFP-43) et 26 (QRFP-26) acides aminés. Outre les peptides QRFP, leurs récepteurs, les GPR103 de la famille des récepteurs à 7 passages transmembranaires couplés aux protéines G, sont exprimés dans l’hypothalamus. Plus récemment, des études ont montré la sécrétion de ces neuropeptides, et la présence du GPR103, dans le tissu adipeux. Cependant, le rôle de la voie signalétique (QRFP/GPR103) dans la régulation du métabolisme lipidique au niveau périphérique est peu connu. Les travaux de cette thèse ont porté sur la caractérisation des effets adipogéniques périphériques des neuropeptides QRFP. En premier lieu, nos travaux ont montré que les adipocytes 3T3-L1 et les adipocytes murins isolés des dépôts adipeux blancs expriment le prépro-QRFP et uniquement le récepteur GPR103B, un des deux sous-types de récepteurs présents chez la souris. De plus, nous avons montré que l’expression du récepteur est régulée par une diète riche en lipides réduisant l’expression du prépro-QRFP, mais augmentant celle du GPR103B dans les dépôts lipidiques. Chez l’humain, les adipocytes de l’omentum expriment autant le GPR103 que le prépro-QRFP. Nous avons de plus étudié la fonctionnalité du GPR103B dans les adipocytes 3T3-L1 par l’utilisation d’ARN interférents. Nous avons observé que ce récepteur médie les effets adipogéniques des QRFPs en augmentant l’expression du récepteur nucléaire PPAR-gamma (peroxisome proliferator-activated receptor gamma) et le facteur de transcription C/EBP-alpha (CCAAT-enhancer binding protein alpha) résultant en une accumulation des triglycérides. Nous avons aussi mis en évidence les effets anti-lipolytiques des QRFPs. En effet, les QRFP inhibent fortement la lipolyse induite avec l’isoprotérénol. L’étude des mécanismes moléculaires à l’origine des effets anti-lipolytiques du QRFP-43 a montré l’activation de la voie de signalisation PI3-K/PKB (phosphatidylinositol 3-kinase/protéine kinase B) en réponse à la stimulation du GPR103B. La réponse anti-lipolytique induite par le QRFP-43 est associée à une diminution de la phosphorylation de la périlipine A (PLIN1a) et de la lipase hormono-sensible (HSL). Nos études ont élucidé les mécanismes conduisant à l’inhibition de la phosphorylation de la PLIN1a en réponse à l’activation du GPR103B, impliquant l’inhibition de la migration de la cavéoline 1 et de la sous unité catalytique de la protéine kinase A (PKA) au niveau des gouttelettes lipidiques, ainsi que l’inhibition de l’activité des Src kinases et de la protéine kinase C (PKC). En conclusion, nos travaux ont montré que les QRFP-43 et -26 exercent un effet adipogénique et anti-lipolytique dans les adipocytes, mettant ainsi en évidence le rôle des neuropeptides QRFPs dans la régulation du métabolisme lipidique au niveau adipocytaire.

The specific in vivo role of PPARgamma and its downstream signaling pathway in the pathophysiology of Osteoarthritis

L'arthrose est une maladie articulaire dégénérative, avec une pathogenèse inconnue. Des études récentes suggèrent que l'activation du facteur de transcription du récepteur activateur de la prolifération des peroxysomes (PPAR) gamma est une cible thérapeutique pour ce maladie. Les agonistes du PPARγ inhibent l'inflammation et réduisent la synthèse des produits de dégradation du cartilage in vitro et in vivo. Cependant, des études utilisant des agonistes du PPARγ n’élucident pas les effets exacts médiés par ce gène complexe. En effet, certains de ces agonistes ont la capacité de régulariser d'autres voies de signalisation indépendantes de PPARγ, ainsi entraînant des effets secondaires graves. Afin d'obtenir une efficacité thérapeutique avec potentiellement moins de problèmes de sécurité, il est donc essentiel d'élucider, in vivo, le rôle exact de PPARγ dans la physiopathologie OA. Mon projet de thèse permettra de déterminer, pour la première fois, le rôle spécifique de PPARγ in vivo dans la physiopathologie OA. Les souris utilisées pour l’étude avaient une délétion conditionnelle du gène PPARγ dans le cartilage. Ces dernières ont été générées en employant le système LoxP/Cre. Pour tester cette hypothèse, j'ai généré deux types de souris avec une délétion au PPARγ, (a) une suppression du gène PPARγ spécifiquement dans le cartilage germinale pour l'étude de l'arthrose liée au développement et à l'âge et (b) la suppression inductible du gène PPARγ spécifiquement dans le cartilage chez la souris adulte pour les études OA. L’étude précédente dans notre laboratoire, utilisant ces souris ayant une délétion au gène PPARγ germinales, montre que ces souris présentent des anomalies du développement du cartilage. J'ai également exploré si ces souris qui présentent des défauts précoces du développement ont toutes les modifications phénotypiques dans le cartilage au cours du vieillissement. Mes résultats ont montré que les souris adultes, ayant une délétion au gène PPARγ, ont présenter un phénotype de l'arthrose spontanée associée à une dégradation du cartilage, l’hypocellularité, la fibrose synoviale. Cette étude a montré que PPARγ est un régulateur essentiel pour le cartilage, et c’est le manque (l’absence) de ce dernier qui conduit à un phénotype de l'arthrose spontanée accélérée (American Journal of Pathologie). A partir de ce but de l'étude, on n’a pas pu vérifier si ces souris présentaient l’OA spontanée en raison des défauts de développement ou à la suite de la délétion du gène PPARγ. Pour contourner les défauts de développement, j'ai généré des souris ayant une délétion du gène PPARγ spécifiquement dans le cartilage inductible avec le système Col2rTACre. Ces souris ont été soumises à modèle de la chirurgie OA (DMM: déstabilisation du ménisque médial) et les résultats révèlent que les souris PPARγ KO ont une dégradation accélérée du cartilage, une hypocellularité, une fibrose synoviale et une augmentation de l'expression des marqueurs cataboliques et des marqueurs inflammatoire. La perte de PPAR dans le cartilage articulaire est un évènement critique qui initie la dégradation de cartilage dans OA. Les études récentes suggèrent que le procès d’autophagie, une forme de survie cellulaire programmée, est altéré pendant l’OA et peut contribuer vers une protection diminuée des cellules, résultant la dégradation du cartilage. J’ai donc exploré le rôle de PPARγ dans la protection des cellules en déterminant l’effet de manque de PPARγ dans le cartilage par l’expression de mTOR (régulateur négatif principal d’autophagie) et les gènes d’autophagie durant OA. Mes résultats ont montré que les souris KO PPARγ présentent également une augmentation sur l'expression de mTOR et une diminution sur l’expression des marqueurs autophagiques en comparaison avec les chondrocytes articulaires isolés des souris contrôles OA. J'ai suggéré l'hypothèse que PPARγ contrôle la régulation de la signalisation de mTOR/autophagie, et finalement la mort des chondrocytes et l’expression des facteurs cataboliques et les facteurs inflammatoire. Pour tester cette hypothèse, j’ai fait la transfection des chondrocytes arthrosiques PPARγ-KO avec le vecteur d’expression de PPARγ pour déterminer si la restauration de l'expression de PPARγ peut sauver le phénotype des cellules PPARγ-KO OA. J'ai observé que la restauration de l'expression de PPARγ dans les cellules PPARγ-KO en présence du vecteur d'expression PPARγ, a pu considérablement régulariser négativement l'expression de mTOR et mettre en règle positivement l'expression des gènes autophagiques ainsi que le sauvetage significative de l'expression du collagène de type II et l’aggrecan et de baisser de manière significative l'expression de marqueurs cataboliques critiques et des marqueurs inflammatoires. Pour prouver que l’augmentation de la signalisation de mTOR et la diminution de l'autophagie est responsable du phénotype OA accélérée observée dans les souris PPARγ KO in vivo, j'ai généré les souris doubles KO PPARγ- mTOR inductible spécifique du cartilage en utilisant le système Col2 - rtTA -Cre et soumis ces souris à DMM modèle de l'arthrose. Mes résultants démontrent que les souris avec PPARγ- mTOR doubles KO ont été significativement protégés contre les OA DMM induites associées à une protection significative contre la destruction du cartilage, la perte de protéoglycanes et la perte de chondro-cellularité par rapport aux souris témoins. Considérant que mTOR est un répresseur majeur de l'autophagie, j'ai trouvé que l'expression de deux marqueurs de l'autophagie critiques (ULK1 et LC3B) a été significativement plus élevée dans les chondrocytes extraits les souris doubles KO PPARγ-mTOR par rapport aux souris témoins. En plus, les études de sauvetage in vitro en utilisant le vecteur d'expression PPAR et les études in vivo utilisant les souris doubles KO PPARγ- mTOR montrent que PPARγ est impliqué dans la régulation de la protéine signalant de mTOR/autophagie dans le cartilage articulaire. Ces résultats contournent PPARγ et sa signalisation en aval de mTOR/autophagie en tant que cibles thérapeutiques potentielles pour le traitement de l'arthrose.

Personalized nutrition for the prevention of cardiovascular disease: a future perspective

Cardiovascular disease (CVD) is responsible for significant morbidity and mortality in the Western and developing world. This multifactorial disease is influenced by many environmental and genetic factors. At present, public health advice involves prescribed population-based recommendations, which have been largely unsuccessful in reducing CVD risk. This is, in part, due to individual variability in response to dietary manipulations, that arises from nutrient-gene interactions (defined by the term 'nutrigenetics'). The shift towards personalized nutritional advice is a very attractive proposition, where, in principle, an individual can be given dietary advice specifically tailored to their genotype. However, the evidence-base for the impact of interactions between nutrients and fixed genetic variants on biomarkers of CVD risk is still very limited. This paper reviews the evidence for interactions between dietary fat and two common polymorphisms in the apolipoprotein E and peroxisome proliferator-activated receptor-gamma genes. Although an increased understanding of how these and other genes influence response to nutrients should facilitate the progression of personalized nutrition, the ethical issues surrounding its routine use need careful consideration.

Influence of birth weight on gene regulators of lipid metabolism and utilization in subcutaneous adipose tissue and skeletal muscle of neonatal pigs.

Epidemiological studies suggest that low-birth weight infants show poor neonatal growth and increased susceptibility to metabolic syndrome, in particular, obesity and diabetes. Adipose tissue development is regulated by many genes, including members of the peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR) and the fatty acid-binding protein (FABP) families. The aim of this study was to determine the influence of birth weight on key adipose and skeletal muscle tissue regulating genes. Piglets from 11 litters were ranked according to birth weight and 3 from each litter assigned to small, normal, or large-birth weight groups. Tissue samples were collected on day 7 or 14. Plasma metabolite concentrations and the expression of PPARG2, PPARA, FABP3, and FABP4 genes were determined in subcutaneous adipose tissue and skeletal muscle. Adipocyte number and area were determined histologically. Expression of FABP3 and 4 was significantly reduced in small and large, compared with normal, piglets in adipose tissue on day 7 and in skeletal muscle on day 14. On day 7, PPARA and PPARG2 were significantly reduced in adipose tissue from small and large piglets. Adipose tissue from small piglets contained more adipocytes than normal or large piglets. Birth weight had no effect on adipose tissue and skeletal muscle lipid content. Low-birth weight is associated with tissue-specific and time-dependent effects on lipid-regulating genes as well as morphological changes in adipose tissue. It remains to be seen whether these developmental changes alter an individual's susceptibility to metabolic syndrome.

Non-genomic effects of PPARgamma ligands: inhibition of GPVI-stimulated platelet activation

BACKGROUND: Peroxisome proliferator-activated receptor-(gamma) (PPAR(gamma)) is expressed in human platelets although in the absence of genomic regulation in these cells, its functions are unclear. OBJECTIVE: In the present study, we aimed to demonstrate the ability of PPAR(gamma) ligands to modulate collagen-stimulated platelet function and suppress activation of the glycoprotein VI (GPVI) signaling pathway. METHODS: Washed platelets were stimulated with PPAR(gamma) ligands in the presence and absence of PPAR(gamma) antagonist GW9662 and collagen-induced aggregation was measured using optical aggregometry. Calcium levels were measured by spectrofluorimetry in Fura-2AM-loaded platelets and tyrosine phosphorylation levels of receptor-proximal components of the GPVI signaling pathway were measured using immunoblot analysis. The role of PPAR(gamma) agonists in thrombus formation was assessed using an in vitro model of thrombus formation under arterial flow conditions. RESULTS: PPAR(gamma) ligands inhibited collagen-stimulated platelet aggregation that was accompanied by a reduction in intracellular calcium mobilization and P-selectin exposure. PPAR(gamma) ligands inhibited thrombus formation under arterial flow conditions. The incorporation of GW9662 reversed the inhibitory actions of PPAR(gamma) agonists, implicating PPAR(gamma) in the effects observed. Furthermore, PPAR(gamma) ligands were found to inhibit tyrosine phosphorylation levels of multiple components of the GPVI signaling pathway. PPAR(gamma) was found to associate with Syk and LAT after platelet activation. This association was prevented by PPAR(gamma) agonists, indicating a potential mechanism for PPAR(gamma) function in collagen-stimulated platelet activation. CONCLUSIONS: PPAR(gamma) agonists inhibit the activation of collagen-stimulation of platelet function through modulation of early GPVI signalling.

Combined transcriptomic-(1)H NMR metabonomic study reveals yhat monoethylhexyl phthalate stimulates adipogenesis and glyceroneogenesis in human adipocytes

Adipose tissue is a major storage site for lipophilic environmental contaminants. The environmental metabolic disruptor hypothesis postulates that some pollutants can promote obesity or metabolic disorders by activating nuclear receptors involved in the control of energetic homeostasis. In this context, monoethylhexyl phthalate (MEHP) is of particular concern since it was shown to activate the peroxisome proliferator-activated receptor γ (PPARγ) in 3T3-L1 murine preadipocytes. In the present work, we used an untargeted, combined transcriptomic-(1)H NMR-based metabonomic approach to describe the overall effect of MEHP on primary cultures of human subcutaneous adipocytes differentiated in vitro. MEHP stimulated rapidly and selectively the expression of genes involved in glyceroneogenesis, enhanced the expression of the cytosolic phosphoenolpyruvate carboxykinase, and reduced fatty acid release. These results demonstrate that MEHP increased glyceroneogenesis and fatty acid reesterification in human adipocytes. A longer treatment with MEHP induced the expression of genes involved in triglycerides uptake, synthesis, and storage; decreased intracellular lactate, glutamine, and other amino acids; increased aspartate and NAD, and resulted in a global increase in triglycerides. Altogether, these results indicate that MEHP promoted the differentiation of human preadipocytes to adipocytes. These mechanisms might contribute to the suspected obesogenic effect of MEHP.

Association of the PPARGC1A gene polymorphism with diabetic nephropathy in an Asian Indian population (CURES-41)

BACKGROUND: The aim of this study was to evaluate the association of polymorphisms of the peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPARG) gene and peroxisome proliferators-activated receptor gamma co-activator 1 alpha (PPARGC1A) gene with diabetic nephropathy (DN) in Asian Indians. METHODS: Six common polymorphisms, 3 of the PPARG gene [-1279G/A, Pro12Ala, and His478His (C/T)] and 3 of the PPARGC1A gene (Thr394Thr, Gly482Ser, and +A2962G) were studied in 571 normal glucose-tolerant (NGT) subjects, 255 type 2 diabetic (T2D) subjects without nephropathy, and 141 DN subjects. Genotypes were determined by polymerase chain reaction-restriction fragment length polymorphism (PCR-RFLP) and direct sequencing. Logistic regression analysis was performed to assess the covariables associated with DN. RESULTS: Among the 6 polymorphisms examined, only the Gly482Ser of the PPARGC1A gene was significantly associated with DN. The genotype frequency of Ser/Ser genotype of the PPARGC1A gene was 8.8% (50/571) in NGT subjects, 7.8% (20/255) in T2D subjects, and 29.8% (42/141) in DN subjects. The odds ratios (ORs) for DN for the susceptible Gly/Ser and Ser/Ser genotype after adjusting for age, sex, body mass index, and duration of diabetes were 2.14 [95% confidence interval (CI), 1.23-3.72; P = 0.007] and 8.01 (95% CI, 3.89-16.47; P < 0.001), respectively. The unadjusted OR for DN for the XA genotype of the Thr394Thr polymorphism was 1.87 (95% CI, 1.20-2.92; P = 0.006) compared to T2D subjects. However, the significance was lost (P = 0.061) when adjusted for age, sex, BMI, and duration of diabetes. The +A2962G of PPARGC1A and the 3 polymorphisms of PPARG were not associated with DN. CONCLUSION: The Gly482Ser polymorphism of the PPARGC1A gene is associated with DN in Asian Indians.

Evidence for an association with type 2 diabetes mellitus at the PPARG locus in a South Indian population

Peroxisome proliferator-activated receptor-gamma2 (PPARG2) is a nuclear hormone receptor of ligand-dependent transcription factor involved in adipogenesis and a molecular target of the insulin sensitizers thiazolidinediones. We addressed the question of whether the 3 variants (-1279G/A, Pro12Ala, and His478His) in the PPARG2 gene are associated with type 2 diabetes mellitus and its related traits in a South Indian population. The study subjects (1000 type 2 diabetes mellitus and 1000 normal-glucose-tolerant subjects) were chosen randomly from the Chennai Urban Rural Epidemiology Study, an ongoing population-based study in southern India. The variants were screened by single-stranded conformational variant, direct sequencing, and restriction fragment length polymorphism. Linkage disequilibrium was estimated from the estimates of haplotypic frequencies. The -1279G/A, Pro12Ala, and His478His variants of the PPARG2 gene were not associated with type 2 diabetes mellitus. However, the 2-loci analyses showed that, in the presence of Pro/Pro genotype of the Pro12Ala variant, the -1279G/A promoter variant showed increased susceptibility to type 2 diabetes mellitus (odds ratio, 2.092; 95% confidence interval, 1.22-3.59; P = .008), whereas in the presence of 12Ala allele, the -1279G/A showed a protective effect against type 2 diabetes mellitus (odds ratio, 0.270; 95% confidence interval, 0.15-0.49; P < .0001). The 3-loci haplotype analysis showed that the A-Ala-T (-1279G/A-Pro12Ala-His478His) haplotype was associated with a reduced risk of type 2 diabetes mellitus (P < .0001). Although our data indicate that the PPARG2 gene variants, independently, have no association with type 2 diabetes mellitus, the 2-loci genotype analysis involving -1279G/A and Pro12Ala variants and the 3-loci haplotype analysis have shown a significant association with type 2 diabetes mellitus in this South Indian population.

Absence of Association of Metabolic Syndrome with PPARGC1A, PPARG and UCP1 Gene Polymorphisms in Asian Indians

The objective of this study was to evaluate the association of PPARG coactivator1 alpha (PPARGC1A), peroxisome proliferator activated receptor gamma (PPARG), and uncoupling protein1 (UCP1) gene polymorphisms with the metabolic syndrome (MS) in an Asian Indian population. Nine common polymorphisms were genotyped via polymerase chain reaction restriction fragment length polymorphism and direct sequencing in 950 normal glucose-tolerant subjects and 550 type 2 diabetic subjects, chosen randomly from the Chennai Urban Rural Epidemiological Study, an ongoing population based study in Southern India. Among the 9 polymorphisms examined, only the Thr394Thr variant of the PPARGC1A gene was significantly associated with diabetes and obesity. The genotype frequency of GA of Thr394Thr variant was 16% (138/887) in the nonMS group and 22% (136/613) in the MS group, and this genotype frequency was significantly higher with MS both in males (p = 0.01) and females (p = 0.05), compared to the without-MS group. Logistic regression analysis revealed that the odds ratio for MS for the susceptible genotype GA of Thr394Thr was 1.411 [95% CI: 1.03-1.84, p = 0.012]. In the multiple logistic regression analysis, however, there was no association of this polymorphism as an independent factor with MS. Hence, the study shows that the polymorphisms in the PPARGC1A, PPARG and UCP1 genes are not associated with MS in Asian Indians.

Lack of association between serum adiponectin levels and the Pro12Ala polymorphism in Asian Indians

AIMS: The aim of the study was to investigate the association of serum adiponectin levels with the Pro12Ala polymorphism of the peroxisome proliferator activated receptor-gamma (PPARG) gene in Asian Indians. METHODS: We selected 400 diabetic subjects, 200 with the Pro12Pro genotype (100 male and 100 female) and 200 with the Pro12Ala genotype (100 male and 100 female) and 400 age- and sex-matched normal glucose tolerance subjects with similar genotype profiles from the Chennai Urban Rural Epidemiology Study. Fasting serum adiponection levels were measured using radioimmunoassay. The Pro12Ala polymorphism was genotyped by PCR-restriction fragment length polymorphism using BstUI. RESULTS: All clinical and biochemical parameters were similar in the subjects with the Pro12Pro and Pro12Ala genotypes. There was no significant difference in serum adiponectin values between subjects with the Pro12Pro and Pro12Ala genotypes (males 5.4 vs. 5.8 microg/ml, P = 0.546; females 6.9 vs. 7.2 microg/ml, P = 0.748). Adiponectin values did not differ among these two genotypes even when categorized based on their diabetes status (normal glucose tolerance Pro12Pro 7.9 vs. Pro12Ala 7.7 microg/ml, P = 0.994; diabetes Pro12Pro 4.7 vs. Pro12Ala 5.4 microg/ml, P = 0.622). CONCLUSION: The Pro12Ala polymorphism of the PPARG gene is not associated with serum adiponectin levels in Asian Indians.

Effect of polymorphisms in the PPARGC1A gene on body fat in Asian Indians

OBJECTIVE: To evaluate whether polymorphisms in the peroxisome proliferator-activated receptor-gamma coactivator-1 alpha (PPARGC1A) gene were related to body fat in Asian Indians. METHODS: Three polymorphisms of PPARGC1A gene, the Thr394Thr, Gly482Ser and +A2962G, were genotyped on 82 type 2 diabetic and 82 normal glucose tolerant (NGT) subjects randomly chosen from the Chennai Urban Rural Epidemiology Study using PCR-RFLP, and the nature of the variants were confirmed using direct sequencing. Linkage disequilibrium (LD) was estimated from the estimates of haplotypic frequencies using an expectation-maximization algorithm. Visceral, subcutaneous and total abdominal fat were measured using computed tomography, whereas dual X-ray absorptiometry was used to measure central abdominal and total body fat. RESULTS: None of the three polymorphisms studied were in LD. The genotype (0.59 vs 0.32, P=0.001) and allele (0.30 vs 0.17, P=0.007) frequencies of Thr394Thr polymorphism were significantly higher in type 2 diabetic subjects compared to those in NGT subjects. The odds ratio for diabetes (adjusted for age, sex and body mass index) for the susceptible genotype, XA (GA+AA) of Thr394Thr polymorphism, was 2.53 (95% confidence intervals: 1.30-5.04, P=0.009). Visceral and subcutaneous fat were significantly higher in NGT subjects with XA genotype of the Thr394Thr polymorphism compared to those with GG genotype (visceral fat: XA 148.2+/-46.9 vs GG 106.5+/-51.9 cm(2), P=0.001; subcutaneous fat: XA 271.8+/-167.1 vs GG 181.5+/-78.5 cm(2), P=0.001). Abdominal (XA 4521.9+/-1749.6 vs GG 3445.2+/-1443.4 g, P=0.004), central abdominal (XA 1689.0+/-524.0 vs GG 1228.5+/-438.7 g, P<0.0001) and non-abdominal fat (XA 18763.8+/-8789.4 vs GG 13160.4+/-4255.3 g, P<0.0001) were also significantly higher in the NGT subjects with XA genotype compared to those with GG genotype. The Gly482Ser and +A2962G polymorphisms were not associated with any of the body fat measures. CONCLUSION: Among Asian Indians, the Thr394Thr (G --> A) polymorphism is associated with increased total, visceral and subcutaneous body fat.

The neurogenic potential of astrocytes is regulated by inflammatory signals

Although the adult brain contains neural stem cells (NSCs) that generate new neurons throughout life, these astrocyte-like populations are restricted to two discrete niches. Despite their terminally differentiated phenotype, adult parenchymal astrocytes can re-acquire NSC-like characteristics following injury, and as such, these 'reactive' astrocytes offer an alternative source of cells for central nervous system (CNS) repair following injury or disease. At present, the mechanisms that regulate the potential of different types of astrocytes are poorly understood. We used in vitro and ex vivo astrocytes to identify candidate pathways important for regulation of astrocyte potential. Using in vitro neural progenitor cell (NPC)-derived astrocytes, we found that exposure of more lineage-restricted astrocytes to either tumor necrosis factor alpha (TNF-α) (via nuclear factor-κB (NFκB)) or the bone morphogenetic protein (BMP) inhibitor, noggin, led to re-acquisition of NPC properties accompanied by transcriptomic and epigenetic changes consistent with a more neurogenic, NPC-like state. Comparative analyses of microarray data from in vitro-derived and ex vivo postnatal parenchymal astrocytes identified several common pathways and upstream regulators associated with inflammation (including transforming growth factor (TGF)-β1 and peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPARγ)) and cell cycle control (including TP53) as candidate regulators of astrocyte phenotype and potential. We propose that inflammatory signalling may control the normal, progressive restriction in potential of differentiating astrocytes as well as under reactive conditions and represent future targets for therapies to harness the latent neurogenic capacity of parenchymal astrocytes.