Caractérisation de la voie de signalisation AMPK/ACC dans le foie et l’intestin du Psammomys obesus, un modèle animal de résistance à l’insuline et de diabète de type 2

L’expansion des maladies métaboliques dans les sociétés modernes exige plus d’activités de recherche afin d’augmenter notre compréhension des mécanismes et l’identification de nouvelles cibles d’interventions cliniques. L’obésité, la résistance à l’insuline (RI) et la dyslipidémie, en particulier sont tous des facteurs de risque associés à la pathogenèse du diabète de type 2 (DT2) et des maladies cardiovasculaires. Ainsi, la dyslipidémie postprandiale, notamment la surproduction des lipoprotéines hépatiques et intestinales, contribue d’une façon significative à l’hypertriglycéridémie. Quoique plusieurs études cliniques et fondamentales chez l’homme et les modèles animaux aient mis en évidence les rôles importants joués par le foie et l’intestin dans la dyslipidémie, les mécanismes moléculaires en cause ne sont pas bien élucidés. L’une des voies principales régulant le métabolisme lipidique est la voie de la protéine kinase AMPK. L’épuisement de l’ATP intracellulaire entraîne une activation de l’AMPK qui va œuvrer pour rétablir l’équilibre énergétique en stimulant des voies génératrices d’ATP et en inhibant des voies anaboliques consommatrices d’ATP. Les effets positifs de l’activation de l’AMPK comprennent l’augmentation de la sensibilité à l’insuline dans les tissus périphériques, la réduction de l’hyperglycémie et la réduction de la lipogenèse, d’où son importance dans les interventions cliniques pour la correction des dérangements métaboliques. Il est à souligner que le rôle de l’AMPK dans le foie et l’intestin semble plus complexe et mal compris. Ainsi, la voie de signalisation de l’AMPK n’est pas bien élucidée dans les situations pathologiques telles que le DT2, la RI et l’obésité. Dans le présent projet, notre objectif consiste à caractériser le rôle de cette voie de signalisation dans la lipogenèse hépatique et dans le métabolisme des lipides dans l’intestin chez le Psammomys obesus, un modèle animal d’obésité, de RI et de DT2. À cette fin, 3 groupes d’animaux sont étudiés (i.e. contrôle, RI et DT2). En caractérisant la voie de signalisation de l’AMPK/ACC dans le foie, nous avons constaté une augmentation de l’expression génique des enzymes clés de la lipogenèse (ACC, FAS, SCD-1 et mGPAT) et des facteurs de transcription (ChREBP, SREBP-1) qui modulent leur niveau d’expression. Nos analyses détaillées ont révélé, par la suite, une nette augmentation de l’expression de l’isoforme cytosolique de l’ACC, ACC1 (impliqué dans la lipogenèse de novo) concomitante avec une invariabilité de l’expression de l’isoforme mitochondrial ACC2 (impliqué dans la régulation négative de la β-oxydation). En dépit d’un état adaptatif caractérisé par une expression protéique et une phosphorylation (activation) élevées de l’AMPKα, l’activité de la kinase qui phosphoryle et inhibe l’ACC reste très élevée chez les animaux RI et DT2. Au niveau de l’intestin grêle des animaux RI et DT2, nous avons démontré que l’augmentation de la lipogenèse intestinale est principalement associée avec une diminution de la voie de signalisation de l’AMPK (i.e. expression protéique et phosphorylation/activation réduites des deux isoformes AMPKα1 et AMPKα2). La principale conséquence de la diminution de l’activité AMPK est la réduction de la phosphorylation de l’ACC. Étant donné que le niveau d’expression totale d’ACC reste inchangé, nos résultats suggèrent donc une augmentation de l’activité des deux isoformes ACC1 et ACC2. En parallèle, nous avons observé une réduction de l’expression protéique et génique de la CPT1 [enzyme clé de la β-oxydation des acides gras (AG)]. L’ensemble de ces résultats suggère une inhibition de l’oxydation des AG concomitante avec une stimulation de la lipogenèse de novo. Enfin, nous avons démontré que l’intestin grêle est un organe sensible à l’action de l’insuline et que le développement de la résistance à l’insuline pourrait altérer les deux voies de signalisation (i.e. Akt/GSK3 et p38MAPK) essentielles dans plusieurs processus métaboliques. En conclusion, nos résultats indiquent que l’augmentation de la lipogenèse qui contribue pour une grande partie à la dyslipidémie dans la résistance à l’insuline et le diabète serait due, en partie, à des défauts de signalisation par l’AMPK. Nos observations illustrent donc le rôle crucial du système AMPK au niveau hépatique et intestinal, ce qui valide l’approche thérapeutique consistant à activer l’AMPK pour traiter les maladies métaboliques.

La contamination de la nutrition parentérale par l’ascorbylperoxyde perturbe le métabolisme énergétique chez le cochon d'inde nouveau-né

L'exposition à la lumière des solutions de nutrition parentérale (NP) génère des peroxydes tels que l'H2O2 et l'ascorbylperoxyde (AscOOH). Cette absence de photo-protection provoque une augmentation des triglycérides (TG) plasmatique chez les enfants prématurés et chez un modèle animal, ayant un stress oxydatif et une stéatose hépatique indépendante de l’exposition au H2O2. Nous pensons que l'AscOOH est l'agent actif conduisant à l'élévation des TG. Le but est d'investiguer le rôle de l'AscOOH sur les métabolismes du glucose et des lipides à l'aide d'un modèle animal néonatal de NP.

Nutrition et état de santé : études paléochimique et paléopathologique de la population exhumée du cimetière protestant Saint-Matthew, ville de Québec, Canada (1771-1860)

Quatre-vingt-quinze squelettes humains issus des fouilles archéologiques du cimetière protestant Saint-Matthew (ville de Québec, 1771-1860) ont été étudiés en associant deux aspects de la paléonutrition : la paléochimie et la paléopathologie. Le but de cette recherche est d’explorer la relation entre nutrition et état de santé pour cette population préindustrielle. Des informations directes sur l’alimentation ont été recueillies par l’analyse des isotopes stables du carbone et de l’azote du collagène des os, et des informations indirectes ont été obtenues par une quantification de l’état de santé des individus. Les méthodes paléopathologiques utilisées sont celles de l’« indice de santé » (Steckel et al., 2002) pour la comparaison interpopulationnelle, puis des méthodes comprenant des degrés de sévérité plus précis afin d’étudier les variations intrapopulationnelles. L’analyse de ces données atteste d’un état de santé relativement mauvais par comparaison avec d’autres groupes nord-américains contemporains, malgré une alimentation similaire. Des différences alimentaires ont été observées en fonction des données paléodémographiques (âge, sexe), mettant notamment en évidence une variabilité temporelle dans la réalisation du processus de sevrage. De plus, un régime alimentaire moins riche en ressources C4 (maïs, sucre de canne) et en ressources animales (viande, poissons, produits laitiers) a été constaté pour les enfants entre 2 et 7 ans par rapport aux individus plus vieux. Enfin, une relation possible entre la sévérité de certaines pathologies (cribra orbitalia et périostite) et la consommation des ressources alimentaires en C4 et/ou marines et riches en protéines a été observée.

Nutrition parentérale du nouveau-né : modulation du stress oxydant et conséquences hépatiques

Introduction : Les enfants prématurés ont la particularité de naître alors que leur développement est souvent incomplet et nécessite la mise en œuvre de soins intensifs visant à poursuivre leur croissance en dehors de l’environnement utérin. Souvent cependant, le stade développemental de l’enfant ne lui permet pas d’assimiler une alimentation entérale du fait de l’immaturité de son système digestif. Le recours à une voie centrale délivrant les nutriments assurant le développement devient alors une nécessité. Ce type de nutrition, appelée nutrition parentérale (NP, ou total parenteral nutrition TPN), permet l’administration de molécules simples, directement dans le sang du prématuré. Il n’est toutefois pas exempt de risques puisqu’exposée à la lumière, la NP peut s’oxyder et générer des molécules oxydantes telles que des hydroperoxydes lipidiques susceptibles de se fragmenter par la suite en hydroxy-alkénals. Ceci devient problématique au vu de l’immaturité des systèmes de défenses antioxydants du nouveau-né prématuré. L’utilisation prolongée de la NP est d’ailleurs à l’origine de maladie hépatiques dans lesquelles le stress oxydant et la nécro-inflammation sont des composantes majeures. Nous avons émis l’hypothèse que l’infusion chez les enfants prématurés, d’aldéhydes d’origine lipidique est en relation avec le développement du stress oxydant et de l’inflammation hépatique. Objectif : Notre étude a consisté à évaluer la relation entre les quantités d’hydroxy-alkénals dans la NP et les effets hépatiques engendrés sur les marqueurs de stress oxydant et les voies de signalisation responsables d’une induction de processus inflammatoire. Dans ce but, nous avons cherché à mesurer la peroxydation lipidique dans l’émulsion lipidique de la NP et la conséquence de l’infusion en continue d’hydroxy-alkénals sur les marqueurs de stress oxydant, sur la voie de signalisation médiée par le Nuclear Factor κB et sur le déclenchement du processus inflammatoire hépatique. A la suite de ce travail, nous avons également travaillé sur des alternatives à la photoprotection, qui est la seule méthode réellement optimale pour réduire la peroxydation des lipides de la NP, mais cliniquement difficilement praticable. Résultats : Nos résultats ont mis en évidence la génération de 4-hydroxynonenal in vitro dans la NP, ce phénomène est augmenté par une exposition lumineuse. Dans ce cadre, nous avons montré l’inefficacité de l’ajout de multivitamines dans l’émulsion lipidique comme alternative à la photoprotection. Dans la validation biologique qui a suivi sur un modèle animal, nos résultats ont permis de démontrer que l’augmentation des adduits glutathion-hydroxynonenal était imputable à l’augmentation de 4-hydroxynonenal (4-HNE) dans la NP, et non à une peroxydation endogène. Nos données indiquent que la probable augmentation hépatique des niveaux de 4-HNE a conduit à une activation du NFκB responsable de l’activation de la transcription des gènes pro-inflammatoires du Tumour Necrosis Factor-α (TNF-α) et de l’interleukine-1 (IL-1). Nous avons alors évalué la capacité d’une émulsion lipidique enrichie en acides gras polyinsaturés (AGPI) n-3 à baisser les concentrations de 4-HNE dans la NP, mais également à moduler le stress oxydant et les marqueurs pro-inflammatoires. Enfin, nous avons démontré, en collaboration avec l’équipe du Dr Friel, que certains peptides isolés du lait humain (par un processus mimant la digestion) permettent également une modulation du stress oxydant et du processus inflammatoire. Conclusion : Le stress oxydant exogène issu de la NP a conduit par activation de facteurs de transcription intra-hépatiques au déclenchement d’un processus inflammatoire potentiellement responsable du développement de maladies hépatiques reliées à la NP telle que la cholestase. Dans ce sens, les AGPI n-3 et les peptides antioxydants peuvent se poser en tant qu’alternatives crédibles à la photoprotection.

Predicting the profile of nutrients available for absorption: from nutrient requirement to animal response and environmental impact

Current feed evaluation systems for dairy cattle aim to match nutrient requirements with nutrient intake at pre-defined production levels. These systems were not developed to address, and are not suitable to predict, the responses to dietary changes in terms of production level and product composition, excretion of nutrients to the environment, and nutrition related disorders. The change from a requirement to a response system to meet the needs of various stakeholders requires prediction of the profile of absorbed nutrients and its subsequent utilisation for various purposes. This contribution examines the challenges to predicting the profile of nutrients available for absorption in dairy cattle and provides guidelines for further improved prediction with regard to animal production responses and environmental pollution. The profile of nutrients available for absorption comprises volatile fatty acids, long-chain fatty acids, amino acids and glucose. Thus the importance of processes in the reticulo-rumen is obvious. Much research into rumen fermentation is aimed at determination of substrate degradation rates. Quantitative knowledge on rates of passage of nutrients out of the rumen is rather limited compared with that on degradation rates, and thus should be an important theme in future research. Current systems largely ignore microbial metabolic variation, and extant mechanistic models of rumen fermentation give only limited attention to explicit representation of microbial metabolic activity. Recent molecular techniques indicate that knowledge on the presence and activity of various microbial species is far from complete. Such techniques may give a wealth of information, but to include such findings in systems predicting the nutrient profile requires close collaboration between molecular scientists and mathematical modellers on interpreting and evaluating quantitative data. Protozoal metabolism is of particular interest here given the paucity of quantitative data. Empirical models lack the biological basis necessary to evaluate mitigation strategies to reduce excretion of waste, including nitrogen, phosphorus and methane. Such models may have little predictive value when comparing various feeding strategies. Examples include the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) Tier II models to quantify methane emissions and current protein evaluation systems to evaluate low protein diets to reduce nitrogen losses to the environment. Nutrient based mechanistic models can address such issues. Since environmental issues generally attract more funding from governmental offices, further development of nutrient based models may well take place within an environmental framework.

Major advances in fundamental dairy cattle nutrition

Fundamental nutrition seeks to describe the complex biochemical reactions involved in assimilation and processing of nutrients by various tissues and organs, and to quantify nutrient movement (flux) through those processes. Over the last 25 yr, considerable progress has been made in increasing our understanding of metabolism in dairy cattle. Major advances have been made at all levels of biological organization, including the whole animal, organ systems, tissues, cells, and molecules. At the whole-animal level, progress has been made in delineating metabolism during late pregnancy and the transition to lactation, as well as in whole-body use of energy-yielding substrates and amino acids for growth in young calves. An explosion of research using multicatheterization techniques has led to better quantitative descriptions of nutrient use by tissues of the portal-drained viscera (digestive tract, pancreas, and associated adipose tissues) and liver. Isolated tissue preparations have provided important information on the interrelationships among glucose, fatty acid, and amino acid metabolism in liver, adipose tissue, and mammary gland, as well as the regulation of these pathways during different physiological states. Finally, the last 25 yr has witnessed the birth of "molecular biology" approaches to understanding fundamental nutrition. Although measurements of mRNA abundance for proteins of interest already have provided new insights into regulation of metabolism, the next 25 yr will likely see remarkable advances as these techniques continue to be applied to problems of dairy cattle biology. Integration of the "omics" technologies (functional genomics, proteomics, and metabolomics) with measurements of tissue metabolism obtained by other methods is a particularly exciting prospect for the future. The result should be improved animal health and well being, more efficient dairy production, and better models to predict nutritional requirements and provide rations to meet those requirements.

Very long chain n-3 polyunsaturated fatty acids in the food chain in the UK and the potential of animal-derived foods to increase intake

The very long chain (VLC) n-3 polyunsaturated fatty acids (PUFA), particularly eicosapentaenoic acid (EPA) and docosahexaenoic acid (DHA), are widely recognised to have beneficial effects on human health. However, recommended intakes of VLC n-3 PUFA (450 mg/day) are not being met by the diet in the majority of the population mainly because of low consumption of oil-rich fish. Current mean intake of VLC n-3 PUFA by adults is estimated to be about 282 mg/day with EPA and DHA contributing about 244 mg/day. Furthermore, the fact that only about 27% of adults eat any oil-rich fish (excluding canned tuna) and knowledge of the poor conversion of α-linolenic acid to EPA and DHA in vivo, particularly in men, leads to the need to review current dietary sources of these fatty acids. Animal-derived foods are likely to have an important function in increasing intake and studies have shown that feeding fish oils to animals can increase the EPA and DHA content of the resulting food products. This paper highlights the importance of examining current and projected consumption trends of meat and other animal products when exploring the potential impact of enriched foods by means of altering animal diets. When related to current food consumption data, potential dietary intakes of EPA+DHA from foods derived from animals fed enriched diets are calculated to be about 231 mg/day. If widely consumed, such foods could have a significant impact on progression of conditions such as cardiovascular disease. Consideration is also given to the sources of VLC n-3 PUFA in animal diets, with the sustainability of fish oil being questioned and the need to investigate the use of alternative dietary sources such as those of algal origin.

Current intakes of EPA and DHA in European populations and the potential of animal-derived foods to increase them

The beneficial effects of long-chain (C chain >= 20) n-3 PUFA are well documented and, overall, increased intake reduces risk of CVD. Recent evidence also points to a role in reducing, age-related decline in cognitive function. The two key fatty acids are EPA (20:5) and DHA (22:6), with current UK recommendation for adults being 450 mg EPA + DHA/d. Whilst some EPA and DHA can be synthesised in vivo from alpha-linolenic acid, recent data indicate this source to be very limited, Suggesting that EPA and DHA should be classified as dietary essentials. In many parts of Europe the daily intake of EPA + DHA by adults and especially young adults (18-24 years) is < 100 mg/d, since many never eat oily fish. Poultry meat contributes small but worthwhile amounts of EPA+DHA. Studies to enrich the EPA+DHA content of animal-derived foods mainly use fish oil in the diet of the animal. Recent work has shown that such enrichment has the potential to provide to the UK adult diet a daily intake of EPA+DHA of about 230 mg, with poultry meat providing the largest amount (74 mg). There are. however. concerns that the Continued and possibly increased use of fish oils in animals diets is not Sustainable and alternative approaches are being examined, including the genetic modification of certain plants to allow them to synthesise EPA and DHA from shorter-chain precursors.

Current intakes of EPA and DHA in European populations and the potential of animal-derived foods to increase them

The beneficial effects of long-chain (C chain >= 20) n-3 PUFA are well documented and, overall, increased intake reduces risk of CVD. Recent evidence also points to a role in reducing, age-related decline in cognitive function. The two key fatty acids are EPA (20:5) and DHA (22:6), with current UK recommendation for adults being 450 mg EPA + DHA/d. Whilst some EPA and DHA can be synthesised in vivo from alpha-linolenic acid, recent data indicate this source to be very limited, Suggesting that EPA and DHA should be classified as dietary essentials. In many parts of Europe the daily intake of EPA + DHA by adults and especially young adults (18-24 years) is < 100 mg/d, since many never eat oily fish. Poultry meat contributes small but worthwhile amounts of EPA+DHA. Studies to enrich the EPA+DHA content of animal-derived foods mainly use fish oil in the diet of the animal. Recent work has shown that such enrichment has the potential to provide to the UK adult diet a daily intake of EPA+DHA of about 230 mg, with poultry meat providing the largest amount (74 mg). There are. however. concerns that the Continued and possibly increased use of fish oils in animals diets is not Sustainable and alternative approaches are being examined, including the genetic modification of certain plants to allow them to synthesise EPA and DHA from shorter-chain precursors.

A genômica funcional no âmbito da produção animal: estado da arte e perspectivas

Os últimos vinte anos caracterizaram-se pela proliferação de tecnologias que tornaram possível decifrar o genoma das espécies, localizar e identificar particularidades na sua seqüência, elucidar as suas funções dentro dos sistemas biológicos e, sobretudo, começar a entender os mecanismos que controlam as interações entre os genótipos e os estímulos ambientais, que são responsáveis pela diversidade fenotípica. Estes estudos sobre as bases moleculares da variabilidade fenotípica abriram uma nova abordagem científica, caracterizada pela multiplicidade das questões envolvidas, que resultou no surgimento de novas áreas de pesquisa, cujos conhecimentos estão sendo aplicados em diversos campos da biologia, inclusive na zootecnia. Tendo em vista o grande impacto que tais conhecimentos estão tendo sobre a compreensão dos fenômenos biológicos, parece ser oportuno fazer uma avaliação das potencialidades de aplicação das abordagens de Genômica Funcional em pesquisas de nutrição e alimentação de ruminantes. Nesse contexto, este artigo está focado na descrição das principais ferramentas genômicas disponíveis e na discussão sobre a viabilidade de se utilizar as informações por elas geradas em benefício da produção animal.