Metabolic fate of fructose ingested with and without glucose in a mixed meal.

Ingestion of pure fructose stimulates de novo lipogenesis and gluconeogenesis. This may however not be relevant to typical nutritional situations, where fructose is invariably ingested with glucose. We therefore assessed the metabolic fate of fructose incorporated in a mixed meal without or with glucose in eight healthy volunteers. Each participant was studied over six hours after the ingestion of liquid meals containing either 13C-labelled fructose, unlabeled glucose, lipids and protein (Fr + G) or 13C-labelled fructose, lipids and protein, but without glucose (Fr), or protein and lipids alone (ProLip). After Fr + G, plasma 13C-glucose production accounted for 19.0% ± 1.5% and 13CO2 production for 32.2% ± 1.3% of 13C-fructose carbons. After Fr, 13C-glucose production (26.5% ± 1.4%) and 13CO2 production (36.6% ± 1.9%) were higher (p < 0.05) than with Fr + G. 13C-lactate concentration and very low density lipoprotein VLDL 13C-palmitate concentrations increased to the same extent with Fr + G and Fr, while chylomicron 13C-palmitate tended to increase more with Fr + G. These data indicate that gluconeogenesis, lactic acid production and both intestinal and hepatic de novo lipogenesis contributed to the disposal of fructose carbons ingested together with a mixed meal. Co-ingestion of glucose decreased fructose oxidation and gluconeogenesis and tended to increase 13C-pamitate concentration in gut-derived chylomicrons, but not in hepatic-borne VLDL-triacylglycerol (TG). This trial was approved by clinicaltrial. gov. Identifier is NCT01792089.

Assessment of metabolic fluxes in the mouse brain in vivo using 1H-[13C] NMR spectroscopy at 14.1 Tesla.

(13)C magnetic resonance spectroscopy (MRS) combined with the administration of (13)C labeled substrates uniquely allows to measure metabolic fluxes in vivo in the brain of humans and rats. The extension to mouse models may provide exclusive prospect for the investigation of models of human diseases. In the present study, the short-echo-time (TE) full-sensitivity (1)H-[(13)C] MRS sequence combined with high magnetic field (14.1 T) and infusion of [U-(13)C6] glucose was used to enhance the experimental sensitivity in vivo in the mouse brain and the (13)C turnover curves of glutamate C4, glutamine C4, glutamate+glutamine C3, aspartate C2, lactate C3, alanine C3, γ-aminobutyric acid C2, C3 and C4 were obtained. A one-compartment model was used to fit (13)C turnover curves and resulted in values of metabolic fluxes including the tricarboxylic acid (TCA) cycle flux VTCA (1.05 ± 0.04 μmol/g per minute), the exchange flux between 2-oxoglutarate and glutamate Vx (0.48 ± 0.02 μmol/g per minute), the glutamate-glutamine exchange rate V(gln) (0.20 ± 0.02 μmol/g per minute), the pyruvate dilution factor K(dil) (0.82 ± 0.01), and the ratio for the lactate conversion rate and the alanine conversion rate V(Lac)/V(Ala) (10 ± 2). This study opens the prospect of studying transgenic mouse models of brain pathologies.

Imaging the time-integrated cerebral metabolic activity with subcellular resolution through nanometer-scale detection of biosynthetic products deriving from (13)C-glucose.

Glucose is the primary source of energy for the brain but also an important source of building blocks for proteins, lipids, and nucleic acids. Little is known about the use of glucose for biosynthesis in tissues at the cellular level. We demonstrate that local cerebral metabolic activity can be mapped in mouse brain tissue by quantitatively imaging the biosynthetic products deriving from [U-(13)C]glucose metabolism using a combination of in situ electron microscopy and secondary ion mass-spectroscopy (NanoSIMS). Images of the (13)C-label incorporated into cerebral ultrastructure with ca. 100nm resolution allowed us to determine the timescale on which the metabolic products of glucose are incorporated into different cells, their sub-compartments and organelles. These were mapped in astrocytes and neurons in the different layers of the motor cortex. We see evidence for high metabolic activity in neurons via the nucleus (13)C enrichment. We observe that in all the major cell compartments, such as e.g. nucleus and Golgi apparatus, neurons incorporate substantially higher concentrations of (13)C-label than astrocytes.

Effects of fasting and refeeding on the metabolic functions of the turtle Kinosternon scorpioides (Linnaeus, 1766) raised in captivity

The metabolic responses of adult and young freshwater Kinosternon scorpioides turtles raised in captivity were evaluated. Two experiments were performed: a) blood metabolite changes caused by food deprivation, and b) liver and muscle glycogen and total lipid differences after fasting and refeeding. Blood glucose concentration of young animals was susceptible to food deprivation. In both groups this metabolite decreased after 30 days of fasting. Feeding for 15 days did not recover blood glucose. Total seric proteins were not affected by food deprivation. Fasting decreased blood urea nitrogen and the highest difference was found around 30 days. Uric acid increased in young animals after 60 days of fasting. Triacylglicerol decreased after 15 days of fasting and refeeding for 15 days recovered the pre-fasting levels. Free fatty acid plasma tended to increase around 15 days of fasting. Liver glycogen decreased at day 15 of fasting, being stable thereafter while muscle glycogen decreased at a slower rate. Total liver lipid stabilized after 30 days and then decreased 70% after 60 days of fasting. Muscle lipids remained stable throughout fasting. It could be concluded that fasting of Kinosternon scorpioides led to metabolic adaptations similar to the one reported from reptiles and fish.

Time course of changes in heart rate and blood pressure variability in streptozotocin-induced diabetic rats treated with insulin

Autonomic neuropathy is a frequent complication of diabetes associated with higher morbidity and mortality in symptomatic patients, possibly because it affects autonomic regulation of the sinus node, reducing heart rate (HR) variability which predisposes to fatal arrhythmias. We evaluated the time course of arterial pressure and HR and indirectly of autonomic function (by evaluation of mean arterial pressure (MAP) variability) in rats (164.5 ± 1.7 g) 7, 14, 30 and 120 days after streptozotocin (STZ) injection, treated with insulin, using measurements of arterial pressure, HR and MAP variability. HR variability was evaluated by the standard deviation of RR intervals (SDNN) and root mean square of successive difference of RR intervals (RMSSD). MAP variability was evaluated by the standard deviation of the mean of MAP and by 4 indices (P1, P2, P3 and MN) derived from the three-dimensional return map constructed by plotting MAPn x [(MAPn+1) - (MAPn)] x density. The indices represent the maximum concentration of points (P1), the longitudinal axis (P2), and the transversal axis (P3) and MN represents P1 x P2 x P3 x 10-3. STZ induced increased urinary glucose in diabetic (D) rats compared to controls (C). Seven days after STZ, diabetes reduced resting HR from 380.6 ± 12.9 to 319.2 ± 19.8 bpm, increased HR variability, as demonstrated by increased SDNN, from 11.77 ± 1.67 to 19.87 ± 2.60 ms, did not change MAP, and reduced P1 from 61.0 ± 5.3 to 51.5 ± 1.8 arbitrary units (AU), P2 from 41.3 ± 0.3 to 29.0 ± 1.8 AU, and MN from 171.1 ± 30.2 to 77.2 ± 9.6 AU of MAP. These indices, as well as HR and MAP, were similar for D and C animals 14, 30 and 120 days after STZ. Seven-day rats showed a negative correlation of urinary glucose with resting HR (r = -0.76, P = 0.03) as well as with the MN index (r = -0.83, P = 0.01). We conclude that rats with short-term diabetes mellitus induced by STZ presented modified autonomic control of HR and MAP which was reversible. The metabolic control may influence these results, suggesting that insulin treatment and a better metabolic control in this model may modify arterial pressure, HR and MAP variability

Metabolic fate of glutamine in lymphocytes, macrophages and neutrophils

Eric Newsholme's laboratory was the first to show glutamine utilization by lymphocytes and macrophages. Recently, we have found that neutrophils also utilize glutamine. This amino acid has been shown to play a role in lymphocyte proliferation, cytokine production by lymphocytes and macrophages and phagocytosis and superoxide production by macrophages and neutrophils. Knowledge of the metabolic fate of glutamine in these cells is important for the understanding of the role and function of this amino acid in the maintenance of the proliferative, phagocytic and secretory capacities of these cells. Glutamine and glucose are poorly oxidized by these cells and might produce important precursors for DNA, RNA, protein and lipid synthesis. The high rate of glutamine utilization and its importance in such cells have raised the question as to the source of this glutamine, which, according to current evidence, appears to be muscle.

Demographic and metabolic characteristics of individuals with progressive glucose tolerance

We evaluated changes in glucose tolerance of 17 progressors and 62 non-progressors for 9 years to improve our understanding of the pathogenesis of type 2 diabetes mellitus. Changes in anthropometric measurements and responses to an oral glucose tolerance test (OGTT) were analyzed. We identified 14 pairs of individuals, one from each group, who were initially normal glucose tolerant and were matched for gender, age, weight, and girth. We compared initial plasma glucose and insulin curves (from OGTT), insulin secretion (first and second phases) and insulin sensitivity indices (from hyperglycemic clamp assay) for both groups. In the normal glucose tolerant phase, progressors presented: 1) a higher OGTT blood glucose response with hyperglycemia in the second hour and a similar insulin response vs non-progressors; 2) a reduced first-phase insulin secretion (2.0 ± 0.3 vs 2.3 ± 0.3 pmol/L; P < 0.02) with a similar insulin sensitivity index and a lower disposition index (3.9 ± 0.2 vs 4.1 ± 0.2 µmol·kg-1·min-1 ; P < 0.05) vs non-progressors. After 9 years, both groups presented similar increases in weight and fasting blood glucose levels and progressors had an increased glycemic response at 120 min (P < 0.05) and reduced early insulin response to OGTT (progressors, 1st: 2.10 ± 0.34 vs 2nd: 1.87 ± 0.25 pmol/mmol; non-progressors, 1st: 2.15 ± 0.28 vs 2nd: 2.03 ± 0.39 pmol/mmol; P < 0.05). Theses data suggest that β-cell dysfunction might be a risk factor for type 2 diabetes mellitus.

Étude de l'implication des navettes du pyruvate découlant du métabolisme mitochondrial du glucose dans la régulation de la sécrétion d'insuline par les cellules bêta pancréatiques

Le diabète est une maladie métabolique qui se caractérise par une résistance à l’insuline des tissus périphériques et par une incapacité des cellules β pancréatiques à sécréter les niveaux d’insuline appropriés afin de compenser pour cette résistance. Pour mieux comprendre les mécanismes déficients dans les cellules β des patients diabétiques, il est nécessaire de comprendre et de définir les mécanismes impliqués dans le contrôle de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose. Dans les cellules β pancréatiques, le métabolisme du glucose conduit à la production de facteurs de couplage métabolique, comme l’ATP, nécessaires à la régulation de l’exocytose des vésicules d’insuline. Le mécanisme par lequel la production de l’ATP par le métabolisme oxydatif du glucose déclenche l’exocytose des vésicules d’insuline est bien décrit dans la littérature. Cependant, il ne peut à lui seul réguler adéquatement la sécrétion d’insuline. Le malonyl-CoA et le NADPH sont deux autres facteurs de couplage métaboliques qui ont été suggérés afin de relier le métabolisme du glucose à la régulation de la sécrétion d’insuline. Les mécanismes impliqués demeurent cependant à être caractérisés. Le but de la présente thèse était de déterminer l’implication des navettes du pyruvate, découlant du métabolisme mitochondrial du glucose, dans la régulation de la sécrétion d’insuline. Dans les cellules β, les navettes du pyruvate découlent de la combinaison des processus d’anaplérose et de cataplérose et permettent la transduction des signaux métaboliques provenant du métabolisme du glucose. Dans une première étude, nous nous sommes intéressés au rôle de la navette pyruvate/citrate dans la régulation de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose, puisque cette navette conduit à la production dans le cytoplasme de deux facteurs de couplage métabolique, soit le malonyl-CoA et le NADPH. De plus, la navette pyruvate/citrate favorise le flux métabolique à travers la glycolyse en réoxydation le NADH. Une étude effectuée précédemment dans notre laboratoire avait suggéré la présence de cette navette dans les cellules β pancréatique. Afin de tester notre hypothèse, nous avons ciblé trois étapes de cette navette dans la lignée cellulaire β pancréatique INS 832/13, soit la sortie du citrate de la mitochondrie et l’activité de l’ATP-citrate lyase (ACL) et l’enzyme malique (MEc), deux enzymes clés de la navette pyruvate/citrate. L’inhibition de chacune de ces étapes par l’utilisation d’un inhibiteur pharmacologique ou de la technologie des ARN interférant a corrélé avec une réduction significative de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose. Les résultats obtenus suggèrent que la navette pyruvate/citrate joue un rôle critique dans la régulation de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose. Parallèlement à notre étude, deux autres groupes de recherche ont suggéré que les navettes pyruvate/malate et pyruvate/isocitrate/α-cétoglutarate étaient aussi importantes pour la sécrétion d’insuline en réponse au glucose. Ainsi, trois navettes découlant du métabolisme mitochondrial du glucose pourraient être impliquées dans le contrôle de la sécrétion d’insuline. Le point commun de ces trois navettes est la production dans le cytoplasme du NADPH, un facteur de couplage métabolique possiblement très important pour la sécrétion d’insuline. Dans les navettes pyruvate/malate et pyruvate/citrate, le NADPH est formé par MEc, alors que l’isocitrate déshydrogénase (IDHc) est responsable de la production du NADPH dans la navette pyruvate/isocitrate/α-cétoglutarate. Dans notre première étude, nous avions démontré l’importance de l’expression de ME pour la sécrétion adéquate d’insuline en réponse au glucose. Dans notre deuxième étude, nous avons testé l’implication de IDHc dans les mécanismes de régulation de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose. La diminution de l’expression de IDHc dans les INS 832/13 a stimulé la sécrétion d’insuline en réponse au glucose par un mécanisme indépendant de la production de l’ATP par le métabolisme oxydatif du glucose. Ce résultat a ensuite été confirmé dans les cellules dispersées des îlots pancréatiques de rat. Nous avons aussi observé dans notre modèle que l’incorporation du glucose en acides gras était augmentée, suggérant que la diminution de l’activité de IDHc favorise la redirection du métabolisme de l’isocitrate à travers la navette pyruvate/citrate. Un mécanisme de compensation à travers la navette pyruvate/citrate pourrait ainsi expliquer la stimulation de la sécrétion d’insuline observée en réponse à la diminution de l’expression de IDHc. Les travaux effectués dans cette deuxième étude remettent en question l’implication de l’activité de IDHc, et de la navette pyruvate/isocitrate/α-cétoglutarate, dans la transduction des signaux métaboliques reliant le métabolisme du glucose à la sécrétion d’insuline. La navette pyruvate/citrate est la seule des navettes du pyruvate à conduire à la production du malonyl-CoA dans le cytoplasme des cellules β. Le malonyl-CoA régule le métabolisme des acides gras en inhibant la carnitine palmitoyl transférase 1, l’enzyme limitante dans l’oxydation des acides gras. Ainsi, l’élévation des niveaux de malonyl-CoA en réponse au glucose entraîne une redirection du métabolisme des acides gras vers les processus d’estérification puis de lipolyse. Plus précisément, les acides gras sont métabolisés à travers le cycle des triglycérides/acides gras libres (qui combinent les voies métaboliques d’estérification et de lipolyse), afin de produire des molécules lipidiques signalétiques nécessaires à la modulation de la sécrétion d’insuline. Des études effectuées précédemment dans notre laboratoire ont démontré que l’activité lipolytique de HSL (de l’anglais hormone-sensitive lipase) était importante, mais non suffisante, pour la régulation de la sécrétion d’insuline. Dans une étude complémentaire, nous nous sommes intéressés au rôle d’une autre lipase, soit ATGL (de l’anglais adipose triglyceride lipase), dans la régulation de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose et aux acides gras. Nous avons démontré que ATGL est exprimé dans les cellules β pancréatiques et que son activité contribue significativement à la lipolyse. Une réduction de son expression dans les cellules INS 832/13 par RNA interférant ou son absence dans les îlots pancréatiques de souris déficientes en ATGL a conduit à une réduction de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose en présence ou en absence d’acides gras. Ces résultats appuient l’hypothèse que la lipolyse est une composante importante de la régulation de la sécrétion d’insuline dans les cellules β pancréatiques. En conclusion, les résultats obtenus dans cette thèse suggèrent que la navette pyruvate/citrate est importante pour la régulation de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose. Ce mécanisme impliquerait la production du NADPH et du malonyl-CoA dans le cytoplasme en fonction du métabolisme du glucose. Cependant, nos travaux remettent en question l’implication de la navette pyruvate/isocitrate/α-cétoglutarate dans la régulation de la sécrétion d’insuline. Le rôle exact de IDHc dans ce processus demeure cependant à être déterminé. Finalement, nos travaux ont aussi démontré un rôle pour ATGL et la lipolyse dans les mécanismes de couplage métabolique régulant la sécrétion d’insuline.

Le remodelage cardiaque lors de la gestation chez la rate : implication du récepteur aux minéralocorticoïdes et altérations par un supplément sodique

La grossesse induit de profonds changements hémodynamiques et métaboliques de l’organisme maternel qui ont des conséquences sur le cœur. L’adaptation du cœur à cette condition physiologique nécessite un remodelage de sa structure et par conséquent des ajustements de sa fonction. Les mécanismes responsables de ces adaptations sont en grande partie inconnus. Cependant, ces connaissances sont essentielles pour la compréhension des complications cardiovasculaires, telle que l’hypertension gestationnelle (HG), qui constituent un risque pour la santé de la mère et du fœtus. Afin de caractériser les adaptations du cœur lors de la grossesse, l’originalité de notre approche expérimentale consistait à étudier le remodelage à l’échelle des cardiomyocytes du ventricule gauche. Ainsi, notre premier objectif était de déterminer les modifications structurales et fonctionnelles des cardiomyocytes chez la rate en vue d’identifier les altérations lors de l’HG. Chez les rates gestantes, le remodelage structural des cardiomyocytes se caractérise par une hypertrophie cellulaire avec une augmentation proportionnelle des dimensions. L’HG a été induite par un supplément sodique (0.9% NaCl) dans la diète. L’inadaptation structurale lors de l’HG se traduit par une diminution du volume cellulaire. L’étude des modifications fonctionnelles a révélé que lors de la gestation le fonctionnement contractile des cellules est dépendant de l’adaptation du métabolisme maternel. En effet, les substrats énergétiques, lactate et pyruvate, induisent une augmentation de la contractilité des cardiomyocytes. Cet effet est plus faible dans les cellules des rates hypertendues, ce qui suggère des anomalies du couplage excitation-contraction, dans lequel les courants calciques de type L (ICa-L) jouent un rôle important. Paradoxalement, le lactate et le pyruvate ont induit une augmentation de la densité des courants ICa-L seulement chez les rates hypertendues. Le récepteur aux minéralocorticoïdes (RM) est connu pour son implication dans le remodelage structuro-fonctionnel du cœur dans les conditions pathologiques mais pas dans celui induit par la grossesse. Notre deuxième objectif était donc de déterminer le rôle du RM dans l’adaptation de la morphologie et de la contractilité des cardiomyocytes. Des rates gestantes ont été traitées avec le canrénoate de potassium (20 mg/kg/jr), un antagoniste des RM. L’inhibition des RM pendant la gestation empêche l’hypertrophie cellulaire. De plus, l’inhibition des RM bloque l’effet du lactate et du pyruvate sur la contractilité. Chez la femme, la grossesse est associée à des changements des propriétés électriques du cœur. Sur l’électrocardiogramme, l’intervalle QTc est plus long, témoignant de la prolongation de la repolarisation. Les mécanismes régulant cette adaptation restent encore inconnus. Ainsi, notre troisième objectif était de déterminer le rôle du RM dans l’adaptation de la repolarisation. Chez la rate gestante, l’intervalle QTc est prolongé ce qui est corroboré par la diminution des courants potassiques Ito et IK1. L’inhibition des RM pendant la gestation empêche la prolongation de l’intervalle QTc et la diminution des courants Ito. Les travaux exposés dans cette thèse apportent une vision plus précise du remodelage cardiaque induit par la grossesse, qui est permise par l’étude à l’échelle cellulaire. Nos résultats montrent que lors de la gestation et de l’HG les cardiomyocytes subissent des remodelages morphologiques contrastés. Notre étude a aussi révélé que lors de la gestation, la fonction contractile est tributaire des adaptations métaboliques et que cette relation est altérée lors de l’HG. Nos travaux montrent que la régulation de ces adaptations gestationnelles fait intervenir le RM au niveau de la morphologie, de la relation métabolisme/fonctionnement contractile et de la repolarisation. En faisant avancer les connaissances sur l’hypertrophie de la grossesse, ces travaux vont permettre d’améliorer la compréhension des complications cardiovasculaires gestationnelles.

Monoacylglycerol as a metabolic coupling factor in glucose-stimulated insulin secretion

Les cellules beta pancréatiques sécrètent l’insuline lors d’une augmentation post-prandiale du glucose dans le sang. Ce processus essentiel est contrôlé par des facteurs physiologiques, nutritionnels et pathologiques. D’autres sources d’énergie, comme les acides aminés (leucine et glutamine) ou les acides gras potentialisent la sécrétion d’insuline. Une sécrétion d’insuline insuffisante au besoin du corps déclanche le diabète. Le rôle que joue l’augmentation du calcium intracellulaire et les canaux K+/ATP dans la sécrétion d’insuline est bien connu. Bien que le mécanisme exact de la potentialisation de la sécrétion d’insuline par les lipides est inconnu, le cycle Glycérolipides/Acides gras (GL/FFA) et son segment lipolytique ont été reconnu comme un composant essentiel de la potentialisation lipidique de la sécrétion d’insuline. Le diacylglycérol, provenant de la lipolyse, a été proposé comme un signal lipidique important d’amplification. Cependant, l’hydrolyse des triglycérides et des diacylglycérides a été démontrée essentielle pour la sécrétion d’insuline stimulée par le glucose, en suggérant un rôle du monoacylglycérol (MAG) dans ce processus. Dans cette étude, on démontre que la réduction de la sécrétion d’insuline stimulée par le glucose, lors d’une inhibition de la lipolyse, est restaurée par l’addition de MAG. Dans les cellules beta pancréatiques, le niveau de MAG augmente en présence des concentrations élevées du glucose, et également lorsqu’on inhibe l’enzyme MAG hydrolase abhydrolase-6 (ABHD6) avec l’inhibiteur spécifique WWL70. L’analyse lipidomique a démontré qu’après la stimulation des cellules beta pancréatiques avec le glucose et aussi avec le WWL70, l’espèce la plus accumulée de MAG était le 1-stearoylglycérol (1-SG). L’addition de 1-SG, de 1-palmitoylglycérol (1-PG) ou de WWL70 augmente la sécrétion d’insuline stimulée par le glucose, et cette augmentation est indépendante de la génération de acides gras à partir de MAG. Cela suggère que le MAG est un signal lipidique pour la potentialisation de la sécrétion d’insuline stimulée par le glucose. De plus, la surexpression du gène d’ABHD6 dans les cellules INS832/13 cause une réduction de la sécrétion d’insuline, due probablement à la diminution des niveaux intracellulaire de MAG. Avec le but de comprendre le mécanisme moléculaire impliqué dans la potentialisation de la sécrétion d’insuline par le MAG, on a bloqué l’action du récepteur vanilloid-1 (TRPV1) liant le MAG par l’agent pharmacologiste, AMG9810. Le traitement des cellules beta pancréatique par AMG9810 entraîne une diminution de la potentialisation de la sécrétion de l’insuline induite par le MAG. Il est a noter que le MAG pourrait activer TRPV1 par une liaison physique dans la membrane cellulaire interne; ce qui entraînerai l’entrée du calcium dans la cellule, et ensuite la stimulation de l’exocytose des granules à insuline. En soutien de cette hypothèse, on a trouvé une diminution du calcium intracellulaire lorsqu’on traite au AMG9810 des cellules beta pancréatique de rat (provenant des îlots dispersés) stimulées au glucose et au WWL70. L’ensemble des résultats suggère que le MAG est un médiateur de la potentialisation lipidique de la sécrétion d’insuline stimulée par le glucose. Vu que l’inhibition pharmacologique d’ABHD6 augmente la sécrétion d’insuline, on pourra conclure que cette enzyme représente une cible thérapeutique potentielle dans le développement des médicaments anti-diabétiques, visant une augmentation de la sécrétion d’insuline.

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

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

Acute salinity stress alters the haemolymph metabolic profile of Penaeus monodon and reduces immunocompetence to white spot syndrome virus infection

Influence of acute salinity stress on the immunological and physiological response of Penaeus monodon to white spot syndrome virus (WSSV) infection was analysed. P. monodon maintained at 15‰ were subjected to acute salinity changes to 0‰ and 35‰ in 7 h and then challenged orally with WSSV. Immune variables viz., total haemocyte count, phenol oxidase activity (PO), nitroblue tetrazolium salt (NBT) reduction, alkaline phosphatase activity (ALP), acid phosphatase activity (ACP) and metabolic variables viz., total protein, total carbohydrates, total free amino acids (TFAA), total lipids, glucose and cholesterol were determined soon after salinity change and on post challenge days 2 (PCD2) and 5 (PCD5). Acute salinity change induced an increase in metabolic variables in shrimps at 35‰ except TFAA. Immune variables reduced significantly (Pb0.05) in shrimps subjected to salinity stress with the exception of ALP and PO at 35‰ and the reduction was found to be more at 0‰. Better performance of metabolic and immune variables in general could be observed in shrimps maintained at 15‰ that showed significantly higher post challenge survival following infection compared to those under salinity stress. Stress was found to be higher in shrimps subjected to salinity change to lower level (0‰) than to higher level (35‰) as being evidenced by the better immune response and survival at 35‰. THC (Pb0.001), ALP (Pb0.01) and PO (Pb0.05) that together explained a greater percentage of variability in survival rate, could be proposed as the most potential health indicators in shrimp haemolymph. It can be concluded from the study that acute salinity stress induces alterations in the haemolymph metabolic and immune variables of P. monodon affecting the immunocompetence and increasing susceptibility to WSSV, particularly at low salinity stress conditions

Inverse Metabolic Engineering of Synechocystis PCC 6803 for Improved Growth Rate and Poly-3-hydroxybutyrate Production

Synechocystis PCC 6803 is a photosynthetic bacterium that has the potential to make bioproducts from carbon dioxide and light. Biochemical production from photosynthetic organisms is attractive because it replaces the typical bioprocessing steps of crop growth, milling, and fermentation, with a one-step photosynthetic process. However, low yields and slow growth rates limit the economic potential of such endeavors. Rational metabolic engineering methods are hindered by limited cellular knowledge and inadequate models of Synechocystis. Instead, inverse metabolic engineering, a scheme based on combinatorial gene searches which does not require detailed cellular models, but can exploit sequence data and existing molecular biological techniques, was used to find genes that (1) improve the production of the biopolymer poly-3-hydroxybutyrate (PHB) and (2) increase the growth rate. A fluorescence activated cell sorting assay was developed to screen for high PHB producing clones. Separately, serial sub-culturing was used to select clones that improve growth rate. Novel gene knock-outs were identified that increase PHB production and others that increase the specific growth rate. These improvements make this system more attractive for industrial use and demonstrate the power of inverse metabolic engineering to identify novel phenotype-associated genes in poorly understood systems.

First lactation ovarian function in dairy heifers in relation to prepubertal metabolic profiles

The aim of this study was to determine whether any differences in the GH-IGF-I axis in juvenile calves were predictive of fertility problems as adult cows. Endogenous metabolic hormone profiles before and after feeding and the response to a GH-releasing factor (GRF) challenge were measured in prepubertal (6 month) dairy calves. These metabolic parameters were subsequently related to physical characteristics at puberty and to ovarian function during the first lactation. Milk progesterone analysis was used to categorize the animals into those with normal progesterone profiles following calving (n = 17) and those that developed delayed ovulation (DOV1, n = 9) or persistent corpus luteum (PCL1, n = 6) profiles. There were associations between prepubertal GH parameters, glucose and non-esterified fatty acid (NEFA) concentrations and the body condition score at which the animals attained puberty. The calves which subsequently developed DOV1 profiles as cows tended to have a higher GH pulse amplitude during fasting than normal profile animals, they did not show the anticipated decrease in circulating glucose concentrations following a post-prandial rise in insulin and they also had the lowest IGF-I concentrations. The calves that later developed PCL1 had a significantly larger GH pulse amplitude and pulse area than normal profile animals in the fed period and had the highest IGF-I concentrations. There were no differences in prepubertal insulin or NEFA concentrations or in the GH response to a GRF challenge between the different progesterone profile categories. Plasma IGF-I concentrations in prepubertal animals were positively correlated with their post-calving concentrations, whereas glucose concentrations had a negative correlation between these time-periods. These results suggested that the different juvenile endocrine profiles of the DOV1 cows may predispose them to a higher rate of tissue mobilization during lactation and a consequent reduction in fertility, while altered GH and IGF-I levels in PCL1 cows may later contribute to the maintenance of the persistent corpus luteum. Therefore metabolic differences in prepubertal calves were later reflected by altered reproductive function during the first lactation.

A sequential two meal challenge reveals abnormalities in postprandial TAG but not glucose in men with increasing numbers of metabolic syndrome components

Objective To examine the impact of increasing numbers of metabolic syndrome (MetS) components on postprandial lipaemia. Methods Healthy men (n = 112) underwent a sequential meal postprandial investigation, in which blood samples were taken at regular intervals after a test breakfast (0 min) and lunch (330 min). Lipids and glucose were measured in the fasting sample, with triacylglycerol (TAG), non-esterified fatty acids and glucose analysed in the postprandial samples. Results Subjects were grouped according to the number of MetS components regardless of the combinations of components (0/1, 2, 3 and 4/5). As expected, there was a trend for an increase in body mass index, blood pressure, fasting TAG, glucose and insulin, and a decrease in fasting high-density lipoprotein cholesterol with increasing numbers of MetS components (P≤0.0004). A similar trend was observed for the summary measures of the postprandial TAG and glucose responses. For TAG, the area under the curve (AUC) and maximum concentration (maxC) were significantly greater in men with ≥ 3 than < 3 components (P < 0.001), whereas incremental AUC was greater in those with 3 than 0/1 and 2, and 4/5 compared with 2 components (P < 0.04). For glucose, maxC after the test breakfast (0-330 min) and total AUC (0-480 min) were higher in men with ≥ 3 than < 3 components (P≤0.001). Conclusions Our data analysis has revealed a linear trend between increasing numbers of MetS components and magnitude (AUC) of the postprandial TAG and glucose responses. Furthermore, the two meal challenge discriminated a worsening of postprandial lipaemic control in subjects with ≥ 3 MetS components.