Activation of peroxisome proliferator-activated receptor-β/-δ (PPAR-β/-δ) ameliorates insulin signaling and reduces SOCS3 levels by inhibiting STAT3 in interleukin-6-stimulated adipocytes.

OBJECTIVE It has been suggested that interleukin (IL)-6 is one of the mediators linking obesity-derived chronic inflammation with insulin resistance through activation of STAT3, with subsequent upregulation of suppressor of cytokine signaling 3 (SOCS3). We evaluated whether peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR)-β/-δ prevented activation of the IL-6-STAT3-SOCS3 pathway and insulin resistance in adipocytes. RESEARCH DESIGN AND METHODS First, we observed that the PPAR-β/-δ agonist GW501516 prevented both IL-6-dependent reduction in insulin-stimulated Akt phosphorylation and glucose uptake in adipocytes. In addition, this drug treatment abolished IL-6-induced SOCS3 expression in differentiated 3T3-L1 adipocytes. This effect was associated with the capacity of the drug to prevent IL-6-induced STAT3 phosphorylation on Tyr(705) and Ser(727) residues in vitro and in vivo. Moreover, GW501516 prevented IL-6-dependent induction of extracellular signal-related kinase (ERK)1/2, a serine-threonine-protein kinase involved in serine STAT3 phosphorylation. Furthermore, in white adipose tissue from PPAR-β/-δ-null mice, STAT3 phosphorylation (Tyr(705) and Ser(727)), STAT3 DNA-binding activity, and SOCS3 protein levels were higher than in wild-type mice. Several steps in STAT3 activation require its association with heat shock protein 90 (Hsp90), which was prevented by GW501516 as revealed in immunoprecipitation studies. Consistent with this finding, the STAT3-Hsp90 association was enhanced in white adipose tissue from PPAR-β/-δ-null mice compared with wild-type mice. CONCLUSIONS Collectively, our findings indicate that PPAR-β/-δ activation prevents IL-6-induced STAT3 activation by inhibiting ERK1/2 and preventing the STAT3-Hsp90 association, an effect that may contribute to the prevention of cytokine-induced insulin resistance in adipocytes.

GLP-1 protects beta-cells against apoptosis by enhancing the activity of an IGF-2/IGF-1 receptor autocrine loop

GLP-1 protects β-cells against apoptosis by still incompletely understood mechanisms. In a recent study, we searched for novel anti-apoptotic pathways by performing comparative transcriptomic analysis of islets from Gipr-/-;Glp-1r-/- mice, which show increased susceptibility to cytokine-induced apoptosis. We observed a strong reduction in IGF-1R expression in the knockout islets suggesting a link between the gluco-incretin and IGF-1R signaling pathways. Using MIN6 and primary islet cells, we demonstrated that GLP-1 strongly stimulates IGF-1R expression and that activation of the IGF-1R/Akt signaling pathway required active secretion of IGF-2 by the β-cells. We showed that inactivation of the IGF-1 receptor gene in β-cells or preventing its up-regulation by GLP-1, as well as suppressing IGF-2 expression or action, blocked the protective effect of GLP-1 against cytokine-induced apoptosis. Thus, an IGF-2/IGF-1 receptor autocrine loop operates in β-cells and GLP-1 increases its activity by enhancing IGF-1R expression and by stimulating IGF-2 secretion. This mechanism is required for GLP-1 to protect β-cells against apoptosis.

A study of the translational regulation exerted by some neuroactive substances on the expression of the monocarboxylate transporter MCT2 in cultured cortical neurons

Summary of the thesis Glucose has been considered the major, if not the exclusive, energy substrate for the brain. But under certain conditions other substrates, namely monocarboxylates (lactate, pyruvate, and ketone bodies), can contribute significantly to satisfy brain energy demands. These monocarboxylates need to be transported across the blood brain barrier as well as out of astrocytes into the extracellular space and taken up into neurons. It has been shown that monocarboxylates are transported by a family of proton-linked transporters called monocarboxylate transporters (MCTs). In the central nervous system, MCT2 is the predominant neuronal form and little is known about the regulation of its expression. The neurotransmitter noradrenaline (NA) was shown previously to enhance the expression of MCT2 in cultured cortical neurons via a translational mechanism. Here, we demonstrate that two other substances, namely, insulin and IGF-1 enhance MCT2 protein expression in cultured mouse cortical neurons in a time- and concentrationdependent manner without affecting MCT2 mRNA levels. This result confirmed that MCT2 protein expression is translationally regulated and extend the observation to different types of neuroactive substances. Then we sought to determine by which signaling pathway(s) NA, insulin and IGF-1 can induce MCT2 protein expression. First, we observed by Western blot that all three substances cause activation of the MAP kinase ERK as well as the kinase Akt via their phosphorylation. Moreover, the mTOR/S6K pathway which is known to play an important role in translation initiation regulation was also strongly stimulated by all three substances. Second, we sought to determine the implication of these signaling pathways on the NA-, insulin- and IGF-1-induced enhancement of MCT2 protein expression and used specific inhibitors of these signaling pathways. We observed that the Pia kinase and mTOR inhibitors LY294002 and rapamycin respectively, strongly prevent the enhancement. of MCT2 expression caused by either NA, insulin ar IGF-1. In contrast, the MEK inhibitor PD98059 and the p38 MAP kinase inhibitor SB202190 had only a slight effect on the enhancement of MCT2 expression in all three cases. These results suggest that NA, insulin and IGF-1 regulate MCT2 protein expression by a common mechanism most likely involving the Akt/PKB pathway and translational activation via mTOR. In conclusion, considering the roles of NA, insulin and IGF-1 in synaptic plasticity, the tight translational regulation of MCT2 expression by these substances may represent a common mechanism through which supply of potentiated synapses with nonglucose energy substrates can be adapted to the level of activity. Résumé du travail de thèse Le glucose représente le substrat énergétique majeur pour le cerveau. Cependant, dans certaines conditions physiologiques ou pathologiques, le cerveau a la capacité d'utiliser des substrats énergétiques appartenant à la classe des monocarboxylates (lactate, pyruvate et corps cétoniques) afin de satisfaire ses besoins énergétiques. Ces monocarboxylates doivent être transportés à travers la barrière hématoencéphalique mais aussi hors des astrocytes vers l'espace extracellulaire puis re-captés par les neurones. Leur transport est assuré par une famille de transporteurs spécifiques, protons-dépendants, appelés transporteurs aux monocarboxylates (MCTs). Dans le système nerveux central, les neurones expriment principalement l'isoforme MCT2 mais peu d'informations sont disponibles concernant la régulation de son expression. Il a été montré que le neurotransmetteur noradrénaline (NA) augmente l'expression de MCT2 dans les cultures de neurones corticaux de souris par le biais d'un mécanisme de régulation traductionnel. La présente étude nous a permis de démontrer que deux autres substances, l'insuline et 17GF-1, induisent une augmentation de la protéine MCT2 dans ces mêmes cultures selon un décours temporel et une gamme de concentrations particulière. Etonnamment, aucun changement n'a été observé concernant les niveaux d'ARNm de MCT2. Ce résultat .confirme que la protéine MCT2 est régulée de manière traductionnelle et révèle que différentes substances neuro-actives peuvent réguler l'expression de MCT2. Compte tenu de ces observations, nous avons voulu déterminer par quelle(s) voie(s) de signalisation la NA, l'insuline et l'IGF-1 exercent leur effet sur l'expression de MCT2. Dans un premier temps, nous avons pu observer par Western blot que ces trois substances activent la MAP kinase ERK ainsi que la kinase Akt via leur phasphorylation. De plus, la voie mTOR/S6K, connue pour son implication dans la régulation de l'initiation de la traduction est aussi fortement activée par ces trois substances. Dans un second temps, nous avons voulu déterminer I implication de chacune de ces voies de signalisation dans l'augmentation de l'expression de la protéine MCT2 observée après stimulation à la NA, à l'insuline et à l'IGF-1. Pour ce faire, nous avons utilisé des inhibiteurs spécifiques de chacune de ces voies. (Vous avons observé que les inhibiteurs des voies PI3 kinase et mTOR (LY294002 et rapamycin respectivement), prévenaient fortement l'augmentation de l'expression de MCT2 induite par la NA, l'insuline ou (IGF-1. A l'inverse, les inhibitions de la MAP kinase .kinase MEK ainsi que de la MAP kinase p38 (par l'utilisation des inhibiteurs spécifiques PD98059 et SB202190 respectivement) n'ont eu qu'un léger effet dans ces mêmes conditions. Ces résultats suggèrent que la NA, 'l'insuline et I~GF-1 régulent l'expression de la protéine MCT2 par un mécanisme commun impliquant probablement la voie Akt/PKB et l'activation de la traduction via mTOR. En conclusion, considérant l'implication de la NA, de l'insuline et de I`IGF-1 dans la plasticité synaptique, le contrôle traductionnel étroit exercé par ces substances sur l'expression de MCT2 pourrait être un moyen d'alimenter en substrats énergétiques autres que le glucose les synapses activées et également d'adapter l'approvisionnement en substrats énergétiques au niveau d'activité. Résumé « grand public » Le cerveau est un organe qui réalise des tâches complexes nécessitant un apport important en énergie. La principale source d'énergie du cerveau est le glucose. Bien que le cerveau ne représente que 2% de la masse corporelle, il consomme à lui seul plus de 25% du glucose et 20% de l'oxygène provenant de la circulation sanguine. La nécessité d'un tel apport en énergie réside dans la nature -même du fonctionnement des milliards de neurones qui utilisent des signaux électriques et chimiques pour communiquer entre eux. Hormis l'utilisation massive du glucose comme source d'énergie, le cerveau est capable de consommer d'autres substrats énergétiques dans certaines conditions physiologiques ou pathologiques. Les monocarboxylates (lactate, pyruvate et corps cétoniques) font partie de ces autres sources d'énergie. Contrairement au glucose, les monocarboxylates ne diffusent pas facilement de la circulation sanguine vers les neurones. Afin de pouvoir être consommés par les neurones, ils doivent être transportés par un système adapté. Ce sont des transporteurs appelés transporteurs aux monocarboxylates ou MCT qui permettent le passage de ces substrats énergétiques du sang vers les neurones. Le but de ce travail de thèse a été de comprendre comment est régulée l'expression de MCT2, l'un de ces transporteurs exprimé spécifiquement à la surface des neurones. Cette étude nous a permis de mettre en évidence que le neurotransmetteur noradrénaline ainsi que les hormones insuline et IGF-1 (insulinlike growth factor-1) sont capables d'induire une augmentation d'expression de MCT2 à la surface des neurones en culture. Nous avons ensuite voulu déterminer par quels mécanismes de signalisation ces substances agissent sur l'expression de MCT2. Nous avons pu observer que la surexpression de la protéine MCT2 est due à une augmentation d'activité traductionnelle (la traduction étant une des étapes qui permet la synthèse des protéines) induite par le biais d'une voie de signalisation particulière. En conclusion, lorsque la noradrénaline, l'insuline ou 17GF-1 agissent sur les neurones, la traduction de la protéine MCT2 est activée et on observe une augmentation de l'expression de MCT2. Ce mécanisme pourrait permettre d'augmenter l'apport énergétique au niveau des neurones en augmentant le nombre de transporteurs pour les substrats énergétiques que sont les monocarboxylates. D'un point de vue physiologique, cette régulation d'expression pourrait jouer un rôle primordial dans des situations d'apprentissage et de mémorisation. Sur le plan pathologique, cela pourrait permettre de prévenir les dommages causes aux neurones dans certains cas d'atteintes cérébrales.

Study of Vaccinia and Cowpox viruses' replication in Rac1-N17 dominant-negative cells

Interfering with cellular signal transduction pathways is a common strategy used by many viruses to create a propitious intracellular environment for an efficient replication. Our group has been studying cellular signalling pathways activated by the orthopoxviruses Vaccinia (VACV) and Cowpox (CPXV) and their significance to viral replication. In the present study our aim was to investigate whether the GTPase Rac1 was an upstream signal that led to the activation of MEK/ERK1/2, JNK1/2 or Akt pathways upon VACV or CPXV' infections. Therefore, we generated stable murine fibroblasts exhibiting negative dominance to Rac1-N17 to evaluate viral growth and the phosphorylation status of ERK1/2, JNK1/2 and Akt. Our results demonstrated that VACV replication, but not CPXV, was affected in dominant-negative (DN) Rac1-N17 cell lines in which viral yield was reduced in about 10-fold. Viral late gene expression, but not early, was also reduced. Furthermore, our data showed that Akt phosphorylation was diminished upon VACV infection in DN Rac1-N17 cells, suggesting that Rac1 participates in the phosphoinositide-3 kinase pathway leading to the activation of Akt. In conclusion, our results indicate that while Rac1 indeed plays a role in VACV biology, perhaps another GTPase may be involved in CPXV replication.

Peroxisome proliferator-activated receptor beta/delta exerts a strong protection from ischemic acute renal failure.

Ischemic acute renal failure is characterized by damages to the proximal straight tubule in the outer medulla. Lesions include loss of polarity, shedding into the tubule lumen, and eventually necrotic or apoptotic death of epithelial cells. It was recently shown that peroxisome proliferator-activated receptor beta/delta (PPARbeta/delta) increases keratinocyte survival after an inflammatory reaction. Therefore, whether PPARbeta/delta could contribute also to the control of tubular epithelium death after renal ischemia/reperfusion was tested. It was found that PPARbeta/delta+/- and PPARbeta/delta-/- mutant mice exhibited much greater kidney dysfunction and injury than wild-type counterparts after a 30-min renal ischemia followed by a 36-h reperfusion. Conversely, wild-type mice that were given the specific PPARbeta/delta ligand L-165041 before renal ischemia were completely protected against renal dysfunction, as indicated by the lack of rise in serum creatinine and fractional excretion of Na+. This protective effect was accompanied by a significant reduction in medullary necrosis, apoptosis, and inflammation. On the basis of in vitro studies, PPARbeta/delta ligands seem to exert their role by activating the antiapoptotic Akt signaling pathway and, unexpectedly, by increasing the spreading of tubular epithelial cells, thus limiting potentially their shedding and anoikis. These results point to PPARbeta/delta as a remarkable new target for preconditioning strategies.

Alterations in phosphatidylinositol 3-kinase activity and PTEN phosphatase in the prefrontal cortex of depressed suicide victims.

BACKGROUND: Recent studies have reported alterations in protein kinase B (PKB)/Akt and in its downstream target, glycogen synthase kinase 3β, in depression and suicide. The aim of the present study was to investigate possible impairment of the upstream regulators, namely phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K) and PTEN. METHODS: The ventral prefrontal cortex (Brodmann's area 11) of 24 suicide victims and 24 drug-free nonsuicide subjects was used. The antemortem diagnoses of major depression disorder were obtained from the institutional records or psychological autopsy, and toxicological analyses were performed. Protein levels of PI3K and PTEN were assayed using the immunoblot method, and the kinase activity of PI3K and Akt was determined by phosphorylation of specific substrates. RESULTS: A decrease was observed in the enzymatic activity of PI3K [ANOVA: F(3, 44) = 9.20; p < 0.001] and Akt1 [ANOVA: F(3, 44) = 13.59; p < 0.001], without any change in protein levels, in both depressed suicide victims and depressed nonsuicide subjects (p < 0.01 and p < 0.002, respectively). PTEN protein levels were increased in the same groups [ANOVA: F(3, 44) = 10.5; p < 0.001]. No change was observed in nondepressed suicide victims. CONCLUSION: This study concludes that attenuation of kinase activity of PKB/Akt in depressed suicide victims may be due to the combined dysregulation of PTEN and PI3K resulting in insufficient phosphorylation of lipid second messengers. The effect is associated with major depression rather than with suicide per se. Given the cellular deficits reported in major depression, the study of enzymes involved in cell survival and neuroplasticity is particularly relevant to neurotrophic factor dysregulation in depression.

Impaired expression of NADH dehydrogenase subunit 1 and PPARgamma coactivator-1 in skeletal muscle of ZDF rats: restoration by troglitazone.

Type 2 diabetes has been related to a decrease of mitochondrial DNA (mtDNA) content. In this study, we show increased expression of the peroxisome proliferator-activated receptor-alpha (PPARalpha) and its target genes involved in fatty acid metabolism in skeletal muscle of Zucker Diabetic Fatty (ZDF) (fa/fa) rats. In contrast, the mRNA levels of genes involved in glucose transport and utilization (GLUT4 and phosphofructokinase) were decreased, whereas the expression of pyruvate dehydrogenase kinase 4 (PDK-4), which suppresses glucose oxidation, was increased. The shift from glucose to fatty acids as the source of energy in skeletal muscle of ZDF rats was accompanied by a reduction of subunit 1 of complex I (NADH dehydrogenase subunit 1, ND1) and subunit II of complex IV (cytochrome c oxidase II, COII), two genes of the electronic transport chain encoded by mtDNA. The transcript levels of PPARgamma Coactivator 1 (PGC-1) showed a significant reduction. Treatment with troglitazone (30 mg/kg/day) for 15 days reduced insulin values and reversed the increase in PDK-4 mRNA levels, suggesting improved insulin sensitivity. In addition, troglitazone treatment restored ND1 and PGC-1 expression in skeletal muscle. These results suggest that troglitazone may avoid mitochondrial metabolic derangement during the development of diabetes mellitus 2 in skeletal muscle.

From diabetes to heart disease : studies on dyslipidemia-induced B-cell dysfunction, immunomodulation in heart transplantation, and cardiac stem cell therapy

Diabetes is a growing epidemic with devastating human, social and economic impact. It is associated with significant changes in plasma concentrations of lipoproteins. We tested the hypothesis that lipoproteins modulate the function and survival of insulin-secreting cells. We first detected the presence of several receptors that participate in the binding and processing of plasma lipoproteins and confirmed the internalization of fluorescent LDL and HDL particles in insulin-secreting β-cells. Purified human VLDL and LDL particles reduced insulin mRNA levels and β-cell proliferation, and induced a dose-dependent increase in the rate of apoptosis. In mice lacking the LDL receptor, islets showed a dramatic decrease in LDL uptake and were partially resistant to apoptosis caused by LDL. VLDL-induced apoptosis of β-cells involved caspase-3 cleavage and reduction in levels of the c-Jun N-terminal (JNK) Interacting Protein-1 (IB1/JIP-1). In contrast, the pro-apoptotic signaling of lipoproteins was antagonized by HDL particles or by a small peptide inhibitor of JNK. The protective effects of HDL were mediated, in part, by inhibition of caspase-3 cleavage and activation of the protein kinase Akt/PKB. Heart disease is a major cause of morbidity and mortality among patients with diabetes. When heart failure is refractory to medical therapy and cannot be improved by electrical resynchronization, percutaneous angioplasty or coronary graft bypass surgery, heart transplantation remains a "last resort" therapy. Nevertheless, it is limited by the side effects of immunosuppressive drugs and chronic rejection. Localized expression of immunomodulatory genes in the donor organ can create a state of immune privilege within the graft, and was performed in rodent hearts by infecting cells with an adenovirus encoding indoleamine 2,3-dioxygenase (IDO), the rate-limiting enzyme in the catabolism of tryptophane. Other strategies are based on genetic manipulation of dendritic cells (DCs) with immunosuppressive genes and in vitro exposure of DCs to agents that prevent their maturation by inflammatory cytokines. Finally, we used 5-bromo-2'-deoxyuridine, which is incorporated into DNA and diluted with cell division, to identify long-term label retaining cells in the adult rodent heart. The majority of these cells were positive for the stem cell antigen-1 (Sca-1) and negative for the endothelial precursor marker CD31. They formed cardiospheres in vitro and showed differentiation potential into mesenchymal cell lineages. When cultured in cardiomyogenic differentiation medium, they expressed cardiac-specific genes. Taken together, these data provide evidence of slow-cycling stem cells in the rodent heart. Chronic shortage of donor organs opens the way to cardiac stem cell therapy in humans, although the long way from animal experimentation to routine therapy in patients may still take several years. - Du diabète de type 2 à la maladie coronarienne : trois études sur les dysfonctions de la cellule sécrétrice d'insuline induites par les dyslipidémies, l'immunomodulation dans la transplantation cardiaque, et la thérapie par des cellules souches myocardiques. Le diabète de type 2 a pris les dimensions d'une épidémie, avec des conséquences sociales et économiques dont nous n'avons pas encore pris toute la mesure. La maladie s'accompagne souvent d'une dyslipidémie caractérisée par une hypertriglycéridémie, des taux abaissés de cholestérol HDL, et des concentrations de cholestérol LDL à la limite supérieure de ce qui est considéré comme acceptable. L'hypothèse à la base de cette étude est qu'une modification des taux plasmatiques de lipoprotéines pourrait avoir une influence directe sur la cellule β sécrétrice d'insuline en modifiant sa fonction, sa durée de vie et son taux de régénération. Dans un premier temps, nous avons mis en évidence, sur la cellule β, la présence de plusieurs récepteurs impliqués dans la captation des lipoprotéines. Nous avons confirmé la fonctionnalité de ces récepteurs en suivant l'internalisation de LDL et de HDL marqués. En présence de VLDL ou de LDL humains, nous avons observé une diminution de la transcription du gène de l'insuline, une prolifération cellulaire réduite, et une augmentation de l'apoptose, toutes fonctions de la dose et du temps d'exposition. L'apoptose induite par les VLDL passe par une activation de la caspase-3 et une réduction du taux de la protéine IB1/JIP-1 (Islet Brain1/JNK Interacting Protein 1), dont une mutation est associée à une forme monogénique de diabète de type 2. Par opposition, les HDL, ainsi que des peptides inhibiteurs de JNK, sont capables de contrer la cascade pro-apoptotique déclenchée, respectivement, par les LDL et les VLDL. Ces effets protecteurs comprennent l'inhibition du clivage de la caspase-3 et l'activation de la protéine kinase Akt/PKB. En conclusion, les lipoprotéines sont des éléments clés de la survie de la cellule β, et pourraient contribuer au dysfonctionnement observé dans le pancréas endocrine au cours du développement du diabète. La maladie cardiaque, et plus particulièrement la maladie coronarienne, est une cause majeure de morbidité et de mortalité chez les patients atteints de diabète. Plusieurs stratégies sont utilisées quotidiennement pour pallier les atteintes cardiaques: traitements médicamenteux, électromécaniques par resynchronisation électrique, ou communément appelés « interventionnels » lorsqu'ils font appel à l'angioplastie percutanée. La revascularisation du myocarde par des pontages coronariens donne également de très bons résultats dans certaines situations. Il existe toutefois des cas où plus aucune de ces approches n'est suffisante. La transplantation cardiaque est alors la thérapie de choix pour un nombre restreint de patients. La thérapie génique, en permettant l'expression locale de gènes immunomodulateurs dans l'organe greffé, permet de diminuer les réactions de rejet inhérentes à toute transplantation (à l'exception de celles réalisées entre deux jumeaux homozygotes). Nous avons appliqué chez des rongeurs cette stratégie en infectant le coeur greffé avec un adénovirus codant pour l'enzyme indoleamine 2,3-dioxygénase (IDO), une enzyme clé dans le catabolisme du tryptophane. Nous avons procédé de manière identique in vitro en surexprimant IDO dans les cellules dendritiques, dont le rôle est de présenter les antigènes aux lymphocytes Τ du receveur. Des expériences similaires ont été réalisées en traitant les cellules dendritiques avec des substances capables de prévenir, en partie du moins, leur maturation par des agents pro-inflammatoires. Finalement, nous avons exploré une stratégie utilisée couramment en hématologie, mais qui n'en est encore qu'à ses débuts au niveau cardiaque : la thérapie par des cellules souches. En traitant des rongeurs avec un marqueur qui s'incorpore dans l'ADN nucléaire, le 5-bromo- 2'-deoxyuridine, nous avons identifié une population cellulaire se divisant rarement, positive en grande partie pour l'antigène embryonnaire Sca-1 et négative pour le marqueur endothélial CD31. En culture, ces cellules forment des cardiosphères et sont capables de se différencier dans les principaux types tissulaires mésenchymateux. Dans un milieu de differentiation adéquat, ces cellules expriment des gènes cardiomyocytaires. En résumé, ces données confirment la présence chez le rongeur d'une population résidente de précurseurs myocardiques. En addenda, on trouvera deux publications relatives à la cellule β productrice d'insuline. Le premier article démontre le rôle essentiel joué par la complexine dans l'insulino-sécrétion, tandis que le second souligne l'importance de la protéine IB1/JIP-1 dans la protection contre l'apoptose de la cellule β induite par certaines cytokines.

Control of pancreatic β-cell mass and function by gluco-incretin hormones : identification of novel regulatory mechanisms for the treatment of diabetes

Summary : Control of pancreatic ß-cell mass and function by gluco-incretin hormones: Identification of novel regulatory mechanisms for the treatment of diabetes The ß-cells of islets of Langerhans secrete insulin to reduce hyperglycemia. The number of pancreatic islet ß-cells and their capacity to secrete insulin is modulated in normal physiological conditions to respond to the metabolic demand of the organism. A failure of the endocrine pancreas to maintain an adequate insulin secretory capacity due to a reduced ß-cell number and function underlies the pathogenesis of both type 1 and type 2 diabetes. The molecular mechanisms controlling the glucose competence of mature ß-cells, i.e., the magnitude of their insulin secretion response to glucose, ß-cell replication, their differentiation from precursor cells and protection against apoptosis are poorly understood. To investigate these mechanisms, we studied the effects on ß-cells of the gluco-incretin hormones, glucose-dependent insulinotropic polypeptide (GIP) and glucagon-like peptide-1 (GLP-1) which are secreted by intestinal endocrine cells after food intake. Besides acutely potentiating glucose-stimulated insulin secretion, these hormones induce ß-cell differentiation from precursor cells, stimulate mature ß-cell replication, and protect them against apoptosis. Therefore, understanding the molecular basis for gluco-incretin action may lead to the uncovering of novel ß-cell regulatory events with potential application for the treatment or prevention of diabetes. Islets from mice with inactivation of both GIP and GLP-1 receptor genes (dK0) present a defect in glucose-induced insulin secretion and are more sensitive than control islets to cytokine-induced apoptosis. To search for regulatory genes, that may control both glucose competence and protection against apoptosis, we performed comparative transcriptomic analysis of islets from control and dK0 mice. We found a strong down-regulation of the IGF1 Rexpression in dK0 islets. We demonstrated in both a mouse insulin-secreting cell line and primary islets, that GLP-1 stimulated IGF-1R expression and signaling. Importantly, GLP-1induced IGF-1R-dependent Akt phosphorylation required active secretion, indicating the presence of an autocrine activation mechanism. We further showed that activation of IGF-1R signaling was dependent on the secretion of IGF-2 and IGF-2 expression was regulated by nutrients. Finally, we demonstrated that the IGF-Z/IGF-1R autocrine loop was required for GLP-1 i) to protect ß-cells against cytokine-induced apoptosis, ii) to enhance their glucose competence and iii) to increase ß-cell proliferation. Résumé : Contrôle de la masse des cellules ß pancréatiques et de leur fonction par les hormones glucoincrétines: Identification de nouveaux mécanismes régulateurs pour le traitement du diabète Les cellules ß des îlots de Langerhans sécrètent l'insuline pour diminuer l'hyperglycémie. Le nombre de cellules ß et leur capacité à sécréter l'insuline sont modulés dans les conditions physiologiques normales pour répondre à la demande métabolique de l'organisme. Un échec du pancréas endocrine à maintenir sa capacité sécrétoire d'insuline dû à une diminution du nombre et de la fonction des cellules ß conduit au diabète de type 1 et de type 2. Les mécanismes moléculaires contrôlant la compétence au glucose des cellules ß matures, tels que, l'augmentation de la sécrétion d'insuline en réponse au glucose, la réplication des cellules ß, leur différentiation à partir de cellules précurseurs et la protection contre l'apoptose sont encore peu connus. Afin d'examiner ces mécanismes, nous avons étudié les effets sur les cellules ß des hormones gluco-incrétines, glucose-dépendent insulinotropic polypeptide (G1P) et glucagon-like peptide-1 (GLP-1) qui sont sécrétées par les cellules endocrines de l'intestin après la prise alimentaire. En plus de potentialiser la sécrétion d'insuline induite par le glucose, ces hormones induisent la différentiation de cellules ß à partir de cellules précurseurs, stimulent leur prolifération et les protègent contre l'apoptose. Par conséquent, comprendre les mécanismes d'action des gluco-incrétines permettrait de découvrir de nouveaux processus régulant les cellules ß avec d'éventuelles applications dans le traitement ou la prévention du diabète. Les îlots de souris ayant une double inactivation des gènes pour les récepteurs du GIP et du GLP-1 (dK0) présentent un défaut de sécrétion d'insuline stimulée par le glucose et une sensibilité accrue à l'apoptose induite par les cytokines. Afin de déterminer les gènes régulés, qui pourraient contrôler à la fois la compétence au glucose et la protection contre l'apoptose, nous avons effectué une analyse comparative transcriptomique sur des îlots de souris contrôles et dKO. Nous avons constaté une forte diminution de l'expression d'IGF-1R dans les îlots dKO. Nous avons démontré, à la fois dans une lignée cellulaire murine sécrétant l'insuline et dans îlots primaires, que le GLP-1 stimulait l'expression d'IGF-1R et sa voie de signalisation. Par ailleurs, la phosphorylation d'Akt dépendante d'IGF1-R induite parle GLP-1 nécessite une sécrétion active, indiquant la présence d'un mécanisme d'activation autocrine. Nous avons ensuite montré que l'activation de la voie de signalisation d'IGF-1R était dépendante de la sécrétion d'IGF-2, dont l'expression est régulée par les nutriments. Finalement, nous avons démontré que la boucle autocrine IGF-2/IGF-1R est nécessaire pour le GLP-1 i) pour protéger les cellules ß contre l'apoptose induite par les cytokines, ii) pour améliorer la compétence au glucose et iii) pour augmenter la prolifération des cellules ß. Résumé tout public : Contrôle de la masse des cellules ß pancréatiques et de leur fonction par les hormones gluco-incrétines: Identification de nouveaux mécanismes régulateurs pour le traitement du diabète Chez les mammifères, la concentration de glucose sanguine (glycémie) est régulée et maintenue à une valeur relativement constante d'environ 5 mM. Cette régulation est principalement contrôlée par 2 hormones produites par les îlots pancréatiques de Langerhans: l'insuline sécrétée par les cellules ß et le glucagon sécrété par les cellules a. A la suite d'un repas, l'augmentation de la glycémie entraîne la sécrétion d'insuline ce qui permet le stockage du glucose dans le foie, les muscles et le tissu adipeux afin de diminuer le taux de glucose circulant. Lors d'un jeûne, la diminution de la glycémie permet la sécrétion de glucagon favorisant alors la production de glucose par le foie, normalisant ainsi la glycémie. Le nombre de cellules ß et leur capacité sécrétoire s'adaptent aux variations de la demande métabolique pour assurer une normoglycémie. Une destruction complète ou partielle des cellules ß conduit respectivement au diabète de type 1 et de type 2. Bien que l'augmentation de la glycémie soit le facteur stimulant de la sécrétion d'insuline, des hormones gluco-incrétines, principalement le GLP-1 (glucagon-like peptide-1) et le GIP (glucose-dependent insulinotropic polypeptide) sont libérées par l'intestin en réponse aux nutriments (glucose, acides gras) et agissent au niveau des cellules ß, potentialisant la sécrétion d'insuline induite par le glucose, stimulant leur prolifération, induisant la différentiation de cellules précurseurs en cellules ß matures et les protègent contre la mort cellulaire (apoptose). Afin d'étudier plus en détail ces mécanismes, nous avons généré des souris déficientes pour les récepteurs du GIP et du GLP-l. Les îlots pancréatiques de ces souris présentent un défaut de sécrétion d'insuline stimulée par le glucose et une sensibilité accrue à l'apoptose par rapport aux îlots de souris contrôles. Nous avons donc cherché les gènes régulés pas ces hormones contrôlant la sécrétion d'insuline et la protection contre l'apoptose. Nous avons constaté une forte diminution de l'expression du récepteur à l'IGF-1 (IGF-1R) dans les îlots de souris déficientes pour les récepteurs des gluco-incrétines. Nous avons démontré dans un model de cellules ß en culture et d'îlots que le GLP-1 augmentait l'expression d'IGF-1R et la sécrétion de son ligand (IGF-2) permettant l'activation de la voie de signalisation. Finalement, nous avons montré que l'activation de la boucle IGF-2/IGF-1R induite par le GLP-1 était nécessaire pour la protection contre l'apoptose, l'augmentation de la sécrétion et la prolifération des cellules ß.

Release of macrophage migration inhibitory factor by neuroendocrine-differentiated LNCaP cells sustains the proliferation and survival of prostate cancer cells.

The acquisition of neuroendocrine (NE) characteristics by prostate cancer (PCa) cells is closely related to tumour progression and hormone resistance. The mechanisms by which NE cells influence PCa growth and progression are not fully understood. Macrophage migration inhibitory factor (MIF) is a pro-inflammatory cytokine involved in oncogenic processes, and MIF serum levels correlate with aggressiveness of PCa. Here, we investigated the regulation and the functional consequences of MIF expression during NE transdifferentiation of PCa cells. NE differentiation (NED) of LNCaP cells, initiated either by increasing intracellular levels of cAMP or by culturing cells in an androgen-depleted medium, was associated with markedly increased MIF release. Yet, intracellular MIF protein and mRNA levels and MIF gene promoter activity decreased during NED of LNCaP cells, suggesting that NED favours MIF release despite decreasing MIF synthesis. Adenoviral-mediated forced MIF expression in NE-differentiated LNCaP cells increased cell proliferation without affecting the expression of NE markers. Addition of exogenous recombinant MIF to LNCaP and PC-3 cells stimulated the AKT and ERK1/2 signalling pathways, the expression of genes involved in PCa, as well as proliferation and resistance to paclitaxel and thapsigargin-induced apoptosis. Altogether, these data provide evidence that increased MIF release during NED in PCa may facilitate cancer progression or recurrence, especially following androgen deprivation. Thus, MIF could represent an attractive target for PCa therapy.

Lipoprotein lipase and leptin are accumulated in different secretory compartments in rat adipocytes.

Adipose cells produce and secrete several physiologically important proteins, such as lipoprotein lipase (LPL), leptin, adipsin, Acrp30, etc. However, secretory pathways in adipocytes have not been characterized, and vesicular carriers responsible for the accumulation and transport of secreted proteins have not been identified. We have compared the intracellular localization of two proteins secreted from adipose cells: leptin and LPL. Adipocytes accumulate large amounts of both proteins, suggesting that neither of them is targeted to the constitutive secretory pathway. By means of velocity centrifugation in sucrose gradients, equilibrium density centrifugation in iodixanol gradients, and immunofluorescence confocal microscopy, we determined that LPL and leptin were localized in different membrane structures. LPL was found mainly in the endoplasmic reticulum with a small pool being present in low density membrane vesicles that may represent a secretory compartment in adipose cells. Virtually all intracellular leptin was localized in these low density secretory vesicles. Insulin-sensitive Glut4 vesicles did not contain either LPL or leptin. Thus, secretion from adipose cells is controlled both at the exit from the endoplasmic reticulum as well as at the level of "downstream" secretory vesicles.

Inhibition of protein kinase B activity induces cell cycle arrest and apoptosis during early G₁ phase in CHO cells.

Inhibition of PKB (protein kinase B) activity using a highly selective PKB inhibitor resulted in inhibition of cell cycle progression only if cells were in early G1 phase at the time of addition of the inhibitor, as demonstrated by time-lapse cinematography. Addition of the inhibitor during mitosis up to 2 h after mitosis resulted in arrest of the cells in early G1 phase, as deduced from the expression of cyclins D and A and incorporation of thymidine. After 24 h of cell cycle arrest, cells expressed the cleaved caspase-3, a central mediator of apoptosis. These results demonstrate that PKB activity in early G1 phase is required to prevent the induction of apoptosis. Using antibodies, it was demonstrated that active PKB translocates to the nucleus during early G1 phase, while an even distribution of PKB was observed through cytoplasm and nucleus during the end of G1 phase.

mTORC2 regulates PGE2-mediated endothelial cell survival and migration.

Prostaglandin E(2) (PGE(2)) promotes angiogenesis by in part inducing endothelial cell survival and migration. The present study examined the role of mTOR and its two complexes, mTORC1 and mTORC2, in PGE(2)-mediated endothelial cell responses. We used small interfering RNA (siRNA) to raptor or rictor to block mTORC1 or mTORC2, respectively. We observed that down-regulation of mTORC2 but not mTORC1 reduced baseline and PGE(2)-induced endothelial cell survival and migration. At the molecular level, we found that knockdown of mTORC2 inhibited PGE(2)-mediated Rac and Akt activation two important signaling intermediaries in endothelial cell migration and survival, respectively. In addition, inhibition of mTORC2 by prolonged exposure of endothelial cells to rapamycin also prevented PGE(2)-mediated endothelial cell survival and migration confirming the results obtained with the siRNA approach. Taken together these results show that mTORC2 but not mTORC1 is an important signaling intermediary in PGE(2)-mediated endothelial cell responses.

Bortezomib reverses the proliferative and antiapoptotic effect of neuropeptides on prostate cancer cells.

Objectives:  Neuropeptides are important signal initiators in advanced prostate cancer, partially acting through activation of nuclear factor kappa B. Central to nuclear factor kappa B regulation is the ubiquitin-proteasome system, pharmacological inhibition of which has been proposed as an anticancer strategy. We investigated the putative role of the proteasome inhibitor bortezomib in neuropeptides signaling effects on prostate cancer cells. Methods:  Human prostate cancer cell lines, LNCaP and PC-3, were used to examine cell proliferation, levels of proapoptotic (caspase-3, Bad) and cell cycle regulatory proteins (p53, p27, p21), as well as total and phosphorylated Akt and p44/42 mitogen-activated protein kinase proteins. Furthermore, 20S proteasome activity, subcellular localization of nuclear factor kappa B and transcription of nuclear factor kappa B target genes, interleukin-8 and vascular endothelial growth factor, were assessed. Results:  Neuropeptides (endothelin-1, bombesin) increased cell proliferation, whereas bortezomib decreased proliferation and induced apoptosis, an effect maintained after cotreatment with neuropeptides. Bad, p53, p21 and p27 were downregulated by neuropeptides in PC-3, and these effects were reversed with the addition of bortezomib. Neuropeptides increased proteasomal activity and nuclear factor kappa B levels in PC-3, and these effects were prevented by bortezomib. Interleukin-8 and vascular endothelial growth factor transcripts were induced after neuropeptides treatment, but downregulated by bortezomib. These results coincided with the ability of bortezomib to reduce mitogen-activated protein kinase signaling in both cell lines. Conclusions:  These findings are consistent with bortezomib-mediated abrogation of neuropeptides-induced proliferative and antiapoptotic signaling. Thus, the effect of the drug on the neuropeptides axis needs to be further investigated, as neuropeptide action in prostate cancer might entail involvement of the proteasome.

Crosstalk between peroxisome proliferator-activated receptor delta and VEGF stimulates cancer progression.

Peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR) delta is a member of the nuclear hormone receptor superfamily. PPARdelta may ameliorate metabolic diseases such as obesity and diabetes. However, PPARdelta's role in colorectal carcinogenesis remains controversial. Here, we present genetic and pharmacologic evidence demonstrating that deletion of PPARdelta decreases intestinal adenoma growth in Apc(Min/+) mice and inhibits tumor-promoting effects of a PPARdelta agonist GW501516. More importantly, we found that activation of PPARdelta up-regulated VEGF in colon carcinoma cells. VEGF directly promotes colon tumor epithelial cell survival through activation of PI3K-Akt signaling. These results not only highlight concerns about the use of PPARdelta agonists for treatment of metabolic disorders in patients who are at high risk for colorectal cancer, but also support the rationale for developing PPARdelta antagonists for prevention and/or treatment of cancer.