Rôle de la ghréline dans la régulation du coactivateur transcriptionnel PGC-1alpha

L’adaptation de l’organisme à son environnement est essentielle à sa survie. L’homéostasie énergétique permet l’équilibre entre les apports, les dépenses et le stockage d’énergie. Un surplus calorique important dérègle ce processus et mène au développement du syndrome métabolique caractérisé, entre autres, par une obésité, un diabète de type II, des maladies cardiovasculaires et des dyslipidémies. La ghréline participe au maintien de l’équilibre énergétique durant le jeûne en stimulant la production de glucose par le foie et le stockage lipidique dans le tissu adipeux. Le coactivateur transcriptionnel PGC-1alpha, surexprimé en situation de jeûne, est impliqué dans l’induction de la production de glucose par le foie et l’oxydation des acides gras. Notre hypothèse est que ces deux acteurs clés du métabolisme énergétique constituent un axe de régulation commun. Dans cette étude, nous montrons que la ghréline participe à la régulation de PGC-1alpha. Son récepteur GHS-R1a, possédant une forte activité constitutive, est également impliqué de façon indépendante au ligand. GHS-R1a réduit l’activité transcriptionnelle de PGC-1alpha tandis que l’ajout du ligand inverse modérément cette action. L’effet de GHS-R1a corrèle avec l’acétylation de PGC-1alpha qui est fortement augmentée de façon dose-dépendante. La stabilité de PGC-1alpha est également augmentée par le GHS-R1a indépendamment de l’ubiquitine. La ghréline diminue la capacité de PGC-1alpha à lier PPARbeta, un récepteur nucléaire partenaire de PGC-1alpha. De plus, la ghréline réduit, de façon ligand-dépendante, la capacité de coactivation de PGC-1alpha sur PPARbeta dans les hépatocytes. L’ensemble de ces résultats identifie PGC-1alpha comme cible du signal de la ghréline et suggère un axe de régulation ghréline/PGC-1alpha/PPARbeta.Une meilleure compréhension de cet axe de régulation va permettre la mise en évidence de nouvelles cibles thérapeutiques pour faire face aux pathologies associées au syndrome métabolique.

Pathogenèse de l’oedème cérébral dans l’encéphalopathie hépatique minimale : rôles du stress oxydatif et du lactate

L’encéphalopathie hépatique (EH) est un syndrome neuropsychiatrique découlant des complications de l'insuffisance hépatique. Les patients souffrant d'une insuffisance hépatique chronique (IHC) présentent fréquemment une EH minimale (EHM) caractérisée par des dysfonctions cognitives subtiles qui affectent leur qualité de vie. L'insuffisance hépatique entraîne une hyperammoniémie, le facteur central dans la pathogenèse de l'EH. Pourtant, les taux d'ammoniaque sérique ne sont pas corrélés avec la sévérité de l'EH lors d'une IHC, suggérant que d'autres facteurs y contribuent. L'oedème cérébral est une caractéristique neuropathologique décrite chez les patients souffrant d'une EHM et plusieurs facteurs dont le stress oxydatif, les altérations du métabolisme énergétique et l'augmentation de la glutamine cérébrale pourraient contribuer à la pathogenèse de l'oedème cérébral lors d'une EHM induite par une IHC. Les mécanismes sous-jacents exacts ainsi que les relations entre ces facteurs et l'ammoniaque ne sont pas connus. Présentement, le seul traitement efficace de l'IHC est la transplantation hépatique, une option thérapeutique très limitée. Le but de cette thèse est de contribuer à l'avancement des connaissances sur les mécanismes sous-jacents liés au rôle du stress oxydatif, de la glutamine et du lactate dans la pathogenèse de l'oedème cérébral lors d'une EHM induite par une IHC afin d'envisager de nouvelles options thérapeutiques. Les objectifs précis étaient: 1. Établir le rôle de l’ammoniaque et sa relation avec le stress oxydatif dans la pathogenèse de l'oedème cérébral lors d'une EHM induite par une IHC. 2. Établir le rôle du stress oxydatif dans la pathogenèse de l'oedème cérébral, sa relation avec l'ammoniaque et l'effet du traitement avec des antioxydants. 3. Confirmer l'effet synergique entre l'ammoniaque et le stress oxydatif dans la pathogenèse de l'oedème cérébral. 4. Établir le rôle du lactate et de la glutamine dans la pathogenèse de l'oedème cérébral et leur relation avec l’ammoniaque. Pour atteindre ces objectifs, 2 modèles animaux d'EHM obtenus par microchirurgie chez le rat ont été utilisés: 1) la ligature de voie biliaire, un modèle d'IHC et 2) l'anastomose porto-cave, un modèle d'hyperammoniémie induite par la dérivation portosystémique. Nos résultats démontrent que l'ammoniaque et le stress oxydatif indépendamment n'induisent pas l'oedème cérébral lors d'une EHM. Pourtant, lorsque les 2 facteurs agissent ensemble ils présentent ii un effet synergique qui entraîne le développement de l'oedème cérébral, le stress oxydatif étant une première insulte, qui est suivie par l'hyperammoniémie comme deuxième insulte. En plus, le stress oxydatif a été mis en évidence seulement au niveau systémique, et non au niveau central dans notre modèle d'IHC en association avec l'oedème cérébral, suggérant que le stress oxydatif systémique est une conséquence de la dysfonction hépatique et que l'hyperammoniémie n’induit pas le stress oxydatif ni systémique ni central. Nous avons démontré qu’une augmentation du lactate cérébral est une conséquence directe de l'hyperammoniémie et joue un rôle important dans la pathogenèse de l'oedème cérébral lors d'une EHM induite par une IHC, tandis qu’une augmentation de la glutamine au niveau cérébral n'est pas un facteur clé. La compréhension de ces mécanismes a entraîné la proposition de 3 nouvelles stratégies thérapeutiques potentielles pour l'EHM. Elles ciblent la diminution de l'ammoniaque sérique, la réduction du stress oxydatif et l'inhibition de la synthèse du lactate.

Impacts des réarrangements génomiques chloroplastiques sur l'apparition des phénotypes de variégation chez Arabidopsis thaliana

Contrairement à la plupart des eucaryotes non-photosynthétiques, les végétaux doivent assurer la stabilité d’un génome additionnel contenu dans le plastide, un organite d’origine endosymbiotique. Malgré la taille modeste de ce génome et le faible nombre de gènes qu’il encode, celui-ci est absolument essentiel au processus de photosynthèse. Pourtant, même si ce génome est d’une importance cruciale pour le développement de la plante, les principales menaces à son intégrité, ainsi que les conséquences d’une déstabilisation généralisée de sa séquence d’ADN, demeurent largement inconnues. Dans l’objectif d’élucider les conséquences de l’instabilité génomique chloroplastique, nous avons utilisé le mutant why1why3polIb d’Arabidopsis thaliana, qui présente d’importants niveaux de réarrangements génomiques chloroplastiques, ainsi que la ciprofloxacine, un composé induisant des brisures double-brins dans l’ADN des organites. Ceci nous a permis d’établir qu’une quantité importante de réarrangements génomiques provoque une déstabilisation de la chaîne de transport des électrons photosynthétique et un grave stress oxydatif associé au processus de photosynthèse. Étonnamment, chez why1why3polIb, ces hautes concentrations d’espèces oxygénées réactives ne mènent ni à la perte de fonction des chloroplastes affectés, ni à la mort cellulaire des tissus. Bien au contraire, ce déséquilibre rédox semble être à l’origine d’une reprogrammation génique nucléaire permettant de faire face à ce stress photosynthétique et conférant une tolérance aux stress oxydatifs subséquents. Grâce à une nouvelle méthode d’analyse des données de séquençage de nouvelle génération, nous montrons également qu’un type particulier d’instabilité génomique, demeuré peu caractérisé jusqu’à maintenant, constitue une des principales menaces au maintien de l’intégrité génomique des organites, et ce, tant chez Arabidopsis que chez l’humain. Ce type d’instabilité génomique est dénommé réarrangement de type U-turn et est vraisemblablement associé au processus de réplication. Par une approche génétique, nous démontrons que les protéines chloroplastiques WHY1, WHY3 et RECA1 empêchent la formation de ce type d’instabilité génomique, probablement en favorisant la stabilisation et le redémarrage des fourches de réplication bloquées. Une forte accumulation de réarrangements de type U-turn semble d’ailleurs être à l’origine d’un sévère trouble développemental chez le mutant why1why3reca1. Ceci soulève de nombreuses questions quant à l’implication de ce type d’instabilité génomique dans de nombreux troubles et pathologies possédant une composante mitochondriale.

Le rôle de sirtuine 3 dans la rétinopathie du prématuré

Dans les pays industrialisés, les rétinopathies ischémiques proliférantes telles que la rétinopathie diabétique et la rétinopathie du prématuré sont les principales causes de cécité chez les individus en âge de travailler et la population pédiatrique. Ces pathologies sont caractérisées par une dégénérescence microvasculaire initiale suivie d’une hyper-vascularisaton compensatoire disproportionnée et pathologique. Les sirtuines constituent une importante famille de protéines impliquées dans le métabolisme et la réponse au stress. Plus particulièrement, sirtuine 3 (SIRT3) est une déacétylase mitochondriale primordiale qui agit au cœur du métabolisme énergétique et de l’activation de nombreuses voies métaboliques oxydatives. Nos résultats démontrent pour la première fois qu’une déficience en SIRT3 diminue la sévérité des lésions vasculaires dans le modèle murin de rétinopathie induite par l’oxygène (OIR). En plus de stimuler l’angiogénèse, l’absence de SIRT3 est aussi associée à une augmentation de la glycolyse, possiblement en activant la famille de gènes 6-phosphofructo-2-kinase/fructose-2,6-bisphosphatase (PFKFB). Nous suggérons que le manque de SIRT3 est impliqué dans l’effet Warburg et procure ainsi un avantage prolifératif et protecteur dans l’OIR. La présente étude propose SIRT3 comme nouvelle cible thérapeutique potentielle dans la rétinopathie du prématuré, une maladie dont les complications désastreuses persistent tout au long de la vie.

Activation de la voie oncogénique mTOR par les formes mutées de l'isocitrate déshydrogénase 1/2 retrouvées chez les gliomes

Une des caractéristiques principales des cellules cancéreuses est la reprogrammation de leur métabolisme énergétique. Des mutations d’enzymes impliquées dans différentes voies métaboliques sont récurrentes chez plusieurs tumeurs, contribuant ainsi à la dérégulation de ces cellules et à l’oncogénèse. C’est le cas de l’isocitrate déshydrogénase 1 (IDH1) et 2 (IDH2), responsables de la conversion de l’isocitrate en α-kétoglutarate dans le cycle de l’acide citrique. Ces enzymes sont fréquemment mutées chez les gliomes, acquérant ainsi la capacité de convertir l’α-kétoglutarate en 2-hydroxyglutarate (2HG), un oncométabolite inhibant les oxygénases α-kétoglutarate dépendantes parmi lesquelles figure notamment KDM4A, une déméthylase de lysines. À la recherche de nouvelles voies oncogéniques potentiellement régulées par les formes mutées de IDH1/2, nous avons initialement observé que les mutations de ces deux enzymes et de PTEN, un régulateur négatif de la voie mTOR, étaient mutuellement exclusives chez les gliomes. Ceci suggère que les mutations de IDH1/2 reproduiraient certains effets engendrés par les mutations de PTEN, créant ainsi un environnement oncogénique similaire. Nous avons observé que les formes mutées de IDH1/2 stimulent l’activation de mTOR grâce à la production et l’accumulation de 2HG. Cette activation repose en partie sur l’inhibition de KDM4A par cet oncométabolite. KDM4A est impliqué dans la stabilisation de DEPTOR, un inhibiteur de mTOR. Ainsi, l’inhibition de KDM4A par le 2HG entraîne la déstabilisation de DEPTOR et, par conséquent, l’activation de mTOR. Nos travaux ont donc permis l’identification d’un nouveau mécanisme oncogénique régulé par les formes mutées de IDH1/2 retrouvées chez les gliomes, soit l’activation de mTOR.

Molekulare Mechanismen der cAMP-vermittelten Signaltransduktion

Zusammenfassung - Der sekundäre Botenstoff zyklisches Adenosinmonophosphat (cAMP) reguliert viele fundamentale zelluläre Prozesse wie Zellproliferation, Differenzierung, Energiemetabolismus und Genexpression. In eukaryotischen Zellen vermittelt die cAMP-abhängige Proteinkinase (PKA) die meisten biologischen Funktionen von cAMP. Die PKA besteht aus jeweils zwei regulatorischen (R) und katalytischen (C) Untereinheiten, die zusammen einen inaktiven Holoenzymkomplex bilden, der durch cAMP aktiviert wird. In dieser Arbeit wurde die Bindung von cAMP und cAMP-Analoga an die R Untereinheit der PKA unter funktionellen und mechanistischen Aspekten untersucht. Eine neue, auf Fluoreszenzpolarisation basierende Methode wurde entwickelt, um die Affinität von cAMP-Analoga in einem homogenen Ansatz schnell, reproduzierbar und nicht radioaktiv zu quantifizieren. Zur detaillierten Untersuchung des Bindungsmechanismus von cAMP und cAMP Analoga (Agonisten und Antagonisten) wurden thermodynamische Studien im direkten Vergleich mittels isothermaler Titrationskalorimetrie und kinetischen Analysen (Oberflächenplasmonresonanz, SPR) durchgeführt, wodurch thermodynamische Signaturen für das Bindungsverhalten der Nukleotide an die R Untereinheit der PKA erhalten werden konnten. Durch Interaktionsstudien an mutagenisierten R Untereinheiten wurde der intramolekulare Aktivierungsmechanismus der PKA in Bezug auf cAMP-Bindung, Holoenzymkomplex-Formierung und -Aktivierung untersucht. Die dabei erhaltenen Ergebnisse wurden mit zwei Modellen der cAMP-induzierten Konformationsänderung verglichen, und ein Aktivierungsmechanismus postuliert, der auf konservierten hydrophoben Aminosäuren basiert. Für in vivo Untersuchungen wurden zusammen mit Kooperationspartnern membranpermeable, fluoreszierende cAMP Analoga entwickelt, die Einblicke in die Dynamik der cAMP-Verteilung in Zellen erlauben. Neu entwickelte, Festphasen gebundene cAMP-Analoga (Agonisten und Antagonisten) wurden in einem (sub)proteomischen Ansatz dazu genutzt, natürliche Komplexe der R Untereinheit und des PKA-Holoenzyms aus Zelllysaten zu isolieren und zu identifizieren. Diese Untersuchungen fließen letztlich in einem systembiologischen Ansatz zusammen, der neue Einblicke in die vielschichtigen cAMP gesteuerten Netzwerke und Regulationsprozesse erlaubt.

Skeletal muscle fibre plasticity in response to selected environmental and physiological stimuli

Skeletal muscle constitutes a highly adaptable and malleable tissue that responds to environmental and physiological challenges by changing its phenotype in terms of size and composition, outcomes that are brought about by changes in gene expression, biochemical and metabolic properties. Both the short- and long-term effects of nutritional alterations on skeletal muscle homeostasis have been defined as the object of intensive research over the last thirty years. This review focuses predominantly on assimilating our understanding of the changes in muscle fibre phenotype and functional properties induced by either food restriction or alternatively existing on a high fat diet. Firstly, food restriction has been shown in a number of studies to decrease the myofibre cross sectional area and consistently, it has been found that glycolytic type IIB fibres are more prone to atrophy than oxidative fibres. Secondly, in rodents, a high fat diet has been shown to induce an oxidative profile in skeletal muscle, although obese humans usually show higher numbers of glycolytic type IIB fibres. Moreover, attention is paid to the effect of prenatal maternal food restriction on muscle development of the offspring in various species. A key point related to these experiments is the timing of food restriction for the mother. Furthermore, we explore extensively the seemingly species-specific response to maternal malnutrition. Finally, key signalling molecules that play a pivotal role in energy metabolism, fibre type transitions and muscle hypertrophy are discussed in detail.

Global iron-dependent gene regulation in Escherichia coli - A new mechanism for iron homeostasis

Organisms generally respond to iron deficiency by increasing their capacity to take up iron and by consuming intracellular iron stores. Escherichia coli, in which iron metabolism is particularly well understood, contains at least 7 iron-acquisition systems encoded by 35 iron-repressed genes. This Fe-dependent repression is mediated by a transcriptional repressor, Fur ( ferric uptake regulation), which also controls genes involved in other processes such as iron storage, the Tricarboxylic Acid Cycle, pathogenicity, and redox-stress resistance. Our macroarray-based global analysis of iron- and Fur-dependent gene expression in E. coli has revealed several novel Fur-repressed genes likely to specify at least three additional iron- transport pathways. Interestingly, a large group of energy metabolism genes was found to be iron and Fur induced. Many of these genes encode iron- rich respiratory complexes. This iron- and Fur-dependent regulation appears to represent a novel iron-homeostatic mechanism whereby the synthesis of many iron- containing proteins is repressed under iron- restricted conditions. This mechanism thus accounts for the low iron contents of fur mutants and explains how E. coli can modulate its iron requirements. Analysis of Fe-55-labeled E. coli proteins revealed a marked decrease in iron- protein composition for the fur mutant, and visible and EPR spectroscopy showed major reductions in cytochrome b and d levels, and in iron- sulfur cluster contents for the chelator-treated wild-type and/or fur mutant, correlating well with the array and quantitative RT-PCR data. In combination, the results provide compelling evidence for the regulation of intracellular iron consumption by the Fe2+-Fur complex.

Gene transcription in Daphnia magna: effects of acute exposure to a carbamate insecticide and an acetanilide herbicide.

Daphnia magna is a key invertebrate in the freshwater environment and is used widely as a model in ecotoxicological measurements and risk assessment. Understanding the genomic responses of D. magna to chemical challenges will be of value to regulatory authorities worldwide. Here we exposed D. magna to the insecticide methomyl and the herbicide propanil to compare phenotypic effects with changes in mRNA expression levels. Both pesticides are found in drainage ditches and surface water bodies standing adjacent to crops. Methomyl, a carbamate insecticide widely used in agriculture, inhibits acetylcholinesterase, a key enzyme in nerve transmission. Propanil, an acetanilide herbicide, is used to control grass and broad-leaf weeds. The phenotypic effects of single doses of each chemical were evaluated using a standard immobilisation assay. Immobilisation was linked to global mRNA expression levels using the previously estimated 48h-EC(1)s, followed by hybridization to a cDNA microarray with more than 13,000 redundant cDNA clones representing >5000 unique genes. Following exposure to methomyl and propanil, differential expression was found for 624 and 551 cDNAs, respectively (one-way ANOVA with Bonferroni correction, P

Analysis of time-related metabolic fluctuations induced by ethionine in the rat

The time-course of metabolic events following response to a model hepatotoxin ethionine (800 mg/kg) was investigated over a 7 day period in rats using high-resolution (1)H NMR spectroscopic analysis of urine and multivariate statistics. Complementary information was obtained by multivariate analysis of (1)H MAS NMR spectra of intact liver and by conventional histopathology and clinical chemistry of blood plasma. (1)H MAS NMR spectra of liver showed toxin-induced lipidosis 24 h postdose consistent with the steatosis observed by histopathology, while hypertaurinuria was suggestive of liver injury. Early biochemical changes in urine included elevation of guanidinoacetate, suggesting impaired methylation reactions. Urinary increases in 5-oxoproline and glycine suggested disruption of the gamma-glutamyl cycle. Signs of ATP depletion together with impairment of the energy metabolism were given from the decreased levels in tricarboxylic acid cycle intermediates, the appearance of ketone bodies in urine, the depletion of hepatic glucose and glycogen, and also hypoglycemia. The observed increase in nicotinuric acid in urine could be an indication of an increase in NAD catabolism, a possible consequence of ATP depletion. Effects on the gut microbiota were suggested by the observed urinary reductions in the microbial metabolites 3-/4-hydroxyphenyl propionic acid, dimethylamine, and tryptamine. At later stages of toxicity, there was evidence of kidney damage, as indicated by the tubular damage observed by histopathology, supported by increased urinary excretion of lactic acid, amino acids, and glucose. These studies have given new insights into mechanisms of ethionine-induced toxicity and show the value of multisystem level data integration in the understanding of experimental models of toxicity or disease.

Identification of potential mechanisms of toxicity after di-(2-ethylhexyl)-phthalate (DEHP) adult exposure in the liver using a systems biology approach

Phthalates are industrial additives widely used as plasticizers. In addition to deleterious effects on male genital development, population studies have documented correlations between phthalates exposure and impacts on reproductive tract development and on the metabolic syndrome in male adults. In this work we investigated potential mechanisms underlying the impact of DEHP on adult mouse liver in vivo. A parallel analysis of hepatic transcript and metabolic profiles from adult mice exposed to varying DEHP doses was performed. Hepatic genes modulated by DEHP are predominantly PPARalpha targets. However, the induction of prototypic cytochrome P450 genes strongly supports the activation of additional NR pathways, including Constitutive Androstane Receptor (CAR). Integration of transcriptomic and metabonomic profiles revealed a correlation between the impacts of DEHP on genes and metabolites related to heme synthesis and to the Rev-erbalpha pathway that senses endogenous heme level. We further confirmed the combined impact of DEHP on the hepatic expression of Alas1, a critical enzyme in heme synthesis and on the expression of Rev-erbalpha target genes involved in the cellular clock and in energy metabolism. This work shows that DEHP interferes with hepatic CAR and Rev-erbalpha pathways which are both involved in the control of metabolism. The identification of these new hepatic pathways targeted by DEHP could contribute to metabolic and endocrine disruption associated with phthalate exposure. Gene expression profiles performed on microdissected testis territories displayed a differential responsiveness to DEHP. Altogether, this suggests that impacts of DEHP on adult organs, including testis, could be documented and deserve further investigations.

Sucrose transport in the phloem: integrating root responses to phosphorus starvation

Sugars in plants, derived from photosynthesis, act as substrates for energy metabolism and the biosynthesis of complex carbohydrates, providing sink tissues with the necessary resources to grow and to develop. In addition, sugars can act as secondary messengers, with the ability to regulate plant growth and development in response to biotic and abiotic stresses. Sugar-signalling networks have the ability to regulate directly the expression of genes and to interact with other signalling pathways. Photosynthate is primarily transported to sink tissues as sucrose via the phloem. Under phosphorus (P) starvation, plants accumulate sugars and starch in their leaves. Increased loading of sucrose to the phloem under P starvation not only functions to relocate carbon resources to the roots, which increases their size relative to the shoot, but also has the potential to initiate sugar-signalling cascades that alter the expression of genes involved in optimizing root biochemistry to acquire soil phosphorus through increased expression and activity of inorganic phosphate transporters, the secretion of acid phosphatases and organic acids to release P from the soil, and the optimization of internal P use. This review looks at the evidence for the involvement of phloem sucrose in co-ordinating plant responses to P starvation at both the transcriptional and physiological levels.

PPARGC1A sequence variation and cardiovascular risk-factor levels: a study of the main genetic effects and gene x environment interactions in children from the European Youth Heart Study.

AIMS/HYPOTHESIS: The PPARGC1A gene coactivates multiple nuclear transcription factors involved in cellular energy metabolism and vascular stasis. In the present study, we genotyped 35 tagging polymorphisms to capture all common PPARGC1A nucleotide sequence variations and tested for association with metabolic and cardiovascular traits in 2,101 Danish and Estonian boys and girls from the European Youth Heart Study, a multicentre school-based cross-sectional cohort study. METHODS: Fasting plasma glucose concentrations, anthropometric variables and blood pressure were measured. Habitual physical activity and aerobic fitness were objectively assessed using uniaxial accelerometry and a maximal aerobic exercise stress test on a bicycle ergometer, respectively. RESULTS: In adjusted models, nominally significant associations were observed for BMI (rs10018239, p = 0.039), waist circumference (rs7656250, p = 0.012; rs8192678 [Gly482Ser], p = 0.015; rs3755863, p = 0.02; rs10018239, beta = -0.01 cm per minor allele copy, p = 0.043), systolic blood pressure (rs2970869, p = 0.018) and fasting glucose concentrations (rs11724368, p = 0.045). Stronger associations were observed for aerobic fitness (rs7656250, p = 0.005; rs13117172, p = 0.008) and fasting glucose concentrations (rs7657071, p = 0.002). None remained significant after correcting for the number of statistical comparisons. We proceeded by testing for gene x physical activity interactions for the polymorphisms that showed nominal evidence of association in the main effect models. None of these tests was statistically significant. CONCLUSIONS/INTERPRETATION: Variants at PPARGC1A may influence several metabolic traits in this European paediatric cohort. However, variation at PPARGC1A is unlikely to have a major impact on cardiovascular or metabolic health in these children.

The integration of lipid-sensing and anti-inflammatory effects: how the PPARs play a role in metabolic balance

The peroxisomal proliferating-activated receptors (PPARs) are lipid-sensing transcription factors that have a role in embryonic development, but are primarily known for modulating energy metabolism, lipid storage, and transport, as well as inflammation and wound healing. Currently, there is no consensus as to the overall combined function of PPARs and why they evolved. We hypothesize that the PPARs had to evolve to integrate lipid storage and burning with the ability to reduce oxidative stress, as energy storage is essential for survival and resistance to injury/infection, but the latter increases oxidative stress and may reduce median survival (functional longevity). In a sense, PPARs may be an evolutionary solution to something we call the 'hypoxia-lipid' conundrum, where the ability to store and burn fat is essential for survival, but is a 'double-edged sword', as fats are potentially highly toxic. Ways in which PPARs may reduce oxidative stress involve modulation of mitochondrial uncoupling protein (UCP) expression (thus reducing reactive oxygen species, ROS), optimising forkhead box class O factor (FOXO) activity (by improving whole body insulin sensitivity) and suppressing NFkB (at the transcriptional level). In light of this, we therefore postulate that inflammation-induced PPAR downregulation engenders many of the signs and symptoms of the metabolic syndrome, which shares many features with the acute phase response (APR) and is the opposite of the phenotype associated with calorie restriction and high FOXO activity. In genetically susceptible individuals (displaying the naturally mildly insulin resistant 'thrifty genotype'), suboptimal PPAR activity may follow an exaggerated but natural adipose tissue-related inflammatory signal induced by excessive calories and reduced physical activity, which normally couples energy storage with the ability to mount an immune response. This is further worsened when pancreatic decompensation occurs, resulting in gluco-oxidative stress and lipotoxicity, increased inflammatory insulin resistance and oxidative stress. Reactivating PPARs may restore a metabolic balance and help to adapt the phenotype to a modern lifestyle.

Parabens can enable hallmarks and characteristics of cancer in human breast epithelial cells: a review of the literature with reference to new exposure data and regulatory status

A framework for understanding the complexity of cancer development was established by Hanahan and Weinberg in their definition of the hallmarks of cancer. In this review, we consider the evidence that parabens can enable development in human breast epithelial cells of 4/6 of the basic hallmarks, 1/2 of the emerging hallmarks and 1/2 of the enabling characteristics. Hallmark 1: parabens have been measured as present in 99% of human breast tissue samples, possess oestrogenic activity and can stimulate sustained proliferation of human breast cancer cells at concentrations measurable in the breast. Hallmark 2: parabens can inhibit the suppression of breast cancer cell growth by hydroxytamoxifen, and through binding to the oestrogen-related receptor gamma (ERR) may prevent its deactivation by growth inhibitors. Hallmark 3: in the 10nM to 1M range, parabens give a dose-dependent evasion of apoptosis in high-risk donor breast epithelial cells. Hallmark 4: long-term exposure (>20weeks) to parabens leads to increased migratory and invasive activity in human breast cancer cells, properties which are linked to the metastatic process. Emerging hallmark: methylparaben has been shown in human breast epithelial cells to increase mTOR, a key regulator of energy metabolism. Enabling characteristic: parabens can cause DNA damage at high concentrations in the short term but more work is needed to investigate long-term low-doses of mixtures. The ability of parabens to enable multiple cancer hallmarks in human breast epithelial cells provides grounds for regulatory review of the implications of the presence of parabens in human breast tissue.