New insights into the role of microRNAs in pancreatic ß-cell maturation and plasticity

Le diabète est une maladie chronique caractérisée par une élévation du taux de sucre dans le sang aussi appelé « glycémie » reflétant un état pathologique. L'élévation de la glycémie au long cours a des répercussions délétères sur nombreux de nos tissus et organes d'où l'apparition de complications sévères chez les sujets diabétiques pouvant atteindre les yeux, les reins, le système nerveux, le système cardiovasculaire et les membres inférieurs. La carence en une hormone essentielle à notre organisme, l'insuline, est au coeur du développement de la maladie. L'insuline induit la captation du glucose circulant dans le sang en excès suite à une prise alimentaire riche en glucides et favorise son utilisation et éventuellement son stockage dans les tissus tels que le foie, le tissu adipeux et les muscles. Ainsi, l'insuline est vitale pour réguler et maintenir stable notre niveau de glycémie. Les cellules bêta du pancréas sont les seules entités de notre corps capables de produire de l'insuline et une perte de fonctionnalité associée à leur destruction ont été mises en cause dans le processus pathologique du diabète de type 2. Cependant la pleine fonctionnalité et la maturation des cellules bêta n'apparaissent qu'après la naissance lorsque le pancréas en développement a atteint sa masse adulte définitive. Enfin, une fois la masse des cellules bêta définitive établie, leur nombre et volume restent relativement constants au cours de la vie adulte chez un sujet sain. Néanmoins, au cours de périodes critiques les besoins en insuline sont augmentés tel qu'observé chez les femmes enceintes et les personnes obèses qui ont une perte de sensibilité à l'insuline qui se traduit par la nécessité de sécréter plus d'insuline afin de maintenir une glycémie normale. Dans l'hypothèse où la compensation n'a pas lieu ou n'est pas aboutie, le diabète se développe. Le processus de maturation postnatale ainsi que les événements compensatoires sont donc des étapes essentielles et de nombreuses questions sont encore non résolues concernant l'identification des mécanismes les régulant. Parmi les acteurs potentiels figurent de petites molécules d'ARN découvertes récemment appelées microARNs et qui ont été rapidement suggérées très prometteuses dans l'identification de nouvelles cibles thérapeutiques dans le cadre du diabète et d'autres pathologies. Les microARNs vont réguler l'expression de notre génome sans en modifier la séquence, phénomène également appelé épigénétique, ce qui résulte en des différences de comportement et de fonction cellulaires. Les microARNs sont donc susceptibles de jouer un rôle clé dans l'ensemble des processus biologiques et notre environnement associé à nos prédispositions génétiques peuvent grandement modifier leur niveau et donc leur action, qui à son tour se répercutera sur notre état physiologique. En effet nous avons identifié des changements de microARNs dans les cellules d'îlots pancréatiques de modèles animaux (rats et souris) associés à un état de résistance à l'insuline (grossesse et obésité). Par le biais d'expériences in vitro sur des cellules bêta extraites de rats et conservées en culture, nous avons pu analyser de plus près l'implication des microARNs dans la capacité des cellules bêta à sécréter de l'insuline mais aussi à se multiplier et à survivre au sein d'un environnement toxique. Ainsi, nous avons identifié des microARNs qui participent positivement à la compensation des cellules bêta, sous la direction d'hormones telles les estrogènes ou d'une hormone libérée par l'intestin au cours de la digestion (l'inerétine GLP1) et qui est largement utilisée comme agent thérapeutique dans la médication contre le diabète. Dans un second temps nous avons utilisé une stratégie similaire afin de déterminer le rôle de microARNs préalablement détectés comme étant changés au cours du développement postnatal des cellules bêta chez le rat. Cette étude a également mené à l'identification de microARNs participant à la maturation et à l'expansion de la masse des cellules bêta sous l'influence de la composition du régime alimentaire et des besoins en insuline adéquats qui en dépendent. Ces études apportent la vision de nouveaux mécanismes moléculaires impliquant les microARNs et démontrant leur importance pour le bon fonctionnement des cellules bêta et leur capacité d'adaptation à l'environnement. -- Les cellules bêta sont une composante des îlots pancréatiques de Langerhans et sont des cellules hautement différenciées qui ont l'unique capacité de sécréter de l'insuline sous l'influence des nutriments suite à une prise alimentaire. L'insuline facilite l'incorporation de glucose dans ses tissus cibles tels le foie, le tissu adipeux et les muscles. Bien que les besoins en insuline soient relativement constants au cours de la vie d'un individu sain, certaines conditions associées à un état de résistance à l'insuline, telles la grossesse ou l'obésité, requièrent une libération d'insuline majorée. En cas de résistance à l'insuline, une dysfonction des cellules bêta plus ou moins associée à leur mort cellulaire, conduisent à une sécrétion d'insuline insuffisante et au développement d'une hyperglycémie chronique, caractéristique du diabète de type 2. Jusqu'à présent, les mécanismes moléculaires sous- jacents à la compensation des cellules bêta ou encore menant à leur dysfonction restent peu connus. Découverts récemment, les petits ARNs non-codant appelés microARNs (miARNs), suscitent un intérêt grandissant de par leur potentiel thérapeutique pour la prise en charge et le traitement du diabète. Les miARNs sont de puissants régulateurs de l'expression génique qui lient directement le 3'UTR de leurs ARN messagers cibles afin d'inhiber leur traduction ou d'induire leur dégradation, ce qui leur permet de contrôler des fonctions biologiques multiples. Ainsi, nous avons pris pour hypothèse que les miARNs pourraient jouer un rôle essentiel en maintenant la fonction des cellules bêta et des processus compensatoires afin de prévenir le développement du diabète. Lors d'une première étude, une analyse transcriptomique a permis l'identification de miARNs différemment exprimés au sein d'îlots pancréatiques de rattes gestantes. Parmi eux, le miR-338-3p a démontré la capacité de promouvoir la prolifération et la survie des cellules bêta exposées à des acides gras saturés et des cytokines pro-inflammatoires, sans altérer leur propriété sécrétrice d'insuline. Nous avons également identifié deux hormones reconnues pour leurs propriétés bénéfiques pour la physiologie de la cellule bêta, l'estradiol et l'incrétine GLP1, qui régulent les niveaux du miR-338-3p. Ce miARN intègre parfaitement les voies de signalisation de ces deux hormones dépendantes de l'AMP cyclique, afin de contrôler l'expression de nombreux gènes conduisant à son action biologique. Dans un projet ultérieur, notre objectif était de déterminer la contribution de miARNs dans l'acquisition de l'identité fonctionnelle des cellules bêta en période postnatale. En effet, directement après la naissance les cellules bêta sont reconnues pour être encore immatures et incapables de sécréter de l'insuline spécifiquement en réponse à l'élévation de la glycémie. Au contraire, la réponse insulinique induite par les acides aminés ainsi que la biosynthèse d'insuline sont déjà fonctionnelles. Nos recherches ont permis de montrer que les changements de miARNs corrélés avec l'apparition du phénotype sécrétoire en réponse au glucose, sont régis par la composition nutritionnelle du régime alimentaire et des besoins en insuline qui en découlent. En parallèle, le taux de prolifération des cellules bêta est considérablement réduit. Les miARNs que nous avons étudiés coordonnent des changements d'expression de gènes clés impliqués dans l'acquisition de propriétés vitales de la cellule bêta et dans la maintenancé de son identité propre. Enfin, ces études ont permis de clairement démontrer l'importance des miARNs dans la régulation de la fonction des cellules bêta pancréatiques. -- Beta-cells are highly differentiated cells localized in the pancreatic islets and are characterized by the unique property of secreting insulin in response to nutrient stimulation after meal intake. Insulin is then in charge of facilitating glucose uptake by insulin target tissues such as liver, adipose tissue and muscles. Despite insulin needs stay more or less constant throughout life of healthy individuals, there are circumstances such as during pregnancy or obesity which are associated to insulin resistance, where insulin needs are increased. In this context, defects in beta-cell function, sometimes associated with beta-cell loss, may result in the release of inappropriate amounts of insulin leading to chronic hyperglycemia, properly defined as type 2 diabetes mellitus. So far, the mechanisms underlying beta- cell compensation as well as beta-cell failure remain to be established. The recently discovered small non-coding RNAs called microRNAs (miRNAs) are emerging as interesting therapeutic targets and are bringing new hope for the treatment of diabetes. miRNAs display a massive potential in regulating gene expression by directly binding to the 3'UTR of messenger RNAs and by inhibiting their translation and/or stability, enabling them to modify a wide range of biological functions. In view of this, we hypothesized that miRNAs may play an essential role in preserving the functional beta-cell mass and permitting to fight against beta-cell exhaustion and decompensation that can lead to diabetes development. In a first study, global profiling in pancreatic islets of pregnant rats, a model of insulin resistance, led to the identification of a set of differentially expressed miRNAs. Among them, miR-338- 3p was found to promote beta-cell proliferation and survival upon exposure of islet cells to pro- apoptotic stimuli such as saturated fatty acids or pro-inflammatory cytokines, without impairment in their capacity to release insulin. We also discovered that miR-338-3p changes are driven by two hormones, the estradiol and the incretin GLP1, both well known for their beneficial impact on beta- cell physiology. Consistently, we found that miR-338-3p integrates the cAMP-dependent signaling pathways regulated by these two hormones in order to control the expression of numerous genes and execute its biological functions. In a second project, we aimed at determining whether miRNAs contribute to the acquisition of beta-cell identity. Indeed, we confirmed that right after birth beta-cells are still immature and are unable to secrete insulin specifically in response to elevated concentrations of glucose. In contrast, amino acid-stimulated insulin release as well as insulin biosynthesis are already fully functional. In parallel, newborn beta-cells are proliferating intensively within the expanding pancreas. Interestingly, we demonstrated that the miRNA changes and the subsequent acquisition of glucose responsiveness is influenced by the diet composition and the resulting insulin needs. At the same time, beta-cell proliferation declines. The miRNAs that we have identified orchestrate expression changes of essential genes involved in the acquisition of specific beta-cell properties and in the maintenance of a mature beta-cell identity. Altogether, these studies clearly demonstrate that miRNAs play important roles in the regulation of beta-cell function.

Bounds for the Betti numbers of generalized Cohen-Macaulay ideals

Upper bounds for the Betti numbers of generalized Cohen-Macaulay ideals are given. In particular, for the case of non-degenerate, reduced and ir- reducible projective curves we get an upper bound which only depends on their degree.

p38/MKP-1-regulated AKT coordinates macrophage transitions and resolution of inflammation during tissue repair

Repair of damaged tissue requires the coordinated action of inflammatory and tissue-specific cells to restore homeostasis, but the underlying regulatory mechanisms are poorly understood. In this paper, we report new roles for MKP-1 (mitogen-activated protein kinase [MAPK] phosphatase-1) in controlling macrophage phenotypic transitions necessary for appropriate muscle stem cell¿dependent tissue repair. By restricting p38 MAPK activation, MKP-1 allows the early pro- to antiinflammatory macrophage transition and the later progression into a macrophage exhaustion-like state characterized by cytokine silencing, thereby permitting resolution of inflammation as tissue fully recovers. p38 hyperactivation in macrophages lacking MKP-1 induced the expression of microRNA-21 (miR-21), which in turn reduced PTEN (phosphatase and tensin homologue) levels, thereby extending AKT activation. In the absence of MKP-1, p38-induced AKT activity anticipated the acquisition of the antiinflammatory gene program and final cytokine silencing in macrophages, resulting in impaired tissue healing. Such defects were reversed by temporally controlled p38 inhibition. Conversely, miR-21¿AKT interference altered homeostasis during tissue repair. This novel regulatory mechanism involving the appropriate balance of p38, MKP-1, miR-21, and AKT activities may have implications in chronic inflammatory degenerative diseases.

Mitochondrial Fatty Acid Oxidation in Obesity

Significance: Current lifestyles with high-energy diets and little exercise are triggering an alarming growth in obesity. Excess of adiposity is leading to severe increases in associated pathologies, such as insulin resistance, type 2 diabetes, atherosclerosis, cancer, arthritis, asthma, and hypertension. This, together with the lack of efficient obesity drugs, is the driving force behind much research. Recent Advances: Traditional anti-obesity strategies focused on reducing food intake and increasing physical activity. However, recent results suggest that enhancing cellular energy expenditure may be an attractive alternative therapy. Critical Issues: This review evaluates recent discoveries regarding mitochondrial fatty acid oxidation (FAO) and its potential as a therapy for obesity. We focus on the still controversial beneficial effects of increased FAO in liver and muscle, recent studies on how to potentiate adipose tissue energy expenditure, and the different hypotheses involving FAO and the reactive oxygen species production in the hypothalamic control of food intake. Future Directions: The present review aims to provide an overview of novel anti-obesity strategies that target mitochondrial FAO and that will definitively be of high interest in the future research to fight against obesity-related disorders. Antioxid. Redox Signal. 00, 000000.

Human natural Treg microRNA signature: role of microRNA-31 and microRNA-21 in FOXP3 expression.

Treg are the main mediators of dominant tolerance. Their mechanisms of action and applications are subjects of considerable debate currently. However, a human microRNA (miR) Treg signature has not been described yet. We investigated human natural Treg and identified a signature composed of five miR (21, 31, 125a, 181c and 374). Among those, two were considerably under-expressed (miR-31 and miR-125a). We identified a functional target sequence for miR-31 in the 3' untranslated region (3' UTR) of FOXP3 mRNA. Using lentiviral transduction of fresh cord blood T cells, we demonstrated that miR-31 and miR-21 had an effect on FOXP3 expression levels. We showed that miR-31 negatively regulates FOXP3 expression by binding directly to its potential target site in the 3' UTR of FOXP3 mRNA. We next demonstrated that miR-21 acted as a positive, though indirect, regulator of FOXP3 expression. Transduction of the remaining three miR had no direct effect on FOXP3 expression or on the phenotype and will remain the subject of future investigations. In conclusion, not only have we identified and validated a miR signature for human natural Treg, but also unveiled some of the mechanisms by which this signature was related to the control of FOXP3 expression in these cells.

Respiratory chain dysfunction associated with multiple mitochondrial DNA deletions in antiretroviral therapy-related lipodystrophy.

Highly-active antiretroviral therapy (HAART) can induce a characteristic lipodystrophy syndrome characterized by peripheral fat wasting and central adiposity, usually associated with hyperlipidaemia and insulin resistance [1,2]. Indirect data have led some authors to propose that mitochondrial dysfunction could play a role in this syndrome [3,4].To date, as recently outlined by Kakuda et al. [5] in this journal, HIV-infected patients developing lipodystrophy have not been studied for mitochondrial changes or respiratory chain capacity...

Psychometric characteristics of the Spanish version of instruments to measure neck pain disability

Background: The NDI, COM and NPQ are evaluation instruments for disability due to NP. There was no Spanish version of NDI or COM for which psychometric characteristics were known. The objectives of this study were to translate and culturally adapt the Spanish version of the Neck Disability Index Questionnaire (NDI), and the Core Outcome Measure (COM), to validate its use in Spanish speaking patients with non-specific neck pain (NP), and to compare their psychometric characteristics with those of the Spanish version of the Northwick Pain Questionnaire (NPQ).Methods: Translation/re-translation of the English versions of the NDI and the COM was done blindly and independently by a multidisciplinary team. The study was done in 9 primary care Centers and 12 specialty services from 9 regions in Spain, with 221 acute, subacute and chronic patients who visited their physician for NP: 54 in the pilot phase and 167 in the validation phase. Neck pain (VAS), referred pain (VAS), disability (NDI, COM and NPQ), catastrophizing (CSQ) and quality of life (SF-12) were measured on their first visit and 14 days later. Patients' self-assessment was used as the external criterion for pain and disability. In the pilot phase, patients' understanding of each item in the NDI and COM was assessed, and on day 1 test-retest reliability was estimated by giving a second NDI and COM in which the name of the questionnaires and the order of the items had been changed.Results: Comprehensibility of NDI and COM were good. Minutes needed to fill out the questionnaires [median, (P25, P75)]: NDI. 4 (2.2, 10.0), COM: 2.1 (1.0, 4.9). Reliability: [ICC, (95%CI)]: NDI: 0.88 (0.80, 0.93). COM: 0.85 (0.75,0.91). Sensitivity to change: Effect size for patients having worsened, not changed and improved between days 1 and 15, according to the external criterion for disability: NDI: -0.24, 0.15, 0.66; NPQ: -0.14, 0.06, 0.67; COM: 0.05, 0.19, 0.92. Validity: Results of NDI, NPQ and COM were consistent with the external criterion for disability, whereas only those from NDI were consistent with the one for pain. Correlations with VAS, CSQ and SF-12 were similar for NDI and NPQ (absolute values between 0.36 and 0.50 on day 1, between 0.38 and 0.70 on day 15), and slightly lower for COM (between 0.36 and 0.48 on day 1, and between 0.33 and 0.61 on day 15). Correlation between NDI and NPQ: r = 0.84 on day 1, r = 0.91 on day 15. Correlation between COM and NPQ: r = 0.63 on day 1, r = 0.71 on day 15.Conclusion: Although most psychometric characteristics of NDI, NPQ and COM are similar, those from the latter one are worse and its use may lead to patients' evolution seeming more positive than it actually is. NDI seems to be the best instrument for measuring NP-related disability, since its results are the most consistent with patient's assessment of their own clinical status and evolution. It takes two more minutes to answer the NDI than to answer the COM, but it can be reliably filled out by the patient without assistance.

Rôle des microARNs dans le diabète

Découverts en 1993 dans Caenorhabditis elegans, les microARNs sont une nouvelle famille¦de molécules, simples brin d'ARN non-codant d'environ 20 nucléotides. Ce sont des régulateurs,¦capables d'inhiber l'expression de gènes dans les cellules eucaryotes. Ils jouent un rôle dans¦d'importants processus comme la prolifération cellulaire, l'apoptose, l'inflammation, et la¦différenciation tissulaire. C'est pour cela que des variations de la quantité de microARNs dans le¦corps humain peuvent engendrer diverses maladies comme le diabète, le cancer et différentes¦pathologies cardiovasculaires. Dans le futur, une meilleure compréhension des microARNs et de¦leurs mécanismes d'action pourrait aider à découvrir de nouveaux outils pour traiter ou prévenir¦certaines maladies. Les objectifs de ce travail étaient de faire une recherche de¦littérature sur les microARNs et leurs implications dans le diabète dans un premier temps, puis de¦poursuivre avec des manipulations de laboratoire pour mesurer l'activité et la fonction de¦microARNs dans la cellule bêta pancréatique dans le modèle de la gestation. La méthode utilisée¦pour l'étude bibliographique a été une recherche sur la base de données Pubmed. Pour les¦manipulations au laboratoire, deux microARNs ont été étudiés miR-325-5p et miR-874, afin¦d'évaluer l'impact de la surexpression ou le knock down de ces deux microARNs sur les fonctions¦de cellules bêta pancréatiques comme la prolifération et l'apoptose. Ces techniques étaient¦parfaitement au point dans le laboratoire d'accueil. En ce qui me concerne, ce travail m'a permis¦d'approfondir mes connaissances sur un sujet nouveau et de mettre un pied dans le milieu de la¦recherche fondamentale.

The First World War and coal trade geography in Latin America and the Caribbean (1890-1930)

This paper aims to illustrate the dynamics of coal trade between Latin America and its main trade partners, i.e. the USA, Great Britain and Germany, before and after the enormous disruption caused by the First World War. The coal trade was used as an indicator of modernization for Latin American countries, given that oil was at that time of secondary importance. Energy imports have determined the possibilities of each Latin American country in its process of development. Here we address this question and place special emphasis on supply channels, concluding that the trade link with main suppliers was of key significance. Although this was very clear by the end of the period, the process had started well before the First World War, at least for the majority of LA&C countries. These points are developed through a gravity model applied to the bilateral coal trade. The importance of the market supplier share is addressed through cluster methodologies.