Changes in the transcriptional profile of transporters in the intestine along the anterior-posterior and crypt-villus axes.

BACKGROUND: The purpose of this work was to characterize the expression of drug and nutrient carriers along the anterior-posterior and crypt-villus axes of the intestinal epithelium and to study the validity of utilizing whole gut tissue rather than purified epithelial cells to examine regional variations in gene expression. RESULTS: We have characterized the mRNA expression profiles of 76 % of all currently known transporters along the anterior-posterior axis of the gut. This is the first study to describe the expression profiles of the majority of all known transporters in the intestine. The expression profiles of transporters, as defined according to the Gene Ontology consortium, were measured in whole tissue of the murine duodenum, jejunum, ileum and colon using high-density microarrays. For nine transporters (Abca1, Abcc1, Abcc3, Abcg8, Slc10a2, Slc28a2, Slc2a1, Slc34a2 and Slc5a8), the mRNA profiles were further measured by RT-PCR in laser micro-dissected crypt and villus epithelial cells corresponding to the aforementioned intestinal regions. With respect to differentially regulated transporters, the colon had a distinct expression profile from small intestinal segments. The majority (59 % for p cutoff < or = 0.05) of transporter mRNA levels were constant across the intestinal sections studied. For the transporter subclass "carrier activity", which contains the majority of known carriers for biologically active compounds, a significant change (p < or = 0.05) along the anterior-posterior axis was observed. CONCLUSION: All nine transporters examined in laser-dissected material demonstrated good replication of the region-specific profiles revealed by microarray. Furthermore, we suggest that the distribution characteristics of Slc5a8 along the intestinal tract render it a suitable candidate carrier for monocarboxylate drugs in the posterior portion of the intestine. Our findings also predict that there is a significant difference in the absorption of carrier-mediated compounds in the different intestinal segments. The most pronounced differences can be expected between the adjoining segments ileum and colon, but the differences between the other adjoining segments are not negligible. Finally, for the examined genes, profiles measured in whole intestinal tissue extracts are representative of epithelial cell-only gene expression.

A cell biological view of the siderophore pyochelin iron uptake pathway in Pseudomonas aeruginosa.

Pyochelin (PCH) is a siderophore produced and secreted by Pseudomonas aeruginosa for iron capture. Using (55) Fe uptake and binding assays, we showed that PCH-Fe uptake in P. aeruginosa involves, in addition to the highly studied outer membrane transporter FptA, the inner membrane permease FptX, which recognizes PCH-(55) Fe with an affinity of 0.6 ± 0.2 nM and transports the ferri-siderophore complex from the periplasm into the cytoplasm: fptX deletion inhibited (55) Fe accumulation in the bacterial cytoplasm. Chromosomal replacement was used to generate P. aeruginosa strains producing fluorescent fusions with FptX, PchR (an AraC regulator), PchA (the first enzyme involved in the PCH biosynthesis) and PchE (a non-ribosomic peptide-synthetase involved in a further step). Fluorescence imaging and cellular fractionation showed a uniform repartition of FptX in the inner membrane. PchA and PchE were found in the cytoplasm, associated to the inner membrane all over the bacteria and also concentrated at the bacterial poles. PchE clustering at the bacterial poles was dependent on PchA expression, but on the opposite PchA clustering and membrane association was PchE-independent. PchA and PchE cellular organization suggests the existence of a siderosome for PCH biosynthesis as previously proposed for pyoverdine biosynthesis (another siderophore produced by P. aeruginosa).

Host genetic and epigenetic factors in toxoplasmosis

Analysing human genetic variation provides a powerful tool in understanding risk factors for disease. Toxoplasma gondii acquired by the mother can be transmitted to the fetus. Infants with the most severe clinical signs in brain and eye are those infected early in pregnancy when fetal immunity is least well developed. Genetic analysis could provide unique insight into events in utero that are otherwise difficult to determine. We tested the hypothesis that propensity for T. gondii to cause eye disease is associated with genes previously implicated in congenital or juvenile onset ocular disease. Using mother-child pairs from Europe (EMSCOT) and child/parent trios from North America (NCCCTS), we demonstrated that ocular and brain disease in congenital toxoplasmosis associate with polymorphisms in ABCA4 encoding ATP-binding cassette transporter, subfamily A, member 4 previously associated with juvenile onset retinal dystrophies including Stargardt's disease. Polymorphisms at COL2A1 encoding type II collagen, previously associated with Stickler syndrome, associated only with ocular disease in congenital toxoplasmosis. Experimental studies showed that both ABCA4 and COL2A1 show isoform-specific epigenetic modifications consistent with imprinting, which provided an explanation for the patterns of inheritance observed. These genetic and epigenetic risk factors provide unique insight into molecular pathways in the pathogenesis of disease.

A MODEL OF CREATINE DEFICIENCY SYNDROMES IN 3D BRAIN CELL CULTURES BY KNOCKDOWN OF GAMT AND SLC6A8 GENES

La créatine joue un rôle essentiel dans le métabolisme cellulaire par sa conversion, par la creatine kinase, en phosphocreatine permettant la régénération de l'ATP. La synthèse de créatine, chez les mammifères, s'effectue par une réaction en deux étapes impliquant Γ arginine: glycine amidinotransférase (AGAT) et la guanidinoacétate méthyltransférase (GAMT). L'entrée de créatine dans les cellules s'effectue par son transporteur, SLC6A8. Les déficiences en créatine, dues au déficit en GAMT, AGAT ou SLC6A8, sont fréquentes et caractérisées par une absence ou une forte baisse de créatine dans le système nerveux central. Alors qu'il est connu que AGAT, GAMT et SLC6A8 sont exprimés par le cerveau, les conséquences des déficiences en créatine sur les cellules nerveuses sont peu comprises. Le but de ce travail était de développer de nouveaux modèles expérimentaux des déficiences en Cr dans des cultures 3D de cellules nerveuses de rat en agrégats au moyen de l'interférence à l'ARN appliquée aux gènes GAMT et SLC6A8. Des séquences interférentes (shRNAs) pour les gènes GAMT et SLC6A8 ont été transduites par des vecteurs viraux AAV (virus adéno-associés), dans les cellules nerveuses en agrégats. Nous avons ainsi démontré une baisse de l'expression de GAMT au niveau protéique (mesuré par western blot), et ARN messager (mesuré par qPCR) ainsi qu'une variation caractérisitique de créatine et guanidinoacétate (mesuré par spectrométrie de masse). Après avoir validé nos modèles, nous avons montré que les knockdown de GAMT ou SLC6A8 affectent le développement des astrocytes et des neurones ou des oligodendrocytes et des astrocytes, respectivement, ainsi qu'une augmentation de la mort cellulaire et des modifications dans le pattern d'activation des voies de signalisation impliquant caspase 3 et p38 MAPK, ayant un rôle dans le processus d'apoptose. - Creatine plays essential roles in energy metabolism by the interconversion, by creatine kinase, to its phosphorylated analogue, phosphocreatine, allowing the regeneration of ATP. Creatine is synthesized in mammals by a two step mechanism involving arginine:glycine amidinotransferase (AGAT) and guanidinoacetate methyltransferase (GAMT). Creatine is taken up by cells by a specific transporter, SLC6A8. Creatine deficiency syndromes, due to defects in GAMT, AGAT and SLC6A8, are among the most frequent inborn errors of metabolism, and are characterized by an absence or a severe decrease of creatine in central nervous system, which is the main tissue affected. While it is known that AGAT, GAMT and SLC6A8 are expressed in CNS, many questions remain on the specific effects of AGAT, GAMT and SLC6A8 deficiencies on brain cells. Our aim was to develop new experimental models of creatine deficiencies by knockdown of GAMT and SLC6A8 genes by RNAi in 3D organotypic rat brain cell cultures in aggregates. Specific shRNAs for the GAMT and SLC6A8 genes were transduced in brain cell aggregates by adeno-associated viruses (AAV). The AAV-transduced shRNAs were able to efficiently knockdown the expression of our genes of interest, as shown by a strong decrease of protein by western blotting, a decrease of mRNA by qPCR or characteristic variations of creatine and guanidinoacetate by tandem mass spectrometry. After having validated our experimental models, we have also shown that GAMT and SLC6A8 knockdown affected the development of astrocytes and neurons or oligodendrocytes and astrocytes, respectively. We also observed an increase of cell death and variations in activation pattern of caspase 3 and p38 MAPK pathways, involved in apoptosis, in our experimental model.

Contribution de l'étude CoLaus à l'élucidation des déterminants de l'acide urique sérique [Contribution of the CoLaus study to decipher the determinants of serum uric acid].

Asymptomatic hyperuricemia affects one in five adults in the general population and is associated with elevated cardiovascular risk. It is however not clear whether asymptomatic hyperuricemia is a cause or simply a marker of conditions associated with high cardiovascular risk. Sex, age, obesity, renal function and selected drugs are major determinants of serum uric acid. Moreover, recent genome-wide association studies have identified new genes involved in the control of serum uric acid levels, in particular SLC2A9, which encodes a urate transporter located in the kidney. A genetic score based on several genetic variants associated with serum uric acid is strongly associated with the risk of gout, but not with cardiovascular events so far.

Control and host-dependent activation of insect toxin expression in a root-associated biocontrol pseudomonad.

Pseudomonas fluorescens CHA0 is a root-associated biocontrol agent that suppresses soil-borne fungal diseases of crops. Remarkably, the pseudomonad is also endowed with systemic and oral activity against pest insects which depends on the production of the insecticidal Fit toxin. The toxin gene (fitD) is part of a virulence cassette encoding three regulators (FitF, FitG, FitH) and a type I secretion system (FitABC-E). Immunoassays with a toxin-specific antibody and transcriptional analyses involving fitG and fitH deletion and overexpression mutants identified LysR family regulator FitG and response regulator FitH as activator and repressor, respectively, of Fit toxin and transporter expression. To visualize and quantify toxin expression in single live cells by fluorescence microscopy, we developed reporters which in lieu of the native toxin protein express a fusion of the Fit toxin with red fluorescent mCherry. In a wild-type background, expression of the mCherry-tagged Fit toxin was activated at high levels in insect hosts, i.e. when needed, yet not on plant roots or in batch culture. By contrast, a derepressed fitH mutant expressed the toxin in all conditions. P. fluorescens hence can actively induce insect toxin production in response to the host environment, and FitH and FitG are key regulators in this mechanism.

GLUT3 is induced during epithelial-mesenchymal transition and promotes tumor cell proliferation in non-small cell lung cancer.

BACKGROUND: Alterations in glucose metabolism and epithelial-mesenchymal transition (EMT) constitute two important characteristics of carcinoma progression toward invasive cancer. Despite an extensive characterization of each of them separately, the links between EMT and glucose metabolism of tumor cells remain elusive. Here we show that the neuronal glucose transporter GLUT3 contributes to glucose uptake and proliferation of lung tumor cells that have undergone an EMT. RESULTS: Using a panel of human non-small cell lung cancer (NSCLC) cell lines, we demonstrate that GLUT3 is strongly expressed in mesenchymal, but not epithelial cells, a finding corroborated in hepatoma cells. Furthermore, we identify that ZEB1 binds to the GLUT3 gene to activate transcription. Importantly, inhibiting GLUT3 expression reduces glucose import and the proliferation of mesenchymal lung tumor cells, whereas ectopic expression in epithelial cells sustains proliferation in low glucose. Using a large microarray data collection of human NSCLCs, we determine that GLUT3 expression correlates with EMT markers and is prognostic of poor overall survival. CONCLUSIONS: Altogether, our results reveal that GLUT3 is a transcriptional target of ZEB1 and that this glucose transporter plays an important role in lung cancer, when tumor cells loose their epithelial characteristics to become more invasive. Moreover, these findings emphasize the development of GLUT3 inhibitory drugs as a targeted therapy for the treatment of patients with poorly differentiated tumors.

Steady-state brain glucose transport kinetics re-evaluated with a four-state conformational model.

Glucose supply from blood to brain occurs through facilitative transporter proteins. A near linear relation between brain and plasma glucose has been experimentally determined and described by a reversible model of enzyme kinetics. A conformational four-state exchange model accounting for trans-acceleration and asymmetry of the carrier was included in a recently developed multi-compartmental model of glucose transport. Based on this model, we demonstrate that brain glucose (G(brain)) as function of plasma glucose (G(plasma)) can be described by a single analytical equation namely comprising three kinetic compartments: blood, endothelial cells and brain. Transport was described by four parameters: apparent half saturation constant K(t), apparent maximum rate constant T(max), glucose consumption rate CMR(glc), and the iso-inhibition constant K(ii) that suggests G(brain) as inhibitor of the isomerisation of the unloaded carrier. Previous published data, where G(brain) was quantified as a function of plasma glucose by either biochemical methods or NMR spectroscopy, were used to determine the aforementioned kinetic parameters. Glucose transport was characterized by K(t) ranging from 1.5 to 3.5 mM, T(max)/CMR(glc) from 4.6 to 5.6, and K(ii) from 51 to 149 mM. It was noteworthy that K(t) was on the order of a few mM, as previously determined from the reversible model. The conformational four-state exchange model of glucose transport into the brain includes both efflux and transport inhibition by G(brain), predicting that G(brain) eventually approaches a maximum concentration. However, since K(ii) largely exceeds G(plasma), iso-inhibition is unlikely to be of substantial importance for plasma glucose below 25 mM. As a consequence, the reversible model can account for most experimental observations under euglycaemia and moderate cases of hypo- and hyperglycaemia.

Sequence analysis of coding DNA fragments of pfcrt and pfmdr-1 genes in Plasmodium falciparum isolates from Odisha, India

The global emergence and spread of malaria parasites resistant to antimalarial drugs is the major problem in malaria control. The genetic basis of the parasite's resistance to the antimalarial drug chloroquine (CQ) is well-documented, allowing for the analysis of field isolates of malaria parasites to address evolutionary questions concerning the origin and spread of CQ-resistance. Here, we present DNA sequence analyses of both the second exon of the Plasmodium falciparum CQ-resistance transporter (pfcrt) gene and the 5' end of the P. falciparum multidrug-resistance 1 (pfmdr-1) gene in 40 P. falciparum field isolates collected from eight different localities of Odisha, India. First, we genotyped the samples for the pfcrt K76T and pfmdr-1 N86Y mutations in these two genes, which are the mutations primarily implicated in CQ-resistance. We further analyzed amino acid changes in codons 72-76 of the pfcrt haplotypes. Interestingly, both the K76T and N86Y mutations were found to co-exist in 32 out of the total 40 isolates, which were of either the CVIET or SVMNT haplotype, while the remaining eight isolates were of the CVMNK haplotype. In total, eight nonsynonymous single nucleotide polymorphisms (SNPs) were observed, six in the pfcrt gene and two in the pfmdr-1 gene. One poorly studied SNP in the pfcrt gene (A97T) was found at a high frequency in many P. falciparum samples. Using population genetics to analyze these two gene fragments, we revealed comparatively higher nucleotide diversity in the pfcrt gene than in the pfmdr-1 gene. Furthermore, linkage disequilibrium was found to be tight between closely spaced SNPs of the pfcrt gene. Finally, both the pfcrt and the pfmdr-1 genes were found to evolve under the standard neutral model of molecular evolution.

Synthesis and transport of creatine in the CNS: importance for cerebral functions.

J. Neurochem. (2010) 10.1111/j.1471-4159.2010.06935.x Abstract Apart of its well known function of 'energetic buffer' through the creatine/phosphocreatine/creatine kinase system allowing the regeneration of ATP, creatine has been recently suggested as a potential neuromodulator of even true neurotransmitter. Moreover, the recent discovery of primary creatine deficiency syndromes, due to deficiencies in l-arginine : glycine amidinotransferase or guanidinoacetate methyltransferase (the two enzymes allowing creatine synthesis) or in the creatine transporter, has shed new light on creatine synthesis, metabolism and transport, in particular in CNS which appears as the main tissue affected by these creatine deficiencies. Recent data suggest that creatine can cross blood-brain barrier but only with a poor efficiency, and that the brain must ensure parts of its needs in creatine by its own endogenous synthesis. Finally, the recent years have demonstrated the interest to use creatine as a neuroprotective agent in a growing number of neurodegenerative diseases, including Parkinson's and Huntington's diseases. This article aims at reviewing the latest data on creatine metabolism and transport in the brain, in relation to creatine deficiencies and to the potential use of creatine as neuroprotective molecule. Emphasis is also given to the importance of creatine for cerebral function.

Significant molecular and systemic adaptations after repeated sprint training in hypoxia

While intermittent hypoxic training (IHT) has been reported to evoke cellular responses via hypoxia inducible factors (HIFs) but without substantial performance benefits in endurance athletes, we hypothesized that repeated sprint training in hypoxia could enhance repeated sprint ability (RSA) performed in normoxia via improved glycolysis and O(2) utilization. 40 trained subjects completed 8 cycling repeated sprint sessions in hypoxia (RSH, 3000 m) or normoxia (RSN, 485 m). Before (Pre-) and after (Post-) training, muscular levels of selected mRNAs were analyzed from resting muscle biopsies and RSA tested until exhaustion (10-s sprint, work-to-rest ratio 1ratio2) with muscle perfusion assessed by near-infrared spectroscopy. From Pre- to Post-, the average power output of all sprints in RSA was increased (p<0.01) to the same extent (6% vs 7%, NS) in RSH and in RSN but the number of sprints to exhaustion was increased in RSH (9.4+/-4.8 vs. 13.0+/-6.2 sprints, p<0.01) but not in RSN (9.3+/-4.2 vs. 8.9+/-3.5). mRNA concentrations of HIF-1alpha (+55%), carbonic anhydrase III (+35%) and monocarboxylate transporter-4 (+20%) were augmented (p<0.05) whereas mitochondrial transcription factor A (-40%), peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator 1alpha (-23%) and monocarboxylate transporter-1 (-36%) were decreased (p<0.01) in RSH only. Besides, the changes in total hemoglobin variations (Delta[tHb]) during sprints throughout RSA test increased to a greater extent (p<0.01) in RSH. Our findings show larger improvement in repeated sprint performance in RSH than in RSN with significant molecular adaptations and larger blood perfusion variations in active muscles.

Rôle du transporteur de glucose GLUT2 dans les mécanismes centraux de glucodétection impliqués dans le contrôle de la sécrétion du glucagon et de la prise alimentaire

Résumé Rôle du transporteur de glucose GLUT2 dans les mécanismes centraux de glucodétection impliqués dans le contrôle de la sécrétion du glucagon et de la prise alimentaire. Les mécanismes centraux de glucodétection jouent un rôle majeur dans le contrôle de l'homéostasie glucidique. Ces senseurs régulent principalement la sécrétion des hormones contre-régulatrices, la prise alimentaire et la dépense énergétique. Cependant, la nature cellulaire et le fonctionnement moléculaire de ces mécanismes ne sont encore que partiellement élucidés. Dans cette étude, nous avons tout d'abord mis en évidence une suppression de la stimulation de la sécrétion du glucagon et de la prise alimentaire en réponse à une injection intracérébroventriculaire (i.c.v.) de 2-déoxy-D-glucose (2-DG) chez les souris de fond génétique mixte et déficientes pour le gène glut2 (souris RIPG1xglut2-/-). De plus, chez ces souris, l'injection de 2-DG n'augmente pas l'activation neuronale dans l'hypothalamus et le complexe vagal dorsal. Nous avons ensuite montré que la ré-expression de GLUT2 dans les neurones des souris RIPG1xg1ut2-/- ne restaure pas la sécrétion du glucagon et la prise alimentaire en réponse à une injection i.c.v. de 2-DG. En revanche, l'injection de 2-DG réalisée chez les souris RIPG1xg1ut2-/- ré-exprimant le GLUT2 dans leurs astrocytes, stimule la sécrétion du glucagon et l'activation neuronale dans le complexe vagal dorsal mais n'augmente pas la prise alimentaire ni l'activation neuronale dans l'hypothalamus. L'ensemble de ces résultats démontre l'existence de différents mécanismes centraux de glucodétection dépendants de GLUT2. Les mécanismes régulant la sécrétion du glucagon sont dépendants de GLUT2 astrocytaire et pourraient être localisés dans le complexe vagal dorsal. L'implication des astrocytes dans ces mécanismes suggère un couplage fonctionnel entre les astrocytes et les neurones adjacents « sensibles au glucose ». Lors de cette étude, nous avons remarqué chez les souris RIPG1xg1ut2-/- de fond génétique pur C57B1/6, que seul le déclenchement de la prise alimentaire en réponse à l'injection i.p. ou i.c.v. de 2-DG est aboli. Ces données mettent en évidence que suivant le fond génétique de la souris, les mécanismes centraux de glucodétection impliqués dans la régulation de la sécrétion peuvent être indépendants de GLUT2. Summary. Role of transporter GLUT2 in central glucose sensing involved in the control of glucagon secretion and food intake. Central glucose sensors play an important role in the control of glucose homeostasis. These sensors regulate general physiological functions, including food intake, energy expenditure and hormones secretion. So far the cellular and molecular basis of central glucose detection are poorly understood. Hypoglycemia, or cellular glucoprivation by intraperitoneal injection of 2-deoxy¬glucose (2-DG) injection, elicit multiple glucoregulatory responses, in particular glucagon secretion and stimulation of feeding. We previously demonstrated that the normal glucagon response to insulin-induced hypoglycemia was suppressed in mice lacking GLUT2. This indicated the existence of extra-pancreatic, GLUT2-dependent, glucose sensors controllling glucagon secretion. Here, we have demonstrated that the normal glucagon and food intake responses to central glucoprivation, by intracerebroventricular (i.c.v.) injections of 2-DG, were suppressed in mice lacking GLUT2 (RIPG1xglut2-/- mice) indicating that GLUT2 plays a role in central glucose sensing units controlling secretion of glucagon and food intake. Whereas it is etablished that glucose responsive neurons change their firing rate in response to variations of glucose concentrations, the exact mechanism of glucose detection is not established. In particular, it has been suggested that astrocytic cells may be the primary site of glucose detection and that a signal is subsequently transmitted to neurons. To evaluate the respective role of glial and neuronal expression of GLUT2 in central glucodetection, we studied hypoglycemic and glucoprivic responses following cellular glucoprivation in RIPG1xglut2-/- mice reexpressing the transgenic GLUT2 specifially in their astrocytes (pGFAPG2xRIPG1xglut2-/- mice) or their neurons (pSynG2xRIPG1xglut2-/- mice). The increase of food intake after i.p. injection of 2-DG in control mice was not observed in the pGFAPG2xRIPG1xglut2-/- mice. Whereas a strong increase of glucagon secretion was observed in control and pGFAPG2xRIPG1xglut2-/- mice, not glucagonemic response was induced in pSynG2xRIPG1xglut2-/- mice. Our results show that GLUT2 reexpression in glial cells but not in neurons restored glucagon secretion and thus present a strong evidence that glucose detection and the control of glucagon secretion require a coupling between glial cells and neurons. Furthermore, these results show the existence of differents glucose sensors in CNS. Résumé tout public. Rôle du transporteur de glucose GLUT2 dans les mécanismes centraux de glucodétection impliqués dans le contrôle de la sécrétion du glucagon et de la prise alimentaire. Chez les mammifères, en dépit des grandes variations dans l'apport et l'utilisation du glucose, la glycémie est maintenue à une valeur relativement constante d'environ 1 g/l. Cette régulation est principalement sous le contrôle de deux hormones produites par le pancréas l'insuline et le glucagon. A la suite d'un repas, la détection de l'élévation de la glycémie par le pancréas permet la libération pancréatique de l'insuline dans le sang. Cette hormone va alors permettre le stockage dans le foie du glucose sanguin en excès et diminuer ainsi la glycémie. Sans insuline, le glucose s'accumule dans le sang. On parle alors d'hyperglycémie chronique. Cette situation est caractéristique du diabète et augmente les risques de maladies cardiovasculaires. A l'inverse, lors d'un jeûne, la détection de la diminution de la glycémie par le cerveau permet le déclenchement de la prise alimentaire et stimule la sécrétion de glucagon par le pancréas. Le glucagon va alors permettre la libération dans le sang du glucose stocké par le foie. Les effets du glucagon et de la prise de nourriture augmentent ainsi les concentrations sanguines de glucose pour empêcher une diminution trop importante de la glycémie. Une hypoglycémie sévère peut entraîner un mauvais fonctionnement du cerveau allant jusqu'à des lésions cérébrales. Contrairement aux mécanismes pancréatiques de détection du glucose, les mécanismes de glucodétection du cerveau ne sont encore que partiellement élucidés. Dans le laboratoire, nous avons observé, chez les souris transgéniques n'exprimant plus le transporteur de glucose GLUT2, une suppression de la stimulation de la sécrétion du glucagon et du déclenchement de la prise alimentaire en réponse à une hypoglycémie, induite uniquement dans le cerveau. Dans le cerveau, le GLUT2 est principalement exprimé par les astrocytes, cellules gliales connues pour soutenir, nourrir et protéger les neurones. Nous avons alors ré-exprimé spécifiquement le GLUT2 dans les astrocytes des souris transgéniques et nous avons observé que seule la stimulation de la sécrétion du glucagon en réponse à l'hypoglycémie est restaurée. Ces résultats mettent en évidence que la sécrétion du glucagon et la prise alimentaire sont contrôlées par différents mécanismes centraux de glucodétection dépendants de GLUT2.

Étude de la fonction de GLUT8 sur un modèle de souris "knock-out"

Résumé GLUT8 est la première des nouvelles isoformes des GLUT récemment identifiés. Il est fortement exprimé dans les testicules et plus faiblement dans les blastocystes, le cerveau, particulièrement au niveau de l'hippocampe, et le coeur. En conditions basales, il est retenu dans un compartiment intracellulaire. Si on l'exprime en surface cellulaire, par la mutation du motif d'internalisation dileucine, il transporte le glucose avec une bonne affinité. Dans le but d'étudier sa fonction au niveau de l'organisme, nous avons créé un modèle de knock out conditionnel, en entourant le dernier exon du gène de GLUT8 par deux sites loxP. En croisant nos souris avec une souche de souris transgénique exprimant la cre-recombinase dans les cellules de la lignée germinale, nous avons généré un modèle de souris portant la délétion totale de GLUT8 de manière constitutionnelle. Les statistiques effectuées sur les premières naissances indiquent qu'une partie des souris knock out ne survit pas, suggérant un rôle de GLUT8 au niveau du développement embryonnaire. Les souris qui ont survécu ne présentent toutefois pas d'anomalies durant la croissance et sont fertiles. Elles ont des taux de glucose et d'insuline sanguins normaux. Au niveau cérébral, la structure de l'hippocampe n'est pas modifiée par la suppression de GLUT8, cependant, les souris GLUT8-/- présentent une prolifération cellulaire augmentée dans le gyrus denté. Cette augmentation de division cellulaire pourrait être la réponse adaptée à une éventuelle augmentation de la mort cellulaire au niveau de l'hippocampe. Elles ne semblent toutefois pas présenter de défauts cognitifs majeurs dans le bassin de Morris en conditions normales. Toutefois, en conditions de jeûne, elles tendent à une meilleure mémorisation à court terme. Les études morphologiques et histologiques au niveau cardiaque n'ont pas révélé de d'hypertrophie au niveau ventriculaire. La stimulation de la contraction à l'isoprotérénol n'a pas mis en évidence de défaut d'adaptation des coeurs GLUT8-/-. Cependant l'analyse fonctionnelle par électrocardiogramme, en conditions basales, a montré une augmentation de la durée de l'onde P, suggérant un défaut dans la dépolarisation des oreillettes. Nos résultats indiquent que GLUT8 ne joue pas un rôle prédominant dans la survie et la fonction basale des souris. Il pourrait jouer un rôle plus important dans des situations stressantes pour l'organisme, comme l'hypoglycémie ou les conditions d'ischémie qui induiraient son expression à la membrane plasmique et stimuleraient le captage du glucose. Abstract GLUT8 was the first of the recently identified isoform of the GLUT family proteins. It is strongly expressed in the testis. It is also found at a lower level in the blastocyst, in heart and in the brain. Under basal conditions, it is retained in the intracellular compartment, but when the internalization motif dileucine is mutated, GLUT8 translocates to the plasma membrane and transports glucose with a relatively high affinity. To study its function in vivo, we created a conditional knock out mouse model. To do so, we targeted the last exon of the GLUT8 gene with two loxP sites. We then crossed these mice with a transgenic model expressing the cre-recombinase in the gem' line to generate a constitutional total knock out mouse. The statistics made on the first breedings showed that some of the knock out mice do not survive, suggesting a role of GLUT8 in the embryonic development. Conversely mice who survive do not show developmental defects and they are fertile with normal glucose and insulin blood levels. In the brain, the general structure of the hippocampus is not modified by the deletion of GLUT8. However, GLUT8-/- mice show an increase in the cell proliferation in the dentate gyms. This cell proliferation could be due to an increase in the cell death in the hippocampus. When tested in the morris water maze, these mice do not show any cognitive defects in the basal conditions, but they have a tendency to learn better in fasted conditions. The morphological and histological studies made at the heart level did not show any cardiac hypertrophy in the ventricles. The stimulation with isoproterenol did not show any adaptation defects in the GLUT8-/- hearts. However, the functional analysis made in basal conditions with the electrocardiogram showed an increase in the P wave length, suggesting a defect in the atrial depolarization in the knock out mice. Overall, our results show that GLUT8 does not play an important role in the basal general functions in the mice, but might play a more important role during whole organism stress. Hypoglycaemia or ischemia, for example could stimulate the GLUT8 translocation to the plasma membrane to increase specifically glucose uptake. Résumé tout public Les différentes cellules de l'organisme possèdent des propriétés particulières, qui leur permettent de maintenir les fonctions de l'organe auquel elles appartiennent. La membrane plasmique qui les délimite sélectionne les substances qui vont pénétrer à l'intérieur de la cellule et permet ainsi de maintenir un environnement interne constant. Le glucose est une source d'énergie importante pour la cellule et doit pouvoir pénétrer à l'intérieur de la cellule. Il utilise pour cela des protéines de transport qui le feront passer de part et d'autre de la membrane. Les protéines de la famille des GLUT (pour GLUcose Transporter) possèdent cette capacité. GLUT8 est un membre de la famille des GLUT identifié récemment. Il possède la capacité de transporter le glucose quand il se présente à la surface de la cellule. Il est principalement exprimé dans les testicules, dans le coeur et le cerveau et durant le développement embryonnaire. Son rôle n'est toutefois pas encore défini. Ce travail consiste à étudier la fonction de GLUT8 au niveau de l'organisme entier. Nous avons créé un modèle de souris dans lesquelles l'expression de GLUT8 a été supprimée pour mettre en évidence son importance dans le maintien de l'intégrité des fonctions du corps. Les observations effectuées sur les souris qui n'expriment plus GLUT8 nous indiquent que leurs cellules prolifèrent plus vite au niveau de l'hippocampe. L'hippocampe est une structure située dans le cerveau qui est impliquée dans les phénomènes d'apprentissage. Les souris qui ont été testées dans des tâches d'apprentissage n'ont malgré cela pas montré une amélioration de la mémorisation. Dans le coeur, la suppression de GLUT8 semble présenter un défaut quand on mesure l'activité électrique du coeur par électrocardiogramme. Toutefois, ils fonctionnent normalement et ne présentent pas de défauts morphologiques en conditions normales. Les expériences effectuées sur les modèles de souris indiquent que GLUT8 ne jouerait pas un rôle prédominant dans le fonctionnement normal du corps. Il pourrait exercer sa fonction dans des situations plus particulières comme l'hypoglycémie, où il permettrait une meilleure capacité à transporter le glucose dans les cellules.

Exploring the mechanisms regulating nutrient bioavailability and lipid metabolism through a nutrigenomics approach

SUMMARY Following the complete sequencing of the human genome, the field of nutrition has begun utilizing this vast quantity of information to comprehensively explore the interactions between diet and genes. This approach, coined nutrigenomics, aims to determine the influence of common dietary ingredients on the genome, and attempts to relate the resulting different phenotypes to differences in the cellular and/or genetic response of the biological system. However, complementary to defining the biological outcomes of dietary ingredients, we must also understand the influence of the multiple factors (such as the microbiota, bile, and function of transporters) that may contribute to the bioavailability, and ultimately bioefficacy, of these ingredients. The gastrointestinal tract (GIT) is the body's foremost tissue boundary, interacting with nutrients, exogenous compounds and microbiota, and whose condition is influenced by the complex interplay between these environmental factors and genetic elements. In order to understand GIT nutrient-gene interactions, our goal was to comprehensively elucidate the region-specific gene expression underlying intestinal functions. We found important regional differences in the expression of members of the ATP-binding cassette family of transporters in the mouse intestine, suggesting that absorption of dietary compounds may vary along the GIT. Furthermore, the influence of the microbiota on host gene expression indicated that this luminal factor predominantly influences immune function and water transport throughout the GIT; however, the identification of region-specific functions suggest distinct host-bacterial interactions along the GIT. Thus, these findings reinforce that to understand nutrient bioavailability and GIT function, one must consider the physiologically distinct regions of the gut. Nutritional molecules absorbed by the enterocytes of the GIT enter circulation and will be selectively absorbed and metabolised by tissues throughout the body; however, their bioefficacy in the body will depend on the unique and shared molecular mechanisms of the various tissues. Using a nutrigenomic approach, the biological responses of the liver and hippocampus of mice fed different long chain-polyunsaturated fatty acids diets revealed tissue-specific responses. Furthermore, we identified stearoyl-CoA desaturase as a hepatic target for arachidonic acid, suggesting a potentially novel molecular mechanism that may protect against diet-induced obesity. In summary, this work begins to unveil the fundamentally important role that nutrigenomics will play in unravelling the molecular mechanisms, and those exogenous factors capable of influencing these mechanisms, that regulate the bioefficacy of nutritional molecules. RÉSUMÉ Suite au séquençage complet du génome humain, le domaine de la nutrition a commencé à utiliser cette vaste quantité d'information pour explorer de manière globale les interactions entre la nourriture et les gènes. Cette approche, appelée « nutrigenomics », a pour but de déterminer l'influence d'ingrédients couramment utilisés dans l'alimentation sur le génome, et d'essayer de relier ces différents phénotypes, ainsi révélés, à des différences de réponses cellulaires et/ou génétiques. Cependant, en plus de définir les effets biologiques d'ingrédients alimentaires, il est important de comprendre l'influence des multiples facteurs (telle que la microflore, la bile et la fonction des transporteurs) pouvant contribuer à la bio- disponibilité et par conséquent à l'efficacité de ces ingrédients. Le tractus gastro-intestinal (TGI), qui est la première barrière vers les tissus, interagit avec les nutriments, les composés exogènes et la microflore. La fonction de cet organe est influencée par les interactions complexes entre les facteurs environnementaux et les éléments génétiques. Dans le but de comprendre les interactions entre les nutriments et les gènes au niveau du TGI, notre objectif a été de décrire de manière globale l'expression génique spécifique de chaque région de l'intestin définissant leurs fonctions. Nous avons trouvé d'importantes différences régionales dans l'expression des transporteurs de la famille des « ATP-binding cassette transporter » dans l'intestin de souris, suggérant que l'absorption des composés alimentaires puisse varier le long de l'intestin. De plus, l'étude des effets de la microflore sur l'expression des gènes hôtes a indiqué que ce facteur de la lumière intestinale influence surtout la fonction immunitaire et le transport de l'eau à travers l'intestin. Cependant, l'identification des fonctions spécifiques de chaque région suggère des interactions distinctes entre l'hôte et les bactéries le long de l'intestin. Ainsi, ces résultats renforcent l'idée que la compréhension de la bio-disponibilité des nutriments, et par conséquent la fonction du TGI, doit prendre en considération les différences régionales. Les molécules nutritionnelles transportées par les entérocytes jusqu'à la circulation sanguine, sont ensuite sélectivement absorbées et métabolisées par les différents tissus de l'organisme. Cependant, leur efficacité biologique dépendra du mécanisme commun ou spécifique de chaque tissu. En utilisant une approche « nutriogenomics », nous avons pu mettre en évidence les réponses biologiques spécifiques du foie et de l'hippocampe de souris nourris avec des régimes supplémentés avec différents acides gras poly-insaturés à chaîne longue. De plus, nous avons identifié la stearoyl-CoA desaturase comme une cible hépatique pour l'acide arachidonique, suggérant un nouveau mécanisme moléculaire pouvant potentiellement protéger contre le développement de l'obésité. En résumé, ce travail a permis de dévoiler le rôle fondamental qu'une approche telle que la « nutrigenomics » peut jouer dans le décryptage des mécanismes moléculaires et de leur régulation par des facteurs exogènes, qui ensemble vont contrôler l'efficacité biologique des nutriments.