Early time course of Akt phosphorylation after endurance and resistance exercise

Purpose The aim of this study was to determine the early time course of exercise-induced signaling after divergent contractile activity associated with resistance and endurance exercise. Methods Sixteen male subjects were randomly assigned to either a cycling (CYC; n = 8, 60 min, 70% V?O2peak) or resistance (REX; n = 8, 8×5 leg extension, 80% one-repetition maximum, 3-min recovery) exercise group. Serial muscle biopsies were obtained from vastus lateralis at rest before, immediately after, and after 15, 30, and 60 min of passive recovery to determine early signaling responses after exercise. Results There were comparable increases from rest in AktThr308/Ser473 and mTORSer2448 phosphorylation during the postexercise time course that peaked 30-60 min after both CYC and REX (P<0.05). There were also similar patterns in p70S6K Thr389 and 4E-BP1Thr37/46 phosphorylation, but a greater magnitude of effect was observed for REX and CYC, respectively (P<0.05). However, AMPKThr172 phosphorylation was only significantly elevated after CYC (P<0.05), and we observed divergent responses for glycogen synthaseSer641 and AS160 phosphorylation that were enhanced after CYC but not REX (P<0.05). Conclusions We show a similar time course for Akt-mTOR-S6K phosphorylation during the initial 60-min recovery period after divergent contractile stimuli. Conversely, enhanced phosphorylation status of proteins that promote glucose transport and glycogen synthesis only occurred after endurance exercise. Our results indicate that endurance and resistance exercise initiate translational signaling, but high-load, low-repetition contractile activity failed to promote phosphorylation of pathways regulating glucose metabolism.

Prolonged hyperinsulinemia affects metabolic signal transduction markers in a tissue specific manner

Insulin dysregulation is common in horses although the mechanisms of metabolic dysfunction are poorly understood. We hypothesized that insulin signaling in striated (cardiac and skeletal) muscle and lamellae may be mediated through different receptors as a result of receptor content, and that transcriptional regulation of downstream signal transduction and glucose transport may also differ between tissues sites during hyperinsulinemia. Archived samples from horses treated with a prolonged insulin infusion or a balanced electrolyte solution were used. All treated horses developed marked hyperinsulinemia and clinical laminitis. Protein expression was compared across tissues for the insulin receptor and insulin-like growth factor 1 receptor (IGF-1R) by immunoblotting. Gene expression of metabolic insulin-signaling markers (insulin receptor substrate 1, Akt2, and glycogen synthase kinase 3 beta [GSK-3β]) and glucose transport (basal glucose transporter 1 and insulin-sensitive glucose transporter 4) was evaluated using real-time reverse transcription polymerase chain reaction. Lamellar tissue contained significantly more IGF-1R protein than skeletal muscle, indicating the potential significance of IGF-1R signaling for this tissue. Gene expression of the selected markers of insulin signaling and glucose transport in skeletal muscle and lamellar tissues was unaffected by prolonged hyperinsulinemia. In contrast, the significant upregulation of Akt2, GSK-3β, GLUT1, and GLUT4 gene expression in cardiac tissue suggested that the prolonged hyperinsulinemia induced an increase in insulin sensitivity and a transcriptional activation of glucose transport. Responses to insulin are tissue-specific, and extrapolation of data across tissue sites is inappropriate.

H2O2 has a role in cellular regulation

H2O2, in addition to producing highly reactive molecules through hydroxyl radicals or peroxidase action, can exert a number of direct effects on cells, organelles and enzymes. The stimulations include glucose transport, glucose incorporation into glycogen, HMP shunt pathway, lipid synthesis, release of calcium from mitochondria and of arachidonate from phospholipids, poly ADP ribosylation, and insulin receptor tyrosine kinase and pyruvate dehydrogenase activities. The inactivations include glycolysis, lipolysis, reacylation of lysophospholipids, ATP synthesis, superoxide dismutase and protein kinase C. Damages to DNA and proteoglycan and general cytotoxicity possibly through oxygen radicals were also observed. A whole new range of effects will be opened by the finding that H2O2 can act as a signal transducer in oxidative stress by oxidizing a dithiol protein to disulphide form which then activates transcription of the stress inducible genes. Many of these direct effects seem to be obtained by dithiol-disulphide modification of proteins and their active sites, as part of adaptive responses in oxidative stress.

Identification of high-affinity binding sites for the insulin sensitizer rosiglitazone (BRL-49653) in rodent and human adipocytes using a radioiodinated ligand for peroxisomal proliferator-activated receptor gamma.

A radioiodinated ligand, [125I]SB-236636 [(S)-(-)3-[4-[2-[N-(2-benzoxazolyl)-N-methylamino]ethoxy]3-[125I]iodophenyl]2-ethoxy propanoic acid], which is specific for the ? isoform of the peroxisomal proliferator activated receptor (PPAR?), was developed. [125I]SB-236636 binds with high affinity to full-length human recombinant PPAR?1 and to a GST (glutathione S-transferase) fusion protein contg. the ligand binding domain of human PPAR?1 (KD = 70 nM). Using this ligand, the authors characterized binding sites in adipose-derived cells from rat, mouse and humans. In competition expts., rosiglitazone (BRL-49653), a potent antihyperglycemic agent, binds with high affinity to sites in intact adipocytes (IC50 = 12, 4 and 9 nM for rat, 3T3-L1 and human adipocytes, resp.). Binding affinities (IC50) of other thiazolidinediones for the ligand binding domain of PPAR?1 were comparable with those detd. in adipocytes and reflected the rank order of potencies of these agents as stimulants of glucose transport in 3T3-L1 adipocytes and antihyperglycemic agents in vivo: rosiglitazone > pioglitazone > troglitazone. Competition of [125I]SB-236636 binding was stereoselective in that the IC50 value of SB-219994, the (S)-enantiomer of an ?-trifluoroethoxy propanoic acid insulin sensitizer, was 770-fold lower than that of SB-219993 [(R)-enantiomer] at recombinant human PPAR?1. The higher binding affinity of SB-219994 also was evident in intact adipocytes and reflected its 100-fold greater potency as an antidiabetic agent. The results strongly suggest that the high-affinity binding site for [125I]SB-236636 in intact adipocytes is PPAR? and that the pharmacol. of insulin-sensitizer binding in rodent and human adipocytes is very similar and, moreover, predictive of antihyperglycemic activity in vivo.

Non-thiazolidinedione antihyperglycaemic agents. Part 3: The effects of stereochemistry on the potency of alpha-methoxy-beta-phenylpropanoic acids.

Rhizopus delemar lipase catalyzed ester hydrolysis of the alpha-methoxy-beta-phenylpropanoate (I) affords the (R)-(+) and (S)-(-) isomers in > 84% enantiomeric excess. Abs. stereochem. was detd. by a single crystal X-ray anal. of a related synthetic analog. The activity of these two enantiomers on glucose transport in vitro and as anti-diabetic agents in vivo is reported and their unexpected equivalence attributed to an enzyme-mediated stereospecific isomerization of the (R)-(+) isomer. Binding studies using recombinant human PPAR-gamma (peroxisomal proliferator activated receptor gamma), now established as a mol. target for this compd. class, indicate a 20-fold higher binding affinity for the (S) antipode relative to the (R) antipode.

IRS2 and PTEN are key molecules in controlling insulin sensitivity in podocytes

Insulin signaling to the glomerular podocyte is important for normal kidney function and is implicated in the pathogenesis of diabetic nephropathy (DN). This study determined the role of the insulin receptor substrate 2 (IRS2) in this system. Conditionally immortalized murine podocytes were generated from wild-type (WT) and insulin receptor substrate 2-deficient mice (Irs2−/−). Insulin signaling, glucose transport, cellular motility and cytoskeleton rearrangement were then analyzed. Within the glomerulus IRS2 is enriched in the podocyte and is preferentially phosphorylated by insulin in comparison to IRS1. Irs2−/− podocytes are significantly insulin resistant in respect to AKT signaling, insulin-stimulated GLUT4-mediated glucose uptake, filamentous actin (F-actin) cytoskeleton remodeling and cell motility. Mechanistically, we discovered that Irs2 deficiency causes insulin resistance through up-regulation of the phosphatase and tensin homolog (PTEN). Importantly, suppressing PTEN in Irs2−/− podocytes rescued insulin sensitivity. In conclusion, this study has identified for the first time IRS2 as a critical molecule for sensitizing the podocyte to insulin actions through its ability to modulate PTEN expression. This finding reveals two potential molecular targets in the podocyte for modulating insulin sensitivity and treating DN.

Acute hypoxia improves insulin sensitivity (SI2*) and β cell function in individuals with Type 2 Diabetes

Type 2 diabetes is a multifactorial metabolic disease characterized by defects in β-cells function, insulin sensitivity, glucose effectiveness and endogenous glucose production (1). It is widely accepted that insulin and exercise are potent stimuli for glucose transport (2). Acute exercise is known to promote glucose uptake in skeletal muscle via an intact contraction stimulated mechanism (3), while post-exercise improvements in glucose control are due to insulin-dependant mechanisms (2). Hypoxia is also known to promote glucose uptake in skeletal muscle using the contraction stimulated pathway. This has been shown to occur in vitro via an increase in β-cell function, however data in vivo is lacking. The aim of this study was to examine the effects of acute hypoxia with and without exercise on insulin sensitivity (SI2*), glucose effectiveness (SG2*) and β-cell function in individuals with type 2 diabetes. Following an overnight fast, six type 2 diabetics, afer giving informed written consent, completed 60 min of the following: 1) normoxic rest (Nor Rest); 2) hypoxic rest [Hy Rest; O2 = 14.6 (0.4)%]; 3) normoxic exercise (Nor Ex); 4) hypoxic exercise [Hy Ex; O2 = 14.6 (0.4)%]. Exercise trails were set at 90% of lactate threshold. Each condition was followed by a labelled intravenous glucose tolerance test (IVGTT) to provide estimations of SI2*, SG2* and β-cell function. Values are presented as means (SEM). Two-compartmental minimal model analysis showed SI2* to be higher following Hy Rest when comparisons were made with Nor Rest (P = 0.047). SI2* was also higher following Hy Ex [4.37 (0.48) x10-4 . min-1 (μU/ml)] compared to Nor Ex [3.24 (0.51) x10-4 . min-1 (μU/ml)] (P = 0.048). Acute insulin response to glucose (AIRg) was reduced following Hy Rest vs. Nor Rest (P = 0.014 - Table 1). This study demonstrated that 1) hypoxia has the ability to increase glucose disposal; 2) hypoxic-induced improvements in glucose tolerance in the 4 hr following exposure can be attributed to improvements in peripheral SI2*; 3) resting hypoxic exposure improves β-cell function and 4) exercise and hypoxia have an additive effect on SG2* in type 2 diabetics. These findings suggest a possible use for hypoxia both with and without exercise in the clinical treatment of type 2 diabetes.

Akt/PKB activation and insulin signaling: a novel insulin signaling pathway in the treatment of type 2 diabetes

Type 2 diabetes is a metabolic disease categorized primarily by reduced insulin sensitivity, β-cell dysfunction, and elevated hepatic glucose production. Treatments reducing hyperglycemia and the secondary complications that result from these dysfunctions are being sought after. Two distinct pathways encourage glucose transport activity in skeletal muscle, ie, the contraction-stimulated pathway reliant on Ca2+/5′-monophosphate-activated protein kinase (AMPK)-dependent mechanisms and an insulin-dependent pathway activated via upregulation of serine/threonine protein kinase Akt/PKB. Metformin is an established treatment for type 2 diabetes due to its ability to increase peripheral glucose uptake while reducing hepatic glucose production in an AMPK-dependent manner. Peripheral insulin action is reduced in type 2 diabetics whereas AMPK signaling remains largely intact. This paper firstly reviews AMPK and its role in glucose uptake and then focuses on a novel mechanism known to operate via an insulin-dependent pathway. Inositol hexakisphosphate (IP6) kinase 1 (IP6K1) produces a pyrophosphate group at the position of IP6 to generate a further inositol pyrophosphate, ie, diphosphoinositol pentakisphosphate (IP7). IP7 binds with Akt/PKB at its pleckstrin homology domain, preventing interaction with phosphatidylinositol 3,4,5-trisphosphate, and therefore reducing Akt/PKB membrane translocation and insulin-stimulated glucose uptake. Novel evidence suggesting a reduction in IP7 production via IP6K1 inhibition represents an exciting therapeutic avenue in the treatment of insulin resistance. Metformin-induced activation of AMPK is a key current intervention in the management of type 2 diabetes. However, this treatment does not seem to improve peripheral insulin resistance. In light of this evidence, we suggest that inhibition of IP6K1 may increase insulin sensitivity and provide a novel research direction in the treatment of insulin resistance.

Cavin 1 and cavin 2 roles on adipocyte cell function

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Genética Molecular e Biomedicina

Serum uric acid and adiposity: deciphering causality using a bidirectional Mendelian randomization approach.

Although the relationship between serum uric acid (SUA) and adiposity is well established, the direction of the causality is still unclear in the presence of conflicting evidences. We used a bidirectional Mendelian randomization approach to explore the nature and direction of causality between SUA and adiposity in a population-based study of Caucasians aged 35 to 75 years. We used, as instrumental variables, rs6855911 within the SUA gene SLC2A9 in one direction, and combinations of SNPs within the adiposity genes FTO, MC4R and TMEM18 in the other direction. Adiposity markers included weight, body mass index, waist circumference and fat mass. We applied a two-stage least squares regression: a regression of SUA/adiposity markers on our instruments in the first stage and a regression of the response of interest on the fitted values from the first stage regression in the second stage. SUA explained by the SLC2A9 instrument was not associated to fat mass (regression coefficient [95% confidence interval]: 0.05 [-0.10, 0.19] for fat mass) contrasting with the ordinary least square estimate (0.37 [0.34, 0.40]). By contrast, fat mass explained by genetic variants of the FTO, MC4R and TMEM18 genes was positively and significantly associated to SUA (0.31 [0.01, 0.62]), similar to the ordinary least square estimate (0.27 [0.25, 0.29]). Results were similar for the other adiposity markers. Using a bidirectional Mendelian randomization approach in adult Caucasians, our findings suggest that elevated SUA is a consequence rather than a cause of adiposity.

Biological effects of resveratrol on skeletal muscle cells

Resveratrol, a polyphenol found in red wine, has been reported to have antithrombotic, antiatherogenic, and anticancer properties both in vitro and III VIVO. However, possible antidiabetic properties of resveratrol have not been examined. The objective of this study was to investigate the direct effects of resveratrol on basal and insulin-stimulated glucose uptake and to elucidate its mechanism of action in skeletal muscle cells. In addition, the effects of resveratrol on basal and insulin- stimulated amino acid transport and mitogenesis were also examined. Fully differentiated L6 rat skeletal muscle cells were incubated with resveratrol concentrations ranging from 1 to 250 IlM for 15 to 120 min. Maximum stimulation, 201 ± 8.90% of untreated control, (p<0.001), of2eH] deoxy- D- glucose (2DG) uptake was seen with 100 IlM resveratrol after 120 min. Acute, 30 min, exposure of the cells to 100 nM insulin stimulated 2DG uptake to 226 ± 12.52% of untreated control (p<0.001). This appears to be a specific property of resveratrol that is not shared by structurally similar antioxidants such as quercetin and rutin, both of which did not have any stimulatory effect. Resveratrol increased the response of the cells to submaximal insulin concentrations but did not alter the maximum insulin response. Resveratrol action did not require insulin and was not blocked by the protein synthesis inhibitor cycloheximide. L Y294002 and wortmannin, inhibitors of PI3K, abolished both insulin and resveratrolstimulated glucose uptake while phosphorylation of AktlPKB, ERK1I2, JNK1I2, and p38 MAPK were not increased by resveratrol. Resveratrol did not stimulate GLUT4 transporter translocation in GLUT4cmyc overexpressing cells, in contrast to the significant translocation observed with insulin. Furthermore, resveratrol- stimulated glucose transport was not blocked by the presence of the protein kinase C (PKC) inhibitors BIMI and G06983. Despite that, resveratrol- induced glucose transport required an intact actin network, similar to insulin. In contrast to the stimulatory effect seen with resveratrol for glucose transport, e4C]methylaminoisobutyric acid (MeAIB) transport was inhibited. Significant reduction of MeAIB uptake was seen only with 100uM resveratrol (74.2 ± 6.55% of untreated control, p<0.05), which appeared to be maximum. In parallel experiments, insulin (100 nM, 30 min) increased MeAIB transport by 147 ± 5.77% (p<0.00l) compared to untreated control. In addition, resveratrol (100 JlM, 120 min) completely abolished insulin- stimulated amino acid transport (103 ± 7.35% of untreated control,p>0.05). Resveratrol also inhibited cell proliferation in L6 myoblasts with maximal inhibition of eH]thymidine incorporation observed with resveratrol at 50 J.LM after 24 hours (8 ± 1.59% of untreated control, p

Étude des propriétés antidiabétiques de Nigella sativa : sites d’action cellulaires et moléculaires

Nigella sativa ou cumin noir est une plante et un condiment populaires. Les graines de N. sativa sont très utilisées en médecine traditionnelle des pays nord africains pour le traitement du diabète. Cependant, les mécanismes d'actions cellulaires et moléculaires via lesquels cette plante exerce son effet euglycémiant restent encore mal compris. Le but de notre étude est d'examiner l’effet de N. sativa sur la sécrétion d’insuline, le transport de glucose et sur les voies de signalisation impliquées dans l’homéostasie et le métabolisme de glucose, en utilisant des essais biologiques sur des cultures cellulaires murines (cellules β pancréatiques βTC, myoblastes C2C12, hépatocytes H4IIE et adipocytes 3T3-L1) et des études in vivo chez le rat normoglycémique et le Meriones shawi (rongeur) diabétique. Chez les cellules β pancréatiques, N. sativa a augmenté leur prolifération ainsi que la sécrétion basale et gluco-stimulée de l’insuline. N. sativa a augmenté aussi la prise de glucose de 50% chez les cellules musculaires alors que chez les cellules graisseuses, la prise de glucose est augmentée jusqu’au 400%. Les expériences d’immunobuvardage de type western ont montré que N. sativa stimule les voies de signalisation de l’insuline (Akt et ERKs) et aussi celle insulino-indépendante (AMPK) chez les cellules C2C12. Par contre, chez les 3T3-L1, l’augmentation de transport de glucose est plutôt reliée à une activation de la voie de peroxisome proliferator activated receptor γ (PPARγ). Chez les hépatocytes, N. sativa augmente la stimulation des protéines intracellulaires Akt et 5' adenosine monophosphate-activated protein kinase (AMPK). Cette activation de l’AMPK est associée à un effet découpleur de la plante au niveau de la phosphorylation oxydative mitochondriale. Par ailleurs, chez les Meriones shawi diabétiques, N. sativa diminue graduellement la glycémie à jeun ainsi que la réponse glycémique (AUC) à une charge orale en glucose (OGTT) pour atteindre des valeurs semblables aux animaux témoins après quatre semaines de traitement. Une amélioration du profile lipidique est observée autant chez les Meriones shawi diabétiques que chez les rats normaux. Au niveau moléculaire, N. sativa augmente le contenu musculaire en glucose transporter 4 Glut4 et la phosphorylation de l’acetyl-coenzyme A carboxylase ACC dans le muscle soléaire et le foie chez les Mériones shawi diabétiques. Par contre, chez le rat normal, on assiste à une stimulation des voies de signalisation de l’insuline (Akt et ERK) au niveau hépatique. En conclusion, nous avons confirmé l’action insulinotropique de N. sativa au niveau des cellules β pancréatiques et mis en évidence un effet proliférateur pouvant potentiellement s’avérer utile pour contrecarrer la perte de masse cellulaire observée chez les diabétiques. Notre étude a également mis en évidence pour la première fois que N. sativa exerce son activité antidiabétique par une combinaison d’effets insulino-mimétiques et insulino-sensibilisateurs directs permettant ainsi d’augmenter le transport de glucose des tissus périphériques. Cette action de N. sativa est liée à une stimulation des voies de signalisation intracellulaires insulinodépendantes et -indépendantes (AMPK) chez le muscle squelettique et le foie alors qu’elle passe par la voie des PPARγ au niveau du tissu adipeux. Finalement, l’étude in vivo vient confirmer l’effet antidiabétique de N. sativa. Notre apport novateur se situe au niveau de la démonstration que l’activité antidiabétique de N. sativa chez le Meriones shawi diabétique est la résultante des mêmes activités que celles déterminées au niveau de l’étude in vitro. En effet, N. sativa active la voie de l’AMPK, améliore la sensibilité à l’insuline et augmente l’insulinémie. Notre étude montre aussi que N. sativa possède une activité antilipidémiante. Ces résultats confirment le bien-fondé de l'utilisation ethnopharmacologique de N. sativa comme traitement du diabète et des perturbations du métabolisme lipidique qui y sont associées. De plus, les actions pléiotropiques de N. sativa en font un traitement alternatif ou complémentaire du diabète très prometteur qui encouragent à présent la tenue d’études cliniques de bonne qualité.

Bioassay-guided fractionation of Larix laricina du Roi, and antidiabetic potentials of ethanol and hot water extracts of seventeen medicinal plants from the traditional pharmacopeia of the James Bay Cree

Nous avons utilisé une approche ethnobotanique pour identifier des espèces de plantes utilisées par les Cris afin de traiter les symptômes du diabète de type 2. Larix laricina du Roi (L. laricina) a récemment été identifiée comme une des meilleures plantes qui a stimulé le transport de glucose dans les cellules C2C12 et fortement potentialisé la différenciation des 3T3-L1 en indiquant une sensibilité potentiellement accrue à l’insuline. Ensuite, ces études de criblage ont été effectuées sur des extraits éthanolique (EE) en utilisant une série de bioessais in vitro. Cependant, les préparations traditionnelles des plantes sont souvent faites avec l’eau chaude. Le but de cette thèse de doctorat était d’isoler les principes actifs de L. laricina par un fractionnement guidé par l’adipogenèse; d’évaluer et de comparer l’activité et les mécanismes antidiabétiques des EE et des extraits aqueux (HWE) de ces 17 plantes. Pour le fractionnement de L. laricina, on a isolé plusieurs composés connus et identifié un nouveau composé actif cycloartane triterpene, qui a amélioré fortement l’adipogenèse et a été responsable en partie de l’activité adipogénique (potentiellement similaire à l’effet sensibilisateur à l’insuline des glitazone) de l’extrait éthanolique issu de l’écorce de L. laricina. Pour le métabolisme lipidique, nos résultats ont confirmé que 10 parmi les 17 EE ont augmenté la différenciation des adipocytes alors que 2 extraits seulement l’ont inhibée. Les HWE ont montré une faible activité adipogénique ou antiadipogénique. Les EE de R. groenlandicum et K. angustifolia ont le PPAR γ (peroxisome proliferator-activated receptor γ), le SREBP-1 (sterol regulatory element binding protein-1) et le C/EBP (CCAAT-enhancer binding proteins) α, alors que ceux de P. balsamifera et A. incana les ont inhibés. L’effet inhibiteur de P. balsamifera a également été prouvé d’avoir impliqué l’activation de la protéine kinase activée par l’AMP (AMPK). Les EE et HWE de R. groenlandicum ont stimulé les mêmes facteurs de transcription alors que les extraits aqueux d’autres plantes sélectionnées ont perdu ces effets en comparaison avec leurs extraits éthanoliques respectifs. L’analyse phytochimique a également identifié le groupe des espèces actives et inactives, notamment lorsque les espèces ont été séparées par famille de plante. Finalement concernant l’homéostasie de glucose, nos résultats ont confirmé que plusieurs EE ont stimulé le transport de glucose musculaire et inhibé l’activité de la glucose-6-phosphatase (G6Pase) hépatique. Certains des HWE ont partiellement ou complètement perdu ces activités antidiabétiques par rapport aux EE, tandis qu’une seule plante (R.groenlandicum) a juste conservé un potentiel similaire entre les EE et HWE dans les deux essais. Dans les cellules musculaires, les EE de R.groenlandicum, A. incana et S. purpurea ont stimulé le transport de glucose en activant la voie de signalisation de l’AMPK et en augmentant le niveau d’expression des GLUT4. En comparaison avec les EE, les HWE de R.groenlandicum ont montré des activités similaires; les HWE de A. incana ont complètement perdu leur effet sur tous les paramètres étudiés; les HWE de S. purpurea ont activé la voie de l’insuline au lieu de celle de l’AMPK pour augmenter le transport de glucose. Dans les cellules H4IIE, les EE et HWE des 5 plantes ont activé la voie de l’AMPK, et en plus les EE et HWE de 2 plantes ont activé la voie de l’insuline. La quercétine-3-O-galactoside et la quercétine 3-O-α-L-arabinopyranoside ont été identifiées comme des composés ayant un fort potentiel antidiabétique et donc responsables de l'activité biologique des plantes HWE actifs avec le transport du glucose. En conclusion, on a isolé plusieurs composés connus et identifié un nouveau triterpène actif à partir du fractionnement de L. laricina. Nous avons fourni également une preuve directe pour l'évaluation et la comparaison d'une action analogue à l'insuline ou insulino-sensibilisateur des EE et HWE de plantes médicinales Cris au niveau de muscle, de foie et de tissus adipeux. Une partie de leur action peut être liée à la stimulation des voies de signalisation intracellulaire insulino-dépendante et non-insulino-dépendante, ainsi que l’activation de PPARγ. Nos résultats indiquent que les espèces de plantes, les tissus ou les cellules cibles, ainsi que les méthodes d'extraction sont tous des déterminants significatifs de l'activité biologique de plantes médicinales Cris sur le métabolisme glucidique et lipidique.

Évaluation de l’effet antidiabétique de plantes médicinales de la forêt boréale et identification des principes actifs de deux espèces prometteuses

Le diabète de type 2 est une maladie chronique dont l’incidence est en augmentation continuelle. Le risque de développer le diabète de type 2 chez les populations autochtones du Canada est de trois à cinq fois plus élevé que le reste de la population canadienne. La forêt boréale comporte plusieurs plantes médicinales ayant un potentiel pour le traitement ou la prévention du diabète. Certaines de ces plantes font partie de la médecine traditionnelle et alternative Crie. Des enquêtes ethnobotaniques ont amené notre équipe de recherche à identifier 17 extraits de plantes médicinales utilisées par les Cris d’Eeyou Istchee (Baie James, Québec) pour traiter les symptômes du diabète. Parmi ces extraits, certains ont montré des activités anti-diabétiques au niveau des cellules musculaires, des adipocytes et dans des études in vivo réalisées chez des animaux. Le but de cette thèse est d’élucider l’effet de ces 17 plantes sur l’homéostasie hépatique de glucose, d’identifier l’espèce la plus prometteuse et isoler ces constituants actifs. De même, le bleuet nain du genre Vaccinium angustifolium fait partie de la forêt boréale canadienne et est connu pour ses activités anti-diabétiques. Une biotransformation du jus de bleuet lui confère une activité antioxydante accrue et un profil biologique différent. Le deuxième but de cette thèse est d’élucider les mécanismes d’action par lesquels le jus de bleuet biotransformé (BJ) exerce son effet anti-diabétique et d’identifier ses principes actifs. Les résultats ont montré que trois extraits de plantes Cris se sont démarqués par leur effet sur l’homéostasie hépatique de glucose. Picea glauca exerce son effet en diminuant la production de glucose alors que Larix laricina agit en augmentant le stockage de glucose. Abies balsamea a montré le profil le plus prometteur, elle agit simultanément en diminuant l’activité de la Glucose-6-phosphatase (G6Pase) via la stimulation des voies insulino-dépendante et - indépendante et en augmentant l’activité de la Glycogène synthétase (GS) suite à la phosphorylation de la Glycogène synthase kinase-3. Le fractionnement de l’extrait d’Abies balsamea guidé par les deux bioessais a mené à l’isolation de trois composés actifs; l’acide abiétique (AA), l’acide déhydroabiétique (DAA) et le squalène (SQ). Les principes actifs ont montré le même mécanisme d’action que l’extrait brut en diminuant l’activité de la G6Pase et augmentant celle de la GS ainsi qu’en activant les voies de signalisation impliquées. Le DAA ii s’est démarqué par son effet le plus puissant et très comparable à celui de l’extrait d’Abies balsamea dans toutes les expériences. De son côté le BJ a montré un effet sur la diminution de la production hépatique de glucose, l’augmentation de son stockage ainsi que l’augmentation de son transport dans le muscle. Son fractionnement guidé par les bioessais a permis d’isoler sept fractions dont trois étaient les plus actives. L’identification des constituants de ces fractions actives a mené à isoler quatres composés phénoliques; l’acide chlorogénique, l’acide gallique, l’acide protocatéchique et le catéchol. Le catéchol s’est démarqué avec ses effets les plus puissants en diminuant l’activité de la G6Pase, augmentant celle de la GS et en stimulant le transport de glucose dans le muscle. Les résultats de cette thèse indiquent que la diminution de la production hépatique de glucose peut s’ajouter au profil anti-diabétique de certaines plantes médicinales Cries et surtout à celui d’A.balsamea dont les composés actifs peuvent aider dans le développement de nouvelles molécules anti-diabétiques. De plus, les résultats de cette thèse ont montré que l’activité antidiabétique du BJ implique le contrôle de l’homéostasie de glucose au niveau du foie et du muscle. L’identification du catéchol comme principe actif avec potentiel anti-diabétique prometteur pourra servir pour des fins thérapeutiques ultérieures.

Exercise-stimulated GLUT4 Expression is Similar in Normotensive and Hypertensive Rats

The effects of exercise training on systolic blood pressure (BP), insulin sensitivity, and plasma membrane GLUT4 protein content in spontaneously hypertensive (SHR) and normotensive Wistar-Kyoto (WKY) rats were compared. 16 SHR and 16 WKY male rats, aged 6 months, were randomized into sedentary and trained (tread-mill running, 5 days/week, 60 min/day for 10 weeks) groups (n = 8/group). At baseline, SHR had lower insulin sensitivity than WKY rats, however, there were no differences between WKY and SHR GLUT4 expression. The 10-week training reduced BP by similar to 19% in SHR, improved insulin sensitivity by similar to 24% in SHR, but not in WKY, and increased GLUT4 expression in both animal models. Compared to the sedentary group, there was an increase of GLUT4 in WKY rats by similar to 25% in the heart, by similar to 23% in the gastrocnemius, and by similar to 15% in the fat tissue. Trained SHR presented an increase in GLUT4 of similar to 21%, similar to 20%, and similar to 14%, in the same tissues, respectively. There were no differences between SHR and WKY rats in post-training GLUT4 expression. We conclude that training determined BP and insulin resistance reduction in SHR, and increased GLUT4 expression in both normotensive and hypertensive rats. However, considering the similar rise in GLUT4-induced training in SHR and WKY, it is possible that GLUT4 levels in plasma membrane fraction do not have a pivotal role in the exercise-induced improvement of insulin sensitivity in SHR.