Effects of fructose on hepatic glucose metabolism in humans.

Hepatic and extrahepatic insulin sensitivity was assessed in six healthy humans from the insulin infusion required to maintain an 8 mmol/l glucose concentration during hyperglycemic pancreatic clamp with or without infusion of 16.7 micromol. kg(-1). min(-1) fructose. Glucose rate of disappearance (GR(d)), net endogenous glucose production (NEGP), total glucose output (TGO), and glucose cycling (GC) were measured with [6,6-(2)H(2)]- and [2-(2)H(1)]glucose. Hepatic glycogen synthesis was estimated from uridine diphosphoglucose (UDPG) kinetics as assessed with [1-(13)C]galactose and acetaminophen. Fructose infusion increased insulin requirements 2.3-fold to maintain blood glucose. Fructose infusion doubled UDPG turnover, but there was no effect on TGO, GC, NEGP, or GR(d) under hyperglycemic pancreatic clamp protocol conditions. When insulin concentrations were matched during a second hyperglycemic pancreatic clamp protocol, fructose administration was associated with an 11.1 micromol. kg(-1). min(-1) increase in TGO, a 7.8 micromol. kg(-1). min(-1) increase in NEGP, a 2.2 micromol. kg(-1). min(-1) increase in GC, and a 7.2 micromol. kg(-1). min(-1) decrease in GR(d) (P < 0. 05). These results indicate that fructose infusion induces hepatic and extrahepatic insulin resistance in humans.

Glucose release from GLUT2-null hepatocytes: characterization of a major and a minor pathway.

We previously reported that glucose can be released from GLUT2-null hepatocytes through a membrane traffic-based pathway issued from the endoplasmic reticulum. Here, we further characterized this glucose release mechanism using biosynthetic labeling protocols. In continuous pulse-labeling experiments, we determined that glucose secretion proceeded linearly and with the same kinetics in control and GLUT2-null hepatocytes. In GLUT2-deficient hepatocytes, however, a fraction of newly synthesized glucose accumulated intracellularly. The linear accumulation of glucose in the medium was inhibited in mutant, but not in control, hepatocytes by progesterone and low temperature, as previously reported, but, importantly, also by microtubule disruption. The intracellular pool of glucose was shown to be present in the cytosol, and, in pulse-chase experiments, it was shown to be released at a relatively slow rate. Release was not inhibited by S-4048 (an inhibitor of glucose-6-phosphate translocase), cytochalasin B, or progesterone. It was inhibited by phloretin, carbonyl cyanide p-(trifluoromethoxy)phenylhydrazone, and low temperature. We conclude that the major release pathway segregates glucose away from the cytosol by use of a membrane traffic-based, microtubule-dependent mechanism and that the release of the cytosolic pool of newly synthesized glucose, through an as yet unidentified plasma membrane transport system, cannot account for the bulk of glucose release.

Modulation du métabolisme du glucose astrocytaire par les cytokines pro-inflammatoires et le peptide beta-amyloïde. A la recherche d'une composante gliale aux processus neurodégénératifs

Résumé large public: Une altération localisée du métabolisme du glucose, le substrat énergétique préférentiellement utilisé dans le cerveau, est un trait caractéristique précoce de la maladie d'Alzheimer (MA). Il est maintenant largement admis que le beta-amyloïde, la neuroinflammation et le stress oxydatif participent au développement de la MA. Cependant les mécanismes cellulaires de la pathogenèse restent à identifier. Le métabolisme cérébral a ceci de remarquable qu'il repose sur la coopération entre deux types cellulaires, ainsi les astrocytes et les neurones constituent une unité métabolique. Les astrocytes sont notamment responsables de fournir aux neurones des substrats énergétiques, ainsi que des précurseurs du glutathion pour la défense contre le stress oxydatif. Ces fonctions astrocytaires sont essentielles au bon fonctionnement et à la survie neuronale; par conséquent, une altération de ces fonctions astrocytaires pourrait participer au développement de certaines maladies cérébrales. Le but de ce travail est, dans un premier temps, d'explorer les effets de médiateurs de la neuroinflammation (les cytokines pro-inflammatoires) et du peptide beta-amyloïde sur le métabolisme des astrocytes corticaux, en se focalisant sur les éléments en lien avec le métabolisme énergétique et le stress oxydatif. Puis, dans un second temps, de caractériser les conséquences pour les neurones des modifications du métabolisme astrocytaire induites par ces substances. Les résultats obtenus ici montrent que les cytokines pro-inflammatoires et le beta-amyloïde induisent une profonde altération du métabolisme astrocytaire, selon deux profils distincts. Les cytokines pro-inflammatoires, particulièrement en combinaison, agissent comme « découpleurs » du métabolisme énergétique du glucose, en diminuant l'apport potentiel de substrats énergétiques aux neurones. En plus de son effet propre, le peptide beta-amyloïde potentialise les effets des cytokines pro-inflammatoires. Or, dans le cerveau de patients atteints de la MA, les astrocytes sont exposés simultanément à ces deux types de substances. Les deux types de substances ont un effet ambivalent en termes de stress oxydatif. Ils induisent à la fois une augmentation de la libération de glutathion (potentiellement protecteur pour les neurones voisins) et la production d'espèces réactives de l'oxygène (potentiellement toxiques). Etant donné l'importance de la coopération entre astrocytes et neurones, ces modulations du métabolisme astrocytaire pourraient donc avoir un retentissement majeur sur les cellules environnantes, et en particulier sur la fonction et la survie neuronale. Résumé Les astrocytes et les neurones constituent une unité métabolique. Les astrocytes sont notamment responsables de fournir aux neurones des substrats énergétiques, tels que le lactate, ainsi que des précurseurs du glutathion pour la défense contre le stress oxydatif. Une altération localisée du métabolisme du glucose, le substrat énergétique préférentiellement utilisé dans le cerveau, est un trait caractéristique, précoce, de la maladie d'Alzheimer (MA). Il est maintenant largement admis que le beta-amyloïde, la neuroinflammation et le stress oxydatif participent au développement de la MA. Cependant, les mécanismes cellulaires de la pathogenèse restent à identifier. Le but de ce travail est d'explorer les effets des cytokines pro-inflammatoires (Il-1 ß et TNFα) et du beta-amyloïde (Aß) sur le métabolisme du glucose des astrocytes corticaux en culture primaire ainsi que de caractériser les conséquences, pour la viabilité des neurones voisins, des modifications du métabolisme astrocytaire induites par ces substances. Les résultats obtenus montrent que les cytokines pro-inflammatoires et le beta-amyloïde induisent une profonde altération du métabolisme astrocytaire, selon deux profils distincts. Les cytokines pro-inflammatoires, particulièrement en combinaison, agissent comme « découpleurs » du métabolisme glycolytique astrocytaire. Après 48 heures, le traitement avec TNFα et Il-lß cause une augmentation de la capture de glucose et de son métabolisme dans la voie des pentoses phosphates et dans le cycle de Krebs. A l'inverse, il cause une diminution de la libération de lactate et des stocks cellulaires de glycogène. En combinaison avec les cytokines tel qu'in vivo dans les cerveaux de patients atteints de MA, le peptide betaamyloïde potentialise les effets décrits ci-dessus. Isolément, le Aß cause une augmentation coordonnée de la capture de glucose et de toutes les voies de son métabolisme (libération de lactate, glycogenèse, voie des pentoses phosphate et cycle de Krebs). Les traitements altèrent peu les taux de glutathion intracellulaires, par contre ils augmentent massivement la libération de glutathion dans le milieu extracellulaire. A l'inverse, les deux types de traitements augmentent la production intracellulaire d'espèces réactives de l'oxygène (ROS). De plus, les cytokines pro-inflammatoires en combinaison augmentent massivement la production des ROS dans l'espace extracellulaire. Afin de caractériser l'impact de ces altérations métaboliques sur la viabilité des neurones environnants, un modèle de co-culture et des milieux conditionnés astrocytaires ont été utilisés. Les résultats montrent qu'en l'absence d'une source exogène d'antioxydants, la présence d'astrocytes favorise la viabilité neuronale ainsi que leur défense contre le stress oxydatif. Cette propriété n'est cependant pas modulée par les différents traitements. D'autre part, la présence d'astrocytes, et non de milieu conditionné, protège les neurones contre l'excitotoxicité due au glutamate. Les astrocytes prétraités (aussi bien avec le beta-amyloïde qu'avec les cytokines pro-inflammatoires) perdent cette propriété. Cet élément suggère que la perturbation du métabolisme astrocytaire causé par les cytokines pro-inflammatoires ou le beta-amyloïde pourrait participer à l'atteinte de la viabilité neuronale associée à certaines pathologies neurodégénératives.

Effect of diet composition and ration size on key enzyme activities of glycolysis-gluconeogenesis, pentose phosphate pathway and amino acid metabolism in liver of Sparus aurata

The effects of diet composition and ration size on the activities of key enzymes involved in intermediary metabolism were studied in the liver of gilthead sea bream (Sparus aurata). Highcarbohydrate, low-protein diets stimulated 6-phosphofructo 1-kinase (EC 2.7.1.11), pyruvate kinase (EC 2.7.1.40), glucose-6-phosphate dehydrogenase (EC 1.1.1.49) and 6-phosphogluconate dehydrogenase (EC 1.1.1.44) enzyme activities, while they decreased alanine aminotransferase (EC 2.6.1.2) activity. A high degree of correlation was found between food ration size and the activity of the enzymes 6-phosphofructo 1-kinase, pyruvate kinase, glucose-6-phosphate dehydrogenase (positive correlations) and fructose-1,6-bisphosphatase (EC 3.1.3.11) (negative correlation). These correlations matched well with the high correlation also found between ration size and growth rate in starved fish refed for 22 d. Limited feeding (5 g/kg body weight) for 22 d decreased the activities of the key enzymes for glycolysis and lipogenesis, and alanine aminotransferase activity. The findings presented here indicate a high level of metabolic adaptation to both diet type and ration size. In particular, adaptation of enzyme activities to the consumption of a diet with a high carbohydrate level suggests that a carnivorous fish like Sparus aurata can tolerate partial replacement of protein by carbohydrate in the commercial diets supplied in culture. The relationship between enzyme activities, ration size and fish growth indicates that the enzymes quickly respond to dietary manipulations of cultured fish.

Effect of diet composition and ration size on key enzyme activities of glycolysis-gluconeogenesis, pentose phosphate pathway and amino acid metabolism in liver of Sparus aurata

The effects of diet composition and ration size on the activities of key enzymes involved in intermediary metabolism were studied in the liver of gilthead sea bream (Sparus aurata). Highcarbohydrate, low-protein diets stimulated 6-phosphofructo 1-kinase (EC 2.7.1.11), pyruvate kinase (EC 2.7.1.40), glucose-6-phosphate dehydrogenase (EC 1.1.1.49) and 6-phosphogluconate dehydrogenase (EC 1.1.1.44) enzyme activities, while they decreased alanine aminotransferase (EC 2.6.1.2) activity. A high degree of correlation was found between food ration size and the activity of the enzymes 6-phosphofructo 1-kinase, pyruvate kinase, glucose-6-phosphate dehydrogenase (positive correlations) and fructose-1,6-bisphosphatase (EC 3.1.3.11) (negative correlation). These correlations matched well with the high correlation also found between ration size and growth rate in starved fish refed for 22 d. Limited feeding (5 g/kg body weight) for 22 d decreased the activities of the key enzymes for glycolysis and lipogenesis, and alanine aminotransferase activity. The findings presented here indicate a high level of metabolic adaptation to both diet type and ration size. In particular, adaptation of enzyme activities to the consumption of a diet with a high carbohydrate level suggests that a carnivorous fish like Sparus aurata can tolerate partial replacement of protein by carbohydrate in the commercial diets supplied in culture. The relationship between enzyme activities, ration size and fish growth indicates that the enzymes quickly respond to dietary manipulations of cultured fish.

Cyclin-dependent kinases 4 and 6 control tumor progression and direct glucose oxidation in the pentose cycle

Cyclin-dependent kinases CDK4 and CDK6 are essential for the control of the cell cycle through the G1 phase. Aberrant expression of CDK4 and CDK6 is a hall- mark of cancer, which would suggest that CDK4 and CDK6 are attractive targets for cancer therapy. Herein, we report that calcein AM is a potent specific inhibitor of CDK4 and CDK6 in HCT116 human colon adenocarcinoma cells, inhibiting retinoblastoma protein (pRb) phosphorylation and inducing cell cycle arrest in the G1 phase. The metabolic effects of calcein AM (the calcein acetoxymethyl-ester) on HCT116 cells were also evaluated and the flux between the oxidative and non-oxidative branches of the pentose phos-phate pathway was significantly altered. To elucidate whe-ther these metabolic changes were due to the inhibition of CDK4 and CDK6, we also characterized the metabolic profile of a CDK4, CDK6 and CDK2 triple knockout of mouse embryonic fibroblasts. The results show that the metabolic profile associated with the depletion of CDK4, CDK6 and CDK2 coincides with the metabolic changes induced by calcein AM on HCT116 cells, thus confirming that the inhibition of CDK4 and CDK6 disrupts the balance between the oxidative and non-oxidative branches of the pentose phosphate pathway. Taken together, these results indicate that low doses of calcein can halt cell division and kill tumor cells. Thus, selective inhibition of CDK4 and CDK6 may be of greater pharmacological interest, since inhibitors of these kinases affect both cell cycle progression and the robust metabolic profile of tumors.

Effects of sciatic nerve transection on ultrastructure, NADPH-diaphorase reaction and serotonin-, tyrosine hydroxylase-, c-Fos-, glucose transporter 1- and 3-like immunoreactivities in frog dorsal root ganglion

Frogs have been used as an alternative model to study pain mechanisms. Since we did not find any reports on the effects of sciatic nerve transection (SNT) on the ultrastructure and pattern of metabolic substances in frog dorsal root ganglion (DRG) cells, in the present study, 18 adult male frogs (Rana catesbeiana) were divided into three experimental groups: naive (frogs not subjected to surgical manipulation), sham (frogs in which all surgical procedures to expose the sciatic nerve were used except transection of the nerve), and SNT (frogs in which the sciatic nerve was exposed and transected). After 3 days, the bilateral DRG of the sciatic nerve was collected and used for transmission electron microscopy. Immunohistochemistry was used to detect reactivity for glucose transporter (Glut) types 1 and 3, tyrosine hydroxylase, serotonin and c-Fos, as well as nicotinamide adenine dinucleotide phosphate diaphorase (NADPH-diaphorase). SNT induced more mitochondria with vacuolation in neurons, satellite glial cells (SGCs) with more cytoplasmic extensions emerging from cell bodies, as well as more ribosomes, rough endoplasmic reticulum, intermediate filaments and mitochondria. c-Fos immunoreactivity was found in neuronal nuclei. More neurons and SGCs surrounded by tyrosine hydroxylase-like immunoreactivity were found. No change occurred in serotonin- and Glut1- and Glut3-like immunoreactivity. NADPH-diaphorase occurred in more neurons and SGCs. No sign of SGC proliferation was observed. Since the changes of frog DRG in response to nerve injury are similar to those of mammals, frogs should be a valid experimental model for the study of the effects of SNT, a condition that still has many unanswered questions.

Biosensor for determination of glucose in real samples of beverages

A biosensor was developed for spectrophotometric determination of glucose concentrations in real samples of orange juice energetic drinks, and sport drinks. The biosensor consisted of glucose oxidase (GOD) and horseradish peroxidase (HRP) immobilized onto polyaniline activated with glutaraldehyde (PANIG). Immobilization parameters were optimized for GOD, and maximum immobilization yield was 16% when 5.0 mg of PANIG and 8.9 U prepared in 0.1 mol.L-1 sodium phosphate buffer (pH 7.0) reacted for 60 minutes at 4 °C with gentle stirring. The linear operational range for glucose determination using optimized operational parameters was between 0.05 and 6.0 mg.mL-1 with a very good reproducibility of response. The results obtained in the biosensor were compared with those obtained using free enzymes (commercial kits) and then validated through statistical analysis using the Tukey test (95% confidence interval).

Rôle de l'estérification des acides gras dans la régulation de la sécrétion d'insuline et le stress métabolique induits par le glucose

Le diabète est une maladie chronique de l’homéostasie du glucose caractérisée par une hyperglycémie non contrôlée qui est le résultat d’une défaillance de la sécrétion d’insuline en combinaison ou non avec une altération de l’action de l’insuline. La surnutrition et le manque d’activité physique chez des individus qui ont des prédispositions génétiques donnent lieu à la résistance à l’insuline. Pendant cette période dite de compensation où la concentration d’acides gras plasmatiques est élevée, l’hyperinsulinémie compense pleinement pour la résistance à l’insuline des tissus cibles et la glycémie est normale. Le métabolisme du glucose par la cellule pancréatique bêta entraîne la sécrétion d’insuline. Selon le modèle classique de la sécrétion d’insuline induite par le glucose, l’augmentation du ratio ATP/ADP résultant de la glycolyse et de l’oxydation du glucose, induit la fermeture des canaux KATP-dépendant modifiant ainsi le potentiel membranaire suivi d’un influx de Ca2+. Cet influx de Ca2+ permet l’exocytose des granules de sécrétion contenant l’insuline. Plusieurs nutriments comme les acides gras sont capables de potentialiser la sécrétion d’insuline. Cependant, le modèle classique ne permet pas d’expliquer cette potentialisation de la sécrétion d’insuline par les acides gras. Pour expliquer l’effet potentialisateur des acides gras, notre laboratoire a proposé un modèle complémentaire où le malonyl-CoA dérivé du métabolisme anaplérotique du glucose inhibe la carnitine palmitoyltransférase-1, l’enzyme qui constitue l’étape limitante de l’oxydation des acides gras favorisant ainsi leur estérification et donc la formation de dérivés lipidiques signalétiques. Le modèle anaplérotique/lipidique de la sécrétion d'insuline induite par le glucose prédit que le malonyl-CoA dérivé du métabolisme du glucose inhibe la bêta-oxydation des acides gras et augmente la disponibilité des acyl-CoA ou des acides gras non-estérifiés. Les molécules lipidiques agissant comme facteurs de couplage du métabolisme des acides gras à l'exocytose d'insuline sont encore inconnus. Des travaux réalisés par notre laboratoire ont démontré qu’en augmentant la répartition des acides gras vers la bêta-oxydation, la sécrétion d’insuline induite par le glucose était réduite suggérant qu’un des dérivés de l’estérification des acides gras est important pour la potentialisation sur la sécrétion d’insuline. En effet, à des concentrations élevées de glucose, les acides gras peuvent être estérifiés d’abord en acide lysophosphatidique (LPA), en acide phosphatidique (PA) et en diacylglycérol (DAG) et subséquemment en triglycérides (TG). La présente étude a établi l’importance relative du processus d’estérification des acides gras dans la production de facteurs potentialisant la sécrétion d’insuline. Nous avions émis l’hypothèse que des molécules dérivées des processus d’estérification des acides gras (ex : l’acide lysophosphatidique (LPA) et le diacylglycerol (DAG)) agissent comme signaux métaboliques et sont responsables de la modulation de la sécrétion d’insuline en présence d’acides gras. Afin de vérifier celle-ci, nous avons modifié le niveau d’expression des enzymes clés contrôlant le processus d’estérification par des approches de biologie moléculaire afin de changer la répartition des acides gras dans la cellule bêta. L’expression des différents isoformes de la glycérol-3-phosphate acyltransférase (GPAT), qui catalyse la première étape d’estérification des acides gras a été augmenté et inhibé. Les effets de la modulation de l’expression des isoenzymes de GPAT sur les processus d’estérifications, sur la bêta-oxydation et sur la sécrétion d’insuline induite par le glucose ont été étudiés. Les différentes approches que nous avons utilisées ont changé les niveaux de DAG et de TG sans toutefois altérer la sécrétion d’insuline induite par le glucose. Ainsi, les résultats de cette étude n’ont pas associé de rôle pour l’estérification de novo des acides gras dans leur potentialisation de la sécrétion d’insuline. Cependant, l’estérification des acides gras fait partie intégrante d’un cycle de TG/acides gras avec sa contrepartie lipolytique. D’ailleurs, des études parallèles à la mienne menées par des collègues du laboratoire ont démontré un rôle pour la lipolyse et un cycle TG/acides gras dans la potentialisation de la sécrétion d’insuline par les acides gras. Parallèlement à nos études des mécanismes de la sécrétion d’insuline impliquant les acides gras, notre laboratoire s’intéresse aussi aux effets négatifs des acides gras sur la cellule bêta. La glucolipotoxicité, résultant d’une exposition chronique aux acides gras saturés en présence d’une concentration élevée de glucose, est d’un intérêt particulier vu la prépondérance de l’obésité. L’isoforme microsomal de GPAT a aussi utilisé comme outil moléculaire dans le contexte de la glucolipotoxicité afin d’étudier le rôle de la synthèse de novo de lipides complexes dans le contexte de décompensation où la fonction des cellules bêta diminue. La surexpression de l’isoforme microsomal de la GPAT, menant à l’augmentation de l’estérification des acides gras et à une diminution de la bêta-oxydation, nous permet de conclure que cette modification métabolique est instrumentale dans la glucolipotoxicité.

Impact of neonatal total parenteral nutrition and early glucose-enriched diet on glucose metabolism and physical phenotypes in Guinea Pig

Les oxydants infusés avec la nutrition parentéral (NP) néonatale induisent une modification du métabolisme des lipides et du glucose, donnant lieu à l’âge adulte à un phénotype de carence énergétique (faible poids, baisse de l’activité physique). L’hypothèse qu’une diète précoce riche en glucose prévient ces symptômes plus tard dans la vie, fut évalué chez le cobaye par un ANOVA en plan factoriel complet à deux facteurs (p < 0:05) : NP du jour 3 à 7, suivit d’une nourriture régulière (chow) (NP+) vs. chow à partir du 3ième jour (NP-), combiné avec une eau de consommation enrichie en glucose (G+) ou non (G-) à partir de la 3ième semaine. Les paramètres suivant ont été mesurés à l’âge de 9 semaine: taux de croissance, activité physique, activité de phosphofructokinase-1 et glucokinase (GK), niveau hépatique de glucose-6-phosphate (G6P), glycogène, pyruvate et potentiel redox du glutathion, poids du foie, glycémie, tolérance au glucose, concentrations hépatiques et plasmatiques en triacylglycérides (TG) et cholestérol. Le groupe G+ (vs. G-) avait un taux de croissance plus bas, une activité de GK et une concentration en G6P plus élevée, et un potentiel redox plus bas (moins oxydé). Le niveau plasmatique de TG était moins élevé dans le groupe NP+ (vs. NP-). Les traitements n’eurent aucun effet sur les autres paramètres. Ces résultats suggèrent qu’indépendamment de la NP, une alimentation riche en glucose stimule la glycolyse et déplace l’état redox vers un statut plus réduit, mais ne surmonte pas les effets de la NP sur le phénotype physique de carence énergétique.

Mass spectrometric analysis of glucose-modified ribonuclease

RNase A (1 mM) was incubated with glucose (0.4 M) at 37°C for up to 14 days in phosphate buffer (0.2 M, pH 7.4), digested with trypsin and analysed by LC-MS. The major sites of fructoselysine formation were Lys1, Lys7, Lys37 and Lys41. Three of these sites (Lys7, Lys37 and Lys41) were also the major sites of Ne-(carboxymethyl)lysine formation.

Association of NAD(P)H Oxidase with Glucose-Induced Insulin Secretion by Pancreatic beta-Cells

We previously described the presence of nicotinamide adenine dinucleotide phosphate reduced form [NAD(P)H] oxidase components in pancreatic beta-cells and its activation by glucose, palmitic acid, and proinflammatory cytokines. In the present study, the importance of the NAD(P)H oxidase complex for pancreatic beta-cell function was examined. Rat pancreatic islets were incubated in the presence of glucose plus diphenyleneiodonium, a NAD(P)H oxidase inhibitor, for 1 h or with the antisense oligonucleotide for p47(PHOX) during 24 h. Reactive oxygen species (ROS) production was determined by a fluorescence assay using 2,7-dichlorodihydrofluorescein diacetate. Insulin secretion, intracellular calcium responses, [U-(14)C] glucose oxidation, and expression of glucose transporter-2, glucokinase and insulin genes were examined. Antisense oligonucleotide reduced p47(PHOX) expression [an important NAD(P)H oxidase cytosolic subunit] and similarly to diphenyleneiodonium also blunted the enzyme activity as indicated by reduction of ROS production. Suppression of NAD(P)H oxidase activity had an inhibitory effect on intracellular calcium responses to glucose and glucose-stimulated insulin secretion by isolated islets. NAD(P)H oxidase inhibition also reduced glucose oxidation and gene expression of glucose transporter-2 and glucokinase. These findings indicate that NAD(P)H oxidase activation plays an important role for ROS production by pancreatic beta-cells during glucose-stimulated insulin secretion. The importance of this enzyme complex for the beta-cell metabolism and the machinery involved in insulin secretion were also shown. (Endocrinology 150: 2197-2201, 2009)

Glutamine enhances glucose-induced mesangial cell proliferation

The proliferation of mesangial cells (MC) in the presence of glutamine (0-20 mM) was determined in both low (5 mM) and high (25 mM) glucose-containing medium. Glutamine in a high glucose (HG) environment increased cell proliferation in a dose-dependent manner. Inhibition of glutamine:fructose 6-phosphate amidotransferase (GFAT) and of phosphodiesterase significantly reduced glutamine-induced proliferation. Supraphysiologic levels of glutamine increase MC proliferation in a HG milieu via GFAT and cAMP-dependent pathways, suggesting that glutamine could pose a risk for diabetic nephropathy.

Oleic Acid Modulates Metabolic Substrate Channeling during Glucose-Stimulated Insulin Secretion via NAD(P)H Oxidase

Positive acute effects of fatty acids (FA) on glucose-stimulated insulin secretion (GSIS) and reactive oxygen species (ROS) formation have been reported. However, those studies mainly focused on palmitic acid actions, and reports on oleic acid (OA) are scarce. In this study, the effect of physiological OA levels on beta-cell function and the mechanisms involved were investigated. Analyses of insulin secretion, FA and glucose oxidation, and ROS formation showed that, at high glucose concentration, OA treatment increases GSIS in parallel with increased ROS content. At high glucose, OA oxidation was increased, accompanied by a suppression of glucose oxidation. Using approaches for protein knockdown of FA receptor G protein-coupled receptor 40 (GPR40) and of p47(PHOX), a reduced nicotinamide adenine dinucleotide phosphate [NAD(P) H] oxidase component, we observed that GPR40 does not mediate OA effects on ROS formation and GSIS. However, in p47(PHOX) knockdown islets, OA-induced ROS formation and the inhibitory effect of OA on glucose metabolism was abolished. Similar results were obtained by pharmacological inhibition of protein kinase C, a known activator of NAD(P) H oxidase. Thus, ROS derived from OA metabolism via NAD(P) H oxidase are an inhibitor of glucose oxidation. Put together, these results indicate that OA acts as a modulator of glucose oxidation via ROS derived from its own metabolism in beta-cells. (Endocrinology 152: 3614-3621, 2011)

Augmentation of insulin secretion by leucine supplementation in malnourished rats: possible involvement of the phosphatidylinositol 3-phosphate kinase/mammalian target protein of rapamycin pathway

A regimen of low-protein diet induces a reduction of pancreatic islet function that is associated with development of metabolic disorders including diabetes and obesity afterward. In the present study, the influence of leucine supplementation on metabolic parameters, insulin secretion to glucose and to amino acids, as well as the levels of proteins that participate in the phosphatidylinositol 3-phosphate kinase (PI3K) pathway was investigated in malnourished rats. Four groups were fed with different diets for 12 weeks: a normal protein diet (17%) without (NP) or with leucine supplementation (NPL) or a low (6%)-protein diet without (LP) or with leucine supplementation (LPL). Leucine was given in the drinking water during the last 4 weeks. As indicated by the intraperitoneal glucose tolerance test, LPL rats exhibited increased glucose tolerance as compared with NPL group. Both NPL and LPL rats had higher circulating insulin levels than controls. The LPL rats also showed increased insulin secretion by pancreatic islets in response to glucose or arginine compared with those observed in islets from LP animals. Glucose oxidation was significantly reduced in NPL, LP, and LPL isolated islets as compared with NP; but no alteration was observed for leucine and glutamate oxidation among the 4 groups. Western blotting analysis demonstrated increased PI3K and mammalian target protein of rapamycin protein contents in LPL compared with LP islets. A significant increase in insulin-induced insulin receptor substrate I associated PI3K activation was also observed in LPL compared with LP islets. These findings indicate that leucine supplementation can augment islet function in malnourished rats and that activation of the PI3K/maminalian target protein of rapamycin pathway may play a role in this process. (C) 2010 Elsevier Inc. All rights reserved.