Creatine and guanidinoacetate transport at blood-brain and blood-cerebrospinal fluid barriers.

While it was thought that most of cerebral creatine is of peripheral origin, AGAT and GAMT are well expressed in CNS where brain cells synthesize creatine. While the creatine transporter SLC6A8 is expressed by microcapillary endothelial cells (MCEC) at blood-brain barrier (BBB), it is absent from their surrounding astrocytes. This raised the concept that BBB has a limited permeability for peripheral creatine, and that the brain supplies a part of its creatine by endogenous synthesis. This review brings together the latest data on creatine and guanidinoacetate transport through BBB and blood-CSF barrier (BCSFB) with the clinical evidence of AGAT-, GAMT- and SLC6A8-deficient patients, in order to delineate a clearer view on the roles of BBB and BCSFB in the transport of creatine and guanidinoacetate between periphery and CNS, and on brain synthesis and transport of creatine. It shows that in physiological conditions, creatine is taken up by CNS from periphery through SLC6A8 at BBB, but in limited amounts, and that CNS also needs its own creatine synthesis. No uptake of guanidinoacetate from periphery occurs at BBB except under GAMT deficiency, but a net exit of guanidinoacetate seems to occur from CSF to blood at BCSFB, predominantly through the taurine transporter TauT.

Interpretation of plasma amino acids in the follow-up of patients: the impact of compartmentation

Results of plasma or urinary amino acids are used for suspicion, confirmation or exclusion of diagnosis, monitoring of treatment, prevention and prognosis in inborn errors of amino acid metabolism. The concentrations in plasma or whole blood do not necessarily reflect the relevant metabolite concentrations in organs such as the brain or in cell compartments; this is especially the case in disorders that are not solely expressed in liver and/or in those which also affect nonessential amino acids. Basic biochemical knowledge has added much to the understanding of zonation and compartmentation of expressed proteins and metabolites in organs, cells and cell organelles. In this paper, selected old and new biochemical findings in PKU, urea cycle disorders and nonketotic hyperglycinaemia are reviewed; the aim is to show that integrating the knowledge gained in the last decades on enzymes and transporters related to amino acid metabolism allows a more extensive interpretation of biochemical results obtained for diagnosis and follow-up of patients and may help to pose new questions and to avoid pitfalls. The analysis and interpretation of amino acid measurements in physiological fluids should not be restricted to a few amino acids but should encompass the whole quantitative profile and include other pathophysiological markers. This is important if the patient appears not to respond as expected to treatment and is needed when investigating new therapies. We suggest that amino acid imbalance in the relevant compartments caused by over-zealous or protocol-driven treatment that is not adjusted to the individual patient's needs may prolong catabolism and must be corrected

Congenital disorder of glycosylation type Id (CDG Id): phenotypic, biochemical and molecular characterization of a new patient.

Congenital disorders of glycosylation (CDG) are a family of multisystem inherited disorders caused by defects in the biosynthesis of N- or O-glycans. Among the many different subtypes of CDG, the defect of a mannosyltransferase encoded by the human ALG3 gene (chromosome 3q27) is known to cause CDG Id. Six patients with CDG Id have been described in the literature so far. We further delineate the clinical, biochemical, neuroradiological and molecular features of CDG Id by reporting an additional patient bearing a novel missense mutation in the ALG3 gene. All patients with CDG Id display a slowly progressive encephalopathy with microcephaly, severe psychomotor retardation and epileptic seizures. They also share some typical dysmorphic features but they do not present the multisystem involvement observed in other CDG syndromes or any biological marker abnormalities. Unusually marked osteopenia is a feature in some patients and may remain undiagnosed until revealed by pathological fractures. Serum transferrin screening for CDG should be extended to all patients with encephalopathy of unknown origin, even in the absence of multisystem involvement.

Neurodevelopment outcome of newborns with cerebral subependymal pseudocysts at 18 and 46 months: a prospective study.

OBJECTIVES: Subependymal pseudocysts (SEPC) are cerebral periventricular cysts located on the floor of the lateral ventricle and result from regression of the germinal matrix. They are increasingly diagnosed on neonatal cranial ultrasound. While associated pathologies are reported, information about long-term prognosis is missing, and we aimed to investigate long-term follow-up of these patients. STUDY DESIGN: Newborns diagnosed with SEPC were enrolled for follow-up. Neurodevelopment outcome was assessed at 6, 18 and 46 months of age. RESULTS: 74 newborns were recruited: we found a high rate of antenatal events (63%), premature infants (66% <37 weeks, 31% <32 weeks) and twins (30%). MRI was performed in 31 patients, and cystic periventricular leukomalacia (c-PVL) was primarily falsely diagnosed in 9 of them. Underlying disease was diagnosed in 17 patients, 8 with congenital cytomegalovirus (CMV) infection, 5 with genetic and 4 with metabolic disease. Neurological examination (NE) at birth was normal for patients with SEPCs and no underlying disease, except one. Mean Developmental Quotient and IQ of these patients was 98.2 (±9.6SD; range 77-121), 94.6 (±14.2SD; 71-120) and 99.6 (±12.3SD; 76-120) at 6, 18 and 46 months of age, respectively, with no differences between the subtypes of SEPC. A subset analysis showed no outcome differences between preterm infants with or without SEPC, or between preterm of <32 GA and ≥32 GA. CONCLUSIONS: Neurodevelopment of newborns with SEPC was normal when no underlying disease was present. This study suggests that if NE is normal at birth and congenital CMV infection can be excluded, then no further investigations are needed. Moreover, it is crucial to differentiate SEPC from c-PVL which carries a poor prognosis.

Clinical presentation and outcome in a series of 88 patients with the cblC defect.

The cblC defect is the most common inborn error of vitamin B12 metabolism. Despite therapeutic measures, the long-term outcome is often unsatisfactory. This retrospective multicentre study evaluates clinical, biochemical and genetic findings in 88 cblC patients. The questionnaire designed for the study evaluates clinical and biochemical features at both initial presentation and during follow up. Also the development of severity scores allows investigation of individual disease load, statistical evaluation of parameters between the different age of presentation groups, as well as a search for correlations between clinical endpoints and potential modifying factors. RESULTS: No major differences were found between neonatal and early onset patients so that these groups were combined as an infantile-onset group representing 88 % of all cases. Hypotonia, lethargy, feeding problems and developmental delay were predominant in this group, while late-onset patients frequently presented with psychiatric/behaviour problems and myelopathy. Plasma total homocysteine was higher and methionine lower in infantile-onset patients. Plasma methionine levels correlated with "overall impression" as judged by treating physicians. Physician's impression of patient's well-being correlated with assessed disease load. We confirmed the association between homozygosity for the c.271dupA mutation and infantile-onset but not between homozygosity for c.394C>T and late-onset. Patients were treated with parenteral hydroxocobalamin, betaine, folate/folinic acid and carnitine resulting in improvement of biochemical abnormalities, non-neurological signs and mortality. However the long-term neurological and ophthalmological outcome is not significantly influenced. In summary the survey points to the need for prospective studies in a large cohort using agreed treatment modalities and monitoring criteria.

A role for the transcriptional repressor ICER in the molecular pathogenesis of type 2 diabetes

AbstractType 2 diabetes (T2D) is a metabolic disease which affects more than 200 millions people worldwide. The progression of this affection reaches nowadays epidemic proportions, owing to the constant augmentation in the frequency of overweight, obesity and sedentary. The pathogenesis of T2D is characterized by reduction in the action of insulin on its target tissues - an alteration referred as insulin resistance - and pancreatic β-cell dysfunction. This latter deterioration is defined by impairment in insulin biosynthesis and secretion, and a loss of β-cell mass by apoptosis. Environmental factors related to T2D, such as chronic elevation in glucose and free fatty acids levels, inflammatory cytokines and pro-atherogenic oxidized low- density lipoproteins (LDL), contribute to the loss of pancreatic β-cell function.In this study, we have demonstrated that the transcription factor Inducible Cyclic AMP Early Repressor (ICER) participates to the progression of both β-cell dysfunction and insulin resistance. The expression of this factor is driven by an alternative promoter and ICER protein represents therefore a truncated product of the Cyclic AMP Response Element Modulator (CREM) family which lacks transactivation domain. Consequently, the transcription factor ICER acts as a passive repressor which reduces expression of genes controlled by the cyclic AMP and Cyclic AMP Response Element Binding protein (CREB) pathway.In insulin-secreting cells, the accumulation of reactive oxygen species caused by environmental factors and notably oxidized LDL - a process known as oxidative stress - induces the transcription factor ICER. This transcriptional repressor hampers the secretory capacity of β-cells by silencing key genes of the exocytotic machinery. In addition, the factor ICER reduces the expression of the scaffold protein Islet Brain 1 (IB 1 ), thereby favouring the activation of the c-Jun N-terminal Kinase (JNK) pathway. This triggering alters in turn insulin biosynthesis and survival capacities of pancreatic β-cells.In the adipose tissue of mice and human subjects suffering from obesity, the transcription factor ICER contributes to the alteration in insulin action. The loss in ICER protein in these tissues induces a constant activation of the CREB pathway and the subsequent expression of the Activating Transcription Factor 3 (ATF3). In turn, this repressor reduces the transcript levels of the glucose transporter GLUT4 and the insulin-sensitizer peptide adiponectin, thereby contributing to the diminution in insulin action.In conclusion, these data shed light on the important role of the transcriptional repressor ICER in the pathogenesis of T2D, which contributes to both alteration in β-cell function and aggravation of insulin resistance. Consequently, a better understanding of the molecular mechanisms responsible for the alterations in ICER levels is required and could lead to develop new therapeutic strategies for the treatment of T2D.RésuméLe diabète de type 2 (DT2) est une maladie métabolique qui affecte plus de 200 millions de personnes dans le monde. La progression de cette affection atteint aujourd'hui des proportions épidémiques imputables à l'augmentation rapide dans les fréquences du surpoids, de l'obésité et de la sédentarité. La pathogenèse du DT2 se caractérise par une diminution de l'action de l'insuline sur ses tissus cibles - un processus nommé insulino-résistance - ainsi qu'une dysfonction des cellules β pancréatiques sécrétrices d'insuline. Cette dernière détérioration se définit par une réduction de la capacité de synthèse et de sécrétion de l'insuline et mène finalement à une perte de la masse de cellules β par apoptose. Des facteurs environnementaux fréquemment associés au DT2, tels l'élévation chronique des taux plasmatiques de glucose et d'acides gras libres, les cytokines pro-inflammatoires et les lipoprotéines de faible densité (LDL) oxydées, contribuent à la perte de fonction des cellules β pancréatiques.Dans cette étude, nous avons démontré que le facteur de transcription « Inducible Cyclic AMP Early Repressor » (ICER) participe à la progression de la dysfonction des cellules β pancréatiques et au développement de Pinsulino-résistance. Son expression étant gouvernée par un promoteur alternatif, la protéine d'ICER représente un produit tronqué de la famille des «Cyclic AMP Response Element Modulator » (CREM), sans domaine de transactivation. Par conséquent, le facteur ICER agit comme un répresseur passif qui réduit l'expression des gènes contrôlés par la voie de l'AMP cyclique et des « Cyclic AMP Response Element Binding protein » (CREB).Dans les cellules sécrétrices d'insuline, l'accumulation de radicaux d'oxygène libres, soutenue par les facteurs environnementaux et notamment les LDL oxydées - un processus appelé stress oxydatif- induit de manière ininterrompue le facteur de transcription ICER. Ainsi activé, ce répresseur transcriptionnel altère la capacité sécrétoire des cellules β en bloquant l'expression de gènes clés de la machinerie d'exocytose. En outre, le facteur ICER favorise l'activation de la cascade de signalisation « c-Jun N- terminal Kinase » (JNK) en réduisant l'expression de la protéine « Islet Brain 1 » (IB1), altérant ainsi les fonctions de biosynthèse de l'insuline et de survie des cellules β pancréatiques.Dans le tissu adipeux des souris et des sujets humains souffrant d'obésité, le facteur de transcription ICER contribue à l'altération de la réponse à l'insuline. La disparition de la protéine ICER dans ces tissus entraîne une activation persistante de la voie de signalisation des CREB et une induction du facteur de transcription « Activating Transcription Factor 3 » (ATF3). A son tour, le répresseur ATF3 inhibe l'expression du transporteur de glucose GLUT4 et du peptide adipocytaire insulino-sensibilisateur adiponectine, contribuant ainsi à la diminution de l'action de l'insuline en conditions d'obésité.En conclusion, à la lumière de ces résultats, le répresseur transcriptionnel ICER apparaît comme un facteur important dans la pathogenèse du DT2, en participant à la perte de fonction des cellules β pancréatiques et à l'aggravation de l'insulino-résistance. Par conséquent, l'étude des mécanismes moléculaires responsables de l'altération des niveaux du facteur ICER pourrait permettre le développement de nouvelles stratégies de traitement du DT2.Résumé didactiqueL'énergie nécessaire au bon fonctionnement de l'organisme est fournie par l'alimentation, notamment sous forme de sucres (glucides). Ceux-ci sont dégradés en glucose, lequel sera distribué aux différents organes par la circulation sanguine. Après un repas, le niveau de glucose sanguin, nommé glycémie, s'élève et favorise la sécrétion d'une hormone appelée insuline par les cellules β du pancréas. L'insuline permet, à son tour, aux organes, tels le foie, les muscles et le tissu adipeux de capter et d'utiliser le glucose ; la glycémie retrouve ainsi son niveau basai.Le diabète de type 2 (DT2) est une maladie métabolique qui affecte plus de 200 millions de personnes dans le monde. Le développement de cette affection est causée par deux processus pathologiques. D'une part, les quantités d'insuline secrétée par les cellules β pancréatiques, ainsi que la survie de ces cellules sont réduites, un phénomène connu sous le nom de dysfonction des cellules β. D'autre part, la sensibilité des tissus à l'insuline se trouve diminuée. Cette dernière altération, l'insulino-résistance, empêche le transport et l'utilisation du glucose par les tissus et mène à une accumulation de ce sucre dans le sang. Cette stagnation de glucose dans le compartiment sanguin est appelée hyperglycémie et favorise l'apparition des complications secondaires du diabète, telles que les maladies cardiovasculaires, l'insuffisance rénale, la cécité et la perte de sensibilité des extrémités.Dans cette étude, nous avons démontré que le facteur ICER qui contrôle spécifiquement l'expression de certains gènes, contribue non seulement à la dysfonction des cellules β, mais aussi au développement de l'insulino-résistance. En effet, dans les cellules β pancréatiques en conditions diabétiques, l'activation du facteur ICER altère la capacité de synthèse et de sécrétion d'insuline et réduit la survie ces cellules.Dans le tissu adipeux des souris et des sujets humains souffrant d'obésité, le facteur ICER contribue à la perte de sensibilité à l'insuline. La disparition d'ICER altère l'expression de la protéine qui capte le glucose, le transoprteur GLUT4, et l'hormone adipocytaire favorisant la sensibilité à l'insuline, nommée adiponectine. Ainsi, la perte d'ICER participe à la réduction de la captation de glucose par le tissue adipeux et au développement de l'insulino-résistance au cours de l'obésité.En conclusion, à la lumière de ces résultats, le facteur ICER apparaît comme un contributeur important à la progression du DT2, en soutenant la dysfonction des cellules β pancréatiques et l'aggravation de l'insulino-résistance. Par conséquent, l'étude des mécanismes responsables de la dérégulation du facteur ICER pourrait permettre le développement de nouvelles stratégies de traitement du DT2.

The blood-brain barrier: cellular basis.

Perfusion experiments with horseradish peroxidase have established that the morphological substrate of the blood-brain barrier is represented by microvascular endothelial cells. They are characterized by complexly arranged tight junctions and a very low rate of transcytotic vesicular transport. They express transport enzymes, carrier systems and brain endothelial cell-specific molecules of unknown function not expressed by any other endothelial cell population. These blood-brain barrier properties are not intrinsic to these cells but are inducible by the surrounding brain tissue. Type I astrocytes injected into the anterior eye chamber of the rat or onto the chick chorioallantoic membrane are able to induce a host-derived angiogenesis and some blood-brain barrier properties in endothelial cells of non-neural origin. Recently we have shown that this cellular interaction is due to the secretion of a soluble astrocyte derived factor(s). Astrocytes are also implicated in the maintenance, functional regulation and the repair of the blood-brain barrier. Complex interactions between other constituents of the microenvironment surrounding the endothelial cells, such as the basement membrane, pericytes, nerve endings, microglial cells and the extracellular fluid, take place and are required for the proper functioning of the blood-brain barrier, which in addition is regionally different as reflected by endothelial cell heterogeneity.

Postnatal β-cell maturation is associated with islet-specific microRNA changes induced by nutrient shifts at weaning.

Glucose-induced insulin secretion is an essential function of pancreatic β-cells that is partially lost in individuals affected by Type 2 diabetes. This unique property of β-cells is acquired through a poorly understood postnatal maturation process involving major modifications in gene expression programs. Here we show that β-cell maturation is associated with changes in microRNA expression induced by the nutritional transition that occurs at weaning. When mimicked in newborn islet cells, modifications in the level of specific microRNAs result in a switch in the expression of metabolic enzymes and cause the acquisition of glucose-induced insulin release. Our data suggest microRNAs have a central role in postnatal β-cell maturation and in the determination of adult functional β-cell mass. A better understanding of the events governing β-cell maturation may help understand why some individuals are predisposed to developing diabetes and could lead to new strategies for the treatment of this common metabolic disease.

The role of the microRNAs in the age-associated oancreatic β-cell dysfunction

Le corps humain emploie le glucose comme source principale d'énergie. L'insuline, sécrétée par les cellules ß-pancreatiques situées dans les îlots de Langerhans, est l'hormone principale assurant un maintien constant du taux de glucose sanguin (glycémie). Les prédispositions génétiques, le manque d'activité physique et un régime déséquilibré peuvent entraîner une perte de sensibilité à l'insuline et des taux de glucose dans le sang élevé (hyperglycémie), une condition nommée diabète de type 2. Cette maladie est initiée par une sensibilité diminuée à l'insuline dans les tissus périphériques, entraînant une demande accrue en insuline. Cette pression continue finie par épuiser les cellules ß-pancreatiques, qui sécrètent alors des niveaux d'insuline insuffisant en trainant l'apparition du diabète. Le vieillissement est un facteur de risque important pour les maladies métaboliques dont le diabète de type 2 faits partis. En effet la majeure partie des diabétiques de type 2 ont plus de 45 ans. Il est connu que le vieillissement entraine une perte de sensibilité à l'insuline, une sécrétion altérée d'insuline, une baisse de réplication et une plus grande mort des ß-cellules pancréatiques. Le but de ma thèse était de mieux comprendre les mécanismes contribuante au dysfonctionnement des cellules ß- pancréatiques lors du vieillissement. Les travaux du « Human Genome Project » ont révélés que seulement 2% de notre génome code pour des protéines. Le reste non-codant fut alors désigné sous le nom de « ADN déchets ». Cependant, l'étude approfondie de cet ADN non-codant ces dernières deux décennies a démontré qu'une grande partie code pour des «MicroARNs », des ARNs courts (20-22 nucleotides) découverts en 1997 chez le vers C.elegans. Depuis lors ces molécules ont été intensivement étudiées, révélant un rôle crucial de ces molécules dans la fonction et la survie des cellules en conditions normales et pathologiques. Le but de cette thèse était d'étudier le rôle des microARNs dans le dysfonctionnement des cellules ß lors du vieillissement. Nos données suggèrent qu'ils peuvent jouer un rôle tantôt salutaire, tantôt nocif sur les cellules ß. Par exemple, certains microARNs réduisent la capacité des cellules ß à se multiplier ou réduisent leur survie, alors que d'autres protègent ces cellules contre la mort. Pour conclure, nous avons démontré les microARNs jouent un rôle important dans le dysfonctionnement des cellules ß lors du vieillissement. Ces nouvelles découvertes préparent le terrain pour la conception de futures stratégies visant à améliorer la résistance des cellules ß pancréatiques afin de trouver de nouveaux traitements du diabète de type 2. -- Le diabète de type 2 est une maladie métabolique due à la résistance à l'action de l'insuline des tissus cibles combinée à l'incapacité des cellules ß pancréatiques à sécréter les niveaux adéquats d'insuline. Le vieillissement est associé à un déclin global des fonctions de l'organisme incluant une diminution de la fonction et du renouvellement des cellules ß pancréatiques. Il constitue ainsi un risque majeur de développement des maladies métaboliques dont le diabète de type 2. Le but de cette thèse était d'étudier le rôle des microARNs (une classe d'ARN non- codants) dans le dysfonctionnement lié au vieillissement des cellules ß. L'analyse par microarray des niveaux d'expression des microARN dans les îlots pancréatiques de rats Wistar mâles âgés de 3 et 12 mois nous a permis d'identifier de nombreux changements d'expression de microARNs associés au vieillissement. Afin d'étudier les liens entre ces modifications et le déclin des cellules ß, les changements observés lors du vieillissement ont été reproduits spécifiquement dans une lignée cellulaire, dans des cellules ß primaires de jeune rats ou de donneurs humains sains. La diminution du miR-181a réduit la prolifération des cellules ß, tandis que la diminution du miR-130b ou l'augmentation du miR-383 protège contre l'apoptose induite par les cytokines. L'augmentation du miR-34a induit l'apoptose et inhibe la prolifération des cellules ß en réponse aux hormones Exendin-4 et prolactine et au facteur de croissance PDGF-AA. Cette perte de capacité réplicative est similaire à celle observée dans des cellules ß de rats âgés de 12 mois. Dans la littérature, la perte du récepteur au PDGF-r-a est associée à la diminution de la capacité proliférative des cellules ß observée lors du vieillissement. Nous avons pu démontrer que PDGF-r-a est une cible directe de miR- 34a, suggérant que l'effet néfaste de miR-34a sur la prolifération des cellules ß est, du moins en partie, lié à l'inhibition de l'expression de PDGF-r-a. L'expression de ce miR est aussi plus élevée dans le foie et le cerveau des animaux de 1 an et augmente avec l'âge dans les ilôts de donneurs non-diabétiques. Ces résultats suggèrent que miR-34a pourrait être non seulement impliqué dans l'affaiblissement des fonctions pancréatiques associé à l'âge, mais également jouer un rôle dans les tissus cibles de l'insuline et ainsi contribuer au vieillissement de l'organisme en général. Pour conclure, les travaux obtenus durant cette thèse suggèrent que des microARNs sont impliqués dans le dysfonctionnement des cellules ß pancréatiques durant le vieillissement. -- Type 2 diabetes is a metabolic disease characterized by impaired glucose tolerance, of the insulin sensitive tissues and insufficient insulin secretion from the pancreatic ß-cells to sustain the organism demand. Aging is a risk factor for the majority of the metabolic diseases including type 2 diabetes. With aging is observed a decline in all body function, due to decrease both in cell efficiency and renewal. The aim of this thesis was to investigate the potential role of microRNAs (short non- coding RNAs) in the pancreatic ß-cell dysfunction associated with aging. Microarray analysis of microRNA expression profile in pancreatic islets from 3 and 12 month old Wistar male rats revealed important changes in several microRNAs. To further study the link between those alterations and the decline of ß-cells, the changes observed in old rats were mimicked in immortalized ß-cell lines, primary young rat and human islets. Downregulation of miR-181a inhibited pancreatic ß-cell proliferation in response to proliferative drugs, whereas downregulation of miR-130b and upregulation of miR-383 protected pancreatic ß-cells from cytokine stimulated apoptosis. Interestingly, miR-34a augmented pancreatic ß-cell apoptosis and inhibited ß-cell proliferation in response to the proliferative chemicals Exendin-4, prolactin and PDGF-AA. This loss of replicative capacity is reminiscent of what we observed in pancreatic ß-cells isolated from 12 month old rats. We further observed a correlation between the inhibitory effect of miR-34a on pancreatic ß-cell proliferation and its direct interfering effect of this microRNA on PDGF-r-a, which was previously reported to be involved in the age-associated decline of pancreatic ß-cell proliferation. Interestingly miR-34a was upregulated in the liver and brain of 1 year old animals and positively correlated with age in pancreatic islets of normoglycemic human donors. These results suggest that miR-34a might be not only involved in the age-associated impairment of the pancreatic ß-cell functions, but also play a role in insulin target tissues and contribute to the aging phenotype on the organism level. To conclude, we have demonstrated that microRNAs are indeed involved in the age-associated pancreatic ß-cell dysfunction and they can play both beneficial and harmful roles in the context of pancreatic ß-cell aging.

Development of the endocrine pancreas and novel strategies for β-cell mass restoration and diabetes therapy

Diabetes mellitus represents a serious public health problem owing to its global prevalence in the last decade. The causes of this metabolic disease include dysfunction and/or insufficient number of β cells. Existing diabetes mellitus treatments do not reverse or control the disease. Therefore, β-cell mass restoration might be a promising treatment. Several restoration approaches have been developed: inducing the proliferation of remaining insulin-producing cells, de novo islet formation from pancreatic progenitor cells (neogenesis), and converting non-β cells within the pancreas to β cells (transdifferentiation) are the most direct, simple, and least invasive ways to increase β-cell mass. However, their clinical significance is yet to be determined. Hypothetically, β cells or islet transplantation methods might be curative strategies for diabetes mellitus; however, the scarcity of donors limits the clinical application of these approaches. Thus, alternative cell sources for β-cell replacement could include embryonic stem cells, induced pluripotent stem cells, and mesenchymal stem cells. However, most differentiated cells obtained using these techniques are functionally immature and show poor glucose-stimulated insulin secretion compared with native β cells. Currently, their clinical use is still hampered by ethical issues and the risk of tumor development post transplantation. In this review, we briefly summarize the current knowledge of mouse pancreas organogenesis, morphogenesis, and maturation, including the molecular mechanisms involved. We then discuss two possible approaches of β-cell mass restoration for diabetes mellitus therapy: β-cell regeneration and β-cell replacement. We critically analyze each strategy with respect to the accessibility of the cells, potential risk to patients, and possible clinical outcomes.

Cytokine profile and lymphocyte subsets in type 2 diabetes

Type 2 diabetes mellitus (T2D) is a metabolic disease with inflammation as an important pathogenic background. However, the pattern of immune cell subsets and the cytokine profile associated with development of T2D are unclear. The objective of this study was to evaluate different components of the immune system in T2D patients' peripheral blood by quantifying the frequency of lymphocyte subsets and intracellular pro- and anti-inflammatory cytokine production by T cells. Clinical data and blood samples were collected from 22 men (51.6±6.3 years old) with T2D and 20 nonsmoking men (49.4±7.6 years old) who were matched for age and sex as control subjects. Glycated hemoglobin, high-sensitivity C-reactive protein concentrations, and the lipid profile were measured by a commercially available automated system. Frequencies of lymphocyte subsets in peripheral blood and intracellular production of interleukin (IL)-4, IL-10, IL-17, tumor necrosis factor-α, and interferon-γ cytokines by CD3+ T cells were assessed by flow cytometry. No differences were observed in the frequency of CD19+ B cells, CD3+CD8+ and CD3+CD4+ T cells, CD16+56+ NK cells, and CD4+CD25+Foxp3+ T regulatory cells in patients with T2D compared with controls. The numbers of IL-10- and IL-17-producing CD3+ T cells were significantly higher in patients with T2D than in controls (P<0.05). The frequency of interferon-γ-producing CD3+ T cells was positively correlated with body mass index (r=0.59; P=0.01). In conclusion, this study shows increased numbers of circulating IL-10- and IL-17-producing CD3+ T cells in patients with T2D, suggesting that these cytokines are involved in the immune pathology of this disease.

La transplantation d’hépatocytes chez le rat Long Evans Cinnamon, modèle animal de la maladie de Wilson

La maladie de Wilson est une maladie héréditaire due à un déficit du transporteur du cuivre, l’ATP7B. Cette maladie se présente sous forme d’insuffisance hépatique aiguë ou chronique, pour lesquels le traitement médical actuel consiste en l’administration d’agents chélateurs, ce qui ne résulte cependant pas en une guérison complète de la maladie. La transplantation orthotopique du foie est le seul traitement définitif actuellement, avec tous les désavantages qu’elle comporte. Un traitement alternatif à cette option est donc souhaitable. Cette étude porte sur la faisabilité de la transplantation d’hépatocytes chez le modèle animal de la maladie de Wilson, le rat Long Evans Cinnamon (LEC), avec pour buts d’en déterminer la sécurité et l’efficacité tant sur le plan clinique (amélioration de la survie, prévention de l’hépatite) que pathologique. Douze rats LEC ont reçu une injection intrasplénique de 2,6 x 105 – 3,6 x 107 hépatocytes prélevés chez des rats donneurs de souche LE. Ils ont été suivis durant 6 mois puis sacrifiés. Ils ont ensuite été comparés à un groupe contrôle de douze autres rats LEC. Aucune différence significative n’a été notée au niveau du poids, du bilan hépatique et des concentrations de cuivre biliaire et hépatique. Cependant, une amélioration de l’activité oxydase de la céruloplasmine post-transplantation a été démontrée chez le groupe de rats transplantés (49,6 ± 31,5 versus 8,9 ± 11,7). Les rats transplantés ont aussi eu une amélioration sur tous les critères histologiques étudiés. Enfin, l’ARNm de l’atp7b a été retrouvé chez 58% des rats transplantés avec un taux d’expression de 11,9% ± 13,6 par rapport à un rat LE normal. L’immunohistochimie a quant à elle démontré la présence de l’atp7b chez tous les rats transplantés. Les résultats obtenus sont considérés favorables à ce traitement alternatif, et indiquent que la transplantation d’hépatocytes est une technique sécuritaire qui peut contribuer à renverser le processus pathologique en cours dans la maladie de Wilson.

Impact de facteurs sanguins et d'agents thérapeutiques sur la survie de fibroblastes de sujets atteints de la forme canadienne-française du syndrome de Leigh (LSFC)

La forme canadienne-française du syndrome de Leigh (LSFC) est une maladie métabolique associée à une déficience en cytochrome oxydase (COX) et caractérisée par des crises d’acidose lactique, menant à une mort prématurée. Les mécanismes qui sous-tendent l’induction des crises restent inconnus et il n’existe aucune thérapie efficace pour les prévenir. Cette étude vise à caractériser l'effet de facteurs métaboliques périphériques potentiellement altérés chez les patients LSFC sur la mort de lignées cellulaires issues de ces patients et de témoins puis, à identifier des agents thérapeutiques pouvant la prévenir. Nous postulons que (i) ces facteurs métaboliques induiront une mort prématurée des cellules de patients et que (ii) les interventions susceptibles de la prévenir pallieront les conséquences de la déficience en COX, soit la diminution des taux d’adénosine triphosphate (ATP) et l’augmentation du stress oxydant, du nicotinamide adénine dinucléotide (NADH) et des lipides toxiques. Un criblage de 8 facteurs sanguins et 10 agents thérapeutiques a été réalisé. Les paramètres mesurés incluent la nécrose, l’apoptose, l’ATP et l’activité de la COX. Les fibroblastes LSFC sont plus susceptibles à la mort par nécrose (39±6%) induite par du palmitate plus lactate, un effet associé à des niveaux d’ATP diminués (53±8%). La mort cellulaire est réduite de moitié par l’ajout combiné d’agents ciblant le NADH, l’ATP et les lipides toxiques, alors que l’ajout d’antioxydants l’augmente. Ainsi, un excès de nutriments pourrait induire la mort prématurée des cellules LSFC et, pour atténuer cette mort, il serait important de combiner plusieurs interventions ciblant différents mécanismes.

Étude dans la cellule bêta pancréatique de voies inhibitrices de la sécrétion d'insuline liées au métabolisme des lipides

Le diabète de type 2 (DT2) est une maladie métabolique complexe causée par des facteurs génétiques mais aussi environnementaux, tels la sédentarité et le surpoids. La dysfonction de la cellule β pancréatique est maintenant reconnue comme l’élément déterminant dans le développement du DT2. Notre laboratoire s’intéresse à la sécrétion d’insuline par la cellule β en réponse aux nutriments calorigéniques et aux mécanismes qui la contrôle. Alors que la connaissance des mécanismes responsables de l’induction de la sécrétion d’insuline en réponse aux glucose et acides gras est assez avancée, les procédés d’inhibition de la sécrétion dans des contextes normaux ou pathologiques sont moins bien compris. L’objectif de la présente thèse était d’identifier quelques-uns de ces mécanismes de régulation négative de la sécrétion d’insuline dans la cellule β pancréatique, et ce en situation normale ou pathologique en lien avec le DT2. La première hypothèse testée était que l’enzyme mitochondriale hydroxyacyl-CoA déshydrogénase spécifique pour les molécules à chaîne courte (short-chain hydroxyacyl-CoA dehydrogenase, SCHAD) régule la sécrétion d’insuline induite par le glucose (SIIG) par la modulation des concentrations d’acides gras ou leur dérivés tels les acyl-CoA ou acyl-carnitine dans la cellule β. Pour ce faire, nous avons utilisé la technologie des ARN interférants (ARNi) afin de diminuer l’expression de SCHAD dans la lignée cellulaire β pancréatique INS832/13. Nous avons par la suite vérifié chez la souris DIO (diet-induced obesity) si une exposition prolongée à une diète riche en gras activerait certaines voies métaboliques et signalétiques assurant une régulation négative de la sécrétion d’insuline et contribuerait au développement du DT2. Pour ce faire, nous avons mesuré la SIIG, le métabolisme intracellulaire des lipides, la fonction mitochondriale et l’activation de certaines voies signalétiques dans les îlots de Langerhans isolés des souris normales (ND, normal diet) ou nourries à la dière riche en gras (DIO) Nos résultats suggèrent que l’enzyme SCHAD est importante dans l’atténuation de la sécrétion d’insuline induite par le glucose et les acides aminés. En effet, l’oxydation des acides gras par la protéine SCHAD préviendrait l’accumulation d’acyl-CoA ou de leurs dérivés carnitine à chaîne courtes potentialisatrices de la sécrétion d’insuline. De plus, SCHAD régule le métabolisme du glutamate par l’inhibition allostérique de l’enzyme glutamate déshydrogénase (GDH), prévenant ainsi une hyperinsulinémie causée par une sur-activité de GDH. L’étude de la dysfonction de la cellule β dans le modèle de souris DIO a démontré qu’il existe une grande hétérogénéité dans l’obésité et l’hyperglycémie développées suite à la diète riche en gras. L’orginialité de notre étude réside dans la stratification des souris DIO en deux groupes : les faibles et forts répondants à la diète (low diet responders (LDR) et high diet responder (HDR)) sur la base de leur gain de poids corporel. Nous avons mis en lumières divers mécanismes liés au métabolisme des acides gras impliqués dans la diminution de la SIIG. Une diminution du flux à travers le cycle TG/FFA accompagnée d’une augmentation de l’oxydation des acides gras et d’une accumulation intracellulaire de cholestérol contribuent à la diminution de la SIIG chez les souris DIO-HDR. De plus, l’altération de la signalisation par les voies AMPK (AMP-activated protein kinase) et PKC epsilon (protéine kinase C epsilon) pourrait expliquer certaines de ces modifications du métabolisme des îlots DIO et causer le défaut de sécrétion d’insuline. En résumé, nous avons mis en lumière des mécanismes importants pour la régulation négative de la sécrétion d’insuline dans la cellule β pancréatique saine ou en situation pathologique. Ces mécanismes pourraient permettre d’une part de limiter l’amplitude ou la durée de la sécrétion d’insuline suite à un repas chez la cellule saine, et d’autre part de préserver la fonction de la cellule β en retardant l’épuisement de celle-ci en situation pathologique. Certaines de ces voies peuvent expliquer l’altération de la sécrétion d’insuline dans le cadre du DT2 lié à l’obésité. À la lumière de nos recherches, le développement de thérapies ayant pour cible les mécanismes de régulation négative de la sécrétion d’insuline pourrait être bénéfique pour le traitement de patients diabétiques.

Factores asociados al desarrollo de formas sintomáticas de hipercalciuria idiopática en niños de la Fundación Cardioinfantil

La hipercalciuria idiopática (HI) es un trastorno metabólico frecuente, con curso clínico, la mayoría de las veces asintomático. Sin embargo, en algunos pacientes se manifiesta clínicamente con hematuria, polaquiuria, disuria, incontinencia urinaria, enuresis y dolor abdominal o lumbar, los cuales afectan las actividades diarias de los niños y motivan consultas médicas repetitivas, con los costos que esto genera. Se requiere de la sospecha clínica y el conocimiento de la enfermedad para su diagnóstico y tratamiento oportunos. Objetivo. Determinar los factores relacionados con el desarrollo de la forma sintomática de HI, para lo cual se estudiaron: la magnitud de la calciuria, el antecedente familiar de urolitiasis, el género, la edad y la excreción de oxalato de calcio. El propósito final fue ampliar y difundir el conocimiento de la enfermedad dentro de la comunidad médica. Materiales y métodos. Se realizó un estudio analítico de casos y controles para determinar la relación existente entre los factores mencionados y la presencia de síntomas de HI. La población de estudio estuvo compuesta por 60 pacientes con diagnóstico establecido de HI, de la consulta de Nefropediatría de la Fundación Cardioinfantil, con edades entre los 2 y los 13 años. La metodología consistió en un estudio no pareado con 1,4 casos por cada control. Para el análisis estadístico de las asociaciones entre los factores en estudio y la HI sintomática se utilizó la prueba exacta de Fisher y el Ji cuadrado de Pearson con un nivel de significancia del 5% (p<0,05). Para establecer la fuerza de la asociación se calculó la razón de disparidad (OR) y el intervalo de confianza del 95%. Además, se determinaron las variables que explican en conjunto la HI sintomática, controlando las variables de confusión con un modelo de regresión logística incondicional a un nivel de significancia del 5% (p<0,05). Resultados. Se establecieron asociaciones entre los siguientes factores y la presencia de síntomas de HI en niños: el género masculino (p = 0,006; OR = 6,2; IC = 1,6-24,5) y la magnitud de la calciuria (p = 0,003). Con menor diferencia estadística se encontraron el antecedente familiar positivo de urolitiasis (p = 0,018; OR = 4,889; IC = 1,26-19,48) y el incremento en la edad (p = 0,044). La presencia de oxalato de calcio en el uroanálisis no se relacionó con los síntomas de HI (p = 0,2; OR = 0,59; IC = 0,17-1,49). Conclusiones. Los valores elevados de calciuria M(mayor a 6 mg/kg/día) y el género masculino, se asocian con la presencia de síntomas de HI en niños. Adicionalmente, se observaron, con frecuencia, en el grupo de pacientes sintomáticos, la presencia de niños de edades mayores y el antecedente familiar positivo de litiasis renal, aunque no se evidencian diferencias significativas para estos dos factores. El hallazgo de cristales de oxalato de calcio en el uroanálisis no se relacionó con los síntomas de HI.