PVHL is a regulator of glucose metabolism and insulin secretion in pancreatic beta cells.

Insulin secretion from pancreatic beta cells is stimulated by glucose metabolism. However, the relative importance of metabolizing glucose via mitochondrial oxidative phosphorylation versus glycolysis for insulin secretion remains unclear. von Hippel-Lindau (VHL) tumor suppressor protein, pVHL, negatively regulates hypoxia-inducible factor HIF1alpha, a transcription factor implicated in promoting a glycolytic form of metabolism. Here we report a central role for the pVHL-HIF1alpha pathway in the control of beta-cell glucose utilization, insulin secretion, and glucose homeostasis. Conditional inactivation of Vhlh in beta cells promoted a diversion of glucose away from mitochondria into lactate production, causing cells to produce high levels of glycolytically derived ATP and to secrete elevated levels of insulin at low glucose concentrations. Vhlh-deficient mice exhibited diminished glucose-stimulated changes in cytoplasmic Ca(2+) concentration, electrical activity, and insulin secretion, which culminate in impaired systemic glucose tolerance. Importantly, combined deletion of Vhlh and Hif1alpha rescued these phenotypes, implying that they are the result of HIF1alpha activation. Together, these results identify pVHL and HIF1alpha as key regulators of insulin secretion from pancreatic beta cells. They further suggest that changes in the metabolic strategy of glucose metabolism in beta cells have profound effects on whole-body glucose homeostasis.

Brain glucose sensing in homeostatic and hedonic regulation.

Glucose homeostasis as well as homeostatic and hedonic control of feeding is regulated by hormonal, neuronal, and nutrient-related cues. Glucose, besides its role as a source of metabolic energy, is an important signal controlling hormone secretion and neuronal activity, hence contributing to whole-body metabolic integration in coordination with feeding control. Brain glucose sensing plays a key, but insufficiently explored, role in these metabolic and behavioral controls, which when deregulated may contribute to the development of obesity and diabetes. The recent introduction of innovative transgenic, pharmacogenetic, and optogenetic techniques allows unprecedented analysis of the complexity of central glucose sensing at the molecular, cellular, and neuronal circuit levels, which will lead to a new understanding of the pathogenesis of metabolic diseases.

Vagotomy ameliorates islet morphofunction and body metabolic homeostasis in MSG-obese rats

The parasympathetic nervous system is important for β-cell secretion and mass regulation. Here, we characterized involvement of the vagus nerve in pancreatic β-cell morphofunctional regulation and body nutrient homeostasis in 90-day-old monosodium glutamate (MSG)-obese rats. Male newborn Wistar rats received MSG (4 g/kg body weight) or saline [control (CTL) group] during the first 5 days of life. At 30 days of age, both groups of rats were submitted to sham-surgery (CTL and MSG groups) or subdiaphragmatic vagotomy (Cvag and Mvag groups). The 90-day-old MSG rats presented obesity, hyperinsulinemia, insulin resistance, and hypertriglyceridemia. Their pancreatic islets hypersecreted insulin in response to glucose but did not increase insulin release upon carbachol (Cch) stimulus, despite a higher intracellular Ca2+ mobilization. Furthermore, while the pancreas weight was 34% lower in MSG rats, no alteration in islet and β-cell mass was observed. However, in the MSG pancreas, increases of 51% and 55% were observed in the total islet and β-cell area/pancreas section, respectively. Also, the β-cell number per β-cell area was 19% higher in MSG rat pancreas than in CTL pancreas. Vagotomy prevented obesity, reducing 25% of body fat stores and ameliorated glucose homeostasis in Mvag rats. Mvag islets demonstrated partially reduced insulin secretion in response to 11.1 mM glucose and presented normalization of Cch-induced Ca2+ mobilization and insulin release. All morphometric parameters were similar among Mvag and CTL rat pancreases. Therefore, the higher insulin release in MSG rats was associated with greater β-cell/islet numbers and not due to hypertrophy. Vagotomy improved whole body nutrient homeostasis and endocrine pancreatic morphofunction in Mvag rats.

Inhibition of renal glucose reabsorption as a novel treatment for diabetes patients

The importance of the kidney in glucose homeostasis has been recognized for many years. Recent observations indicating a greater role of renal glucose metabolism in various physiologic and pathologic conditions have rekindled the interest in renal glucose handling as a potential target for the treatment of diabetes. The enormous capacity of the proximal tubular cells to reabsorb the filtered glucose load entirely, utilizing the sodium-glucose co-transporter system (primarily SGLT-2), became the focus of attention. Original studies conducted in experimental animals with the nonspecific SGLT inhibitor phlorizin showed that hyperglycemia after pancreatectomy decreased as a result of forced glycosuria. Subsequently, several compounds with more selective SGLT-2 inhibition properties (“second-generation”) were developed. Some agents made it into pre-clinical and clinical trials and a few have already been approved for commercial use in the treatment of type 2 diabetes. In general, a 6-month period of therapy with SGLT-2 inhibitors is followed by a mean urinary glucose excretion rate of ~80 g/day accompanied by a decline in fasting and postprandial glucose with average decreases in HgA1C ~1.0%. Concomitant body weight loss and a mild but consistent drop in blood pressure also have been reported. In contrast, transient polyuria, thirst with dehydration and occasional hypotension have been described early in the treatment. In addition, a significant increase in the occurrence of uro-genital infections, particularly in women has been documented with the use of SGLT-2 inhibitors. Conclusion: Although long-term cardiovascular, renal and bone/mineral effects are unknown SGLT-2 inhibitors, if used with caution and in the proper patient provide a unique insulin-independent therapeutic option in the management of obese type 2 diabetes patients.

Investigating the Biological Effects of Rosemary (Rosmarinus officinalis L.) Extract on Skeletal Muscle Glucose Uptake

Skeletal muscle (SKM) is the most important tissue in maintaining glucose homeostasis and impairments in this tissue leads to insulin resistance (IR). Activation of 5’ AMP-activated kinase (AMPK) is viewed as a targeted approach to counteract IR. Rosemary extract (RE) has been reported to decrease blood glucose levels but its effects on SKM are not known. We hypothesized that RE acts directly on SKM to increase glucose uptake (GU). We found an increase in GU (184±5.07% of control, p<0.001) in L6 myotubes by RE to levels similar to insulin and metformin. Carnosic acid (CA) and rosmarinic acid (RA), major polyphenols found in RE, increased GU. RE, CA, and RA significantly increased AMPK phosphorylation and their effects on GU was reduced by an AMPK inhibitor. Our study is the first to show a direct effect of RE, CA and RA on SKM GU by a mechanism that involves AMPK activation.

Rôle de la protéine phosphatase PPM1A dans l'homéostasie hépatique du glucose et des lipides

L’insuline est une hormone essentielle qui induit des réponses complexes dans l’organisme pour maintenir l’homéostasie du glucose et des lipides. La résistance à son action est un phénomène pathologique observé dans un large éventail de situations, allant de l’obésité et du syndrome métabolique à la stéatose hépatique et au diabète de type 2, qui aboutissent au développement de l’athérosclérose et de la mortalité. Des avancées remarquables ont été réalisées dans notre compréhension des mécanismes moléculaires responsables du développement de la résistance à l’action de l’insuline. En particulier, l’induction d’un stress cellulaire par des taux élevés d’acides gras libres (AGL) et des cytokines, via l’activation des protéines Ser/Thr kinases, qui augmente la phosphorylation sur des résidus sérine, des molécules critiques impliquées dans la signalisation insulinique (p. ex. IR, IRS et p85) et conduit à la diminution de la réponse cellulaire à l’insuline. Cependant, la plupart des chercheurs ont limité leur travail dans l’investigation du rôle des protéines kinases susceptibles de modifier la réponse cellulaire à l’insuline. Donc, peu de données sont disponibles sur le rôle des Protéines Ser/Thr phosphatases (PS/TPs), même si il est bien établi que la phosphorylation de ces protéines est étroitement régulée par un équilibre entre les activités antagonistes des Ser/Thr kinases et des PS/TPs. Parmi les PS/TPS, PPM1A (également connu sous le nom PP2Cα) est une phosphatase particulièrement intéressante puisqu’il a été suggéré qu’elle pourrait jouer un rôle dans la régulation du métabolisme lipidique et du stress cellulaire. Ainsi, en se basant sur des résultats préliminaires de notre laboratoire et des données de la littérature, nous avons émis l’hypothèse selon laquelle PPM1A pourrait améliorer la sensibilité à l’insuline en diminuant l’activité des protéines kinases qui seraient activées par le stress cellulaire induit par l’augmentation des AGL. Ces effets pourraient finalement améliorer le métabolisme glucidique et lipidique dans l’hépatocyte. Ainsi, pour révéler le rôle physiologique de PPM1A à l’échelle d’un animal entier, nous avons généré un modèle animal qui la surexprime spécifiquement dans le foie. Nous décrivons ici notre travail afin de générer ce modèle animal ainsi que les premières analyses pour caractériser le phénotype de celui-ci. Tout d’abord, nous avons remarqué que la surexpression de PPM1A chez les souris C57BL/6J n’a pas d’effets sur le gain de poids sur une longue période. Deuxièmement, nous avons observé que PPM1A a peu d’effets sur l’homéostasie du glucose. Par contre, nous avons montré que sa surexpression a des effets significatifs sur l’homéostasie du glycogène et des triglycérides. En effet, nous avons observé que le foie des souris transgéniques contient moins de glycogène et de triglycérides que le foie de celles de type sauvage. De plus, nos résultats suggèrent que les effets de la surexpression de PPM1A pourraient refléter son impact sur la synthèse et la sécrétion des lipides hépatiques puisque nous avons observé que sa surexpression conduit à l’augmentation la triglycéridémie chez les souris transgéniques. En conclusion, nos résultats prouvent l’importance de PPM1A comme modulateur de l’homéostasie hépatique du glucose et des lipides. Des analyses supplémentaires restent cependant nécessaires pour confirmer ceux-ci et éclaircir l’impact moléculaire de PPM1A et surtout pour identifier ses substrats.

Effets de l’ovariectomie et de l’activité physique sur l’homéostasie du glucose chez les rates ZDF

Introduction: La ménopause est associée à l’insulino-résistance et augmente le risque de diabète de type 2 (DT2) chez les sujets sains. Cependant, peu d’informations existent à savoir comment la ménopause et l’activité physique peuvent influencer l’homéostasie du glucose chez des sujets insulino-résistants. Objectifs: Déterminer 1) l’effet du retrait des œstrogènes ovariens par ovariectomie sur l’homéostasie du glucose des rates ZDF (Zucker Diabetic Fatty; prédisposées au diabète de type 2) et 2) évaluer l’influence de l’activité physique volontaire sur ces réponses. Méthodologie: Vingt-quatre rates furent d’abord nourries et hébergées dans des cages conventionnelles les 28 premiers jours pour ensuite subir une ovariectomie (OVX, n=16) ou une opération simulée (SHAM-Inactive, n=8). Les rates ovariectomisées furent ensuite assignées au groupe entraîné volontairement dans une cage à roue (OVX-Active, n=8) ou demeurèrent sédentaires (OVX-Inactive, n=8) pendant les 44 jours suivants. Résultats: Au jour 56, la glycémie à l’état nourri fut significativement augmentée par l’ovariectomie (p<0,01) et ramenée au niveau initial chez les rates OVX-Active (p<0,01). L’ovariectomie diminua la captation de glucose induite par l’insuline dans le muscle de façon significative (0,63 ± 0,08 vs 1,13 ± 0,27 μmol•g-1•h-1). L’entraînement améliora la tolérance au glucose (p<0,01) ainsi que la prise de glucose induite par l’insuline dans le muscle (p<0,05). Conclusion: Le retrait des estrogènes ovariens par ovariectomie perturbe l’homéostasie du glucose chez les rates ZDF femelles, sans pour autant provoquer le diabète de type 2. L’activité physique a un effet bénéfique sur l’homéostasie du glucose malgré la perte d’estrogènes ovariens.

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 de l’insuffisance rénale chronique sur les transporteurs de glucose et les effets subséquents sur la résistance à l’insuline

Parmi l’ensemble des désordres métaboliques retrouvés en insuffisance rénale chronique (IRC), la résistance à l’insuline demeure l’un des plus importantes à considérer en raison des risques de morbidité et de mortalité qu’elle engendre via les complications cardiovasculaires. Peu d’études ont considéré la modulation de transporteurs de glucose comme mécanisme sous-jacent à l’apparition et à la progression de la résistance à l’insuline en IRC. Nous avons exploré cette hypothèse en étudiant l’expression de transporteurs de glucose issus d’organes impliqués dans son homéostasie (muscles, tissus adipeux, foie et reins) via l’utilisation d’un modèle animal d’IRC (néphrectomie 5/6e). La sensibilité à l’insuline a été déterminée par un test de tolérance au glucose (GTT), où les résultats reflètent une intolérance au glucose et une hyperinsulinémie, et par les études de transport au niveau musculaire qui témoignent d’une diminution du métabolisme du glucose en IRC (~31%; p<0,05). La diminution significative du GLUT4 dans les tissus périphériques (~40%; p<0,001) peut être à l’origine de la résistance à l’insuline en IRC. De plus, l’augmentation de l’expression protéique de la majorité des transporteurs de glucose (SGLT1, SGLT2, GLUT1; p<0,05) au niveau rénal en IRC engendre une plus grande réabsorption de glucose dont l’hyperglycémie subséquente favorise une diminution du GLUT4 exacerbant ainsi la résistance à l’insuline. L’élévation des niveaux protéiques de GLUT1 et GLUT2 au niveau hépatique témoigne d’un défaut homéostatique du glucose en IRC. Les résultats jusqu’ici démontrent que la modulation de l’expression des transporteurs de glucose peut être à l’origine de la résistance à l’insuline en IRC. L’impact de la parathyroïdectomie (PTX) sur l’expression du GLUT4 a été étudié étant donné que la PTX pourrait corriger l’intolérance au glucose en IRC. Nos résultats démontrent une amélioration de l’intolérance au glucose pouvant être attribuable à la moins grande réduction de l’expression protéique du GLUT4 dans les tissus périphériques et ce malgré la présence d’IRC. L’excès de PTH, secondaire à l’hyperparathyroïdie, pourrait alors être à l’origine de la résistance à l’insuline en IRC en affectant l’expression du GLUT4. L’IRC partage de nombreuses similitudes avec le prédiabète quant aux défaillances du métabolisme du glucose tout comme l’hyperinsulinémie et l’intolérance au glucose. Aucune étude n’a tenté d’évaluer si l’IRC pouvait ultimement mener au diabète. Nos résultats ont par ailleurs démontré que l’induction d’une IRC sur un modèle animal prédisposé (rats Zucker) engendrait une accentuation de leur intolérance au glucose tel que constaté par les plus hautes glycémies atteintes lors du GTT. De plus, certains d’entre eux avaient des glycémies à jeun dont les valeurs surpassent les 25 mmol/L. Il est alors possible que l’IRC puisse mener au diabète via l’évolution de la résistance à l’insuline par l’aggravation de l’intolérance au glucose.

Smad5 regulates Akt2 expression and insulin-induced glucose uptake in L6 myotubes

Insulin-induced glucose uptake by skeletal muscle results from Akt2 activation and is severely impaired during insulin resistance Recently, we and others have demonstrated that BMP9 improves glucose homeostasis in diabetic and non-diabetic rodents. However, the mechanism by which BMP9 modulates insulin action remains unknown. Here we demonstrate that Smad5. a transcription factor activated by BMP9, and Akt2. are upregulated in differentiated L6 myotubes. Smad5, rather than Smad1/8, is downregulated ""in vivo"" and ""in vitro"" by dexamethasone Smad5 knockdown decreased Akt2 expression and serine phosphorylation and insulin-induced glucose uptake, and increased the expression of the lipid phosphatase Ship2. Additionally, binding of Smad5 to Akt2 gene is decreased in dexamethasone-treated rats and Increased in L6 myotubes compared to myoblasts The present study indicates that Smad5 regulates glucose uptake in skeletal muscle by controlling Akt2 expression and phosphorylation These finding reveals Smad5 as a potential target for the therapeutic of type 2 diabetes. (C) 2010 Elsevier Ireland Ltd. All rights reserved.

Modulation of Bone Morphogenetic Protein-9 Expression and Processing by Insulin, Glucose, and Glucocorticoids: Possible Candidate for Hepatic Insulin-Sensitizing Substance

Bone morphogenetic protein 9 (BMP-9), a member of the TGF-beta superfamily predominantly expressed in nonparenchymal liver cells, has been demonstrated to improve glucose homeostasis in diabetic mice. Along with this therapeutic effect, BMP-9 was proposed as a candidate for the hepatic insulin-sensitizing substance ( HISS). Whether BMP-9 plays a physiological role in glucose homeostasis is still unknown. In the present study, we show that BMP-9 expression and processing is severely reduced in the liver of insulin-resistant rats. BMP-9 expression and processing was directly stimulated by in situ exposition of the liver to the combination of glucose and insulin and oral glucose in overnight fasted rats. Additionally, prolonged fasting ( 72 h) abrogated refeeding-induced BMP-9 expression and processing. Previous exposition to dexamethasone, a known inductor of insulin resistance, reduced BMP-9 processing stimulated by the combination of insulin and glucose. Finally, we show that neutralization of BMP-9 with an anti-BMP-9 antibody induces glucose intolerance and insulin resistance in 12-h fasted rats. Collectively, the present results demonstrate that BMP-9 plays an important role in the control of glucose homeostasis of the normal rat. Additionally, BMP-9 is expressed and processed in an HISS-like fashion, which is impaired in the presence of insulin resistance. BMP-9 regulation according to the feeding status and the presence of diabetogenic factors reinforces the hypothesis that BMP-9 might exert the role of HISS in glucose homeostasis physiology. ( Endocrinology 149: 6326-6335, 2008)

Insulin and glucose sensitivity, insulin secretion and beta-cell distribution in endocrine pancreas of the fruit bat Artibeus lituratus

The fruit bat Artibeus lituratus absorbs large amounts of glucose in short periods of time and maintains normoglycemia even after a prolonged starvation period. Based on these data, we aimed to investigate various aspects related with glucose homeostasis analyzing: blood glucose and insulin levels, intraperitoneal glucose and insulin tolerance tests (ipGTT and ipITT), glucose-stimulated insulin secretion (2.8, 5.6 or 8.3 mmol/L glucose) in pancreas fragments, cellular distribution of beta cells, and the amount of pAkt/Akt in the pectoral muscle and liver. Blood glucose levels were higher in fed bats (6.88 +/- 0.5 mmol/L) than fasted bats (4.0 +/- 0.8 mmol/L), whereas insulin levels were similar in both conditions. The values of the area-under-the curve obtained from ipGTT were significantly higher when bats received 2 (5.5-fold) or 3 g/kg glucose (7.5-fold) b.w compared to control (saline). These bats also exhibited a significant decrease of blood glucose values after insulin administration during the iplTT. Insulin secretion from fragments of pancreas under physiological concentrations of glucose (5.6 or 8.3 mmol/L) was similar but higher than in 2.8 mmol/L glucose 1.8- and 2.0-fold, respectively. These bats showed a marked beta-cell distribution along the pancreas, and the pancreatic beta cells are not exclusively located at the central part of the islet. The insulin-induced Akt phosphorylation was more pronounced in the pectoral muscle, compared to liver. The high sensitivity to glucose and insulin, the proper insulin response to glucose, and the presence of an apparent large beta-cell population could represent benefits for the management of high influx of glucose from a carbohydrate-rich meal, which permits appropriate glucose utilization. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Effect of fluoride intake on carbohydrate metabolism, glucose tolerance, and insulin signaling

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Protein malnutrition does not impair glucose metabolism adaptations to exercise-training

Malnutrition is a common health problem in developing countries and is associated with alterations in glucose metabolism. In the present study we examine the effects of chronic aerobic exercise on some aspects of glucose metabolism in protein-deficient rats. Two groups of adult rats (90 days old) were used: Normal protein group (17%P)- kept on a normal protein diet during intra-uterine and postnatal life and Low protein group (6%P)- kept on a low protein diet during intrauterine and post natal life. After weaning (21 days old), half of the 17%P and 6%P rats were assigned to a Sedentary (Sed) or an Exercise-trained (Exerc = swimming, 1 hr/day, 5 days/week, supporting an overload of 5% of body weight) subgroup. The area under blood glucose concentration curve (Delta G) after an oral glucose load was higher in 17%P Sed rats (20%) than in other rats and lower in 6%P Exerc (11%) in relation to 6% Sed rats. The post-glucose increase in blood insulin (Delta I) was also higher in 17%P Sed (9%) than in other rats. on the other hand, the glucose disappearance rate after exogenous subcutaneous insulin administration (Kitt) was lower in 17%P Sed rats (66%) than in other rats. Glucose uptake by soleus muscle was higher in Exerc rats (30%) than in Sed rats. Soleus muscle glycogen synthesis was reduced in 6%P Sed rats (41%) compared to 17%P Sed rats but was restored in 6%P Exerc rats. Glycogen concentration was elevated in Exerc (32%) rats in comparison to Sed rats. The present results indicate that glucose-induced insulin release is reduced in rats fed low protein diet. This defect is counteracted by an increase in the sensitivity of the target tissues to insulin and glucose homeostasis is maintained. This adaptation allows protein deficient rats to preserve the ability to appropriately adapt to aerobic physical exercise training. (C) 2000 Elsevier B.V.

Protein deficiency during pregnancy and lactation impairs glucose-induced insulin secretion but increases the sensitivity to insulin in weaned rats

We studied glucose homeostasis in rat pups from darns fed on a normal-protein (170 g/kg) (NP) diet or a diet containing 60 g protein/kg (LP) during fetal life and the suckling period. At birth, total serum protein, serum albumin and serum insulin levels were similar in both groups. However, body weight and serum glucose levels in LP rats were lower than those in NP rats. At the end of the suckling period (28 d of age), total serum protein, serum albumin and serum insulin were significantly lower and the liver glycogen and serum free fatty acid levels were significantly higher in LP rats compared with NP rats. Although the fasting serum glucose level was similar in both groups, the area under the blood glucose concentration curve after a glucose load was higher for NP rats (859 (SEM 58) mmol/l per 120 min for NP rats v. 607 (SEM 52) mmol/l per 120 min for LP rats; P < 0.005). The mean post-glucose increase in insulin was higher for NP rats (30 (SEM 4.7) nmol/l per 120 min for NP rats v. 17 (SEM 3.9) nnol/l per 120 min for LP rats; P < 0.05). The glucose disappearance rate for NP rats(0.7 (SEM 0.1) %/min) was lower than that for LP rats (1.6 (SEM 0.2) %/min; P < 0.001). Insulin secretion from isolated islets (1 h incubation) in response to 16.7 mmol glucose/l was augmented 14-fold in NP rats but only 2.6-fold in LP rats compared with the respective basal secretion (2.8 mmol/l; P <0.001). These results indicate that in vivo as well as in vitro insulin secretion in pups from dams maintained on a LP diet is reduced. This defect may be counteracted by an increase in the sensitivity of target tissues to insulin.