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.

Effet de la mutation du gène lrpprc sur l'activité de l'AMPK dans les fibroblastes des patients atteints du syndrome de Leigh, type canadien français

Le syndrome de Leigh, type canadien français (LSFC) est une maladie infantile orpheline causée par une mutation du gène lrpprc. Elle se caractérise par une déficience tissu spécifique de cytochrome c oxydase (COX), une dysfonction mitochondriale et la survenue de crises d’acidose lactique fatales dans plus de 80% de cas. Selon les familles des patients, ces crises apparaissent lors d’une demande excessive d’énergie. Malheureusement, les mécanismes sous-jacents à l’apparition des crises et notamment la physiopathologie du LSFC demeurent inconnus. Afin de mieux comprendre les mécanismes de régulation du métabolisme énergétique chez les patients LSFC, nous avons examiné la régulation de la protéine kinase activée par l’AMP (AMPK), une enzyme clé de l'homéostasie énergétique, de même que certaines de ses voies cibles (SIRT1/PGC1α et Akt/mTOR) dans les fibroblastes de patients LSFC et de témoins en conditions basales et conditions de stress. En conditions basales, l’activité de l’AMPK était similaire dans les cellules LSFC et les témoins. Par contre, les cellules LSFC montraient une surexpression significative des voies Akt/mTOR et SIRT1/PGC1α comparativement aux cellules témoins. Nous avons aussi examiné ces voies de signalisation suite à une incubation de 4h avec 10 mM de lactate et 1 mM de palmitate (LP), nous permettant de mimer les conditions de « crise ». Nos résultats ont démontré que le LP augmentait les niveaux de phosphorylation de l’AMPK de 90% (p<0,01) dans les cellules témoins mais pas dans les cellules LSFC. Pourtant, l’AMPK est activée dans les cellules LSFC en réponse à une hypoxie chimique induite par le 2,4 dinitrophénol. Dans les cellules témoins, le LP augmentait aussi les niveaux d’expression de SIRT1 (57%, p<0,05), de LRPPRC (23%, p=0,045) et de COXIV (19%, p<0,05). Un prétraitement de 48h au ZMP, un activateur pharmacologique de l’AMPK, a eu un effet additif avec le LP et des augmentations de SIRT1 phosphorylée (120%, p<0,05), de SIRT1 total (75%, p<0,01), de LRPPRC (63%, p<0,001) et de COXIV (38%, p<0,001) ont été observées. Tous ces effets étaient aussi abolis dans les cellules LSFC. En conclusion, nos résultats ont démontré des altérations importantes de la régulation du métabolisme énergétique dans les fibroblastes de patients LSFC.

Rôle de l’enzyme PAS kinase dans la régulation du facteur de transcription PDX-1 dans la cellule bêta pancréatique.

Le diabète de type 2 (DT2) se caractérise par une production insuffisante d'insuline par le pancréas ainsi qu'une résistance des tissus périphériques à l'action de l'insuline. Dans les cellules bêta pancréatiques, le glucose stimule la production de l'insuline en induisant la transcription de son gène et la traduction ainsi que la sécrétion de sa protéine. Paradoxalement, une exposition prolongée et simultanée de ces cellules à de hautes concentrations de glucose en présence d'acides gras conduit à la détérioration de la fonction bêta pancréatique et au développement du DT2. Toutefois, les mécanismes moléculaires responsables de ces effets du glucose ne sont que partiellement connus. L'objectif du travail décrit dans cette thèse est d'identifier les mécanismes responsables de la régulation de la transcription du gène de l'insuline. PDX-1 (de l’anglais pour pancreatic and duodenal homeobox 1) est un facteur de transcription majeur et essentiel tant pour le développement du pancréas que pour le maintien de sa fonction à l'état adulte. En réponse au glucose, PDX-1 se lie au promoteur du gène de l'insuline et induit sa transcription. Ceci est inhibé par l'acide gras palmitate. Dans la première partie des travaux effectués dans le cadre de cette thèse, nous avons identifié deux mécanismes de régulation de la transcription du gène de l'insuline: le premier via ERK1/2 (de l'anglais pour extracellular-signal-regulated protein kinases 1 and 2) et le second par l’enzyme PASK (pour per-arnt-sim kinase). Nous avons également mis en évidence l'existence d'un troisième mécanisme impliquant l'inhibition de l'expression du facteur de transcription MafA par le palmitate. Nos travaux indiquent que la contribution de la signalisation via PASK est majeure. L'expression de PASK est augmentée par le glucose et inhibée par le palmitate. Sa surexpression dans les cellules MIN6 et les îlots isolés de rats, mime les effets du glucose sur l'expression du gène de l'insuline ainsi que sur l'expression de PDX-1 et prévient les effets délétères du palmitate. Dans la deuxième partie de la thèse, nous avons identifié un nouveau mécanisme par lequel PASK augmente la stabilité protéique de PDX-1, soit via la phosphorylation et l'inactivation de la protéine kinase GSK3 bêta (de l'anglais pour glycogen synthase kinase 3 beta). Le glucose induit la translocation de PDX-1 du cytoplasme vers le noyau, ce qui est essentiel à sa liaison au promoteur de ses gènes cibles. L'exclusion nucléaire de PDX-1 a été observée dans plusieurs modèles ex vivo et in vivo de dysfonction de la cellule bêta pancréatique. Dans le dernier volet de cette thèse, nous avons démontré l'importance de l'utilisation de cellules primaires (îlots isolés et dispersés) pour étudier la translocation nucléaire de PDX-1 endogène étant donné que ce mode de régulation est absent dans les lignées insulino-sécrétrices MIN6 et HIT-T15. Ces études nous ont permis d'identifier et de mieux comprendre les mécanismes régulant la transcription du gène de l'insuline via le facteur de transcription PDX-1. Les cibles moléculaires ainsi identifiées pourraient contribuer au développement de nouvelles approches thérapeutiques pour le traitement du diabète de type 2. Mots-clés : Diabète, îlots de Langerhans, cellule bêta pancréatique, gène de l'insuline, PDX-1, PASK, GSK3 bêta, ERK1/2, PKB, glucose, palmitate.

Caractérisation et régulation du métabolisme des acides gras dans l’hypothalamus

Un déséquilibre de la balance énergétique constitue la principale cause du développement des pathologies métaboliques telles que l’obésité et le diabète de type 2. Au sein du cerveau, l’hypothalamus joue un rôle primordial dans le contrôle de la prise alimentaire et du métabolisme périphérique via le système nerveux autonome. Ce contrôle, repose sur l’existence de différentes populations neuronales au sein de l’hypothalamus médio-basal (MBH), neurones à neuropeptide Y (NPY)/Agouti-related peptide (AgRP), et neurones a proopiomelanocortine (POMC), dont l’activité est directement modulée par les variations des taux circulants des nutriments tels que le glucose et les acides gras (FA). Alors que les mécanismes de détection et le métabolisme intracellulaire du glucose ont été largement étudiés, l’implication du métabolisme intracellulaire des FA dans leurs effets centraux, est très peu comprise. De plus, on ignore si le glucose, module le métabolisme intracellulaire des acides gras à longue chaine (LCFA) dans le MBH. Le but de notre première étude est, de déterminer l'impact du glucose sur le métabolisme des LCFA, le rôle de l’AMP-activated protein kinase (AMPK), kinase détectrice du statut énergétique cellulaire, et d'établir s’il y a des changements dans le métabolisme des LCFA en fonction de leur structure, du type cellulaire et de la région cérébrale. Nos résultats montrent que le glucose inhibe l'oxydation du palmitate via l’AMPK dans les neurones et les astrocytes primaires hypothalamiques, in vitro, ainsi que dans les explants du MBH, ex vivo, mais pas dans les astrocytes et les explants corticaux. De plus, le glucose augmente l'estérification du palmitate et non de l’oléate dans les neurones et les explants du MBH, mais pas dans les astrocytes hypothalamiques. Ces résultats décrivent le devenir métabolique de différents LCFA dans le MBH, ainsi que, la régulation AMPK - dépendante de leur métabolisme par le glucose dans les astrocytes et les neurones, et démontrent pour la première fois que le métabolisme du glucose et des LCFA est couplé spécifiquement dans les noyaux du MBH, dont le rôle est critique pour le contrôle de l'équilibre énergétique. Le deuxième volet de cette thèse s’est intéressé à déterminer les mécanismes intracellulaires impliqués dans le rôle de la protéine de liaison ACBP dans le métabolisme central des FA. Nous avons démontré que le métabolisme de l’oléate et non celui du palmitate est dépendant de la protéine ACBP, dans les astrocytes hypothalamiques ainsi que dans les explants du MBH. Ainsi, nos résultats démontrent qu’ACBP, protéine identifiée originellement au niveau central, comme un modulateur allostérique des récepteurs GABA, agit comme un régulateur du métabolisme intracellulaire des FA. Ces résultats ouvrent de nouvelles pistes de recherche liées à la régulation du métabolisme des acides gras au niveau central, ainsi que, la nouvelle fonction de la protéine ACBP dans la régulation du métabolisme des FA au niveau du système nerveux central. Ceci aiderait à identifier des cibles moléculaires pouvant contribuer au développement de nouvelles approches thérapeutiques de pathologies telles que l’obésité et le diabète de type 2.

Évaluation du rôle du récepteur CD36 comme cible thérapeutique potentielle dans le traitement de la maladie cardiaque ischémique

La maladie cardiaque ischémique, la plus commune des maladies qui affectent le cœur, est encore aujourd’hui une importante cause de décès dans les pays industrialisés. Une réponse cardio-métabolique inflammatoire à un changement aigu initié par une modification du métabolisme énergétique du cœur ischémique est accentuée après que l’apport en oxygène ait été rétabli. Parmi les altérations délétères dans le myocarde qui en résultent, sont inclus l’accumulation d’acides gras non estérifiés (AGNE) ainsi que leur oxydation au détriment de l’utilisation du glucose, ce qui amplifie la génération d’espèces réactives de l’oxygène (ROS). Les tissus en périphérie du cœur tel que le tissu adipeux peuvent affecter l’étendue des blessures au myocarde par la relâche en circulation de substances bioactives comme les AGNE et l’adiponectine. Le CD36 est le principal facilitateur de l’entrée d’AGNE dans le cœur et les adipocytes et constitue une importante cible métabolique spécialement lors d’un stress d’ischémie-reperfusion (I/R). Il a été rapporté précédemment par notre groupe qu’un ligand synthétique et sélectif envers le CD36 exerce un effet protecteur puissant sur le système vasculaire. Cependant, aucune étude in vivo n’a rapporté d’effet cardioprotecteur de ligands sélectifs envers le CD36. Ainsi, ce projet visait à évaluer le rôle et possiblement l’effet cardioprotecteur de ligands sélectifs du récepteur CD36 sur la blessure au myocarde en I/R. Des souris CD36+/+ et CD36-/- ont été traitées quotidiennement avec le EP 80317, le CP-3(iv) ou le véhicule pendant 14 jours avant de subir la ligature temporaire de l’artère coronaire antérieure descendante gauche (LAD). Notre première étude a montré que le EP 80317 exerce un effet cardioprotecteur puissant tel que montré par la réduction de la surface des lésions et l’amélioration de la fonction cardiaque in vivo suivant la blessure au myocarde en I/R. De plus, le EP 80317 a réduit l’internalisation totale d’AGNE dans le myocarde, mesurée in vivo par l’imagerie métabolique cardiaque, en accord avec la diminution du niveau circulant d’AGNE. Une réduction de la lipolyse révélée par une perfusion de radiotraceur de palmitate et une augmentation du niveau d’expression de gènes adipogéniques et anti-lipolytiques appuient davantage l’effet du EP 80317 dans la prévention de la mobilisation délétère d’acides gras du tissu adipeux. Notre deuxième étude a investigué le mécanisme cardioprotecteur d’une nouvelle génération de ligands dotés d’une plus grande affinité de liaison envers le CD36. Cette étude a montré que le CP-3(iv) est aussi pourvu d’un puissant effet cardioprotecteur comme le montre la réduction de la taille de l’infarctus et l’amélioration de la fonction cardiaque post-I/R du myocarde qui est fonction d’une signalisation métabolique et anti-oxydante de l’adiponectine. En effet, l’augmentation des principales voies de signalisation régulant la sécrétion de l’adiponectine et des gènes antioxydants a été démontrée dans le tissu adipeux suivant l’I/R du myocarde et un traitement avec le CP-3(iv). L’activation de la protéine kinase B ou Akt dans le myocarde avec la diminution de la génération de ROS et de la signalisation de mort cellulaire appuient davantage le rôle cardioprotecteur du CP-3(iv) dans l’I/R du myocarde. En conclusion, le travail présenté dans cette thèse soutient qu’une signalisation du CD36 par le EP 80317 et le CP-3(iv) pourrait s’avérer être une nouvelle approche thérapeutique dans le traitement de la maladie cardiaque ischémique. Ces ligands synthétiques sélectifs envers le CD36 provoquent un effet salutaire sur le myocarde ischémique par le biais d’une amélioration du profil métabolique dans les premières heures de la reperfusion. Le EP 80317 réduit le niveau délétère d’AGNE et leur internalisation dans le cœur en situation d’excès, tandis que le CP-3(iv) augmente le niveau bénéfique d’adiponectine et son effet cardioprotecteur.

ACTH reduces the rise in ApoB-48 levels after fat intake

It has been repeatedly demonstrated that ACTH administration lowers plasma lipid concentrations in man. The present study was designed to test the hypothesis, based on observations of decreased apolipoprotein B (ApoB) synthesis and secretion in vitro, that ACTH administration inhibits the postprandial output of ApoB in man. Therefore, we studied the response to a fat-rich meal supplemented with Vitamin A in eight healthy volunteers, who underwent this test without premedication, after 4 days administration of ACTH, and after 4 days administration of a glucocorticoid (betamethasone). As expected, fasting plasma levels of low-density lipoproteins (LDL)-cholesterot (-25%) and ApoB (-17%) decreased after ACTH, but not after betamethasone administration. Also, the elevation of plasma ApoB-48 in response to fat intake (to twice the basal levels) was markedly reduced after ACTH administration. However, the postprandial rise in plasma triglycerides and retinyl palmitate was unimpaired, suggesting that ACTH administration induced the secretion of fewer but larger chylomicrons. The effect of betamethasone on the postprandial response was similar but less pronounced. This study confirms earlier reports on the lipid-lowering effects of ACTH and supports our theory, based on in vitro studies, that the lipid-lowering effects of ACTH administration in man involves an inhibition of ApoB production. (c) 2006 Elsevier Ireland Ltd. All rights reserved.

Meal ingestion provokes entry of lipoproteins containing fat from the previous meal: possible metabolic implications

Background: Prolonged and exaggerated postprandial plasma triacylglycerol (TAG) concentrations are considered as an independent risk factor for coronary artery disease. Western populations eat many meals at regular intervals, and can be in a postprandial state for at least 17h of a 24h period. After consuming 2 meals an early plasma TAG peak has been observed after the second meal, the origin of which is unclear. Aim of the study: To test the hypothesis that the early TAG peak observed following sequential meals was of intestinal origin and represented fat derived from the previous meal. Methods: Postprandial plasma lipaemic responses of 17 healthy postmenopausal women were studied by giving a test breakfast followed by a lunch. Watermiscible retinyl palmitate (RP) was added to the breakfast, but not the lunch test meal. Plasma TAG, retinyl esters (RE) and apo B-48 were determined for a 10h period following breakfast. Results: In response to the test meals, RE, apo B-48 and TAG showed multiple peaks. Despite omission of RP from the lunch, RE showed an early peak response after ingestion of lunch in 15 of 17 subjects. The peak response after lunch of all three markers appeared significantly earlier compared with their respective peak responses after the breakfast (P < 0.0001). The area of RE response after lunch was significantly correlated with the RE lipaemic response to the breakfast (r = 0.67; P < 0.004) and to the fasting TAG concentration (r = 0.48; P < 0.05). Conclusions: Since the lunch did not contain RP, the distinctive second influx of RE after lunch was believed to have originated from the breakfast. This, together with the fact that all three markers showed an earlier response to the lunch than the breakfast, supports the view that ingestion of a second meal provokes entry of fat from the previous meal, from an as yet unidentified site (gut, enterocytes, lymph). The results indicate that the degree of TAG "storage" from previous meals might be a function of TAG tolerance and provide a possible site of regulation of the entry of fat into the systemic circulation.

Antioxidant properties of annatto carotenoids

The antioxidant effects of beta-carotene, oil-soluble (bixin) and water-soluble (norbixin) annatto preparations and mixtures of these carotenoids with virgin olive oil polar extract were assessed in bulk olive oil and oil-in-water emulsions stored at 60degreesC. Norbixin was the only carotenoid that inhibited the oxidative deterioration of lipids in both systems. Though bixin and beta-carotene did not retard autoxidation, their mixtures with the polar extract from virgin olive oil enhanced the antioxidant effect of the olive oil extract. Norbixin (2 mM) was of similar activity to delta-tocopherol (0.1 mM) in stored oil. The combination of norbixin with ascorbic acid or ascorbyl palmitate in oil showed a reduction in formation of volatile oxidation products but not in peroxide value, compared with the analogous sample lacking norbixin. In olive oil-in-water emulsions, norbixin (2 mM) reduced hydroperoxide formation to a similar extent as delta-tocopherol (0.1 mM), which in turn was a better antioxidant than alpha-tocopherol. A synergistic effect between norbixin and ascorbic acid or ascorbyl palmitate was observed in the emulsion systems. (C) 2003 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Effects of dietary fat modification on skeletal muscle fatty acid handling in the metabolic syndrome

Objective: In the metabolic syndrome (MetS), increased fat storage in ‘nonadipose’ tissues such as skeletal muscle may be related to insulin resistance (‘lipid overflow’ hypothesis). The objective of this study was to examine the effects of dietary fat modification on the capacity of skeletal muscle to handle dietary and endogenous fatty acids (FAs). Subjects and Methods: In total, 29 men with the MetS were randomly assigned to one of four diets for 12 weeks: a high-fat saturated fat diet (HSFA, n=6), a high-fat monounsaturated fat diet (HMUFA, n=7) and two low-fat high-complex carbohydrate diets supplemented with (LFHCCn−3, n=8) or without (LFHCC, n=8) 1.24 g per day docosahexaenoic and eicosapentaenoic acid. Fasting and postprandial skeletal muscle FA handling was examined by measuring arteriovenous concentration differences across the forearm muscle. [2H2]-palmitate was infused intravenously to label endogenous triacylglycerol (TAG) and free fatty acids in the circulation and subjects received a high-fat mixed meal (2.6 MJ, 61 energy% fat) containing [U-13C]-palmitate to label chylomicron-TAG. Results: Postprandial circulating TAG concentrations were significantly lower after dietary intervention in the LFHCCn−3 group compared to the HSFA group (ΔiAUC −139±67 vs 167±70 μmol l−1 min−1, P=0.009), together with decreased concentrations of [U-13C]-labeled TAG, representing dietary FA. Fasting TAG clearance across forearm muscle was decreased on the HSFA diet, whereas no differences were observed in postprandial forearm muscle FA handling between diets. Conclusion: Chronic manipulation of dietary fat quantity and quality did not affect forearm muscle FA handling in men with the MetS. Postprandial TAG concentrations decreased on the LFHCCn−3 diet, which could be (partly) explained by lower concentration of dietary FA in the circulation.

A novel antiserum specific to apolipoprotein B-48: application in the investigation of postprandial lipidaemia in humans

1. Apolipoprotein B-48, the transport protein for chylomicrons, is identical with apolipoprotein B-100 for the first 48% of its sequence. No antiserum has yet been reported that can recognize apolipoprotein B-48, but not apolipoprotein B-100. 2. In the present study an antiserum was raised to the C-terminal sequence of apolipoprotein B-48, using specific chemical reactions to ensure that the charged carboxyl group of the C-terminal isoleucine residue was free. In a Western blot the antiserum was shown to bind to a protein band having the characteristics of apolipoprotein B-48, but not to apolipoprotein B-100. 3. In the early evening 11 subjects were given a test meal which contained 40 g of mixed oil and retinyl palmitate. Blood samples were collected over 9 h. Chylomicron-enriched fractions were prepared and analysed for triacylglycerol, retinyl palmitate and apolipoprotein B-48, the latter after separation using SDS/PAGE and visualization by chemiluminescence on a Western blot. Both triacylglycerol and apolipoprotein B-48 showed an early peak at 1 h, which was not seen with retinyl palmitate. All three substances gave a broader peak between 5 and 6 h postprandially. Retinyl palmitate concentrations declined rapidly during the late (6-9 h) postprandial period, but apolipoprotein B-48 concentrations remained elevated. 4. This study has shown that an antiserum has been produced which is specific for apolipoprotein B-48. This has enabled measurement of postprandial concentrations of the protein that revealed features of chylomicron metabolism which have not been reported previously.

Neutrophil death induced by a triathlon competition in elite athletes

Introduction/Purpose: The effect of a triathlon competition on death of neutrophils from elite athletes was investigated. Methods: Blood was collected from 11 sedentary volunteers and 12 triathletes under rest and after a Half Ironman triathlon competition (2-km swimming, 80-km cycling, and 20-km running). Results: The triathlon competition increased DNA fragmentation, phosphatidylserine externalization, and reactive oxygen species production in neutrophils when compared to the results at rest. The proportion of neutrophils with mitochondrial transmembrane depolarization was increased in the triathletes at rest and after competition as compared with sedentary volunteers. Plasma levels of thiobarbituric acid reactive substances were increased in triathletes after competition. Expression of bcl-xL (antiapoptotic) was decreased and that of bax (proapoptotic) was increased, whereas intracellular neutral lipid content was lowered in neutrophils after the triathlon. A positive correlation was found between the proportion of neutrophils with DNA fragmentation and the plasma free fatty acid levels (r = 0.688, P < 0.05), which was elevated by threefold after competition. Plasma levels of oleic, linoleic, and stearic acids were increased in triathletes after the competition when compared with sedentary volunteers. The plasma concentration of these three fatty acids, measured after the triathlon competition, was toxic for 3-h cultured neutrophils obtained from sedentary volunteers. The maximal tolerable (nontoxic) concentration of the fatty acids by 3-h cultured neutrophils was 100 mu mol.L-1 for oleic and linoleic acids and 200 mu mol.L-1 for stearic acid. Conclusion: The triathlon competition induced neutrophil death possibly by apoptosis as indicated by DNA fragmentation and phosphatidylserine externalization. The increase in plasma levels of oleic, linoleic, and stearic acids induced by the competition may be involved in the neutrophil death observed possibly by increasing the production of reactive oxygen species and by decreasing the accumulation of intracellular neutral lipid.

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)

MKP-1 mediates glucocorticoid-induced ERK1/2 dephosphorylation and reduction in pancreatic beta-cell proliferation in islets from early lactating mothers

Maternal pancreatic islets undergo a robust increase of mass and proliferation during pregnancy, which allows a compensation of gestational insulin resistance. Studies have described that this adaptation switches to a low proliferative status after the delivery. The mechanisms underlying this reversal are unknown, but the action of glucocorticoids (GCs) is believed to play an important role because GCs counteract the pregnancy-like effects of PRL on isolated pancreatic islets maintained in cell culture. Here, we demonstrate that ERK1/2 phosphorylation (phospho-ERK1/2) is increased in maternal rat islets isolated on the 19th day of pregnancy. Phospho-ERK1/2 status on the 3rd day after delivery (L3) rapidly turns to values lower than that found in virgin control rats (CTL). MKP-1, a protein phosphatase able to dephosphorylate ERK1/2, is increased in islets from L3 rats. Chromatin immunoprecipitation assay revealed that binding of glucocorticoid receptor (GR) to MKP-1 promoter is also increased in islets from L3 rats. In addition, dexamethasone (DEX) reduced phospho-ERK1/2 and increased MKP-1 expression in RINm5F and MIN-6 cells. Inhibition of transduction with cycloheximide and inhibition of phosphatases with orthovanadate efficiently blocked DEX-induced downregulation of phospho-ERK1/2. In addition, specific knockdown of MKP-1 with siRNA suppressed the downregulation of phosphoERK1/2 and the reduction of proliferation induced by DEX. Altogether, our results indicate that downregulation of phospho-ERK1/2 is associated with reduction in proliferation found in islets of early lactating mothers. This mechanism is probably mediated by GC-induced MKP-1 expression.

Soybean and sunflower oil-induced insulin resistance correlates with impaired GLUT4 protein expression and translocation specifically in white adipose tissue

Free fatty acids are known for playing a crucial role in the development of insulin resistance. High fat intake is known for impairing insulin sensitivity; however, the effect of vegetable-oil injections have never been investigated. The present study investigated the effects of daily subcutaneous injections (100 mu L) of soybean (SB) and sunflower (SF) oils, during 7 days. Both treated groups developed insulin resistance as assessed by insulin tolerance test. The mechanism underlying the SB- and SF-induced insulin resistance was shown to involve GLUT4. In SB- and SF-treated animals, the GLUT4 protein expression was reduced similar to 20% and 10 min after an acute it? vivo stimulus with insulin, the plasma membrane GLUT4 content was similar to 60% lower in white adipose tissue (WAT). No effects were observed in skeletal muscle. Additionally, both oil treatments increased mainly the content of palmitic acid (similar to 150%) in WAT, which can contribute to explain the GLUT4 regulations. Altogether, the present study collects evidence that those oil treatments might generate insulin resistance by targeting GLUT4 expression and translocation specifically in WAT. These alterations are likely to be caused due to the specific local increase in saturated fatty acids that occurred as a consequence of oil daily injections. Copyright (C) 2010 John Wiley & Sons, Ltd.

Saturated Fatty Acid-Induced Insulin Resistance Is Associated With Mitochondrial Dysfunction in Skeletal Muscle Cells

Increased plasma levels of free fatty acids (FFA) occur in states of insulin resistance such as obesity and type 2 diabetes mellitus. These high levels of plasma FFA are proposed to play an important role for the development of insulin resistance but the mechanisms involved are still unclear. This study investigated the effects of saturated and unsaturated FFA on insulin sensitivity in parallel with mitochondrial function. C2C12 myotubes were treated for 24 h with 0.1 mM of saturated (palmitic and stearic) and unsaturated (oleic, linoleic, eicosapentaenoic, and docosahexaenoic) FFA. After this period, basal and insulin-stimulated glucose metabolism and mitochondrial function were evaluated. Saturated palmitic and stearic acids decreased insulin-induced glycogen synthesis, glucose oxidation, and lactate production. Basal glucose oxidation was also reduced. Palmitic and stearic acids impaired mitochondrial function as demonstrated by decrease of both mitochondrial hyperpolarization and ATP generation. These FFA also decreased Akt activation by insulin. As opposed to saturated FFA, unsaturated FFA did not impair glucose metabolism and mitochondrial function. Primary cultures of rat skeletal muscle cells exhibited similar responses to saturated FFA as compared to C2C12 cells. These results show that in muscle cells saturated FFA-induced mitochondrial dysfunction associated with impaired insulin-induced glucose metabolism. J. Cell. Physiol. 222: 187-194, 2010. (C) 2009 Wiley-Liss, Inc.