The NLRP3 inflammasome: a sensor for metabolic danger?

Interleukin-1beta (IL-1beta), reactive oxygen species (ROS), and thioredoxin-interacting protein (TXNIP) are all implicated in the pathogenesis of type 2 diabetes mellitus (T2DM). Here we review mechanisms directing IL-1beta production and its pathogenic role in islet dysfunction during chronic hyperglycemia. In doing so, we integrate previously disparate disease-driving mechanisms for IL-1beta, ROS, and TXNIP in T2DM into one unifying model in which the NLRP3 inflammasome plays a central role. The NLRP3 inflammasome also drives IL-1beta maturation and secretion in another disease of metabolic dysregulation, gout. Thus, we propose that the NLRP3 inflammasome contributes to the pathogenesis of T2DM and gout by functioning as a sensor for metabolic stress.

Intestinal gluconeogenesis is a key factor for early metabolic changes after gastric bypass but not after gastric lap-band in mice.

Unlike the adjustable gastric banding procedure (AGB), Roux-en-Y gastric bypass surgery (RYGBP) in humans has an intriguing effect: a rapid and substantial control of type 2 diabetes mellitus (T2DM). We performed gastric lap-band (GLB) and entero-gastro anastomosis (EGA) procedures in C57Bl6 mice that were fed a high-fat diet. The EGA procedure specifically reduced food intake and increased insulin sensitivity as measured by endogenous glucose production. Intestinal gluconeogenesis increased after the EGA procedure, but not after gastric banding. All EGA effects were abolished in GLUT-2 knockout mice and in mice with portal vein denervation. We thus provide mechanistic evidence that the beneficial effects of the EGA procedure on food intake and glucose homeostasis involve intestinal gluconeogenesis and its detection via a GLUT-2 and hepatoportal sensor pathway.

SPECT myocardial perfusion imaging: long-term prognostic value in diabetic patients with and without coronary artery disease.

AIM: To determine the long-term prognostic value of SPECT myocardial perfusion imaging (MPI) for the occurrence of cardiovascular events in diabetic patients. PATIENTS, METHODS: SPECT MPI of 210 consecutive Caucasian diabetic patients were analysed using Kaplan-Meier event-free survival curves and independent predictors were determined by Cox multivariate analyses. RESULTS: Follow-up was complete in 200 (95%) patients with a median period of 3.0 years (0.8-5.0). The population was composed of 114 (57%) men, age 65 +/- 10 years, 181 (90.5%) type 2 diabetes mellitus, 50 (25%) with a history of coronary artery disease (CAD) and 98 (49%) presenting chest pain prior to MPI. The prevalence of abnormal MPI was 58%. Patients with a normal MPI had neither cardiac death, nor myocardial infarction, independently of a history of coronary artery disease or chest pain. Among the independent predictors of cardiac death and myocardial infarction, the strongest was abnormal MPI (p < 0.0001), followed by history of CAD (Hazard Ratio (HR) = 15.9; p = 0.0001), diabetic retinopathy (HR = 10.0; p = 0.001) and inability to exercise (HR = 7.7; p = 0.02). Patients with normal MPI had a low revascularisation rate of 2.4% during the follow-up period. Compared to normal MPI, cardiovascular events increased 5.2 fold for reversible defects, 8.5 fold for fixed defects and 20.1 fold for the association of both defects. CONCLUSION: Diabetic patients with normal MPI had an excellent prognosis independently of history of CAD. On the opposite, an abnormal MPI led to a >5-fold increase in cardiovascular events. This emphasizes the value of SPECT MPI in predicting and risk-stratifying cardiovascular events in diabetic patients.

Metabolic effects of fructose and the worldwide increase in obesity.

While virtually absent in our diet a few hundred years ago, fructose has now become a major constituent of our modern diet. Our main sources of fructose are sucrose from beet or cane, high fructose corn syrup, fruits, and honey. Fructose has the same chemical formula as glucose (C(6)H(12)O(6)), but its metabolism differs markedly from that of glucose due to its almost complete hepatic extraction and rapid hepatic conversion into glucose, glycogen, lactate, and fat. Fructose was initially thought to be advisable for patients with diabetes due to its low glycemic index. However, chronically high consumption of fructose in rodents leads to hepatic and extrahepatic insulin resistance, obesity, type 2 diabetes mellitus, and high blood pressure. The evidence is less compelling in humans, but high fructose intake has indeed been shown to cause dyslipidemia and to impair hepatic insulin sensitivity. Hepatic de novo lipogenesis and lipotoxicity, oxidative stress, and hyperuricemia have all been proposed as mechanisms responsible for these adverse metabolic effects of fructose. Although there is compelling evidence that very high fructose intake can have deleterious metabolic effects in humans as in rodents, the role of fructose in the development of the current epidemic of metabolic disorders remains controversial. Epidemiological studies show growing evidence that consumption of sweetened beverages (containing either sucrose or a mixture of glucose and fructose) is associated with a high energy intake, increased body weight, and the occurrence of metabolic and cardiovascular disorders. There is, however, no unequivocal evidence that fructose intake at moderate doses is directly related with adverse metabolic effects. There has also been much concern that consumption of free fructose, as provided in high fructose corn syrup, may cause more adverse effects than consumption of fructose consumed with sucrose. There is, however, no direct evidence for more serious metabolic consequences of high fructose corn syrup versus sucrose consumption.

n-3 fatty acids and cardiovascular outcomes in patients with dysglycemia.

BACKGROUND: The use of n-3 fatty acids may prevent cardiovascular events in patients with recent myocardial infarction or heart failure. Their effects in patients with (or at risk for) type 2 diabetes mellitus are unknown. METHODS: In this double-blind study with a 2-by-2 factorial design, we randomly assigned 12,536 patients who were at high risk for cardiovascular events and had impaired fasting glucose, impaired glucose tolerance, or diabetes to receive a 1-g capsule containing at least 900 mg (90% or more) of ethyl esters of n-3 fatty acids or placebo daily and to receive either insulin glargine or standard care. The primary outcome was death from cardiovascular causes. The results of the comparison between n-3 fatty acids and placebo are reported here. RESULTS: During a median follow up of 6.2 years, the incidence of the primary outcome was not significantly decreased among patients receiving n-3 fatty acids, as compared with those receiving placebo (574 patients [9.1%] vs. 581 patients [9.3%]; hazard ratio, 0.98; 95% confidence interval [CI], 0.87 to 1.10; P=0.72). The use of n-3 fatty acids also had no significant effect on the rates of major vascular events (1034 patients [16.5%] vs. 1017 patients [16.3%]; hazard ratio, 1.01; 95% CI, 0.93 to 1.10; P=0.81), death from any cause (951 [15.1%] vs. 964 [15.4%]; hazard ratio, 0.98; 95% CI, 0.89 to 1.07; P=0.63), or death from arrhythmia (288 [4.6%] vs. 259 [4.1%]; hazard ratio, 1.10; 95% CI, 0.93 to 1.30; P=0.26). Triglyceride levels were reduced by 14.5 mg per deciliter (0.16 mmol per liter) more among patients receiving n-3 fatty acids than among those receiving placebo (P<0.001), without a significant effect on other lipids. Adverse effects were similar in the two groups. CONCLUSIONS: Daily supplementation with 1 g of n-3 fatty acids did not reduce the rate of cardiovascular events in patients at high risk for cardiovascular events. (Funded by Sanofi; ORIGIN ClinicalTrials.gov number, NCT00069784.).

Fatal metformin overdose: case report and postmortem biochemistry contribution.

Metformin is an oral antihyperglycemic agent used in the management of type 2 diabetes mellitus. Lactic acidosis from metformin overdose is a rare complication of metformin therapy and occurs infrequently with therapeutic use. Fatal cases, both accidental and intentional, are extremely rare in clinical practice. Metformin is eliminated by the kidneys, and impaired renal function can result in an increased plasma concentration of the drug. In this report, we describe an autopsy case involving a 70-year-old woman suffering from diabetes mellitus and impaired renal function who received metformin treatment. Metformin concentrations in the peripheral blood collected during hospitalization and femoral blood collected during autopsy were 42 and 47.3 µg/ml, respectively. Lactic acidosis (29.10 mmol/l) was objectified during hospitalization. Furthermore, postmortem biochemistry allowed ketoacidosis to be diagnosed (blood β-hydroxybutyrate, 10,500 µmol/l). Death was attributed to lactic acidosis due to metformin intoxication. Increased plasma concentrations of the drug were attributed to severely impaired renal function. The case emphasizes the usefulness of performing exhaustive toxicology and postmortem biochemistry towards the more complete understanding of the pathophysiological mechanisms that may be involved in the death process.

New insights into the role of microRNAs in pancreatic ß-cell maturation and plasticity

Le diabète est une maladie chronique caractérisée par une élévation du taux de sucre dans le sang aussi appelé « glycémie » reflétant un état pathologique. L'élévation de la glycémie au long cours a des répercussions délétères sur nombreux de nos tissus et organes d'où l'apparition de complications sévères chez les sujets diabétiques pouvant atteindre les yeux, les reins, le système nerveux, le système cardiovasculaire et les membres inférieurs. La carence en une hormone essentielle à notre organisme, l'insuline, est au coeur du développement de la maladie. L'insuline induit la captation du glucose circulant dans le sang en excès suite à une prise alimentaire riche en glucides et favorise son utilisation et éventuellement son stockage dans les tissus tels que le foie, le tissu adipeux et les muscles. Ainsi, l'insuline est vitale pour réguler et maintenir stable notre niveau de glycémie. Les cellules bêta du pancréas sont les seules entités de notre corps capables de produire de l'insuline et une perte de fonctionnalité associée à leur destruction ont été mises en cause dans le processus pathologique du diabète de type 2. Cependant la pleine fonctionnalité et la maturation des cellules bêta n'apparaissent qu'après la naissance lorsque le pancréas en développement a atteint sa masse adulte définitive. Enfin, une fois la masse des cellules bêta définitive établie, leur nombre et volume restent relativement constants au cours de la vie adulte chez un sujet sain. Néanmoins, au cours de périodes critiques les besoins en insuline sont augmentés tel qu'observé chez les femmes enceintes et les personnes obèses qui ont une perte de sensibilité à l'insuline qui se traduit par la nécessité de sécréter plus d'insuline afin de maintenir une glycémie normale. Dans l'hypothèse où la compensation n'a pas lieu ou n'est pas aboutie, le diabète se développe. Le processus de maturation postnatale ainsi que les événements compensatoires sont donc des étapes essentielles et de nombreuses questions sont encore non résolues concernant l'identification des mécanismes les régulant. Parmi les acteurs potentiels figurent de petites molécules d'ARN découvertes récemment appelées microARNs et qui ont été rapidement suggérées très prometteuses dans l'identification de nouvelles cibles thérapeutiques dans le cadre du diabète et d'autres pathologies. Les microARNs vont réguler l'expression de notre génome sans en modifier la séquence, phénomène également appelé épigénétique, ce qui résulte en des différences de comportement et de fonction cellulaires. Les microARNs sont donc susceptibles de jouer un rôle clé dans l'ensemble des processus biologiques et notre environnement associé à nos prédispositions génétiques peuvent grandement modifier leur niveau et donc leur action, qui à son tour se répercutera sur notre état physiologique. En effet nous avons identifié des changements de microARNs dans les cellules d'îlots pancréatiques de modèles animaux (rats et souris) associés à un état de résistance à l'insuline (grossesse et obésité). Par le biais d'expériences in vitro sur des cellules bêta extraites de rats et conservées en culture, nous avons pu analyser de plus près l'implication des microARNs dans la capacité des cellules bêta à sécréter de l'insuline mais aussi à se multiplier et à survivre au sein d'un environnement toxique. Ainsi, nous avons identifié des microARNs qui participent positivement à la compensation des cellules bêta, sous la direction d'hormones telles les estrogènes ou d'une hormone libérée par l'intestin au cours de la digestion (l'inerétine GLP1) et qui est largement utilisée comme agent thérapeutique dans la médication contre le diabète. Dans un second temps nous avons utilisé une stratégie similaire afin de déterminer le rôle de microARNs préalablement détectés comme étant changés au cours du développement postnatal des cellules bêta chez le rat. Cette étude a également mené à l'identification de microARNs participant à la maturation et à l'expansion de la masse des cellules bêta sous l'influence de la composition du régime alimentaire et des besoins en insuline adéquats qui en dépendent. Ces études apportent la vision de nouveaux mécanismes moléculaires impliquant les microARNs et démontrant leur importance pour le bon fonctionnement des cellules bêta et leur capacité d'adaptation à l'environnement. -- Les cellules bêta sont une composante des îlots pancréatiques de Langerhans et sont des cellules hautement différenciées qui ont l'unique capacité de sécréter de l'insuline sous l'influence des nutriments suite à une prise alimentaire. L'insuline facilite l'incorporation de glucose dans ses tissus cibles tels le foie, le tissu adipeux et les muscles. Bien que les besoins en insuline soient relativement constants au cours de la vie d'un individu sain, certaines conditions associées à un état de résistance à l'insuline, telles la grossesse ou l'obésité, requièrent une libération d'insuline majorée. En cas de résistance à l'insuline, une dysfonction des cellules bêta plus ou moins associée à leur mort cellulaire, conduisent à une sécrétion d'insuline insuffisante et au développement d'une hyperglycémie chronique, caractéristique du diabète de type 2. Jusqu'à présent, les mécanismes moléculaires sous- jacents à la compensation des cellules bêta ou encore menant à leur dysfonction restent peu connus. Découverts récemment, les petits ARNs non-codant appelés microARNs (miARNs), suscitent un intérêt grandissant de par leur potentiel thérapeutique pour la prise en charge et le traitement du diabète. Les miARNs sont de puissants régulateurs de l'expression génique qui lient directement le 3'UTR de leurs ARN messagers cibles afin d'inhiber leur traduction ou d'induire leur dégradation, ce qui leur permet de contrôler des fonctions biologiques multiples. Ainsi, nous avons pris pour hypothèse que les miARNs pourraient jouer un rôle essentiel en maintenant la fonction des cellules bêta et des processus compensatoires afin de prévenir le développement du diabète. Lors d'une première étude, une analyse transcriptomique a permis l'identification de miARNs différemment exprimés au sein d'îlots pancréatiques de rattes gestantes. Parmi eux, le miR-338-3p a démontré la capacité de promouvoir la prolifération et la survie des cellules bêta exposées à des acides gras saturés et des cytokines pro-inflammatoires, sans altérer leur propriété sécrétrice d'insuline. Nous avons également identifié deux hormones reconnues pour leurs propriétés bénéfiques pour la physiologie de la cellule bêta, l'estradiol et l'incrétine GLP1, qui régulent les niveaux du miR-338-3p. Ce miARN intègre parfaitement les voies de signalisation de ces deux hormones dépendantes de l'AMP cyclique, afin de contrôler l'expression de nombreux gènes conduisant à son action biologique. Dans un projet ultérieur, notre objectif était de déterminer la contribution de miARNs dans l'acquisition de l'identité fonctionnelle des cellules bêta en période postnatale. En effet, directement après la naissance les cellules bêta sont reconnues pour être encore immatures et incapables de sécréter de l'insuline spécifiquement en réponse à l'élévation de la glycémie. Au contraire, la réponse insulinique induite par les acides aminés ainsi que la biosynthèse d'insuline sont déjà fonctionnelles. Nos recherches ont permis de montrer que les changements de miARNs corrélés avec l'apparition du phénotype sécrétoire en réponse au glucose, sont régis par la composition nutritionnelle du régime alimentaire et des besoins en insuline qui en découlent. En parallèle, le taux de prolifération des cellules bêta est considérablement réduit. Les miARNs que nous avons étudiés coordonnent des changements d'expression de gènes clés impliqués dans l'acquisition de propriétés vitales de la cellule bêta et dans la maintenancé de son identité propre. Enfin, ces études ont permis de clairement démontrer l'importance des miARNs dans la régulation de la fonction des cellules bêta pancréatiques. -- Beta-cells are highly differentiated cells localized in the pancreatic islets and are characterized by the unique property of secreting insulin in response to nutrient stimulation after meal intake. Insulin is then in charge of facilitating glucose uptake by insulin target tissues such as liver, adipose tissue and muscles. Despite insulin needs stay more or less constant throughout life of healthy individuals, there are circumstances such as during pregnancy or obesity which are associated to insulin resistance, where insulin needs are increased. In this context, defects in beta-cell function, sometimes associated with beta-cell loss, may result in the release of inappropriate amounts of insulin leading to chronic hyperglycemia, properly defined as type 2 diabetes mellitus. So far, the mechanisms underlying beta- cell compensation as well as beta-cell failure remain to be established. The recently discovered small non-coding RNAs called microRNAs (miRNAs) are emerging as interesting therapeutic targets and are bringing new hope for the treatment of diabetes. miRNAs display a massive potential in regulating gene expression by directly binding to the 3'UTR of messenger RNAs and by inhibiting their translation and/or stability, enabling them to modify a wide range of biological functions. In view of this, we hypothesized that miRNAs may play an essential role in preserving the functional beta-cell mass and permitting to fight against beta-cell exhaustion and decompensation that can lead to diabetes development. In a first study, global profiling in pancreatic islets of pregnant rats, a model of insulin resistance, led to the identification of a set of differentially expressed miRNAs. Among them, miR-338- 3p was found to promote beta-cell proliferation and survival upon exposure of islet cells to pro- apoptotic stimuli such as saturated fatty acids or pro-inflammatory cytokines, without impairment in their capacity to release insulin. We also discovered that miR-338-3p changes are driven by two hormones, the estradiol and the incretin GLP1, both well known for their beneficial impact on beta- cell physiology. Consistently, we found that miR-338-3p integrates the cAMP-dependent signaling pathways regulated by these two hormones in order to control the expression of numerous genes and execute its biological functions. In a second project, we aimed at determining whether miRNAs contribute to the acquisition of beta-cell identity. Indeed, we confirmed that right after birth beta-cells are still immature and are unable to secrete insulin specifically in response to elevated concentrations of glucose. In contrast, amino acid-stimulated insulin release as well as insulin biosynthesis are already fully functional. In parallel, newborn beta-cells are proliferating intensively within the expanding pancreas. Interestingly, we demonstrated that the miRNA changes and the subsequent acquisition of glucose responsiveness is influenced by the diet composition and the resulting insulin needs. At the same time, beta-cell proliferation declines. The miRNAs that we have identified orchestrate expression changes of essential genes involved in the acquisition of specific beta-cell properties and in the maintenance of a mature beta-cell identity. Altogether, these studies clearly demonstrate that miRNAs play important roles in the regulation of beta-cell function.

Etude des effets du monoxyde d'azote (NO) sur le métabolisme des acides gras libres à partir d'un modèle de souris invalidée pour le gène de la NO synthase endothéliale

RESUME GENERAL Au cours de ces dernières années, le monoxyde d'azote (NO) produit par une famille d'enzymes, les NO synthases (NOS), est apparu comme un effecteur central dans la régulation du système cardiovasculaire et du métabolisme énergétique. Chez l'homme, un défaut de production du NO est associé à des maladies cardiovasculaires et métaboliques comme la résistance à l'insuline ou le diabète de type 2. Ces pathologies se retrouvent chez les souris invalidées pour la NO synthase endothéliale (eN0S-/-) qui présentent non seulement une hypertension mais également une résistance à l'insuline et une dyslipidémie (augmentation des triglycérides et des acides gras libres). Ces anomalies sont étroitement associées et impliquées dans le développement du diabète de type 2. Dans cette étude, nous avons essayé de déterminer à partir du modèle de souris eN0S-/-, l'influence de la eNOS et de son produit, le NO, sur la régulation du métabolisme lipidique intracellulaire. Ainsi, nous avons montré que cette enzyme et le NO régulent directement l'activité β-oxydative des mitochondries isolées du muscle squelettique, du muscle cardiaque et du tissu adipeux blanc. Par ailleurs, dans le muscle de ces souris, le contenu des mitochondries et l'expression des gènes impliqués dans leur biogénèse sont diminués, ce qui suggère que la eNOS et/ou le NO contrôlent également la synthèse de ces organelles. Les mitochondries, via la β-oxydation, sont impliquées dans la production d'énergie à partir des acides gras libres. Dans notre modèle animal, la diminution de la β-oxydation dans le muscle, s'accompagne d'une accumulation des triglycérides intramyocellulaires. Cette accumulation prédispose fortement au développement de la résistance à l'insuline. Les anomalies du métabolisme β-oxydatif favorisent donc probablement l'apparition de la dyslipidémie et le développement de la résistance à l'insuline observées chez les souris eN0S-/-. Cette hypothèse est soutenue par différentes études effectuées chez l'homme et l'animal qui suggèrent qu'une dysfonction mitochondriale peut être à l'origine de la résistance à l'insuline. Ces données récentes et les résultats de ce travail apportent un regard nouveau sur le rôle du NO dans le développement des maladies métaboliques que sont la résistance à l'insuline, le diabète de type 2 et l'obésité. Elles placent aux centres de ces mécanismes une organelle, la mitochondrie, située au carrefour des métabolismes glucidiques et lipidiques. SUMMARY Over the last years, nitric oxide (NO), synthesized by a family of enzymes, the NO synthases, has become a central regulator of the cardiovascular system and energy metabolism. In humans, defective NO production is found in cardiovascular and metabolic diseases such as insulin resistance or type 2 diabetes mellitus. These alterations are also found in knockout mice for the endothelial nitric oxide synthase (eN0S-/-), which are not only hypertensive but also display insulin resistance and dyslipidemia (with increased triglyceride and free fatty acid levels). These pathologic features are tightly linked and involved in the pathogenesis of type 2 DM. In this study, using eN0S-/- mice, we determined the role played by this enzyme and its product, NO, on intracellular lipid metabolism. We show that eNOS and NO directly regulate β-oxidation in mitochondria isolated from skeletal and cardiac muscle as well as white adipose tissue. Furthermore, in the skeletal muscle of these mice, the mitochondrial content and the expression of genes involved in mitochondrial biogenesis are decreased, suggesting that eNOS and/or NO also regulate the synthesis of this intracellular organelle. Mitochondria, through β-oxidation, play a role in energy production from free fatty acids. In our animal model, decreased β-oxidation in skeletal muscle is associated with accumulation of intramyocellular lipids. This increased lipid content plays an important role in the pathogenesis of insulin resistance. Defective β-oxidation, therefore, probably favours the development of insulin resistance and dyslipidemia as seen in these animals. This hypothesis is strengthened by studies in humans and animals indicating that mitochondrial dysfunction is associated with insulin resistance. These recent data and the results of this work provide evidence for a role of NO in the development of metabolic diseases such as insulin resistance or type diabetes mellitus. They put as a central player, an organelle, the mitochondria, which lies at the crossway of carbohydrate and lipid metabolism. RESUME DIDACTIQUE Le maintien des fonctions vitales et l'accomplissement d'une activité physique nécessitent, chez l'homme, un apport quotidien d'énergie. Cette énergie est présente, dans l'alimentation, principalement sous forme de graisses (lipides) ou de sucres. La production d'énergie s'effectue en majorité dans le muscle au niveau d'une organelle particulière, la mitochondrie. La régulation du métabolisme énergétique fait intervenir de nombreux facteurs de régulation dont l'un des plus connu est l'insuline. De nombreuses maladies comme le diabète de type 2, l'obésité ou le syndrome métabolique découlent de la dérégulation du métabolisme énergétique. Un mécanisme particulier, la résistance à l'insuline, qui se caractérise par un défaut d'action de l'insuline au niveau de ses tissus cibles (foie, muscle...) est souvent impliqué dans le développement de ces pathologies. L'étude de ces anomalies métaboliques nécessite l'utilisation de modèles, notamment animaux, qui ont la particularité de reproduire partiellement un état pathologique caractéristique de certaines maladies humaines. Dans ce travail, nous avons utilisé un modèle de souris dont la particularité est de ne pas exprimer une enzyme, la monoxyde d'azote (NO) synthase endothéliale (eNOS), responsable de la synthèse d'un gaz, le NO. Ces souris présentent une hypertension artérielle, des anomalies du métabolisme des lipides et une résistance à l'insuline. Or, de récents travaux effectués chez l'homme montrent que des individus insulino-résistants ou diabétiques de type 2 ont une diminution de la production de NO. Lors de nos investigations, nous avons démontré que la quantité et la capacité des mitochondries à utiliser les lipides comme substrat énergétique est diminuée dans les muscles des souris eN0S-/-. Par ailleurs, ces deux anomalies sont associées dans ce tissu à une accumulation des lipides. De façon très intéressante, ce phénomène est décrit dans de nombreuses études effectuées chez l'homme et l'animal comme favorisant le développement de la résistance à l'insuline. Les résultats de ce travail suggèrent donc que la eNOS et/ou le NO joue un rôle important dans l'activité et la synthèse des mitochondries. Le NO pourrait donc constituer une cible thérapeutique dans le traitement des maladies métaboliques.

Consequences of modified lipid and glucose metabolism on peripheral nervous system structure and function

284 million people worldwide suffered from type 2 diabetes mellitus (T2DM) in 2010, which will, in approximately half of them, lead to the development of diabetic peripheral neuropathy (DPN). Although DPN is the most common complication of diabetes mellitus and the leading cause of non-traumatic amputations its pathophysiology is still poorly understood. To get more insight into the molecular mechanism underlying DPN in T2DM, I used a rodent model of T2DM, the db/db mice.¦ln vivo electrophysiological recordings of diabetic animals indicated that in addition to reduced nerve conduction velocity db/db mice also present increased nerve excitability. Further ex vivo evaluation of the electrophysiological properties of db/db nerves clearly established a presence of the peripheral nerve hyperexcitability (PNH) phenotype in diabetic animals. Using pharmacological inhibitors we demonstrated that PNH is mostly mediated by the decreased activity of Kv1 channels. ln agreement with these data 1 observed that the diabetic condition led to a reduced presence of the Kv1.2 subunits in juxtaparanodal regions of db/db peripheral nerves whereas its mANA and protein expression levels were not affected. Lmportantly, I confirmed a loss of juxtaparanodal Kv1.2 subunits in nerve biopsies from type 2 diabetic patients. Together these observations indicate that the type 2 diabetic condition leads to potassium-channel mediated changes of nerve excitability thus identifying them as potential drug targets to treat sorne of the DPN related symptoms.¦Schwann cells ensheath and isolate peripheral axons by the production of myelin, which consists of lipids and proteins in a ratio of 2:1. Peripheral myelin protein 2 (= P2, Pmp2 or FABP8) was originally described as one of the most abundant myelin proteins in the peripheral nervous system. P2, which is a member of the fatty acid binding protein (FABP) family, is a 14.8 kDa cytosolic protein expressed on the cytoplasmic side of compact myelin membranes. As indicated by their name, the principal role of FABPs is thought to be the binding and transport of fatty acids.¦To study its role in myelinating glial cells I have recently generated a complete P2 knockout mouse model (P2-/-). I confirmed the loss of P2 in the sciatic nerve of P2-/- mice at the mRNA and protein level. Electrophysiological analysis of the adult (P56) mutant mice revealed a mild but significant reduction in the motor nerve conduction velocity. lnterestingly, this functional change was not accompanied by any detectable alterations in general myelin structure. However, I have observed significant alterations in the mRNA expression level of other FABPs, predominantly FABP9, in the PNS of P2-/- mice as compared to age-matched P2+/+ mice indicating a role of P2 in the glial myelin lipid metabolism.¦Le diabète de type 2 touche 284 million de personnes dans le monde en 2010 et son évolution conduit dans la moitié des cas à une neuropathie périphérique diabétique. Bien que la neuropathie périphérique soit la complication la plus courante du diabète pouvant conduire jusqu'à l'amputation, sa physiopathologie est aujourd'hui encore mal comprise. Dans le but d'améliorer les connaissances moléculaires expliquant les mécanismes de la neuropathie liée au diabète de type 2, j'ai utilisé un modèle murin du diabète de type 2, les souris db/db.¦ln vivo, les enregistrements éléctrophysiologiques des animaux diabétiques montrent qu'en plus d'une diminution de la vitesse de conduction nerveuse, les souris db/db présentent également une augmentation de l'excitabilité nerveuse. Des mesures menées Ex­ vivo ont montré l'existence d'un phénotype d'hyperexcitabilité sur les nerfs périphériques isolés d'animaux diabétiques. Grâce à l'utilisation d'inhibiteurs pharmacologiques, nous avons pu démontrer que l'hyperexcitabilité démontrée était due à une réduction d'activité des canaux Kv1. En accord avec ces données, j'ai observé qu'une situation de diabète conduisait à une diminution des canaux Kv1.2 aux régions juxta-paranodales des nerfs périphériques db/db, alors que l'expression du transcrit et de la protéine restait stable. J'ai également confirmé l'absence de canaux Kv1.2 aux juxta-paranoeuds de biopsies de nerfs de patients diabétiques. L'ensemble de ces observations montrent que les nerfs périphériques chez les patients atteints de diabète de type 2 est due à une diminution des canaux potassiques rapides juxtaparanodaux les identifiant ainsi comme des cibles thérapeutiques potentielles.¦Les cellules de Schwann enveloppent et isolent les axones périphériques d'une membrane spécialisée, la myéline, composée de deux fois plus de lipides que de protéines. La protéine P2 (Pmp2 "peripheral myelin protein 2" ou FABP8 "fatty acid binding protein") est l'une des protéines les plus abondantes au système nerveux périphérique. P2 appartient à la famille de protéines FABP liant et transportant les acides gras et est une protéine cytosolique de 14,8 kDa exprimée du côté cytoplasmique de la myéline compacte.¦Afin d'étudier le rôle de P2 dans les cellules de Schwann myélinisantes, j'ai généré une souris knockout (P2-/-). Après avoir validé l'absence de transcrit et de protéine P2 dans les nerfs sciatiques P2-/-, des mesures électrophysiologiques ont montré une réduction modérée mais significative de la vitesse de conduction du nerf moteur périphérique. Il est important de noter que ces changements fonctionnels n'ont pas pu être associés à quelconque changement dans la structure de la myéline. Cependant, j'ai observé dans les nerfs périphériques P2-/-, une altération significative du niveau d'expression d'ARNm d'autres FABPs et en particulier FABP9. Ce dernier résultat démontre l'importance du rôle de la protéine P2 dans le métabolisme lipidique de la myéline.

A Mendelian randomization approach to assess the causal relationship of gamma-glutamyl transferase with blood pressure and insulin

Background: Elevated levels of g-glutamyl transferase (GGT) have been associated with subsequent risk of elevated blood pressure (BP), hypertension and diabetes. However, the causality of these relationships has not been addressed. Mendelian randomization refers to the random allocation of alleles at the time of gamete formation. Such allocation is expected to be independent of any behavioural and environmental factors (known or unknown), allowing the analysis of largely unconfounded risk associations that are not due to reverse causation. Methods: We performed a cross-sectional analysis among 4361 participants to the population based CoLaus study. Associations of sex-specific GGT quartiles with systolic BP, diastolic BP and insulin levels were assessed using multivariable linear regression analyses. The rs2017869 GGT1 variant, which explained 1.6% of the variance in GGT levels, was used as an instrument to perform a Mendelian randomization analysis. Results: Median age of the study population was 53 years. After age and sex adjustment, GGT quartiles were strongly associated with systolic and diastolic BP (all p for linear trend <0.0001). After multivariable adjustment, these relationships were significantly attenuated, but remained significant for systolic (b(95%CI)¼1.30 (0.32;2.03), p¼0.007) and diastolic BP (b (95%CI)¼0.57 (0.02;1.13), p¼0.04). Using Mendelian randomization, we observed no positive association of GGT with either systolic BP (b (95%CI)¼-5.68 (-11.51-0.16), p¼0.06) or diastolic BP (b (95%CI)¼ -2.24 (-5.98;1.49) p¼0.24). The association of GGT with insulin was also attenuated after multivariable adjustment. Nevertheless, a strong linear trend persisted in the fully adjusted model (b (95%CI)¼0.07 (0.04;0.09), p<0.0001). Using Mendelian randomization, we observed a similar positive association of GGT with insulin (b (95%CI)¼0.19 (0.01-0.37), p¼0.04). Conclusion: In this study, we found evidence for a direct causal relationship between GGT and insulin, suggesting that oxidative stress may be causally implicated in the pathogenesis of type 2 diabetes mellitus.

Hypoinsulinaemia, glucose intolerance and diminished beta-cell size in S6K1-deficient mice.

Insulin controls glucose homeostasis by regulating glucose use in peripheral tissues, and its own production and secretion in pancreatic beta cells. These responses are largely mediated downstream of the insulin receptor substrates, IRS-1 and IRS-2 (refs 4-8), through distinct signalling pathways. Although a number of effectors of these pathways have been identified, their roles in mediating glucose homeostasis are poorly defined. Here we show that mice deficient for S6 kinase 1, an effector of the phosphatidylinositide-3-OH kinase signalling pathway, are hypoinsulinaemic and glucose intolerant. Whereas insulin resistance is not observed in isolated muscle, such mice exhibit a sharp reduction in glucose-induced insulin secretion and in pancreatic insulin content. This is not due to a lesion in glucose sensing or insulin production, but to a reduction in pancreatic endocrine mass, which is accounted for by a selective decrease in beta-cell size. The observed phenotype closely parallels those of preclinical type 2 diabetes mellitus, in which malnutrition-induced hypoinsulinaemia predisposes individuals to glucose intolerance.

Group motivational intervention in overweight/obese patients in primary prevention of cardiovascular disease in the primary healthcare area

Background The global mortality caused by cardiovascular disease increases with weight. The Framingham study showed that obesity is a cardiovascular risk factor independent of other risks such as type 2 diabetes mellitus, dyslipidemia and smoking. Moreover, the main problem in the management of weight-loss is its maintenance, if it is achieved. We have designed a study to determine whether a group motivational intervention, together with current clinical practice, is more efficient than the latter alone in the treatment of overweight and obesity, for initial weight loss and essentially to achieve maintenance of the weight achieved; and, secondly, to know if this intervention is more effective for reducing cardiovascular risk factors associated with overweight and obesity. Methods This 26-month follow up multi-centre trial, will include 1200 overweight/obese patients. Random assignment of the intervention by Basic Health Areas (BHA): two geographically separate groups have been created, one of which receives group motivational intervention (group intervention), delivered by a nurse trained by an expert phsychologist, in 32 group sessions, 1 to 12 fortnightly, and 13 to 32, monthly, on top of their standard program of diet, exercise, and the other (control group), receiving the usual follow up, with regular visits every 3 months. Discussion By addressing currently unanswered questions regarding the maintenance in weight loss in obesity/overweight, upon the expected completion of participant follow-up in 2012, the IMOAP trial should document, for the first time, the benefits of a motivational intervention as a treatment tool of weight loss in a primary care setting.

FAM-MDR: a flexible family-based multifactor dimensionality reduction technique to detect epistasis using related individuals

We propose a novel multifactor dimensionality reduction method for epistasis detection in small or extended pedigrees, FAM-MDR. It combines features of the Genome-wide Rapid Association using Mixed Model And Regression approach (GRAMMAR) with Model-Based MDR (MB-MDR). We focus on continuous traits, although the method is general and can be used for outcomes of any type, including binary and censored traits. When comparing FAM-MDR with Pedigree-based Generalized MDR (PGMDR), which is a generalization of Multifactor Dimensionality Reduction (MDR) to continuous traits and related individuals, FAM-MDR was found to outperform PGMDR in terms of power, in most of the considered simulated scenarios. Additional simulations revealed that PGMDR does not appropriately deal with multiple testing and consequently gives rise to overly optimistic results. FAM-MDR adequately deals with multiple testing in epistasis screens and is in contrast rather conservative, by construction. Furthermore, simulations show that correcting for lower order (main) effects is of utmost importance when claiming epistasis. As Type 2 Diabetes Mellitus (T2DM) is a complex phenotype likely influenced by gene-gene interactions, we applied FAM-MDR to examine data on glucose area-under-the-curve (GAUC), an endophenotype of T2DM for which multiple independent genetic associations have been observed, in the Amish Family Diabetes Study (AFDS). This application reveals that FAM-MDR makes more efficient use of the available data than PGMDR and can deal with multi-generational pedigrees more easily. In conclusion, we have validated FAM-MDR and compared it to PGMDR, the current state-of-the-art MDR method for family data, using both simulations and a practical dataset. FAM-MDR is found to outperform PGMDR in that it handles the multiple testing issue more correctly, has increased power, and efficiently uses all available information.

Anamnèse familiale: utile ou futile. [Family history: useful or futile?]

Family history (FH) represents an important tool in clinical practice that allows assessing an increased risk to develop certain diseases as it captures genetic and environmental factors within a family. FH was shown to be important for several conditions such as type 2 diabetes mellitus and cardiovascular diseases as it allows identifying subjects who can potentially benefit from specific diagnostic and therapeutic measures. We also show that FH remains an important tool even in this period of recent progress in molecular genetics and that it is probably underused in the clinical setting.