Modeling complex wells with the multi-scale finite-volume method

In this paper, an extension of the multi-scale finite-volume (MSFV) method is devised, which allows to Simulate flow and transport in reservoirs with complex well configurations. The new framework fits nicely into the data Structure of the original MSFV method,and has the important property that large patches covering the whole well are not required. For each well. an additional degree of freedom is introduced. While the treatment of pressure-constraint wells is trivial (the well-bore reference pressure is explicitly specified), additional equations have to be solved to obtain the unknown well-bore pressure of rate-constraint wells. Numerical Simulations of test cases with multiple complex wells demonstrate the ability of the new algorithm to capture the interference between the various wells and the reservoir accurately. (c) 2008 Elsevier Inc. All rights reserved.

Glucose transporters in the regulation of intestinal, renal, and liver glucose fluxes.

Five functional mammalian facilitated hexose carriers (GLUTs) have been characterized by molecular cloning. By functional expression in heterologous systems, their specificity and affinity for different hexoses have been defined. There are three high-affinity transporters (GLUT-1, GLUT-3 and GLUT-4) and one low-affinity transporter (GLUT-2), and GLUT-5 is primarily a fructose carrier. Because their Michaelis constants (Km) are below the normal blood glucose concentration, the high-affinity transporters function at rates close to maximal velocity. Thus their level of cell surface expression greatly influences the rate of glucose uptake into the cells. In contrast, the rate of glucose uptake by GLUT-2 (Km = 17 mM) increases in parallel with the rise in blood glucose over the physiological concentration range. High-affinity transporters are found in almost every tissue, but their expression is higher in cells with high glycolytic activity. Glut-2, however, is found in tissues carrying large glucose fluxes, such as intestine, kidney, and liver. As an adaptive response to variations in metabolic conditions, the expression of these transporters is regulated by glucose and different hormones. Thus, because of their specific characteristics and regulated expression, the facilitated glucose transporters control fundamental aspects of glucose homeostasis. I review data pertaining to the structure and regulated expression of the glucose carriers present in intestine, kidney, and liver and discuss their role in the control of glucose flux into or out of these different tissues.

A liver protein fraction regulating hormone-dependent in vitro transcription from the vitellogenin genes induces their expression in Xenopus oocytes.

Xenopus laevis oocytes were used to assay for trans-acting factors shown previously to be involved in the liver-specific regulation of the vitellogenin genes in vitro. To this end, crude liver nuclear extracts obtained from adult estrogen-induced Xenopus females were fractionated by heparin-Sepharose chromatography using successive elutions with 0.1, 0.35, 0.6, and 1.0 M KCl. When these four fractions were injected into oocytes, only the 0.6-M KCl protein fraction significantly stimulated mRNA synthesis from the endogenous B class vitellogenin genes. This same fraction induced estrogen-dependent in vitro transcription from the vitellogenin B1 promoter, suggesting that it contains at least a minimal set of basal transcription factors as well as two positive factors essential for vitellogenin in vitro transcription, i.e. the NF-I-like liver factor B and the estrogen receptor (ER). The presence of these two latter factors was determined by footprinting and gel retardation assays, respectively. In contrast, injection of an expression vector carrying the sequence encoding the ER was unable to activate transcription from the oocyte chromosomal vitellogenin genes. This suggests that the ER alone cannot overcome tissue-specific barriers and that one or several additional liver components participate in mediating tissue-specific expression of the vitellogenin genes. In this respect, we present evidence that the oocyte germinal vesicles contain an NF-I-like activity different from that found in hepatocytes of adult frogs. This observation might explain the lack of vitellogenin gene activation in oocytes injected with the ER cDNA only.

Reliable tidal volume estimates at the airway opening with an infant monitor during high-frequency oscillatory ventilation.

OBJECTIVE: To assess the suitability of a hot-wire anemometer infant monitoring system (Florian, Acutronic Medical Systems AG, Hirzel, Switzerland) for measuring flow and tidal volume (Vt) proximal to the endotracheal tube during high-frequency oscillatory ventilation. DESIGN: In vitro model study. SETTING: Respiratory research laboratory. SUBJECT: In vitro lung model simulating moderate to severe respiratory distress. INTERVENTION: The lung model was ventilated with a SensorMedics 3100A ventilator. Vt was recorded from the monitor display (Vt-disp) and compared with the gold standard (Vt-adiab), which was calculated using the adiabatic gas equation from pressure changes inside the model. MEASUREMENTS AND MAIN RESULTS: A range of Vt (1-10 mL), frequencies (5-15 Hz), pressure amplitudes (10-90 cm H2O), inspiratory times (30% to 50%), and Fio2 (0.21-1.0) was used. Accuracy was determined by using modified Bland-Altman plots (95% limits of agreement). An exponential decrease in Vt was observed with increasing oscillatory frequency. Mean DeltaVt-disp was 0.6 mL (limits of agreement, -1.0 to 2.1) with a linear frequency dependence. Mean DeltaVt-disp was -0.2 mL (limits of agreement, -0.5 to 0.1) with increasing pressure amplitude and -0.2 mL (limits of agreement, -0.3 to -0.1) with increasing inspiratory time. Humidity and heating did not affect error, whereas increasing Fio2 from 0.21 to 1.0 increased mean error by 6.3% (+/-2.5%). CONCLUSIONS: The Florian infant hot-wire flowmeter and monitoring system provides reliable measurements of Vt at the airway opening during high-frequency oscillatory ventilation when employed at frequencies of 8-13 Hz. The bedside application could improve monitoring of patients receiving high-frequency oscillatory ventilation, favor a better understanding of the physiologic consequences of different high-frequency oscillatory ventilation strategies, and therefore optimize treatment.

Transcript profiling suggests that differential metabolic adaptation of mice to a high fat diet is associated with changes in liver to muscle lipid fluxes.

Genetically homogenous C57Bl/6 mice display differential metabolic adaptation when fed a high fat diet for 9 months. Most become obese and diabetic, but a significant fraction remains lean and diabetic or lean and non-diabetic. Here, we performed microarray analysis of "metabolic" transcripts expressed in liver and hindlimb muscles to evaluate: (i) whether expressed transcript patterns could indicate changes in metabolic pathways associated with the different phenotypes, (ii) how these changes differed from the early metabolic adaptation to short term high fat feeding, and (iii) whether gene classifiers could be established that were characteristic of each metabolic phenotype. Our data indicate that obesity/diabetes was associated with preserved hepatic lipogenic gene expression and increased plasma levels of very low density lipoprotein and, in muscle, with an increase in lipoprotein lipase gene expression. This suggests increased muscle fatty acid uptake, which may favor insulin resistance. In contrast, the lean mice showed a strong reduction in the expression of hepatic lipogenic genes, in particular of Scd-1, a gene linked to sensitivity to diet-induced obesity; the lean and non-diabetic mice presented an additional increased expression of eNos in liver. After 1 week of high fat feeding the liver gene expression pattern was distinct from that seen at 9 months in any of the three mouse groups, thus indicating progressive establishment of the different phenotypes. Strikingly, development of the obese phenotype involved re-expression of Scd-1 and other lipogenic genes. Finally, gene classifiers could be established that were characteristic of each metabolic phenotype. Together, these data suggest that epigenetic mechanisms influence gene expression patterns and metabolic fates.

Injection drug use before and after liver transplantation: a retrospective multicenter analysis on incidence and outcome.

De Gottardi A, Hilleret M-N, Gelez P, La Mura V, Guillaud O, Majno P, Hadengue A, Morel P, Zarski J-P, Fontana M, Moradpour D, Mentha G, Boillot O, Leroy V, Giostra E, Dumortier J. Injection drug use before and after liver transplantation: a retrospective multicenter analysis on incidence and outcome. Clin Transplant 2009 DOI: 10.1111/j.1399-0012.2009.01121.x.Background and aims: Injecting drug use (IDU) before and after liver transplantation (LT) is poorly described. The aim of this study was to quantify relapse and survival in this population and to describe the causes of mortality after LT. Methods: Past injection drug users were identified from the LT listing protocols from four centers in Switzerland and France. Data on survival and relapse were collected and used for uni- and multivariate analysis. Results: Between 1988 and 2006, we identified 59 patients with a past history of IDU. The mean age at transplantation was 42.4 yr and the majority of patients were men (84.7%). The indication for LT was for the vast majority viral cirrhosis accounting for 91.5% of cases, while alcoholic cirrhosis was 5.1%. There were 16.9% of patients who had a substitution therapy before and 6.8% who continued after LT. Two patients (3.4%) relapsed into IDU after LT and died at 18 and 41 months. The mean follow-up was 51 months. Overall survival was 84%, 66%, and 61% at 1, 5, and 10 yr after transplantation. Conclusions: Documented IDU was rare in liver transplanted patients. Past IDU was not associated with poorer survival after LT, and relapse after LT occurred in 3.4%.

Comparação entre dois métodos para a determinação do volume de escoamento superficial

A determinação do volume máximo de escoamento superficial é fundamental para o dimensionamento de diversos tipos de obras hidráulicas, constituindo o parâmetro de maior importância no projeto de sistemas de terraceamento em nível. A determinação incorreta do volume escoado superficialmente gera imprecisões no dimensionamento destes sistemas que, quando superdimensionados, apresentam elevado custo de instalação. Tendo em vista esses aspectos, o presente trabalho teve por objetivo comparar os valores de volume máximo de escoamento superficial, obtidos por meio do método empírico do número da curva, desenvolvido pelo Serviço de Conservação de Solos dos Estados Unidos, com aqueles obtidos por meio do método desenvolvido por Pruski e colaboradores, baseado em princípios consagrados na hidrologia. O desempenho dos dois métodos foi analisado com base nas condições pluviométricas correspondentes a Belo Horizonte e Uberlândia, para período de retorno de 10 anos. Evidenciaram-se grandes diferenças entre os valores de volume de escoamento superficial obtidos pelos dois métodos, as quais se mostraram mais acentuadas para maiores velocidades de infiltração de água no solo, tendo o método proposto por Pruski e colaboradores apresentado comportamento mais condizente com a realidade.

Requirement of glucose metabolism for regulation of glucose transporter type 2 (GLUT2) gene expression in liver.

Previous studies have shown that glucose increases the glucose transporter (GLUT2) mRNA expression in the liver in vivo and in vitro. Here we report an analysis of the effects of glucose metabolism on GLUT2 gene expression. GLUT2 mRNA accumulation by glucose was not due to stabilization of its transcript but rather was a direct effect on gene transcription. A proximal fragment of the 5' regulatory region of the mouse GLUT2 gene linked to a reporter gene was transiently transfected into liver GLUT2-expressing cells. Glucose stimulated reporter gene expression in these cells, suggesting that glucose-responsive elements were included within the proximal region of the promoter. A dose-dependent effect of glucose on GLUT2 expression was observed over 10 mM glucose irrespective of the hexokinase isozyme (glucokinase K(m) 16 mM; hexokinase I K(m) 0.01 mM) present in the cell type used. This suggests that the correlation between extracellular glucose and GLUT2 mRNA concentrations is simply a reflection of an activation of glucose metabolism. The mediators and the mechanism responsible for this response remain to be determined. In conclusion, glucose metabolism is required for the proper induction of the GLUT2 gene in the liver and this effect is transcriptionally regulated.

L'effet protecteur des protéines alimentaires et l'effet délétère des acides animés alimentaires sur la stéatose hépatique chez la souris [The protective effect of dietary protein and the deleterious effect of dietary amino acids in fatty liver in mice]

Introduction La maladie « Non-Alcoholic Fatty Liver Disease ; NAFLD » et l'obésité provoque la résistance à l'insuline, un symptôme caractéristique du syndrome métabolique. La fréquence de ces maladies a augmenté de manière importante durant ces dernières décennies. Cette augmentation est étroitement liée à la surcharge énergétique dans notre culture modernisée. Pour combattre cette situation, des régimes riches en protéines semblent être bénéfiques, en particulier parce que l'acide aminé leucine stimule la satiété. Cependant l'effet des protéines alimentaires sur la stéatose hépatique reste peu connu. Résultats : Pour étudier cette question, nous avons nourri des souris C57B6/J (âgées de 5 semaines) avec un régime standard (10% kcal graisse, 20% kcal protéine), un régime riche en graisse (45% kcal graisse, 20% kcal protéine) ou un régime riche en graisse et enrichi en protéines (45% kcal graisse, 40% kcal protéine) pendant 10 semaines. Nous avons ainsi montré que l'addition de protéines au régime gras permet de prévenir la stéatose hépatique. Dans un deuxième temps nous avons testé si cet effet bénéfique des protéines alimentaires provient des acides aminés ramifiés (Branched-chain amino acids= BCAA : leucine, isoleucine, valine), composants majeurs de protéines alimentaires. Pour ce faire, nous avons ajouté un groupe de souris nourries au régime riche en graisses + BCAA (45% kcal graisse, 23% kcal protéine). Nos résultats montrent que l'addition des BCAA ne protège pas contre la stéatose hépatique, mais, au contraire, aggrave l'obésité et l'hyperinsulinémie. De manière intéressante, nous avons observé que la supplémentation en protéines ou en BCAA induit des effets différents sur la prise alimentaire et la dépense énergétique. Conclusion : Notre étude suggère clairement que les protéines alimentaires protègent contre l'obésité et la stéatose hépatique. Elle confirme également que les composants majeurs des protéines alimentaires (BCAA) n'exercent pas cet effet protecteur, mais qu'il aggrave le syndrome métabolique. Etant donné que l'ingestion importante et chronique de protéines alimentaires est délétère pour le rein, il serait très intéressant d'identifier les acides aminés spécifiques qui induiraient le même effet protecteur que les protéines alimentaires, mais sans perturber le fonctionnement rénal.

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.

Major Histocompatibility Class II Pathway Is Not Required for the Development of Nonalcoholic Fatty Liver Disease in Mice.

Single-nucleotide polymorphisms within major histocompatibility class II (MHC II) genes have been associated with an increased risk of drug-induced liver injury. However, it has never been addressed whether the MHC II pathway plays an important role in the development of nonalcoholic fatty liver disease, the most common form of liver disease. We used a mouse model that has a complete knockdown of genes in the MHC II pathway (MHCII(Δ/Δ)). Firstly we studied the effect of high-fat diet-induced hepatic inflammation in these mice. Secondly we studied the development of carbon-tetra-chloride- (CCl4-) induced hepatic cirrhosis. After the high-fat diet, both groups developed obesity and hepatic steatosis with a similar degree of hepatic inflammation, suggesting no impact of the knockdown of MHC II on high-fat diet-induced inflammation in mice. In the second study, we confirmed that the CCl4 injection significantly upregulated the MHC II genes in wild-type mice. The CCl4 treatment significantly induced genes related to the fibrosis formation in wild-type mice, whereas this was lower in MHCII(Δ/Δ) mice. The liver histology, however, showed no detectable difference between groups, suggesting that the MHC II pathway is not required for the development of hepatic fibrosis induced by CCl4.