Effects of nateglinide on the secretion of glycated insulin and glucose tolerance in type 2 diabetes

Aims: Glycation of insulin has been demonstrated within pancreatic beta-cells and the resulting impaired bioactivity may contribute to insulin resistance in diabetes. We used a novel radioimmunoassay to evaluate the effect of nateglinide on plasma concentrations of glycated insulin and glucose tolerance in type 2 diabetes. Methods. Ten patients (5 M/5 F, age 57.8 +/- 1.9 years, HbA(1c), 7.6 +/- 0.5%,, fasting plasma glucose 9.4 +/- 1.2 mmol/l, creatinine 81.6 +/- 4.5 mumol/l) received oral nateglinide 120 mg or placebo, 10 min prior to 75 g oral glucose in a random, single blind, crossover design, 1 week apart. Blood samples were taken for glycated insulin, glucose, insulin and C-peptide over 225 min. Results: Plasma glucose and glycated insulin responses were reduced by 9% (P = 0.005) and 38% (P = 0.047), respectively, following nateglinide compared with placebo. Corresponding AUC measures for insulin and C-peptide were enhanced by 36% (P = 0.005) and 25% (P = 0.007) by nateglinide. Conclusions: Glycated insulin in type 2 diabetes is reduced in response to the insulin secretagogue nateglinide, resulting in preferential release of native insulin. Since glycated insulin exhibits impaired biological activity, reduced glycated insulin release may contribute to the anti hyperglycaemic action of nateglinide. (C) 2003 Elsevier Ireland Ltd. All rights reserved.

Production and characterization of specific antibodies for evaluation of glycated insulin in plasma and biological tissues

Previous studies have shown that glycation of insulin occurs in pancreatic beta -cells under conditions of hyperglycaemia and that the site of glycation is the N-terminal Phe(1) of the insulin B-chain. To enable evaluation of glycated insulin in diabetes, specific antibodies were raised in rabbits and guinea-pigs by using two synthetic peptides (A: Phe-Val-Asn-Gln-His-Leu-Cys-Tyr, and B: Phe-Val-Asn-Gln-His-Leu-Tyr-Lys) modified by N-terminal glycation and corresponding closely to the N-terminal sequence of the glycated human insulin B-chain. For immunization, the glycated peptides were conjugated either to keyhole limper haemocyanin or ovalbumin using glutaraldehyde, m-maleimidobenzoyl-N-hydroxysuccinimide ester or 1-ethyl-3-(3-dimethylamino propyl) carbodiimide hydrochloride. Antibody titration curves, obtained using I-125-tyrosylated tracer prepared from glycated peptide A, revealed high-titre antisera in five groups of animals immunized for 8-28 weeks. The highest titres were observed in rabbits and guinea-pigs immunized with peptide B coupled to ovalbumin using glutaraldehyde. Under radioimmunoassay conditions, these antisera exhibited effective dose (median) (ED50) values for glycated insulin of 0.3-15 ng/ml and 0.9-2.5 ng/ml respectively, with negligible cross-reactivity against insulin or other islet peptides. The degree of cross-reaction with glycated proinsulin was approximately 50%. Glycated insulin in plasma of control and hydrocortisone-treated diabetic rats measured using rabbit 3 antiserum (1:10 000 dilution; sensitivity

Análise do polimorfismo HLA/DR-DQ em Angolanos portadores de Diabetes Mellitus tipo I

A diabetes mellitus do tipo 1 (DM1) é o distúrbio endócrino-metabólico mais frequente em crianças. É uma doença autoimune resultado da destruição selectiva das células beta pancreáticas. A velocidade de destruição das células beta pode ser rápida em algumas pessoas e lenta em outras; esta última é típica de adulto é conhecido como diabetes autoimune latente em adulto (LADA). A sua etiologia envolve factores ambientais e genéticos, dos genes envolvidos a maior contribuição vem da região do genoma onde estão localizados os genes do Complexo Principal de Histocompatibilidade (MHC). A combinação de diferentes alelos do sistema de antigénio leucocitário humano tipo II (HLAII) esta associada a susceptibilidade da doença e as principais molécula envolvidas são a DQ e DR. O estágio pré-clínico da doença se caracteriza pela presença de auto-anticorpos, sendo o anti-GAD o mais sensível nesta patologia. OBJECTIVO: Analizar a frequência dos polimorfismos HLA-DR/DQ em angolanos portadores de diabetes tipo 1, residentes em Luanda. O tipo de estudo adotado foi casocontrolo num universo de voluntários provenientes da consulta externa de hospitais e clínicas locais no período de outubro de 2012 a outubro 2013. A amostra biológica utilizada foi sangue total, tendo sido processada no laboratório LABGENE, da Faculdade de Medicina (FM) da Universidade Agostinho Neto (UNA). Os auto-anticorpos, anti-GAD, foram doseados pelo método de ELISA. O ADN genómico foi extraído à partir de sangue total periférico e tipagem genética foi realizada mediante PCR-SSP.O alelo DQB1*02 (DQ2/DQ2) (p=0,033, OR= 4, IC (1,2-13,3) foi associado a susceptibilidade da DM1; os alelos DQB1*06 (DQ6/DQ6) (p=0,000, OR=0,30, IC (0,17-0,54); *11 (p=0,011, OR=0,14, IC=0,032-0,62); *13 (p=0,006, OR=0,13, IC=0,049-0,588) e *15 (p=0,001, OR=0,044, IC=0,005-0,39) foram associados a proteção. Foi encontrado 29,2% de positividade para o anti-GAD, não houve associação significativa (p=0,69) entre a resposta positiva do anti-GAD e a idade. Não foi encontrada associação significativa (p=0,39) entre o tempo de diagnóstico e resposta humoral. Observou-se associação significativa entre os alelos de risco DQB1*02 (p=0.000) e resposta positiva para anti-GAD; da mesma maneira houve uma associação significativa para os alelos DQB1*06 (p=0,002), DRB1*11 (p=0,048); *13 (p=0,004) e *15 (p=0,021) e a resposta negativa do anti-GAD.Os dados demostram o forte envolvimentos do gene HLA-II (DQ) com a suceptibilidade a DM1 e sugere que a autoimunidade se desenvolve na presença de susceptibilidade genética, quer dizer, em associação com alelos HLA-II específicos.

A gene knockout approach in mice to identify glucose sensors controlling glucose homeostasis.

A key aspect of glucose homeostasis is the constant monitoring of blood glucose concentrations by specific glucose sensing units. These sensors, via stimulation of hormone secretion and activation of the autonomic nervous system (ANS), regulate tissue glucose uptake, utilization or production. The best described glucose detection system is that of the pancreatic beta-cells which controls insulin secretion. Secretion of other hormones, in particular glucagon, and activation of the ANS, are regulated by glucose through sensing mechanisms which are much less well characterized. Here I review some of the studies we have performed over the recent years on a mouse model of impaired glucose sensing generated by inactivation of the gene for the glucose transporter GLUT2. This transporter catalyzes glucose uptake by pancreatic beta-cells, the first step in the signaling cascade leading to glucose-stimulated insulin secretion. Inactivation of its gene leads to a loss of glucose sensing and impaired insulin secretion. Transgenic reexpression of the transporter in GLUT2/beta-cells restores their normal secretory function and rescues the mice from early death. As GLUT2 is also expressed in other tissues, these mice were then studied for the presence of other physiological defects due to absence of this transporter. These studies led to the identification of extra-pancreatic, GLUT2-dependent, glucose sensors controlling glucagon secretion and glucose utilization by peripheral tissues, in part through a control of the autonomic nervous system.

Incrétines, sécrétion d'insuline et diabète

Nutrient ingestion triggers a complex hormonal response aimed at stimulating glucose utilization in liver, muscle and adipose tissue to minimize the raise in blood glucose levels. Insulin secretion by pancreatic beta cells plays a major role in this response. Although the beta cell secretory response is mainly controlled by blood glucose levels, gut hormones secreted in response to food intake have an important role in potentiating glucose-stimulated insulin secretion. These gluco-incretin hormones are GLP-1 (glucagon-like peptide-1) and GIP (gluco-dependent insulinotropic polypeptide). Their action on pancreatic beta cells depends on binding to specific G-coupled receptors linked to activation of the adenylyl cyclase pathway. In addition to their effect on insulin secretion both hormones also stimulate insulin production at the transcriptional and translational level and positively regulate beta cell mass. Because the glucose-dependent insulinotropic action of GLP-1 is preserved in type 2 diabetic patients, this peptide is now developed as a novel therapeutic drug for this disease.

The effects of thermal stress on glucoregulation during exercise in participants with Type 1 Diabetes Mellitus

Type 1 Diabetes Mellitus (T1DM) is an autoimmune disease that destroys pancreatic beta cells, affecting glucose homeostasis. In T1DM, glucoregulation and carbohydrate oxidation may be altered in different ambient temperatures; however, current literature has yet to explore these mechanisms. This study examines the effects of 30 minutes of exercise at 65% VO2max in 5ºC, 20ºC and 35ºC in individuals with T1DM. No significant differences were observed for blood glucose across the 3 conditions (p = 0.442), but significance was found for core temperature, heat storage, and sweat rate (p < 0.01). Blood glucose was also shown to vary greatly between individuals among conditions. The mechanisms behind the differences in blood glucose may be due to the lack of significant glucagon production among conditions. These findings suggest that T1DM individuals may exercise submaximally for 30 minutes in different ambient temperatures without significant differences in glucoregulation.

Étude de l'implication des navettes du pyruvate découlant du métabolisme mitochondrial du glucose dans la régulation de la sécrétion d'insuline par les cellules bêta pancréatiques

Le diabète est une maladie métabolique qui se caractérise par une résistance à l’insuline des tissus périphériques et par une incapacité des cellules β pancréatiques à sécréter les niveaux d’insuline appropriés afin de compenser pour cette résistance. Pour mieux comprendre les mécanismes déficients dans les cellules β des patients diabétiques, il est nécessaire de comprendre et de définir les mécanismes impliqués dans le contrôle de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose. Dans les cellules β pancréatiques, le métabolisme du glucose conduit à la production de facteurs de couplage métabolique, comme l’ATP, nécessaires à la régulation de l’exocytose des vésicules d’insuline. Le mécanisme par lequel la production de l’ATP par le métabolisme oxydatif du glucose déclenche l’exocytose des vésicules d’insuline est bien décrit dans la littérature. Cependant, il ne peut à lui seul réguler adéquatement la sécrétion d’insuline. Le malonyl-CoA et le NADPH sont deux autres facteurs de couplage métaboliques qui ont été suggérés afin de relier le métabolisme du glucose à la régulation de la sécrétion d’insuline. Les mécanismes impliqués demeurent cependant à être caractérisés. Le but de la présente thèse était de déterminer l’implication des navettes du pyruvate, découlant du métabolisme mitochondrial du glucose, dans la régulation de la sécrétion d’insuline. Dans les cellules β, les navettes du pyruvate découlent de la combinaison des processus d’anaplérose et de cataplérose et permettent la transduction des signaux métaboliques provenant du métabolisme du glucose. Dans une première étude, nous nous sommes intéressés au rôle de la navette pyruvate/citrate dans la régulation de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose, puisque cette navette conduit à la production dans le cytoplasme de deux facteurs de couplage métabolique, soit le malonyl-CoA et le NADPH. De plus, la navette pyruvate/citrate favorise le flux métabolique à travers la glycolyse en réoxydation le NADH. Une étude effectuée précédemment dans notre laboratoire avait suggéré la présence de cette navette dans les cellules β pancréatique. Afin de tester notre hypothèse, nous avons ciblé trois étapes de cette navette dans la lignée cellulaire β pancréatique INS 832/13, soit la sortie du citrate de la mitochondrie et l’activité de l’ATP-citrate lyase (ACL) et l’enzyme malique (MEc), deux enzymes clés de la navette pyruvate/citrate. L’inhibition de chacune de ces étapes par l’utilisation d’un inhibiteur pharmacologique ou de la technologie des ARN interférant a corrélé avec une réduction significative de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose. Les résultats obtenus suggèrent que la navette pyruvate/citrate joue un rôle critique dans la régulation de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose. Parallèlement à notre étude, deux autres groupes de recherche ont suggéré que les navettes pyruvate/malate et pyruvate/isocitrate/α-cétoglutarate étaient aussi importantes pour la sécrétion d’insuline en réponse au glucose. Ainsi, trois navettes découlant du métabolisme mitochondrial du glucose pourraient être impliquées dans le contrôle de la sécrétion d’insuline. Le point commun de ces trois navettes est la production dans le cytoplasme du NADPH, un facteur de couplage métabolique possiblement très important pour la sécrétion d’insuline. Dans les navettes pyruvate/malate et pyruvate/citrate, le NADPH est formé par MEc, alors que l’isocitrate déshydrogénase (IDHc) est responsable de la production du NADPH dans la navette pyruvate/isocitrate/α-cétoglutarate. Dans notre première étude, nous avions démontré l’importance de l’expression de ME pour la sécrétion adéquate d’insuline en réponse au glucose. Dans notre deuxième étude, nous avons testé l’implication de IDHc dans les mécanismes de régulation de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose. La diminution de l’expression de IDHc dans les INS 832/13 a stimulé la sécrétion d’insuline en réponse au glucose par un mécanisme indépendant de la production de l’ATP par le métabolisme oxydatif du glucose. Ce résultat a ensuite été confirmé dans les cellules dispersées des îlots pancréatiques de rat. Nous avons aussi observé dans notre modèle que l’incorporation du glucose en acides gras était augmentée, suggérant que la diminution de l’activité de IDHc favorise la redirection du métabolisme de l’isocitrate à travers la navette pyruvate/citrate. Un mécanisme de compensation à travers la navette pyruvate/citrate pourrait ainsi expliquer la stimulation de la sécrétion d’insuline observée en réponse à la diminution de l’expression de IDHc. Les travaux effectués dans cette deuxième étude remettent en question l’implication de l’activité de IDHc, et de la navette pyruvate/isocitrate/α-cétoglutarate, dans la transduction des signaux métaboliques reliant le métabolisme du glucose à la sécrétion d’insuline. La navette pyruvate/citrate est la seule des navettes du pyruvate à conduire à la production du malonyl-CoA dans le cytoplasme des cellules β. Le malonyl-CoA régule le métabolisme des acides gras en inhibant la carnitine palmitoyl transférase 1, l’enzyme limitante dans l’oxydation des acides gras. Ainsi, l’élévation des niveaux de malonyl-CoA en réponse au glucose entraîne une redirection du métabolisme des acides gras vers les processus d’estérification puis de lipolyse. Plus précisément, les acides gras sont métabolisés à travers le cycle des triglycérides/acides gras libres (qui combinent les voies métaboliques d’estérification et de lipolyse), afin de produire des molécules lipidiques signalétiques nécessaires à la modulation de la sécrétion d’insuline. Des études effectuées précédemment dans notre laboratoire ont démontré que l’activité lipolytique de HSL (de l’anglais hormone-sensitive lipase) était importante, mais non suffisante, pour la régulation de la sécrétion d’insuline. Dans une étude complémentaire, nous nous sommes intéressés au rôle d’une autre lipase, soit ATGL (de l’anglais adipose triglyceride lipase), dans la régulation de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose et aux acides gras. Nous avons démontré que ATGL est exprimé dans les cellules β pancréatiques et que son activité contribue significativement à la lipolyse. Une réduction de son expression dans les cellules INS 832/13 par RNA interférant ou son absence dans les îlots pancréatiques de souris déficientes en ATGL a conduit à une réduction de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose en présence ou en absence d’acides gras. Ces résultats appuient l’hypothèse que la lipolyse est une composante importante de la régulation de la sécrétion d’insuline dans les cellules β pancréatiques. En conclusion, les résultats obtenus dans cette thèse suggèrent que la navette pyruvate/citrate est importante pour la régulation de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose. Ce mécanisme impliquerait la production du NADPH et du malonyl-CoA dans le cytoplasme en fonction du métabolisme du glucose. Cependant, nos travaux remettent en question l’implication de la navette pyruvate/isocitrate/α-cétoglutarate dans la régulation de la sécrétion d’insuline. Le rôle exact de IDHc dans ce processus demeure cependant à être déterminé. Finalement, nos travaux ont aussi démontré un rôle pour ATGL et la lipolyse dans les mécanismes de couplage métabolique régulant la sécrétion d’insuline.

Étude fonctionnelle et génétique d'une population de lymphocytes T CD4-CD8- impliquée dans la résistance au diabète auto-immun chez la souris

Le diabète auto-immun résulte de la destruction des cellules bêta pancréatiques sécrétrices d’insuline par les lymphocytes T du système immunitaire. Il s’ensuit une déficience hormonale qui peut être comblée par des injections quotidiennes d’insuline d’origine exogène, toutefois il demeure à ce jour impossible de guérir les patients atteints de la maladie. De façon générale, un système immunitaire sain reconnaît une multitude d’antigènes différents et assure ainsi notre défense à l’égard de différents pathogènes ou encore de cellules tumorales. Il arrive cependant que, pour des raisons génétiques et/ou environnementales, les lymphocytes T puissent s’activer de façon aberrante suite à la reconnaissance d’antigènes provenant du soi. C’est ce bris de tolérance qui mène au développement de pathologies auto-immunes telles que le diabète auto-immun. Afin de limiter l’auto-immunité, des mécanismes de sélection stricts permettent d’éliminer la majorité des lymphocytes T présentant une forte affinité envers des antigènes du soi lors de leur développement dans le thymus. Certains de ces lymphocytes réussissent toutefois à échapper à l’apoptose et migrent en périphérie afin d’y circuler en quête d’un antigène spécifiquement reconnu. Il est alors primordial que des mécanismes périphériques assurent le maintien de la tolérance immunitaire en faisant obstacle à l’activation et à la prolifération des lymphocytes T auto-réactifs. L’une des avenues afin d’inhiber le développement de réponses immunitaires aberrantes est la génération de lymphocytes T régulateurs. Ces cellules, d’origine thymique ou périphérique, peuvent arborer différents phénotypes et agissent via de multiples mécanismes afin d’inactiver et/ou éliminer les cellules impliquées dans l’apparition de pathologies auto-immunes. L’utilisation de modèles murins transgéniques a permis la mise en évidence d’une population peu caractérisée de lymphocytes T au potentiel régulateur. En effet, la proportion de ces cellules T n’exprimant pas les corécepteurs CD4 et CD8 (double négatives, DN) a été inversement corrélée à la prédisposition à l’auto-immunité chez ces ii souris. L’objectif principal de cette thèse est de démontrer la fonction immuno-régulatrice des lymphocytes T DN, tout en investiguant les facteurs génétiques responsables du maintien de cette population cellulaire. Nous avons observé que les lymphocytes T DN exercent une activité cytotoxique à l’égard des lymphocytes B de façon spécifique à l’antigène, via la libération de granules cytolytiques contenant du granzyme B et de la perforine. Par ailleurs, nous avons établi qu’un unique transfert adoptif de ces cellules est suffisant afin d’inhiber le développement du diabète auto-immun chez des hôtes transgéniques prédisposés à la maladie. Le recours à des souris déficientes pour l’expression du gène CD47 a permis de constater que la voie de signalisation CD47-Sirp est essentielle dans le maintien de la proportion des lymphocytes T DN. De plus, le locus murin de prédisposition au diabète auto-immun Idd13, qui contient le gène Sirp, a été identifié pour son rôle dans la régulation de la proportion de ces cellules. Finalement, une analyse génétique a révélé que d’autres intervalles génétiques sont impliqués dans le contrôle de la population des lymphocytes T DN. Parmi ceux-ci, un locus situé en région proximale du chromosome 12 a été validé grâce à la création de souris congéniques. Grâce aux résultats présentés dans cette thèse, notre compréhension de la biologie ainsi que de la régulation des lymphocytes T DN est approfondie. Ces connaissances constituent un pas important vers la création de thérapies cellulaires novatrices permettant de prévenir et de guérir diverses pathologies auto-immunes.

Rôle de l'estérification des acides gras dans la régulation de la sécrétion d'insuline et le stress métabolique induits par le glucose

Le diabète est une maladie chronique de l’homéostasie du glucose caractérisée par une hyperglycémie non contrôlée qui est le résultat d’une défaillance de la sécrétion d’insuline en combinaison ou non avec une altération de l’action de l’insuline. La surnutrition et le manque d’activité physique chez des individus qui ont des prédispositions génétiques donnent lieu à la résistance à l’insuline. Pendant cette période dite de compensation où la concentration d’acides gras plasmatiques est élevée, l’hyperinsulinémie compense pleinement pour la résistance à l’insuline des tissus cibles et la glycémie est normale. Le métabolisme du glucose par la cellule pancréatique bêta entraîne la sécrétion d’insuline. Selon le modèle classique de la sécrétion d’insuline induite par le glucose, l’augmentation du ratio ATP/ADP résultant de la glycolyse et de l’oxydation du glucose, induit la fermeture des canaux KATP-dépendant modifiant ainsi le potentiel membranaire suivi d’un influx de Ca2+. Cet influx de Ca2+ permet l’exocytose des granules de sécrétion contenant l’insuline. Plusieurs nutriments comme les acides gras sont capables de potentialiser la sécrétion d’insuline. Cependant, le modèle classique ne permet pas d’expliquer cette potentialisation de la sécrétion d’insuline par les acides gras. Pour expliquer l’effet potentialisateur des acides gras, notre laboratoire a proposé un modèle complémentaire où le malonyl-CoA dérivé du métabolisme anaplérotique du glucose inhibe la carnitine palmitoyltransférase-1, l’enzyme qui constitue l’étape limitante de l’oxydation des acides gras favorisant ainsi leur estérification et donc la formation de dérivés lipidiques signalétiques. Le modèle anaplérotique/lipidique de la sécrétion d'insuline induite par le glucose prédit que le malonyl-CoA dérivé du métabolisme du glucose inhibe la bêta-oxydation des acides gras et augmente la disponibilité des acyl-CoA ou des acides gras non-estérifiés. Les molécules lipidiques agissant comme facteurs de couplage du métabolisme des acides gras à l'exocytose d'insuline sont encore inconnus. Des travaux réalisés par notre laboratoire ont démontré qu’en augmentant la répartition des acides gras vers la bêta-oxydation, la sécrétion d’insuline induite par le glucose était réduite suggérant qu’un des dérivés de l’estérification des acides gras est important pour la potentialisation sur la sécrétion d’insuline. En effet, à des concentrations élevées de glucose, les acides gras peuvent être estérifiés d’abord en acide lysophosphatidique (LPA), en acide phosphatidique (PA) et en diacylglycérol (DAG) et subséquemment en triglycérides (TG). La présente étude a établi l’importance relative du processus d’estérification des acides gras dans la production de facteurs potentialisant la sécrétion d’insuline. Nous avions émis l’hypothèse que des molécules dérivées des processus d’estérification des acides gras (ex : l’acide lysophosphatidique (LPA) et le diacylglycerol (DAG)) agissent comme signaux métaboliques et sont responsables de la modulation de la sécrétion d’insuline en présence d’acides gras. Afin de vérifier celle-ci, nous avons modifié le niveau d’expression des enzymes clés contrôlant le processus d’estérification par des approches de biologie moléculaire afin de changer la répartition des acides gras dans la cellule bêta. L’expression des différents isoformes de la glycérol-3-phosphate acyltransférase (GPAT), qui catalyse la première étape d’estérification des acides gras a été augmenté et inhibé. Les effets de la modulation de l’expression des isoenzymes de GPAT sur les processus d’estérifications, sur la bêta-oxydation et sur la sécrétion d’insuline induite par le glucose ont été étudiés. Les différentes approches que nous avons utilisées ont changé les niveaux de DAG et de TG sans toutefois altérer la sécrétion d’insuline induite par le glucose. Ainsi, les résultats de cette étude n’ont pas associé de rôle pour l’estérification de novo des acides gras dans leur potentialisation de la sécrétion d’insuline. Cependant, l’estérification des acides gras fait partie intégrante d’un cycle de TG/acides gras avec sa contrepartie lipolytique. D’ailleurs, des études parallèles à la mienne menées par des collègues du laboratoire ont démontré un rôle pour la lipolyse et un cycle TG/acides gras dans la potentialisation de la sécrétion d’insuline par les acides gras. Parallèlement à nos études des mécanismes de la sécrétion d’insuline impliquant les acides gras, notre laboratoire s’intéresse aussi aux effets négatifs des acides gras sur la cellule bêta. La glucolipotoxicité, résultant d’une exposition chronique aux acides gras saturés en présence d’une concentration élevée de glucose, est d’un intérêt particulier vu la prépondérance de l’obésité. L’isoforme microsomal de GPAT a aussi utilisé comme outil moléculaire dans le contexte de la glucolipotoxicité afin d’étudier le rôle de la synthèse de novo de lipides complexes dans le contexte de décompensation où la fonction des cellules bêta diminue. La surexpression de l’isoforme microsomal de la GPAT, menant à l’augmentation de l’estérification des acides gras et à une diminution de la bêta-oxydation, nous permet de conclure que cette modification métabolique est instrumentale dans la glucolipotoxicité.

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.

Rôle de la tolérance centrale et périphérique des lymphocytes T autoréactifs dans deux nouveaux modèles murins double transgéniques

Les maladies autoimmunes sont des affections chroniques, le plus souvent invalidantes, qui touchent plus de 5% de la population dans les pays développés. L’autoimmunité résulte de la rupture des mécanismes de tolérance du système immunitaire vis-à-vis des autoantigènes exprimés par les tissus de l’organisme, entraînant la destruction d’un ou de plusieurs organes-cibles par les lymphocytes T et/ou B. L’hépatite autoimmune et le diabète autoimmun se caractérisent par la destruction sélective des hépatocytes et des cellules beta pancréatiques, respectivement. De plus en plus d’arguments suggèrent une implication des lymphocytes T CD8+ dans le déclenchement, la progression et la régulation des réponses associées à plusieurs maladies autoimmunes. Dans ce projet, nous avons suivi l’évolution de clones de lymphocytes T CD8+ spécifiques à un antigène particulier dont le site d’expression différait. Pour ce faire, nous avons développé deux nouveaux modèles murins double transgéniques par croisement entre une lignée de souris exprimant un TCR transgénique spécifique à la nucléoprotéine (NP) du virus de la chorioméningite lymphocytaire (LCMV), et une souris exprimant cette NP-LCMV : 1) uniquement dans les hépatocytes (modèle d’hépatite autoimmune), ou 2) simultanément dans le thymus et le pancréas (modèle de diabète autoimmun). L’avidité fonctionnelle des lymphocytes T CD8+ spécifiques à la NP chez les souris TCR transgéniques était inversement proportionnelle au niveau d’expression du TCR. Le répertoire lymphocytaire dans le thymus, la rate, les ganglions et le sang périphérique a été caractérisé pour chacune des lignées de souris double transgéniques, de même que la capacité fonctionnelle et le phénotype (marqueurs d’activation/mémoire) des lymphocytes T CD8+ autoréactifs. Chacun des deux nouveaux modèles présentés dans cette étude ont montré que les lymphocytes T CD8+ spécifiques à la NP sont aptes à briser la tolérance centrale et périphérique et à provoquer une réaction d’autoimmunité spontanée. Dans le modèle d’hépatite autoimmune, où l’expression de l’autoantigène était restreinte au foie, la surexpression du TCR transgénique a entraîné une délétion thymique quasi-totale des lymphocytes T CD8+ spécifiques à la NP prévenant le développement d’une hépatite spontanée. alors qu’un niveau de TCR comparable à celui d’une souris de type sauvage a permis une sélection positive des lymphocytes autoréactifs qui se sont accumulés dans le foie où ils se sont activés pour provoquer une hépatite autoimmune spontanée. Dans le modèle de diabète autoimmun, où l’autoantigène était exprimé dans le pancréas et le thymus, les souris des deux lignées double transgéniques ont montré une délétion thymique partielle, peu importe le niveau d’expression du TCR. Seuls les mâles adultes développaient un diabète spontané et une partie de leurs lymphocytes T CD8+ exprimaient une combinaison particulière de marqueurs d’activation/mémoire (CD44, CD122, PD-1). Cette population lymphocytaire était absente chez les souris femelles et les mâles sains. L’étude de la tolérance des lymphocytes T CD8+ autoréactifs dans nos deux nouveaux modèles murins double transgéniques a permis d’identifier des mécanismes alternatifs possiblement impliqués dans la tolérance et l’activation, et de mieux comprendre le rôle des lymphocytes T CD8+ autoréactifs dans le processus autoimmun menant à l’hépatite autoimmune et au diabète autoimmun. Ces découvertes seront utiles pour développer de nouvelles approches thérapeutiques ciblant les lymphocytes T CD8+ autoréactifs.

Involvement of Phosphatidylinositol-3 Kinase/AKT/PKC zeta/lambda Pathway in the Effect of Palmitate on Glucose-Induced Insulin Secretion

Objectives: In the present study, a novel pathway by which palmilate potentiates glucose-induced insulin secretion by pancreatic beta cells was investigated. Methods: Groups of freshly isolated islets were incubated in 10 mM glucose with palmitate, LY294002, wortmannin, and fumonism B I for measurement of insulin secretion by radioimmunoassay (RIA). Also, phosphorylation and content of AKT and PKC proteins were evaluated by immunoblotting. Results: Glucose plus palmitate and glucose plus LY294002 or wortmannin (PI3K inhibitors) increased glucose-induced insulin secretion by isolated pancreatic islets. Glucose at 10 mM induced AKT and PKC zeta/lambda phosphorylation. Palmitate (0.1 mM) abolished glucose stimulation of AKT and PKC zeta/lambda phosphorylation possibly through PI3K inhibition because both LY294002 (50 mu M) and wortmannin (100 nM) caused the same effect. The inhibitory effect of palmitate on glucose-induced AKT and PKC zeta/lambda phosphorylation and the stimulatory effect of palmitate on glucose-induced insulin secretion were not observed in the presence of fumonisin B1, all inhibitor of ceramide synthesis. Conclusions: These findings support the proposition that palmilate increases insulin release in the presence of 10 mM glucose by inhibiting PI3K activity through a mechanism that involves ceramide synthesis.

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)

Amino acids and diabetes: implications for endocrine, metabolic and immune function

Aberrant alterations in glucose and lipid concentrations and their pathways of metabolism are a hallmark of diabetes. However, much less is known about alterations in concentrations of amino acids and their pathways of metabolism in diabetes. In this review we have attempted to highlight, integrate and discuss common alterations in amino acid metabolism in a wide variety of cells and tissues and relate these changes to alterations in endocrine, physiologic and immune function in diabetes.

UPR induces transient burst of apoptosis in islets of early lactating rats through reduced AKT phosphorylation via ATF4/CHOP stimulation of TRB3 expression

Bromati CR, Lellis-Santos C, Yamanaka TS, Nogueira TC, Leonelli M, Caperuto LC, Gorjao R, Leite AR, Anhe GF, Bordin S. UPR induces transient burst of apoptosis in islets of early lactating rats through reduced AKT phosphorylation via ATF4/CHOP stimulation of TRB3 expression. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 300: R92-R100, 2011. First published November 10, 2010; doi:10.1152/ajpregu.00169.2010.-Endocrine pancreas from pregnant rats undergoes several adaptations that comprise increase in beta-cell number, mass and insulin secretion, and reduction of apoptosis. Lactogens are the main hormones that account for these changes. Maternal pancreas, however, returns to a nonpregnant state just after the delivery. The precise mechanism by which this reversal occurs is not settled but, in spite of high lactogen levels, a transient increase in apoptosis was already reported as early as the 3rd day of lactation (L3). Our results revealed that maternal islets displayed a transient increase in DNA fragmentation at L3, in parallel with decreased RAC-alpha serine/threonine-protein kinase (AKT) phosphorylation (pAKT), a known prosurvival kinase. Wortmannin completely abolished the prosurvival action of prolactin (PRL) in cultured islets. Decreased pAKT in L3-islets correlated with increased Tribble 3 (TRB3) expression, a pseudokinase inhibitor of AKT. PERK and eIF2 alpha phosphorylation transiently increased in islets from rats at the first day after delivery, followed by an increase in immunoglobulin heavy chain-binding protein (BiP), activating transcription factor 4 (ATF4), and C/EBP homologous protein (CHOP) in islets from L3 rats. Chromatin immunoprecipitation (ChIP) and Re-ChIP experiments further confirmed increased binding of the heterodimer ATF4/CHOP to the TRB3 promoter in L3 islets. Treatment with PBA, a chemical chaperone that inhibits UPR, restored pAKT levels and inhibited the increase in apoptosis found in L3. Moreover, PBA reduced CHOP and TRB3 levels in beta-cell from L3 rats. Altogether, our study collects compelling evidence that UPR underlies the physiological and transient increase in beta-cell apoptosis after delivery. The UPR is likely to counteract prosurvival actions of PRL by reducing pAKT through ATF4/CHOP-induced TRB3 expression.