Cannabidiol protects against hepatic ischemia/reperfusion injury by attenuating inflammatory signaling and response, oxidative/nitrative stress, and cell death.

Ischemia/reperfusion (I/R) is a pivotal mechanism of liver damage after liver transplantation or hepatic surgery. We have investigated the effects of cannabidiol (CBD), the nonpsychotropic constituent of marijuana, in a mouse model of hepatic I/R injury. I/R triggered time-dependent increases/changes in markers of liver injury (serum transaminases), hepatic oxidative/nitrative stress (4-hydroxy-2-nonenal, nitrotyrosine content/staining, and gp91phox and inducible nitric oxide synthase mRNA), mitochondrial dysfunction (decreased complex I activity), inflammation (tumor necrosis factor α (TNF-α), cyclooxygenase 2, macrophage inflammatory protein-1α/2, intercellular adhesion molecule 1 mRNA levels; tissue neutrophil infiltration; nuclear factor κB (NF-κB) activation), stress signaling (p38MAPK and JNK), and cell death (DNA fragmentation, PARP activity, and TUNEL). CBD significantly reduced the extent of liver inflammation, oxidative/nitrative stress, and cell death and also attenuated the bacterial endotoxin-triggered NF-κB activation and TNF-α production in isolated Kupffer cells, likewise the adhesion molecule expression in primary human liver sinusoidal endothelial cells stimulated with TNF-α and attachment of human neutrophils to the activated endothelium. These protective effects were preserved in CB(2) knockout mice and were not prevented by CB(1/2) antagonists in vitro. Thus, CBD may represent a novel, protective strategy against I/R injury by attenuating key inflammatory pathways and oxidative/nitrative tissue injury, independent of classical CB(1/2) receptors.

Meta-analyses identify 13 loci associated with age at menopause and highlight DNA repair and immune pathways.

To newly identify loci for age at natural menopause, we carried out a meta-analysis of 22 genome-wide association studies (GWAS) in 38,968 women of European descent, with replication in up to 14,435 women. In addition to four known loci, we identified 13 loci newly associated with age at natural menopause (at P < 5 × 10(-8)). Candidate genes located at these newly associated loci include genes implicated in DNA repair (EXO1, HELQ, UIMC1, FAM175A, FANCI, TLK1, POLG and PRIM1) and immune function (IL11, NLRP11 and PRRC2A (also known as BAT2)). Gene-set enrichment pathway analyses using the full GWAS data set identified exoDNase, NF-κB signaling and mitochondrial dysfunction as biological processes related to timing of menopause.

Poly (ADP-ribose) polymerase-1 is a key mediator of liver inflammation and fibrosis.

Poly (ADP-ribose) polymerase 1 (PARP-1) is a constitutive enzyme, the major isoform of the PARP family, which is involved in the regulation of DNA repair, cell death, metabolism, and inflammatory responses. Pharmacological inhibitors of PARP provide significant therapeutic benefits in various preclinical disease models associated with tissue injury and inflammation. However, our understanding the role of PARP activation in the pathophysiology of liver inflammation and fibrosis is limited. In this study we investigated the role of PARP-1 in liver inflammation and fibrosis using acute and chronic models of carbon tetrachloride (CCl4 )-induced liver injury and fibrosis, a model of bile duct ligation (BDL)-induced hepatic fibrosis in vivo, and isolated liver-derived cells ex vivo. Pharmacological inhibition of PARP with structurally distinct inhibitors or genetic deletion of PARP-1 markedly attenuated CCl4 -induced hepatocyte death, inflammation, and fibrosis. Interestingly, the chronic CCl4 -induced liver injury was also characterized by mitochondrial dysfunction and dysregulation of numerous genes involved in metabolism. Most of these pathological changes were attenuated by PARP inhibitors. PARP inhibition not only prevented CCl4 -induced chronic liver inflammation and fibrosis, but was also able to reverse these pathological processes. PARP inhibitors also attenuated the development of BDL-induced hepatic fibrosis in mice. In liver biopsies of subjects with alcoholic or hepatitis B-induced cirrhosis, increased nitrative stress and PARP activation was noted. CONCLUSION: The reactive oxygen/nitrogen species-PARP pathway plays a pathogenetic role in the development of liver inflammation, metabolism, and fibrosis. PARP inhibitors are currently in clinical trials for oncological indications, and the current results indicate that liver inflammation and liver fibrosis may be additional clinical indications where PARP inhibition may be of translational potential.

Intracellular ATP Decrease Mediates NLRP3 Inflammasome Activation upon Nigericin and Crystal Stimulation.

Activation of the nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor family, pyrin domain-containing 3 (NLRP3) inflammasome initiates an inflammatory response, which is associated with host defense against pathogens and the progression of chronic inflammatory diseases such as gout and atherosclerosis. The NLRP3 inflammasome mediates caspase-1 activation and subsequent IL-1β processing in response to various stimuli, including extracellular ATP, although the roles of intracellular ATP (iATP) in NLRP3 activation remain unclear. In this study, we found that in activated macrophages artificial reduction of iATP by 2-deoxyglucose, a glycolysis inhibitor, caused mitochondrial membrane depolarization, leading to IL-1β secretion via NLRP3 and caspase-1 activation. Additionally, the NLRP3 activators nigericin and monosodium urate crystals lowered iATP through K(+)- and Ca(2+)-mediated mitochondrial dysfunction, suggesting a feedback loop between iATP loss and lowering of mitochondrial membrane potential. These results demonstrate the fundamental roles of iATP in the maintenance of mitochondrial function and regulation of IL-1β secretion, and they suggest that maintenance of the intracellular ATP pools could be a strategy for countering NLRP3-mediated inflammation.

Syndrome de fatigue chronique [Chronic fatigue syndrome].

Le syndrome de fatigue chronique (SFC) est une pathologie invalidante, moins rare qu'on ne le pense (prévalence de l'ordre de 0,3-0,9 %), qui associe un épuisement physique persistant et inexpliqué à des douleurs diffuses, des troubles du sommeil, des troubles neurocognitifs et neurovégétatifs. Sa physiopathologie est controversée, mais les pistes de recherche actuelles convergent vers une atteinte dysimmunitaire, dans laquelle le stress oxydatif et un dysfonctionnement des mitochondries semblent jouer un rôle. Il n'existe pas de médication ayant démontré une efficacité spécifique pour le traitement du SFC. La prise en charge consiste à limiter les investigations superflues et à encourager le patient vers un reconditionnement à l'effort très progressif, dans le cadre d'un counselling empathique visant à prévenir les pensées négatives. Chronic fatigue syndrome (CFS) is a debilitating disorder, characterized by a severe, persistant and unexplained fatigue, which can be associated with diffuse pain, sleep difficulties, neurocognitive and neurovegetative troubles. Its prevalence has been estimated between 0.3 and 0.9%. Though its physiopathology remains controversial, evidence is growing that dysimmunity, oxidative stress and mitochondrial dysfunction are involved in its pathogeny. No medication has demonstrated specifc efficacy in the CFS. The management of CFS involves limiting unnecessary investigations, promoting graded exercice therapy, and providing empathic counselling in order to prevent negative thoughts.

Lysine-based surfactants in nanovesicle formulations: the role of cationic charge position and hydrophobicity in in vitro cytotoxicity and intracellular delivery

Understanding nanomaterial interactions within cells is of increasing importance for assessing their toxicity and cellular transport. Here, we developed nanovesicles containing bioactive cationic lysine-based amphiphiles, and assessed whether these cationic compounds increase the likelihood of intracellular delivery and modulate toxicity. We found different cytotoxic responses among the formulations, depending on surfactant, cell line and endpoint assayed. The induction of mitochondrial dysfunction, oxidative stress and apoptosis were the general mechanisms underlying cytotoxicity. Fluorescence microscopy analysis demonstrated that nanovesicles were internalized by HeLa cells, and evidenced that their ability to release endocytosed materials into cell cytoplasm depends on the structural parameters of amphiphiles. The cationic charge position and hydrophobicity of surfactants determine the nanovesicle interactions within the cell and, thus, the resulting toxicity and intracellular behavior after cell uptake of the nanomaterial. The insights into some toxicity mechanisms of these new nanomaterials contribute to reducing the uncertainty surrounding their potential health hazards.

Sorafenib prevents liver fibrosis in a non-alcoholic steatohepatitis (NASH) rodent model

Liver fibrosis occurring as an outcome of non-alcoholic steatohepatitis (NASH) can precede the development of cirrhosis. We investigated the effects of sorafenib in preventing liver fibrosis in a rodent model of NASH. Adult Sprague-Dawley rats were fed a choline-deficient high-fat diet and exposed to diethylnitrosamine for 6 weeks. The NASH group (n=10) received vehicle and the sorafenib group (n=10) received 2.5 mg·kg-1·day-1 by gavage. A control group (n=4) received only standard diet and vehicle. Following treatment, animals were sacrificed and liver tissue was collected for histologic examination, mRNA isolation, and analysis of mitochondrial function. Genes related to fibrosis (MMP9, TIMP1, TIMP2), oxidative stress (HSP60, HSP90, GST), and mitochondrial biogenesis (PGC1α) were evaluated by real-time quantitative polymerase chain reaction (RT-qPCR). Liver mitochondrial oxidation activity was measured by a polarographic method, and cytokines by enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA). Sorafenib treatment restored mitochondrial function and reduced collagen deposition by nearly 63% compared to the NASH group. Sorafenib upregulated PGC1α and MMP9 and reduced TIMP1 and TIMP2 mRNA and IL-6 and IL-10 protein expression. There were no differences in HSP60, HSP90 and GST expression. Sorafenib modulated PGC1α expression, improved mitochondrial respiration and prevented collagen deposition. It may, therefore, be useful in the treatment of liver fibrosis in NASH.

Vulnérabilité cardiaque au stress au cours du remodelage ventriculaire pathologique : rôle de la mitochondrie et du pore de perméabilité transitionnelle (PTP)

L’objectif central de cette thèse de Doctorat était d’investiguer les dysfonctions mitochondriales qui surviennent précocement au cours de la phase compensée du remodelage ventriculaire pathologique et qui pourraient jouer un rôle causal dans la progression vers l’insuffisance cardiaque. Nos travaux antérieurs, réalisés à l’aide d’un modèle de surcharge volumique chronique induite par une fistule aorto-cavale (ACF) chez le Rat WKHA, ont montré qu’au cours du remodelage ventriculaire, les mitochondries développaient une vulnérabilité à l’ouverture du pore de perméabilité transitionnelle (PTP : un élément clé de la signalisation de la mort cellulaire) [1]. Ceci était observable au stade compensé du remodelage en absence des dysfonctions mitochondriales majeures typiquement observées dans le cœur insuffisant. Ces résultats nous ont amenés à suggérer que la vulnérabilité à l’ouverture du PTP pourrait constituer un mécanisme précoce favorisant la progression de la cardiopathie. Dans l’étude 1 de cette thèse, nous avons tenté de tester cette hypothèse en induisant une ACF chez deux souches de rats affichant de très nettes différences au niveau de la propension à développer l’insuffisance cardiaque : les souches WKHA et Sprague Dawley (SD). Nos études in vitro sur organelles isolées et in situ sur l’organe entier ont permis de confirmer que, dans le cœur ACF, les mitochondries développent une vulnérabilité à l’ouverture du PTP et à l’activation de la voie mitochondriale de la mort cellulaire lorsqu’exposées à des stress pertinents à la pathologie (surcharge calcique, ischémie-reperfusion [I-R]). Cependant, bien que comparativement aux animaux WKHA, les animaux SD démontraient un remodelage ventriculaire plus rapide et prononcé et une progression précoce vers l’insuffisance cardiaque, aucune différence n’était observable entre les deux groupes au niveau des dysfonctions mitochondriales, suggérant quelles ne sont pas à l’origine de la progression plus rapide de la pathologie chez la souche SD, à tout le moins en réponse à la surcharge volumique. Nous avons par la suite déterminé, à l’aide des mêmes approches expérimentales, si cette vulnérabilité mitochondriale était observable dans une cardiopathie d’étiologie différente, plus spécifiquement celle qui est associée à la dystrophie musculaire de Duchenne (DMD), une maladie génétique causée par une mutation de la protéine dystrophine. Nos études menées (études 2-4) sur de jeunes souris mdx (le modèle murin de la DMD) exemptes de tout signe clinique de cardiopathie n’ont révélé aucune différence au niveau des fonctions mitochondriales de base. Cependant, tout comme dans le modèle d’ACF, les mitochondries dans le cœur de souris mdx étaient significativement plus vulnérables à l’ouverture du PTP lorsque soumises à une I-R (étude 2). Par ailleurs, nous avons démontré que l’administration aiguë de sildénafil aux souris mdx induisait une abolition de l’ouverture du PTP et de ses conséquences signalétiques, une diminution marquée du dommage tissulaire et une meilleure récupération fonctionnelle à la suite de l’I-R (étude 3). Nous avons ensuite testé chez la souris mdx l’administration aiguë de SS31, un peptide anti-oxydant ciblé aux mitochondries, cependant aucun effet protecteur n’a été observé, suggérant que le tamponnement des radicaux libres est d’une utilité limitée si les perturbations de l’homéostasie calcique typiques à cette pathologie ne sont pas traitées simultanément (étude 4). Globalement, les travaux effectués au cours de cette thèse démontrent que la vulnérabilité à l’ouverture du PTP constitue une dysfonction précoce et commune qui survient au cours de remodelages ventriculaires pathologiques d’étiologies différentes. Par ailleurs, ces travaux suggèrent des stratégies d’intervention pharmacologiques ciblant ce processus, dont l’efficacité pour la prévention de l’insuffisance cardiaque demande à être établie.

Stress oxydatif, fonction mitochondriale et maladie inflammatoire de l'intestin

CONTEXTE: Bien que la dysfunction mitochondriale et le stress oxydant jouent des rôles prépondérants dans plusieurs conditions pathologiques, ils n’ont pas été étudiés de façon extensive au niveau du tube digestif qui est constamment exposé aux oxydants (provenant de l’alimentation) et à divers agents pathogènes. L’ingestion simultanée de sels ferreux et d’acide ascorbique peut causer le dommage des macromolécules par oxydation. Le ‘’Nuclear factor erythroid 2 related factor’’ (Nrf2) est un important facteur de transcription sensible au potentiel redox et qui protège contre le stress oxydant en induisant des gènes anti-oxydants et de detoxification par sa liaison à l’élément de réponse antioxydante (ARE). Les fonctions anti-oxydantes et anti-inflammatoires de Nrf2 ont été décrites dans une variété de types cellulaires et de tissus. Cependant son rôle est très peu connu au niveau du tube digestif. OBJECTIFS: Les objectifs sont d’évaluer comment la peroxydation lipidique médiée par le fer/ascorbate (FE/ASC) affecte les fonctions mitochondriales dans les cellules Caco-2/15, et de déterminer l’ampleur de l’implication de Nrf2. MÉTHODES: Le stress oxydant a été induit dans les cellules Caco2/15 en les traitant avec 0.2mm/2mm de FE/ASC. L’augmentation de l’expression de Nrf2 a été obtenue suite au prétraitement des cellules Caco2/15 avec 50 μM d’Olitpraz (OPZ), un puissant activateur. L’invalidation du gène de Nrf2 a été réalisée dans les cellules par transfection avec un vecteur lentiviral contenant un shRNA contre Nrf2. RÉSULTATS: Nos résultats montrent que le traitement des cellules Caco-2/15 avec du FE/ASC (0.2 mm/2 mm) augmente les niveaux du malondialdehyde (MDA), réduit la production d’ATP, entraîne une surcharge mitochondriale de calcium, active l’expression protéique du cytochrome C et de l’AIF (apoptotic inducing factor), réduit l’activité des complexes I, II, 2 III et IV de la chaîne respiratoire mitochondriale, augmente les niveaux de 8-OHdG, un marqueur des dommages à l’ADN mitochondrial, diminue la DNA glycosylase, et altère les expressions génique et protéique des facteurs de transcription mitochondriaux (mtTFA, mtTFB1, mtTFB2). De plus, nos observations montrent que l’induction et l’activation de Nrf2 dans les cellules Caco-2/15 résultent en: une augmentation des enzymes anti-oxydantes endogènes (catalase, glutathion peroxydase, et superoxyde dismutase), une réduction du facteur nucléaire NFκβ et de TNF-α, une augmentation de la production d’ ATP et de l’activité des complexes respiratoires (I, II, III, IV) et de PGC-1α, et une régulation des niveaux de la prohibitine mitochondriale, du Bcl-2 anti-apoptotique et de l’occludine. CONCLUSION: Dans l’ensemble, nos résultats montrent que l’exposition aigüe des cellules Caco-2/15 à la peroxydation par le FE/ASC entraîne des effets pathologiques sur les fonctions mitochondriales et l’intégrité de l’ADN, qui sont abolis par l’induction de Nrf2. Il en ressort que Nrf2 joue un rôle majeur dans la protection de l’épithélium intestinal contre le stress oxydant.

Regulation of excitotoxicity in thiamine deficiency : role of glutamate transporters.

L’excitotoxicité est un mécanisme physiopathologique majeur impliqué dans la pathogenèse de la déficience en thiamine (DT). Dans les régions cérébrales vulnérables à la DT, on observe une mort cellulaire induite par excitotoxicité dont l’origine semble être la conséquence d’une perturbation du métabolisme énergétique mitochondrial, d’une dépolarisation membranaire soutenue et d’une diminution de l’absorption du glutamate par les astrocytes suite à la diminution de l’expression des transporteurs EAAT1 et EAAT2. Il est clairement établi que le glutamate joue un rôle central dans l’excitotoxicité lors de la DT. Ainsi, la mise en évidence des mécanismes impliqués dans la diminution de l’expression des transporteurs du glutamate est essentielle à la compréhension de la physiopathologie de la DT. L’objectif de cette thèse consiste en l’étude de la régulation des transporteurs astrocytaires du glutamate et la mise au point de stratégies thérapeutiques ciblant la pathogenèse de l’excitotoxicité lors de l’encéphalopathie consécutive à la DT. Les principaux résultats de cette thèse démontrent des perturbations des transporteurs du glutamate à la fois dans des modèles animaux de DT et dans des astrocytes en culture soumis à une DT. La DT se caractérise par la perte du variant d’épissage GLT-1b codant pour un transporteur du glutamate dans le thalamus et le colliculus inférieur, les régions cérébrales affectées lors d’une DT, en l’absence de modification des niveaux d’ARNm. Ces résultats suggèrent une régulation post-transcriptionnelle de l’expression des transporteurs du glutamate en condition de DT. Les études basées sur l’utilisation d’inhibiteurs spécifiques des facteurs de transcription NFkB et de l’enzyme nucléaire poly(ADP)ribose polymérase-1 (PARP-1) démontrent que la régulation de l’expression du transporteur GLT-1 est sous le contrôle de voies de signalisation NFkB dépendantes de PARP-1. Cette étude démontre une augmentation de l’activation de PARP-1 et de NFkB dans les régions vulnérables chez le rat soumis à une DT et en culture d’astrocytes DT. L’inhibition pharmacologique du facteur de transcription NFkB par le PDTC induit une augmentation des niveaux d’expression de GLT-1, tandis que l’inhibition de PARP-1 par le DPQ conduit à l’inhibition de l’hyperactivation de NFkB observée lors de DT. L’ensemble de ces résultats met en évidence un nouveau mécanisme de régulation des transporteurs du glutamate par l’activation de PARP-1. L’accumulation de lactate est une caractéristique de la DT. Un traitement avec le milieu de culture d’astrocytes en condition de DT sur des cultures d’astrocytes naïfs induit une diminution de l’expression de GLT-1 ainsi qu’une inhibition de la capacité d’absorption du glutamate par les astrocytes naïfs. En revanche, l’administration de lactate exogène ne modifie pas le niveau d’expression protéique de GLT-1. Ainsi, des facteurs solubles autres que le lactate sont sécrétés par des astrocytes en condition de perturbation métabolique et peuvent potentiellement réguler l’activité des transporteurs du glutamate et contribuer à la pathogenèse du syncytium astroglial. En outre, la ceftriaxone, un antibiotique de la famille des β-lactamines, augmente de façon différentielle l’expression du variant-d’épissage GLT-1 dans le colliculus inférieur chez le rat DT et en culture d’astrocytes DT. Ces résultats suggèrent que la ceftriaxone peut constituer une avenue thérapeutique dans la régulation de l’activité des transporteurs du glutamate lors de DT. Pour conclure, la mort cellulaire d’origine excitotoxique lors de DT survient en conséquence d’une dysfonction mitochondriale associée à une perturbation du métabolisme énergétique cérébral. La modification de l’expression des transporteurs du gluatamate est sous le contrôle des voies de signalisation NFkB dépendantes du facteur PARP-1. De plus, l’inhibition métabolique et l’augmentation des sécrétions de lactate observées lors de DT peuvent également constituer un autre mécanisme physiopathologique expliquant la diminution d’expression des transporteurs de glutamate. Enfin, la ceftriaxone pourrait représenter une stratégie thérapeutique potentielle dans le traitement de la régulation de l’expression des transporteurs du glutamate et de la perte neuronale associés à l’excitotoxicité observée lors de DT.

Étude dans la cellule bêta pancréatique de voies inhibitrices de la sécrétion d'insuline liées au métabolisme des lipides

Le diabète de type 2 (DT2) est une maladie métabolique complexe causée par des facteurs génétiques mais aussi environnementaux, tels la sédentarité et le surpoids. La dysfonction de la cellule β pancréatique est maintenant reconnue comme l’élément déterminant dans le développement du DT2. Notre laboratoire s’intéresse à la sécrétion d’insuline par la cellule β en réponse aux nutriments calorigéniques et aux mécanismes qui la contrôle. Alors que la connaissance des mécanismes responsables de l’induction de la sécrétion d’insuline en réponse aux glucose et acides gras est assez avancée, les procédés d’inhibition de la sécrétion dans des contextes normaux ou pathologiques sont moins bien compris. L’objectif de la présente thèse était d’identifier quelques-uns de ces mécanismes de régulation négative de la sécrétion d’insuline dans la cellule β pancréatique, et ce en situation normale ou pathologique en lien avec le DT2. La première hypothèse testée était que l’enzyme mitochondriale hydroxyacyl-CoA déshydrogénase spécifique pour les molécules à chaîne courte (short-chain hydroxyacyl-CoA dehydrogenase, SCHAD) régule la sécrétion d’insuline induite par le glucose (SIIG) par la modulation des concentrations d’acides gras ou leur dérivés tels les acyl-CoA ou acyl-carnitine dans la cellule β. Pour ce faire, nous avons utilisé la technologie des ARN interférants (ARNi) afin de diminuer l’expression de SCHAD dans la lignée cellulaire β pancréatique INS832/13. Nous avons par la suite vérifié chez la souris DIO (diet-induced obesity) si une exposition prolongée à une diète riche en gras activerait certaines voies métaboliques et signalétiques assurant une régulation négative de la sécrétion d’insuline et contribuerait au développement du DT2. Pour ce faire, nous avons mesuré la SIIG, le métabolisme intracellulaire des lipides, la fonction mitochondriale et l’activation de certaines voies signalétiques dans les îlots de Langerhans isolés des souris normales (ND, normal diet) ou nourries à la dière riche en gras (DIO) Nos résultats suggèrent que l’enzyme SCHAD est importante dans l’atténuation de la sécrétion d’insuline induite par le glucose et les acides aminés. En effet, l’oxydation des acides gras par la protéine SCHAD préviendrait l’accumulation d’acyl-CoA ou de leurs dérivés carnitine à chaîne courtes potentialisatrices de la sécrétion d’insuline. De plus, SCHAD régule le métabolisme du glutamate par l’inhibition allostérique de l’enzyme glutamate déshydrogénase (GDH), prévenant ainsi une hyperinsulinémie causée par une sur-activité de GDH. L’étude de la dysfonction de la cellule β dans le modèle de souris DIO a démontré qu’il existe une grande hétérogénéité dans l’obésité et l’hyperglycémie développées suite à la diète riche en gras. L’orginialité de notre étude réside dans la stratification des souris DIO en deux groupes : les faibles et forts répondants à la diète (low diet responders (LDR) et high diet responder (HDR)) sur la base de leur gain de poids corporel. Nous avons mis en lumières divers mécanismes liés au métabolisme des acides gras impliqués dans la diminution de la SIIG. Une diminution du flux à travers le cycle TG/FFA accompagnée d’une augmentation de l’oxydation des acides gras et d’une accumulation intracellulaire de cholestérol contribuent à la diminution de la SIIG chez les souris DIO-HDR. De plus, l’altération de la signalisation par les voies AMPK (AMP-activated protein kinase) et PKC epsilon (protéine kinase C epsilon) pourrait expliquer certaines de ces modifications du métabolisme des îlots DIO et causer le défaut de sécrétion d’insuline. En résumé, nous avons mis en lumière des mécanismes importants pour la régulation négative de la sécrétion d’insuline dans la cellule β pancréatique saine ou en situation pathologique. Ces mécanismes pourraient permettre d’une part de limiter l’amplitude ou la durée de la sécrétion d’insuline suite à un repas chez la cellule saine, et d’autre part de préserver la fonction de la cellule β en retardant l’épuisement de celle-ci en situation pathologique. Certaines de ces voies peuvent expliquer l’altération de la sécrétion d’insuline dans le cadre du DT2 lié à l’obésité. À la lumière de nos recherches, le développement de thérapies ayant pour cible les mécanismes de régulation négative de la sécrétion d’insuline pourrait être bénéfique pour le traitement de patients diabétiques.

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

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

Étude du potentiel cytotoxique des nanotubes de carbone simple-paroi chez les cellules épithéliales alvéolaires humaines A549

Il existe un grand intérêt pour le développement et les applications des nanotubes de carbone (NTC) car ils ont un énorme potentiel dans diverses applications industrielles. Cependant, leur dimension nanométrique et leur composition chimique peuvent constituer un risque sur la santé humaine. Les mécanismes responsables de la toxicité des NTC restent encore à définir. L’objectif de ce projet était de déterminer la toxicité potentielle de deux types de nanotubes de carbone simple-paroi (NTCSP): RN 000 et RN 003 chez une lignée cellulaire de pneumocytes de type II, les cellules A549. Méthodologie: Les essais MTS et PrestoBlue®, le test d’exclusion au bleu de trypan, la coloration HT-IP et l’Apoptotic Blebs ont été utilisés pour déterminer la toxicité potentielle de ces NTCSP. Résultats: Suite à une exposition de courte durée (24h), l’essai MTS a montré une diminution de la viabilité cellulaire significative de 20% pour [NTCSP] à 50 et 100 µg/ml et 74% pour [NTCSP] à 1000 µg/mL. Le PrestoBlue® a indiqué une mortalité cellulaire d’environ 45% et de 85% pour des concentration de 500 et 1000 µg/ml de NTCSP. Cependant, les données de l’essai d’exclusion du bleu de trypan ont montré que les NTCSP n’altèrent pas la viabilité cellulaire. L’absence d’une altération de la viabilité cellulaire a été confirmée avec la coloration HT-IP et l’Apoptotic Blebs. Cependant, l’interaction des NTCSP avec les cellules A549 a induit un changement de la morphologie cellulaire ; une diminution de la taille ainsi une augmentation de la structure interne des cellules A549. À une exposition à longue durée (72h), les données ont confirmé les résultats d’exposition à 24h. En effet, il n’y a de pas de mortalité cellulaire, mais une diminution de la prolifération cellulaire. En conclusion, notre étude indique que le RN 000 et le RN 003 interagissent avec les cellules A549 sans altérer leur viabilité, mais en induisant une dysfonction mitochondriale qui pourrait avoir plusieurs conséquences sur la fonction cellulaire.

Disruption of the circadian clock within the cardiomyocyte influences myocardial contractile function, metabolism, and gene expression

Virtually every mammalian cell, including cardiomyocytes, possesses an intrinsic circadian clock. The role of this transcriptionally based molecular mechanism in cardiovascular biology is poorly understood. We hypothesized that the circadian clock within the cardiomyocyte influences diurnal variations in myocardial biology. We, therefore, generated a cardiomyocyte-specific circadian clock mutant (CCM) mouse to test this hypothesis. At 12 wk of age, CCM mice exhibit normal myocardial contractile function in vivo, as assessed by echocardiography. Radiotelemetry studies reveal attenuation of heart rate diurnal variations and bradycardia in CCM mice (in the absence of conduction system abnormalities). Reduced heart rate persisted in CCM hearts perfused ex vivo in the working mode, highlighting the intrinsic nature of this phenotype. Wild-type, but not CCM, hearts exhibited a marked diurnal variation in responsiveness to an elevation in workload (80 mmHg plus 1 mu M epinephrine) ex vivo, with a greater increase in cardiac power and efficiency during the dark (active) phase vs. the light (inactive) phase. Moreover, myocardial oxygen consumption and fatty acid oxidation rates were increased, whereas cardiac efficiency was decreased, in CCM hearts. These observations were associated with no alterations in mitochondrial content or structure and modest mitochondrial dysfunction in CCM hearts. Gene expression microarray analysis identified 548 and 176 genes in atria and ventricles, respectively, whose normal diurnal expression patterns were altered in CCM mice. These studies suggest that the cardiomyocyte circadian clock influences myocardial contractile function, metabolism, and gene expression.

Nicorandil protects cardiac mitochondria against permeability transition induced by ischemia-reperfusion

Ischemia followed by reperfusion is known to negatively affect mitochondrial function by inducing a deleterious condition termed mitochondrial permeability transition. Mitochondrial permeability transition is triggered by oxidative stress, which occurs in mitochondria during ischemia-reperfusion as a result of lower antioxidant defenses and increased oxidant production. Permeability transition causes mitochondrial dysfunction and can ultimately lead to cell death. A drug able to minimize mitochondrial damage induced by ischemia-reperfusion may prove to be clinically effective. We aimed to analyze the effects of nicorandil, an ATP-sensitive potassium channel agonist and vasodilator, on mitochondrial function of rat hearts and cardiac HL-1 cells submitted to ischemia-reperfusion. Nicorandil decreased mitochondrial swelling and calcium uptake. It also decreased reactive oxygen species formation and thiobarbituric acid reactive substances levels, a lipid peroxidation biomarker. We thus confirm previous reports that nicorandil inhibits mitochondrial permeability transition and demonstrate that nicorandil inhibits this process by preventing oxidative damage and mitochondrial calcium overload induced by ischemia-reperfusion, resulting in improved cardiomyocyte viability. These results may explain the good clinical results obtained when using nicorandil in the treatment of ischemic heart disease.