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.

Hepatic damage during acute pancreatitis in the rat

We studied the alterations in the metabolism of liver mitochondria in rats with acute pancreatitis. Male Wistar rats were allocated to a control group (group I) and to five other groups corresponding to 2, 4, 12, 24 and 48 h after the induction of acute pancreatitis by the injection of 5% sodium taurocholate into the pancreatic duct. Sham-operated animals were submitted to the same surgical steps except for the induction of acute pancreatitis. Mitochondrial oxidation and phosphorylation were measured polarographically by determining oxygen consumption without ADP (basal respiration, state 4) and in the presence of ADP (activated respiration, state 3). Serum amylase, transaminases (ALT and AST) and protein were also determined. Ascitic fluid, contents of amylase, trypsin and total protein were also determined and arterial blood pressure was measured in all groups. In ascitic fluid, trypsin and amylase increased reaching a maximum at 2 and 4 h, respectively. Serum amylase increased at 2 h reaching a maximum at 4 h. Serum transaminase levels increased at 12 and 24 h. After 2 h (and also 4 h) there was an increase in state 4 respiration (45.65 ± 1.79 vs 28.96 ± 1.50) and a decrease in respiration control rate (3.53 ± 0.09 vs 4.45 ± 0.08) and in the ADP/O ratio (1.77 ± 0.02 vs 1.91 ± 0.01) compared to controls (P<0.05). These results indicate a disruption of mitochondrial function, which recovered after 12 h. In the 48-h groups there was mitochondrial damage similar to that occurring in ischemic lesion. Beat-to-beat analysis (30 min) showed that arterial blood pressure remained normal up to 24 h (111 ± 3 mmHg) while a significant decrease occurred in the 48-h group (91 ± 4 mmHg). These data suggest biphasic damage in mitochondrial function in acute pancreatitis: an initial uncoupled phase, possibly secondary to enzyme activity, followed by a temporary recovery and then a late and final dysfunction, associated with arterial hypotension, possibly related to ischemic damage.

Ginseng administration protects skeletal muscle from oxidative stress induced by acute exercise in rats

Enzymatic activity was analyzed in the soleus, gastrocnemius (red and white) and plantaris muscles of acutely exercised rats after long-term administration of Panax ginseng extract in order to evaluate the protective role of ginseng against skeletal muscle oxidation. Ginseng extract (3, 10, 100, or 500 mg/kg) was administered orally for three months to male Wistar rats weighing 200 ± 50 g before exercise and to non-exercised rats (N = 8/group). The results showed a membrane stabilizing capacity of the extract since mitochondrial function measured on the basis of citrate synthase and 3-hydroxyacyl-CoA dehydrogenase activities was reduced, on average, by 20% (P < 0.05) after exercise but the activities remained unchanged in animals treated with a ginseng dose of 100 mg/kg. Glutathione status did not show significant changes after exercise or treatment. Lipid peroxidation, measured on the basis of malondialdehyde levels, was significantly higher in all muscles after exercise, and again was reduced by about 74% (P < 0.05) by the use of ginseng extract. The administration of ginseng extract was able to protect muscle from exercise-induced oxidative stress irrespective of fiber type.

Proteomic analysis of cytosolic proteins associated with petite mutations in Candida glabrata

The incidence of superficial or deep-seated infections due to Candida glabrata has increased markedly, probably because of the low intrinsic susceptibility of this microorganism to azole antifungals and its relatively high propensity to acquire azole resistance. To determine changes in the C. glabrata proteome associated with petite mutations, cytosolic extracts from an azole-resistant petite mutant of C. glabrata induced by exposure to ethidium bromide, and from its azole-susceptible parent isolate were compared by two-dimensional polyacrylamide gel electrophoresis. Proteins of interest were identified by peptide mass fingerprinting or sequence tagging using a matrix-assisted laser desorption/ionization tandem time-of-flight mass spectrometer. Tryptic peptides from a total of 160 Coomassie-positive spots were analyzed for each strain. Sixty-five different proteins were identified in the cytosolic extracts of the parent strain and 58 in the petite mutant. Among the proteins identified, 10 were higher in the mutant strain, whereas 23 were lower compared to the parent strain. The results revealed a significant decrease in the enzymes associated with the metabolic rate of mutant cells such as aconitase, transaldolase, and pyruvate kinase, and changes in the levels of specific heat shock proteins. Moreover, transketolase, aconitase and catalase activity measurements decreased significantly in the ethidium bromide-induced petite mutant. These data may be useful for designing experiments to obtain a better understanding of the nuclear response to impairment of mitochondrial function associated with this mutation in C. glabrata.

Effect of high-fat diets on body composition, lipid metabolism and insulin sensitivity, and the role of exercise on these parameters

Dietary fat composition can interfere in the development of obesity due to the specific roles of some fatty acids that have different metabolic activities, which can alter both fat oxidation and deposition rates, resulting in changes in body weight and/or composition. High-fat diets in general are associated with hyperphagia, but the type of dietary fat seems to be more important since saturated fats are linked to a positive fat balance and omental adipose tissue accumulation when compared to other types of fat, while polyunsaturated fats, omega-3 and omega-6, seem to increase energy expenditure and decrease energy intake by specific mechanisms involving hormone-sensitive lipase, activation of peroxisome proliferator-activated receptor α (PPARα) and others. Saturated fat intake can also impair insulin sensitivity compared to omega-3 fat, which has the opposite effect due to alterations in cell membranes. Obesity is also associated with impaired mitochondrial function. Fat excess favors the production of malonyl-CoA, which reduces GLUT4 efficiency. The tricarboxylic acid cycle and beta-oxidation are temporarily uncoupled, forming metabolite byproducts that augment reactive oxygen species production. Exercise can restore mitochondrial function and insulin sensitivity, which may be crucial for a better prognosis in treating or preventing obesity.

Chi-square analysis of the reduction of ATP levels in L-02 hepatocytes by hexavalent chromium

This study explored the reduction of adenosine triphosphate (ATP) levels in L-02 hepatocytes by hexavalent chromium (Cr(VI)) using chi-square analysis. Cells were treated with 2, 4, 8, 16, or 32 μM Cr(VI) for 12, 24, or 36 h. Methyl thiazolyl tetrazolium (MTT) experiments and measurements of intracellular ATP levels were performed by spectrophotometry or bioluminescence assays following Cr(VI) treatment. The chi-square test was used to determine the difference between cell survival rate and ATP levels. For the chi-square analysis, the results of the MTT or ATP experiments were transformed into a relative ratio with respect to the control (%). The relative ATP levels increased at 12 h, decreased at 24 h, and increased slightly again at 36 h following 4, 8, 16, 32 μM Cr(VI) treatment, corresponding to a "V-shaped" curve. Furthermore, the results of the chi-square analysis demonstrated a significant difference of the ATP level in the 32-μM Cr(VI) group (P < 0.05). The results suggest that the chi-square test can be applied to analyze the interference effects of Cr(VI) on ATP levels in L-02 hepatocytes. The decreased ATP levels at 24 h indicated disruption of mitochondrial energy metabolism and the slight increase of ATP levels at 36 h indicated partial recovery of mitochondrial function or activated glycolysis in L-02 hepatocytes.

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.

Caractérisation clinique et génétique d’une nouvelle forme d’ataxie autosomique récessive dans la population québécoise

Les ataxies autosomiques récessives sont un groupe de troubles neurologiques hétérogènes caractérisés par une incoordination brute des mouvements musculaires impliquant le dysfonctionnement nerveux du cervelet qui coordonne le mouvement. Plusieurs formes héréditaires ont été décrites dont la plus connue : l’ataxie de Friedriech. Dans cette thèse nous rapportons l'identification et la caractérisation d’une nouvelle forme dans la population québécoise. L’ataxie récessive spastique avec leucoencéphalopathie (ARSAL; aussi connue comme l’ataxie autosomique récessive spastique de type 3 (SPAX3); OMIM 611390) est la deuxième ataxie spastique décrite dans la population canadienne française. En effet, près de 50 % de nos cas sont originaires de la région de Portneuf. En 2006, nous avons décrit les caractéristiques cliniques de cette nouvelle forme d’ataxie. Un premier criblage du génome entier, constitué de plus de 500 marqueurs microsatellites, a permis la localisation du locus sur le chromosome 2q33-34. Suite au séquençage de plus de 37 gènes candidats et afin de rétrécir cet intervalle candidat, nous avons utilisé une micro-puce d’ADN constituée de marqueurs SNP «single nucleotide polymorphism» et nous avons identifié un deuxième intervalle candidat de 0.658Mb au locus 2q33 dans lequel se trouvent moins de 9 gènes. L’identification et la caractérisation de ces mutations a nécessité l’utilisation de diverses technologies de pointe. Trois mutations (une délétion et deux réarrangements complexes) dans le gène mitochondrial tRNA-synthetase (MARS2) ont été identifiées dans notre cohorte. Nous émettons l’hypothèse que la nature des mutations complexes est responsable d’un dérèglement de la transcription du gène, ce qui a un impact néfaste sur la fonction mitochondriale et le tissu neuronal.

Antiobesity and antidiabetic activity of P. balsamifera, its active Salicortin, and L. laricina, medicinal plants from the traditional pharmacopoeia of the James Bay Cree

La prévalence de l’obésité, du diabète de type 2, et du syndrome métabolique, sont à la hausse chez les Cris d’Eeyou Istchee (CEI-Nord du Québec). Ces problèmes sont aggravés par leur diète non traditionnelle, leur sédentarité, ainsi que par une résistance culturelle aux produits pharmaceutiques. Afin de développer des traitements antidiabétiques culturellement adaptés, notre équipe a effectué une enquête ethnobotanique qui a identifié 17 plantes provenant de la pharmacopée traditionnelle des CEI. À partir des études de criblage effectuées in vitro, deux plantes parmi les 17 ont attiré notre attention. Populus balsamifera L. (Salicaceae) pour ses propriétés anti-obésité et Larix laricina K. Koch (Pinaceae) pour ses propriétés antidiabétiques. P. balsamifera et son composé actif salicortin ont inhibé l’accumulation de triglycérides durant l’adipogénèse dans les adipocytes 3T3-L1. L. laricina a augmenté le transport de glucose et l’activation de l’AMPK dans les cellules musculaires C2C12, l’adipogénèse dans les 3T3-L1 et a démontré un fort potentiel découpleur (propriété anti-obésité). Les objectifs de cette thèse sont d'évaluer les potentiels anti-obésité et antidiabétique et d’élucider les mécanismes d'action de P. balsamifera, salicortin, et L. laricina chez la souris C57BL/6 rendue obèse par une diète riche en gras (HFD). Les souris ont été soumises pendant huit (étude préventive) ou seize semaines (étude traitement) à une HFD, ou à une HFD dans laquelle P. balsamifera, salicortin, ou L. laricina a été incorporé soit dès le départ (prévention), ou dans les 8 dernières des 16 semaines d'administration de HFD (traitement). iv Les résultats démontrent que P. balsamifera (dans les deux études) et salicortin (évalué dans l’étude traitement) diminuent: le poids corporel, le gras rétropéritonéal, la sévérité de la stéatose et l’accumulation de triglycérides hépatique (ERK impliqué), les niveaux de glycémie et d'insuline, et le ratio leptine/adiponectine. Dans les deux études, P. balsamifera a significativement réduit la consommation de nourriture mais cet effet coupe-faim nécessite d’être approfondi. Dans l'étude préventive, P. balsamifera a augmenté la dépense énergétique (hausse de la température à la surface de la peau et de l’activation de la protéine découplante-1; UCP-1). Les voies de signalisation activées par P. balsamifera et par salicortin (de façon plus modeste) sont impliquées dans: la production de glucose hépatique (Akt), l’expression de Glut4 dans le muscle squelettique, la captation du glucose et du métabolisme des lipides (Akt dans le tissu adipeux), la différenciation des adipocytes (ERK et PPARg), l’inflammation dans le foie (IKKαβ), et l'oxydation des acides gras dans le muscle, le foie, ou le tissu adipeux (PPARa et CPT-1). D’autre part, L. laricina a également diminué les niveaux de glycémie et d’insuline, le ratio leptine/adiponectine, le gras rétropéritonéal et le poids corporel. Ces effets ont été observés en conjonction avec une augmentation de la dépense énergétique: hausse de température à la surface de la peau (prévention) et amélioration de la fonction mitochondriale et de la synthèse d'ATP (traitement). En conclusion, l’utilisation de P. balsamifera, salicortin et L. laricina comme des traitements alternatifs et culturellement adaptés aux CEI représente une contribution importante dans la prévention et le traitement de l’obésité et du diabète.

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.

Uncovering the role of misfolded SOD1 in the pathogenesis of Amyotrophic Lateral Sclerosis

La sclérose latérale amyothrophique (SLA) est une maladie neurodégénérative charactérisée par la perte des neurones moteurs menant à la paralysie et à la mort. Environ 20% des cas familiaux de la SLA sont causés par des mutations de la superoxyde dismutase 1 (SOD1), conduisant vers un mauvais repliement de la protéine SOD1, ce qui a comme conséquence un gain de fonction toxique. Plusieurs anticorps spécifiques pour la forme mal repliée de la protéine ont été générés et utilisés comme agent thérapeutique dans des modèles précliniques. Comment le mauvais repliement de SOD1 provoque la perte sélective des neurones moteurs demeure non résolu. La morphologie, le bilan énergétique et le transport mitochondrial sont tous documentés dans les modèles de la SLA basés sur SOD1, la détérioration des mitochondries joue un rôle clé dans la dégénération des neurones moteurs. De plus, la protéine SOD1 mal repliée s’associe sélectivement sur la surface des mitochondries de la moelle épinière chez les modèles de rongeurs de la SLA. Notre hypothèse est que l’accumulation de la protéine SOD1 mal repliée sur les mitochondries pourrait nuire aux fonctions mitochondriales. À cette fin, nous avons développé un nouvel essai par cytométrie de flux afin d’isoler les mitochondries immunomarquées avec des anticorps spécifiques à la forme malrepliée de SOD1 tout en évaluant des aspects de la fonction mitochondriale. Cette méthode permettra de comparer les mitochondries portant la protéine SOD1 mal repliée à celles qui ne la portent pas. Nous avons utilisé un anticorps à conformation spécifique de SOD1, B8H10, pour démontrer que la protéine mal repliée SOD1 s’associe avec les mitochondries de la moelle épinière des rat SOD1G93A d’une manière dépendante du temps. Les mitochondries avec la protéine mal repliée SOD1 B8H10 associée à leur surface (B8H10+) ont un volume et une production excessive de superoxyde significativement plus grand, mais possèdent un potentiel transmembranaire comparable aux mitochondries B8H10-. En outre, la présence de la protéine mal repliée SOD1 reconnue par B8H10 coïncide avec des niveaux plus élevés de la forme pro-apoptotique de Bcl-2. L’immunofluorescence de sections de moelle épinière du niveau lombaire avec l’anticorps spécifique à la conformation B8H10 et AMF7-63, un autre anticorps conformationnel spécifique de SOD1, démontre des motifs de localisations distincts. B8H10 a été trouvé principalement dans les neurones moteurs et dans plusieurs points lacrymaux dans tout le neuropile. Inversement, AMF7-63 a marqué les neurones moteurs ainsi qu’un réseau fibrillaire distinctif concentré dans la corne antérieure. Au niveau subcellulaire, SOD1 possèdant la conformation reconnu par AMF7-63 est aussi localisée sur la surface des mitochondries de la moelle épinière d’une manière dépendante du temps. Les mitochondries AMF7-63+ ont une augmentation du volume comparé aux mitochondries B8H10+ et à la sous-population non marquée. Cependant, elles produisent une quantité similaire de superoxyde. Ensemble, ces données suggèrent qu’il y a plusieurs types de protéines SOD1 mal repliées qui convergent vers les mitochondries et causent des dommages. De plus, différentes conformations de SOD1 apportent une toxicité variable vers les mitochondries. Les protéines SOD1 mal repliées réagissant à B8H10 et AMF7-63 sont présentes en agrégats dans les fractions mitochondriales, nous ne pouvons donc pas prendre en compte leurs différents effets sur le volume mitochondrial. Les anticorps conformationnels sont des outils précieux pour identifier et caractériser le continuum du mauvais repliement de SOD1 en ce qui concerne les caractéristiques biochimiques et la toxicité. Les informations présentes dans cette thèse seront utilisées pour déterminer le potentiel thérapeutique de ces anticorps.

Inflammatory modulation of exercise salience: using hormesis to return to a healthy lifestyle

Most of the human population in the western world has access to unlimited calories and leads an increasingly sedentary lifestyle. The propensity to undertake voluntary exercise or indulge in spontaneous physical exercise, which might be termed "exercise salience", is drawing increased scientific attention. Despite its genetic aspects, this complex behaviour is clearly modulated by the environment and influenced by physiological states. Inflammation is often overlooked as one of these conditions even though it is known to induce a state of reduced mobility. Chronic subclinical inflammation is associated with the metabolic syndrome; a largely lifestyle-induced disease which can lead to decreased exercise salience. The result is a vicious cycle that increases oxidative stress and reduces metabolic flexibility and perpetuates the disease state. In contrast, hormetic stimuli can induce an anti-inflammatory phenotype, thereby enhancing exercise salience, leading to greater biological fitness and improved functional longevity. One general consequence of hormesis is upregulation of mitochondrial function and resistance to oxidative stress. Examples of hormetic factors include calorie restriction, extreme environmental temperatures, physical activity and polyphenols. The hormetic modulation of inflammation, and thus, exercise salience, may help to explain the highly heterogeneous expression of voluntary exercise behaviour and therefore body composition phenotypes of humans living in similar obesogenic environments.

Lifestyle-induced metabolic inflexibility and accelerated ageing syndrome: insulin resistance, friend or foe?

The metabolic syndrome may have its origins in thriftiness, insulin resistance and one of the most ancient of all signalling systems, redox. Thriftiness results from an evolutionarily-driven propensity to minimise energy expenditure. This has to be balanced with the need to resist the oxidative stress from cellular signalling and pathogen resistance, giving rise to something we call 'redox-thriftiness'. This is based on the notion that mitochondria may be able to both amplify membrane-derived redox growth signals as well as negatively regulate them, resulting in an increased ATP/ROS ratio. We suggest that 'redox-thriftiness' leads to insulin resistance, which has the effect of both protecting the individual cell from excessive growth/inflammatory stress, while ensuring energy is channelled to the brain, the immune system, and for storage. We also suggest that fine tuning of redox-thriftiness is achieved by hormetic (mild stress) signals that stimulate mitochondrial biogenesis and resistance to oxidative stress, which improves metabolic flexibility. However, in a non-hormetic environment with excessive calories, the protective nature of this system may lead to escalating insulin resistance and rising oxidative stress due to metabolic inflexibility and mitochondrial overload. Thus, the mitochondrially-associated resistance to oxidative stress (and metabolic flexibility) may determine insulin resistance. Genetically and environmentally determined mitochondrial function may define a 'tipping point' where protective insulin resistance tips over to inflammatory insulin resistance. Many hormetic factors may induce mild mitochondrial stress and biogenesis, including exercise, fasting, temperature extremes, unsaturated fats, polyphenols, alcohol, and even metformin and statins. Without hormesis, a proposed redox-thriftiness tipping point might lead to a feed forward insulin resistance cycle in the presence of excess calories. We therefore suggest that as oxidative stress determines functional longevity, a rather more descriptive term for the metabolic syndrome is the 'lifestyle-induced metabolic inflexibility and accelerated ageing syndrome'. Ultimately, thriftiness is good for us as long as we have hormetic stimuli; unfortunately, mankind is attempting to remove all hormetic (stressful) stimuli from his environment.

Participation of the liver gluconeogenesis in the glibenclamide-induced hypoglycaemia in rats

We previously demonstrated an increased liver gluconeogenesis (LG) during insulin-induced hypoglycaemia. Thus, an expected effect of sulphonylureas induced hypoglycaemia (SIH) could be the activation of LG. However, sulphonylureas infused directly in to the liver inhibits LG. Considering these opposite effects we investigated herein LG in rats submitted to SIH. For this purpose, 24 h fasted rats that received glibenclamide (10 mg kg(-1)) were used (SIH group). Control group received oral saline. Glycaemia at 30, 60, 90, 120 and 150 min after oral administration of glibenclamide were evaluated. Since the lowest glycaemia was obtained 120 min after glibenclamide administration, this time was chosen to investigate LG in situ perfused livers. The gluconeogenesis from precursors that enters in this metabolic pathway before the mitochondrial step, i.e. L-alanine (5 mM), L-lactate (2 mM), pyruvate (5 mM) and L-glutamine were decreased (p < 0.05). However, the gluconeogenic activity using glycerol (2 mM), which enters in the gluconeogenesis after the mitochondrial step was maintained. Taken together, the results suggest that the inhibition of LG promoted by SIH overcome the activation of this metabolic pathway promoted by IIH and could be attributed, at least in part, to its effect on mitochondrial function. Copyright (C) 2011 John Wiley & Sons, Ltd.

Molecular Characterization of Propolis-Induced Cell Death in Saccharomyces cerevisiae

Propolis, a natural product of plant resins, is used by the bees to seal holes in their honeycombs and protect the hive entrance. However, propolis has also been used in folk medicine for centuries. Here, we apply the power of Saccharomyces cerevisiae as a model organism for studies of genetics, cell biology, and genomics to determine how propolis affects fungi at the cellular level. Propolis is able to induce an apoptosis cell death response. However, increased exposure to propolis provides a corresponding increase in the necrosis response. We showed that cytochrome c but not endonuclease G (Nuc1p) is involved in propolis-mediated cell death in S. cerevisiae. We also observed that the metacaspase YCA1 gene is important for propolis-mediated cell death. To elucidate the gene functions that may be required for propolis sensitivity in eukaryotes, the full collection of about 4,800 haploid S. cerevisiae deletion strains was screened for propolis sensitivity. We were able to identify 138 deletion strains that have different degrees of propolis sensitivity compared to the corresponding wild-type strains. Systems biology revealed enrichment for genes involved in the mitochondrial electron transport chain, vacuolar acidification, negative regulation of transcription from RNA polymerase II promoter, regulation of macroautophagy associated with protein targeting to vacuoles, and cellular response to starvation. Validation studies indicated that propolis sensitivity is dependent on the mitochondrial function and that vacuolar acidification and autophagy are important for yeast cell death caused by propolis.