Mitochondria, calcium and pro-apoptotic proteins as mediators in cell death signaling

Cellular Ca2+ signals are crucial in the control of most physiological processes, cell injury and programmed cell death through the regulation of a number of Ca2+-dependent enzymes such as phospholipases, proteases, and nucleases. Mitochondria along with the endoplasmic reticulum play pivotal roles in regulating intracellular Ca2+ content. Mitochondria are endowed with multiple Ca2+ transport mechanisms by which they take up and release Ca2+ across their inner membrane. During cellular Ca2+ overload, mitochondria take up cytosolic Ca2+, which in turn induces opening of permeability transition pores and disrupts the mitochondrial membrane potential (Dym). The collapse of Dym along with the release of cytochrome c from mitochondria is followed by the activation of caspases, nuclear fragmentation and cell death. Members of the Bcl-2 family are a group of proteins that play important roles in apoptosis regulation. Members of this family appear to differentially regulate intracellular Ca2+ level. Translocation of Bax, an apoptotic signaling protein, from the cytosol to the mitochondrial membrane is another step in this apoptosis signaling pathway.

Inhibition of the sarcoplasmic reticulum Ca2+ pump with thapsigargin to estimate the contribution of Na+-Ca2+ exchange to ventricular myocyte relaxation

Relaxation in the mammalian ventricle is initiated by Ca2+ removal from the cytosol, which is performed by three main transport systems: sarcoplasmic reticulum Ca2+-ATPase (SR-A), Na+-Ca2+ exchanger (NCX) and the so-called slow mechanisms (sarcolemmal Ca2+-ATPase and mitochondrial Ca2+ uptake). To estimate the relative contribution of each system to twitch relaxation, SR Ca2+ accumulation must be selectively inhibited, usually by the application of high caffeine concentrations. However, caffeine has been reported to often cause changes in membrane potential due to NCX-generated inward current, which compromises the reliability of its use. In the present study, we estimated integrated Ca2+ fluxes carried by SR-A, NCX and slow mechanisms during twitch relaxation, and compared the results when using caffeine application (Cf-NT) and an electrically evoked twitch after inhibition of SR-A with thapsigargin (TG-TW). Ca2+ transients were measured in 20 isolated adult rat ventricular myocytes with indo-1. For transients in which one or more transporters were inhibited, Ca2+ fluxes were estimated from the measured free Ca2+ concentration and myocardial Ca2+ buffering characteristics. NCX-mediated integrated Ca2+ flux was significantly higher with TG-TW than with Cf-NT (12 vs 7 µM), whereas SR-dependent flux was lower with TG-TW (77 vs 81 µM). The relative participations of NCX (12.5 vs 8% with TG-TW and Cf-NT, respectively) and SR-A (85 vs 89.5% with TG-TW and Cf-NT, respectively) in total relaxation-associated Ca2+ flux were also significantly different. We thus propose TG-TW as a reliable alternative to estimate NCX contribution to twitch relaxation in this kind of analysis.

Respiration, oxidative phosphorylation, and uncoupling protein in Candida albicans

The respiration, membrane potential (Dy), and oxidative phosphorylation of mitochondria in situ were determined in spheroplasts obtained from Candida albicans control strain ATCC 90028 by lyticase treatment. Mitochondria in situ were able to phosphorylate externally added ADP (200 µM) in the presence of 0.05% BSA. Mitochondria in situ generated and sustained stable mitochondrial Dy respiring on 5 mM NAD-linked substrates, 5 mM succinate, or 100 µM N,N,N',N'-tetramethyl-p-phenylenediamine dihydrochloride plus 1 mM ascorbate. Rotenone (4 µM) inhibited respiration by 30% and 2 µM antimycin A or myxothiazole and 1 mM cyanide inhibited it by 85%. Cyanide-insensitive respiration was partially blocked by 2 mM benzohydroxamic acid, suggesting the presence of an alternative oxidase. Candida albicans mitochondria in situ presented a carboxyatractyloside-insensitive increase of Dy induced by 5 mM ATP and 0.5% BSA, and Dy decrease induced by 10 µM linoleic acid, both suggesting the existence of an uncoupling protein. The presence of this protein was subsequently confirmed by immunodetection and respiration experiments with isolated mitochondria. In conclusion, Candida albicans ATCC 90028 possesses an alternative electron transfer chain and alternative oxidase, both absent in animal cells. These pathways can be exceptional targets for the design of new chemotherapeutic agents. Blockage of these respiratory pathways together with inhibition of the uncoupling protein (another potential target for drug design) could lead to increased production of reactive oxygen species, dysfunction of Candida mitochondria, and possibly to oxidative cell death.

The cytotoxicity of methacryloxylethyl cetyl ammonium chloride, a cationic antibacterial monomer, is related to oxidative stress and the intrinsic mitochondrial apoptotic pathway

Antibacterial monomers incorporated in dentin bonding systems may have toxic effects on the pulp. Thus, the cytotoxicity of antibacterial monomers and its underlying mechanisms must be elucidated to improve the safety of antibacterial monomer application. The influence of an antibacterial monomer, methacryloxylethyl cetyl ammonium chloride (DMAE-CB), on the vitality of L929 mouse fibroblasts was tested using MTT assay. Cell cycle progression was studied using flow cytometry. Production of intracellular reactive oxygen species (ROS) after DMAE-CB treatment was measured using 2,7-dichlorodihydrofluorescein diacetate staining and flow cytometry analysis. Loss of mitochondrial membrane potential, disturbance of Bcl-2 and Bax expression, as well as release of cytochrome C were also measured using flow cytometry analysis or Western blot to explore the possible involvement of the mitochondrial-related apoptotic pathway. DMAE-CB elicited cell death in a dose-dependent manner and more than 50% of cells were killed after treatment with 30 µM of the monomer. Both necrosis and apoptosis were observed. DMAE-CB also induced G1- and G2-phase arrest. Increased levels of intracellular ROS were observed after 1 h and this overproduction was further enhanced by 6-h treatment with the monomer. DMAE-CB may cause apoptosis by disturbing the expression of Bcl-2 and Bax, reducing the mitochondrial potential and inducing release of cytochrome C. Taken together, these findings suggest that the toxicity of the antibacterial monomer DMAE-CB is associated with ROS production, mitochondrial dysfunction, cell cycle disturbance, and cell apoptosis/necrosis.

Esculetin, a coumarin derivative, exerts in vitro and in vivo antiproliferative activity against hepatocellular carcinoma by initiating a mitochondrial-dependent apoptosis pathway

This study investigated the in vitro and in vivo antiproliferative activity of esculetin against hepatocellular carcinoma, and clarified its potential molecular mechanisms. Cell viability was determined by the MTT (tetrazolium) colorimetric assay. In vivoantitumor activity of esculetin was evaluated in a hepatocellular carcinoma mouse model. Seventy-five C57BL/6J mice were implanted with Hepa1-6 cells and randomized into five groups (n=15 each) given daily intraperitoneal injections of vehicle (physiological saline), esculetin (200, 400, or 700 mg·kg-1·day-1), or 5-Fu (200 mg·kg-1·day-1) for 15 days. Esculetin significantly decreased tumor growth in mice bearing Hepa1-6 cells. Tumor weight was decreased by 20.33, 40.37, and 55.42% with increasing doses of esculetin. Esculetin significantly inhibited proliferation of HCC cells in a concentration- and time-dependent manner and with an IC50 value of 2.24 mM. It blocked the cell cycle at S phase and induced apoptosis in SMMC-7721 cells with significant elevation of caspase-3 and caspase-9 activity, but did not affect caspase-8 activity. Moreover, esculetin treatment resulted in the collapse of mitochondrial membrane potential in vitro and in vivo accompanied by increased Bax expression and decreased Bcl-2 expression at both transcriptional and translational levels. Thus, esculetin exerted in vitro and in vivo antiproliferative activity in hepatocellular carcinoma, and its mechanisms involved initiation of a mitochondrial-mediated, caspase-dependent apoptosis pathway.

Propofol inhibits burn injury-induced hyperpermeability through an apoptotic signal pathway in microvascular endothelial cells

Recent studies have revealed that an intrinsic apoptotic signaling cascade is involved in vascular hyperpermeability and endothelial barrier dysfunction. Propofol (2,6-diisopropylphenol) has also been reported to inhibit apoptotic signaling by regulating mitochondrial permeability transition pore (mPTP) opening and caspase-3 activation. Here, we investigated whether propofol could alleviate burn serum-induced endothelial hyperpermeability through the inhibition of the intrinsic apoptotic signaling cascade. Rat lung microvascular endothelial cells (RLMVECs) were pretreated with propofol at various concentrations, followed by stimulation with burn serum, obtained from burn-injury rats. Monolayer permeability was determined by transendothelial electrical resistance. Mitochondrial release of cytochrome C was measured by ELISA. Bax and Bcl-2 expression and mitochondrial release of second mitochondrial-derived activator of caspases (smac) were detected by Western blotting. Caspase-3 activity was assessed by fluorometric assay; mitochondrial membrane potential (Δψm) was determined with JC-1 (a potential-sensitive fluorescent dye). Intracellular ATP content was assayed using a commercial kit, and reactive oxygen species (ROS) were measured by dichlorodihydrofluorescein diacetate (DCFH-DA). Burn serum significantly increased monolayer permeability (P<0.05), and this effect could be inhibited by propofol (P<0.05). Compared with a sham treatment group, intrinsic apoptotic signaling activation - indicated by Bax overexpression, Bcl-2 downregulation, Δψm reduction, decreased intracellular ATP level, increased cytosolic cytochrome C and smac, and caspase-3 activation - was observed in the vehicle group. Propofol not only attenuated these alterations (P<0.05 for all), but also significantly decreased burn-induced ROS production (P<0.05). Propofol attenuated burn-induced RLMVEC monolayer hyperpermeability by regulating the intrinsic apoptotic signaling pathway.

Effect of hyperbaric oxygenation on mitochondrial function of neuronal cells in the cortex of neonatal rats after hypoxic-ischemic brain damage

The timing and mechanisms of protection by hyperbaric oxygenation (HBO) in hypoxic-ischemic brain damage (HIBD) have only been partially elucidated. We monitored the effect of HBO on the mitochondrial function of neuronal cells in the cerebral cortex of neonatal rats after HIBD. Neonatal Sprague-Dawley rats (total of 360 of both genders) were randomly divided into normal control, HIBD, and HIBD+HBO groups. The HBO treatment began immediately after hypoxia-ischemia (HI) and continued once a day for 7 consecutive days. Animals were euthanized 0, 2, 4, 6, and 12 h post-HI to monitor the changes in mitochondrial membrane potential (ΔΨm) occurring soon after a single dose of HBO treatment, as well as 2, 3, 4, 5, 6, and 7 days post-HI to study ΔΨm changes after a series of HBO treatments. Fluctuations in ΔΨm were observed in the ipsilateral cortex in both HIBD and HIBD+HBO groups. Within 2 to 12 h after HI insult, the ΔΨm of the HIBD and HIBD+HBO groups recovered to some extent. A secondary drop in ΔΨm was observed in both groups during the 1-4 days post-HI period, but was more severe in the HIBD+HBO group. There was a secondary recovery of ΔΨm observed in the HIBD+HBO group, but not in the HIBD group, during the 5-7 days period after HI insult. HBO therapy may not lead to improvement of neural cell mitochondrial function in the cerebral cortex in the early stage post-HI, but may improve it in the sub-acute stage post-HI.

Electrogenic proton/L-glutamate symport in isolated asparagus sprengeri mesophyll cell

Medium' alkaliniiation occurred -lipon the addition of L-Glu to mechanically isolated Asparagus sprenger-i mesophyll cells suspended in 1 mM CaS04. Alkalinization resulted from the coupled entry of H+ and L-Glu anion into the cells. This H+ IL-Glu symport did not stimulate K+ efflux. K+ efflux has been observed during H~ lamino acid symport in other systems. The stimulation of K+ efflux by proton coupled symport is regarded as an indicator of a plasma membrane depolarizing electrogenic symport process. H+ IL-Glu symport in Asparagus sprengerimesophyl1 cells was investigated to determine whether or not the process was electrogenic. The rate of uptake of 0.25 11M 3H-MTPP+ ( Methyltriphenylphosphonium, methyl-3H ) is a probe for monitoring changes in the membrane potential. 3HMTPP+ uptake was reduced by K+ or CCCP, agents known to depolarize the membrane potential. Uptake of 3H-MTPP+ was also inhibited by L-Glu but not by D-Glu. Conversely, 10 mM external MTPP+ inhibited the uptake of 14C-U-LGlu. Simultaneous measurements of the rates of 14C-U-L-Glu uptake and L-Glu dependent H+ influx showed that the molar stoichiometry of H+ IL-Glu symport was 2 to 1. K+ or Na+ stimulated H+ efflux was completely inhibited by DCCD, DES, oligomycin and antimycin reagents which inhibit ATP driven H+ efflux. The H+ efflux \Vas also stimulate.d by the weak acids, butyric acid and acetic acid, which are known fo-aCidify the cytoplasm. This weak acid stimulated H+ efflux was also completely inhibited by oligomycin. It was calculated that net L-Glu dependent H+ influx increased by 100% in the presence of oligomycin and that despite net medium alkalinization H+ IL-Glu symport stimulates ATP dependent H+ efflux. 11 The data presented in this study indicate that H+ IL-Glu symport is electrogenic. The data also show that ATP dependent Ht efflux rather than K+ efflux is the- process compensating for thi~ electrogenic H+ IL-Glu symport.

Base moléculaire et rôle du courant potassique transitoire I(A) des interneurones de l'hippocampe chez le rongeur

Les mécanismes cellulaires et moléculaires qui sous-tendent la mémoire et l’apprentissage chez les mammifères sont incomplètement compris. Le rythme thêta de l’hippocampe constitue l’état « en ligne » de cette structure qui est cruciale pour la mémoire déclarative. Dans la région CA1 de l’hippocampe, les interneurones inhibiteurs LM/RAD démontrent des oscillations de potentiel membranaire (OPM) intrinsèques qui pourraient se révéler importantes pour la génération du rythme thêta. Des travaux préliminaires ont suggéré que le courant K+ I(A) pourrait être impliqué dans la génération de ces oscillations. Néanmoins, peu de choses sont connues au sujet de l’identité des sous-unités protéiques principales et auxiliaires qui soutiennent le courant I(A) ainsi que l’ampleur de la contribution fonctionnelle de ce courant K+ dans les interneurones. Ainsi, cette thèse de doctorat démontre que le courant I(A) soutient la génération des OPM dans les interneurones LM/RAD et que des protéines Kv4.3 forment des canaux qui contribuent à ce courant. De plus, elle approfondit les connaissances sur les mécanismes qui régissent les interactions entre les sous-unités principales de canaux Kv4.3 et les protéines accessoires KChIP1. Finalement, elle révèle que la protéine KChIP1 module le courant I(A)-Kv4.3 natif et la fréquence de décharge des potentiels d’action dans les interneurones. Nos travaux contribuent à l’avancement des connaissances dans le domaine de la modulation de l’excitabilité des interneurones inhibiteurs de l’hippocampe et permettent ainsi de mieux saisir les mécanismes qui soutiennent la fonction de l’hippocampe et possiblement la mémoire chez les mammifères.

Modulation de la neurogénèse par la glycine

Les vertébrés, du poisson à l'homme, possèdent un potentiel membranaire médié en partie par les ions chlorure (Cl-). L’une des premières formes d’activité neuronale lors du développement est la dépolarisation médiée par les ions chlorures extrudés par les canaux glycinergiques (GlyR) et GABAergiques. Cette dépolarisation est rendu possible grâce à l’expression retardée du co-transporteur d’ions chlorure et de potassium KCC2 lors du développement qui génère un gradient hyperpolarisant postnatalement chez les mammifères. Le rôle de cette dépolarisation précoce paradoxale durant le développement est inconnu. En injectant l’ARNm de KCC2 dans des embryons de poissons zébrés nouvellement fertilisé, nous avons devancé l’expression de ce co-transporteur rendant ainsi la glycine hyperpolarisante dans tous les neurones dès les premières phases du développement. Nous avons aussi ciblé le récepteur glycinergique directement en bloquant son activité et son expression à l’aide d’une drogue spécifique, la strychnine et d’un morpholino antisens (Knockdown). Dans les trois cas (KCC2, strychnine et GlyR KD), les perturbations de l’activité neuronale ont provoqués des erreurs dans la neurogenèse, en particulier une diminution du nombre d’interneurones sans avoir d’effets sur les motoneurones et les neurones sensoriels. De plus, en bloquant les canaux calciques activés à bas voltage dans le développement avec la drogue nifedipine, il y a des erreurs dans la neurogénèse semblables à celles remarquées dans les trois conditions précédentes. Nous concluons que la dépolarisation précoce par la glycine permet l’entrée du calcium et l’activation de la neurogénèse chez les interneurones.

Influence des glycines du lien S4-S5 sur le couplage électromécanique des canaux ioniques dépendants du voltage

Les canaux potassiques dépendants du voltage sont formés de quatre sous-unités, chacune possédant six segments transmembranaires (S1-S6) et une boucle (p-loop) qui se trouve entre le cinquième et le sixième segment au niveau du pore. Il est connu que le segment senseur du voltage (S1-S4) subit un mouvement lorsque le potentiel membranaire change. Pour ouvrir le canal, il est nécessaire de transférer l'énergie du senseur du voltage (généré par le mouvement des charges positives de S4) au pore. Le mécanisme exact de ce couplage électromécanique est encore sous étude. Un des points de liaison entre le senseur de voltage et le pore est le lien physique fait par le segment S4-S5 (S45L). Le but de cette étude est de déterminer l'influence de la flexibilité du segment S45L sur le processus de couplage. Dans le S45L, trois glycines sont distribuées dans des positions différentes. Elles sont responsables de la flexibilité des hélices-alpha. Ces glycines (mais pas leurs positions exactes) sont conservées pour tous les canaux potassiques dépendants de potentiel. En utilisant la technique de mutagènes dirigé, la glycine a été remplacée dans chacune de ces différentes positions par une alanine et dans une deuxième étape, par une proline (pour introduire un angle dans l'hélice). Pour étudier le comportement des canaux dans cette nouvelle conformation, on a appliqué la technique de « patch clamp » pour déterminer les effets lors de l'ouverture du pore (courant ionique). Avec le « cut-open oocyte voltage-clamp », nous avons étudié les effets sur le mouvement du senseur de voltage (courant “gating”) et la coordination temporelle avec l'ouverture du pore (courant ionique). Les données ont montré qu’en réduisant la flexibilité dans le S45L, il faut avoir plus d'énergie pour faire ouvrir le canal. Le changement pour une proline suggère que le mouvement du senseur est indépendant du pore pendant l'ouverture du canal.

Automaticité dans le coeur ischémique : analyse de bifurcation d’un modèle mathématique de cellule ventriculaire humaine

L’ischémie aigüe (restriction de la perfusion suite à l’infarctus du myocarde) induit des changements majeurs des propriétés électrophysiologique du tissu ventriculaire. Dans la zone ischémique, on observe une augmentation du potassium extracellulaire qui provoque l’élévation du potentiel membranaire et induit un "courant de lésion" circulant entre la zone affectée et saine. Le manque d’oxygène modifie le métabolisme des cellules et diminue la production d’ATP, ce qui entraîne l’ouverture de canaux potassique ATP-dépendant. La tachycardie, la fibrillation ventriculaire et la mort subite sont des conséquences possibles de l’ischémie. Cependant les mécanismes responsables de ces complications ne sont pas clairement établis. La création de foyer ectopique (automaticité), constitue une hypothèse intéressante expliquant la création de ses arythmies. Nous étudions l’effet de l’ischémie sur l’automaticité à l’aide d’un modèle mathématique de la cellule ventriculaire humaine (Ten Tusscher, 2006) et d’une analyse exhaustive des bifurcations en fonction de trois paramètres : la concentration de potassium extracellulaire, le "courant de lésion" et l’ouverture de canaux potassiques ATP-dépendant. Dans ce modèle, nous trouvons que seule la présence du courant de lésion peut entrainer une activité automatique. Les changements de potassium extracellulaire et du courant potassique ATP-dépendant altèrent toutefois la structure de bifurcation.

Études de type structure fonction du couplage électromécanique et de la coopérativité sous-unitaire chez les canaux potassiques dépendants du voltage

Les canaux potassiques voltage-dépendants forment des tétramères dont chaque sous-unité comporte six segments transmembranaires (S1 à S6). Le pore, formé des segments S5-S6 de chaque sous-unité, est entouré de quatre domaines responsables de la sensibilité au potentiel membranaire, les senseurs de voltage (VS; S1-S4). Lors d’une dépolarisation membranaire, le mouvement des résidus chargés situés dans le VS entraine un mouvement de charges détectable en électrophysiologie, le courant de « gating ». L’activation du VS conduit à l'ouverture du pore, qui se traduit par un changement de conformation en C-terminal du segment S6. Pour élucider les principes qui sous-tendent le couplage électromécanique entre ces deux domaines, nous avons étudié deux régions présumées responsables du couplage chez les canaux de type Shaker K+, soit la région carboxy-terminale du segment S6 et le lien peptidique reliant les segments transmembranaire S4-S5 (S4-5L). Avec la technique du « cut-open voltage clamp fluorometry » (COVCF), nous avons pu déterminer que l’interaction inter-sous-unitaire RELY, formée par des acides aminés situés sur le lien S4-5L et S6 de deux sous-unités voisines, est impliquée dans le développement de la composante lente observée lors du retour des charges de « gating » vers leur état de repos, le « OFF-gating ». Nous avons observé que l’introduction de mutations dans la région RELY module la force de ces interactions moléculaires et élimine l’asymétrie observée dans les courants de « gating » de type sauvage. D’ailleurs, nous démontrons que ce couplage inter-sous-unitaire est responsable de la stabilisation du pore dans l’état ouvert. Nous avons également identifié une interaction intra-sous-unitaire entre les résidus I384 situé sur le lien S4-5L et F484 sur le segment S6 d’une même sous-unité. La déstabilisation de cette interaction hydrophobique découple complètement le mouvement des senseurs de voltage et l'ouverture du pore. Sans cette interaction, l’énergie nécessaire pour activer les VS est moindre en raison de l’absence du poids mécanique appliqué par le pore. De plus, l’abolition du couplage électromécanique élimine également le « mode shift », soit le déplacement de la dépendance au voltage des charges de transfert (QV) vers des potentiels hyperpolarisants. Ceci indique que le poids mécanique du pore imposé au VS entraine le « mode shift », en modulant la conformation intrinsèque du VS par un processus allostérique.

Escherichia coli STb toxin induces apoptosis in intestinal epithelial cell lines

La toxine stable à la chaleur de type b (STb) est une des toxines produites par les souches Enterotoxigenic Escherichia coli (ETEC) impliquée dans le développement de la diarrhée. Une étude antérieure par Goncalves et al. (2009) a démontré que les cellules ayant internalisé la toxine STb démontraient une morphologie qui rappelle l’apoptose. Le changement du potentiel membranaire observé par Goncalves et al. (2009) nous a incité à vérifier la capacité de la toxine STb à induire l’apoptose des cellules HRT-18 et IEC-18 par la voie intrinsèque. Les cellules HRT-18 et IEC-18 ont été traitées avec de la toxine purifiée pour une durée de 24 heures puis ells ont été récoltées et examinées pour des caratéristiques de l’apoptose. L’activation des caspases-9 et -3, mais pas de la caspase-8, a été observée dans les deux lignées cellulaires à l’aide des substrats fluorescents spécifiques pour chaque caspase. L’ADN extrait des cellules HRT-18 et IEC-18 a révélé une fragmentation lorsque migré sur gel d’agarose. La condensation et la fragmentation des noyaux ont été observées en microscopie à fluorescence suite à une coloration de l’ADN au Hoechst 33342. Les indices apoptotiques des cellules HRT-18 et IEC-18 traitées avec des quantités croissantes de STb montrent une dose-réponse pour les deux lignées. L’activation de la caspase-9 est une indication que la voie intrinsèque de l’apoptose est activée dans les cellules HRT-18 et IEC-18. L’absence de l’activation de la caspase-8 démontre que la voie extrinsèque n’est pas impliquée dans la mort cellulaire médiée par STb.

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.