Hypoinsulinaemia, glucose intolerance and diminished beta-cell size in S6K1-deficient mice.

Insulin controls glucose homeostasis by regulating glucose use in peripheral tissues, and its own production and secretion in pancreatic beta cells. These responses are largely mediated downstream of the insulin receptor substrates, IRS-1 and IRS-2 (refs 4-8), through distinct signalling pathways. Although a number of effectors of these pathways have been identified, their roles in mediating glucose homeostasis are poorly defined. Here we show that mice deficient for S6 kinase 1, an effector of the phosphatidylinositide-3-OH kinase signalling pathway, are hypoinsulinaemic and glucose intolerant. Whereas insulin resistance is not observed in isolated muscle, such mice exhibit a sharp reduction in glucose-induced insulin secretion and in pancreatic insulin content. This is not due to a lesion in glucose sensing or insulin production, but to a reduction in pancreatic endocrine mass, which is accounted for by a selective decrease in beta-cell size. The observed phenotype closely parallels those of preclinical type 2 diabetes mellitus, in which malnutrition-induced hypoinsulinaemia predisposes individuals to glucose intolerance.

Signal transduction by the cloned glucagon-like peptide-1 receptor: comparison with signaling by the endogenous receptors of beta cell lines.

Glucagon-like peptide-1 (GLP-1) is a gastrointestinal hormone that potentiates glucose-induced insulin secretion by pancreatic beta cells. The mechanisms of interaction between GLP-1 and glucose signaling pathways are not well understood. Here we studied the coupling of the cloned GLP-1 receptor, expressed in fibroblasts or in COS cells, to intracellular second messengers and compared this signaling with that of the endogenous receptor expressed in insulinoma cell lines. Binding of GLP-1 to the cloned receptor stimulated formation of cAMP with the same dose dependence and similar kinetics, compared with the endogenous receptor of insulinoma cells. Compared with forskolin-induced cAMP accumulation, that induced by GLP-1 proceeded with the same initial kinetics but rapidly reached a plateau, suggesting fast desensitization of the receptor. Coupling to the phospholipase C pathway was assessed by measuring inositol phosphate production and variations in the intracellular calcium concentration. No GLP-1-induced production of inositol phosphates could be measured in the different cell types studied. A rise in the intracellular calcium concentration was nevertheless observed in transfected COS cells but was much smaller than that observed in response to norepinephrine in cells also expressing the alpha 1B-adrenergic receptor. Importantly, no such increase in the intracellular calcium concentration could be observed in transfected fibroblasts or insulinoma cells, which, however, responded well to thrombin or carbachol, respectively. Together, our data show that interaction between GLP-1 and glucose signaling pathways in beta cells may be mediated uniquely by an increase in the intracellular cAMP concentration, with the consequent activation of protein kinase A and phosphorylation of elements of the glucose-sensing apparatus or of the insulin granule exocytic machinery.

Modulation du métabolisme du glucose astrocytaire par les cytokines pro-inflammatoires et le peptide beta-amyloïde. A la recherche d'une composante gliale aux processus neurodégénératifs

Résumé large public: Une altération localisée du métabolisme du glucose, le substrat énergétique préférentiellement utilisé dans le cerveau, est un trait caractéristique précoce de la maladie d'Alzheimer (MA). Il est maintenant largement admis que le beta-amyloïde, la neuroinflammation et le stress oxydatif participent au développement de la MA. Cependant les mécanismes cellulaires de la pathogenèse restent à identifier. Le métabolisme cérébral a ceci de remarquable qu'il repose sur la coopération entre deux types cellulaires, ainsi les astrocytes et les neurones constituent une unité métabolique. Les astrocytes sont notamment responsables de fournir aux neurones des substrats énergétiques, ainsi que des précurseurs du glutathion pour la défense contre le stress oxydatif. Ces fonctions astrocytaires sont essentielles au bon fonctionnement et à la survie neuronale; par conséquent, une altération de ces fonctions astrocytaires pourrait participer au développement de certaines maladies cérébrales. Le but de ce travail est, dans un premier temps, d'explorer les effets de médiateurs de la neuroinflammation (les cytokines pro-inflammatoires) et du peptide beta-amyloïde sur le métabolisme des astrocytes corticaux, en se focalisant sur les éléments en lien avec le métabolisme énergétique et le stress oxydatif. Puis, dans un second temps, de caractériser les conséquences pour les neurones des modifications du métabolisme astrocytaire induites par ces substances. Les résultats obtenus ici montrent que les cytokines pro-inflammatoires et le beta-amyloïde induisent une profonde altération du métabolisme astrocytaire, selon deux profils distincts. Les cytokines pro-inflammatoires, particulièrement en combinaison, agissent comme « découpleurs » du métabolisme énergétique du glucose, en diminuant l'apport potentiel de substrats énergétiques aux neurones. En plus de son effet propre, le peptide beta-amyloïde potentialise les effets des cytokines pro-inflammatoires. Or, dans le cerveau de patients atteints de la MA, les astrocytes sont exposés simultanément à ces deux types de substances. Les deux types de substances ont un effet ambivalent en termes de stress oxydatif. Ils induisent à la fois une augmentation de la libération de glutathion (potentiellement protecteur pour les neurones voisins) et la production d'espèces réactives de l'oxygène (potentiellement toxiques). Etant donné l'importance de la coopération entre astrocytes et neurones, ces modulations du métabolisme astrocytaire pourraient donc avoir un retentissement majeur sur les cellules environnantes, et en particulier sur la fonction et la survie neuronale. Résumé Les astrocytes et les neurones constituent une unité métabolique. Les astrocytes sont notamment responsables de fournir aux neurones des substrats énergétiques, tels que le lactate, ainsi que des précurseurs du glutathion pour la défense contre le stress oxydatif. Une altération localisée du métabolisme du glucose, le substrat énergétique préférentiellement utilisé dans le cerveau, est un trait caractéristique, précoce, de la maladie d'Alzheimer (MA). Il est maintenant largement admis que le beta-amyloïde, la neuroinflammation et le stress oxydatif participent au développement de la MA. Cependant, les mécanismes cellulaires de la pathogenèse restent à identifier. Le but de ce travail est d'explorer les effets des cytokines pro-inflammatoires (Il-1 ß et TNFα) et du beta-amyloïde (Aß) sur le métabolisme du glucose des astrocytes corticaux en culture primaire ainsi que de caractériser les conséquences, pour la viabilité des neurones voisins, des modifications du métabolisme astrocytaire induites par ces substances. Les résultats obtenus montrent que les cytokines pro-inflammatoires et le beta-amyloïde induisent une profonde altération du métabolisme astrocytaire, selon deux profils distincts. Les cytokines pro-inflammatoires, particulièrement en combinaison, agissent comme « découpleurs » du métabolisme glycolytique astrocytaire. Après 48 heures, le traitement avec TNFα et Il-lß cause une augmentation de la capture de glucose et de son métabolisme dans la voie des pentoses phosphates et dans le cycle de Krebs. A l'inverse, il cause une diminution de la libération de lactate et des stocks cellulaires de glycogène. En combinaison avec les cytokines tel qu'in vivo dans les cerveaux de patients atteints de MA, le peptide betaamyloïde potentialise les effets décrits ci-dessus. Isolément, le Aß cause une augmentation coordonnée de la capture de glucose et de toutes les voies de son métabolisme (libération de lactate, glycogenèse, voie des pentoses phosphate et cycle de Krebs). Les traitements altèrent peu les taux de glutathion intracellulaires, par contre ils augmentent massivement la libération de glutathion dans le milieu extracellulaire. A l'inverse, les deux types de traitements augmentent la production intracellulaire d'espèces réactives de l'oxygène (ROS). De plus, les cytokines pro-inflammatoires en combinaison augmentent massivement la production des ROS dans l'espace extracellulaire. Afin de caractériser l'impact de ces altérations métaboliques sur la viabilité des neurones environnants, un modèle de co-culture et des milieux conditionnés astrocytaires ont été utilisés. Les résultats montrent qu'en l'absence d'une source exogène d'antioxydants, la présence d'astrocytes favorise la viabilité neuronale ainsi que leur défense contre le stress oxydatif. Cette propriété n'est cependant pas modulée par les différents traitements. D'autre part, la présence d'astrocytes, et non de milieu conditionné, protège les neurones contre l'excitotoxicité due au glutamate. Les astrocytes prétraités (aussi bien avec le beta-amyloïde qu'avec les cytokines pro-inflammatoires) perdent cette propriété. Cet élément suggère que la perturbation du métabolisme astrocytaire causé par les cytokines pro-inflammatoires ou le beta-amyloïde pourrait participer à l'atteinte de la viabilité neuronale associée à certaines pathologies neurodégénératives.

Effects of mental stress on insulin-mediated glucose metabolism and energy expenditure in lean and obese women.

The effects of the sympathetic activation elicited by a mental stress on insulin sensitivity and energy expenditure (VO(2)) were studied in 11 lean and 8 obese women during a hyperinsulinemic-euglycemic clamp. Six lean women were restudied under nonselective beta-adrenergic blockade with propranolol to determine the role of beta-adrenoceptors in the metabolic response to mental stress. In lean women, mental stress increased VO(2) by 20%, whole body glucose utilization ([6,6-(2)H(2)]glucose) by 34%, and cardiac index (thoracic bioimpedance) by 25%, whereas systemic vascular resistance decreased by 24%. In obese women, mental stress increased energy expenditure as in lean subjects, but it neither stimulated glucose uptake nor decreased systemic vascular resistance. In the six lean women who were restudied under propranolol, the rise in VO(2), glucose uptake, and cardiac output and the decrease in systemic vascular resistance during mental stress were all abolished. It is concluded that 1) in lean subjects, mental stress stimulates glucose uptake and energy expenditure and produces vasodilation; activation of beta-adrenoceptors is involved in these responses; and 2) in obese patients, the effects of mental stress on glucose uptake and systemic vascular resistance, but not on energy expenditure, are blunted.

Glucagon-like peptide-1 increases beta-cell glucose competence and proliferation by translational induction of insulin-like growth factor-1 receptor expression.

Glucagon-like peptide-1 (GLP-1) protects beta-cells against apoptosis, increases their glucose competence, and induces their proliferation. We previously demonstrated that the anti-apoptotic effect was mediated by an increase in insulin-like growth factor-1 receptor (IGF-1R) expression and signaling, which was dependent on autocrine secretion of insulin-like growth factor 2 (IGF-2). Here, we further investigated how GLP-1 induces IGF-1R expression and whether the IGF-2/IGF-1R autocrine loop is also involved in mediating GLP-1-increase in glucose competence and proliferation. We show that GLP-1 up-regulated IGF-1R expression by a protein kinase A-dependent translational control mechanism, whereas isobutylmethylxanthine, which led to higher intracellular accumulation of cAMP than GLP-1, increased both IGF-1R transcription and translation. We then demonstrated, using MIN6 cells and primary islets, that the glucose competence of these cells was dependent on the level of IGF-1R expression and on IGF-2 secretion. We showed that GLP-1-induced primary beta-cell proliferation was suppressed by Igf-1r gene inactivation and by IGF-2 immunoneutralization or knockdown. Together our data show that regulation of beta-cell number and function by GLP-1 depends on the cAMP/protein kinase A mediated-induction of IGF-1R expression and the increased activity of an IGF-2/IGF-1R autocrine loop.

On Glucose Metabolism in Patients with the m.3243A>G Mutation

Background: The m.3243A>G mutation in mitochondrial DNA is the most common cause for mitochondrial diabetes. In addition, unexpected deaths related to the m.3243A>G associate with encephalopathy and cardiomyopathy. Failing mitochondrial respiratory chain in neurons, myocytes and beta cells is considered to underlie the multiorgan manifestations of the m.3243A>G. Aims: The primary aim of the study was to characterize the organ-specific glucose metabolism in patients with m.3243A>G and secondly, to study patients with or without signs of diabetes, cardiomyopathy or encephalopathy. The insulin-stimulated glucose metabolism in brain, heart, skeletal muscle, adipose tissue and liver were measured with 2-deoxy-2-[18F]fluoro-α-D-glucose in 15 patients and 14 controls. Brain oxygen metabolism was assessed with [15O]oxygen and insulin secretion was modelled based on oral glucose tolerance test. Results: The glucose oxidation in brain was globally decreased in patients with or without clinical encephalopathy. The insulin-stimulated glucose influx to skeletal muscle and adipose tissue was decreased in patients with or without diabetes as the hepatic glucose metabolism was normal. Impaired beta cell function and myocardial glucose uptake were associated with the high m.3243A>G heteroplasmy. Conclusions: This cross-sectional study suggests that: 1) The ability of insulin to stimulate glucose metabolism in skeletal muscle and adipose tissue is weakened before the beta cell failure results in mitochondrial diabetes. 2) Glucose oxidation defect is detected in otherwise unaffected cerebral regions in patients with the m.3243A>G, thus it likely precedes the clinical encephalopathy. 3) Uneconomical glucose hypometabolism during hyperinsulinemia contributes to the cardiac vulnerability in patients with high m.3243A>G heteroplasmy

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

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

High sodium intake enhances insulin-stimulated glucose uptake in rat epididymal adipose tissue

Objective: This study investigated the effect of different sodium content diets on rat adipose tissue carbohydrate metabolism and insulin sensitivity. Methods and Procedures: Male Wistar rats were fed on normal- (0.5% Na+; NS), high- (3.12% Na+; HS), or low-sodium (0.06% Na+; LS) diets for 3, 6, and 9 weeks after weaning. Blood pressure (BP) was measured using a computerized tail-cuff system. An intravenous insulin tolerance test (ivITT) was performed in fasted animals. At the end of each period, rats were killed and blood samples were collected for glucose and insulin determinations. The white adipose tissue (WAT) from abdominal and inguinal subcutaneous (SC) and periepididymal (PE) depots were weighed and processed for adipocyte isolation and measurement of in vitro rates of insulin-stimulated 2-deoxy-d-[H-3]-glucose uptake (2DGU) and conversion of -[U-C-14]-glucose into (CO2)-C-14. Results: After 6 weeks, HS diet significantly increased the BP, SC and PE WAT masses, PE adipocyte size, and plasma insulin concentration. The sodium dietary content did not influence the whole-body insulin sensitivity. A higher half-maximal effective insulin concentration (EC50) from the dose - response curve of 2DGU and an increase in the insulin-stimulated glucose oxidation rate were observed in the isolated PE adipocytes from HS rats. Discussion: The chronic salt overload enhanced the adipocyte insulin sensitivity for glucose uptake and the insulin-induced glucose metabolization, contributing to promote adipocyte hypertrophy and increase the mass of several adipose depots, particularly the PE fat pad.

Modulation of Bone Morphogenetic Protein-9 Expression and Processing by Insulin, Glucose, and Glucocorticoids: Possible Candidate for Hepatic Insulin-Sensitizing Substance

Bone morphogenetic protein 9 (BMP-9), a member of the TGF-beta superfamily predominantly expressed in nonparenchymal liver cells, has been demonstrated to improve glucose homeostasis in diabetic mice. Along with this therapeutic effect, BMP-9 was proposed as a candidate for the hepatic insulin-sensitizing substance ( HISS). Whether BMP-9 plays a physiological role in glucose homeostasis is still unknown. In the present study, we show that BMP-9 expression and processing is severely reduced in the liver of insulin-resistant rats. BMP-9 expression and processing was directly stimulated by in situ exposition of the liver to the combination of glucose and insulin and oral glucose in overnight fasted rats. Additionally, prolonged fasting ( 72 h) abrogated refeeding-induced BMP-9 expression and processing. Previous exposition to dexamethasone, a known inductor of insulin resistance, reduced BMP-9 processing stimulated by the combination of insulin and glucose. Finally, we show that neutralization of BMP-9 with an anti-BMP-9 antibody induces glucose intolerance and insulin resistance in 12-h fasted rats. Collectively, the present results demonstrate that BMP-9 plays an important role in the control of glucose homeostasis of the normal rat. Additionally, BMP-9 is expressed and processed in an HISS-like fashion, which is impaired in the presence of insulin resistance. BMP-9 regulation according to the feeding status and the presence of diabetogenic factors reinforces the hypothesis that BMP-9 might exert the role of HISS in glucose homeostasis physiology. ( Endocrinology 149: 6326-6335, 2008)

Low protein diet confers resistance to the inhibitory effects of interleukin1 beta on insulin secretion in pancreatic islets

High protein content in the diet during childhood and adolescence has been associated to the onset insulin-dependent diabetes mellitus. We investigated the effect of interleukin-1 beta (IL-I beta) on insulin secretion, glucose metabolism, and nitrite formation by islets isolated from rats fed with normal protein (NP, 17%) or low protein (LP, 6%) after weaning. Pretreatment of islets with IL-1 beta for 1 h or 34 h inhibited the insulin secretion induced by glucose in both groups, but it was less marked in LP than in NP group. Islets from LP rats exhibited a decreased IL-1 beta -induced nitric oxide (NO) production, lower inhibition of D-[(UC)-C-14]-glucose oxidation to (CO2)-C-14, and less pronounced effect of IL-1 beta on alpha -ketoisocaproic acid-induced insulin secretion than NP islets. However, when the islets were stimulated by high concentrations of K+ the inhibitory effect of IL-1 beta on insulin secretion was not different between groups. In conclusion, protein restriction protects beta -cells of the deleterious effect of IL-1 beta, apparently, by decreasing NO production. The lower NO generation in islets from protein deprived rats may be due to increased free fatty acids oxidation and consequent alteration in Ca2+ homeostasis. (C) 2001 Elsevier B.V. All rights reserved.

Tumor Necrosis Factor alpha and Interleukin-1 beta Modulate Calcium and Nitric Oxide Signaling in Mechanically Stimulated Osteocytes

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

ANTI-TRYPANOSOMAL ACTIVITY OF 1,2,3,4,6-PENTA-O-GALLOYL-beta-D-GLUCOSE ISOLATED FROM Plectranthus barbatus Andrews (Lamiaceae)

MeOH extract from the leaves of Plectranthus barbatus Andrews (Lamiaceae), showed in vitro anti-trypanosomal activity. The bioassay-guided fractionation resulted in the isolation of a gallic acid derivative, identified as 1,2,3,4,6-penta-O-galloyl-beta-D-glucose (PGG), after thorough NMR and MS spectral analysis. Finally, this compound was tested against trypomastigote forms of T. cruzi and displayed an EC50 value of 67 mu M, at least 6.6-fold more effective than the standard drug benznidazole. This is the first occurrence of PGG in the Plectranthus genus and the first anti-parasitic activity described for PGG in the literature.

Lasiodiplodan, an exocellular (1 -> 6)-beta-d-glucan from Lasiodiplodia theobromae MMPI: production on glucose, fermentation kinetics, rheology and anti-proliferative activity

Lasiodiplodan, an exopolysaccharide of the (1 -> 6)-beta-d-glucan type, is produced by Lasiodiplodia theobromae MMPI when grown under submerged culture on glucose. The objective of this study was to evaluate lasiodiplodan production by examining the effects of carbon (glucose, fructose, maltose, sucrose) and nitrogen sources (KNO3, (NH4)(2)SO4, urea, yeast extract, peptone), its production in shake flasks compared to a stirred-tank bioreactor, and to study the rheology of lasiodiplodan, and lasiodiplodan's anti-proliferative effect on breast cancer MCF-7 cells. Although glucose (2.05 +/- A 0.05 g L-1), maltose (2.08 +/- A 0.04 g L-1) and yeast extract (2.46 +/- A 0.06 g L-1) produced the highest amounts of lasiodiplodan, urea as N source resulted in more lasiodiplodan per unit biomass than yeast extract (0.74 +/- A 0.006 vs. 0.22 +/- A 0.008 g g(-1)). A comparison of the fermentative parameters of L. theobromae MMPI in shake flasks and a stirred-tank bioreactor at 120 h on glucose as carbon source showed maximum lasiodiplodan production in agitated flasks (7.01 +/- A 0.07 g L-1) with a specific yield of 0.25 +/- A 0.57 g g(-1) and a volumetric productivity of 0.06 +/- A 0.001 g L-1 h(-1). A factorial 2(2) statistical design developed to evaluate the effect of glucose concentration (20-60 g L-1) and impeller speed (100-200 rpm) on lasiodiplodan production in the bioreactor showed the highest production (6.32 g L-1) at 72 h. Lasiodiplodan presented pseudoplastic behaviour, and the apparent viscosity increased at 60A degrees C in the presence of CaCl2. Anti-proliferative activity of lasiodiplodan was demonstrated in MCF-7 cells, which was time- and dose-dependent with an IC50 of 100 mu g lasiodiplodan mL(-1).

AICAR and metformin, but not exercise, increase muscle glucose transport through AMPK-, ERK-, and PDK1-dependent activation of atypical PKC

Activators of 5'-AMP-activated protein kinase (AMPK) 5-aminoimidazole-4-carboxamide-1-beta-d-ribofuranoside (AICAR), metformin, and exercise activate atypical protein kinase C (aPKC) and ERK and stimulate glucose transport in muscle by uncertain mechanisms. Here, in cultured L6 myotubes: AICAR- and metformin-induced activation of AMPK was required for activation of aPKC and ERK; aPKC activation involved and required phosphoinositide-dependent kinase 1 (PDK1) phosphorylation of Thr410-PKC-zeta; aPKC Thr410 phosphorylation and activation also required MEK1-dependent ERK; and glucose transport effects of AICAR and metformin were inhibited by expression of dominant-negative AMPK, kinase-inactive PDK1, MEK1 inhibitors, kinase-inactive PKC-zeta, and RNA interference (RNAi)-mediated knockdown of PKC-zeta. In mice, muscle-specific aPKC (PKC-lambda) depletion by conditional gene targeting impaired AICAR-stimulated glucose disposal and stimulatory effects of both AICAR and metformin on 2-deoxyglucose/glucose uptake in muscle in vivo and AICAR stimulation of 2-[(3)H]deoxyglucose uptake in isolated extensor digitorum longus muscle; however, AMPK activation was unimpaired. In marked contrast to AICAR and metformin, treadmill exercise-induced stimulation of 2-deoxyglucose/glucose uptake was not inhibited in aPKC-knockout mice. Finally, in intact rodents, AICAR and metformin activated aPKC in muscle, but not in liver, despite activating AMPK in both tissues. The findings demonstrate that in muscle AICAR and metformin activate aPKC via sequential activation of AMPK, ERK, and PDK1 and the AMPK/ERK/PDK1/aPKC pathway is required for metformin- and AICAR-stimulated increases in glucose transport. On the other hand, although aPKC is activated by treadmill exercise, this activation is not required for exercise-induced increases in glucose transport, and therefore may be a redundant mechanism.