Le grenadier tunisien (Punica granatum) stimule le transport de glucose dans les cellules musculaires C2C12 via la voie insulino-dépendante de l’Akt et la voie insulino-indépendante de l’AMPK

Le diabète est reconnu comme un problème majeur de santé publique causant des conséquences humaines et économiques redoutables. La phytothérapie s’offre comme une nouvelle avenue thérapeutique pour le contrôle de la glycémie. Le grenadier, Punica granatum, a servi de remède contre le diabète dans le système Unani de la médecine pratiquée en Inde et au Moyen Orient. Des études ont démontré un effet hypoglycémiant des extraits de grenadier via divers mécanismes notamment par une amélioration de la sensibilité à l’insuline et la régénération des cellules béta-pancréatiques. Cependant, aucune étude n’a démontré à ce jour, l’effet de grenadier sur le transport de glucose dans le muscle, étape cruciale dans la régulation de l’homéostasie glucidique postprandiale. De plus, l’effet de la maturation sur le potentiel antidiabétique du fruit de grenadier n’a pas été étudié. Ainsi, le but de ce projet est d’évaluer l’effet antidiabétique des extraits de grenadier sur le transport de glucose dans les cellules musculaires C2C12 en fonction de la variété et du stade de maturation du fruit et d’élucider les mécanismes d’action. Le choix des variétés du grenadier tunisien (Espagnoule [EP] et Gabsi [GB]) a été orienté pour leur pouvoir antioxydant et leur consommation locale. Deux parties de la plante ont été utilisées, les fleurs et les fruits à 3 stades de maturation soit 2, 4 et 6 mois. Les résultats ont montré que seule la variété du grenadier Gabsi stimule significativement le transport de glucose par rapport au contrôle (DMSO), et ceci sans être toxique. Cet effet est plus prononcé au stade de fruit mûr (à 6 mois) que celui de la fleur. De plus, l’extrait de fleurs stimule la voie insulino-indépendante de l’AMPK et augmente le niveau d’expression des transporteurs spécifiques de glucose (GLUT-4). Par contre, l’extrait de fruits mûrs, en plus de ces deux mécanismes, active fortement aussi la voie insulino-dépendante de l’AKT. En conclusion, cette étude présente un nouveau mécanisme d’action antidiabétique de grenadier (plus particulièrement du fruit mûr) qui est dépendant de la variété.

Exploring the Impact of Decreased AMPK Pathway Activity on Brain Injury Outcome

Each year, 150 million people sustain a Traumatic Brain Injury (TBI). TBI results in life-long cognitive impairments for many survivors. One observed pathological alteration following TBI are changes in glucose metabolism. Altered glucose uptake occurs in the periphery as well as in the nervous system, with an acute increase in glucose uptake, followed by a prolonged metabolic suppression. Chronic, persistent suppression of brain glucose uptake occurs in TBI patients experiencing memory loss. Abberant post-injury activation of energy-sensing signaling cascades could result in perturbed cellular metabolism. AMP-activated kinase (AMPK) is a kinase that senses low ATP levels, and promotes efficient cell energy usage. AMPK promotes energy production through increasing glucose uptake via glucose transporter 4 (GLUT4). When AMPK is activated, it phosphorylates Akt Substrate of 160 kDa (AS160), a Rab GTPase activating protein that controls Glut4 translocation. Additionally, AMPK negatively regulates energy-consumption by inhibiting protein synthesis via the mechanistic Target of Rapamycin (mTOR) pathway. Given that metabolic suppression has been observed post-injury, we hypothesized that activity of the AMPK pathway is transiently decreased. As AMPK activation increases energy efficiency of the cell, we proposed that increasing AMPK activity to combat the post-injury energy crisis would improve cognitive outcome. Additionally, we expected that inhibiting AMPK targets would be detrimental. We first investigated the role of an existing state of hyperglycemia on TBI outcome, as hyperglycemia correlates with increased mortality and decreased cognitive outcome in clinical studies. Inducing hyperglycemia had no effect on outcome; however, we discovered that AMPK and AS160 phosphorylation were altered post-injury. We conducted vii work to characterize this period of AMPK suppression and found that AMPK phosphorylation was significantly decreased in the hippocampus and cortex between 24 hours and 3 days post-injury, and phosphorylation of its downstream targets was consistently altered. Based on this period of observed decreased AMPK activity, we administered an AMPK activator post-injury, and this improved cognitive outcome. Finally, to examine whether AMPK-regulated target Glut4 is involved in post-injury glucose metabolism, we applied an inhibitor and found this treatment impaired post-injury cognitive function. This work is significant, as AMPK activation may represent a new TBI therapeutic target.

TIME COURSE OF SIGNALING PROCESSES INVOLVED WITH EXTRACELLULAR OSMOTIC - INDUCED GLUCOSE UPTAKE IN MAMMALIAN SKELETAL MUSCLE

Extracellular hyper-osmotic (HYPER) stress increases glucose uptake to defend cell volume, when compared to iso-osmotic (ISO) conditions in skeletal muscle. The purpose of this study was to determine a time course for changes in common signaling proteins involved in glucose uptake during acute hyper-osmotic stress in isolated mammalian skeletal muscle. Rat extensor digitorum longus (EDL) muscles were excised and incubated in a media formulated to mimic ISO (290 ± 10 mmol/kg) or HYPER (400 ± 10 mmol/kg) extracellular condition (Sigma Media-199). Signaling mechanisms were investigated by determining the phosphorylation states of Akt, AMPK, AS160, cPKC and ERK after 30, 45 and 60 minutes of incubation. AS160 was found to be significantly more phosphorylated in HYPER conditions compared to ISO after 30 minutes (p<0.01). It is speculated that AS160 phosphorylation increases glucose transporter 4 (GLUT4) content at the cell surface thereby facilitating an increase in glucose uptake under hyper-osmotic stress.

Validation des effets antidiabétiques de Rhododendron groenlandicum, une plante médicinale des Cri de la Baie James, dans le modèle in vitro et in vivo : élucidation des mécanismes d’action et identification des composés actifs

Le diabète est un syndrome métabolique caractérisé par une hyperglycémie chronique due à un défaut de sécrétion de l’insuline, de l’action de l’insuline (sensibilité), ou une combinaison des deux. Plus d'un million de canadiens vivent actuellement avec le diabète. La prévalence de cette maladie est au moins trois fois plus élevée chez les autochtones que dans la population canadienne en général. Notre équipe vise à étudier les effets potentiellement antidiabétiques de certaines plantes médicinales utilisées par les Cris d'Eeyou Istchee (Baie James, Québec) où l’adhérence aux traitements médicamenteux est faible, en partie à cause de la déconnection culturelle de ces derniers. Grâce à une approche ethnobotanique, notre équipe a identifié 17 plantes médicinales utilisées par cette population pour traiter des symptômes du diabète. Parmi ces plantes, l’extrait éthanolique de Rhododendron groenlandicum (Thé du Labrador) a montré un fort potentiel antidiabétique chez plusieurs lignées cellulaires, notamment les adipocytes (3T3-L1). Cette plante induit la différenciation adipocytaire probablement par l’activation du peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPAR γ). Cette stimulation améliore la résistance à l’insuline et constitue un mécanisme privilégié pour une classe de médicaments antidiabétiques, les thiazolidinediones. Le but de la présente étude est de valider l’efficacité et l’innocuité de R. groenlandicum in vivo, dans un modèle animal de résistance à l’insuline, d’élucider les mécanismes par lesquels cet extrait exerce ses effets antidiabétiques et d’identifier les principes actifs responsables de son activité. L'isolation et l'identification des constituants actifs ont été réalisées à l’aide d'une approche de fractionnement guidé par bioessai; en l'occurrence, l'adipogénèse. Cette approche, réalisée dans la lignée adipocytaire 3T3-L1, a pour but de mesurer leur teneur en triglycérides. Des études in vivo ont été réalisées sur le modèle de souris DIO (diet induced obesity). L'extrait éthanolique du R. groenlandicum a été incorporé à la nourriture grasse (35% d’apport calorique lipidique) à trois doses différentes (125, 250 et 500 mg / kg) sur une période de 8 semaines. Des tissus cibles de l’insuline (foie, muscle squelettique et tissus adipeux) ont été récoltés afin de faire des analyses d’immunobuvardage de type western. La quercétine, la catéchine et l’épicatéchine ont été identifiées comme étant les composés actifs responsables de l'effet antidiabétique du R. groenlandicum. Seules la catéchine et l’épicatéchine activent l’adipogénèse uniquement à forte concentration (125-150 M), tandis que la quercétine l’inhibe. L’étude in vivo a montré que le traitement avec R. groenlandicum chez les souris DIO réduit le gain de poids de 6%, diminue l'hyperglycémie de 13% et l’insulinémie plasmatique de 65% et prévient l’apparition des stéatoses hépatiques (diminution de 42% de triglycéride dans le foie) sans être toxique. Les analyses d’immunobuvardage ont montré que R. groenlandicum stimule la voie de l’insuline via la phosphorylation de l’Akt et a augmenté le contenu protéique en Glut 4 dans les muscles des souris traitées. Par contre, dans le foie, le R. groenlandicum passerait par deux voies différentes, soit la voie insulino-dépendante par l’activation de l’AKT, soit la voie insulino-indépendante par la stimulation de l’AMPK. L’amélioration observée des stéatoses hépatiques chez les souris DIO traitées, a été confirmée par une baisse du facteur de transcription, SREBP-1, impliqué dans la lipogénèse de novo, ainsi qu’une diminution de l’inflammation hépatique (diminution de l’activité d’IKK α/β). En conclusion, l’ensemble de ces résultats soutiennent le potentiel thérapeutique de Rhododendron groenlandicum et de ses composants actifs dans le traitement et la prévention du diabète de type 2. Nous avons validé l'innocuité et l'efficacité de cette plante issue de la médecine traditionnelle Cri, qui pourrait être un traitement alternatif du diabète de type 2 dans une population ayant une faible adhérence au traitement pharmacologique existant.

Évaluation de l’effet antidiabétique de plantes médicinales de la forêt boréale et identification des principes actifs de deux espèces prometteuses

Le diabète de type 2 est une maladie chronique dont l’incidence est en augmentation continuelle. Le risque de développer le diabète de type 2 chez les populations autochtones du Canada est de trois à cinq fois plus élevé que le reste de la population canadienne. La forêt boréale comporte plusieurs plantes médicinales ayant un potentiel pour le traitement ou la prévention du diabète. Certaines de ces plantes font partie de la médecine traditionnelle et alternative Crie. Des enquêtes ethnobotaniques ont amené notre équipe de recherche à identifier 17 extraits de plantes médicinales utilisées par les Cris d’Eeyou Istchee (Baie James, Québec) pour traiter les symptômes du diabète. Parmi ces extraits, certains ont montré des activités anti-diabétiques au niveau des cellules musculaires, des adipocytes et dans des études in vivo réalisées chez des animaux. Le but de cette thèse est d’élucider l’effet de ces 17 plantes sur l’homéostasie hépatique de glucose, d’identifier l’espèce la plus prometteuse et isoler ces constituants actifs. De même, le bleuet nain du genre Vaccinium angustifolium fait partie de la forêt boréale canadienne et est connu pour ses activités anti-diabétiques. Une biotransformation du jus de bleuet lui confère une activité antioxydante accrue et un profil biologique différent. Le deuxième but de cette thèse est d’élucider les mécanismes d’action par lesquels le jus de bleuet biotransformé (BJ) exerce son effet anti-diabétique et d’identifier ses principes actifs. Les résultats ont montré que trois extraits de plantes Cris se sont démarqués par leur effet sur l’homéostasie hépatique de glucose. Picea glauca exerce son effet en diminuant la production de glucose alors que Larix laricina agit en augmentant le stockage de glucose. Abies balsamea a montré le profil le plus prometteur, elle agit simultanément en diminuant l’activité de la Glucose-6-phosphatase (G6Pase) via la stimulation des voies insulino-dépendante et - indépendante et en augmentant l’activité de la Glycogène synthétase (GS) suite à la phosphorylation de la Glycogène synthase kinase-3. Le fractionnement de l’extrait d’Abies balsamea guidé par les deux bioessais a mené à l’isolation de trois composés actifs; l’acide abiétique (AA), l’acide déhydroabiétique (DAA) et le squalène (SQ). Les principes actifs ont montré le même mécanisme d’action que l’extrait brut en diminuant l’activité de la G6Pase et augmentant celle de la GS ainsi qu’en activant les voies de signalisation impliquées. Le DAA ii s’est démarqué par son effet le plus puissant et très comparable à celui de l’extrait d’Abies balsamea dans toutes les expériences. De son côté le BJ a montré un effet sur la diminution de la production hépatique de glucose, l’augmentation de son stockage ainsi que l’augmentation de son transport dans le muscle. Son fractionnement guidé par les bioessais a permis d’isoler sept fractions dont trois étaient les plus actives. L’identification des constituants de ces fractions actives a mené à isoler quatres composés phénoliques; l’acide chlorogénique, l’acide gallique, l’acide protocatéchique et le catéchol. Le catéchol s’est démarqué avec ses effets les plus puissants en diminuant l’activité de la G6Pase, augmentant celle de la GS et en stimulant le transport de glucose dans le muscle. Les résultats de cette thèse indiquent que la diminution de la production hépatique de glucose peut s’ajouter au profil anti-diabétique de certaines plantes médicinales Cries et surtout à celui d’A.balsamea dont les composés actifs peuvent aider dans le développement de nouvelles molécules anti-diabétiques. De plus, les résultats de cette thèse ont montré que l’activité antidiabétique du BJ implique le contrôle de l’homéostasie de glucose au niveau du foie et du muscle. L’identification du catéchol comme principe actif avec potentiel anti-diabétique prometteur pourra servir pour des fins thérapeutiques ultérieures.

Exercício físico na prevenção e no tratamento da síndrome metabólica: um modelo experimental com ratos

Pós-graduação em Ciências da Motricidade - IBRC

Efeitos do treinamento resistido e do destreinamento na inflamação e expressão de genes do metabolismo muscular e tecido adiposo de ratos alimentados por dieta hiperlipídica

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Avaliação dos mecanismos moleculares envolvidos na instalação da resistência periférica à insulina em camundongos portadores de caquexia tumoral

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Insulin-like growth factor 1 regulates developing brain glucose metabolism

The brain has enormous anabolic needs during early postnatal development. This study presents multiple lines of evidence showing that endogenous brain insulin-like growth factor 1 (Igf1) serves an essential, insulin-like role in promoting neuronal glucose utilization and growth during this period. Brain 2-deoxy-d- [1-14C]glucose uptake parallels Igf1 expression in wild-type mice and is profoundly reduced in Igf1−/− mice, particularly in those structures where Igf1 is normally most highly expressed. 2-Deoxy-d- [1-14C]glucose is significantly reduced in synaptosomes prepared from Igf1−/− brains, and the deficit is corrected by inclusion of Igf1 in the incubation medium. The serine/threonine kinase Akt/PKB is a major target of insulin-signaling in the regulation of glucose transport via the facilitative glucose transporter (GLUT4) and glycogen synthesis in peripheral tissues. Phosphorylation of Akt and GLUT4 expression are reduced in Igf1−/− neurons. Phosphorylation of glycogen synthase kinase 3β and glycogen accumulation also are reduced in Igf1−/− neurons. These data support the hypothesis that endogenous brain Igf1 serves an anabolic, insulin-like role in developing brain metabolism.

Insulin alone or with captopril: effects on signaling pathways (AKT and AMPK) and oxidative balance after ischemia-reperfusion in isolated hearts

Insulin and the inhibition of the reninangiotensin system have independent benefits for ischemiareperfusion injury, but their combination has not been tested. Our aim was to evaluate the effects of insulin+captopril on insulin/angiotensin signaling pathways and cardiac function in the isolated heart subjected to ischemiareperfusion. Isolated hearts were perfused (Langendorff technique) with KrebsHenseleit (KH) buffer for 25 min. Global ischemia was induced (20 min), followed by reperfusion (30 min) with KH (group KH), KH+angiotensin-I (group A), KH+angiotensin-I+captopril (group AC), KH+insulin (group I), KH+insulin+angiotensin-I (group IA), or KH+insulin+angiotensin-I+captopril (group IAC). Group A had a 24% reduction in developed pressure and an increase in end-diastolic pressure vs. baseline, effects that were reverted in groups AC, IA, and IAC. The phosphorylation of protein kinase B (AKT) was higher in groups I and IA vs. groups KH and A. The phosphorylation of AMP-activated protein kinase (AMPK) was similar to 31% higher in groups I, IA, and IAC vs. groups KH, A, and AC. The tert-butyl hydroperoxide (tBOOH)-induced chemiluminescence was lower (similar to 2.2 times) in all groups vs. group KH and was similar to 35% lower in group IA vs. group A. Superoxide dismutase content was lower in groups A, AC, and IAC vs. group KH. Catalase activity was similar to 28% lower in all groups (except group IA) vs. group KH. During reperfusion of the ischemic heart, insulin activates the AKT and AMPK pathways and inhibits the deleterious effects of angiotensin-I perfusion on SOD expression and cardiac function. The addition of captopril does not potentiate these effects.

Reduced glycogen availability is associated with increased AMPKα2 activity, nuclear AMPKα2 protein abundance, and GLUT4 mRNA expression in contracting human skeletal muscle

Glycogen availability can influence glucose transporter 4 (GLUT4) expression in skeletal muscle through unknown mechanisms. The multisubstrate enzyme AMP-activated protein kinase (AMPK) has also been shown to play an important role in the regulation of GLUT4 expression in skeletal muscle. During contraction, AMPK [alpha]2 translocates to the nucleus and the activity of this AMPK isoform is enhanced when skeletal muscle glycogen is low. In this study, we investigated if decreased pre-exercise muscle glycogen levels and increased AMPK [alpha]2 activity reduced the association of AMPK with glycogen and increased AMPK [alpha]2 translocation to the nucleus and GLUT4 mRNA expression following exercise. Seven males performed 60 min of exercise at ~70% [VO.sub.2] peak on 2 occasions: either with normal (control) or low (LG) carbohydrate pre-exercise muscle glycogen content. Muscle samples were obtained by needle biopsy before and after exercise. Low muscle glycogen was associated with elevated AMPK [alpha]2 activity and acetyl-CoA carboxylase [beta] phosphorylation, increased translocation of AMPK [alpha]2 to the nucleus, and increased GLUT4 mRNA. Transfection of primary human myotubes with a constitutively active AMPK adenovirus also stimulated GLUT4 mRNA, providing direct evidence of a role of AMPK in regulating GLUT4 expression. We suggest that increased activation of AMPK [alpha]2 under conditions of low muscle glycogen enhances AMPK [alpha]2 nuclear translocation and increases GLUT4 mRNA expression in response to exercise in human skeletal muscle.

AKT and AMPK Activation after High-Fat and High-Glucose In Vitro Treatment of Prostate Epithelial Cells

Considering the increasing consumption of saturated fat and glucose in diets worldwide and its possible association to carcinogenesis, this investigation analysed the proliferation profile of nonmalignant human prostate epithelial cells after exposure to elevated levels of fat and glucose. PNT1A cells were cultured with palmitate (100 or 200 mu M) and/or glucose (450mg/dl) for 24 or 48 h. Treated cells were evaluated for viability test and cell proliferation (MTS assay). AKT and AMPK phosphorylation status were analysed by Western blotting. After 24 h of high-fat alone or associated with high-glucose treatment, there was an increase in AMPK and AKT activation associated to unchanged MTS-cell proliferation. Following 48 h of high-fat but not high-glucose alone, cells decreased AMPK activation and maintained elevated AKT levels. These data were associated to increased cell proliferation after further high-fat treatment. After longer high-fat exposure, MTS revealed that cells remained proliferating. High-glucose alone or associated to high-fat treatment was not able to increase cell proliferation and AKT activation. A high-fat medium containing 100 mu M of palmitate stimulates proliferation in PNT1A cells by decreasing the activation of AMPK and increasing activation of AKT after longer exposure time. These findings improve the knowledge about the negative effect of high levels of this saturated fatty acid on proliferative disorders of prostate.

Avaliação da fosforilação da Akt e do conteúdo da proteína transportadora de glicose GLUT4 em músculo esquelético de ratos adultos com lesão periapical

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Avaliação da fosforilação da AKT e do conteúdo da proteína transportadora de glicose GLUT4 em tecido muscular esquelético de ratos adultos, proles de ratas com doença periodontal

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

O exercício físico é capaz de melhorar expressão de AMPK e GLUT4 em músculo esquelético de ratos alcoolistas e/ou tabagistas

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)