Treadmill Training Increases Sirt-1 And Pgc-1 α Protein Levels And Ampk Phosphorylation In Quadriceps Of Middle-aged Rats In An Intensity-dependent Manner.

The present study investigated the effects of running at 0.8 or 1.2 km/h on inflammatory proteins (i.e., protein levels of TNF- α , IL-1 β , and NF- κ B) and metabolic proteins (i.e., protein levels of SIRT-1 and PGC-1 α , and AMPK phosphorylation) in quadriceps of rats. Male Wistar rats at 3 (young) and 18 months (middle-aged rats) of age were divided into nonexercised (NE) and exercised at 0.8 or 1.2 km/h. The rats were trained on treadmill, 50 min per day, 5 days per week, during 8 weeks. Forty-eight hours after the last training session, muscles were removed, homogenized, and analyzed using biochemical and western blot techniques. Our results showed that: (a) running at 0.8 km/h decreased the inflammatory proteins and increased the metabolic proteins compared with NE rats; (b) these responses were lower for the inflammatory proteins and higher for the metabolic proteins in young rats compared with middle-aged rats; (c) running at 1.2 km/h decreased the inflammatory proteins and increased the metabolic proteins compared with 0.8 km/h; (d) these responses were similar between young and middle-aged rats when trained at 1.2 km. In summary, the age-related increases in inflammatory proteins, and the age-related declines in metabolic proteins can be reversed and largely improved by treadmill training.

Inactivation Of Ampk Mediates High Phosphate-induced Extracellular Matrix Accumulation Via Nox4/tgfß-1 Signaling In Human Mesangial Cells.

High phosphate (Pi) levels and extracellular matrix (ECM) accumulation are associated with chronic kidney disease progression. However, how high Pi levels contribute to ECM accumulation in mesangial cells is unknown. The present study investigated the role and mechanism of high Pi levels in ECM accumulation in immortalized human mesangial cells (iHMCs). iHMCs were exposed to normal (0.9 mM) or increasing Pi concentrations (2.5 and 5 mM) with or without diferent blockers or activators. NOX4, phosphorylated AMPK (p-AMPK), phosphorylated SMAD3 (p-SMAD3), fibronectin (F/N), collagen IV (C-IV) and alpha-smooth muscle actin (α-SMA) expression was assessed via western blot and immunofluorescence. Lucigenin-enhanced chemiluminescence, and dihydroethidium (DHE) assessed NADPH oxidase activity and superoxide (SO), respectively. In iHMCs, a Pi transporter blocker (PFA) abrogated high Pi-induced AMPK inactivation, increase in NADPH oxidase-induced reactive oxygen species (ROS) levels, NOX4, p-SMAD3, α-SMA and C-IV expression. AMPK activation by AICAR, NOX4 silencing or NADPH oxidase blocker prevented high Pi-induced DHE levels, p-SMAD3, F/N, C-IV and α-SMA expression. AMPK inactivation with NOX4-induced ROS formation and transforming growth factor ß-1 (TGFß-1) signaling activation mediates high Pi-induced ECM accumulation in iHMCs. Maneuvers increasing AMPK or reducing NOX4 activity may contribute to renal protection under hyperphosphatemia.

Augmented β-cell Function And Mass In Glucocorticoid-treated Rodents Are Associated With Increased Islet Ir-β /akt/mtor And Decreased Ampk/acc And As160 Signaling.

Glucocorticoid (GC) therapies may adversely cause insulin resistance (IR) that lead to a compensatory hyperinsulinemia due to insulin hypersecretion. The increased β-cell function is associated with increased insulin signaling that has the protein kinase B (AKT) substrate with 160 kDa (AS160) as an important downstream AKT effector. In muscle, both insulin and AMP-activated protein kinase (AMPK) signaling phosphorylate and inactivate AS160, which favors the glucose transporter (GLUT)-4 translocation to plasma membrane. Whether AS160 phosphorylation is modulated in islets from GC-treated subjects is unknown. For this, two animal models, Swiss mice and Wistar rats, were treated with dexamethasone (DEX) (1 mg/kg body weight) for 5 consecutive days. DEX treatment induced IR, hyperinsulinemia, and dyslipidemia in both species, but glucose intolerance and hyperglycemia only in rats. DEX treatment caused increased insulin secretion in response to glucose and augmented β-cell mass in both species that were associated with increased islet content and increased phosphorylation of the AS160 protein. Protein AKT phosphorylation, but not AMPK phosphorylation, was found significantly enhanced in islets from DEX-treated animals. We conclude that the augmented β-cell function developed in response to the GC-induced IR involves inhibition of the islet AS160 protein activity.

PPARβ/δ prevents endoplasmic reticulum stress-associated inflammation and insulin resistance in skeletal muscle cells through an AMPK-dependent mechanism.

AIM/HYPOTHESIS: Endoplasmic reticulum (ER) stress, which is involved in the link between inflammation and insulin resistance, contributes to the development of type 2 diabetes mellitus. In this study, we assessed whether peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR)β/δ prevented ER stress-associated inflammation and insulin resistance in skeletal muscle cells. METHODS: Studies were conducted in mouse C2C12 myotubes, in the human myogenic cell line LHCN-M2 and in skeletal muscle from wild-type and PPARβ/δ-deficient mice and mice exposed to a high-fat diet. RESULTS: The PPARβ/δ agonist GW501516 prevented lipid-induced ER stress in mouse and human myotubes and in skeletal muscle of mice fed a high-fat diet. PPARβ/δ activation also prevented thapsigargin- and tunicamycin-induced ER stress in human and murine skeletal muscle cells. In agreement with this, PPARβ/δ activation prevented ER stress-associated inflammation and insulin resistance, and glucose-intolerant PPARβ/δ-deficient mice showed increased phosphorylated levels of inositol-requiring 1 transmembrane kinase/endonuclease-1α in skeletal muscle. Our findings demonstrate that PPARβ/δ activation prevents ER stress through the activation of AMP-activated protein kinase (AMPK), and the subsequent inhibition of extracellular-signal-regulated kinase (ERK)1/2 due to the inhibitory crosstalk between AMPK and ERK1/2, since overexpression of a dominant negative AMPK construct (K45R) reversed the effects attained by PPARβ/δ activation. CONCLUSIONS/INTERPRETATION: Overall, these findings indicate that PPARβ/δ prevents ER stress, inflammation and insulin resistance in skeletal muscle cells by activating AMPK.

Connexin36 contributes to INS-1E cells survival through modulation of cytokine-induced oxidative stress, ER stress and AMPK activity.

Cell-to-cell communication mediated by gap junctions made of Connexin36 (Cx36) contributes to pancreatic β-cell function. We have recently demonstrated that Cx36 also supports β-cell survival by a still unclear mechanism. Using specific Cx36 siRNAs or adenoviral vectors, we now show that Cx36 downregulation promotes apoptosis in INS-1E cells exposed to the pro-inflammatory cytokines (IL-1β, TNF-α and IFN-γ) involved at the onset of type 1 diabetes, whereas Cx36 overexpression protects against this effect. Cx36 overexpression also protects INS-1E cells against endoplasmic reticulum (ER) stress-mediated apoptosis, and alleviates the cytokine-induced production of reactive oxygen species, the depletion of the ER Ca(2+) stores, the CHOP overexpression and the degradation of the anti-apoptotic protein Bcl-2 and Mcl-1. We further show that cytokines activate the AMP-dependent protein kinase (AMPK) in a NO-dependent and ER-stress-dependent manner and that AMPK inhibits Cx36 expression. Altogether, the data suggest that Cx36 is involved in Ca(2+) homeostasis within the ER and that Cx36 expression is downregulated following ER stress and subsequent AMPK activation. As a result, cytokine-induced Cx36 downregulation elicits a positive feedback loop that amplifies ER stress and AMPK activation, leading to further Cx36 downregulation. The data reveal that Cx36 plays a central role in the oxidative stress and ER stress induced by cytokines and the subsequent regulation of AMPK activity, which in turn controls Cx36 expression and mitochondria-dependent apoptosis of insulin-producing cells.

LKB1 and AMPK differentially regulate pancreatic β-cell identity.

Fully differentiated pancreatic β cells are essential for normal glucose homeostasis in mammals. Dedifferentiation of these cells has been suggested to occur in type 2 diabetes, impairing insulin production. Since chronic fuel excess ("glucotoxicity") is implicated in this process, we sought here to identify the potential roles in β-cell identity of the tumor suppressor liver kinase B1 (LKB1/STK11) and the downstream fuel-sensitive kinase, AMP-activated protein kinase (AMPK). Highly β-cell-restricted deletion of each kinase in mice, using an Ins1-controlled Cre, was therefore followed by physiological, morphometric, and massive parallel sequencing analysis. Loss of LKB1 strikingly (2.0-12-fold, E<0.01) increased the expression of subsets of hepatic (Alb, Iyd, Elovl2) and neuronal (Nptx2, Dlgap2, Cartpt, Pdyn) genes, enhancing glutamate signaling. These changes were partially recapitulated by the loss of AMPK, which also up-regulated β-cell "disallowed" genes (Slc16a1, Ldha, Mgst1, Pdgfra) 1.8- to 3.4-fold (E<0.01). Correspondingly, targeted promoters were enriched for neuronal (Zfp206; P=1.3×10(-33)) and hypoxia-regulated (HIF1; P=2.5×10(-16)) transcription factors. In summary, LKB1 and AMPK, through only partly overlapping mechanisms, maintain β-cell identity by suppressing alternate pathways leading to neuronal, hepatic, and other characteristics. Selective targeting of these enzymes may provide a new approach to maintaining β-cell function in some forms of diabetes.-Kone, M., Pullen, T. J., Sun, G., Ibberson, M., Martinez-Sanchez, A., Sayers, S., Nguyen-Tu, M.-S., Kantor, C., Swisa, A., Dor, Y., Gorman, T., Ferrer, J., Thorens, B., Reimann, F., Gribble, F., McGinty, J. A., Chen, L., French, P. M., Birzele, F., Hildebrandt, T., Uphues, I., Rutter, G. A. LKB1 and AMPK differentially regulate pancreatic β-cell identity.

The AMPK family member Snf1 protects Saccharomyces cerevisiae cells upon glutatione oxidation

The AMPK/Snf1 kinase has a central role in carbon metabolism homeostasis in Saccharomyces cerevisiae. In this study, we show that Snf1 activity, which requires phosphorylation of the Thr210 residue, is needed for protection against selenite toxicity. Such protection involves the Elm1 kinase, which acts upstream of Snf1 to activate it. Basal Snf1 activity is sufficient for the defense against selenite, although Snf1 Thr210 phosphorylation levels become increased at advanced treatment times, probably by inhibition of the Snf1 dephosphorylation function of the Reg1 phosphatase. Contrary to glucose deprivation, Snf1 remains cytosolic during selenite treatment, and the protective function of the kinase does not require its known nuclear effectors. Upon selenite treatment, a null snf1 mutant displays higher levels of oxidized versus reduced glutathione compared to wild type cells, and its hypersensitivity to the agent is rescued by overexpression of the glutathione reductase gene GLR1. In the presence of agents such as diethyl maleate or diamide, which cause alterations in glutathione redox homeostasis by increasing the levels of oxidized glutathione, yeast cells also require Snf1 in an Elm1-dependent manner for growth. These observations demonstrate a role of Snf1 to protect yeast cells in situations where glutathione-dependent redox homeostasis is altered to a more oxidant intracellular environment and associates AMPK to responses against oxidative stress.

The acute effects of strength, endurance and concurrent exercises on the Akt/mTOR/p70S6K1 and AMPK signaling pathway responses in rat skeletal muscle

The activation of competing intracellular pathways has been proposed to explain the reduced training adaptations after concurrent strength and endurance exercises (CE). The present study investigated the acute effects of CE, strength exercises (SE), and endurance exercises (EE) on phosphorylated/total ratios of selected AMPK and Akt/mTOR/p70S6K1 pathway proteins in rats. Six animals per exercise group were killed immediately (0 h) and 2 h after each exercise mode. In addition, 6 animals in a non-exercised condition (NE) were killed on the same day and under the same conditions. The levels of AMPK, phospho-Thr172AMPK (p-AMPK), Akt, phospho-Ser473Akt (p-Akt), p70S6K1, phospho-Thr389-p70S6K1(p-p70S6K1), mTOR, phospho-Ser2448mTOR (p-mTOR), and phospho-Thr1462-TSC2 (p-TSC2) expression were evaluated by immunoblotting in total plantaris muscle extracts. The only significant difference detected was an increase (i.e., 87%) in Akt phosphorylated/total ratio in the CE group 2 h after exercise compared to the NE group (P = 0.002). There were no changes in AMPK, TSC2, mTOR, or p70S6K1 ratios when the exercise modes were compared to the NE condition (P ≥ 0.05). In conclusion, our data suggest that low-intensity and low-volume CE might not blunt the training-induced adaptations, since it did not activate competing intracellular pathways in an acute bout of strength and endurance exercises in rat skeletal muscle.

Caractérisation de la voie de signalisation AMPK/ACC dans le foie et l’intestin du Psammomys obesus, un modèle animal de résistance à l’insuline et de diabète de type 2

L’expansion des maladies métaboliques dans les sociétés modernes exige plus d’activités de recherche afin d’augmenter notre compréhension des mécanismes et l’identification de nouvelles cibles d’interventions cliniques. L’obésité, la résistance à l’insuline (RI) et la dyslipidémie, en particulier sont tous des facteurs de risque associés à la pathogenèse du diabète de type 2 (DT2) et des maladies cardiovasculaires. Ainsi, la dyslipidémie postprandiale, notamment la surproduction des lipoprotéines hépatiques et intestinales, contribue d’une façon significative à l’hypertriglycéridémie. Quoique plusieurs études cliniques et fondamentales chez l’homme et les modèles animaux aient mis en évidence les rôles importants joués par le foie et l’intestin dans la dyslipidémie, les mécanismes moléculaires en cause ne sont pas bien élucidés. L’une des voies principales régulant le métabolisme lipidique est la voie de la protéine kinase AMPK. L’épuisement de l’ATP intracellulaire entraîne une activation de l’AMPK qui va œuvrer pour rétablir l’équilibre énergétique en stimulant des voies génératrices d’ATP et en inhibant des voies anaboliques consommatrices d’ATP. Les effets positifs de l’activation de l’AMPK comprennent l’augmentation de la sensibilité à l’insuline dans les tissus périphériques, la réduction de l’hyperglycémie et la réduction de la lipogenèse, d’où son importance dans les interventions cliniques pour la correction des dérangements métaboliques. Il est à souligner que le rôle de l’AMPK dans le foie et l’intestin semble plus complexe et mal compris. Ainsi, la voie de signalisation de l’AMPK n’est pas bien élucidée dans les situations pathologiques telles que le DT2, la RI et l’obésité. Dans le présent projet, notre objectif consiste à caractériser le rôle de cette voie de signalisation dans la lipogenèse hépatique et dans le métabolisme des lipides dans l’intestin chez le Psammomys obesus, un modèle animal d’obésité, de RI et de DT2. À cette fin, 3 groupes d’animaux sont étudiés (i.e. contrôle, RI et DT2). En caractérisant la voie de signalisation de l’AMPK/ACC dans le foie, nous avons constaté une augmentation de l’expression génique des enzymes clés de la lipogenèse (ACC, FAS, SCD-1 et mGPAT) et des facteurs de transcription (ChREBP, SREBP-1) qui modulent leur niveau d’expression. Nos analyses détaillées ont révélé, par la suite, une nette augmentation de l’expression de l’isoforme cytosolique de l’ACC, ACC1 (impliqué dans la lipogenèse de novo) concomitante avec une invariabilité de l’expression de l’isoforme mitochondrial ACC2 (impliqué dans la régulation négative de la β-oxydation). En dépit d’un état adaptatif caractérisé par une expression protéique et une phosphorylation (activation) élevées de l’AMPKα, l’activité de la kinase qui phosphoryle et inhibe l’ACC reste très élevée chez les animaux RI et DT2. Au niveau de l’intestin grêle des animaux RI et DT2, nous avons démontré que l’augmentation de la lipogenèse intestinale est principalement associée avec une diminution de la voie de signalisation de l’AMPK (i.e. expression protéique et phosphorylation/activation réduites des deux isoformes AMPKα1 et AMPKα2). La principale conséquence de la diminution de l’activité AMPK est la réduction de la phosphorylation de l’ACC. Étant donné que le niveau d’expression totale d’ACC reste inchangé, nos résultats suggèrent donc une augmentation de l’activité des deux isoformes ACC1 et ACC2. En parallèle, nous avons observé une réduction de l’expression protéique et génique de la CPT1 [enzyme clé de la β-oxydation des acides gras (AG)]. L’ensemble de ces résultats suggère une inhibition de l’oxydation des AG concomitante avec une stimulation de la lipogenèse de novo. Enfin, nous avons démontré que l’intestin grêle est un organe sensible à l’action de l’insuline et que le développement de la résistance à l’insuline pourrait altérer les deux voies de signalisation (i.e. Akt/GSK3 et p38MAPK) essentielles dans plusieurs processus métaboliques. En conclusion, nos résultats indiquent que l’augmentation de la lipogenèse qui contribue pour une grande partie à la dyslipidémie dans la résistance à l’insuline et le diabète serait due, en partie, à des défauts de signalisation par l’AMPK. Nos observations illustrent donc le rôle crucial du système AMPK au niveau hépatique et intestinal, ce qui valide l’approche thérapeutique consistant à activer l’AMPK pour traiter les maladies métaboliques.

Rôle et régulation de la protéine kinase AMPK au niveau intestinal

réalisé en cotutelle avec l'Université Claude Bernard Lyon 1

Impact d’un épisode asphyxique périnatal associé à des convulsions sur le développement des interneurones corticaux : rôle de l’adenosine monophosphate-activated protein kinase (AMPK)

L’encéphalopathie hypoxique-­‐ischémique cause des milliers de victimes à travers le monde chaque année. Les enfants survivants à un épisode hypoxique-­‐ischémique sont à risque de développer des problèmes neurologiques incapacitants comme une paralysie cérébrale, un retard mental, une épilepsie ou des troubles d’ordre comportemental. Les modèles animaux ont amélioré nos connaissances sur les mécanismes sous-­‐jacents aux dommages cérébraux, mais elles sont encore trop incomplètes pour être capables de prévenir les problèmes neurologiques. Ce projet vise à comprendre l’impact d’un épisode asphyxique périnatale associé à des convulsions ainsi que l’activation de l’adenosine monophosphate-­‐activated protein kinase (AMPK) sur les circuits GABAergiques inhibiteurs en développement chez la souris. Dans le but d’investiguer le sort des neurones inhibiteurs, appelés interneurones, suite à un épisode asphyxique périnatal associé à des convulsions avec des animaux transgéniques, nous avons pris avantage d’un nouveau modèle d’hypoxie permettant d’induire des convulsions chez la souris. Deux populations d’interneurones représentant ensemble environ 60% de tous les interneurones corticaux ont été étudiées, soit les cellules exprimant la parvalbumine (PV) et les cellules exprimant la somatostatine (SOM). L’étude stéréologique n’a montré aucune mort neuronale de ces deux populations d’interneurones dans l’hippocampe chez les souris hypoxique d’âge adulte. Par contre, le cortex des souris hypoxiques présentait des zones complètement ou fortement dépourvues de cellules PV alors que les cellules SOM n’étaient pas affectées. L’utilisation d’une lignée de souris transgénique exprimant une protéine verte fluorescente (GFP) dans les cellules PV nous a permis de comprendre que les trous PV sont le reflet de deux choses : 1) une diminution des cellules PV et 2) une immaturité des cellules PV restantes. Puisque les cellules PV sont spécifiquement affectées dans la première partie de notre étude, nous avons voulu étudier les mécanismes moléculaires sous-­‐jacents à cette vulnérabilité. L’AMPK est un senseur d’énergie qui orchestre le rétablissement des i niveaux d’énergie cellulaire dans le cas d’une déplétion énergétique en modulant des voies de signalisation impliquant la synthèse de protéines et l’excitabilité membranaire. Il est possible que l’activation d’AMPK suite à un épisode asphyxique périnatal associé à des convulsions soit néfaste à long-­‐terme pour le circuit GABAergique en développement et modifie l’établissement de l’innervation périsomatique d’une cellule PV sur les cellules pyramidales. Nous avons étudié cette hypothèse dans un modèle de culture organotypique en surexprimant la forme wild-­‐type (WT) de la sous-­‐unité α2 d’AMPK, ainsi qu’une forme mutée dominante négative (DN), dans des cellules PV individuelles. Nous avons montré que pendant la phase de formation synaptique (jours post-­‐natals équivalents EP 10-­‐18), la surexpression de la forme WT désorganise la stabilisation des synapses. De plus, l’abolition de l’activité d’AMPK semble augmenter le nombre de synapses périsomatiques faits par la cellule PV sur les cellules pyramidales pendant la phase de formation et semble avoir l’effet inverse pendant la phase de maturation (EP 16-­‐24). La neurotransmission GABAergique joue plusieurs rôles dans le cerveau, depuis la naissance jusqu’à l’âge adulte des interneurones, et une dysfonction des interneurones a été associée à plusieurs troubles neurologiques, comme la schizophrénie, l’autisme et l’épilepsie. La maturation des circuits GABAergiques se fait majoritairement pendant la période post-­‐natale et est hautement dépendante de l’activité neuronale et de l’expérience sensorielle. Nos résultats révèlent que le lourd fardeau en demande énergétique d’un épisode asphyxique périnatal peut causer une mort neuronale sélective des cellules PV et compromettre l’intégrité de leur maturation. Un des mécanismes sous-­‐ jacents possible à cette immaturité des cellules PV suite à l’épisode hypoxique est l’activation d’AMPK, en désorganisant leur profil d’innervation sur les cellules pyramidales. Nous pensons que ces changements dans le réseau GABAergique pourrait contribuer aux problèmes neurologiques associés à une insulte hypoxique.

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

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

Relação entre diferentes períodos da exposição à obesidade induzida por dieta e lipotoxidade cardíaca: papel do eixo Leptina/OB0R/AMPK/ACC/Malonil CoA

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)