Internalisation d'enzymes pancréatiques par la muqueuse intestinale

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Internalisation d'enzymes pancréatiques par la muqueuse intestinale

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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.

Inflammation, hepatic enzymes and resistance training in individuals with metabolic risk factors

AIMS: Increases in inflammatory markers, hepatic enzymes and physical inactivity are associated with the development of the metabolic syndrome (MetS). We examined whether inflammatory markers and hepatic enzymes are correlated with traditional risk factors for MetS and studied the effects of resistance training (RT) on these emerging risk factors in individuals with a high number of metabolic risk factors (HiMF, 2.9 +/- 0.8) and those with a low number of metabolic risk factors (LoMF, 0.5 +/- 0.5). METHODS: Twenty-eight men and 27 women aged 50.8 +/- 6.5 years (mean +/- sd) participated in the study. Participants were randomized to four groups, HiMF training (HiMFT), HiMF control (HiMFC), LoMF training (LoMFT) and LoMF control (LoMFC). Before and after 10 weeks of RT [3 days/week, seven exercises, three sets with intensity gradually increased from 40-50% of one repetition maximum (1RM) to 75-85% of 1RM], blood samples were obtained for the measurement of pro-inflammatory cytokines, C-reactive protein (CRP), gamma-glutamyltransferase (GGT) and alanine aminotransferase (ALT). RESULTS: At baseline, HiMF had higher interleukin-6 (33.9%), CRP (57.1%), GGT (45.2%) and ALT (40.6%) levels, compared with LoMF (all P < 0.05). CRP, GGT and ALT correlated with the number of risk factors (r = 0.48, 0.51 and 0.57, respectively, all P < 0.01) and with other anthropometric and clinical measures (r range from 0.26 to 0.60, P < 0.05). RT did not significantly alter inflammatory markers or hepatic enzymes (all P > 0.05). CONCLUSIONS: HiMF was associated with increased inflammatory markers and hepatic enzyme concentrations. RT did not reduce inflammatory markers and hepatic enzymes in individuals with HiMF.

A genetic analysis of serotonergic biosynthetic and metabolic enzymes in migraine using a DNA pooling approach

Migraine is a common debilitating primary headache disorder with significant mental, physical and social health implications. The brain neurotransmitter 5-hydroxytryptamine (5-HT; serotonin) is involved in nociceptive pathways and has been implicated in the pathophysiology of migraine. With few genetic studies investigating biosynthetic and metabolic enzymes governing the rate of 5-HT activity and their relationship to migraine, it was the objective of this study to assess genetic variants within the human tryptophan hydroxylase (TPH), amino acid decarboxylase (AADC) and monoamine oxidase A (MAOA) genes in migraine susceptibility. This objective was undertaken using a high-throughput DNA pooling experimental design, which proved to be a very accurate, sensitive and specific method of estimating allele frequencies for single nucleotide polymorphism, insertion deletion and variable number tandem repeat loci. Application of DNA pooling to a wide array of genetic loci provides greater scope in the assessment of population-based genetic association study designs. Despite the application of this high-throughput genotyping method, negative results from the two-stage DNA pooling design used to screen loci within the TPH, AADC and MAOA genes did not support their role in migraine susceptibility.

The expression of HAT and HDAC enzymes in asthma airways

Asthma is chronic inflammatory disease of the lower airways that is both, genetically inherited and environmentally influenced. This project investigated how molecular mechanisms known to be influenced both genetically and environmentally, contribute to the onset of asthma.

Head and neck squamous-cell cancer and its association with polymorphic enzymes of xenobiotic metabolism and repair

Tobacco smoking, alcohol drinking, and occupational exposures to polycyclic aromatic hydrocarbons are the major proven risk factors for human head and neck squamous-cell cancer (HNSCC). Major research focus on gene-environment interactions concerning HNSCC has been on genes encoding enzymes of metabolism for tobacco smoke constituents and repair enzymes. To investigate the role of genetically determined individual predispositions in enzymes of xenobiotic metabolism and in repair enzymes under the exogenous risk factor tobacco smoke in the carcinogenesis of HNSCC, we conducted a case-control study on 312 cases and 300 noncancer controls. We focused on the impact of 22 sequence variations in CYP1A1, CYP1B1, CYP2E1, ERCC2/XPD, GSTM1, GSTP1, GSTT1, NAT2, NQO1, and XRCC1. To assess relevant main and interactive effects of polymorphic genes on the susceptibility to HNSCC we used statistical models such as logic regression and a Bayesian version of logic regression. In subgroup analysis of nonsmokers, main effects in ERCC2 (Lys751Gln) C/C genotype and combined ERCC2 (Arg156Arg) C/A and A/A genotypes were predominant. When stratifying for smokers, the data revealed main effects on combined CYP1B1 (Leu432Val) C/G and G/G genotypes, followed by CYP1B1 (Leu432Val) G/G genotype and CYP2E1 (-70G>T) G/T genotype. When fitting logistic regression models including relevant main effects and interactions in smokers, we found relevant associations of CYP1B1 (Leu432Val) C/G genotype and CYP2E1 (-70G>T) G/T genotype (OR, 10.84; 95% CI, 1.64-71.53) as well as CYP1B1 (Leu432Val) G/G genotype and GSTM1 null/null genotype (OR, 11.79; 95% CI, 2.18-63.77) with HNSCC. The findings underline the relevance of genotypes of polymorphic CYP1B1 combined with exposures to tobacco smoke.

Interactions of ingested food, beverage, and tobacco components involving human cytochrome P4501A2, 2A6, 2E1, and 3A4 enzymes

Human cytochrome P450 (P450) enzymes are involved in the oxidation of natural products found in foods, beverages, and tobacco products and their catalytic activities can also be modulated by components of the materials. The microsomal activation of aflatoxin B1 to the exo-3,9-epoxide is stimulated by flavone and 7,8-benzoflavone, and attenuated by the flavonoid naringenin, a major component of grapefruit. P4502E1 has been demonstrated to play a potentially major role in the activation of a number of very low-molecular weight cancer suspects, including ethyl carbamate (urethan), which is present in alcoholic beverages and particularly stone brandies. The enzyme (P4502E1) is also known to be inducible by ethanol. Tobacco contains a large number of potential carcinogens. In human liver microsomes a significant role for P4501A2 can be demonstrated in the activation of cigarette smoke condensate. Some of the genotoxicity may be due to arylamines. P4501A2 is also inhibited by components of crude cigarette smoke condensate. The tobacco-specific nitrosamines are activated by a number of P450 enzymes. Of those known to be present in human liver, P4501A2, 2A6, and 2E1 can activate these nitrosamines to genotoxic products.

Activation of toxic chemicals by cytochrome P450 enzymes : regio- and stereoselective oxidation of aflatoxin B1

Cytochrome P450 (P450) enzymes are involved in the oxidations of numerous steroids, eicosanoids, alkaloids, and other endogenous substrates. These enzymes are also the major ones involved in the oxidation of potential toxicants and carcinogens such as those encountered among pollutants, solvents, and pesticides, as well as many natural products. A proper understanding of the basic mechanisms by which the P450 enzymes oxidize such compounds is important in developing rational strategies for the evaluation of the risks of these compounds.