Lys-gamma3-MSH: a global regulator of hormone sensitive lipase activity?

Gamma-melanocyte stimulating hormone (gamma-MSH) is a peptide derived from the ACTH precursor, pro-opiomelanocortin (POMC), and belongs to a family of peptides called the melanocortins that also comprises alpha- and beta-MSH. Although conserved in tetrapods, the biological role of gamma-MSH remains largely undefined. It has been demonstrated previously that gamma-MSH is involved in the regulating the activity of hormone sensitive lipase (HSL) activity in the adrenal and more recently, in the adipocyte. It has been shown also to have effects on the cardiovascular and renal systems. This short review will provide a brief overview of the role of gamma-MSH in the adrenal and the more recent report that it can also regulate HSL function in the adipocyte. We also present some preliminary data purporting a direct role for Lys-gamma(3)-MSH in the regulation of HSL phosphorylation in the heart. Taken together these data suggest that gamma-MSH peptides might play a more widespread role in lipid and cholesterol utilization.

Cholesteryl ester accumulation and accelerated cholesterol absorption in intestine-specific hormone sensitive lipase-null mice

Hormone sensitive lipase (HSL) regulates the hydrolysis of acylglycerols and cholesteryl esters (CE) in various cells and organs, including enterocytes of the small intestine. The physiological role of this enzyme in enterocytes, however, stayed elusive. In the present study we generated mice lacking HSL exclusively in the small intestine (HSLiKO) to investigate the impact of HSL deficiency on intestinal lipid metabolism and the consequences on whole body lipid homeostasis. Chow diet-fed HSLiKO mice showed unchanged plasma lipid concentrations. In addition, feeding with high fat/high cholesterol (HF/HC) diet led to unaltered triglyceride but increased plasma cholesterol concentrations and CE accumulation in the small intestine. The same effect was observed after an acute cholesterol load. Gavaging of radioactively labeled cholesterol resulted in increased abundance of radioactivity in plasma, liver and small intestine of HSLiKO mice 4h post-gavaging. However, cholesterol absorption determined by the fecal dual-isotope ratio method revealed no significant difference, suggesting that HSLiKO mice take up the same amount of cholesterol but in an accelerated manner. mRNA expression levels of genes involved in intestinal cholesterol transport and esterification were unchanged but we observed downregulation of HMG-CoA reductase and synthase and consequently less intestinal cholesterol biosynthesis. Taken together our study demonstrates that the lack of intestinal HSL leads to CE accumulation in the small intestine, accelerated cholesterol absorption and decreased cholesterol biosynthesis, indicating that HSL plays an important role in intestinal cholesterol homeostasis.

Celecoxib plus hormone therapy versus hormone therapy alone for hormone-sensitive prostate cancer: first results from the STAMPEDE multiarm, multistage, randomised controlled trial

BACKGROUND:
Long-term hormone therapy alone is standard care for metastatic or high-risk, non-metastatic prostate cancer. STAMPEDE--an international, open-label, randomised controlled trial--uses a novel multiarm, multistage design to assess whether the early additional use of one or two drugs (docetaxel, zoledronic acid, celecoxib, zoledronic acid and docetaxel, or zoledronic acid and celecoxib) improves survival in men starting first-line, long-term hormone therapy. Here, we report the preplanned, second intermediate analysis comparing hormone therapy plus celecoxib (arm D) with hormone therapy alone (control arm A).
METHODS:
Eligible patients were men with newly diagnosed or rapidly relapsing prostate cancer who were starting long-term hormone therapy for the first time. Hormone therapy was given as standard care in all trial arms, with local radiotherapy encouraged for newly diagnosed patients without distant metastasis. Randomisation was done using minimisation with a random element across seven stratification factors. Patients randomly allocated to arm D received celecoxib 400 mg twice daily, given orally, until 1 year or disease progression (including prostate-specific antigen [PSA] failure). The intermediate outcome was failure-free survival (FFS) in three activity stages; the primary outcome was overall survival in a subsequent efficacy stage. Research arms were compared pairwise against the control arm on an intention-to-treat basis. Accrual of further patients was discontinued in any research arm showing safety concerns or insufficient evidence of activity (lack of benefit) compared with the control arm. The minimum targeted activity at the second intermediate activity stage was a hazard ratio (HR) of 0·92. This trial is registered with ClinicalTrials.gov, number NCT00268476, and with Current Controlled Trials, number ISRCTN78818544.
FINDINGS:
2043 patients were enrolled in the trial from Oct 17, 2005, to Jan 31, 2011, of whom 584 were randomly allocated to receive hormone therapy alone (control group; arm A) and 291 to receive hormone therapy plus celecoxib (arm D). At the preplanned analysis of the second intermediate activity stage, with 305 FFS events (209 in arm A, 96 in arm D), there was no evidence of an advantage for hormone therapy plus celecoxib over hormone therapy alone: HR 0·94 (95% CI 0·74-1·20). [corrected]. 2-year FFS was 51% (95% CI 46-56) in arm A and 51% (95% CI 43-58) in arm D. There was no evidence of differences in the incidence of adverse events between groups (events of grade 3 or higher were noted at any time in 123 [23%, 95% CI 20-27] patients in arm A and 64 [25%, 19-30] in arm D). The most common grade 3-5 events adverse effects in both groups were endocrine disorders (55 [11%] of patients in arm A vs 19 [7%] in arm D) and musculoskeletal disorders (30 [6%] of patients in arm A vs 15 [6%] in arm D). The independent data monitoring committee recommended stopping accrual to both celecoxib-containing arms on grounds of lack of benefit and discontinuing celecoxib for patients currently on treatment, which was endorsed by the trial steering committee.
INTERPRETATION:
Celecoxib 400 mg twice daily for up to 1 year is insufficiently active in patients starting hormone therapy for high-risk prostate cancer, and we do not recommend its use in this setting. Accrual continues seamlessly to the other research arms and follow-up of all arms will continue to assess effects on overall survival.

Palmitoleic acid (n-7) increases white adipocyte lipolysis and lipase content in a PPARα-dependent manner

We investigated whether palmitoleic acid, a fatty acid that enhances whole body glucose disposal and suppresses hepatic steatosis, modulates triacylglycerol (TAG) metabolism in adipocytes. For this, both differentiated 3T3-L1 cells treated with either palmitoleic acid (16:1n7, 200 μM) or palmitic acid (16:0, 200 μM) for 24 h and primary adipocytes from wild-type or PPARα-deficient mice treated with 16:1n7 (300 mg•kg(-1)•day(-1)) or oleic acid (18:1n9, 300 mg•kg(-1)•day(-1)) by gavage for 10 days were evaluated for lipolysis, TAG, and glycerol 3-phosphate synthesis and gene and protein expression profile. Treatment of differentiated 3T3-L1 cells with 16:1n7, but not 16:0, increased basal and isoproterenol-stimulated lipolysis, mRNA levels of adipose triglyceride lipase (ATGL) and hormone-sensitive lipase (HSL) and protein content of ATGL and pSer(660)-HSL. Such increase in lipolysis induced by 16:1n7, which can be prevented by pharmacological inhibition of PPARα, was associated with higher rates of PPARα binding to DNA. In contrast to lipolysis, both 16:1n7 and 16:0 increased fatty acid incorporation into TAG and glycerol 3-phosphate synthesis from glucose without affecting glyceroneogenesis and glycerokinase expression. Corroborating in vitro findings, treatment of wild-type but not PPARα-deficient mice with 16:1n7 increased primary adipocyte basal and stimulated lipolysis and ATGL and HSL mRNA levels. In contrast to lipolysis, however, 16:1n7 treatment increased fatty acid incorporation into TAG and glycerol 3-phosphate synthesis from glucose in both wild-type and PPARα-deficient mice. In conclusion, palmitoleic acid increases adipocyte lipolysis and lipases by a mechanism that requires a functional PPARα

Celecoxib plus hormone therapy versus hormone therapy alone for hormone-sensitive prostate cancer: first results from the STAMPEDE multiarm, multistage, randomised controlled trial

Long-term hormone therapy alone is standard care for metastatic or high-risk, non-metastatic prostate cancer. STAMPEDE--an international, open-label, randomised controlled trial--uses a novel multiarm, multistage design to assess whether the early additional use of one or two drugs (docetaxel, zoledronic acid, celecoxib, zoledronic acid and docetaxel, or zoledronic acid and celecoxib) improves survival in men starting first-line, long-term hormone therapy. Here, we report the preplanned, second intermediate analysis comparing hormone therapy plus celecoxib (arm D) with hormone therapy alone (control arm A).

A wortmannin-sensitive phosphatidylinositol 4-kinase that regulates hormone-sensitive pools of inositolphospholipids.

The synthesis of phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate [PtdIns(4,5)P2], the immediate precursor of intracellular signals generated by calcium-mobilizing hormones and growth factors, is initiated by the conversion of phosphatidylinositol to phosphatidylinositol 4-phosphate [PtdIns(4)P] by phosphatidylinositol 4-kinase (PtdIns 4-kinase). Although cells contain several PtdIns 4-kinases, the enzyme responsible for regulating the synthesis of hormone-sensitive PtdIns(4,5)P2 pools has not been identified. In this report we describe the inhibitory effect of micromolar concentrations of wortmannin (WT) on the synthesis of hormone-sensitive PtdIns(4)P and PtdIns(4,5)P2 pools in intact adrenal glomerulosa cells, and the presence of a WT-sensitive PtdIns 4-kinase in adrenocortical extracts. In addition to its sensitivity to the PtdIns 3-kinase inhibitor WT, this enzyme is distinguished from the recognized membrane-bound PtdIns 4-kinases by its molecular size and weak membrane association. Inhibition of this PtdIns 4-kinase by WT results in rapid loss of the hormone-sensitive PtdIns(4,5)P2 pool in angiotensin II-stimulated glomerulosa cells. Consequently, WT treatment inhibits the sustained but not the initial increases in inositol 1,4,5-trisphosphate and cytoplasmic [Ca2+] in a variety of agonist-stimulated cells, including adrenal glomerulosa cells, NIH 3T3 fibroblasts, and Jurkat lymphoblasts. These results indicate that a specific WT-sensitive PtdIns 4-kinase is critical for the maintenance of the agonist-sensitive polyphosphoinositide pool in several cell types.

The role of insulin and IGF2 signalling on metabolic pathways in prostate cancer progression

Prostate cancer (CaP) is the most commonly diagnosed cancer in males in Australia, North America, and Europe. If found early and locally confined, CaP can be treated with radical prostatectomy or radiation therapy; however, 25-40% patients will relapse and go on to advanced disease. The most common therapy in these cases is androgen deprivation therapy (ADT), which suppresses androgen production from the testis. Lack of the testicular androgen supply causes cells of the prostate to undergo apoptosis. However, in some cases the regression initially seen with ADT eventually gives way to a growth of a population of cancerous cells that no longer require testicular androgens. This phenotype is essentially fatal and is termed castrate resistant prostate cancer (CRPC). In addition to eventual regression, there are many undesirable side effects which accompany ADT, including development of a metabolic syndrome, which is defined by the U.S. National Library of Medicine as “a combination of medical disorders that increase the risk of developing cardiovascular disease and diabetes.” This project will focus on the effect of ADT induced hyperinsulinemia, as mimicked by treating androgen receptor positive CaP cells with insulin in a serum (hormone) deprived environment. While this side effect is not widely explored, in this thesis it is demonstrated for the first time that insulin upregulates pathways important to CaP progression. Our group has previously shown that during CaP progression, the enzymes necessary for de novo steroidogenesis are upregulated in the LNCaP xenograft model, total steroid levels are increased in tumours compared to pre castrate levels, and de novo steroidogenesis from radio-labelled acetate has been demonstrated. Because of the CaP dependence on AR for survival, we and other groups believe that CaP cells carry out de novo steroidogenesis to survive in androgen deprived conditions. Because (a) men on ADT often develop metabolic syndrome, and (b) men with lifestyle-induced obesity and hyperinsulinemia have worse prognosis and faster disease progression, and because (c) insulin causes steroidogenesis in other cell lines, the hypothesis that insulin may contribute to CaP progression through upregulation of steroidogenesis was explored. Insulin upregulates steroidogenesis enzymes at the mRNA level in three AR positive cell lines, as well as upregulating these enzymes at the protein level in two cell lines. It has also been demonstrated that insulin increases mitochondrial (functional) levels of steroid acute regulatory protein (StAR). Furthermore, insulin causes increased levels of total steroids in and induction of de novo steroid synthesis by insulin has been demonstrated at levels induced sufficient to activate AR. The effect of insulin analogs on CaP steroidogenesis in LNCaP and VCaP cells has also been investigated because epidemiological studies suggest that some of the analogs developed may have more cancer stimulatory effects than normal insulin. In this project, despite the signalling differences between glargine, X10, and insulin, these analogs did not appear to induce steroidogenesis any more potently that normal insulin. The effect of insulin of MCF7breast cancer cells was also investigated with results suggesting that breast cancer cells may be capable of de novo steroidogenesis, and that increase in estradiol production may be exacerbated by insulin. Insulin has also been long known to stimulate lipogenesis in the liver and adipocytes, and has been demonstrated to increase lipogenesis in breast cancer cells; therefore, investigation of the effect of insulin on lipogenesis, which is a hallmark of aggressive cancers, was investigated. In CaP progression sterol regulatory element binding protein (SREBP) is dysregulated and upregulates fatty acid synthase (FASN), acetyl CoA-carboxylase, and other lipogenesis genes. SREBP is important for steroidogenesis and in this project has been shown to be upregulated by insulin in CaP cells. Fatty acid synthesis provides building blocks of membrane growth, provides substrates for acid oxidation, the main energy source for CaP cells, provides building blocks for anti-apoptotic and proinflammatory molecules, and provides molecules that stimulate steroidogenesis. In this project it has been shown that insulin upregulates FASN and ACC, which synthesize fatty acids, as well as upregulating hormone sensitive lipase (HSL), diazepam-binding inhibitor (DBI), and long-chain acyl-CoA synthetase 3 (ACSL3), which contribute to lipid activation of steroidogenesis. Insulin also upregulates total lipid levels and de novo lipogenesis, which can be suppressed by inhibition of the insulin receptor (INSR). The fatty acids synthesized after insulin treatment are those that have been associated with CaP; furthermore, microarray data suggests insulin may upregulate fatty acid biosynthesis, metabolism and arachidonic acid metabolism pathways, which have been implicated in CaP growth and survival. Pharmacological agents used to treat patients with hyperinsulinemia/ hyperlipidemia have gained much interest in regards to CaP risk and treatment; however, the scientific rationale behind these clinical applications has not been examined. This thesis explores whether the use of metformin or simvastatin would decrease either lipogenesis or steroidogenesis or both in CaP cells. Simvastatin is a 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA reductase (HMGR) inhibitor, which blocks synthesis of cholesterol, the building block of steroids/ androgens. It has also been postulated to down regulate SREBP in other metabolic disorders. It has been shown in this thesis, in LNCaP cells, that simvastatin inhibited and decreased insulin induced steroidogenesis and lipogenesis, respectively, but increased these pathways in the absence of insulin. Conversely, metformin, which activates AMP-activated protein kinase (AMPK) to shut down lipogenesis, cholesterol synthesis, and protein synthesis, highly suppresses both steroidogenesis and lipogenesis in the presence and absence of insulin. Lastly, because it has been demonstrated to increase steroidogenesis in other cell lines, and because the elucidation of any factors affecting steroidogenesis is important to understanding CaP, the effect of IGF2 on steroidogenesis in CaP cells was investigated. In patient samples, as men progress to CRPC, IGF2 mRNA and the protein levels of the receptors it may signal through are upregulated. It has also been demonstrated that IGF2 upregulates steroidogenic enzymes at both the mRNA and protein levels in LNCaP cells, increases intracellular and secreted steroid/androgen levels in LNCaPs to levels sufficient to stimulate the AR, and upregulated de novo steroidogenesis in LNCaPs and VCaPs. As well, inhibition of INSR and insulin-like growth factor 1 receptor (IGF1R), which IGF2 signals through, suggests that induction of steroidogenesis may be occurring predominantly through IGF1R. In summary, this project has illuminated for the first time that insulin is likely to play a large role in cancer progression, through upregulation of the steroidogenesis and lipogenesis pathways at the mRNA and protein levels, and production levels, and demonstrates a novel role for IGF-II in CaP progression through stimulation of steroidogenesis. It has also been demonstrated that metformin and simvastatin drugs may be useful in suppressing the insulin induction of these pathways. This project affirms the pathways by which ADT- induced metabolic syndrome may exacerbate CaP progression and strongly suggests that the monitoring and modulation of the metabolic state of CaP patients could have a strong impact on their therapeutic outcomes.

Changes in white adipose tissue metabolism induced by resveratrol in rats

Background: A remarkable range of biological functions have been ascribed to resveratrol. Recently, this polyphenol has been shown to have body fat lowering effects. The aim of the present study was to assess some of the potential underlying mechanisms of action which take place in adipose tissue. Methods: Sixteen male Sprague-Dawley rats were randomly divided into two groups: control and treated with 30 mg resveratrol/kg body weight/d. All rats were fed an obesogenic diet and after six weeks of treatment white adipose tissues were dissected. Lipoprotein lipase activity was assessed by fluorimetry, acetyl-CoA carboxylase by radiometry, and malic enzyme, glucose-6P-dehydrogenase and fatty acid synthase by spectrophotometry. Gene expression levels of acetyl-CoA carboxylase, fatty acid synthase, lipoprotein lipase, hormone-sensitive lipase, adipose triglyceride lipase, PPAR-gamma, SREBP-1c and perilipin were assessed by Real time RT-PCR. The amount of resveratrol metabolites in adipose tissue was measured by chromatography. Results: There was no difference in the final body weight of the rats; however, adipose tissues were significantly decreased in the resveratrol-treated group. Resveratrol reduced the activity of lipogenic enzymes, as well as that of heparin-releasable lipoprotein lipase. Moreover, a significant reduction was induced by this polyphenol in hormone-sensitive lipase mRNA levels. No significant changes were observed in other genes. Total amount of resveratrol metabolites in adipose tissue was 2.66 +/- 0.55 nmol/g tissue. Conclusions: It can be proposed that the body fat-lowering effect of resveratrol is mediated, at least in part, by a reduction in fatty acid uptake from circulating triacylglycerols and also in de novo lipogenesis.

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.

Les mécanismes de régulation du métabolisme lipidique par les peptides QRFP (pyroglutamylated RF-amide peptides)

Plusieurs cibles thérapeutiques dans le développement de médicaments contre l’obésité visent une diminution de l’appétit et de la masse adipeuse et à augmenter la dépense énergétique. L’appétit et le métabolisme énergétique sont régulés par certains neuropeptides qui agissent au niveau du système nerveux central, notamment dans l’hypothalamus. Parmi ces neuropeptides, les peptides RF-amide ou QRFP (pyroglutamylated RF-amide peptides), ainsi nommés par la présence du motif conservé Arg-Phe-NH2 dans le domaine C-terminal, induisent une hyperphagie et une augmentation de la masse adipeuse lorsqu’administrés par voie centrale. Les formes bioactives de ces peptides comprennent principalement 43 (QRFP-43) et 26 (QRFP-26) acides aminés. Outre les peptides QRFP, leurs récepteurs, les GPR103 de la famille des récepteurs à 7 passages transmembranaires couplés aux protéines G, sont exprimés dans l’hypothalamus. Plus récemment, des études ont montré la sécrétion de ces neuropeptides, et la présence du GPR103, dans le tissu adipeux. Cependant, le rôle de la voie signalétique (QRFP/GPR103) dans la régulation du métabolisme lipidique au niveau périphérique est peu connu. Les travaux de cette thèse ont porté sur la caractérisation des effets adipogéniques périphériques des neuropeptides QRFP. En premier lieu, nos travaux ont montré que les adipocytes 3T3-L1 et les adipocytes murins isolés des dépôts adipeux blancs expriment le prépro-QRFP et uniquement le récepteur GPR103B, un des deux sous-types de récepteurs présents chez la souris. De plus, nous avons montré que l’expression du récepteur est régulée par une diète riche en lipides réduisant l’expression du prépro-QRFP, mais augmentant celle du GPR103B dans les dépôts lipidiques. Chez l’humain, les adipocytes de l’omentum expriment autant le GPR103 que le prépro-QRFP. Nous avons de plus étudié la fonctionnalité du GPR103B dans les adipocytes 3T3-L1 par l’utilisation d’ARN interférents. Nous avons observé que ce récepteur médie les effets adipogéniques des QRFPs en augmentant l’expression du récepteur nucléaire PPAR-gamma (peroxisome proliferator-activated receptor gamma) et le facteur de transcription C/EBP-alpha (CCAAT-enhancer binding protein alpha) résultant en une accumulation des triglycérides. Nous avons aussi mis en évidence les effets anti-lipolytiques des QRFPs. En effet, les QRFP inhibent fortement la lipolyse induite avec l’isoprotérénol. L’étude des mécanismes moléculaires à l’origine des effets anti-lipolytiques du QRFP-43 a montré l’activation de la voie de signalisation PI3-K/PKB (phosphatidylinositol 3-kinase/protéine kinase B) en réponse à la stimulation du GPR103B. La réponse anti-lipolytique induite par le QRFP-43 est associée à une diminution de la phosphorylation de la périlipine A (PLIN1a) et de la lipase hormono-sensible (HSL). Nos études ont élucidé les mécanismes conduisant à l’inhibition de la phosphorylation de la PLIN1a en réponse à l’activation du GPR103B, impliquant l’inhibition de la migration de la cavéoline 1 et de la sous unité catalytique de la protéine kinase A (PKA) au niveau des gouttelettes lipidiques, ainsi que l’inhibition de l’activité des Src kinases et de la protéine kinase C (PKC). En conclusion, nos travaux ont montré que les QRFP-43 et -26 exercent un effet adipogénique et anti-lipolytique dans les adipocytes, mettant ainsi en évidence le rôle des neuropeptides QRFPs dans la régulation du métabolisme lipidique au niveau adipocytaire.

Monoacylglycerol, alpha/beta-hydrolase domain-6, and the regulation of insulin secretion and energy metabolism

Le cycle glycérolipides/acides gras libres (GL/FFA) est une voie métabolique clé qui relie le métabolisme du glucose et des acides gras et il est composé de deux processus métaboliques appelés lipogenèse et lipolyse. Le cycle GL/FFA, en particulier la lipolyse des triglycérides, génère diverses molécules de signalisation pour réguler la sécrétion d'insuline dans les cellules bêta pancréatiques et la thermogenèse non-frissonnante dans les adipocytes. Actuellement, les lipides provenant spécifiquement de la lipolyse impliqués dans ce processus sont mal connus. L’hydrolyse des triglycérides dans les cellules β est réalisée par les actions successives de la triglycéride lipase adipocytaire pour produire le diacylglycérol, ensuite par la lipase hormono-sensible pour produire le monoacylglycérol (MAG) et enfin par la MAG lipase (MAGL) qui relâche du glycerol et des acides gras. Dans les cellules bêta, la MAGL classique est très peu exprimée et cette étude a démontré que l’hydrolyse de MAG dans les cellules β est principalement réalisée par l'α/β-Hydrolase Domain-6 (ABHD6) nouvellement identifiée. L’inhibition d’ABHD6 par son inhibiteur spécifique WWL70, conduit à une accumulation des 1-MAG à longues chaines saturées à l'intérieur des cellules, accompagnée d’une augmentation de la sécrétion d'insuline stimulée par le glucose (GSIS). Baisser les niveaux de MAG en surexprimant ABHD6 dans la lignée cellulaire bêta INS832/13 réduit la GSIS, tandis qu’une augmentation des niveaux de MAG par le « knockdown » d’ABHD6 améliore la GSIS. L'exposition aiguë des monoacylglycérols exogènes stimule la sécrétion d'insuline de manière dose-dépendante et restaure la GSIS supprimée par un inhibiteur de lipases appelé orlistat. En outre, les souris avec une inactivation du gène ABHD6 dans tous les tissus (ABHD6-KO) et celles avec une inactivation du gène ABHD6 spécifiquement dans la cellule β présentent une GSIS stimulée, et leurs îlots montrent une augmentation de la production de monoacylglycérol et de la sécrétion d'insuline en réponse au glucose. L’inhibition d’ABHD6 chez les souris diabétiques (modèle induit par de faibles doses de streptozotocine) restaure la GSIS et améliore la tolérance au glucose. De plus, les résultats montrent que les MAGs non seulement améliorent la GSIS, mais potentialisent également la sécrétion d’insuline induite par les acides gras libres ainsi que la sécrétion d’insuline induite par divers agents et hormones, sans altération de l'oxydation et l'utilisation du glucose ainsi que l'oxydation des acides gras. Nous avons démontré que le MAG se lie à la protéine d’amorçage des vésicules appelée Munc13-1 et l’active, induisant ainsi l’exocytose de l'insuline. Sur la base de ces observations, nous proposons que le 1-MAG à chaines saturées agit comme facteur de couplage métabolique pour réguler la sécrétion d'insuline et que ABHD6 est un modulateur négatif de la sécrétion d'insuline. En plus de son rôle dans les cellules bêta, ABHD6 est également fortement exprimé dans les adipocytes et son niveau est augmenté avec l'obésité. Les souris dépourvues globalement d’ABHD6 et nourris avec une diète riche en gras (HFD) montrent une faible diminution de la prise alimentaire, une diminution du gain de poids corporel et de la glycémie à jeun et une amélioration de la tolérance au glucose et de la sensibilité à l'insuline et ont une activité locomotrice accrue. En outre, les souris ABHD6-KO affichent une augmentation de la dépense énergétique et de la thermogenèse induite par le froid. En conformité avec ceci, ces souris présentent des niveaux élevés d’UCP1 dans les adipocytes blancs et bruns, indiquant le brunissement des adipocytes blancs. Le phénotype de brunissement est reproduit dans les souris soit en les traitant de manière chronique avec WWL70 (inhibiteur d’ABHD6) ou des oligonucléotides anti-sense ciblant l’ABHD6. Les tissus adipeux blanc et brun isolés de souris ABHD6-KO montrent des niveaux très élevés de 1-MAG, mais pas de 2-MAG. L'augmentation des niveaux de MAG soit par administration exogène in vitro de 1-MAG ou par inhibition ou délétion génétique d’ABHD6 provoque le brunissement des adipocytes blancs. Une autre évidence indique que les 1-MAGs sont capables de transactiver PPARα et PPARγ et que l'effet de brunissement induit par WWL70 ou le MAG exogène est aboli par les antagonistes de PPARα et PPARγ. L’administration in vivo de l’antagoniste de PPARα GW6471 à des souris ABHD6-KO inverse partiellement les effets causés par l’inactivation du gène ABHD6 sur le gain de poids corporel, et abolit l’augmentation de la thermogenèse, le brunissement du tissu adipeux blanc et l'oxydation des acides gras dans le tissu adipeux brun. L’ensemble de ces observations indique que ABHD6 régule non seulement l’homéostasie de l'insuline et du glucose, mais aussi l'homéostasie énergétique et la fonction des tissus adipeux. Ainsi, 1-MAG agit non seulement comme un facteur de couplage métabolique pour réguler la sécrétion d'insuline en activant Munc13-1 dans les cellules bêta, mais régule aussi le brunissement des adipocytes blancs et améliore la fonction de la graisse brune par l'activation de PPARα et PPARγ. Ces résultats indiquent que ABHD6 est une cible prometteuse pour le développement de thérapies contre l'obésité, le diabète de type 2 et le syndrome métabolique.

Evidence of a possible role for Lys-gamma 3-MSH in the regulation of adipocyte function

Lys-gamma 3-MSH is a melanocortin peptide derived from the C-terminal of the 16 kDa fragment of POMC. The physiological role of Lys-gamma 3-MSH is unclear, although it has previously been shown that, although not directly steroidogenic, it can act to potentiate the steroidogenic response of adrenal cortical cells to ACTH. This synergistic effect appears to be correlated with an ability to increase the activity of hormone sensitive lipase (HSL) and therefore the rate of cholesterol ester hydrolysis. Ligand binding studies have suggested that high-affinity binding sites for Lys-gamma 3-MSH exist in the adrenal gland and a number of other rat tissues that express HSL, including adipose, skeletal muscle and testes. To investigate the hypothesis that Lys-gamma 3-MSH may play a wider role in cholesterol and lipid metabolism, we tested the effect of Lys-gamma 3-MSH on lipolysis, an HSL-mediated process, in 3T3-L1 adipocytes. In comparison with other melanocortin peptides, Lys-gamma 3-MSH was found to be a potent stimulator of lipolysis. It was also able to phosphorylate HSL at key serine residues and stimulate the hyper-phosphorylation of perilipin A. The receptor through which the lipolytic actions of Lys-gamma 3-MSH are being mediated is not clear. Attempts to characterise this receptor suggest that either the pharmacology of the melanocortin receptor 5 in 3T3-L1 adipocytes is different from that described when expressed in heterologous systems or the possibility that a further, as yet uncharacterised, receptor exists.

Melatonin and the circadian entrainment of metabolic and hormonal activities in primary isolated adipocytes

The aim of this work was to investigate the effect of the in vitro circadian-like exposure to melatonin [in the presence or absence of insulin (Ins)] on the metabolism and clock gene expression in adipocytes. To simulate the cyclic characteristics of the daily melatonin profile, isolated rat adipocytes were exposed in a circadian-like pattern to melatonin added to the incubating medium for 12 hr (mimicking the night), followed by an equal period without melatonin (mimicking the day) combined or not with Ins. This intermittent incubation was interrupted when four and a half 24-hr cycles were fulfilled. At the end, either during the induced night (melatonin present) or the induced day (melatonin absent), the rates of lipolysis and D-[U-(14)C]-glucose incorporation into lipids were estimated, in addition to the determination of lipogenic [glucose-6-phosphate dehydrogenase and fatty acid synthase (FAS)] and lipolytic (hormone sensitive lipase) enzymes and clock gene (Bmal-1b, Clock, Per-1 and Cry-1) mRNA expression. The leptin release was also measured. During the induced night, the following effects were observed: an increase in the mRNA expression of Clock, Per-1 and FAS; a rise in lipogenic response and leptin secretion; and a decrease in the lipolytic activity. The intermittent exposure of adipocytes to melatonin temporally and rhythmically synchronized their metabolic and hormonal function in a circadian fashion, mimicking what is observed in vivo in animals during the daily light-dark cycle. Therefore, this work helps to clarify the physiological relevance of the circadian pattern of melatonin secretion and its interactions with Ins, contributing to a better understanding of the adipocyte biology.

Inflammation and adipose tissue: effects of progressive load training in rats

Introduction: Cytokines (IL-6, IL-10 and TNF-alpha) are increased after exhaustive exercise in the rat retroperitoneal (RPAT) and mesenteric adipose tissue (MEAT) pads. On the other hand, these cytokines show decreased expression in these depots in response to a chronic exercise protocol. However, the effect of exercise with overload combined with a short recovery period on pro-and anti-inflammatory cytokine expression is unknown. In the present study, we investigated the regulation of cytokine production in the adipose tissue of rats after an overtraining-inducing exercise protocol. Methods: Male Wistar rats were divided into four groups: Control (C), Trained (Tr), Overtrained (OT) and recovered overtrained (R). Cytokines (IL-6, TNF-alpha and IL-10) levels and Toll Like Receptor 4 (TLR4), Nuclear Factor kBBp65 (NF-kBp65), Hormone Sensitive Lipase (HSL) and, Perilipin protein expression were assessed in the adipose tissue. Furthermore, we analysed plasma lipid profile, insulin, testosterone, corticosterone and endotoxin levels, and liver triacylglycerol, cytokine content, as well as apolipoprotein B (apoB) and TLR4 expression in the liver. Results: OT and R groups exhibited reduced performance accompanied by lower testosterone and increased corticosterone and endotoxin levels when compared with the control and trained groups. IL-6 and IL-10 protein levels were increased in the adipose tissue of the group allowed to recover, in comparison with all the other studied groups. TLR-4 and NF-kBp65 were increased in this same group when compared with both control and trained groups. The protein expression of HSL was increased and that of Perilipin, decreased in the adipose in R in relation to the control. In addition, we found increased liver and serum TAG, along with reduced apoB protein expression and IL-6 and IL-10 levels in the of R in relation to the control and trained groups. Conclusion: In conclusion, we have shown that increases in pro-inflammatory cytokines in the adipose tissue after an overtraining protocol may be mediated via TLR-4 and NF-kBp65 signalling, leading to an inflammatory state in this tissue.