The GTPase Rab37 Participates in the Control of Insulin Exocytosis.

Rab37 belongs to a subclass of Rab GTPases regulating exocytosis, including also Rab3a and Rab27a. Proteomic studies indicate that Rab37 is associated with insulin-containing large dense core granules of pancreatic β-cells. In agreement with these observations, we detected Rab37 in extracts of β-cell lines and human pancreatic islets and confirmed by confocal microscopy the localization of the GTPase on insulin-containing secretory granules. We found that, as is the case for Rab3a and Rab27a, reduction of Rab37 levels by RNA interference leads to impairment in glucose-induced insulin secretion and to a decrease in the number of granules in close apposition to the plasma membrane. Pull-down experiments revealed that, despite similar functional effects, Rab37 does not interact with known Rab3a or Rab27a effectors and is likely to operate through a different mechanism. Exposure of insulin-secreting cells to proinflammatory cytokines, fatty acids or oxidized low-density lipoproteins, mimicking physiopathological conditions that favor the development of diabetes, resulted in a decrease in Rab37 expression. Our data identify Rab37 as an additional component of the machinery governing exocytosis of β-cells and suggest that impaired expression of this GTPase may contribute to defective insulin release in pre-diabetic and diabetic conditions.

Molecular mechanisms of insulin exocytosis role of small monomeric GTP-ASES

SUMMARYInsulin secretion from pancreatic beta-cells is a fundamental condition for the maintenance of blood glucose levels. During the last decades, important components of the molecular machinery controlling hormone release have been characterized. My PhD thesis was dedicated to the study of new signaling pathways regulating insulin exocytosis and in particular to the role of small monomelic guanine triphosphatase or GTPases controlling the last events of hormone release.The first part of my thesis focused on Ras-like (Ral) RalA and RalB proteins. We investigated the mechanisms leading to activation of Ral proteins in pancreatic beta-cells and analyzed their impact on different steps of the insulin-secretory process. Our results have shown that RalA is the predominant isoform expressed in pancreatic islets and insulin-secreting cell lines. Silencing of this GTPase in INS-IE cells by RNA interference led to a decrease in secretagogue-induced hormone release. The activation of the GTPase, followed by FRET imaging, is triggered by increases in intracellular Ca and cAMP. Defective insulin release in cells lacking RalA is associated with a decrease in the secretory granules docked at the plasma membrane, detected by TIRF microscopy and with strong impairment in PLD1 activation in response to secretagogues. RalA was found to be activated by the exchange factor RalGDS, which regulates hormone secretion induced by secretagogues and the docking step of insulin-containing granules at the plasma membrane. In the second part of this work we have shown that a member of the Rab family, Rab37, is present on insulin-containing secretory granules of pancreatic beta-cells. In addition, our experiments have suggested that Rab37 is required to obtain an optimal insulin secretory response induced by secretogogues and is important for the docking step of insulin-containing granules at the plasma membrane.

ICER induced by hyperglycemia represses the expression of genes essential for insulin exocytosis.

The GTPases Rab3a and Rab27a and their effectors Granuphilin/Slp4 and Noc2 are essential regulators of neuroendocrine secretion. Chronic exposure of pancreatic beta-cells to supraphysiological glucose levels decreased selectively the expression of these proteins. This glucotoxic effect was mimicked by cAMP-raising agents and blocked by PKA inhibitors. We demonstrate that the transcriptional repressor ICER, which is induced in a PKA-dependent manner by chronic hyperglycemia and cAMP-raising agents, is responsible for the decline of the four genes. ICER overexpression diminished the level of Granuphilin, Noc2, Rab3a and Rab27a by binding to cAMP responsive elements located in the promoters of these genes and inhibited exocytosis of beta-cells in response to secretagogues. Moreover, the loss in the expression of the genes of the secretory machinery caused by glucose and cAMP-raising agents was prevented by an antisense construct that reduces ICER levels. We propose that induction of inappropriate ICER levels lead to defects in the secretory process of pancreatic beta-cells possibly contributing, in conjunction with other known deleterious effects of hyperglycemia, to defective insulin release in type 2 diabetes.

Characterization of the molecular mechanisms of insulin exocytosis and of their adaptation to physiopathological conditions

Résumé large public Le glucose est une source d'énergie essentielle pour notre organisme, indispensable pour le bon fonctionnement des cellules de notre corps. Les cellules β du pancréas sont chargées de réguler l'utilisation du glucose et de maintenir la glycémie (taux de glucose dans le sang) à un niveau constant. Lorsque la glycémie augmente, ces dernières sécrètent l'insuline, une hormone favorisant l'absorption, l'utilisation et le stockage du glucose. Une sécrétion insuffisante d'insuline provoque une élévation anormale du taux de glucose dans le sang (hyperglycémie) et peut mener au développement du diabète sucré. L'insuline est sécrétée dans le sang par un mécanisme particulier appelé exocytose. Une meilleure compréhension de ce mécanisme est nécessaire dans l'espoir de trouver des nouvelles thérapies pour traiter les 170 millions de personnes atteintes de diabète sucré à travers le monde. L'implication de diverses protéines, comme les SNAREs ou Rabs a déjà été démontrée. Cependant leurs mécanismes d'action restent, à ce jour, peu compris. De plus, l'adaptation de la machinerie d'exocytose à des conditions physiopathologiques, comme l'hyperglycémie, est encore à élucider. Le but de mon travail de thèse a été de clarifier le rôle de deux protéines, Noc2 et Tomosyn, dans l'exocytose ; puis de déterminer les effets d'une exposition prolongée à un taux élevé de glucose sur l'ensemble des protéines de la machinerie d'exocytose. Noc2 est un partenaire potentiel de deux Rabs connues pour leur implication dans les dernières étapes de l'exocytose, Rab3 et Rab27. Grâce à l'étude de différents mutants de Noc2, j'ai montré que l'interaction avec Rab27 permet à la protéine de s'associer avec les organelles de la cellule β contenant l'insuline. De plus, en diminuant sélectivement l'expression de Noc2, j'ai déterminé l'importance de cette protéine pour le bon fonctionnement du processus d'exocytose et le relâchement de l'insuline. Quant à Tomosyn, une protéine interagissant avec les protéines SNAREs, j'ai démontré son importance dans la sécrétion d'insuline en diminuant de manière sélective son expression dans les cellules β. Ensuite, grâce à une combinaison d'approches moléculaires et de microscopie, j'ai mis en évidence le rôle de Tomosyn dans les dernières étapes de l'exocytose. Enfin, puisque la sécrétion d'insuline est diminuée lors d'une hyperglycémie prolongée, j'ai analysé l'adaptation de la machinerie d'exocytose à ces conditions. Ceci m'a permis de découvrir que l'expression de quatre protéines essentielles pour le processus d'exocytose, Noc2, Rab3, Rab27 et Granuphilin, est fortement diminuée lors d'une hyperglycémie chronique. L'ensemble de ces données met en évidence l'importance de Noc2 et Tomosyn dans la sécrétion d'insuline. L'inhibition, par un taux élevé de glucose, de l'expression de Noc2 et d'autres protéines indispensables pour l'exocytose suggère que ce phénomène pourrait contribuer au développement du diabète sucré. Résumé L'exocytose d'insuline, en réponse au glucose circulant dans le sang, est la fonction principale de la cellule β. Celle-ci permet de stabiliser le taux de glucose sanguin (glycémie). Le diabète de type 2 est caractérisé par une glycémie élevée due, principalement, à un défaut de sécrétion d'insuline en réponse au glucose. La compréhension des mécanismes qui contrôlent l'exocytose d'insuline est essentielle pour clarifier les causes du diabète sucré. Plusieurs composants impliqués dans ce processus ont été identifiés. Ceux-ci incluent les SNAREs Syntaxin-1, VAMP2 et SNAP25 et les GTPases Rab3 et Rab27 qui jouent un rôle dans les dernières étapes de l'exocytose. Pendant mon travail de thèse, j'ai étudié le rôle de Noc2, un des partenaires de Rab3 et Rab27, dans l'exocytose d'insuline. Nous avons déterminé que Noc2 s'associe aux granules de sécrétion d'insuline grâce à son interaction avec Rab27. La diminution de l'expression de Noc2 dans la lignée cellulaire β INS-1E, par ARN interférence, influence négativement la sécrétion d'insuline stimulée par différents sécrétagogues et prouve que cette protéine Noc2 est essentielle pour l'exocytose d'insuline. L'interaction avec Munc13, une protéine impliquée dans l'arrimage des vésicules, suggère que Noc2 participe au recrutement des granules d'insuline à la membrane plasmique. Ensuite, j'ai analysé l'adaptation de la machinerie d'exocytose à des concentrations supraphysiologiques de glucose. Le niveau d'expression de Rab3 et Rab27 et de leurs effecteurs Granuphilin/S1p4 et Noc2 est fortement diminué par une exposition prolongée des cellules β à haut glucose. L'effet observé est en relation avec l'induction de l'expression de ICER, un facteur de transcription surexprimé dans des conditions d'hyperglycémie et également dans des modèles génétiques de diabète de type 2. La surexpression de ICER dans des cellules INS-1E diminue l'expression de Rab3, Rab27, Granuphilin/Slp4 et Noc2 et par conséquent l'exocytose d'insuline. Ainsi, l'induction de ICER, après une exposition prolongée à haut glucose, régule négativement l'expression de protéines essentielles pour l'exocytose et altère la sécrétion d'insuline. Ce mécanisme pourrait contribuer au dysfonctionnement de l'exocytose d'insuline dans le diabète de type 2. Dans la dernière partie de ma thèse, j'ai investigué le rôle de la protéine Tomosyn-1 dans la formation du complexe SNARE. Cette protéine a une forte affinité pour Syntaxin-1 et contient un domaine SNARE. Tomosyn-1 est concentrée dans les régions cellulaires enrichies en granules de sécrétion. La diminution sélective de l'expression de Tomosyn-1 induit une réduction de l'exocytose stimulée par différents sécrétagogues. Cet effet est dû à un défaut de fusion des granules avec la membrane plasmique. Ceci nous indique que Tomosyn-1 intervient dans une phase importante de la préparation des vésicules à la fusion, qui est nécessaire à l'exocytose. Abstract: Insulin exocytosis from pancreatic β-cells plays a central role in blood glucose homeostasis. Diabetes mellitus is a complex metabolic disorder characterized by secretory dysfunctions in pancreatic β-cells and release of amounts of insulin that are inappropriate to maintain blood glucose concentration within normal physiological ranges. To define the causes of β-cell failure a basic understanding of the molecular mechanisms that control insulin exocytosis is essential. Some of the molecular components involved in this process have been identified, including the SNARE proteins VAMP2, Syntaxin-1 and SNAP25 and the two GTPases, Rab3 and Rab27, that regulate the final steps of insulin secretion. I first investigated the role of Noc2, a potential Rab3 and Rab27 partner, in insulin secretion. I found that Noc2 associates with Rab27 and is recruited by this GTPase on insulin- containing granules. Silencing of the Noc2 gene by RNA interference led to a strong impairment in the capacity of the β-cell line INS-1E to respond to secretagogues, indicating that appropriate levels of the protein are essential for insulin exocytosis. I also showed that Noc2 interacts with Munc13, a protein that controls vesicle priming, suggesting a possible involvement of Noc2 in the recruitment of secretory granules at the plasma membrane. In the second part of my thesis, I investigated the adaptation of the molecular machinery of exocytosis to physiopathological conditions. I found that the expression of Rab3, Rab27 and of their effectors Granuphilin/Slp4 and Noc2 is dramatically decreased by chronic exposure of β-ce1ls to supraphysiological glucose levels. The observed glucotoxic effect is a consequence of the induction of ICER, a transcriptional repressor that is increased by prolonged hyperglycemia and in genetic models of type 2 diabetes. Overexpression of ICER reduced Granuphilin, Noc2, Rab3 and Rab27 levels and inhibited exocytosis. These results suggest that the presence of inappropriate levels of ICER diminishes the expression of a group of proteins essential for exocytosis and contributes to defective insulin release in type 2 diabetes. In the last part of my thesis, I focused my attention on the role of Tomosyn-1, a Syntaxin-1 binding protein possessing a SNARE-like motif, in the control of SNARE complex assembly. I found that Tomosyn-1 is concentrated in cellular compartments enriched in insulin-containing secretory granules. Silencing of Tomosyn-1 did not affect the number of secretory granules docked at the plasma membrane but decreased their release probability, resulting in a reduction in stimulus-induced insulin exocytosis. These findings suggest that Tomosyn-1 is involved in a post-docking event that prepares secretory granules for fusion and is necessary to sustain exocytosis in response to insulin secretagogues.

PPARβ/δ affects pancreatic β cell mass and insulin secretion in mice.

PPARβ/δ protects against obesity by reducing dyslipidemia and insulin resistance via effects in muscle, adipose tissue, and liver. However, its function in pancreas remains ill defined. To gain insight into its hypothesized role in β cell function, we specifically deleted Pparb/d in the epithelial compartment of the mouse pancreas. Mutant animals presented increased numbers of islets and, more importantly, enhanced insulin secretion, causing hyperinsulinemia. Gene expression profiling of pancreatic β cells indicated a broad repressive function of PPARβ/δ affecting the vesicular and granular compartment as well as the actin cytoskeleton. Analyses of insulin release from isolated PPARβ/δ-deficient islets revealed an accelerated second phase of glucose-stimulated insulin secretion. These effects in PPARβ/δ-deficient islets correlated with increased filamentous actin (F-actin) disassembly and an elevation in protein kinase D activity that altered Golgi organization. Taken together, these results provide evidence for a repressive role for PPARβ/δ in β cell mass and insulin exocytosis, and shed a new light on PPARβ/δ metabolic action.

Regulation of the expression of components of the exocytotic machinery of insulin-secreting cells by microRNAs

Fine-tuning of insulin secretion from pancreatic beta-cells participates in blood glucose homeostasis. Defects in this process can lead to chronic hyperglycemia and diabetes mellitus. Several proteins controlling insulin exocytosis have been identified, but the mechanisms regulating their expression remain poorly understood. Here, we show that two non-coding microRNAs, miR124a and miR96, modulate the expression of proteins involved in insulin exocytosis and affect secretion of the beta-cell line MIN6B1. miR124a increases the levels of SNAP25, Rab3A and synapsin-1A and decreases those of Rab27A and Noc2. Inhibition of Rab27A expression is mediated by direct binding to the 3'-untranslated region of Rab27A mRNA. The effect on the other genes is indirect and linked to changes in mRNA levels. Over-expression of miR124a leads to exaggerated hormone release under basal conditions and a reduction in glucose-induced secretion. miR96 increases mRNA and protein levels of granuphilin, a negative modulator of insulin exocytosis, and decreases the expression of Noc2, resulting in lower capacity of MIN6B1 cells to respond to secretagogues. Our data identify miR124a and miR96 as novel regulators of the expression of proteins playing a critical role in insulin exocytosis and in the release of other hormones and neurotransmitters

Tomosyn-1 is involved in a post-docking event required for pancreatic beta-cell exocytosis.

Although the assembly of a ternary complex between the SNARE proteins syntaxin-1, SNAP25 and VAMP2 is known to be crucial for insulin exocytosis, the mechanisms controlling this key event are poorly understood. We found that pancreatic beta-cells express different isoforms of tomosyn-1, a syntaxin-1-binding protein possessing a SNARE-like motif. Using atomic force microscopy we show that the SNARE-like domain of tomosyn-1 can form a complex with syntaxin-1 and SNAP25 but displays binding forces that are weaker than those observed for VAMP2 (237+/-13 versus 279+/-3 pN). In pancreatic beta-cells tomosyn-1 was found to be concentrated in cellular compartments enriched in insulin-containing secretory granules. Silencing of tomosyn-1 in the rat beta-cell line INS-1E by RNA interference did not affect the number of secretory granules docked at the plasma membrane but led to a reduction in stimulus-induced exocytosis. Replacement of endogenous tomosyn-1 with mouse tomosyn-1, which differs in the nucleotide sequence from its rat homologue and escapes silencing, restored a normal secretory rate. Taken together, our data suggest that tomosyn-1 is involved in a post-docking event that prepares secretory granules for fusion and is necessary to sustain exocytosis of pancreatic beta-cells in response to insulin secretagogues.

Specific Silencing of the REST Target Genes in Insulin-Secreting Cells Uncovers Their Participation in Beta Cell Survival.

The absence of the transcriptional repressor RE-1 Silencing Transcription Factor (REST) in insulin-secreting beta cells is a major cue for the specific expression of a large number of genes. These REST target genes were largely ascribed to a function of neurotransmission in a neuronal context, whereas their role in pancreatic beta cells has been poorly explored. To identify their functional significance, we have generated transgenic mice expressing REST in beta cells (RIP-REST mice), and previously discovered that REST target genes are essential to insulin exocytosis. Herein we characterized a novel line of RIP-REST mice featuring diabetes. In diabetic RIP-REST mice, high levels of REST were associated with postnatal beta cell apoptosis, which resulted in gradual beta cell loss and sustained hyperglycemia in adults. Moreover, adenoviral REST transduction in INS-1E cells led to increased cell death under control conditions, and sensitized cells to death induced by cytokines. Screening for REST target genes identified several anti-apoptotic genes bearing the binding motif RE-1 that were downregulated upon REST expression in INS-1E cells, including Gjd2, Mapk8ip1, Irs2, Ptprn, and Cdk5r2. Decreased levels of Cdk5r2 in beta cells of RIP-REST mice further confirmed that it is controlled by REST, in vivo. Using siRNA-mediated knock-down in INS-1E cells, we showed that Cdk5r2 protects beta cells against cytokines and palmitate-induced apoptosis. Together, these data document that a set of REST target genes, including Cdk5r2, is important for beta cell survival.

Modulation of pancreatic β-cell mass and insulin secretion by PPARβ/δ

SUMMARY : Peroxisome proliferator-activated receptor ß/δ protects against obesity by reducing dyslipidemia and insulin resistance via effects in various organs, including muscle, adipose tissue and liver. However, nothing is known about the function of PPARß in pancreas, a prime organ in the control of glucose homeostasis. To gain insight into so far hypothetical functions of this PPAR isotype in ß-cell function, we specifically ablated Pparß in the whole epithelial compartment of the pancreas. The mutated mice presented expanded ß-cell mass, possibly, this is due to increased burst of ß-cell proliferation at 2 weeks of age. These PPARß null pancreas mice exhibit hyperinsulinemia-hypoglycaemia starting at 4 weeks of age, due to hyperfunctionality of ß-cell. Gene expression profiling indicated a broad repressive function of PPARß impacting the vesicular and granular compartment, actin cytoskeleton, and metabolism of glucose and fatty acids. Analyses of insulin release from isolated islets revealed accelerated second-phase of glucose-stimulated insulin secretion. Higher levels of PKD and PKCS in mutated animals, in concert with F-actin disassembly, lead to an increased insulin secretion and its associated systemic effects. Enhanced palmitate potentiation of glucose-stimulated insulin secretion in PPARß mutant islets, suggests an important role of this receptor in lipid/glucose metabolism in ß-cell. Taken together, these results provide evidence for PPARß playing a repressive role on ß-cell growth and insulin exocytosis, and shed new light on its metabolic .action. RESUME : Le récepteur nucléaire PPARß (Peroxisome proliferator-activated receptor ß/δ) protège contre l'obésité en réduisant la dyslipidémie et la résistance à l'insuline dans différents organes, comme le muscle, le tissue adipeux et le foie. Cependant, il y a, à ce jour, très peu de connaissance par rapport au rôle de PPARß dans le pancréas, qui est un organe très important dans le contrôle homéostatique du glucose. Afin de comprendre le rôle de cet isotype de PPAR dans le fonctionnement des cellules beta du pancréas, nous avons invalidé le gène Pparß dans tout le compartiment pancréatique de la souris. Ces souris mutantes présentent une augmentation de la masse totale de cellules beta; Cela serait dû à une intense prolifération des cellules beta à 2 semaines après la naissance. Également, ces souris présentent une hyperinsulinémie et une hypoglycémie qui commencent à l'âge de 4 semaines; la raison de ce phénotype serait une hyperactivité des cellules beta. Le profil d'expression génique indique une fonction répressive globale de PPARß en se référant aux compartiments vésiculaire et granulaire, au cytosquelette d'actine, et au métabolisme du glucose et des acides gras. L'analyse de la sécrétion d'insuline par les cellules beta a démontré que la deuxième phase de sécrétion d'insuline après stimulation au glucose est augmentée. Les niveaux élevés de PKD et PKCS dans les îlots pancréatiques de souris mutantes, ainsi qu'une augmentation de la dépolymérisation des filaments d'active génèrent un surplus de sécrétion d'insuline après stimulation au glucose. Les îlots pancréatiques des souris mutantes secrètent plus d'insuline après stimulation au glucose et au palmitate que les îlots de souris contrôles. Ceci suggère un rôle important de PPARß dans le métabolisme des lipides et du glucose des cellules beta. En résumé, ces résultats mettent en évidence un rôle répressif de PPARß dans la croissance des cellules beta et dans l'exocytose d'insuline.

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.

A pancreatic islet-specific microRNA regulates insulin secretion

MicroRNAs (miRNAs) constitute a growing class of non-coding RNAs that are thought to regulate gene expression by translational repression. Several miRNAs in animals exhibit tissue-specific or developmental-stage-specific expression, indicating that they could play important roles in many biological processes. To study the role of miRNAs in pancreatic endocrine cells we cloned and identified a novel, evolutionarily conserved and islet-specific miRNA (miR-375). Here we show that overexpression of miR-375 suppressed glucose-induced insulin secretion, and conversely, inhibition of endogenous miR-375 function enhanced insulin secretion. The mechanism by which secretion is modified by miR-375 is independent of changes in glucose metabolism or intracellular Ca2+-signalling but correlated with a direct effect on insulin exocytosis. Myotrophin (Mtpn) was predicted to be and validated as a target of miR-375. Inhibition of Mtpn by small interfering (si)RNA mimicked the effects of miR-375 on glucose-stimulated insulin secretion and exocytosis. Thus, miR-375 is a regulator of insulin secretion and may thereby constitute a novel pharmacological target for the treatment of diabetes.

Localization of myosin-Va in subpopulations of cells in rat endocrine organs

Myosin-Va is a Ca2+/calmodulin-regulated unconventional myosin involved in the transport of vesicles, membranous organelles, and macromolecular complexes composed of proteins and mRNA. The cellular localization of myosin-Va has been described in great detail in several vertebrate cell types, including neurons, melanocytes, lymphocytes, auditory tissues, and a number of cultured cells. Here, we provide an immunohistochemical view of the tissue distribution of myosin-Va in the major endocrine organs. Myosin-Va is highly expressed in the pineal and pituitary glands and in specific cell populations of other endocrine glands, especially the parafollicular cells of the thyroid, the principal cells of the parathyroid, the islets of Langerhans of the pancreas, the chromaffin cells of the adrenal medulla, and a subpopulation of interstitial testicular cells. Weak to moderate staining has been detected in steroidogenic cells of the adrenal cortex, ovary, and Leydig cells. Myosin-Va has also been localized to non-endocrine cells, such as the germ cells of the seminiferous epithelium and maturing oocytes and in the intercalated ducts of the exocrine pancreas. These data provide the first systematic description of myosin-Va localization in the major endocrine organs of rat.

Dominant negative MyD88 proteins inhibit interleukin-1beta /interferon-gamma -mediated induction of nuclear factor kappa B-dependent nitrite production and apoptosis in beta cells.

Insulin-dependent diabetes mellitus is an autoimmune disease in which pancreatic islet beta cells are destroyed by a combination of immunological and inflammatory mechanisms. In particular, cytokine-induced production of nitric oxide has been shown to correlate with beta cell apoptosis and/or inhibition of insulin secretion. In the present study, we investigated whether the interleukin (IL)-1beta intracellular signal transduction pathway could be blocked by overexpression of dominant negative forms of the IL-1 receptor interacting protein MyD88. We show that overexpression of the Toll domain or the lpr mutant of MyD88 in betaTc-Tet cells decreased nuclear factor kappaB (NF-kappaB) activation upon IL-1beta and IL-1beta/interferon (IFN)-gamma stimulation. Inducible nitric oxide synthase mRNA accumulation and nitrite production, which required the simultaneous presence of IL-1beta and IFN-gamma, were also suppressed by approximately 70%, and these cells were more resistant to cytokine-induced apoptosis as compared with parental cells. The decrease in glucose-stimulated insulin secretion induced by IL-1beta and IFN-gamma was however not prevented. This was because these dysfunctions were induced by IFN-gamma alone, which decreased cellular insulin content and stimulated insulin exocytosis. These results demonstrate that IL-1beta is involved in inducible nitric oxide synthase gene expression and induction of apoptosis in mouse beta cells but does not contribute to impaired glucose-stimulated insulin secretion. Furthermore, our data show that IL-1beta cellular actions can be blocked by expression of MyD88 dominant negative proteins and, finally, that cytokine-induced beta cell secretory dysfunctions are due to the action of IFN-gamma.

Role of the REST/RE-1 system in beta-cell life, function and differentiation

SUMMARYDiabetes is characterized by insulin deficiency that results from the destruction of insulin-secreting pancreatic beta-cells (Type 1), or in part from beta-cell death and insulin secretion defects (Type 2). Therefore, understanding the mechanisms of beta cell neogenesis (to generate unlimited supply of beta cells for T1D transplantation] or identifying the specific genes that favors insulin secretion or beta-cell survival is of great importance for the management of diabetes. The transcriptional repressor RE-1 Silencing Transcription Factor (REST) restricts the expression of a large number of genes containing its binding element, called Repressor Element-1 (RE-1), to neurons and beta cells. To do so, REST is ubiquitously expressed but in neurons and beta cells. To identify these essential genes and their functional significance in beta cells, we have generated transgenic mice that express REST specifically in beta cells under the control of the rat insulin promoter (RIP-REST mice). This resulted in the repression of the RE-1- containing genes in beta cells, and we analyzed the consequences.We first showed that RIP-REST mice were glucose-intolerant because of a defective insulin secretion. To explain this defect, we identified that a subset of the REST target genes were necessary for insulin exocytosis, such as Snap25, Synaptotagmin (Syt) IX, Complexin II, and Ica512, and we further demonstrated that among the identified REST targets, Syt IV and VII were also involved in insulin release. We next analyzed a novel RIP-REST mouse line that featured diabetes and we showed that this defect was due to a major loss of beta-cell mass. To explain this phenotype, we identified REST target genes that were involved in beta-cell survival, such as Ibl, Irs2, Ica512 and Connexin36, and revealed that another REST target, Cdk5r2 is also involved in beta-cell protection. In a third part, we finally suggest that REST may be important for pancreatic endocrine differentiation, since transgenic mice expressing constitutive REST in pancreatic multipotent progenitors show impaired formation of Ngn3-expressing endocrine- committed precursors, and impaired formation of differentiated endocrine cells. Mapping the pattern of REST expression in wild type animals indicates that it is expressed in multipotent progenitors to become then excluded from endocrine cells. Preliminary results suggest that a downregulation of REST would result in relieved expression of at least the Mytl target, favoring subsequent acquisition of the endocrine competence by endocrine precursor cells.Thus, we propose that the REST/RE-1 system is an important feature for beta-cell neogenesis, function and survivalRESUMELe diabète se caractérise par une déficience en insuline qui résulte d'une destruction des cellules bêta (β) pancréatiques sécrétant l'insuline [Type 1], ou à un défaut de sécrétion d'insuline qui peut être associé à la mort des cellules β (Type 2). La compréhension des mécanismes de néogenèse des cellules β, ainsi que l'identification de gènes impliqués dans leur survie et dans le contrôle de la sécrétion d'insuline est donc importante pour le traitement du diabète. Le facteur de transcription de type répresseur, RE-1 Silencing Transcription Factor [REST], contribue à la spécificité d'expression dans les neurones et les cellules β, d'un grand nombre de gènes portant son motif de fixation, le Repressor Element-1 (RE-1). Pour cela, REST est exprimé dans toutes les cellules, sauf dans les neurones et les cellules β. Afin d'identifier les gènes cibles de REST ainsi que leur fonction au sein de la cellule β, nous avons généré des souris transgéniques qui expriment REST spécifiquement dans ces cellules, sous la dépendance du promoteur de l'insuline (souris RIP-REST]. Cette expression ectopique de REST a permis de diminuer l'expression des gènes contrôlés par REST, et d'en analyser les conséquences. Nous avons montré que les souris RIP-REST étaient intolérantes au glucose et que ceci était du à un défaut de sécrétion d'insuline. Pour expliquer ce phénotype, nous avons mis en évidence le fait que des gènes cibles de REST codent pour des protéines importantes pour l'exocytose de l'insuline, comme SNAP25, Synaptotagmin (Syt) IX, Complexin II ou ICA512. De plus, nous avons découvert deux nouvelles cibles de REST impliquées dans la sécrétion d'insuline, Syt IV et Syt VII. Par la suite, nous avons démontré qu'une nouvelle lignée de souris RIP-REST étaient atteintes d'un diabète sévère à cause d'une perte massive des cellules β. La disparition de ces cellules a été expliquée par l'identification de gènes cibles de REST impliqués dans la survie des cellules β, comme Ibl, Irs2, Ica512 ou la Connexine36. De plus, nous avons découvert qu'une nouvelle cible, Cdk5r2, était aussi impliquée dans la survie des cellules β. Dans une dernière partie, nous suggérons, grâce à l'analyse de nouvelles souris transgéniques exprimant constitutivement REST dans les cellules progénitrices du pancréas embryonnaire, que REST empêche la formation des précurseurs de cellules endocrines ainsi que la différenciation de ces cellules. L'analyse de l'expression de REST au cours du développement embryonnaire du pancréas indique que la diminution de l'expression de REST conduit en partie, à l'induction d'un de ses gènes cible Mytl, qui favorise la formation de précurseurs endocrines. Nous proposons donc que le système REST/RE-1 est important pour la génération, la fonction et la survie des cellules β.

Pancreatic islet adaptation to fasting is dependent on peroxisome proliferator-activated receptor alpha transcriptional up-regulation of fatty acid oxidation.

The cellular response to fasting and starvation in tissues such as heart, skeletal muscle, and liver requires peroxisome proliferator-activated receptor-alpha (PPARalpha)-dependent up-regulation of energy metabolism toward fatty acid oxidation (FAO). PPARalpha null (PPARalphaKO) mice develop hyperinsulinemic hypoglycemia in the fasting state, and we previously showed that PPARalpha expression is increased in islets at low glucose. On this basis, we hypothesized that enhanced PPARalpha expression and FAO, via depletion of lipid-signaling molecule(s) for insulin exocytosis, are also involved in the normal adaptive response of the islet to fasting. Fasted PPARalphaKO mice compared with wild-type mice had supranormal ip glucose tolerance due to increased plasma insulin levels. Isolated islets from the PPARalpha null mice had a 44% reduction in FAO, normal glucose use and oxidation, and enhanced glucose-induced insulin secretion. In normal rats, fasting for 24 h increased islet PPARalpha, carnitine palmitoyltransferase 1, and uncoupling protein-2 mRNA expression by 60%, 62%, and 82%, respectively. The data are consistent with the view that PPARalpha, via transcriptionally up-regulating islet FAO, can reduce insulin secretion, and that this mechanism is involved in the normal physiological response of the pancreatic islet to fasting such that hypoglycemia is avoided.