Rôle de l’enzyme PAS kinase dans la régulation du facteur de transcription PDX-1 dans la cellule bêta pancréatique.

Le diabète de type 2 (DT2) se caractérise par une production insuffisante d'insuline par le pancréas ainsi qu'une résistance des tissus périphériques à l'action de l'insuline. Dans les cellules bêta pancréatiques, le glucose stimule la production de l'insuline en induisant la transcription de son gène et la traduction ainsi que la sécrétion de sa protéine. Paradoxalement, une exposition prolongée et simultanée de ces cellules à de hautes concentrations de glucose en présence d'acides gras conduit à la détérioration de la fonction bêta pancréatique et au développement du DT2. Toutefois, les mécanismes moléculaires responsables de ces effets du glucose ne sont que partiellement connus. L'objectif du travail décrit dans cette thèse est d'identifier les mécanismes responsables de la régulation de la transcription du gène de l'insuline. PDX-1 (de l’anglais pour pancreatic and duodenal homeobox 1) est un facteur de transcription majeur et essentiel tant pour le développement du pancréas que pour le maintien de sa fonction à l'état adulte. En réponse au glucose, PDX-1 se lie au promoteur du gène de l'insuline et induit sa transcription. Ceci est inhibé par l'acide gras palmitate. Dans la première partie des travaux effectués dans le cadre de cette thèse, nous avons identifié deux mécanismes de régulation de la transcription du gène de l'insuline: le premier via ERK1/2 (de l'anglais pour extracellular-signal-regulated protein kinases 1 and 2) et le second par l’enzyme PASK (pour per-arnt-sim kinase). Nous avons également mis en évidence l'existence d'un troisième mécanisme impliquant l'inhibition de l'expression du facteur de transcription MafA par le palmitate. Nos travaux indiquent que la contribution de la signalisation via PASK est majeure. L'expression de PASK est augmentée par le glucose et inhibée par le palmitate. Sa surexpression dans les cellules MIN6 et les îlots isolés de rats, mime les effets du glucose sur l'expression du gène de l'insuline ainsi que sur l'expression de PDX-1 et prévient les effets délétères du palmitate. Dans la deuxième partie de la thèse, nous avons identifié un nouveau mécanisme par lequel PASK augmente la stabilité protéique de PDX-1, soit via la phosphorylation et l'inactivation de la protéine kinase GSK3 bêta (de l'anglais pour glycogen synthase kinase 3 beta). Le glucose induit la translocation de PDX-1 du cytoplasme vers le noyau, ce qui est essentiel à sa liaison au promoteur de ses gènes cibles. L'exclusion nucléaire de PDX-1 a été observée dans plusieurs modèles ex vivo et in vivo de dysfonction de la cellule bêta pancréatique. Dans le dernier volet de cette thèse, nous avons démontré l'importance de l'utilisation de cellules primaires (îlots isolés et dispersés) pour étudier la translocation nucléaire de PDX-1 endogène étant donné que ce mode de régulation est absent dans les lignées insulino-sécrétrices MIN6 et HIT-T15. Ces études nous ont permis d'identifier et de mieux comprendre les mécanismes régulant la transcription du gène de l'insuline via le facteur de transcription PDX-1. Les cibles moléculaires ainsi identifiées pourraient contribuer au développement de nouvelles approches thérapeutiques pour le traitement du diabète de type 2. Mots-clés : Diabète, îlots de Langerhans, cellule bêta pancréatique, gène de l'insuline, PDX-1, PASK, GSK3 bêta, ERK1/2, PKB, glucose, palmitate.

Transcriptional activation of the GLUT2 gene by the IPF-1/STF-1/IDX-1 homeobox factor.

The homeodomain protein PDX-1, referred as IPF-1/STF-1/IDX-1, is a transcriptional factor that plays a critical role in the control of several genes expressed in the pancreatic islet. PDX-1 gene expression has been previously shown to be reduced in cultured beta-cell lines chronically exposed to high glucose concentrations. As the glucose transporter type 2 (GLUT2) gene expression is selectively decreased in the beta-pancreatic cells of experimental models of diabetes, we postulated that the loss of GLUT2 gene expression in the pancreatic islets of diabetic animals may be due to the loss of PDX-1 transacting function on the GLUT2 gene. We, therefore, investigated the potential role of PDX-1 in the transcriptional control of GLUT2. We have identified a repeat of a TAAT motif (5'-TAATA-ATAACA-3') conserved in the sequence of the human and murine GLUT2 promoters. Recombinant PDX-1 binds to this GLUT2TAAT motif in electrophoretic mobility shift experiments. PDX-1 antiserum detects the formation of the complex of PDX-1 with the GLUT2TAAT motif in nuclear extracts from the pancreatic insulin-secreting cell line, beta TC3. The GLUT2TAAT motif was mutated in the murine GLUT2 promoter (-1308/+49 bp) linked to a luciferase reporter gene and transfected into beta TC3 cells. Compared with the transcriptional activity of the wild type promoter, that of the mutated promoter decreases by 41%. Multiple copies of the GLUT2TAAT motif were ligated 5' to a heterologous promoter and transfected into a PDX-1-expressing cell line (beta TC3) and into cell lines lacking the homeobox factor (InR1-G9 and JEG-3). The GLUT2TAAT motif mediates the activation of the heterologous promoter in the PDX-1-expressing cell line but not in InR1-G9 or JEG-3 cell lines. Furthermore, cotransfection in a PDX-1-deficient cell line with the expression vector encoding PDX-1 transactivates specifically the heterologous promoter containing the multimerized GLUT2TAAT motif. These data demonstrate that the murine GLUT2 promoter is controlled by the PDX-1 homeobox factor through the identified GLUT2TAAT motif.

α1-Antitrypsin Portland, a bioengineered serpin highly selective for furin: Application as an antipathogenic agent

The important role of furin in the proteolytic activation of many pathogenic molecules has made this endoprotease a target for the development of potent and selective antiproteolytic agents. Here, we demonstrate the utility of the protein-based inhibitor α1-antitrypsin Portland (α1-PDX) as an antipathogenic agent that can be used prophylactically to block furin-dependent cell killing by Pseudomonas exotoxin A. Biochemical analysis of the specificity of a bacterially expressed His- and FLAG-tagged α1-PDX (α1-PDX/hf) revealed the selectivity of the α1-PDX/hf reactive site loop for furin (Ki, 600 pM) but not for other proprotein convertase family members or other unrelated endoproteases. Kinetic studies show that α1-PDX/hf inhibits furin by a slow tight-binding mechanism characteristic of serpin molecules and functions as a suicide substrate inhibitor. Once bound to furin’s active site, α1-PDX/hf partitions with equal probability to undergo proteolysis by furin at the C-terminal side of the reactive center -Arg355-Ile-Pro-Arg358-↓ or to form a kinetically trapped SDS-stable complex with the enzyme. This partitioning between the complex-forming and proteolytic pathways contributes to the ability of α1-PDX/hf to differentially inhibit members of the proprotein convertase family. Finally, we propose a structural model of the α1-PDX-reactive site loop that explains the high degree of enzyme selectivity of this serpin and which can be used to generate small molecule furin inhibitors.

Avaluació dels efectes de les procianidines de pinyol de raïm sobre la secreció d'insulina

Les procianidines són un tipus de compostos fenòlics que es troben en aliments com la xocolata, i en begudes com el vi negre. Actualment es coneix que les procianidines exerceixen efectes beneficiosos sobre la salut, especialment sobre el sistema cardiovascular. Estudis realitzats pel grup de recerca “Nutrigenòmica” d’aquesta universitat, mostren indicis que les procianidines afecten la funció secretora d’insulina del pàncrees. En aquest estudi s’han avaluat els efectes que du a terme l’extracte de procianidines de pinyol de raïm (GSPE) sobre la síntesi i la secreció d’insulina en el pàncrees, mitjançant experiments realitzats in vitro, amb la línia cel•lular pancreàtica MIN-6, i in vivo, en models de rata sans i amb síndrome metabòlica. In vitro, s’observa que GSPE realitza una acció inhibidora de la secreció d’insulina en les cèl•lules MIN-6 en condicions basals de glucosa, essent a una concentració de 1 mg/l de GSPE on s’observa un efecte més clar. Els responsables d’aquesta inhibició són els àcids fenòlics i els monòmers presents en l’extracte. En condicions d’estimulació aquest extracte produeix una certa activació de la secreció d’insulina, en la mateixa línia cel•lular, a l’exposar les cèl•lules a una dosi de 10 mg/l. In vivo, l’assaig de l’expressió gènica de la insulina mostra que GSPE redueix la transcripció d’aquest gen, i que aquest efecte depèn tant de la dosi com del període d’administració de l’extracte. Estudis preliminars per determinar el mecanisme d’acció de GSPE, indiquen que aquestes molècules modulen l’expressió del gen de Pdx-1, el qual és un factor de transcripció que estimula l’expressió del gen de la insulina. Amb els resultats obtinguts es pot concloure que GSPE actua frenant tant la síntesi com la secreció d’insulina, tot i que s’ha d’aprofundir més en la descripció de l’efecte observat, i els mecanismes moleculars pels quals te lloc.

Role of the c-Jun N-terminal Kinase signaling in pancreatic β-cells

L'insuline est une hormone qui diminue la concentration de sucre dans le sang et qui est produite par la cellule β du pancréas. Un défaut de production de cette hormone est une des causes principales du diabète. Cette perte de production d'insuline est la conséquence à la fois, de la réduction du nombre de cellules β et du mauvais fonctionnement des cellules β restantes. L'inflammation, en activant la voie de signalisation «c-Jun N-terminal Kinase» (JNK) contribue au déclin de ces cellules. Cette voie de signalisation est activée par des protéines telles que des kinases qui reçoivent le signal de stress. Dans ce travail de thèse nous nous sommes intéressés à étudier le rôle de «Dual leucine zipper bearing kinase» (DLK) comme protéine capable de relayer le stress inflammatoire vers l'activation de la voie JNK dans les cellules β-pancréatiques. Nous montrons que DLK est présente dans les cellules β-pancréatiques et qu'elle agit effectivement comme un activateur de la voie de signalisation de JNK. En outre, DLK joue un rôle clé dans le contrôle de l'expression de l'insuline, de la sécrétion de l'insuline en réponse au glucose et au maintien de la survie des cellules β. Si l'expression de cette protéine diminue, la cellule produit moins d'insuline et sera plus sensible à la mort en réponse au stress inflammatoire. A l'inverse si l'expression de DLK est augmentée, la cellule β produit et secrète plus d'insuline. Des variations de l'expression de DLK sont par ailleurs, associées à l'état de santé de la cellule β. Chez la ratte en gestation ou la souris obèse, dans lesquelles la cellule β produit plus d'insuline, l'expression de DLK est augmentée. En revanche dans les cellules β des patients diabétiques, l'expression de DLK est diminuée par rapport aux cellules non malades. En résumé, DLK est nécessaire pour le bon fonctionnement de la cellule β-pancréatique et son expression corrèle avec le degré de santé des cellules, faisant que cette protéine pourrait être une cible thérapeutique potentiel. Les cellules β-pancréatiques ont la capacité de réguler la sécrétion d'insuline en s'adaptant précisément au stimulus et à la glycémie. La fonction de la cellule β est cruciale dans l'homéostasie du glucose puisque sa dysfonction et sa mort mènent au développement des diabètes de type 1 et 2. De nombreuses études suggèrent que l'inflammation pourrait avoir un rôle dans la dysfonction et la destruction de ces cellules dans le diabète de type 2. L'excès chronique de cytokines proinflammatoires accélère le dysfonctionnement de la cellule β pancréatique par un mécanisme qui implique la voie de signalisation «c-Jun N-terminal Kinase» (JNK). L'activation de cette voie est organisée par des protéines d'échafaudages. Elle se fait par trois étapes successives de phosphorylation impliquant une «Mitogen Activated Protein Kinase Kinase Kinase» (MAP3K), une MAP2K et JNK. Dans ce travail de thèse nous montrons l'expression abondante et spécifique de la MAP3K «Dual Leucine Zipper Bearing Kinase» (DLK) dans les cellules β pancréatiques. Cela est la conséquence de l'absence du répresseur transcriptionnel «Repressor Element 1 Silencing Transcription». Nous montrons également que DLK régule l'activation de JNK et qu'il s'avère nécessaire pour la fonction et la survie de la cellule β pancréatique par un mécanisme impliquant le facteur de transcription PDX-1. L'invalidation de l'expression de DLK diminue l'expression de l'insuline et potentialise l'apoptose induite par des cytokines proinflammatoires. A l'inverse, la surexpression de DLK augmente l'expression et la sécrétion d'insuline induites par le glucose. Par conséquent des niveaux d'expression appropriés de DLK sont déterminants pour la fonction et la survie de la cellule β pancréatique. L'obésité et la grossesse sont caractérisées par une hyperinsulinémie qui résulte d'une augmentation de la production et de la sécrétion de l'insuline. L'expression de DLK est augmentée dans des îlots de rattes gestantes et des souris obèses comparés à leurs contrôles respectifs. A l'inverse, dans des sujets diabétiques, l'expression de DLK est diminuée. Ensemble ces résultats montrent l'importance de DLK dans l'adaptation des îlots par un mécanisme qui pourrait impliquer la voie de signalisation de JNK. Des défauts dans cette voie régulée par DLK pourraient contribuer au dysfonctionnement et la mort de la cellule β pancréatique et par conséquent au développement du diabète. L'étude détaillée du mécanisme par lequel DLK active la voie de signalisation JNK et régule la fonction de la cellule β pancréatique pourrait ouvrir la voie des nouvelles thérapies ciblant l'amélioration de la fonction de la cellule β dans le diabète. - Pancreatic β-cells are evidently plastic in their ability to regulate insulin secretion. The quantity of insulin released by these cells varies according to the stimulus, and the prevailing glucose concentration, β-cell function is pivotal in glucose homeostasis, as their dysfunction, and death can lead to development of type 1 and type 2 diabetes. There are numerous reports so far underlying the role of inflammation in dysfunction, and destruction of β-cells, in both type 1 and type 2 diabetes. Chronic excess of pro¬inflammatory cytokines promotes a β-cell decline, via induction of the c-Jun N-terminal Kinase (JNK) pathway. The activation of the JNK pathway is organized by a scaffold protein-mediated module in which, a three-step phosphorylation cascade occurs. The latter includes, Mitogen activated protein kinase kinase kinase (MAP3K), MAP2K and JNK. In this thesis, we unveil that the MAP3K Dual Leucine Zipper Bearing Kinase (DLK) is selectively, and highly expressed in pancreatic β-cells, as the result from the absence of the transcriptional repressor named, Repressor Element 1 Silencing Transcription (REST). We show that DLK regulates activation of JNK, and is required for β-cell function and survival by modulating the PDX-1 transcription factor. Silencing of DLK expression diminishes insulin expression, and potentiated cytokine-mediated apoptosis. Conversely, overexpression of DLK increased insulin expression, and glucose-induced insulin secretion. Therefore, an appropriate level of DLK is critical for β-cell function and survival. Obesity and pregnancy are characterized by hyperinsulinemia resulting from an increased production and secretion of insulin. In isolated islets of pregnant rats, and obese mice, the expression of DLK was elevated when compared to their respective controls. However, decreased expression of DLK was observed in islets of individuals with diabetes. Taken together, we highlight the importance of DLK in islet adaptation, and describe a mechanism that may involve the JNK signaling. Deficiency in the JNK pathway regulated by DLK may contribute to β-cell failure and death, and thereby development of diabetes. Unraveling the mechanism whereby DLK activates the JNK pathway, and β-cell function, may pave the way for the design of novel therapies, aiming to improve β-cell function and survival in diabetes in general.

The loss of GLUT2 expression in the pancreatic beta-cells of diabetic db/db mice is associated with an impaired DNA-binding activity of islet-specific trans-acting factors.

GLUT2 expression is reduced in the pancreatic beta-cells of several diabetic animals. The transcriptional control of the gene in beta-cells involves at least two islet-specific DNA-binding proteins, GTIIa and PDX-1, which also transactivates the insulin, somatostatin and glucokinase genes. In this report, we assessed the DNA-binding activities of GTIIa and PDX-1 to their respective cis-elements of the GLUT2 promoter using nuclear extracts prepared from pancreatic islets of 12 week old db/db diabetic mice. We show that the decreased GLUT2 mRNA expression correlates with a decrease of the GTIIa DNA-binding activity, whereas the PDX-1 binding activity is increased. In these diabetic animals, insulin mRNA expression remains normal. The adjunction of dexamethasone to isolated pancreatic islets, a treatment previously shown to decrease PDX-1 expression in the insulin-secreting HIT-T15 cells, has no effect on the GTIIa and PDX-1 DNA-binding activities. These data suggest that the decreased activity of GTIIa, in contrast to PDX-1, may be a major initial step in the development of the beta-cell dysfunction in this model of diabetes.

Rôles du stress du réticulum endoplasmique et de l'immunité innée dans l'inhibition de la transcription du gène de l'insuline : étude du facteur de transcription ATF6 et du récepteur TLR4

Le diabète de type 2 (DT2) est caractérisé par une résistance des tissus périphériques à l’action de l’insuline et par une insuffisance de la sécrétion d’insuline par les cellules β du pancréas. Différents facteurs tels que le stress du réticulum endoplasmique (RE) et l’immunité innée affectent la fonction de la cellule β-pancréatique. Toutefois, leur implication dans la régulation de la transcription du gène de l’insuline demeure imprécise. Le but de cette thèse était d’identifier et de caractériser le rôle du stress du RE et de l’immunité innée dans la régulation de la transcription du gène de l’insuline. Les cellules β-pancréatiques ont un RE très développé, conséquence de leur fonction spécialisée de biosynthèse et de sécrétion d’insuline. Cette particularité les rend très susceptible au stress du RE qui se met en place lors de l’accumulation de protéines mal repliées dans la lumière du RE. Nous avons montré qu’ATF6 (de l’anglais, activating transcription factor 6), un facteur de transcription impliqué dans la réponse au stress du RE, lie directement la boîte A5 de la région promotrice du gène de l’insuline dans les îlots de Langerhans isolés de rat. Nous avons également montré que la surexpression de la forme active d’ATF6α, mais pas ATF6β, réprime l’activité du promoteur de l’insuline. Toutefois, la mutation ou l’absence de la boîte A5 ne préviennent pas l’inhibition de l’activité promotrice du gène de l’insuline par ATF6. Ces résultats montrent qu’ATF6 se lie directement au promoteur du gène de l’insuline, mais que cette liaison ne semble pas contribuer à son activité répressive. Il a été suggéré que le microbiome intestinal joue un rôle dans le développement du DT2. Les patients diabétiques présentent des concentrations plasmatiques élevées de lipopolysaccharides (LPS) qui affectent la fonction de la cellule β-pancréatique. Nous avons montré que l’exposition aux LPS entraîne une réduction de la transcription du gène de l’insuline dans les îlots de Langerhans de rats, de souris et humains. Cette répression du gène de l’insuline par les LPS est associée à une diminution des niveaux d’ARNms de gènes clés de la cellule β-pancréatique, soit PDX-1 (de l’anglais, pancreatic duodenal homeobox 1) et MafA (de l’anglais, mammalian homologue of avian MafA/L-Maf). En utilisant un modèle de souris déficientes pour le récepteur TLR4 (de l’anglais, Toll-like receptor), nous avons montré que les effets délétères des LPS sur l’expression du gène de l’insuline sollicitent le récepteur de TLR4. Nous avons également montré que l’inhibition de la voie NF-kB entraîne une restauration des niveaux messagers de l’insuline en réponse à une exposition aux LPS dans les îlots de Langerhans de rat. Ainsi, nos résultats montrent que les LPS inhibent le gène de l’insuline dans les cellules β-pancréatiques via un mécanisme moléculaire dépendant du récepteur TLR4 et de la voie NF-kB. Ces observations suggèrent ainsi un rôle pour le microbiome intestinal dans la fonction de la cellule β du pancréas. Collectivement, ces résultats nous permettent de mieux comprendre les mécanismes moléculaires impliqués dans la répression du gène de l'insuline en réponse aux divers changements survenant de façon précoce dans l’évolution du diabète de type 2 et d'identifier des cibles thérapeutiques potentielles qui permettraient de prévenir ou ralentir la détérioration de l'homéostasie glycémique au cours de cette maladie, qui affecte plus de deux millions de Canadiens.

Adrenergic and muscarinic receptor subtypes functional regulation during diabetogenesis: Effect of curcumin and vitamin D3 pre-treatment

In the present study, the initial phase was directed to confirm the effects of curcumin and vitamin D3 in preventing or delaying diabetes onset by studying the blood glucose and insulin levels in the pre-treated and diabetic groups. Behavioural studies were conducted to evaluate the cognitive and motor function in experimental rats. The major focus of the study was to understand the cellular and neuronal mechanisms that ensure the prophylactic capability of curcumin and vitamin D3. To elucidate the mechanisms involved in conferring the antidiabetogenesis effect, we examined the DNA and protein profiles using radioactive incorporation studies for DNA synthesis, DNA methylation and protein synthesis. Furthermore the gene expression studies of Akt-1, Pax, Pdx-1, Neuro D1, insulin like growth factor-1 and NF-κB were done to monitor pancreatic beta cell proliferation and differentiation. The antioxidant and antiapoptotic actions of curcumin and vitamin D3 were examined by studying the expression of antioxidant enzymes - SOD and GPx, and apoptotic mediators like Bax, caspase 3, caspase 8 and TNF-α. In order to understand the signalling pathways involved in curcumin and vitamin D3 action, the second messengers, cAMP, cGMP and IP3 were studied along with the expression of vitamin D receptor in the pancreas. The neuronal regulation of pancreatic beta cell maintenance, proliferation and insulin release was studied by assessing the adrenergic and muscarinic receptor functional regulation in the pancreas, brain stem, hippocampus and hypothalamus. The receptor number and binding affinity of total muscarinic, muscarinic M1, muscarinic M3, total adrenergic, α adrenergic and β adrenergic receptor subtypes were studied in pancreas, brain stem and hippocampus of experimental rats. The mRNA expression of muscarinic and adrenergic receptor subtypes were determined using Real Time PCR. Immunohistochemistry studies using confocal microscope were carried out to confirm receptor density and gene expression results. Cell signalling alterations in the pancreas and brain regions associated with diabetogenesis and antidiabetogenesis were assessed by examining the gene expression profiles of vitamin D receptor, CREB, phospholipase C, insulin receptor and GLUT. This study will establish the anti-diabetogenesis activity of curcumin and vitamin D3 pre-treatment and will attempt to understand the cellular, molecular and neuronal control mechanism in the onset of diabetes.Administration of MLD-STZ to curcumin and vitamin D3 pre-treated rats induced only an incidental prediabetic condition. Curcumin and vitamin D3 pretreated groups injected with MLD-STZ exhibited improved circulating insulin levels and behavioural responses when compared to MLD-STZ induced diabetic group. Activation of beta cell compensatory response induces an increase in pancreatic insulin output and beta cell mass expansion in the pre-treated group. Cell signalling proteins that regulate pancreatic beta cell survival, insulin release, proliferation and differentiation showed a significant increase in curcumin and vitamin D3 pre-treated rats. Marked decline in α2 adrenergic receptor function in pancreas helps to relent sympathetic inhibition of insulin release. Neuronal stimulation of hyperglycemia induced beta cell compensatory response is mediated by escalated signalling through β adrenergic, muscarinic M1 and M3 receptors. Pre-treatment mediated functional regulation of adrenergic and cholinergic receptors, key cell signalling proteins and second messengers improves pancreatic glucose sensing, insulin gene expression, insulin secretion, cell survival and beta cell mass expansion in pancreas. Curcumin and vitamin D3 pre-treatment induced modulation of adrenergic and cholinergic signalling in brain stem, hippocampus and hypothalamus promotes insulin secretion, beta cell compensatory response, insulin sensitivity and energy balance to resist diabetogenesis. Pre-treatment improved second messenger levels and the gene expression of intracellular signalling molecules in brain stem, hippocampus and hypothalamus, to retain a functional neuronal response to hyperglycemia. Curcumin and vitamin D3 protect pancreas and brain regions from oxidative stress by their indigenous antioxidant properties and by their ability to stimulate cellular free radical defence system. The present study demonstrates the role of adrenergic and muscarinic receptor subtypes functional regulation in curcumin and vitamin D3 mediated anti-diabetogenesis. This will have immense clinical significance in developing effective strategies to delay or prevent the onset of diabetes.

Análise morfológica das células beta-pancreáticas de ratas diabéticas em diferentes idades de vida

Pós-graduação em Ginecologia, Obstetrícia e Mastologia - FMB

Acceleration of the PanIN Development in Mice Expressing Oncogenic K-Ras Due to a High Fat Diet

Obesity is postulated to be one of the major risk factors for pancreatic cancer, and recently it was indicated that an elevated body mass index (BMI correlates strongly with a decrease in patient survival. Despite the evident relationship, the molecular mechanisms involved are unclear. Oncogenic mutation of K-Ras is found early and is universal in pancreatic cancer. Extensive evidence indicates oncogenic K-Ras is not entirely active and it requires a triggering event to surpass the activity of Ras beyond the threshold necessary for a Ras-inflammation feed-forward loop. We hypothesize that high fat intake induces a persistent low level inflammatory response triggering increased K-Ras activity and that Cox-2 is essential for this inflammatory reaction. To determine this, LSL-K-Ras mice were crossed with Ela-CreER (Acinar-specific) or Pdx-1-Cre (Pancreas-specific) to “knock-in” oncogenic K-Ras. Additionally, these animals were crossed with Cox-2 conditional knockout mice to access the importance of Cox-2 in the inflammatory loop present. The mice were fed isocaloric diets containing 60% energy or 10% energy from fat. We found that a high fat diet increased K-Ras activity, PanIN formation, and fibrotic stroma significantly compared to a control diet. Genetic deletion of Cox-2 prevented high fat diet induced fibrosis and PanIN formation in oncogenic K-Ras expressing mice. Additionally, long term consumption of high fat diet, increased the progression of PanIN lesions leading to invasive cancer and decreased overall survival rate. These findings indicate that a high fat diet can stimulate the activation of oncogenic K-Ras and initiate an inflammatory feed forward loop requiring Cox-2 leading to inflammation, fibrosis, and PanINs. This mechanism could explain the relationship between a high fat diet and elevated risk for pancreatic cancer.

Purification of the β-cell glucose-sensitive factor that transactivates the insulin gene differentially in normal and transformed islet cells

The β cell-specific glucose-sensitive factor (GSF), which binds the A3 motif of the rat I and human insulin promoters, is modulated by extracellular glucose. A single mutation in the GSF binding site of the human insulin promoter abolishes the stimulation by high glucose only in normal islets, supporting the suggested physiological role of GSF in the glucose-regulated expression of the insulin gene. GSF binding activity was observed in all insulin-producing cells. We have therefore purified this activity from the rat insulinoma RIN and found that a single polypeptide of 45 kDa was responsible for DNA binding. Its amino acid sequence, determined by microsequencing, provided direct evidence that GSF corresponds to insulin promoter factor 1 (IPF-1; also known as PDX-1) and that, in addition to its essential roles in development and differentiation of pancreatic islets and in β cell-specific gene expression, it functions as mediator of the glucose effect on insulin gene transcription in differentiated β cells. The human cDNA coding for GSF/IPF-1 has been cloned, its cell and tissue distribution is described. Its expression in the glucagon-producing cell line αTC1 transactivates the wild-type human insulin promoter more efficiently than the mutated construct. It is demonstrated that high levels of ectopic GSF/IPF-1 inhibit the expression of the human insulin gene in normal islets, but not in transformed βTC1 cells. These results suggest the existence of a control mechanism, such as requirement for a coactivator of GSF/IPF-1, which may be present in limiting amounts in normal as opposed to transformed β cells.

Regulation of beta-cell viability and gene expression by distinct agonist fragments of adiponectin

Obesity is an established risk factor for type 2 diabetes. Activation of the adiponectin receptors has a clear role in improving insulin resistance although conflicting evidence exists for its effects on pancreatic beta-cells. Previous reports have identified both adiponectin receptors (ADR-1 and ADR-2) in the beta-cell. Recent evidence has suggested that two distinct regions of the adiponectin molecule, the globular domain and a small N-terminal region, have agonist properties. This study investigates the effects of two agonist regions of adiponectin on insulin secretion, gene expression, cell viability and cell signalling in the rat beta-cell line BRIN-BD11, as well as investigating the expression levels of adiponectin receptors (ADRs) in these cells. Cells were treated with globular adiponectin and adiponectin (15-36) +/-leptin to investigate cell viability, expression of key beta-cell genes and ERK1/2 activation. Both globular adiponectin and adiponectin (15-36) caused significant ERK1/2 dependent increases in cell viability. Leptin co-incubation attenuated adiponectin (15-36) but not globular adiponectin induced cell viability. Globular adiponectin, but not adiponectin (15-36), caused a significant 450% increase in PDX-1 expression and a 45% decrease in LPL expression. ADR-1 was expressed at a higher level than ADR-2, and ADR mRNA levels were differentially regulated by non-esterified fatty acids and peroxisome-proliferator-activated receptor agonists. These data provide evidence of roles for two distinct adiponectin agonist domains in the beta-cell and confirm the potentially important role of adiponectin receptor agonism in maintaining beta-cell mass.

Le glucagon-like peptide-I : un facteur de croissance et une hormone anti-apoptotique pour la cellule pancréatique[bêta] : étude de la transduction du signal

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Le glucagon-like peptide-I : un facteur de croissance et une hormone anti-apoptotique pour la cellule pancréatique[bêta] : étude de la transduction du signal

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

3,5-Dimethyl-1-thiocarbamoylpyrazole and its Pd(II) complexes: Synthesis, spectral studies and antitumor activity

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