Le rôle de l'activité et de l'inactivité physiques dans le développement de la stéatose hépatique et adipocytaire : implication de la SCD-1

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

Le rôle de l'activité et de l'inactivité physiques dans le développement de la stéatose hépatique et adipocytaire : implication de la SCD-1

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

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

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

Modalities of exercise training on liver fat accretion and inflammatory markers in ovariectomized rats

Les facteurs de risque des maladies cardiovasculaires, telle, que la détérioration du profil lipidique, deviennent plus prononcés après la ménopause, ce qui fait de la maladie coronarienne, l’une des principales causes de décès chez les femmes ménopausées. Une proportion importante de femmes prennent du poids après la ménopause en particulier dans la région abdominale entraînant par conséquent des perturbations métaboliques. Des données récentes suggèrent également que l’absence des œstrogènes observée à la ménopause favorise le développement de la stéatose hépatique. Cette dernière a été incriminée pour incriminée dans le développement de la résistance à l'insuline, et est de ce fait considérée comme une composante hépatique du syndrome métabolique. Il est impératif d'établir des stratégies visant à contrecarrer l'accumulation de graisse dans le foie et l’accroissement du tissu adipeux chez les femmes ménopausées, en tenant compte que l'utilisation de l'hormonothérapie substitutive est de nos jours moins soutenue. Les quatre études de la présente thèse ont été conduites pour tenter de fournir des informations sur le traitement et la prévention de l’augmentation de la masse graisseuse et de la stéatose hépatique qu’entraîne la suppression des œstrogènes, à travers les modifications du mode de vie (diète et exercice physique) chez la rate ovariectomizée (Ovx); un modèle animal de la ménopause. Dans les deux premières études nous nous sommes concentrés sur l’augmentation de la masse graisseuse et sa reprise suite à une perte de poids. Dans la première étude, nous avons montré que les rates Ovx qui ont suivi un programme de restriction alimentaire (FR) ont diminué significativement (P < 0.01) leur poids corporel, leur contenu en graisses intra-abdominales ainsi que leurs triacylglycérols (TAG) hépatiques, comparativement aux rates Ovx nourries à la diète normale. De plus, l’entraînement en résistance (RT) a prévenu la reprise de poids corporel ainsi que l’accroissement du tissu adipeux et l’accumulation de lipides dans le foie des rates Ovx, après l’arrêt du régime amaigrissant. Les résultats de la deuxième étude ont confirmé l'efficacité de la restriction alimentaire associée à l’entraînement en résistance (FR + RT) dans la réduction du poids corporel, des lipides dans le foie et le tissu adipeux chez les rates Ovx. Tenant compte des résultats de notre première étude, l’entraînement en résistance seulement a constitué un atout pour atténuer le poids corporel et la masse grasse reprise par les rates Ovx suite à un programme de perte de poids (FR + RT); bien que l'impact ait été moindre comparé au maintien seul de la restriction alimentaire. De la même manière que la supplémentation en œstrogènes, les résultats de la troisième étude indiquent que l'entraînement en endurance mené concurremment avec l’ovariectomie a significativement atténué l'accumulation de lipides dans le foie ainsi que dans le tissu adipeux. Toutefois, l’entraînement en endurance effectué avant l'ovariectomie n'a pas protégé contre l'accumulation des graisses qu’entraîne l'ovariectomie, si celui-ci est interrompu après l'ovariectomie. Enfin, pour compléter les résultats antérieurs, nous avons montré dans la quatrième étude que l’expression des gènes impliqués dans la synthèse de lipide; SREBP-1c, SCD-1, ChREBP, et ACC dans le foie a augmenté après le retrait des œstrogènes, tandis qu’une diminution (P < 0.01) des niveaux d'ARNm de PPAR-α a été observée. De plus, l'expression hépatique des gènes des cytokines pro-inflammatoires incluant IKKβ, IL-6 ainsi que le contenu protéinique de NF-кB étaient augmentés (P < 0.01) chez les rates Ovx par rapport aux rates ayant subi une Ovx simulée (Sham). Toutes ces perturbations ont été améliorées avec la supplémentation en œstrogènes seulement, ainsi qu'avec l'entraînement en endurance seulement. Dans l'ensemble, nos résultats indiquent que l'exercice physique (en résistance ou en endurance) a un impact significatif sur la réduction de l'accumulation des lipides dans le foie et dans le tissu adipeux des rates Ovx. De plus, chez les rates Ovx, l’entraînement en endurance mimerait les effets des œstrogènes sur l'expression des gènes impliqués dans l'accumulation de lipides et l’inflammation préclinique dans le foie.

The Impact on Geographic Location Accuracy due to Different Satellite Orbit Ephemerides

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Sub-Optimal Orbital Maneuvers for Artificial Satellites

The determination of a specific orbit and the procedure to calculate orbital maneuvers of artificial satellites are problems of extreme importance in the study of orbital mechanics. Therefore, the transferring problem of a spaceship from one orbit to another, and the attention due to this subject has in increased during the last years. Many applications can be found in several space activities, for example, to put a satellite in a geostationary orbit, to change the position of a spaceship, to maintain a specific satellite's orbit, in the design of an interplanetary mission, and others. The Brazilian Satellite SCD-1 (Data Collecting Satellite) will be used as example in this paper. It is the first satellite developed entirely in Brazil, and it remains in operation to this date. SCD-1 was designed, developed, built, and tested by Brazilian scientists, engineers, and technicians working at INPE (National Institute for Space Research, and in Brazilian Industries. During the lifetime, it might be necessary do some complementary maneuvers, being this one either an orbital transferring, or just to make periodical corrections. The purpose of transferring problem is to change the position, velocity and the satellite's mass to a new pre determined state. This transfer can be totally linked (in the case of "Rendezvous") or partially free (free time, free final velocity, etc). In the global case, the direction, the orientation and the magnitude of the thrust to be applied must be chosen, respecting the equipment's limit. In order to make this transferring, either sub-optimal or optimal maneuvers may be used. In the present study, only the sub-optimal will be shown. Hence, this method will simplify the direction of thrust application, to allow a fast calculation that may be used in real time, with a very fast processing. The thrust application direction to be applied will be assumed small and constant, and the purpose of this paper is to find the time interval that the thrust is applied. This paper is basically divided into three parts: during the first one the sub-optimal maneuver is explained and detailed, the second presents the Satellite SCD-1, and finally the last part shows the results using the sub-optimal maneuver applied to the Brazilian Satellite.

Orbital propagation for Brazilian satellites using NORAD models

The performance of the NORAD models for near Earth satellites (SGP, SGP4, SGP8) using two Brazilian flying satellites, SCD-1 and SCD-2, and the Chinese-Brazilian satellite CBERS-1 is compared. The achievable accuracy of such models is compared against the predicted 2-lines elements set for the satellites. Every week an updated fresh set of 2-lines elements for these satellites is made available through the Internet. About ten years of observations of the SCD-1 satellite are available and therefore solar activity influences on the orbit can be analyzed. Data are selected considering also orbital (for CBERS-1) and attitude (for SCD-2) maneuvers - (C) 2002 COSPAR. Published by Elsevier B.V. Ltd. All rights reserved.

Evaluation of tropospheric and ionospheric effects on the geographic localization of data collection platforms

The Brazilian National Institute for Space Research (INPE) is operating the Brazilian Environmental Data Collection System that currently amounts to a user community of around 100 organizations and more than 700 data collection platforms installed in Brazil. This system uses the SCD-1, SCD-2, and CBERS-2 low Earth orbit satellites to accomplish the data collection services. The main system applications are hydrology, meteorology, oceanography, water quality, and others. One of the functionalities offered by this system is the geographic localization of the data collection platforms by using Doppler shifts and a batch estimator based on least-squares technique. There is a growing demand to improve the quality of the geographical location of data collection platforms for animal tracking. This work presents an evaluation of the ionospheric and tropospheric effects on the Brazilian Environmental Data Collection System transmitter geographic location. Some models of the ionosphere and troposphere are presented to simulate their impacts and to evaluate performance of the platform location algorithm. The results of the Doppler shift measurements, using the SCD-2 satellite and the data collection platform (DCP) located in Cuiabá town, are presented and discussed.

Effects of four-week high-fructose diet on gene expression in skeletal muscle of healthy men

AIMS: A high-fructose diet (HFrD) may play a role in the obesity and metabolic disorders epidemic. In rodents, HFrD leads to insulin resistance and ectopic lipid deposition. In healthy humans, a four-week HFrD alters lipid homoeostasis, but does not affect insulin sensitivity or intramyocellular lipids (IMCL). The aim of this study was to investigate whether fructose may induce early molecular changes in skeletal muscle prior to the development of whole-body insulin resistance. METHODS: Muscle biopsies were taken from five healthy men who had participated in a previous four-week HFrD study, during which insulin sensitivity (hyperinsulinaemic euglycaemic clamp), and intrahepatocellular lipids and IMCL were assessed before and after HFrD. The mRNA concentrations of 16 genes involved in lipid and carbohydrate metabolism were quantified before and after HFrD by real-time quantitative PCR. RESULTS: HFrD significantly (P<0.05) increased stearoyl-CoA desaturase-1 (SCD-1) (+50%). Glucose transporter-4 (GLUT-4) decreased by 27% and acetyl-CoA carboxylase-2 decreased by 48%. A trend toward decreased peroxisomal proliferator-activated receptor-gamma coactivator-1alpha (PGC-1alpha) was observed (-26%, P=0.06). All other genes showed no significant changes. CONCLUSION: HFrD led to alterations of SCD-1, GLUT-4 and PGC-1alpha, which may be early markers of insulin resistance.

Downstream targets of the Rhox5 homeobox gene

The X-linked mouse Rhox gene cluster contains over 30 homeobox genes that are candidates to regulate multiple steps in male and female gametogenesis. The founding member of the Rhox gene cluster, Rhox5, is an androgen-dependent gene expressed in Sertoli cells that promotes the survival and differentiation of the adjacent male germ cells. To decipher downstream signaling pathways of Rhox5, I used in vivo and in vitro microarray profiling to identify and characterize downstream targets of Rhox5 in the testis. This led to the identification of many Rhox5 -regulated genes, two of which I focused on in more detail. One of them, Unc5c, encodes a pro-apoptotic receptor with tumor suppressor activity that I found is negatively regulated by Rhox5 through a Rhox5-response element in the Unc5c 5' untranslated region (5' UTR). Examination of other mouse Rhox family members revealed that Rhox2 and Rhox3 also have the ability to downregulate Unc5c expression. The human RHOX protein RHOXF2 also had this ability, indicating that Unc5c repression is a conserved Rhox-dependent response. The repression of Unc5c expression by Rhox5 may, in part, mediate Rhox5's pro-survival function in the testis, as I found that Unc5c mutant mice have decreased germ cell apoptosis in the testis. This along with my other data leads me to propose a model in which Rhox5 is a negative regulator upstream of Unc5c in a Sertoli-cell pathway that promotes germ-cell survival. The other Rhox5-regulated gene that I studied in detail is insulin II (Ins2). Several lines of evidence, including electrophoretic mobility shift anaylsis, promoter mutagenesis, and chromatin immuoprecipitation analysis indicated that Ins2 is a direct target of Rhox5. Structure-function analysis identified homeodomain residues and the RHOX5 amino-terminal domain crucial for conferring Ins2 inducibility. Rhox5 regulates not only the Ins2 gene but also genes encoding other secreted proteins regulating metabolism (adiponectin and resistin), the rate-liming enzyme for monosaturated fatty acid biosynthesis (SCD-1), and transcription factors crucial for regulating metabolism (the nuclear hormone receptor PPARγ). I propose that the regulation of some or all of these molecules in Sertoli cells is responsible for the Rhox5-dependent survival of the adjacent germ cells. ^

Caracterização molecular de cepas do Vírus dengue 1 isoladas no Brasil entre os anos de 1994 a 2008

A febre do dengue é uma das mais importantes arboviroses distribuída por todas as áreas tropicais do mundo. O vírus dengue (VDEN) é transmitido principalmente pela picada do mosquito Aedes aegypti infectado. A dispersão do vetor e o aumento do fluxo migratório entre países possibilitaram a ocorrência de grandes epidemias e manifestações clínicas severas, como febre hemorrágica do dengue (FHD) e Síndrome do choque do dengue (SCD). O objetivo deste trabalho foi realizar a caracterização molecular de isolados do VDEN sorotipo 1 (VDEN-1) no Brasil ao nível dos genes estruturais C/prM/M/E de 29 cepas isoladas durante epidemias ocorridas no Brasil no período de 1994 a 2008. A identidade nucleotídica entre as cepas de VDEN-1 do estudo em relação às outras isoladas no Brasil variou de 96,1% a 100%, enquanto o percentual de identidade de aminoácidos foi determinado entre 98,4% a 100%. As diferenças de aminoácidos entre as cepas do estudo, quando comparadas com a cepa FGA/89 (Guiana Francesa), mostraram a presença de importantes substituições não-sinônimas com mudança de caráter bioquímico, tais como os resíduos E297 (Met Tre) e E338 (Ser Leu), sendo necessário estudos para verificar se essas alterações podem ou não estar relacionadas à virulência. A análise filogenética para a proteína E, realizada por meio do método de máxima verossimilhança para as cepas do estudo e outras cepas selecionadas do banco de dados do Genbank, mostraram que as cepas de VDEN-1 isoladas no Brasil desde 1982 pertencem ao genótipo V, corroborando com os resultados publicados anteriormente. O tempo de divergência do VDEN-1, estimado através da hipótese de relógio molecular, mostrou que este vírus teve sua origem a partir de uma linhagem ancestral, há aproximadamente, 113 anos e observou-se ainda que as cepas de VDEN-1 circulantes no Brasil e as provenientes da África possuem um ancestral comum, sendo necessário estudos de filogeografia que mostrem as possíveis rotas de entrada do VDEN-1 no Brasil.

Characterization of 2 genetic variants of Na(v) 1.5-arginine 689 found in patients with cardiac arrhythmias

Hundreds of genetic variants in SCN5A, the gene coding for the pore-forming subunit of the cardiac sodium channel, Na(v) 1.5, have been described in patients with cardiac channelopathies as well as in individuals from control cohorts. The aim of this study was to characterize the biophysical properties of 2 naturally occurring Na(v) 1.5 variants, p.R689H and p.R689C, found in patients with cardiac arrhythmias and in control individuals. In addition, this study was motivated by the finding of the variant p.R689H in a family with sudden cardiac death (SCD) in children. When expressed in HEK293 cells, most of the sodium current (I(Na)) biophysical properties of both variants were indistinguishable from the wild-type (WT) channels. In both cases, however, an ∼2-fold increase of the tetrodotoxin-sensitive late I(Na) was observed. Action potential simulations and reconstruction of pseudo-ECGs demonstrated that such a subtle increase in the late I(Na) may prolong the QT interval in a nonlinear fashion. In conclusion, despite the fact that the causality link between p.R689H and the phenotype of the studied family cannot be demonstrated, this study supports the notion that subtle alterations of Na(v) 1.5 variants may increase the risk for cardiac arrhythmias.