Global transcriptional programs in peripheral nerve endoneurium and DRG are resistant to the onset of type 1 diabetic neuropathy in Ins2 mice.

While the morphological and electrophysiological changes underlying diabetic peripheral neuropathy (DPN) are relatively well described, the involved molecular mechanisms remain poorly understood. In this study, we investigated whether phenotypic changes associated with early DPN are correlated with transcriptional alterations in the neuronal (dorsal root ganglia [DRG]) or the glial (endoneurium) compartments of the peripheral nerve. We used Ins2(Akita/+) mice to study transcriptional changes underlying the onset of DPN in type 1 diabetes mellitus (DM). Weight, blood glucose and motor nerve conduction velocity (MNCV) were measured in Ins2(Akita/+) and control mice during the first three months of life in order to determine the onset of DPN. Based on this phenotypic characterization, we performed gene expression profiling using sciatic nerve endoneurium and DRG isolated from pre-symptomatic and early symptomatic Ins2(Akita/+) mice and sex-matched littermate controls. Our phenotypic analysis of Ins2(Akita/+) mice revealed that DPN, as measured by reduced MNCV, is detectable in affected animals already one week after the onset of hyperglycemia. Surprisingly, the onset of DPN was not associated with any major persistent changes in gene expression profiles in either sciatic nerve endoneurium or DRG. Our data thus demonstrated that the transcriptional programs in both endoneurial and neuronal compartments of the peripheral nerve are relatively resistant to the onset of hyperglycemia and hypoinsulinemia suggesting that either minor transcriptional alterations or changes on the proteomic level are responsible for the functional deficits associated with the onset of DPN in type 1 DM.

Impaired glucose tolerance and diabetes in obesity: a 6-year follow-up study of glucose metabolism.

To investigate the time course of glucose metabolism in obesity 33 patients (21 to 69 years old; body mass index [BMI], 25.7 to 53.3 kg/m2) with different degrees of glucose intolerance or diabetes who had been studied initially and 6 years later were submitted to the same 100-g oral glucose tolerance test (OGTT) with indirect calorimetry. From a group of 13 obese subjects with normal glucose tolerance (NGT), four developed impaired glucose tolerance (IGT); from a group of nine patients with IGT, three developed non-insulin-dependent diabetes mellitus (NIDDM); five of six obese NIDDM subjects with high insulin response developed NIDDM with low insulin response. Five patients had diabetes with hypoinsulinemia initially. As previously seen in a cross-sectional study, the 3-hour glucose storage measured by continuous indirect calorimetry remained unaltered in patients with IGT, whereas it decreased in NIDDM patients. A further decrease in glucose storage was observed with the lowering of the insulin response in the previously hyperinsulinemic diabetics. These results confirm cross-sectional studies that suggest successive phases in the evolution of obesity to diabetes: A, NGT; B, IGT (the hyperglycemia normalizing the glucose storage over 3 hours); C, diabetes with increased insulin response, where hyperglycemia does not correct the resistance to glucose storage anymore; and D, diabetes with low insulin response, with a low glucose storage and an elevated fasting and postload glycemia.

Phenotypic and molecular characterization of the onset of neuropathy in rodent models of diabetes mellitus

Abstract : The principal focus of this work was to study the molecular changes leading to the development of diabetic peripheral neuropathy (DPN). DPN is the most common complication associated with both type I and II diabetes mellitus (DM). This pathology is the leading cause of non-traumatic amputations. Even though the pathological and morphological changes underlying DPN are relatively well described, the implicated molecular mechanisms remain poorly understood. The following two approaches were developed to study the development of DPN in a rodent model of DM type I. As a first approach, we studied the implication of lipid metabolism in DPN phenotype, concentrating on Sterol Response Element Binding Protein (SREBP)-lc which is the key regulator of storage lipid metabolism. We showed that SREBP-1c was expressed in peripheral nerves and that its expression profile followed the expression of genes involved in storage lipid metabolism. In addition, the expression of SREBP-1c in the endoneurium of peripheral nerves was dependant upon nutritional status and this expression was also perturbed in type I diabetes. In line with this, we showed that insulin elevated the expression of SREBP-1c in primary cultured Schwann cells by activating the SREBP-1c promoter. Taken together, these findings reveal that SREBP-1c expression in Schwann cells responds to metabolic stimuli including insulin and that this response is affected in type I diabetes mellitus. This suggests that disturbed SREBP-1c regulated lipid metabolism may contribute to the pathophysiology of DPN. As a second approach, we performed a comprehensive analysis of the molecular changes associated with DPN in the Akital~1~+ mouse which is a model of spontaneous early-onset type I diabetes mellitus. This mouse expresses a mutated non-functional isoform of insulin, leading to hypoinsulinemia and hyperglycaemia. To determine the onset of DPN, weight, blood glucose and motor nerve conduction velocity (MNCV) were measured in Akital+/+ mice during the first three months of life. A decrease in MNCV was evident akeady one week after the onset of hyperglycemia. To explore the molecular changes associated with the development of DPN in these mice, we performed gene expression profiling using sciatic nerve endoneurium and dorsal root ganglia (DRG) isolated from early diabetic male Akita+/+ mice and sex-matched littermate controls. No major transcriptional changes were detected either in the DRG or in the sciatic nerve endoneurium. This experiment indicates that the phenotypic changes observed during the development of DPN are not correlated with major transcriptional alterations, but mainly with alterations at the protein level. Résumé Lors ce travail, nous nous sommes intéressés aux changements moléculaires aboutissant aux neuropathies périphériques dues au diabète (NPD). Les NPD sont la complication la plus commune du diabète de type I et de type II. Cette pathologie est une cause majeure d'amputations. Même si les changements pathologiques et morphologiques associés aux NPD sont relativement bien décrits, les mécanismes moléculaires provoquant cette pathologie sont mal connus. Deux approches ont principalement été utilisées pour étudier le développement des NPD dans des modèles murins du diabète de type I. Nous avons d'abord étudié l'impact du métabolisme des lipides sur le développement des NPD en nous concentrant sur Sterol Response Element Binding Protein (SREBP)-1 c qui est un régulateur clé des lipides de stockage. Nous avons montré que SREBP-1 c est exprimé dans les nerfs périphériques et que son profil d'expression suit celui de gènes impliqués dans le métabolisme des lipides de stockage. De plus, l'expression de SREBP-1c dans l'endoneurium des nerfs périphériques est dépendante du statut nutritionnel et est dérégulée lors de diabète de type I. Nous avons également pu montrer que l'insuline augmente l'expression de SREBP-1c dans des cultures primaires de cellules de Schwann en activant le promoteur de SREBP-1c. Ses résultats démontrent que l'expression de SREBP-1c dans les cellules de Schwann est contrôlée par des stimuli métaboliques comme l'insuline et que cette réponse est affectée dans le cas d'un diabète de type I. Ces données suggèrent que la dérégulation de l'expression de SREBP-1c lors du diabète pourrait affecter le métabolisme des lipides et ainsi contribuer à la pathophysiologie des NPD. Comme seconde approche, nous avons réalisé une analyse globale des changements moléculaires associés au développement des NPD chez les souris Akita+/+, un modèle de diabète de type I. Cette souris exprime une forme mutée et non fonctionnelle de l'insuline provoquant une hypoinsulinémie et une hyperglycémie. Afin de déterminer le début du développement de la NPD, le poids, le niveau de glucose sanguin et la vitesse de conduction nerveuse (VCN) ont été mesurés durant les 3 premiers mois de vie. Une diminution de la VCN a été détectée une semaine seulement après le développement de l'hyperglycémie. Pour explorer les changements moléculaires associés avec le développement des NPD, nous avons réalisé un profil d'expression de l'endoneurium du nerf sciatique et des ganglions spinaux isolés à partir de souris Akital+/+ et de souris contrôles Akita+/+. Aucune altération transcriptionnelle majeure n'a été détectée dans nos échantillons. Cette expérience suggère que les changements phénotypiques observés durant le développement des NPD ne sont pas corrélés avec des changements importants au niveau transcriptionnel, mais plutôt avec des altérations au niveau protéique. Résumé : Lors ce travail, nous nous sommes intéressés aux changements moléculaires aboutissant aux neuropathies périphériques dues au diabète (NPD). Les NPD sont la complication la plus commune du diabète de type I et de type II. Cette pathologie est une cause majeure d'amputations. Même si les changements pathologiques et morphologiques associés aux NPD sont relativement bien décrits, les mécanismes moléculaires provoquant cette pathologie sont mal connus. Deux approches ont principalement été utilisées pour étudier le développement des NPD dans des modèles murins du diabète de type I. Nous avons d'abord étudié l'impact du métabolisme des lipides sur le développement des NPD en nous concentrant sur Sterol Response Element Binding Protein (SREBP)-1c qui est un régulateur clé des lipides de stockage. Nous avons montré que SREBP-1 c est exprimé dans les nerfs périphériques et que son profil d'expression suit celui de gènes impliqués dans le métabolisme des lipides de stockage. De plus, l'expression de SREBP-1c dans l'endoneurium des nerfs périphériques est dépendante du statut nutritionnel et est dérégulée lors de diabète de type I. Nous avons également pu montrer que l'insuline augmente l'expression de SREBP-1c dans des cultures primaires de cellules de Schwann en activant le promoteur de SREBP-1c. Ses résultats démontrent que l'expression de SREBP-1c dans les cellules de Schwann est contrôlée par des stimuli métaboliques comme l'insuline et que cette réponse est affectée dans le cas d'un diabète de type I. Ces données suggèrent que la dérégulation de l'expression de SREBP-1c lors du diabète pourrait affecter le métabolisme des lipides et ainsi contribuer à la pathophysiologie des NPD. Comme seconde approche, nous avons réalisé une analyse globale des changements moléculaires associés au développement des NPD chez les souris Akita~~Z~+, un modèle de diabète de type I. Cette souris exprime une forme mutée et non fonctionnelle de l'insuline provoquant une hypoinsulinémie et une hyperglycémie. Afin de déterminer le début du développement de la NPD, le poids, le niveau de glucose sanguin et la vitesse de conduction nerveuse (VCN) ont été mesurés durant les 3 premiers mois de vie. Une diminution de la VCN a été détectée une semaine seulement après le développement de l'hyperglycémie. Pour explorer les changements moléculaires associés avec le développement des NPD, nous avons réalisé un profil d'expression de l'endoneurium du nerf sciatique et des ganglions spinaux isolés à partir de souris Akital+/+ et de souris contrôles Akita+/+. Aucune altération transcriptionnelle majeure n'a été détectée dans nos échantillons. Cette expérience suggère que les changements phénotypiques observés durant le développement des NPD ne sont pas corrélés avec des changements importants au niveau transcriptionnel, mais plutôt avec des altérations au niveau protéique.

Global transcriptional programs in peripheral nerve endoneurium and DRG are resistant to the onset of type 1 diabetic neuropathy in Ins2 mice.

While the morphological and electrophysiological changes underlying diabetic peripheral neuropathy (DPN) are relatively well described, the involved molecular mechanisms remain poorly understood. In this study, we investigated whether phenotypic changes associated with early DPN are correlated with transcriptional alterations in the neuronal (dorsal root ganglia [DRG]) or the glial (endoneurium) compartments of the peripheral nerve. We used Ins2(Akita/+) mice to study transcriptional changes underlying the onset of DPN in type 1 diabetes mellitus (DM). Weight, blood glucose and motor nerve conduction velocity (MNCV) were measured in Ins2(Akita/+) and control mice during the first three months of life in order to determine the onset of DPN. Based on this phenotypic characterization, we performed gene expression profiling using sciatic nerve endoneurium and DRG isolated from pre-symptomatic and early symptomatic Ins2(Akita/+) mice and sex-matched littermate controls. Our phenotypic analysis of Ins2(Akita/+) mice revealed that DPN, as measured by reduced MNCV, is detectable in affected animals already one week after the onset of hyperglycemia. Surprisingly, the onset of DPN was not associated with any major persistent changes in gene expression profiles in either sciatic nerve endoneurium or DRG. Our data thus demonstrated that the transcriptional programs in both endoneurial and neuronal compartments of the peripheral nerve are relatively resistant to the onset of hyperglycemia and hypoinsulinemia suggesting that either minor transcriptional alterations or changes on the proteomic level are responsible for the functional deficits associated with the onset of DPN in type 1 DM.

Déterminer le lien entre l’hyperglycémie et/ou l’hypoinsulinémie et la dégradation clinique observée avant le diagnostic du Diabète Associé à la Fibrose Kystique.

La Fibrose kystique (FK) est une maladie génétique qui se traduit par une destruction progressive des poumons et éventuellement, à la mort. La principale complication secondaire est le diabète associé à la FK (DAFK). Une dégradation clinique (perte de poids et de la fonction pulmonaire) accélérée est observée avant le diagnostic. L’objectif principal de mon projet de doctorat est de déterminer, par l’intermédiaire du test d’hyperglycémie provoquée par voie orale (HGPO), s’il existe un lien entre l’hyperglycémie et/ou l’hypoinsulinémie et la dégradation clinique observée avant le diagnostic du DAFK. Nous allons ainsi évaluer l’importance des temps intermédiaires de l’HGPO afin de simplifier le diagnostic d’une dysglycémie ainsi que d’établir des nouveaux marqueurs indicateurs de patients à risque d’une détérioration clinique. L’HGPO est la méthode standard utilisée dans la FK pour le diagnostic du DAFK. Nous avons démontré que les valeurs de glycémie obtenues au temps 90-min de l’HGPO seraient suffisantes pour prédire la tolérance au glucose des patients adultes avec la FK, autrement établie à l’aide des valeurs à 2-h de l’HGPO. Nous proposons des glycémies à 90-min de l’HGPO supérieure à 9.3 mmol/L et supérieure à 11.5 mmol/L pour détecter l’intolérance au glucose et le DAFK, respectivement. Une cause importante du DAFK est un défaut de la sécrétion d’insuline. Les femmes atteintes de la FK ont un risque plus élevé de développer le DAFK que les hommes, nous avons donc exploré si leur sécrétion était altérée. Contrairement à notre hypothèse, nous avons observé que les femmes avec la FK avaient une sécrétion d’insuline totale plus élevée que les hommes avec la FK, mais à des niveaux comparables aux femmes en santé. Le groupe de tolérance au glucose récemment proposé et nommé indéterminé (INDET : 60-min HGPO > 11.0 mais 2h-HGPO <7.8mmol/L) est à risque élevé de développer le DAFK. Par contre, les caractéristiques cliniques de ce groupe chez les patients adultes avec la FK n’ont pas été établies. Nous avons observé que le groupe INDET a une fonction pulmonaire réduite et similaire au groupe DAFK de novo et aucun des paramètres glucidiques et insulinémiques expliqueraient cette observation. Dans une population pédiatrique de patients avec la FK, une association a été rapportée entre une glycémie élevée à 60-min de l’HGPO et une fonction pulmonaire diminuée. Dans notre groupe de patients adultes avec la FK, il existe une association négative entre la glycémie à 60-min de l’HGPO et la fonction pulmonaire et une corrélation positive entre l’insulinémie à 60-min de l’HGPO et l’indice de masse corporelle (IMC). De plus, les patients avec une glycémie à 60-min HGPO > 11.0 mmol/L ont une fonction pulmonaire diminuée et une sensibilité à l’insuline basse alors que ceux avec une insulinémie à 60-min HGPO < 43.4 μU/mL ont un IMC ainsi qu’une fonction pulmonaire diminués. En conclusion, nous sommes le premier groupe à démontrer que 1) le test d’HGPO peut être raccourci de 30 min sans compromettre la catégorisation de la tolérance au glucose, 2) les femmes avec la FK démontrent une préservation de leur sécrétion de l’insuline, 3) le groupe INDET présente des anomalies précoces de la fonction pulmonaire comparable au groupe DAFK de novo et 4) la glycémie et l’insuline à la première heure de l’HGPO sont associées aux deux éléments clefs de la dégradation clinique. Il est crucial d’élucider les mécanismes pathophysiologiques importants afin de mieux prévoir la survenue de la dégradation clinique précédant le DAFK.

Metabolic recovery of adipose tissue is associated with improvement in insulin resistance in a model of experimental diabetes

Obesity and insulin resistance are highly correlated with metabolic disturbances. Both the excess and lack of adipose tissue can lead to severe insulin resistance and diabetes. Adipose tissue plays an active role in energy homeostasis, hormone secretion, and other proteins that affect insulin sensitivity, appetite, energy balance, and lipid metabolism. Rats with streptozotocin-induced diabetes during the neonatal period develop the classic diabetic picture of hyperglycemia, hypoinsulinemia, and insulin resistance in adulthood. Low body weight and reduced epididymal (EP) fit mass were also seen in this model. The am) of this study was to investigate the glucose homeostasis and metabolic repercussions on the adipose tissue following chronic treatment with antidiabetic drugs in these animals. In the 4th week post birth, diabetic animals started an 8-week treatment with pioglitazone, metformin, or insulin.

Progression of Diet-Induced Diabetes in C57BL6J Mice Involves Functional Dissociation of Ca(2+) Channels From Secretory Vesicles

OBJECTIVE The aim of the study was to elucidate the cellular mechanism underlying the suppression of glucose-induced insulin secretion in mice fed a high-fat diet (HFD) for 15 weeks. RESEARCH DESIGN AND METHODS-C57BL6J mice were fed a HFD or a normal diet (ND) for 3 or 15 weeks. Plasma insulin and glucose levels in vivo were assessed by intraperitoneal glucose tolerance test. Insulin secretion in vitro was studied using static incubations and a perfused pancreas preparation. Membrane currents, electrical activity, and exocytosis were examined by patch-clamp technique measurements. Intracellular calcium concentration ([Ca(2+)](i)) was measured by microfluorimetry. Total internal reflection fluorescence microscope (TIRFM) was used for optical imaging of exocytosis and submembrane depolarization-evoked [Ca(2+)](i). The functional data were complemented by analyses of histology and gene transcription. RESULTS After 15 weeks, but not 3 weeks, mice on HFD exhibited hyperglycemia and hypoinsulinemia. Pancreatic islet content and beta-cell area increased 2- and 1.5-fold, respectively. These changes correlated with a 20-50% reduction of glucose-induced insulin secretion (normalized to insulin content). The latter effect was not associated with impaired electrical activity or [Ca(2+)](i) signaling. Single-cell capacitance and TIRFM measurements of exocytosis revealed a selective suppression (>70%) of exocytosis elicited by short (50 ms) depolarization, whereas the responses to longer depolarizations were (500 ms) less affected. The loss of rapid exocytosis correlated with dispersion of Ca(2+) entry in HFD beta-cells. No changes in gene transcription of key exocytotic protein were observed. CONCLUSIONS HFD results in reduced insulin secretion by causing the functional dissociation of voltage-gated Ca(2+) entry from exocytosis. These observations suggest a novel explanation to the well-established link between obesity and diabetes. Diabetes 59:1192-1201, 2010

Morphofunctional evaluation of thymus in hyperglycemic-hypoinsulinemic mice during dermatophytic infection

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

Effects of experimental amitraz intoxication in cats

Este trabalho estudou os efeitos da intoxicação experimental por amitraz em 16 gatos, distribuídos, aleatoriamente, em dois grupos: grupo amitraz - animais receberam amitraz a 1,5% na dose de 1,0 mg/kg IV; e grupo controle - animais sem amitraz. Parâmetros fisiológicos sangüíneos, do sistema cardiorespiratório e de sedação foram aferidos até 360min. Perfil sangüíneo, uréia, creatinina, alanina aminotransferase e aspartato aminotransferase não foram afetados pelo amitraz. Sedação, perda de reflexos, hipotermia, bradicardia, bradiarritmias, hipotensão, bradipnéia, midríase, além de transitória hiperglicemia, hipoinsulinemia e diminuição dos níveis de cortisol, foram observados nos gatos experimentalmente expostos ao amitraz. Os efeitos alfa 2-adrenérgicos induzidos pela intoxicação por amitraz em gatos são muito similares aos mesmos efeitos relatados em outras espécies, contribuindo com mais informações dessa intoxicação para a toxicologia veterinária.

Trafficking of phagocytic peritoneal cells in hypoinsulinemic-hyperglycemic mice with systemic candidiasis

Background: Candidemia is a severe fungal infection that primarily affects hospitalized and/or immunocompromised patients. Mononuclear phagocytes have been recognized as pivotal immune cells which act in the recognition of pathogens, phagocytosis, inflammation, polarization of adaptive immune response and tissue repair. Experimental studies have showed that the systemic candidiasis could be controlled by activated peritoneal macrophages. However, the mechanism to explain how these cells act in distant tissue during a systemic fungal infection is still to be elucidated. In the present study we investigate the in vivo trafficking of phagocytic peritoneal cells into infected organs in hypoinsulinemic-hyperglycemic (HH) mice with systemic candidiasis. Methods: The red fluorescent vital dye PKH-26 PCL was injected into the peritoneal cavity of Swiss mice 24 hours before the intravenous inoculation with Candida albicans. After 24 and 48 hours and 7 days of infection, samples of the spleen, liver, kidneys, brain and lungs were submitted to the microbiological evaluation as well as to phagocytic peritoneal cell trafficking analyses by fluorescence microscopy. Results: In the present study, PKH+ cells were observed in the peritoneum, kidney, spleen and liver samples from all groups. In infected mice, we also found PKH+ cells in the lung and brain. The HH condition did not affect this process. Conclusions: In the present study we have observed that peritoneal phagocytes migrate to tissues infected by C. albicans and the HH condition did not interfere in this process. © 2013 Fraga-Silva et al.; licensee BioMed Central Ltd.

Efeitos do treinamento aeróbio sobre aspectos endócrino-metabólicos cerebrais em ratos diabéticos aloxânicos

Pós-graduação em Ciências da Motricidade - IBRC

Alterações histoquímicas e ultraestruturas do fígado e intestino grosso de ratos diabéticos tipo I e os efeitos do treinamento físico

Pós-graduação em Ciências Biológicas (Biologia Celular e Molecular) - IBRC

Influência da condição de hipoinsulinemia-hiperglicemia na candidíase experimental sistêmica: avalição da atividade macrofágica e da distribuição das subpopulações de monóciotos sanguíneos

Pós-graduação em Doenças Tropicais - FMB

Spatial memory in sedentary and trained diabetic rats: Molecular mechanisms

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

Neonatally induced mild diabetes: influence on development, behavior and reproductive function of female Wistar rats

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)