Liver injury instigates a proinflammatory response in tissue-resident macrophages, called Kupffer cells (KCs), resulting in the recruitment of monocytes and neutrophils. The high energy demand required for a rapid proinflammatory response in macrophages like KCs is achieved through metabolic reprogramming. This is supported by increased glycolysis. On the other hand, injury resolution requires hepatic macrophages to undergo an anti-inflammatory polarization, which relies on oxidative phosphorylation (OXPHOS). In addition to shifts in mechanisms of adenosine triphosphate (ATP) production, lipid metabolic reprogramming supplies metabolic intermediates and lipids for membrane remodeling and the production of inflammatory mediators. AMP-activated protein kinase (AMPK) is a master metabolic regulator that influences the metabolic reprogramming of macrophages. While AMPK activation promotes an anti-inflammatory polarization, disruption of activity exacerbates proinflammatory signaling. For this thesis work, we addressed whether macrophage AMPK is protective against liver injury by altering immunometabolism. Specifically, we investigated this question in the context of chronic (nonalcoholic steatohepatitis (NASH)) and acute (acetaminophen (APAP) overdose) liver injury. While APAP overdose is a robust and directly translational model of acute injury, models of NASH-induced hepatic fibrosis rely on nutrient-deficient diets like the choline-deficient high-fat diet (CDAHFD) or genetic manipulation. Despite the utility of these models, they seldom mirror the pathogenesis of human NASH, with diets like CDAHFD being completely dissociated from metabolic syndrome. Moreover, models are required to address the divergence between male and female mice. Recently, there has been a shift towards addressing other variables that drive inflammation and metabolism. At room temperature (RT) (22 °C), mice experience cold stress that alters various biological functions. Cold stress drives brown adipose tissue (BAT) activation and upregulates corticosterone production and immunosuppression, all processes that blunt NASH progression. Giles et al. (2016) demonstrated that housing mice at thermoneutrality (TN) (30 °C) exacerbated metabolic-dysfunction associated fatty liver disease (MAFLD) progression toward NASH in both male and female mice. Since then, we and others have implemented TN housing with different dietary interventions and mice strains. We determined that 16-week Western diet (WD) feeding of male and female mice at 29 °C was insufficient to drive hepatic fibrosis, however alterations in glucose tolerance and elevated liver injury enzymes as well as profibrotic gene expression in male mice may indicate that a longer timeline is necessary (24 weeks). Given that our TN NASH model did not produce hepatic fibrosis, we implemented the CDAHFD to investigate macrophage AMPK in chronic liver injury. Male and female AMPK Flox (Prkaa1 fl/fl/Prkaa2 fl/fl) and MacKO (Flox-LysM-Cre+) mice were fed CDAHFD for 8 weeks. In this time frame, CDAHFD produces a lean euglycemic phenotype with hepatic steatosis, inflammation, and fibrosis, to which AMPK MacKO had no influence. Moreover, intervention with a low dose of metformin had no effect, contrary to the reduction in hepatic steatosis observed in HFD-fed mice. Although macrophage AMPK is dispensable in the CDAHFD model of chronic liver injury, acute liver injury needed to be addressed. We found that priming with systemic activation of a direct AMPK activator MK-8722 did not influence hepatic injury and necrosis in our model of APAP-induced liver injury (AILI). Moreover, deletion of hepatocellular AMPK (Flox-Alb-Cre+) or AMPK MacKO did not influence injury at 24 hours post overdose. Despite the lack of effect of systemic AMPK activation, we were interested in a nanoparticle-based targeting of direct AMPK activator MK-8722 (NP-MK8722) delivery. We determined that PLGA-PEG nanoparticles (NPs) accumulated in hepatic macrophages as early as 2 hours post-injection, but NP-MK8722 did not alter hepatic necrosis, injury, or immune infiltration. Overall, my thesis work has advanced our knowledge of the effects of housing temperatures on NASH pathogenesis. Moreover, we are the first to address the effects of macrophage AMPK signaling in NASH and AILI. This is especially true for assessing how AMPK deficiency and targeted activation influences KC immunometabolism during injury.

<p>One of the hallmark features of cancer is altered metabolism, whereby rates of glucose and fatty acid turnover are constitutively elevated to support uncontrolled propagation. The key regulator of energy metabolism is the enzyme AMP-activated protein kinase (AMPK), which suppresses anabolic pathways that increase proliferation and enhanced catabolic pathways that liberate energy, all in an attempt to maintain energy homeostasis in the cell. In addition to regulating metabolism, AMPK has also been implicated as a tumour suppressor and we have suggested that it may be a modulator of radiation responses in cancer cells <em>in vitro</em>. Moreover, we investigated the molecular mechanisms that facilitate ionizing radiation (IR)-induced AMPK activation, as well as demonstrated that certain AMPK activating drugs can work as radiation sensitizers in a variety of cancer cell lines. Stemming from this framework, we also provided experimental evidence that suggests AMPK is centrally involved in pathways that regulate DNA damage and proliferation at the basal level, and in response to IR. One of the targets involved in these pathways that can also influence AMPK regulation is the stress-activated Sestrin 2 protein. We have provided evidence that Sestrin 2 mediates IR-induced activation and expression of AMPK. Taken together, this work has provided novel insight into the ability of IR to modulate the activity and expression of AMPK, which in turn is required to facilitate the appropriate stress-response in cancer cells. Given its emerging interest in the cancer field, AMPK may become an important biomarker for evaluating clinical outcomes in patients undergoing radiation therapy.</p> / Doctor of Philosophy (PhD)

<p><strong><em>Purpose</em></strong></p> <p>To examine the potential of the anti-diabetic agent Metformin (MET) to enhance responses of NSCLC to ionizing radiation (IR).</p> <p><strong><em>Experimental Design</em></strong></p> <p>Human NSCLC A549, H1299 and SK-MES cells were treated with IR, MET or the mTOR inhibitor rapamycin and subjected to proliferation, clonogenic, immunoblotting, cell cycle and apoptosis assays. A549 and H1299 cells were grafted into flanks of immunosuppressed mice and treated with MET and/or IR. Tumours were analyzed by immunoblotting and immunohistochemistry.</p> <p><strong><em>Results</em></strong></p> <p>MET(2.5uM-5mM) caused dose-dependent inhibition of proliferation (10-70%)in all lines, inibited clonogenic survival and sensitized cells to IR. In A549 cellsMET caused inhibition of proliferation comparable to rapamycin, stimulated expression and activation of the ATM and AMPK-p53-p21^cip1and inhibited the Akt-mTOR-4-EBP1 pathway.MET caused G1 arrest of cell cycle, enhanced apoptosis and induced sustained DNA repair foci of gH2AX. MET and IR alone inhibited xenograft growth and combined treatment enhanced that further. IR and MET induced sustained enhancement of expression and activity of ATM-AMPK-p53-p21^cip1and inhibitionof Akt-mTOR-4-EBP1 pathways in tumours also. MET reduced expression of angiogenesis and enhanced expression of apoptosis markers in both control and radiated tumours.</p> <p><strong><em>Conclusions</em></strong></p> <p>Clinically achievable(uM) doses ofMET inhibit human NSCLC cell and tumour growth and sensitize them to IR.This is accompanied by desirable modulation of molecular signals, inhibition of angiogenesis and induction of apoptosis. Our results suggest that MET could be a clinically useful adjunct to radiotherapy in NSCLC and support clinical investigation of MET in combination with radiotherapy.</p> / Master of Science (MSc)

La regulación del transporte iónico es importante en mamíferos ya que disfunciones en él producen enfermedades cardiovasculares, neurodegenerativas, etc. En este contexto, se ha descrito que mutaciones en el gen que codifica para la proteína quinasa activada por AMP (AMPK) están asociadas con enfermedades cardiovasculares y neurodegenerativas; como el síndrome de Wolf Parkinson White que provoca arritmias, y la epilepsia mioclónica progresiva de tipo Lafora. La disfunción de transportadores de iones esta implicada en la fisiopatología de estas enfermedades. En la presente Tesis, se profundiza en el modelo constituido por AMPK que regula un canal de sodio (ENaC) a través de la fosforilación de la E3 ubicuitina ligasa Nedd4-2, un regulador directo del canal. Para ello se ha caracterizado la interacción entre AMPK y Nedd4-2 y se ha estudiado como ésta puede afectar a la interacción entre Nedd4-2 y ENaC. El modelo conocido indica que AMPK activada fosforila a Nedd4-2, lo que favorece su interacción con ENaC y por tanto su ubicuitinación, disminuyendo su presencia en la membrana. Durante este trabajo se ha podido comprobar que la interacción física entre AMPK y Nedd4-2 es transitoria o indirecta. Sin embargo, se ha descrito que ambas se regulan de manera recíproca, ya que Nedd4-2 ubicuitina a AMPK y AMPK fosforila a Nedd4-2 en al menos tres residuos. Se ha comprobado que uno de estos sitios de fosforilación tiene un papel relevante en la interacción in vitro de Nedd4-2 con ENaC cuando AMPK está presente y activa. Aunque serán necesarios más abordajes experimentales para definir la relevancia fisiológica de estas modificaciones post-traduccionales, este estudio añade un componente novedoso y profundiza a nivel molecular en la regulación de la E3 ubicuitina ligasa Nedd4-2 por la proteína quinasa AMPK. / Hueso Lorente, G. (2012). Mecanismos de regulación de transportadores de membrana. Interacción entre AMPK y Nedd4.2 [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/14577

La supervivencia celular frente a los cambios ambientales requiere el mantenimiento de un equilibrio dinámico entre la síntesis y la degradación de proteínas. La degradación de proteínas, además de regular diferentes procesos celulares, tiene como función principal la eliminación de productos que no son útiles para la célula en determinadas situaciones o cuya acumulación puede ser tóxica. Los productos de esta degradación, es decir los aminoácidos, son reutilizados para la síntesis de nuevas moléculas o son metabolizados para la obtención de energía. La alteración de esta proteólisis intracelular puede llevar a la acumulación en el citoplasma de orgánulos defectuosos o de moléculas que se pueden agrupar en agregados insolubles y que pueden así desencadenar diferentes patologías. Aunque se ha avanzado bastante durante los últimos años en los conocimientos sobre la degradación intracelular de proteínas y de sus principales mecanismos, existen bastantes detalles moleculares todavía desconocidos. Por este motivo es necesario aportar nueva información sobre estos procesos que además podría ser relevante para identificar nuevas dianas terapéuticas y desarrollar tratamientos más eficaces para las enfermedades derivadas de alteraciones en los mismos. La degradación de proteínas ocurre por diferentes mecanismos que pueden clasificarse generalmente en dependientes o no de unos orgánulos citoplásmicos, los lisosomas. La macroautofagia (a la que se denomina generalmente con el término más simple de autofagia) y el sistema ubicuitina-proteasomas son, respectivamente, los más importantes de esos dos grupos. Básicamente, el sistema ubicuitina-proteasomas consiste en la poliubicuitinación de proteínas que son después degradadas por los proteasomas. La autofagia en cambio se inicia con el secuestro de porciones del citoplasma en estructuras de doble membrana que se cierran formando los autofagosomas. Posteriormente, los autofagosomas se fusionan con endosomas y con lisosomas dando lugar a los autolisosomas, en los que por la acción de las proteasas o catepsinas lisosomales se degrada el material encerrado. La autofagia está regulada por una amplia variedad de vías de señalización que responden a multitud de factores ambientales. Entre estos últimos, la situación de ayuno de nutrientes es la inductora más potente de la autofagia. Durante la privación de nutrientes como los aminoácidos, la célula sufre un estrés energético que debe tratar de reducir produciendo ATP a partir de nuevas fuentes. Para ello activa la autofagia para degradar los componentes de la célula, como las proteínas, hasta producir sus unidades básicas que después son metabolizadas. Por el contrario, se ha demostrado que cuando se proporcionan aminoácidos a la célula la autofagia es inhibida. Aunque el efecto sobre la autofagia de los aminoácidos ha sido estudiado ampliamente en muchos laboratorios, no estaba tan claro ese efecto en el caso de otro nutriente, la glucosa, ya que cuando planteamos ese estudio los datos eran contradictorios. En este trabajo hemos podido establecer claramente que la glucosa tiene un papel inductor sobre la autofagia empleando técnicas muy variadas que incluyen: la cuantificación por ¿Western-blot¿ de los niveles del marcador de autofagia LC3-II en presencia o en ausencia de inhibidores lisosomales, la cuantificación de la proteína degradada, total y por la vía autofágica, mediante experimentos de pulso y caza, la cuantificación morfométrica de estructuras autofágicas (equivalentes a autofagosomas y autolisosomas) por microscopia electrónica y la cuantificación de la masa lisosomal por fluorescencia. Además, hemos comprobado que la glucosa también induce la ubicuitinación de proteínas y la degradación de estas por los proteasomas. Con estos y otros datos obtenidos durante el desarrollo de esta tesis doctoral, hemos podido concluir que la glucosa induce la autofagia en todos los tipos celulares estudiados y en todas las condiciones ensayadas. Este efecto disminuye o se enmascara cuando están presentes a la vez otros factores que son inhibidores de la autofagia, como los aminoácidos o el suero bovino fetal, lo que podría explicar algunos de los datos contradictorios en la literatura. La glucosa aporta la energía necesaria para el correcto funcionamiento de la autofagia a partir de unos niveles mínimos de ATP. Un descenso en la disponibilidad energética a través de la inhibición de la glucólisis reprime la autofagia inducida por la glucosa. Sin embargo, la estimulación de la autofagia por glucosa no parece depender únicamente de la disponibilidad de ATP, sino que hemos identificado una vía de señalización en la que no interviene AMPK a pesar de responder al descenso de los niveles de ATP y al aumento de los niveles de calcio durante la incubación en un medio carente de glucosa. Esta vía tampoco implica a mTORC1 y en ella sí interviene en cambio la MAPK p38¿, como hemos comprobado con diferentes inhibidores de esta quinasa, con el uso de siRNAs o empleando MEFs p38-/-. Consideramos que estos resultados contribuyen a clarificar más la regulación de la autofagia por nutrientes y, más concretamente, por uno tan relevante como es la glucosa. / Moruno Manchón, JF. (2013). Regulación de la degradación intracelular de proteínas por glucosa [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/34775

Yes / The key metabolic regulator, AMP-activated protein kinase (AMPK) is reported to be downregulated in metabolic disorders, but the mechanisms are poorly characterised. Recent studies have identified phosphorylation of the AMPKα1/α2 catalytic subunit isoforms at Ser487/491 respectively as an inhibitory regulation mechanism. Vascular endothelial growth factor (VEGF) stimulates AMPK and protein kinase B (Akt) in cultured human endothelial cells. As Akt has been demonstrated to be an AMPKα1 Ser487 kinase, the effect of VEGF on inhibitory AMPK phosphorylation in cultured primary human endothelial cells was examined. Stimulation of endothelial cells with VEGF rapidly increased AMPKα1 Ser487 phosphorylation in an Akt-independent manner, without altering AMPKα2 Ser491 phosphorylation. In contrast, VEGF-stimulated AMPKα1 Ser487 phosphorylation was sensitive to inhibitors of protein kinase C (PKC) and PKC activation using phorbol esters or overexpression of PKC stimulated AMPKα1 Ser487 phosphorylation. Purified PKC and Akt both phosphorylated AMPKα1 Ser487 in vitro with similar efficiency. PKC activation was associated with reduced AMPK activity, as inhibition of PKC increased AMPK activity and phorbol esters inhibited AMPK, an effect lost in cells expressing mutant AMPKα1 Ser487Ala. Consistent with a pathophysiological role for this modification, AMPKα1 Ser487 phosphorylation was inversely correlated with insulin sensitivity in human muscle. These data indicate a novel regulatory role of PKC to inhibit AMPKα1 in human cells. As PKC activation is associated with insulin resistance and obesity, PKC may underlie the reduced AMPK activity reported in response to overnutrition in insulin-resistant metabolic and vascular tissues.

La pharmacopée Cris est riche en plantes médicinales et plusieurs d’entre elles sont étudiées par notre laboratoire pour leur potentiel antidiabétique. Certaines espèces ont démontré leur capacité à stimuler la protéine kinase activée par l’AMP (AMPK), une enzyme qui favorise la translocation de transporteurs de glucose à la membrane (effet hypoglycémiant). L’AMPK stimule également d’autres fonctions, telle l’oxydation des graisses, dans le but de rétablir l’énergie cellulaire. Ce projet a comme objectifs d’évaluer, premièrement, le stress métabolique induit par huit des extraits dans des cellules musculaires et des hépatocytes, effet qui serait responsable de l’activation de l’AMPK. Ce stress peut être déterminé en mesurant l’acidification du milieu extracellulaire ainsi que la déplétion du contenu en ATP des cellules suite aux traitements. Le deuxième objectif est de mesurer l’efficacité des extraits à réduire le contenu en gras (oxydation des graisses) et à ainsi normaliser la résistance à l’insuline dans des hépatocytes rendus insulino-résistants. Les hépatocytes sont rendus résistants à l’insuline (condition fortement lié à l’obésité) via traitement avec un acide gras saturé, le palmitate. Les résultats montrent que la majorité des extraits semble induire un stress métabolique de courte durée dans les cellules. Parmi les extraits, seul un a réussi à faire diminuer significativement le taux de triglycérides intracellulaire suite au traitement au palmitate sans toutefois améliorer la sensibilité à l’insuline. En conclusion, le potentiel hypoglycémiant des extraits serait du à leur capacité à affecter la respiration mitochondriale (stress métabolique). Toutefois, leur capacité à améliorer la sensibilité à l’insuline n’a pu être établie. / Cree pharmacopeia is rich in medicinal plants and many of them are studied by our laboratory for their antidiabetic potential. Some of the species tested have shown to activate the AMP-activated protein kinase (AMPK), an enzyme responsible for the translocation of glucose transporters to the cell membrane (hypoglycaemic activity). AMPK is also known to activate other cellular functions, like fat oxidation, in order to restore cell energy loss. The objectives of this study are, first, to measure the metabolic stress induced by eight of the species in muscular and liver cells, an effect believed to be responsible for the AMPK activation. Metabolic stress is evaluated by measuring extracellular medium acidification and cellular ATP depletion. The second objective is to assess the capacity of the extracts to clear intracellular fat (fat oxidation) and, by doing this, restore insulin sensitivity in insulin-resistant driven hepatocytes. To become insulin-resistant (a condition strongly linked to obesity), the hepatocytes are treated with a saturated fatty acid, palmitate. The results show that most of the extracts seem to increase the metabolic stress in muscular cells and hepatocytes for a short period of time. Among all extracts, only one has significantly reduced intracellular triglycerides in palmitate treated hepatocytes, an effect not followed by an increase in insulin sensitivity. In conclusion, the species tested in this study seem to exert their hypoglycaemic potential by affecting mitochondrial respiration (metabolic stress). However, the experimentations have not clearly shown the capacity of the species to restore insulin sensitivity in insulin-resistant liver cells.

Le diabète de type 2 (DT2) apparaît lorsque la sécrétion d’insuline par les cellules β des îlots du pancréas ne parvient plus à compenser la résistance à l’insuline des organes cibles. Parmi les médicaments disponibles pour traiter le DT2, deux classes agissent en améliorant la sensibilité à l’insuline : les biguanides (metformine) et les thiazolidinediones (pioglitazone et rosiglitazone). Des études suggèrent que ces médicaments protègent également la fonction des cellules β. Dans le but d’identifier des mécanismes par lesquels les médicaments insulinosensibilisateurs protègent les cellules β, nous avons étudié les effets aigus de la metformine et de la pioglitazone sur le métabolisme et la fonction des cellules INS 832/13, sécrétrices d’insuline et des îlots pancréatiques isolés de rats. Nous avons aussi validé in vivo avec des rats Wistar les principales observations obtenues en présence de pioglitazone grâce à des clamps glucidiques et par calorimétrie indirecte. Le traitement aigu des cellules β avec de la pioglitazone ou de la metformine inhibe la sécrétion d’insuline induite par le glucose en diminuant la sensibilité des cellules au glucose (inhibition en présence de concentrations intermédiaires de glucose seulement). Dans les mêmes conditions, les traitements inhibent aussi plusieurs paramètres du métabolisme mitochondrial des nutriments et, pour la pioglitazone, du métabolisme des lipides. Les composés affectent le métabolisme en suivant un patron d’inhibition similaire à celui observé pour la sécrétion d’insuline, que nous avons nommé « décélération métabolique ». La capacité de la pioglitazone à inhiber la sécrétion d’insuline et à ralentir le métabolisme mitochondrial de façon aigüe se confirme in vivo. En conclusion, nous avons identifié la décélération métabolique de la cellule β comme nouveau mode d’action pour les médicaments insulinosensibilisateurs. La décélération métabolique causée par les agents insulinosensibilisateurs les plus utilisés semble provenir d’une inhibition du métabolisme mitochondrial et pourrait être impliquée dans les bienfaits de ceux-ci dans un contexte de stress métabolique. Le fait que les deux agents insulinosensibilisateurs étudiés agissent à la fois sur la sensibilité à l’insuline et sur la sécrétion d’insuline, les deux composantes majeures du DT2, pourrait expliquer pourquoi ils sont parmi les agents antidiabétiques les plus efficaces. La décélération métabolique est une approche thérapeutique à considérer pour le traitement du DT2 et d’autres maladies métaboliques. / Type 2 diabetes (T2D) appears when insulin secretion by pancreatic β-cells fails to compensate for insulin resistance. Two classes of anti-diabetic drugs have been used to target insulin resistance: biguanides (metformin) and thiazolidinediones (pioglitazone and rosiglitazone). Some studies suggest that these compounds also protect β-cell function. In order to identify the mechanisms whereby insulin-sensitizing agents protect β-cell function, we used INS 832/13 insulin secreting cells and isolated pancreatic rat islets to study the acute effects of pioglitazone and metformin on β-cell metabolism and function. Key observations obtained with pioglitazone were also validated in vivo in Wistar rats with the use of glucose clamps and indirect calorimetry. In vitro, acute pioglitazone or metformin treatment inhibits glucose-induced insulin secretion by lowering β-cell sensitivity to glucose (inhibition only at sub-maximal glucose concentrations). The same treatments also inhibit parameters of nutrient mitochondrial metabolism and, in the case of pioglitazone, parameters of lipid metabolism. Both compounds alter metabolism following a pattern similar to that observed with insulin secretion, a pattern that we label “metabolic deceleration”. Pioglitazone also acutely inhibits insulin secretion and slows down mitochondrial metabolism in vivo. In conclusion, we identified metabolic deceleration of the pancreatic β-cell as a new mode of action for insulin-sensitizing agents. Pioglitazone and metformin both seem to cause metabolic deceleration of the β-cell via inhibition of mitochondrial metabolism. This mode of action could participate in the beneficial effects of these compounds in the context of metabolic stress. The fact that these drugs affect both insulin sensitivity and insulin secretion, the two major components of T2D, may explain why they are among the most powerful anti-diabetic agents. Metabolic deceleration is a new therapeutic approach worth considering for the treatment of T2D and other metabolic diseases.

La physiopathologie du diabète de type II se caractérise par de sévères anomaliesmétaboliques telles que l’hyperglycémie et les dyslipidémies contribuant au développementdes maladies cardiovasculaires. Une altération de l’activité de l’AMPK dans les tissus tels quele muscle squelettique et le foie est associée à ces désordres métaboliques alors que sonactivation pharmacologique permet de les rétablir. Toutefois, le complexe hétérotrimériqueαβγ tissu-spécifique de l’AMPK confère une régulation et des rôles distincts qui demeurentinexplorés dans l’intestin, un organe favorisant pourtant l’augmentation de l’absorption desnutriments en situation de diabète de type II. La présente étude démontre une prépondérancedu complexe α1β2γ1 de l’AMPK dans les cellules intestinales Caco-2 dont l’un des rôles de lasous-unité α1 est de réguler l’ACC, l’enzyme de synthèse des acides gras. Contrairement àl’AMPK exprimée dans le foie, elle ne régule pas l’HMG-CoA Réductase impliquée dans lasynthèse du cholestérol. L’activation de l’AMPK mime l’effet de l’insuline en réduisantl’absorption intestinale du glucose et des lipides alors que son altération en situationd’insulino-résistance (e.g : induite par le 4-HHE dans un modèle cellulaire Caco-2 ou induitepar la diète dans le modèle animal Psammomys obesus) favorise l’absorption du glucose etdes lipides, ce qui exacerberait l’hyperglycémie et la dyslipidémie postprandiale associées audiabète de type II. L’AMPK au niveau intestinal constitue donc une cible thérapeutiquepotentielle complémentaire pour la prévention et le traitement du diabète de type II. / Physiopathology of type II Diabetes is characterized by severe metabolic abnormalities suchas hyperglycemia and dyslipidemia also implicated in development of cardiovasculardiseases. Impaired AMPK activity in tissues such as skeletal muscle and liver is associatedwith these metabolic disorders whereas its pharmacologic activation is able to restore suchabnormalities. Nevertheless, tissue-specific heterotrimeric αβγ AMPK likely confers distinctroles and regulation that remain unexplored in intestine, an organ promoting enhancednutrients absorption in type II diabetes situation. This study demonstrates α1β2γ1 AMPKcomplex preponderance in intestinal Caco-2 cells whose α1 subunit role is to regulate ACCenzyme responsible of fatty acid synthesis. Unlike in the liver, AMPK doesn’t regulate HMGCoAreductase enzyme implicated in cholesterol synthesis. AMPK activation mimics insulineffect by reducing intestinal glucose and lipids absorption whereas its alteration in insulinresistancesituation (e.g.: induced by 4-HHE in Caco-2 cell model or in Psammomys obesusanimal model) enhances glucose and lipids absorption which could exacerbate postprandialhyperglycemia and dyslipidemia associated to type II diabetes. Thus, AMPK at the intestinallevel could be a potential therapeutic target in prevention and treatment of type II diabetes

Le diabète de type 2 (DT2) apparaît lorsque la sécrétion d’insuline par les cellules β des îlots du pancréas ne parvient plus à compenser la résistance à l’insuline des organes cibles. Parmi les médicaments disponibles pour traiter le DT2, deux classes agissent en améliorant la sensibilité à l’insuline : les biguanides (metformine) et les thiazolidinediones (pioglitazone et rosiglitazone). Des études suggèrent que ces médicaments protègent également la fonction des cellules β. Dans le but d’identifier des mécanismes par lesquels les médicaments insulinosensibilisateurs protègent les cellules β, nous avons étudié les effets aigus de la metformine et de la pioglitazone sur le métabolisme et la fonction des cellules INS 832/13, sécrétrices d’insuline et des îlots pancréatiques isolés de rats. Nous avons aussi validé in vivo avec des rats Wistar les principales observations obtenues en présence de pioglitazone grâce à des clamps glucidiques et par calorimétrie indirecte. Le traitement aigu des cellules β avec de la pioglitazone ou de la metformine inhibe la sécrétion d’insuline induite par le glucose en diminuant la sensibilité des cellules au glucose (inhibition en présence de concentrations intermédiaires de glucose seulement). Dans les mêmes conditions, les traitements inhibent aussi plusieurs paramètres du métabolisme mitochondrial des nutriments et, pour la pioglitazone, du métabolisme des lipides. Les composés affectent le métabolisme en suivant un patron d’inhibition similaire à celui observé pour la sécrétion d’insuline, que nous avons nommé « décélération métabolique ». La capacité de la pioglitazone à inhiber la sécrétion d’insuline et à ralentir le métabolisme mitochondrial de façon aigüe se confirme in vivo. En conclusion, nous avons identifié la décélération métabolique de la cellule β comme nouveau mode d’action pour les médicaments insulinosensibilisateurs. La décélération métabolique causée par les agents insulinosensibilisateurs les plus utilisés semble provenir d’une inhibition du métabolisme mitochondrial et pourrait être impliquée dans les bienfaits de ceux-ci dans un contexte de stress métabolique. Le fait que les deux agents insulinosensibilisateurs étudiés agissent à la fois sur la sensibilité à l’insuline et sur la sécrétion d’insuline, les deux composantes majeures du DT2, pourrait expliquer pourquoi ils sont parmi les agents antidiabétiques les plus efficaces. La décélération métabolique est une approche thérapeutique à considérer pour le traitement du DT2 et d’autres maladies métaboliques. / Type 2 diabetes (T2D) appears when insulin secretion by pancreatic β-cells fails to compensate for insulin resistance. Two classes of anti-diabetic drugs have been used to target insulin resistance: biguanides (metformin) and thiazolidinediones (pioglitazone and rosiglitazone). Some studies suggest that these compounds also protect β-cell function. In order to identify the mechanisms whereby insulin-sensitizing agents protect β-cell function, we used INS 832/13 insulin secreting cells and isolated pancreatic rat islets to study the acute effects of pioglitazone and metformin on β-cell metabolism and function. Key observations obtained with pioglitazone were also validated in vivo in Wistar rats with the use of glucose clamps and indirect calorimetry. In vitro, acute pioglitazone or metformin treatment inhibits glucose-induced insulin secretion by lowering β-cell sensitivity to glucose (inhibition only at sub-maximal glucose concentrations). The same treatments also inhibit parameters of nutrient mitochondrial metabolism and, in the case of pioglitazone, parameters of lipid metabolism. Both compounds alter metabolism following a pattern similar to that observed with insulin secretion, a pattern that we label “metabolic deceleration”. Pioglitazone also acutely inhibits insulin secretion and slows down mitochondrial metabolism in vivo. In conclusion, we identified metabolic deceleration of the pancreatic β-cell as a new mode of action for insulin-sensitizing agents. Pioglitazone and metformin both seem to cause metabolic deceleration of the β-cell via inhibition of mitochondrial metabolism. This mode of action could participate in the beneficial effects of these compounds in the context of metabolic stress. The fact that these drugs affect both insulin sensitivity and insulin secretion, the two major components of T2D, may explain why they are among the most powerful anti-diabetic agents. Metabolic deceleration is a new therapeutic approach worth considering for the treatment of T2D and other metabolic diseases.