Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Le diabète mellitus de type I est une maladie de plus en plus abondante. Cette dernière est caractérisée par la destruction auto-immunitaire des îlots de Langerhans incluant les cellules de type [bêta] qui produisent de l'insuline dans le pancréas endocrinien. Une option de traitement pour les patients atteints de cette maladie est notamment une greffe des îlots de Langerhans. Ce traitement est limité dû au nombre restreint de donneurs d'organes et aussi à la perte de fonctionnalité des îlots suite à la greffe. Les études effectuées tout au long de cette thèse ont pour optique d'adresser ces contraintes par le biais de la science des biomatériaux. La thèse débute avec un survol détaillé des concepts de base et des complexités associés aux interactions de type cellules et surfaces trouvées dans la littérature. II s'agit spécifiquement des interactions physiques et chimiques, des systèmes expérimentaux ainsi que des caractérisations et modifications associés aux interactions entre cellules et surfaces. La première étude de nature expérimentale examine la morphogenèse des cellules progénitrices ductales (PANC-1 cell line) vers des îlots qui produisent des agrégats semblables à des îlots (ILA). Le tout est fait sur des surfaces de carboxyméthyl dextrane (CMD) sur lesquelles le RGD est greffé via un lien covalent. L'expression des marqueurs d'lLAs (cytokeratin-19, Ki67, et E-cadherin) qui peuvent être associés à un changement de phénotype de ces cellules a été évaluée ainsi que la sécrétion et l'expression de l'insuline. La seconde étude de nature expérimentale a pour optique l'immobilisation de la fibronectine (FN) sur les mêmes surfaces de CMD mentionnées auparavant sur lesquelles des cellules ayant un phénotype [bêta] (INS-1 cell line) ont proliféré. Lors du processus d'immobilisation, plusieurs solutions ont été étudiées. L'immobilisation de la fibronectine sur des surfaces de CMD a été validée par la spectrométrie de photoélectrons induits par rayons X. Le mécanisme d'immobilisation a été déterminé par imagerie et mesures de force par microscopie à force atomique, la spectroscopie de dichroïsme circulaire ainsi que par la diffusion dynamique de la lumière. De plus, la croissance des cellules de type INS-1 et la sécrétion d'insuline ont été évaluées. La dernière étude de nature expérimentale visait l'étude de la coculture des cellules endothéliales et des îlots de porc dans un gel de fibrine. L'effet de la présence des cellules endothéliales sur la production d'insuline des îlots a été évalué. De plus, l'apoptose cellulaire en coculture a été évaluée et comparée aux cultures simples.

En France, l’obésité touche 15% de la population et est en perpétuelle augmentation. Elle est une cause majeure du diabète de type 2. Elle se traduit par un accroissement du nombre de cellules de stockage du gras (adipocytes) et une résistance périphérique à l’insuline. Chez des individus obèses, l’augmentation du nombre d’adipocytes est associée à une diminution de l’expression de la sortiline, protéine transmembranaire dont le clivage entraine la formation du propeptide (PE) et sa libération dans la circulation sanguine. L’analogue synthétique du PE, la spadine, est connu pour moduler l’activité du canal potassique TREK-1. Ce canal étant exprimé dans la cellule bêta pancréatique qui sécrète l’insuline, une hormone participant à la régulation du taux de glucose dans le sang, il est possible que la spadine joue un rôle dans l’homéostasie du glucose. Mes résultats confirment cette hypothèse. En effet, la spadine améliore la tolérance au glucose des souris, en favorisant la libération d’insuline. La spadine est également connue pour interagir avec sortiline, indispensable au trafic du transporteur de glucose Glut4 vers la membrane des adipocytes. Cette interaction spadine-sortiline suggère que la spadine pourrait moduler l’entrée du glucose dans les adipocytes via la sortiline. Mes résultats montrent que la spadine ne modifie pas les capacités de stockage du glucose des adipocytes. En conclusion, la spadine joue un rôle dans la sécrétion de l’insuline et dans la régulation de la glycémie, ce qui peut présenter un intérêt pharmaceutique / In France, approximately 15% of the population is obese and this number keeps rising up every year. Obesity is a major cause of diabetes, inducing an increase of the number of fat-filled cells, called the adipocytes, and a peripheral insulin resistance. This increase of the number of adipocytes is associated with a decrease of sortilin expression, a transmembrane protein which is involved in the release of a propeptide (PE) in the blood circulation. Spadin, a synthetic PE analog, is known to modulate the potassium TREK-1 channel activity. Since, this channel is expressed in pancreatic beta cells which secrete insulin, a hormone involved in blood glucose regulation, spadin may play a role in glucose homeostasis. Consistent with this hypothesis, spadin improves glucose tolerance in mice, by stimulating insulin release. Spadin is a natural peptide derived from sortilin, which is known to control the glucose transporter Glut4 trafficking to the plasma membrane of adipocytes. This suggests that spadin may regulate glucose storage in adipocytes by affecting the sortilin function. However, my results show that spadin has no effect on glucose storage. In summary, spadin is involved in insulin secretion and glucose homeostasis and may be an alternative treatment against obesity and diabetes

Le diabète de type 2 est aujourd'hui un réel problème de santé publique mondial. Il résulte d'un défaut de masse et/ou de fonction des cellules bêta pancréatiques. L'identification et la compréhension des mécanismes à l'origine de ces défauts permettrait de développer des stratégies pour restaurer la masse fonctionnelle de cellules bêta. Les hormones glucocorticoïdes (GC), hormones de stress et d'adaptation métaboliques, sont capables d'inhiber la sécrétion d'insuline mais leur mode d'action n'est pas encore entièrement compris. Récemment, la sérotonine, neurotransmetteur présent dans les cellules bêta, a été décrite comme étant à l'origine de l'augmentation de la masse bêta lors de la gestation et d'une modulation de la sécrétion d'insuline chez la souris. Dans ce contexte, nous avons voulu définir si les GC pouvaient moduler le système sérotonine des cellules bêta. Nous nous sommes alors intéressés aux enzymes de synthèse de la sérotonine Tph1 et Tph2. Nous avons pu montrer que l'expression des enzymes Tph1 et Tph2 était inhibée par les GC entrainant une diminution de la synthèse de la sérotonine. Ensuite nous avons confirmé que l'expression de Tph1 et 2 était stimulée par la prolactine mais aussi montré pour la première fois que ces enzymes étaient stimulées par l'exenatide-4, un analogue de GLP-1. Dans ces deux situations stimulantes, nous retrouvons un effet contre-régulateur des GC. Enfin, nous nous sommes intéressés au rôle de la sérotonine sur la fonction des cellules bêta. Nous avons pu mettre en évidence que la sérotonine est capable d'inhiber la sécrétion d'insuline par altération du flux calcique dans la cellule bêta pancréatique. En conclusion, nos résultats montrent que, au sein de la cellule bêta, le système sérotonine est une des cibles des GC, suggérant que la réduction de sérotonine puisse être un relais des effets des GC sur les cellules bêta. / Type 2 diabetes is now a real global public health problem. It results from a defect of mass and / or function of pancreatic beta cells. The identification and understanding of the mechanisms underlying these defects would help develop strategies to restore the functional beta cell mass. Glucocorticoid hormones (GC), hormones of stress and metabolic adaptation, can inhibit insulin secretion but their mode of action is not yet fully understood. Recently, the neurotransmitter serotonin present in the beta cells has been described as involved in the increase in beta-cell mass during gestation and a modulation of the insulin secretion in mice. In this context, we wanted to determine whether GC could modulate the serotonin system of beta cells. We focused on the enzymes required for serotonin synthesis Tph1 and 2. We could show that the expression of Tph1 and Tph2 1 and Tph2 enzyme was inhibited by GC causing a decrease in serotonin synthesis. We then confirmed the expression of Tph1 and 2 was stimulated by prolactin but also showed for the first time that these enzymes were stimulated by exenatide-4, a GLP-1. In these two stimulating situations, we found that GC exerts a counter-regulatory effect. Finally, we studied the role of serotonin on beta cell function. We were able to show that serotonin can inhibit the secretion of insulin by altering the calcium flux in the pancreatic beta cell. In conclusion, our results show that, within the beta cell, the serotonin system is one of GC target, suggesting that serotonin reduction can be a relay of the effects of GC on beta cells.

INTRODUCTION : Il a été démontré que le nombre de lipoprotéines apolipoprotéine B (apoB) est un prédicteur du développement du diabète de type 2 (DT2), mais le mécanisme est inconnu. La résistance à l'insuline (RI) et l'hyperinsulinémie compensatoire (HI) entraînent l’épuisement des cellules β et la progression vers le DT2. De plus, l'activation du système de l'interleukine -1β (IL- 1β) est impliquée dans la pathophysiologie du DT2. Notre objectif était donc d'étudier si l’apoB est associé à la RI et à l’HI chez les humains et si cette corrélation est médiée par l’activation du système IL-1β. MÉTHODOLOGIE : 47 femmes ménopausées, non diabétiques, obèses ou en surpoids et 28 hommes, âgés de 45 à 74 ans ont été recrutés. La sécrétion d'insuline (SI) et la sensibilité à l'insuline ont été mesurées par un clamp Botnia modifié. La 1ère et 2ème phase de SI furent mesurées lors d'un test de tolérance au glucose intraveineux (IVGTT) d’une heure, suivi d’un clamp hyperinsulinémique euglycémique (HEIC) de 3 heures (taux de perfusion d'insuline de 75 mU/m2/min) pour mesurer la sensibilité à l'insuline lors des 30 dernières minutes du clamp (état d'équilibre). La sensibilité à l'insuline est exprimée comme étant le taux de perfusion de glucose (GIR) seul ou divisé par le taux d’insuline à l’état d’équilibre (M/I). RÉSULTATS : Chez les femmes, l’apoB à jeun corrélait avec une augmentation de la 2e phase de SI, la SI totale et la sécrétion totale de C-peptide (r=0,202; r=0,168; r=0,204) et avec une diminution de la sensibilité à l'insuline (GIR r=-0,299; M/I r=-0,180) indépendamment de l'adiposité. L’IL-1Ra à jeun (indicateur de l’activation du système IL-1β) corrélait positivement avec la 2e phase, la SI totale et la sécrétion totale de C-peptide (r=0,217; r=0,154; r=0,198) et négativement avec la sensibilité à l'insuline (GIR r=-0,304; M/I r=-0,214). L’IL-1Ra était également corrélée avec l'apoB (r=0,352). Une fois corrigé pour l'IL-1Ra, toutes les associations entre l'apoB et les indices de sensibilité à l'insuline et de SI ont été perdues. Malgré des glycémies similaires, il n’y avait pas de corrélation de l’apoB avec les indices mesurés chez les hommes. CONCLUSION : L’apoB est associé à l’HI et la RI chez les femmes non diabétiques obèses et en surpoids, potentiellement via l'activation du système IL-1β. Ces différences sexuelles doivent être prises en compte dans l'exploration de la physiopathologie du DT2. / INTRODUCTION: The number of plasma apolipoprotein B lipoproteins (apoB) is reported to predict the development of type 2 diabetes (T2D); however the underlying mechanism is unknown. Insulin resistance (IR) and compensatory hyperinsulinemia (HI) are believed to promote β-cell exhaustion and progression to T2D. Moreover, the activation of the interleukin-1β (IL-1β) system is implicated in the pathophysiology of T2D. Our aim was thus to investigate whether plasma apoB associates with IR and HI in humans and whether this is mediated through the IL-1β system. METHODOLOGY: 47 non-diabetic overweight and obese postmenopausal women and 28 men, 45-74 years old were recruited. Insulin secretion (IS) and insulin sensitivity were examined by a modified Botnia clamp. 1st and 2nd phase IS were measured during a 1 hour intravenous glucose tolerance test (IVGTT), followed by a 3 hour hyperinsulinemic-euglycemic clamp (HEIC, insulin infusion rate of 75 mU/m2/min) to measure insulin sensitivity during the last 30 minutes of the clamp (steady state). Insulin sensitivity was expressed as steady state glucose infusion rate (GIR) alone or divided over steady state plasma insulin (M/I). RESULTS: In women, fasting plasma apoB correlated positively with increased 2nd phase and total IS and with total C-peptide secretion (r=0.202; r=0.168; r=0.204 respectively) and negatively with insulin sensitivity (r: GIR= -0.299 and M/I =-0.180) independent of adiposity. Similar to plasma apoB, fasting plasma IL-Ra (indicator of activated IL-1β system) correlated positively with 2nd phase and total IS and with total C-peptide secretion (r=0.217; r=0.154; r=0.198 respectively) and negatively with insulin sensitivity (GIR r=-0.304; M/I r=-0.214). Fasting plasma IL-Ra also correlated with apoB r=0.352). Once corrected for IL-1Ra, the associations between apoB and the indexes of insulin sensitivity and IS were all lost. Despite similar fasting glucose, plasma apoB did not correlate with any indices of insulin secretion or sensitivity in men. CONCLUSION: ApoB is associated with HI and IR in non-diabetic overweight and obese women, which may be mediated through activation of the IL-1β system. Gender differences may need to be considered in exploring the pathophysiology of T2D in humans.

OBJECTIF: L’apoB plasmatique prédit le diabète de type 2 chez l’humain. Une clairance ralentie des triglycérides (TG) favorise la lipotoxicité et la résistance à l’insuline (RI). Nous avons démontré ex vivo que les LDL, forme majeure d’apoB-lipoprotéines, altèrent le stockage des gras dans le tissu adipeux blanc (TAB) humain. Nous émettons l’hypothèse que le lien reliant l’apoB plasmatique à la RI et l’hyperinsulinémie est médié par un retard de clairance des gras diététiques. MÉTHODE/RÉSULTATS: Nous avons examiné la sécrétion d’insuline (SI), puis la RI lors d’un test de tolérance au glucose intraveineux suivi d’un clamp hyperinsulinémique-euglycémique chez des sujets obèses normoglycémiques (N=29, 45%hommes, indice de masse corporelle (IMC)≥27kg/m2, 45-74ans, post-ménopausés). La clairance des TG diététiques a été mesurée suivant l’ingestion d’un repas gras marqué au 13C. La fonction d’une biopsie de TAB (à jeun) a été mesurée comme la capacité à stocker un substrat de 3H-TG. L’apoB était de 1,03±0,05g/L et corrélait avec la RI, la 2ième phase de SI, un délai de clairance des TG diététiques et une réduction de la fonction du TAB. Un retard de clairance des TG diététiques était associé à la RI et la 2ième phase de SI. Une correction pour la clairance des TG diététiques ou la fonction du TAB a éliminé l’association entre l’apoB et la RI et la 2ième phase de SI. CONCLUSION: L’association entre l’apoB plasmatique et la RI et la SI chez les sujets obèses est médiée par une clairance ralentie des gras diététiques et une dysfonction du TAB. / OBJECTIVE: Plasma apoB predicts type 2 diabetes in humans. Delayed TG clearance promotes lipotoxicity and insulin resistance (IR). We demonstrated ex vivo that LDL, the major form of apoB-lipoproteins, impairs human white adipose tissue (WAT) fat storage. We hypothesized that the link between plasma apoB, IR and hyperinsulinemia is mediated through delayed dietary fat clearance. METHODS/RESULTS: We examined insulin secretion (IS) and IR during a intravenous-glucose tolerance test followed by a hyperinsulinemic-euglycemic clamp in normoglycemic obese (N=29, 45%men, body mass index (BMI)≥27kg/m2, 45-74yrs, postmenopausal). Dietary TG clearance was measured after the ingestion of a 13C-triolein-labeled high-fat meal. The function of a fasting WAT biopsy was measured as the ability to store a 3H-TG substrate. Plasma apoB averaged 1.03±0.05g/L, and correlated with IR, 2nd phase IS, delayed dietary TG clearance and reduced WAT function. Moreover, delayed dietary TG clearance was associated with higher IR and 2nd phase IS. Correcting for dietary TG clearance or WAT function eliminated the association of plasma apoB with IR and 2nd phase IS. CONCLUSION: The association of plasma apoB with IR and IS in obese subjects is mediated by delayed dietary fat clearance and WAT dysfunction.

Dans le diabète de type 2 établi, l'hyperglycémie chronique, un taux élevé d'acides gras libres et l'inflammation induisent un stress oxydatif (SO) au niveau de la cellule beta. Le SO, qui apparaît dès le stade de pré-diabète, peut induire un dysfonctionnement précoce de cette cellule. Ainsi, la protection de la cellule β par des molécules anti-oxydantes pourrait ralentir la progression du pré-diabète au diabète.La quercétine, un flavonoïde, a présenté des propriétés antidiabétiques dans plusieurs études in vivo. Cependant, très peu de données traitent de son mécanisme d'action directement au niveau de la cellule beta. Dans ce contexte, nous avons étudié les effets de la quercétine au niveau de la cellule beta dans des conditions physiologiques et des conditions de SO.Nos résultats montrent qu'en présence de concentrations stimulantes de sécrétagogue, la quercétine potentialise la sécrétion d'insuline par un mécanisme impliquant l'augmentation de calcium intracellulaire et la potentialisation de ERK1/2 via l'activation des voies de la PKA et de la CaMK II. De plus, la quercétine protège la cellule beta du SO en sur-activant ERK1/2. Le resvératrol et la NAC, deux antioxydants de référence, sont inactifs dans ces conditions expérimentales.En absence de concentrations stimulantes de sécrétagogue, la quercétine induit une sécrétion d'insuline modérée en augmentant le calcium intracellulaire suite à une activation directe des CaV de type L. Dans ces conditions, l'activation de ERK1/2 induite par la quercétine, qui est indépendante de l'activation des voies de la PKA et de la CaMK II, ne serait pas impliquée dans le mécanisme sécrétoire. Nos résultats indiquent que le mécanisme d'action de la quercétine au niveau de la cellule β ne repose pas uniquement sur ses capacités anti-oxydantes mais fait intervenir des cibles pharmacologiques et la régulation de voies de signalisation intracellulaires. / In type 2 diabetes, chronic hyperglycaemia, elevated free fatty acids and inflammation induce oxidative stress (OS) in pancreatic β cell. SO, which appears at the stage of pre-diabetes, may induce early dysfunction of this cell. Thus, the β cell protection by antioxidant molecules could slow the progression of pre-diabetes to diabetes.Quercetin, a flavonoid, has shown antidiabetic properties in several in vivo studies. However, very few data address its mechanism of action directly at the β cell. In this context, we studied the effects of quercetin at the β cell under physiological conditions and conditions of OS.Our results show that in the presence of stimulating concentrations of secretagogue, quercetin potentiates insulin secretion by a mechanism involving increased intracellular calcium and potentiation of ERK1 / 2 via activation of the PKA and the CaMK II pathways. In addition, quercetin protects beta cell from OS via a suractivation of ERK1/2. Resveratrol and NAC, two antioxidants of reference are inactive under these experimental conditions.In the absence of stimulating concentration of secretagogue, quercetin induced moderate insulin secretion by increasing the intracellular calcium via a direct activation of L-type CaV Under these conditions, the activation of ERK1/2 induced by quercetin, which is independent of the activation pathways of PKA and CaMK II to, would not be involved in the secretory mechanism.Our results indicate that the mechanism of action of quercetin at the β cell not only based on its antioxidant capacity but involves pharmacological targets and the regulation of intracellular signaling pathways.

La transplantation d’îlots pancréatiques offre un traitement potentielle pour le diabète de type 1 (T1DM). À ce jour, le succès mitigé de ce type de greffe est dû à plusieurs facteurs limitants comme le manque de revascularisation, la perte de la matrice extracellulaire (ECM) et le rejet par le système immunitaire du receveur. Dans les dernières années, l’utilisation de matrices tridimensionnelles (3D) et de bioréacteurs a amélioré le processus de transplantation et approfondi les connaissances sur le sujet. Le but de cette thèse est de mieux comprendre les effets des paramètres physiologiques (flux, concentration en oxygène dissous (D.O.) et pulsation) sur le tissu pancréatique dans un environnement 3D en utilisant un bioréacteur à perfusion. Le premier chapitre présente une revue de la littérature détaillant le pancréas, les maladies qui lui sont associées ainsi que les techniques permettant son étude in vitro et in vivo. L’utilisation de matrices 3D en recherche sur le diabète est discutée en profondeur tout en mettant l’emphase sur l’incorporation de molécules de la ECM. La revue souligne comment des matrices 3D testées en combinaison avec différents bioréacteurs ont permis de mieux comprendre et améliorer la culture de cellules pancréatiques. Une brève conclusion met en lumière les applications futures des bioréacteurs dans la recherche sur le diabète. La première étude de cette thèse traite de la culture de cellules de rat provenant d’insulinome (INS-1), encapsulées dans des matrices de fibrine en chambres de perfusion et cultivées dans un bioréacteur à perfusion. Un essai in situ de sécrétion d’insuline stimulée par le glucose fut développé pour comprendre les effets de la culture. Dans cette expérience, les effets bénéfiques des conditions contrôlées en bioréacteur à perfusion ont été démontrés et ont révélé une augmentation de l`indice de stimulation des cellules INS-1 avec le temps, une amélioration de la fonction GRIP, en plus d’une incidence moins élevée d’apoptose cellulaire en comparaison avec des témoins en culture statique, sans bioréacteur. Cette étude a été publiée dans la revue Biotechnology Progress. La deuxième étude décrit un design multifactoriel servant à l’identification des paramètres affectant des pancréas de rat dissociés mécaniquement, cultivés dans un bioréacteur à perfusion. Les effets uniques et combinés du flux, de la D.O. et de la pulsation ont été étudiés sur la culture de tissu pancréatique. Les conditions bénéfiques pour la culture en bioréacteur ont été identifiées. Le tissu pancréatique cultivé dans ces conditions bénéfiques a démontré une sécrétion d’insuline stimulée par le glucose, une plus grande activité métabolique, une coloration positive à l’insuline et au glucagon, des structures endothéliales multiples ainsi qu’un tissu plus intact en comparaison avec des cultures statiques cultivées en mode statique. Cette étude a été soumise à Biotechnology Progress. / Abstract : Transplantation of pancreatic islets offers a potential cure for type 1 diabetes mellitus (T1DM). To date, the success of such a graft has been mired by a number of limiting factors including lack of revascularisation, loss of native extracellular matrix (ECM), and graft rejection by the recipient’s immune system. In recent years, new ways to understand and improve this process have been explored using three-dimensional (3D) matrices and bioreactors. This thesis aims to further understand the important effect(s) physiological parameters (flow, dissolved oxygen concentration (D.O.) and pulsation) have on pancreatic tissue in a 3D environment using a perfusion bioreactor with defined geometries. The first chapter introduces a review of the literature detailing the native pancreas, its diseases, and how it is studied in vivo and in vitro. The use of 3D matrices in diabetes research is discussed with particular emphasis on the incorporation of ECM molecules. The review then highlights how 3D matrices have been used in combination with a host of different bioreactors to understand and improve pancreatic cell cultures. A brief conclusion about the future applications for the use of bioreactors in diabetes research is also discussed. The first experimental work comprises the culture of rat insulinoma cells (INS-1) encapsulated in fibrin matrices in perfusion chambers and cultured under perfusion bioreactor conditions. An in situ glucose-stimulated insulin secretion assay was then developed to monitor the culture over time. With this work, the beneficial effects of perfusion bioreactor conditions were shown and revealed increasing functionality (glucose-stimulated insulin secretion) of INS-1 cells over time, and a lower incidence of apoptosis when compared to static control cultures. This study was published in Biotechnology Progress. The second experimental work used a factorial design to identify process parameters affecting whole mechanically-disrupted rat pancreata in a perfusion bioreactor. Here, the singular and combinational effects of flow, dissolved oxygen concentration and pulsation were assessed on the outcome of pancreatic tissue. Beneficial bioreactor conditions were identified. Mechanically-disrupted rat pancreata cultured under these beneficial bioreactor conditions showed glucose-stimulated insulin secretion, higher metabolic activity, insulin- and glucagon-positive staining, extensive endothelial structures, and overall intact tissue when compared to static cultures. This study has been submitted to Biotechnology Progress.

Le diabète est une maladie chronique de l’homéostasie du glucose caractérisée par une hyperglycémie non contrôlée qui est le résultat d’une défaillance de la sécrétion d’insuline en combinaison ou non avec une altération de l’action de l’insuline. La surnutrition et le manque d’activité physique chez des individus qui ont des prédispositions génétiques donnent lieu à la résistance à l’insuline. Pendant cette période dite de compensation où la concentration d’acides gras plasmatiques est élevée, l’hyperinsulinémie compense pleinement pour la résistance à l’insuline des tissus cibles et la glycémie est normale. Le métabolisme du glucose par la cellule pancréatique bêta entraîne la sécrétion d’insuline. Selon le modèle classique de la sécrétion d’insuline induite par le glucose, l’augmentation du ratio ATP/ADP résultant de la glycolyse et de l’oxydation du glucose, induit la fermeture des canaux KATP-dépendant modifiant ainsi le potentiel membranaire suivi d’un influx de Ca2+. Cet influx de Ca2+ permet l’exocytose des granules de sécrétion contenant l’insuline. Plusieurs nutriments comme les acides gras sont capables de potentialiser la sécrétion d’insuline. Cependant, le modèle classique ne permet pas d’expliquer cette potentialisation de la sécrétion d’insuline par les acides gras. Pour expliquer l’effet potentialisateur des acides gras, notre laboratoire a proposé un modèle complémentaire où le malonyl-CoA dérivé du métabolisme anaplérotique du glucose inhibe la carnitine palmitoyltransférase-1, l’enzyme qui constitue l’étape limitante de l’oxydation des acides gras favorisant ainsi leur estérification et donc la formation de dérivés lipidiques signalétiques. Le modèle anaplérotique/lipidique de la sécrétion d'insuline induite par le glucose prédit que le malonyl-CoA dérivé du métabolisme du glucose inhibe la bêta-oxydation des acides gras et augmente la disponibilité des acyl-CoA ou des acides gras non-estérifiés. Les molécules lipidiques agissant comme facteurs de couplage du métabolisme des acides gras à l'exocytose d'insuline sont encore inconnus. Des travaux réalisés par notre laboratoire ont démontré qu’en augmentant la répartition des acides gras vers la bêta-oxydation, la sécrétion d’insuline induite par le glucose était réduite suggérant qu’un des dérivés de l’estérification des acides gras est important pour la potentialisation sur la sécrétion d’insuline. En effet, à des concentrations élevées de glucose, les acides gras peuvent être estérifiés d’abord en acide lysophosphatidique (LPA), en acide phosphatidique (PA) et en diacylglycérol (DAG) et subséquemment en triglycérides (TG). La présente étude a établi l’importance relative du processus d’estérification des acides gras dans la production de facteurs potentialisant la sécrétion d’insuline. Nous avions émis l’hypothèse que des molécules dérivées des processus d’estérification des acides gras (ex : l’acide lysophosphatidique (LPA) et le diacylglycerol (DAG)) agissent comme signaux métaboliques et sont responsables de la modulation de la sécrétion d’insuline en présence d’acides gras. Afin de vérifier celle-ci, nous avons modifié le niveau d’expression des enzymes clés contrôlant le processus d’estérification par des approches de biologie moléculaire afin de changer la répartition des acides gras dans la cellule bêta. L’expression des différents isoformes de la glycérol-3-phosphate acyltransférase (GPAT), qui catalyse la première étape d’estérification des acides gras a été augmenté et inhibé. Les effets de la modulation de l’expression des isoenzymes de GPAT sur les processus d’estérifications, sur la bêta-oxydation et sur la sécrétion d’insuline induite par le glucose ont été étudiés. Les différentes approches que nous avons utilisées ont changé les niveaux de DAG et de TG sans toutefois altérer la sécrétion d’insuline induite par le glucose. Ainsi, les résultats de cette étude n’ont pas associé de rôle pour l’estérification de novo des acides gras dans leur potentialisation de la sécrétion d’insuline. Cependant, l’estérification des acides gras fait partie intégrante d’un cycle de TG/acides gras avec sa contrepartie lipolytique. D’ailleurs, des études parallèles à la mienne menées par des collègues du laboratoire ont démontré un rôle pour la lipolyse et un cycle TG/acides gras dans la potentialisation de la sécrétion d’insuline par les acides gras. Parallèlement à nos études des mécanismes de la sécrétion d’insuline impliquant les acides gras, notre laboratoire s’intéresse aussi aux effets négatifs des acides gras sur la cellule bêta. La glucolipotoxicité, résultant d’une exposition chronique aux acides gras saturés en présence d’une concentration élevée de glucose, est d’un intérêt particulier vu la prépondérance de l’obésité. L’isoforme microsomal de GPAT a aussi utilisé comme outil moléculaire dans le contexte de la glucolipotoxicité afin d’étudier le rôle de la synthèse de novo de lipides complexes dans le contexte de décompensation où la fonction des cellules bêta diminue. La surexpression de l’isoforme microsomal de la GPAT, menant à l’augmentation de l’estérification des acides gras et à une diminution de la bêta-oxydation, nous permet de conclure que cette modification métabolique est instrumentale dans la glucolipotoxicité. / Diabetes is a chronic disease of glucose homeostasis characterized by hyperglycemia and the result of a failure of insulin secretion in combination or not with impaired insulin action. Overnutrition and lack of physical activity in individuals who have acquired or inherited genetic predispositions lead to insulin resistance. During the period of compensation where the concentration of plasma fatty acids is high, hyperinsulinemia fully compensates for the insulin resistance of target tissues and blood sugar is normal. Glucose promotes insulin secretion through its metabolism by the pancreatic β cell. According to the classical model of glucose-induced insulin secretion, the increase in the ATP/ADP ratio resulting from glycolysis and glucose oxidation induces the closure of KATP channels thus changing membrane potential followed by an influx of Ca2+. This influx of Ca2+ allows the exocytosis of secretory granules containing insulin. Several nutrients like fatty acids are capable of potentiating insulin secretion. However, the classical model does not explain the potentiation of insulin secretion by fatty acids. To explain the potentiating effect of fatty acids, our laboratory has proposed a complementary model in which malonyl-CoA derived from glucose anaplerotic metabolism inhibits carnitine palmitoyltransferase 1, the enzyme catalyzing the limiting step of fatty acid oxidation, thereby promoting their esterification and thus the formation signaling derivatives. The anaplerotic model of insulin secretion predicts that malonyl-CoA derived from glucose metabolism inhibits β-oxidation of fatty acids and increases the availability of acyl-CoA or non esterified fatty acids. Thus, lipid molecules can act as coupling factors for insulin exocytosis. Fatty acid-derived signalling molecules that are active remain to be identified. Work performed by our laboratory has shown that increasing the partition of fatty acids toward β-oxidation reduced glucose-induced insulin secretion, suggesting that derivatives of fatty acid esterification are important for the potentiation of insulin secretion. Indeed, at high concentrations of glucose, fatty acids are esterified into lysophosphatidic acid (LPA), phosphatidic acid (PA) and diacylglycerol (DAG) and subsequently in triglycerides (TG). The present study established the relative importance fatty acid esterification in the production of factors potentiating insulin secretion. We hypothesized that molecules derived from the process of esterification of fatty acid (eg lysophosphatidic acid (LPA) and diacylglycerol (DAG)) act as metabolic signals and are responsible for the modulation of the secretion of insulin in the presence of fatty acids. Thus, the level of expression of key enzymes controlling the process of esterification has been altered by molecular biology approaches to increase distribution of fatty acids toward esterification in the β cell. The expression of various isoforms of glycerol-3-phosphate acyltransferase (GPAT), which catalyzes the first step of esterification of fatty acids was increased and inhibited. The effects of GPAT isoenzyme modulation on the esterification process, on β-oxidation and on glucose-induced insulin secretion were investigated. The various approaches we used have changed the levels of DAG and TG without altering insulin secretion induced by glucose in the presence or absence of fatty acids. Thus, the results of this study do not suggest a role for de novo synthesis of glycerolipid intermidiates via esterification of fatty acids in the potentiation of insulin secretion. However, the esterification of fatty acids is an integral part of a TG/fatty acid cycle with its counterpart lipolysis. Moreover, parallel studies conducted by colleagues of the laboratory have demonstrated a role for lipolysis and a cycle TG/fatty acid in the potentiation of insulin secretion by fatty acids. In parallel with our studies of the mechanisms of insulin secretion involving fatty acids, our laboratory is also interested in the negative effects of fatty acids on the β cell. The glucolipotoxicity resulting from chronic exposure to saturated fatty acids in the presence of high glucose concentrations is of particular interest in the context of obesity rates. The microsomal isoform of GPAT was also used as a molecular tool under glucolipotoxicity conditions to study the role of de novo synthesis of complex lipids in the context of decompensation when β-cell function decreases. Increased esterification of fatty acids by the overexpression of microsomal isoform of GPAT has increased the toxic effects of fatty acids in the context of glucolipotoxicity. Thus, our results allow us to conclude that the distribution of lipids toward esterification and a decrease in β-oxidation is instrumental in glucolipotoxicity.

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