Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Pendant la grossesse, les aquaporines (AQPs) exprimées au sein des membranes fœtales sont essentielles pour assurer l’homéostasie du volume de liquide amniotique (LA), mais leur régulation par l’insuline n’a jamais été explorée chez les femmes diabétiques.Le but de notre étude était de préciser le rôle des AQPs 1, 3, 8 et 9 au sein des membranes fœtales chez des parturientes diabétiques et d’étudier la régulation de leur expression par l’insuline.A partir des 129 membranes fœtales, réparties selon 4 populations (36 témoins, 35 diabètes de type 1 (DT1), 17 diabètes de type 2 (DT2) et 41 diabètes gestationnels (DG)), nous avons établi un profil d’expression qualitatif et quantitatif des gènes des AQPs. Dans un second temps, nous avons étudié la régulation par l’insuline de l’expression des AQPs 3 et 9 au sein d’explants d’amnion et de chorion. L’expression ARN et protéique des AQPs au sein de nos différents fragments de membranes fœtales a été étudiée par RT-PCR quantitative et ELISA. Des membranes fœtales issues de grossesses non pathologiques, séparées en ses 2 feuillets (amnion et chorion), ont été utilisées pour étudier la régulation de l’expression des gènes des AQPs 3 et 9 par l’insuline ainsi que la voie de signalisation de l’insuline au sein de l’amnion. Un test au glycérol tritié a permis l’étude fonctionnelle de l’insuline sur les AQPs. Un inhibiteur de la phosphatidyl-inositol 3-kinase (PI3K) est utilisé pour analyser le signal intracellulaire de l’insuline.L’expression du gène de l’AQP 3 est significativement plus faible dans les groupes DT2 et DG. Au sein d’explants de membranes fœtales non diabétiques, il a été observé au sein de l’amnion (mais pas du chorion), une répression significative par l’insuline de l’expression ARN et protéique des gènes AQPs 3 et 9 qui est bloquée par l’inhibiteur de PI3K. Au sein des membranes fœtales, la répression de l’AQP 3 observée in vivo, est permise par l’hyperinsulinisme connu des patientes atteintes de DT2 ou de DG. / During pregnancy, aquaporins (AQPs) expressed in fetal membranes are essential for controlling the homeostasis of the amniotic volume, but their regulation by insulin was never explored in diabetic women.The aim of our study was to investigate the involvement of AQP 1, 3, 8, and 9 expressed in fetal membranes in diabetic parturient women, and the control of their expression by insulin.From 129 fetal membranes in 4 populations, (controls, type 1 (T1D), type 2 (T2D) and gestational diabetes (GD)), we established an expression AQPs profile. In a 2nd step, the amnion was used to study control of the expression and functions of AQPs 3 and 9 by insulin.The expression of transcripts and proteins of AQPs was studied by qRT-PCR and ELISA. We analysed the regulation by insulin of the expression of AQPs 3 and 9 in the amnion. A tritiated glycerol test enabled us to measure the impact of insulin on the functional characteristics. Using an inhibitor of phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K) we analysed the insulin intracellular signaling pathway.Expression of AQP3 protein was significantly weaker in groups T2D and GD. In non-diabetic fetal membranes, we showed for the amnion (not for the chorion) a significant repression by insulin of the ARN expression of AQPs 3 and 9, which was blocked by PI3K inhibitor.In fetal membranes, the repression of AQP3 protein expression and functions observed in vivo is allowed by the hyper-insulinism described in pregnant women with T2D or GD.

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

La mortalité cardiovasculaire représente la première cause de mortalité chez les sujets diabétiques de type 2. La dyslipidémie de ces patients caractérisée par le quatuor : hypertriglycéridémie, baisse du HDL-cholestérol, augmentation du nombre de LDL petites et denses et hyperlipidémie postprandiale, constitue un facteur de risque prépondérant. Cette dyslipidémie est en grande partie expliquée par l’accumulation sanguine des lipoparticules riches en triglycérides (TRL) d’origine hépatique (VLDL) et intestinale (chylomicrons). L’hyperproduction des chylomicrons, déjà connue pour les VLDL, est une composante nouvellement reconnue d’insulinorésistance. L’action inhibitrice aigüe de l’insuline sur la production des VLDL est absente chez le sujet diabétique de type 2. Dans notre étude, nous avons montré l’absence d’effet aigu de l’insuline sur la production des chylomicrons chez les sujets diabétiques de type 2 grâce à une étude cinétique utilisant un isotope stable (D3-leucine). / The cardiovascular mortality represents the first cause of mortality in human type 2 diabetes. The typical diabetic dyslipidemia characterized by the quartet: high triglyceride levels, low HDL-cholesterol, increased number of small and dense LDL particles and postprandial hyperlipidemia, is a major cardiovascular risk factor. This dyslipidemia is mainly explained by the accumulation of triglyceride-rich lipoproteins (TRL) from liver (VLDL) and intestine (chylomicrons).The overproduction of chylomicrons, as is known for VLDL, is a newly characteristic of insulin resistant states. The acute inhibitory effect of insulin on VLDL production is absent in type 2 diabetic patients. In our study, we have shown the absence of acute inhibitory effect of insulin on chylomicron production in type 2 diabetic patients, using a kinetic study with stable isotope (D3-leucine).

Les souris invalidées pour Hnf1a présentent un diabète sévère avec défaut d’insulino-sécrétion proche du phénotype observé chez les patients MODY3 (Maturity Onset Diabetes of te Young). Les mécanismes moléculaires responsables du diabète lié à la déficience en Hnf1a ne sont pas clairement compris. Dans ce travail, nous avons montré que des souris congéniques présentant la même délétion de Hnf1a dans des fonds génétiques différents présentent des phénotypes radicalement opposés. En effet, la déficience en Hnf1a conduit à un diabète sévère dans la plupart des lignées telles que 129, B6, BALB/c ou AJ (lignées sensibles). Mais à l’inverse, aucun diabète n’est observé chez les souris congéniques des lignées CBA et C3H malgré le défaut d’expression de Hnf1a (lignées résistantes). Les souris sensibles présentent une altération de leurs îlots de Langerhans avec notamment une diminution de taille de ces îlots. A l’inverse les souris résistantes présentent des îlots beta de taille normale malgré la déficience en Hnf1a. Nous avons pu montrer que le ou les variants génétiques présents dans les deux lignées résistantes agissent de façon dominante et, par un balayage du génome, nous avons identifié un locus majeur suppresseur du phénotype diabétique au niveau du chromosome 3. Ce locus majeur contient 11 gènes présentant des variations de SNP non synonymes et il interagit avec cinq autres loci ancillaires au niveau des chromosomes 4, 11 et 18. Notre travail montre finalement que les variations génétiques naturellement présentes dans les lignées de souris de laboratoire peuvent supprimer le phénotype diabétique lié à la déficience en Hnf1a. / Hnf1a-/- mice exhibit a severe diabetes mellitus due to a drastic defect in insulin secretion that closely resembles to the phenotype presented by MODY3 (Maturity Onset Diabetes of the Young type 3) patients. The molecular mechanisms responsible for the diabetes are still poorly understood. Here we show that congenic mice of different genetic backgrounds carrying the same Hnf1a deletion presented with drastically different phenotypes. Hnf1a-deficiency led to severe diabetes when introgressed into 129, B6, BALB/C or A/J genetic backgrounds (sensitive strains). Conversely, when the same null mutation was introgressed into CBA or C3H genetic backgrounds (resistant strains), the diabetic phenotype was suppressed. In sensitive strains, pancreatic islets did not increase in size compared to control animals and on the other hand average islet-size growth was normal in resistant strains. The genetic variations naturally present in these two resistant strains acted in a dominant way and a genome scan analysis led to the identification of a major suppressor locus on chromosome 3 that accounted for more than 60% of the variance of glycemia. The major locus contained 11 genes with non-synonymous SNPs changes and it interacted with 5 additional ancillary loci on chromosomes 4, 11 and 18. Our study demonstrated that the naturally occurring genetic variation present in distinct mouse laboratory strains is able to suppress the phenotype of a monogenic disorder.

Le diabète de type 2 est aujourd'hui une maladie de plus en plus répandu. En ce sens il est nécessaire de mettre au point de nouveau composé permettant d'inhiber la gluconéogenèse. C'est pourquoi nous nous sommes intéressé à la synthèse du FR225654 1, décaline présentant une activité hypoglycémiante in vivo après administration par voie orale et inhibiteur de la néoglucogenèse in vitro (IC50 = 1,1.10-7 M). Ce composé, isolé en 2005 du champignon Phoma sp N°00144 et jamais encore synthétisé à ce jour, possède un mécanisme d'action inconnu. La nécessité d'une synthèse par voie chimique convergente et flexible, permettant l'accès à des analogues, est donc évidente. La stratégie consistait à préparer une trans-décaline par le biais d'une réaction de Diels-Alder intramoléculaire à partir d'un triène précurseur. La combinaison de ces travaux a constitué une avancée importante dans le cadre de la synthèse du FR225654, un hypoglycémiant potentiel. La mise au point d'une synthèse convergente du précurseur de la réaction de Diels-Alder permettra notamment d'effectuer par la suite des modifications aisées en vue de la préparation d'une vaste gamme d'analogues simplifiés. A ce jour, le produit de cyclo-addition a été isolé et caractérisé, validant ainsi l'étape clé de la stratégie de synthèse. Ainsi, l'accès rapide au FR225654 est rendu possible et la synthèse d'analogues est maintenant envisageable. Les produits synthétisés feront l'objet d'une évaluation biologique, l'objectif ultime étant d'accéder à de nouveaux médicaments pour le traitement du diabète de type 2.

La transplantation d’îlots pancréatiques est considérée comme une thérapie prometteuse quant au traitement du diabète de type 1. En revanche, l’utilisation de traitements immuno-suppresseurs ainsi que le manque de donneur sont un frein à l’expansion de cette thérapie à plus de patients diabétiques. Pour résoudre ces deux problèmes, la stratégie développée durant ces vingt dernières années est le pancréas bioartificiel. Il consiste en une immuno-isolation de la greffe dans une enveloppe artificielle, protégeant non seulement la greffe du système immunitaire, mais aussi le receveur de la greffe. Les îlots ou les cellules productrices d’insuline transplantée(e)s ne sont pas en contact avec le système immunitaire et aucune immunosuppression n’est nécessaire. L’objectif de ce travail était de déterminer les marqueurs de survie et de mort des îlots dans des conditions mimant celles du MAILPAN®, un pancréas bioartificiel développé par Defymed et d’étudier différentes molécules qui pourraient augmenter la survie des îlots. Nous avons démontré que cet environnement bioartificiel engendrait un confinement et de l’hypoxie créant un stress cellulaire et donc une perte précoce des îlots. Nous avons identifié plusieurs cibles pour améliorer la viabilité et la fonction comme par exemple les transporteurs d’oxygène ou des molécules anti-inflammatoires. Plus le nombre d’îlots dans le MAILPAN® était élevé, plus les effets délétères sur la survie des îlots étaient importants. En conséquence, nous avons testé différentes molécules impliquées dans les voies de l’hypoxie et de l’inflammation pour augmenter la survie et restaurer la fonction des îlots pancréatiques dans un environnement confiné et hypoxique (600IEQ/cm2). L’ajout d’HEMOXcell®, un nouveau transporteur d’oxygène et du peptide tat-CREB ont montré une restauration de la fonction des îlots ainsi qu’une diminution de l’hypoxie et de l’inflammation après 24h de culture. Ainsi ce travail a permis l’identification de nouveaux candidats pour l’élaboration d’un milieu spécialisé pour l’encapsulation de cellules. / Islet transplantation is considered as promising therapy for brittle type 1 diabetes. However, the use of immunosuppressive regimen and the lack of donor prevent the expansion of the therapy to other diabetic patients. In order to address these two issues, the strategy developed for the two last decades is the bioartificial pancreas. It consists in the immune-isolation of the graft in an artificial envelop, protecting at the same time the graft, from the immune-system, and the host, from the graft. In principle, the transplanted islets or surrogate insulin secreting cells are not in contact with the immune system and no immunosuppressive drugs are needed. The objective of this work was to identify the markers of islet death/survival mimicking MAILPAN® conditions, a bioartificial pancreas developed by Defymed and study different molecules which can improve islet survival.We demonstrated that bioartificial environment induced confinement and hypoxia which triggers cellular distress causing early islet loss. We identified several targets to improve viability and function such as oxygen carriers or anti-inflammatory drugs. The highest the number of islets in the MAILPAN® was, the most deleterious effects in islet survival and functionality were observed. As a consequence, we tested different molecules implicated in hypoxia and inflammation pathway to improve islet survival and restore islet functionality in a hypoxic and confined environment (600IEQ/cm²). The addition of HEMOXCell®, a novel oxygen carrier, and tat-CREB peptide have been shown to restore islets functionality and decrease hypoxia and inflammation levels after 24 hours in culture. Thus, these data provide new inputs for the design of a culture medium dedicated for cell encapsulation.

Selon l'organisation mondiale de la santé, le diabète de type II (DT2), caractérisé par un défaut de contrôle de la glycémie, est une des causes principales de décès dans le monde. Le GLP-1, sécrété par l'intestin après un repas, contribue au contrôle de la glycémie en stimulant la sécrétion d'insuline par le pancréas et en inhibant la vidange gastrique et la prise alimentaire. Ces actions sont principalement médiées par le nerf vague selon un axe intestin-cerveau-organes périphériques, bien que l'hormone puisse aussi agir de manière endocrine directement sur ses organes cibles via son récepteur (GLP-1r). Des stratégies thérapeutiques basées sur le GLP-1 sont donc utilisées pour traiter les patients diabétiques, mais les réponses sont hétérogènes voire inefficaces pour le contrôle glycémique. Les mécanismes moléculaires responsables sont inconnus mais pourraient être en lien avec la modification du microbiote intestinal, élément déterminant dans le développement des maladies métaboliques. Nous avons d'abord montré que des souris rendues diabétiques (régimes riches en graisse) perdent leur sensibilité aux actions hypoglycémiantes du GLP-1 et présentent une neuropathie entérique, une baisse de l'expression du GLP-1r intestinal et vagal et une altération de l'axe intestin-cerveau. De plus, dans les neurones entériques en culture primaire issus de ces souris diabétiques, la production de NO induite par le GLP-1, est diminuée. Tous ces effets sont retrouvés chez des souris axéniques ou traitées aux antibiotiques sous régime normal démontrant l'implication du microbiote. À l'inverse, des souris sous régime gras traitées aux antibiotiques ont une amélioration de l'action du GLP-1. Cette action hormonale intestinale pourrait aussi dépendre du cycle nycthéméral pour lequel nous avons observé une oscillation de la sécrétion d'insuline, de l'expression du GLP-1r et des bactéries intestinales. De plus, les souris contrôles répondent moins bien à l'hormone au cours du jour que de la nuit et les souris diabétiques, axéniques et antibiotiques - modèles résistants au GLP-1 - ont des variations très marquées et communes de l'expression des "clock genes". L'ensemble de ces résultats montre qu'au cours diabète, l'action du GLP-1 est diminuée. Cette diminution peut s'expliquer par une baisse de l'expression neuronale du GLP-1r et une diminution de la voie de signalisation dépendant du NO capable de réguler la sécrétion d'insuline induite par le GLP-1. Le microbiote et/ou la régulation circadienne semblent déterminants dans la sensibilité au GLP-1. / According to the World Health Organisation, Type II Diabetes, characterized by an alteration of glycemic control, causes numerous death around the world. After a meal, gut secretes Glucagon-Like Peptide one (GLP-1) which regulates glycemia by stimulation of insulin secretion and inhibition of gastric emptying and food intake. Although GLP-1 acts as an endocrine hormone on its target organs through the GLP1 receptor, its action is mainly mediated by nervous pathway involving vagus nerve and gut-brain-periphery axis. Thus, GLP-1 based therapies are used to control glycaemia in type 2 diabetic patients, but, efficiency of the treatment is heterogeneous defining a state of GLP-1 unresponsiveness. Molecular mechanisms involved in this unresponsiveness are not known but could be linked to the changes in gut microbiota (dysbiosis), key element in the development of metabolic diseases. We first found that diabetic mice (high fat diet) are unresponsive to hypoglycemic action of GLP-1 and present enteric neuropathy, impaired gut-brain axis and reduction of GLP-1r and neuronal NO synthase expression in the ileum. In addition, GLP-1-induced nitric oxide production in primary neuron culture is decreased. These effects were also found in germ-free or antibiotic-treated mice under normal chow diet, indicating the involvement of gut microbiota. By contrast, high fat diet mice treated with antibiotics show an improvement of GLP-1 action. This gut incretin action could also depend on the circadian cycle for which we observed a wavering of insulin secretion, GLP-1r expression and gut microbiota. Moreover, the GLP-1 response of control mice is better in the day than in the night and the different mice model resistant to GLP-1 (HFD, axenic or antibiotics) present the same marked variations in the expression of major clock genes. Overall our results show that in type 2 diabetes GLP-1 action is lowered and can be explained by decreased neuronal expression of GLP-1r as well as the NO-dependent signaling pathway regulating insulin secretion induced by GLP-1. Microbiota or the circadian clock seems essential in this GLP-1 sensitivity.

Le diabètes mellites de type 2 (T2DM) est caractérisé par une hyperglycémie provenant d’une dérégulation de la sécrétion d’insuline combinée avec une altération de l’action de l’insuline. CaMK1D est un nouveau gène identifié, dont le rôle reste à explorer. Dans l’étude exposée ici, j’ai montré que CaMK1D a un effet majeur sur la régulation du glucose. J’ai observé une réduction exceptionnelle des taux de glucose sanguins à jeun, ce qui entraine une amélioration globale de la tolérance au glucose. Les souris mutantes montrent une augmentation conséquente dans les niveaux sanguins d’insuline. Les souris invalidées pour CaMK1D présentent des ilots pancréatiques de taille plus importante due à une hypertrophie des cellules béta. De plus, les souris mutantes sont protégées contre la stéatose hépatique. Dans l’ensemble, mon travail met en évidence le nouveau rôle clé de CaMK1D chez les cellules béta et apporte plus de compréhension quant à son rôle lors du développement du T2DM. / Type 2 diabetes mellitus (T2DM) is characterized by hyperglycemia resulting from defects in insulin secretion in combination with impaired insulin action. CaMK1D represents one potential candidate gene, the in vivo function remained elusive. In this work, I have found that CaMK1D plays a central role in blood glucose regulation. Pancreas-specific CaMK1D knockout mice display dramatically reduced fasting blood glucose levels leading to an overall improved glucose tolerance. CaMK1D knockout mice show markedly higher ad libitum and fasting insulin levels. Interestingly, pancreas-specific CaMK1D knockout mice display islet hyperplasia caused by beta-cell hypertrophy. Furthermore, conditional knockout mice are protected against high-fat feeding-induced hepatic steatosis. Overall, my work establishes an essential role of CaMK1D in pancreatic beta-cells and provides further understanding about its role in the development of T2DM.