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Quercetin (Q), a water-soluble flavonoid that is ubiquitous to foods of plant origin is postulated to protect against colon cancer due to its antioxidant activity. In contrast, we have shown that a dietary combination of fish oil (FO; n-3 fatty acids) and pectin may protect against colon cancer by decreasing endogenous antioxidant enzyme activities leading to increased reactive oxygen species (ROS), an inducer of apoptosis. We hypothesized that adding an antioxidant to a FO diet may negate the beneficial effects of FO by counteracting FO effects on colonocyte redox status. To test this, we provided 40 rats with FO or CO (fiber = pectin) diets with Q being 0 or 0.45% of the diet for 10 wk. All rats were injected with azoxymethane (AOM) on d 21 and 28. Measurements included: aberrant crypt (AC) enumeration (colon cancer marker); apoptosis (TUNEL assay); catalase (CAT), superoxide dismutase (SOD), and glutathione peroxidase (GPx) activities; reduced and oxidized glutathione concentrations (GSH/GSSG); and oxidative DNA damage (8-OHdG adducts). AC numbers were lower in FO vs CO rats (p<0.0001), but tended to increase for FO diets containing Q (P<0.098). The apoptotic index was higher (p<0.0001) when Q was added to the FO and CO diets. Total SOD (lipid main effect, p=0.0136) and GPX activity (p=0.0025) was elevated in CO rats. CAT activity was higher (p=0.0204) in FO rats, however Q diminished this effect. GSH was not affected by diet; yet, GSSG accumulated (p=0.0554) in CO rats with Q as compared to CO rats without Q. The GSH/GSSG ratio was lower (p=0.0314) in CO rats than in FO rats. There was no difference in 8-OHdG adduct levels in FO vs CO rats, however, Q decreased 8-OHdG adducts in CO rats (p=0.0428). Despite increasing apoptosis, Q did not significantly lower AC formation. These data suggest that the distinct effects of the CO/Q and FO/Q combinations are functioning through different mechanisms to induce apoptosis. The long-term consequences of adding antioxidants such as Q to a diet thought to exert its anticancer effect through a pro-oxidant mechanism are unknown and deserve further study.

Ghrelin is a unique hunger-inducing stomach-borne hormone. It activates orexigenic circuits in the central nervous system (CNS) when acylated with a fatty acid residue by the Ghrelin O-acyltransferase (GOAT). Soon after the discovery of ghrelin a theoretical model emerged which suggests that the gastric peptide ghrelin is the first “meal initiation molecule”. Ghrelin is also termed “hunger hormone” with a potentially important role as an endogenous regulator of energy balance. However, genetic deletion of ghrelin or its receptor, the growth hormone secretagogue receptor (GHSR), has only limited effects on appetite and obesity. Here we introduce novel mouse models of altered ghrelin, GHSR and GOAT function to reevaluate the role of the ghrelin system in regulating energy homeostasis. Simultaneous loss of ghrelin and GHSR function leads to decreased body weight and body fat, likely caused by increased energy expenditure and locomotor activity. Similarly, GOAT deficient mice are lighter and leaner than the wild-type controls. Mice overexpressing ghrelin and GOAT have increased body weight and fat mass along with decreased energy expenditure. Wild-type mouse studies show that fasting induces downregulation of the GOAT gene Mboat4 and decreases acyl ghrelin concentration in blood. We therefore hypothesized that GOAT rather depends on dietary than endogenous derived lipids for ghrelin acylation. Feeding studies show that GOAT uses the unnatural fatty acid heptanoate (C7) to acylate ghrelin, which clearly supports our theory. Further, acylation of overproduced ghrelin in our transgenic mouse model requires dietary supplementation of medium-chain-triglycerides, the preferred GOAT substrate. Our genetic models suggest that the ghrelin system plays an important physiological role in the control of energy metabolism. Thus, GOAT offers a novel peripheral drug target for the treatment of metabolic diseases. Moreover, our results suggest that ghrelin signaling may not be a result of absent nutrient intake, but indicate the availability of dietary lipids. We therefore propose that the ghrelin system functions as a novel lipid sensor, linking specific dietary lipids with the central-nervous control of energy metabolism. / Ghrelin ist ein einzigartiges im Magen produziertes Hormon, da es von dem Enzym Ghrelin O-acyltransferase (GOAT) mit einer mittelkettigen Fettsäure acyliert werden muss, um biologische Aktivität zu erlangen. Kurz nach seiner Entdeckung entstand die Hypothese, dass Ghrelin das „Hungerhormon“ sei und eine wichtige Rolle in der Regulation des Energiehaushalts spiele. Die genetische Manipulation von Ghrelin und seinem Rezeptor, dem GHSR, hat jedoch nur geringe Auswirkung auf Appetit und Körpergewicht. In der hier vorliegenden Studie stellen wir neuartige Mausmodelle mit abgewandelter Ghrelin-, GHSR- und GOATfunktion vor, um den Einfluss des Ghrelinsystems auf die Regulation der Energiehomöostase zu reevaluieren. Weiterhin wird die endogene Regulation von GOAT erstmalig beschrieben. Double-knockout Mäuse, die gleichzeitig defizitär für Ghrelin und GHSR sind, haben ein geringeres Körpergewicht, weniger Fettmasse und einen niedrigeren Energieverbrauch als Kontrolltiere. Knockout Mäuse für das GOAT Gen Mboat4 sind leichter und schlanker als Kontrolltiere. Dementsprechend haben transgene Mäuse, die Ghrelin und GOAT überproduzieren, eine erhöhte Fettmasse und einen verminderten Energieverbrauch. Weiterhin können wir zeigen, dass GOAT, anders als auf Grund der allgemein bekannten Ghrelinfunktion angenommen, nicht durch Hungern aktiviert wird. Bei Mäusen, die gefastet haben, ist die Genexpression von Mboat4 deutlich herunterreguliert, woraus ein geringer Blutspiegel von Acyl-Ghrelin resultiert. Daraus haben wir geschlossen, dass GOAT eventuell Nahrungsfette und nicht die durch Hungern freigesetzten endogen Fettsäuren zur Ghrelinacylierung benutzt. Fütterungsversuche bestätigen diese Hypothese, da GOAT die unnatürliche Fettsäure Heptan Säure (C7), die der Tiernahrung beigefügt wurde, zur Ghrelinacylierung verwendet. Ein weiteres Indiz für die Notwendigkeit von Nahrungsfetten für die Ghrelinacylierung ist, dass die transgenen Ghrelin/GOAT Mäuse nur massiv Acyl-Ghrelin produzieren, wenn sie mit einer Diät gefüttert werden, die mit mittelkettigen Fettsäuren angereichert ist. Zusammenfassend zeigt die Studie, dass das Ghrelinsystem maßgeblich an der Regulation der Energiehomöostase beteiligt ist und dass die Ghrelinaktivierung direkt von Nahrungsfetten beeinflusst wird. Daraus könnte geschlossen werden, dass Ghrelin wohlmöglich nicht das Hungerhormon ist, wie bisher generell angenommen wurde. Ghrelin könnte vielmehr ein potentieller “Fettsensor” sein, der dem Gehirn die Verfügbarkeit von fettreicher Nahrung signalisiert und somit den Metabolismus zur optimalen Verwertung und Speicherung der aufgenommenen Energie beeinflusst.

L’hypertriglycéridémie post prandiale constitue un facteur de risque des maladies cardiovasculaires et est présente en cas de syndrome métabolique, d’obésité et d’insulino-résistance. L’intestin conditionne la biodisponibilité des lipides et l’hypertriglycéridémie post prandiale. En effet, il contrôle la quantité et la qualité des chylomicrons sécrétés, en adaptant son métabolisme en fonction de la teneur en lipides du régime. Or à l’heure actuelle, le mécanisme de détection des lipides alimentaires par les entérocytes nécessaire à cette adaptation, n’est pas élucidé. Ce travail de thèse a permis de démontrer que la glycoprotéine transmembranaire CD36, est un récepteur aux AGLC qui déclenche l’activation des ERK1/2. Cette activation est responsable de l’induction du taux d’ARNm de 3 protéines clés de l’absorption des lipides (l’Apobec1, la Microsomal Triglyceride Transfer Protein (MTP), la Liver-Fatty Acid Binding Protein (L-FABP)) et de la dégradation post prandiale de CD36. La pertinence physiologique de ce récepteur a été évaluée chez des souris CD36 (-/-) soumises à un régime hyperlipidique riche en AGLC saturés ou insaturés. Nos données démontrent que CD36 intestinal est indispensable à l’absorption de forte quantité de lipides, au contrôle de l’hypertriglycéridémie post prandiale, de l’inflammation intestinale et de l’endotoxémie. Ces effets sont fortement aggravés en cas de régime hyperlipidique riche en AGLC insaturés qui peuvent même être léthal. Le CD36 intestinal pourrait donc être une cible thérapeutique dans le traitement de l’hypertriglycéridémie et de l’endotoxémie post prandiales. / Post prandial hypertriglyceridemia represents a risk factor for cardio-vascular diseases and it is associated with metabolic syndrom, obesity, and insulino-resistance. The intestine influences lipid bioavailibility and post prandial hypertriglyceridemia. It controls the quantity and the quality of secreted chylomicrons by adapting its metabolism according to the lipid content of the diet. Nevertheless, the mechanism of dietary lipid detection by the enterocyte is not understood. Our work demonstrates that the transmembrane glycoprotein CD36 is a Long Chain Fatty Acid (LCFA) receptor which triggers ERK1/2 activation. This activation is responsible for the induction of mRNA rate of 3 key proteins of lipid absorption (Apobec1, Microsomal Triglyceride Transfer Protein (MTP), Liver-Fatty Acid Binding Protein (L-FABP)) and for CD36 degradation. The physiological relevance of this receptor has been assessed in CD36 (-/-) mice fed with a High Fat Diet (HFD) rich in saturated or unsaturated LCFA. Our data demontstrates that CD36 is crucial for the absorption of an important quantity of lipids, to the control of hypertriglyceridemia, of intestinal inflammation and of endotoxemia. These effects are getting worse in the case of HFD rich in unsaturated LCFA, which can be lethal. Intestinal CD36 could represent a therapeutic target in the treatment of post prandial hypertriglyceridemia and endotoxemia.

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OBJECTIF: La mauvaise clairance des lipoprotéines riches en triglycérides par le tissu adipeux blanc (TAB) entraîne l’hypertriglycéridémie, la résistance à l’insuline et la sécrétion hépatique d’apolipoprotéine B (apoB). Ce mémoire tente de déterminer si le LDL entraîne une clairance réduite des lipoprotéines riches en triglycérides par le TAB. MÉTHODES/RÉSULTATS: Suivant l’ingestion d’un repas riche en gras marqué à la trioléine-13C, des femmes obèses postménopausées avec apoB plasmatique élevé (> médiane 0.93 g/L, N=22, 98% sous forme de IDL/LDL) avaient une clairance réduite de triglycérides-13C et acides gras non-estérifiés-13C (AGNE), comparées à celles avec un apoB plus bas. L'aire sous la courbe à 6 heures des triglycérides-13C et AGNE-13C plasmatiques corrélait avec l'apoB, suggérant une moindre captation dans les tissus périphériques chez les femmes avec apoB élevé. Ex vivo, suivant une incubation de 4 heures de biopsies de TAB avec de la trioléine-3H, l’apoB des patientes corrélait négativement avec les lipides-3H intracellulaires. Le traitement des biopsies de TAB des participantes avec leur propre LDL menait à une réduction de l’hydrolyse et de la captation de la trioléine-3H et à l’accumulation d’AGNE-3H dans le médium. In vitro, le LDL inhibait l’activité de la LPL. De plus, les adipocytes 3T3-L1 différenciés en présence de LDL avaient une hydrolyse et une captation réduite des lipoprotéines riches en trioléine-3H. CONCLUSION: Ce mémoire suggère que le LDL diminue la clairance des lipoprotéines riches en triglycérides par le TAB humain, ce qui pourrait expliquer la résistance à l’insuline observée chez des sujets avec apoB élevé. / OBJECTIVE: Delayed plasma clearance of postprandial triglyceride-rich lipoproteins (TRL) by white adipose tissue (WAT) promotes hypertriglyceridemia, insulin resistance and hepatic secretion of apoB-lipoproteins. The aim of this memoir was to examine whether low-density lipoproteins (LDL) induced delayed clearance of TRL by WAT. METHOD/RESULTS: Six hours following the ingestion of a high-fat meal, 22 postmenopausal obese women were separated based on plasma apoB levels (above/below median of 0.93 g/L). The high apoB group had delayed plasma clearance of postprandial triglyceride and non-esterified fatty acids (NEFA) compared to women with low apoB. There was no group difference in triolein oxidation rate, suggesting a lower NEFA uptake and storage in peripheral tissue in women with high apoB. Ex vivo, following a 4 hour incubation of participant’s WAT with synthetic 3H-triolein-TRL, plasma apoB correlated negatively with incorporated 3H-lipids. Incubation of women’s WAT with their own LDL (90% of apoB-lipoproteins in plasma) decreased 3H-TRL hydrolysis and increased medium 3H-NEFA accumulation. In vitro, LDL directly inhibited LPL activity. Finally, LDL-differentiated 3T3-L1 adipocytes had lower 3H-TRL hydrolysis and 3H-NEFA storage. CONCLUSION: This thesis suggests that LDL delay clearance and storage of TRL in human WAT, possibly explaining the increased insulin resistance observed in subjects with high apoB.

OBJECTIF: La mauvaise clairance des lipoprotéines riches en triglycérides par le tissu adipeux blanc (TAB) entraîne l’hypertriglycéridémie, la résistance à l’insuline et la sécrétion hépatique d’apolipoprotéine B (apoB). Ce mémoire tente de déterminer si le LDL entraîne une clairance réduite des lipoprotéines riches en triglycérides par le TAB. MÉTHODES/RÉSULTATS: Suivant l’ingestion d’un repas riche en gras marqué à la trioléine-13C, des femmes obèses postménopausées avec apoB plasmatique élevé (> médiane 0.93 g/L, N=22, 98% sous forme de IDL/LDL) avaient une clairance réduite de triglycérides-13C et acides gras non-estérifiés-13C (AGNE), comparées à celles avec un apoB plus bas. L'aire sous la courbe à 6 heures des triglycérides-13C et AGNE-13C plasmatiques corrélait avec l'apoB, suggérant une moindre captation dans les tissus périphériques chez les femmes avec apoB élevé. Ex vivo, suivant une incubation de 4 heures de biopsies de TAB avec de la trioléine-3H, l’apoB des patientes corrélait négativement avec les lipides-3H intracellulaires. Le traitement des biopsies de TAB des participantes avec leur propre LDL menait à une réduction de l’hydrolyse et de la captation de la trioléine-3H et à l’accumulation d’AGNE-3H dans le médium. In vitro, le LDL inhibait l’activité de la LPL. De plus, les adipocytes 3T3-L1 différenciés en présence de LDL avaient une hydrolyse et une captation réduite des lipoprotéines riches en trioléine-3H. CONCLUSION: Ce mémoire suggère que le LDL diminue la clairance des lipoprotéines riches en triglycérides par le TAB humain, ce qui pourrait expliquer la résistance à l’insuline observée chez des sujets avec apoB élevé. / OBJECTIVE: Delayed plasma clearance of postprandial triglyceride-rich lipoproteins (TRL) by white adipose tissue (WAT) promotes hypertriglyceridemia, insulin resistance and hepatic secretion of apoB-lipoproteins. The aim of this memoir was to examine whether low-density lipoproteins (LDL) induced delayed clearance of TRL by WAT. METHOD/RESULTS: Six hours following the ingestion of a high-fat meal, 22 postmenopausal obese women were separated based on plasma apoB levels (above/below median of 0.93 g/L). The high apoB group had delayed plasma clearance of postprandial triglyceride and non-esterified fatty acids (NEFA) compared to women with low apoB. There was no group difference in triolein oxidation rate, suggesting a lower NEFA uptake and storage in peripheral tissue in women with high apoB. Ex vivo, following a 4 hour incubation of participant’s WAT with synthetic 3H-triolein-TRL, plasma apoB correlated negatively with incorporated 3H-lipids. Incubation of women’s WAT with their own LDL (90% of apoB-lipoproteins in plasma) decreased 3H-TRL hydrolysis and increased medium 3H-NEFA accumulation. In vitro, LDL directly inhibited LPL activity. Finally, LDL-differentiated 3T3-L1 adipocytes had lower 3H-TRL hydrolysis and 3H-NEFA storage. CONCLUSION: This thesis suggests that LDL delay clearance and storage of TRL in human WAT, possibly explaining the increased insulin resistance observed in subjects with high apoB.