ABSTRACTThe prevalence of diabetes is increasing dramatically, incurring a major health and socioeconomic burden. Type 2 diabetes (T2D), the most prevalent form of diabetes, results from a variable combination of insulin resistance and insulin deficiency, secondary to pancreatic β-cell failure. These defects are caused by a complex interplay between genetic and environmental/ lifestyle factors. Among the latter, poor dietary quality is a crucial driver of T2D development. Although adopting healthy dietary habits is considered as a mainstay for T2D prevention, what constitutes a healthy diet remains controversial. Epidemiological studies examining the association of dietary fat quality with T2D incidence have yielded equivocal results and may suffer from confounding. On the other hand, randomized trials assessing the impact of dietary fat saturation on glucose homeostasis have major methodological shortcomings, precluding reliable conclusions. In order to elucidate this question, we compared the effects of palm oil vs olive oil on glucose homeostasis and other relevant metabolic parameters, in a mouse model of high-fat diet-induced obesity. The saturated fatty acid-rich palm oil is the most abundantly used oil worldwide. Olive oil is a staple food of the Mediterranean diet, rich in monounsaturated fatty acids and widely regarded as healthful. In this model, palm oil was not more harmful than olive oil with regard to glucose/insulin homeostasis. However, palm oil was associated with increased visceral adiposity and triglyceridemia compared to olive oil. Circulating and tissue free fatty acid (FFA) concentration and composition are determined by dietary factors, as well as genetic and metabolic factors. There is accumulating evidence indicating that increased FFA levels and/or an unbalanced FFA composition with excess palmitate, induce β-cell dysfunction and apoptosis (lipotoxicity). To characterize the mechanisms underlying lipotoxicity, we combined RNA-sequencing with proteomics of β-cells exposed to palmitate, the most prevalent SFA in humans. This cross-omics study showed that palmitate altered lipid and amino-acid metabolism, and affected amplifying pathways of insulin secretion and exocytosis. Furthermore, palmitate induced stress pathways, including mitochondrial dysfunction, oxidative stress and endoplasmic reticulum (ER) stress. ER stress is triggered when protein folding demand exceeds ER folding capacity. This response aims to restore ER homeostasis but if unresolved, it can become deleterious. Islets from T2D patients display signs of ER stress, pointing to a potentially pathogenic role of the latter.Monogenic and neonatal diabetes are rare forms of diabetes caused by single gene mutations. These forms are of particular interest, as they can serve as ‘human knockout’ models of diabetes. Recent evidence shows that there is overlap in the genetic basis of monogenic diabetes and T2D, suggesting that they may be part of a pathologic continuum. To explore the role of ER stress in diabetes pathogenesis, we studied two different genetic syndromes involving neonatal or early-onset diabetes, caused by mutations in genes related to ER function (DNAJC3 and YIPF5). Using in vitro knockdown models, we showed that ER stress elicited by impaired chaperone function (DNAJC3) or by impaired ER-to-Golgi protein transport (YIFP5) causes β-cell apoptosis. Altogether, our findings support that lipotoxic and genetic ER stress contribute to diabetes pathogenesis. Preventing or modulating ER stress thus holds anti-diabetic therapeutic potential. Future research should focus on defining optimal strategies to restore a balanced FFA profile and enhance ER function, aiming to prevent ER-stress induced β-cell failure. RésuméLa prévalence du diabète progresse constamment, posant un défi sanitaire et socioéconomique majeur. Le diabète de type 2 (DT2), la forme la plus courante de diabète, résulte de la résistance à l’insuline, en association avec un déficit insulinique dû à la défaillance des cellules β pancréatiques. Ces anomalies découlent d’une interaction complexe entre des facteurs génétiques et des facteurs liés au mode de vie. Parmi ces derniers, la qualité du régime alimentaire est un facteur crucial pour le développement du DT2. Bien que le suivi d’un régime alimentaire sain est considéré comme le pilier pour la prévention du DT2, ce qui constitue un régime sain demeure un sujet de controverse.Les études épidémiologiques examinant l’association entre la qualité de la graisse alimentaire et l’incidence du DT2 ont donné des résultats équivoques, affectés éventuellement par des facteurs confondants. En outre, les études randomisées évaluant l’impact du degré de saturation de la graisse alimentaire sur l’homéostasie du glucose comportent des limitations méthodologiques majeures. Afin d’élucider cette question, on a comparé les effets de l’huile de palme aux effets de l’huile d’olive sur l’homéostasie du glucose et d’autres paramètres métaboliques pertinents. Dans ce but, on a utilisé un modèle murin d’obésité induite par un régime riche en graisse. L’huile de palme est riche en acides gras saturés et elle est l’huile la plus utilisée globalement. L’huile d’olive est un aliment phare du régime Méditerranéen, riche en acides gras monoinsaturés et généralement reconnu comme un aliment sain. Dans notre modèle murin, la consommation d’huile de palme n’était pas plus néfaste que celle de l’huile d’olive sur l’homéostasie du glucose, la sensibilité à l’insuline et l’insulinosécrétion. Par contre, l’huile de palme était associée à une adiposité viscérale et une triglycéridémie plus élevée comparée à l’huile d’olive.La concentration et la composition des acides gras libres (AGL) sont déterminées par des facteurs alimentaires, génétiques et métaboliques. Des données abondantes démontrent que la présence des niveaux élevés d’AGL et/ou d’une composition déséquilibrée d’AGL induit la dysfonction et l’apoptose des cellules β (lipotoxicité). Pour caractériser les mécanismes sous-jacents de la lipotoxicité, on a combiné un séquençage ARN à une étude protéomique des cellules β exposées au palmitate, l’AGL saturé le plus courant chez l’homme. Cette étude conjointe a montré que le palmitate altère le métabolisme des lipides et des acides aminés, les voies d’amplification de la sécrétion d’insuline et l’exocytose. Le palmitate induit également des voies de stress cellulaires, telles que la dysfonction mitochondriale, le stress oxydatif et le stress du réticulum endoplasmique (RE). Le stress du RE est activé quand les besoins en sécrétion protéique dépassent les capacités de l’organite. Cette réponse a pour but de rétablir l’homéostasie du RE mais si le stress reste non résolu, ceci peut s’avérer délétère. Des îlots des patients avec un DT2 montrent des signes de stress du RE, évoquant un rôle potentiellement pathogénique de ce dernier.Le diabète monogénique et néonatal sont des formes rares de diabète causées par des mutations d’un seul gène. Ces formes sont particulièrement intéressantes sur le plan physiopathologique car elles représentent des ‘knockout’ humains. Des données récentes montrent que la base génétique du diabète monogénique n’est pas complètement distincte de celle du diabète de type 2 et les deux entités pourraient faire partie d’un continuum. Afin d’explorer le rôle du stress du RE dans la pathogénèse du diabète, on a étudié deux syndromes génétiques entraînant un diabète néonatal ou à début très précoce. Ces syndromes sont causés par des mutations dans des gènes impliqués dans la fonction du RE (DNAJC3 et YIPF5). En silençant ces gènes in vitro, on a montré que le stress du RE, déclenché soit par une dysfonction des chaperones (DNAJC3), soit par un retard du trafic de protéines du RE vers le Golgi (YIPF5), induit l’apoptose des cellules β.Ces résultats suggèrent que le stress du RE génétique et lipotoxique contribuent à la pathogénèse du diabète. La prévention ou modulation du stress du RE présente donc un potentiel thérapeutique anti-diabétique. Des études futures pourraient permettre de définir des stratégies optimales pour rétablir un profil d’AGL équilibré ou renforcer la fonction du RE, en vue de prévenir la défaillance des cellules β. / Doctorat en Sciences médicales (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished
| Identifer | oai:union.ndltd.org:ulb.ac.be/oai:dipot.ulb.ac.be:2013/305600 |
| Date | 28 May 2020 |
| Creators | Lytrivi, Maria |
| Contributors | Cnop, Miriam, Maenhaut, Carine, Karmali, Rafik, Crenier, Laurent, Robaye, Bernard, Gilon, Patrick, Mulder, Hindrik |
| Publisher | Universite Libre de Bruxelles, Université libre de Bruxelles, Faculté de Médecine – Médecine, Bruxelles |
| Source Sets | Université libre de Bruxelles |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, info:ulb-repo/semantics/doctoralThesis, info:ulb-repo/semantics/openurl/vlink-dissertation |
| Format | 3 full-text file(s): application/pdf | application/pdf | application/pdf |
| Rights | 3 full-text file(s): info:eu-repo/semantics/closedAccess | info:eu-repo/semantics/restrictedAccess | info:eu-repo/semantics/restrictedAccess |
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