Mitochondria-derived glutamate at the interplay between branched-chain amino acid and glucose-induced insulin secretion

AbstractIn pancreatic β-cells, glutamate has been proposed to mediate insulin secretion as a glucose-derived factor, although it is also considered for its sole catabolic function. Hence, changes in cellular glutamate levels are a matter of debate. Here, we investigated the effects of glucose and the glutamate precursor glutamine on kinetics of glutamate levels together with insulin secretion in INS-1E β-cells. Preincubation at low (1 mM) glucose resulted in reduced cellular glutamate levels, which were doubled by exposure to glutamine. In glutamine-deprived cells, 5 mM glucose restored glutamate concentrations. Incubation at 15 mM glucose increased cellular glutamate, along with stimulation of insulin secretion, following both glutamine-free and glutamine-rich preincubations. Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy of INS-1E cells exposed to 15 mM D-[1-13C]glucose revealed glutamate as the major glucose metabolic product. Branched-chain amino acids, such as leucine, reduced cellular glutamate levels at low and intermediate glucose. This study demonstrates that glucose stimulates glutamate generation, whereas branched-chain amino acids promote competitive glutamate expenditure

SGLT2 is not expressed in pancreatic α- and β-cells, and its inhibition does not directly affect glucagon and insulin secretion in rodents and humans.

OBJECTIVE: Sodium-glucose cotransporter 2 (SGLT2) inhibitors (SGLT2i), or gliflozins, are anti-diabetic drugs that lower glycemia by promoting glucosuria, but they also stimulate endogenous glucose and ketone body production. The likely causes of these metabolic responses are increased blood glucagon levels, and decreased blood insulin levels, but the mechanisms involved are hotly debated. This study verified whether or not SGLT2i affect glucagon and insulin secretion by a direct action on islet cells in three species, using multiple approaches. METHODS: We tested the in vivo effects of two selective SGLT2i (dapagliflozin, empagliflozin) and a SGLT1/2i (sotagliflozin) on various biological parameters (glucosuria, glycemia, glucagonemia, insulinemia) in mice. mRNA expression of SGLT2 and other glucose transporters was assessed in rat, mouse, and human FACS-purified α- and β-cells, and by analysis of two human islet cell transcriptomic datasets. Immunodetection of SGLT2 in pancreatic tissues was performed with a validated antibody. The effects of dapagliflozin, empagliflozin, and sotagliflozin on glucagon and insulin secretion were assessed using isolated rat, mouse and human islets and the in situ perfused mouse pancreas. Finally, we tested the long-term effect of SGLT2i on glucagon gene expression. RESULTS: SGLT2 inhibition in mice increased the plasma glucagon/insulin ratio in the fasted state, an effect correlated with a decline in glycemia. Gene expression analyses and immunodetections showed no SGLT2 mRNA or protein expression in rodent and human islet cells, but moderate SGLT1 mRNA expression in human α-cells. However, functional experiments on rat, mouse, and human (29 donors) islets and the in situ perfused mouse pancreas did not identify any direct effect of dapagliflozin, empagliflozin or sotagliflozin on glucagon and insulin secretion. SGLT2i did not affect glucagon gene expression in rat and human islets. CONCLUSIONS: The data indicate that the SGLT2i-induced increase of the plasma glucagon/insulin ratio in vivo does not result from a direct action of the gliflozins on islet cells

L'innovation de rupture à l'épreuve du feu

9 p.Une rupture sur un marché entraîne à la fois un changement d'identité des produits, une destabilisation des usages et une remise en cause des critères d'évaluation. L'exemple de la voiture électrique illustre parfaitement cette remise en cause, dans la mesure où son émergence destabilise à la fois l'offre et la demande de mobilité. La diffusion d'une innovation de ce type implique de lever progressivement les freins liés aux usages, qui sont les plus critiques. Les clients d'aujourd'hui ne sont pas disposés à changer leurs habitudes

Acute nutrient regulation of mitochondrial glutathione redox state in pancreatic β-cells

The glucose stimulation of insulin secretion by pancreatic β-cells depends on increased production of metabolic coupling factors, among which changes in NADPH and reactive oxygen species (ROS) may alter the glutathione redox state (EGSH) and signal through changes in thiol oxidation. However, whether nutrients affect EGSH in β-cell subcellular compartments is unknown. Using redox-sensitive GFP2 fused to glutaredoxin 1 and its mitochondria-targeted form, we studied the acute nutrient regulation of EGSH in the cytosol/nucleus or the mitochondrial matrix of rat islet cells. These probes were mainly expressed in β-cells and reacted to low concentrations of exogenous H2O2 and menadione. Under control conditions, cytosolic/nuclear EGSH was close to -300 mV and unaffected by glucose (from 0 to 30 mM). In comparison, mitochondrial EGSH was less negative and rapidly regulated by glucose and other nutrients, ranging from -280 mV in the absence of glucose to -299 mV in 30 mM glucose. These changes were largely independent from changes in intracellular Ca2+ concentration and in mitochondrial pH. They were unaffected by overexpression of SOD2 and mitochondria-targeted catalase, but were inversely correlated with changes in NAD(P)H autofluorescence, suggesting that they indirectly resulted from increased NADPH availability rather than from changes in ROS concentration. Interestingly, the opposite regulation of mitochondrial EGSH and NAD(P)H autofluorescence by glucose was also observed in human islets isolated from two donors. In conclusion, this study demonstrates that glucose and other nutrients acutely reduce mitochondrial but not cytosolic/nuclear EGSH in pancreatic β-cells under control conditions

Identification d’une altération glucotoxique de la fonction des cellules β pancréatiques unique à l’espèce humaine

Introduction La culture prolongée d’îlots pancréatiques de rongeurs en présence de concentrations élevées de glucose s’accompagne d’une augmentation de l’apoptose des cellules β et d’altérations majeures de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose (SSIG) avec abaissement du seuil de stimulation et diminution de la SSIG maximale. Le but de cette étude était de caractériser les altérations glucotoxiques de la survie et de la fonction des cellules β dans des îlots humains en culture. Matériels et Méthodes Les îlots ont été isolés du pancréas de 14 donneurs non-diabétiques entre 2011 et 2016. Après une à deux semaines de préculture en milieu CMRL et/ou RPMI complet contenant 5mM de glucose et 10% de sérum de veau fœtal, les îlots ont été cultivés 7 jours en RPMI contenant 5, 8 ou 20mM glucose (G5, G8, G20). L’apoptose des cellules β a été mesurée sur coupes d’îlots (TUNEL/insuline double positivité). La fonction des cellules β a été évaluée en mesurant la concentration cytosolique de calcium ([Ca2+]c)(fura2-LR), et la sécrétion d’insuline lors d’une stimulation aiguë par des paliers de glucose (îlots périfusés à 0,5-2-5-10-30mM glucose). La sécrétion et le contenu en insuline ont été mesurés par dosage radio-immunologique et rapportés au contenu en ADN des îlots. Résultats Caractéristiques des donneurs: 11 hommes/3 femmes ; âge 17-74 (médiane 61) ans; indice de masse corporelle 21-33 (médiane 27,7) kg/m². Pendant la culture d'une semaine, la sécrétion était faible en G5 (~20 pg/îlot par heure) et stimulée 25x en G8 et 35x en G20. Après la culture, la proportion de cellules β dans les îlots (~70%), le pourcentage de cellules β apoptotiques (<1%), et le contenu en ADN des îlots (~250ng/îlot) étaient semblables dans les trois groupes, mais le rapport insuline/ADN des îlots était significativement réduit par la culture en G20 (103-72-21 pg insuline/ng ADN après culture en G5-G8-G20, respectivement). Du point de vue fonctionnel, les îlots cultivés en G5 présentaient une augmentation de la [Ca2+]c et de la sécrétion d’insuline en réponse à une stimulation par 10 et 30mM glucose. Après culture en G8, la stimulation survenait déjà au palier de 5mM glucose et la SSIG maximale aux paliers de 10 et 30mM glucose était plus élevée qu’après culture en G5. Après culture en G20, les îlots n’étaient que faiblement stimulés, et ce de façon maximale, à 5 et 10mM glucose, puis étaient inhibés de façon réversible lors d’une stimulation par 30mM glucose. Cette inhibition paradoxale n’est pas observée dans les îlots de rongeurs après culture en conditions glucotoxiques. Conclusions La culture d'îlots humains pendant une semaine à 8 au lieu de 5mM glucose augmente la sensibilité et l’amplitude de la réponse des cellules β au glucose. La culture d'une semaine à 20 mM glucose n’augmente pas l’apoptose des cellules β humaines mais réduit de 80% leur contenu en insuline et conduit à une inhibition paradoxale de la sécrétion d’insuline audessus de 10mM glucose unique à l'espèce humaine. Ces altérations fonctionnelles pourraient jouer un rôle dans l’adaptation puis la décompensation de la sécrétion d’insuline lors de l’intolérance au glucose et au début du diabète de type 2

L’activation du récepteur nucléaire Rev−erb altère le flux de l’autophagie dans les cellules beta clonales et humaines

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