Serine/Threonine kinases role in pancreatic beta cell

En modulant en permanence une production d’insuline adaptée au besoin de l’organisme, la cellule béta pancréatique joue un rôle crucial dans l’homéostasie glucidique. L’adaptation de cette production d’insuline est l’opération d’une machinerie cellulaire responsable de la production de l’insuline hautement adaptative et d’une augmentation de la masse des cellules bêta-pancréatiques. Cette plasticité des cellules béta est particulièrement critique dans des périodes de modifications de la physiologie de l’organisme, telles que la prise de poids, la grossesse ou le développement du nouveau-né jusqu’au sevrage. Une perte de la fonctionnalité et de la masse des cellules béta sont à l’origine du diabète, une des causes principales de mortalité dans le monde.Chez les vertébrés, les sérine-thréonine kinases (STKs) dirigent des voies de signalisation importantes permettant aux cellules de répondre à l’environnement. L’objectif de ma thèse a été d’identifier les voies de signalisation responsables du développement de la masse de cellules bêta à la naissance, au cours de la grossesse et de l’obésité, afin de mieux comprendre le dysfonctionnement et la perte de la masse des cellules béta induite par l’environnement diabétogène (ex : LDL-oxydées, hyperglycémie, hyperlipidémie,..) du patient diabétique. En étudiant la plasticité des cellules béta des rats nouveau-nés, nous avons découvert une élévation importante de l’expression de la protéine Dual Leucine Zipper Kinase (DLK) dans les îlots des rats nouveau-nés de 10 jours lorsqu’ils sont comparés aux îlots des rats adultes. Dans les îlots des ratons, l’augmentation de l’expression de DLK coïncide avec une très forte prolifération des cellules béta et l’activation de la signalisation «cJun-amino terminal Kinase 3» (JNK3), une STK de la famille des «mitogen activated protein kinase» (MAPKs). Comme observé pour DLK, dans les îlots des ratons, l’invalidation de JNK3, réduit considérablement le nombre de cellules sécrétrices de l’insuline. Nous avons aussi observé que les MAPKs sont directement impliquées dans la mort des cellules béta induite par des LDL-oxydées via un mécanisme cellulaire impliquant le stress du réticulum endoplasmique et le stress oxydant. Nos résultats montrent l’importance de la signalisation des MAPKs dans le contrôle de la survie et de la prolifération des cellules béta et de son implication dans le diabète.Pancreatic beta cell constantly tunes insulin production to meet the body needs. The insulin production adaptation is achieved thanks to highly adaptive beta cell metabolism, signaling, secretory machinery and mass. The beta-cell function and mass plasticity are particularly critical during nutritional, body growth and physiological changes such as obesity, pregnancy and postnatal development of newborn. Functional beta cell demise account for diabetes is one of the leading causes of death worldwide.In vertebrates, serine-threonine kinases (STKs) drive key signaling pathways for adaptive cells response to the environment. The overall goal of the thesis was to identify the signaling pathways responsible for the development of beta cell mass during postnatal development, pregnancy and obesity. Identification of these signaling pathways may help in understanding the functional beta cell mass demise induced by the diabetogenic environment (e.g oxidized LDL, hyperglycemia, hyperlipidemia, etc.) in diabetic patients. By investigating beta cell mass plasticity in 10 day old neonate rats, we found a significant increase in the expression of Dual Leucine Zipper Kinase (DLK) protein when compared to islets from adult rats. In islets of pups, the increase of DLK expression coincides with a very high proliferative rate of beta cells and activation of "cJun-amino terminal Kinase 3" (JNK3) signaling, an STK belonging to “mitogen activated protein kinase” (MAPKs) family. As observed for DLK, in islets of rat pups, the genetic disruption of JNK3 drastically reduces the number of beta cells leading to glucose intolerance. Finally, we also observed that MAPKs link oxidized LDL to beta cell death via mechanisms involving endoplasmic reticulum stress and oxidative stress. Our results show the critical importance of MAPK signaling in controlling beta cell survival and proliferation in response to physiological condition and diabetes

Rôle des Sérine/Thréonine Kinases dans la cellule bêta pancréatique

Pancreatic beta cell constantly tunes insulin production to meet the body needs. The insulin production adaptation is achieved thanks to highly adaptive beta cell metabolism, signaling, secretory machinery and mass. The beta-cell function and mass plasticity are particularly critical during nutritional, body growth and physiological changes such as obesity, pregnancy and postnatal development of newborn. Functional beta cell demise account for diabetes is one of the leading causes of death worldwide.In vertebrates, serine-threonine kinases (STKs) drive key signaling pathways for adaptive cells response to the environment. The overall goal of the thesis was to identify the signaling pathways responsible for the development of beta cell mass during postnatal development, pregnancy and obesity. Identification of these signaling pathways may help in understanding the functional beta cell mass demise induced by the diabetogenic environment (e.g oxidized LDL, hyperglycemia, hyperlipidemia, etc.) in diabetic patients. By investigating beta cell mass plasticity in 10 day old neonate rats, we found a significant increase in the expression of Dual Leucine Zipper Kinase (DLK) protein when compared to islets from adult rats. In islets of pups, the increase of DLK expression coincides with a very high proliferative rate of beta cells and activation of "cJun-amino terminal Kinase 3" (JNK3) signaling, an STK belonging to “mitogen activated protein kinase” (MAPKs) family. As observed for DLK, in islets of rat pups, the genetic disruption of JNK3 drastically reduces the number of beta cells leading to glucose intolerance. Finally, we also observed that MAPKs link oxidized LDL to beta cell death via mechanisms involving endoplasmic reticulum stress and oxidative stress. Our results show the critical importance of MAPK signaling in controlling beta cell survival and proliferation in response to physiological condition and diabetes.En modulant en permanence une production d’insuline adaptée au besoin de l’organisme, la cellule béta pancréatique joue un rôle crucial dans l’homéostasie glucidique. L’adaptation de cette production d’insuline est l’opération d’une machinerie cellulaire responsable de la production de l’insuline hautement adaptative et d’une augmentation de la masse des cellules bêta-pancréatiques. Cette plasticité des cellules béta est particulièrement critique dans des périodes de modifications de la physiologie de l’organisme, telles que la prise de poids, la grossesse ou le développement du nouveau-né jusqu’au sevrage. Une perte de la fonctionnalité et de la masse des cellules béta sont à l’origine du diabète, une des causes principales de mortalité dans le monde.Chez les vertébrés, les sérine-thréonine kinases (STKs) dirigent des voies de signalisation importantes permettant aux cellules de répondre à l’environnement. L’objectif de ma thèse a été d’identifier les voies de signalisation responsables du développement de la masse de cellules bêta à la naissance, au cours de la grossesse et de l’obésité, afin de mieux comprendre le dysfonctionnement et la perte de la masse des cellules béta induite par l’environnement diabétogène (ex : LDL-oxydées, hyperglycémie, hyperlipidémie,..) du patient diabétique. En étudiant la plasticité des cellules béta des rats nouveau-nés, nous avons découvert une élévation importante de l’expression de la protéine Dual Leucine Zipper Kinase (DLK) dans les îlots des rats nouveau-nés de 10 jours lorsqu’ils sont comparés aux îlots des rats adultes. Dans les îlots des ratons, l’augmentation de l’expression de DLK coïncide avec une très forte prolifération des cellules béta et l’activation de la signalisation «cJun-amino terminal Kinase 3» (JNK3), une STK de la famille des «mitogen activated protein kinase» (MAPKs). Comme observé pour DLK, dans les îlots des ratons, l’invalidation de JNK3, réduit considérablement le nombre de cellules sécrétrices de l’insuline. Nous avons aussi observé que les MAPKs sont directement impliquées dans la mort des cellules béta induite par des LDL-oxydées via un mécanisme cellulaire impliquant le stress du réticulum endoplasmique et le stress oxydant. Nos résultats montrent l’importance de la signalisation des MAPKs dans le contrôle de la survie et de la prolifération des cellules béta et de son implication dans le diabète

Identification, production and bioactivity of casein phosphopeptides – A review

International audienc

Schematic representation of mechanism coupling oxidized LDL to beta cell dysfunction and death.

<p>Schematic representation of mechanism coupling oxidized LDL to beta cell dysfunction and death.</p

Effects of 4-BPA chemical chaperone on the loss of insulin expression caused by human oxidized LDL.

<p>The preproinsulin mRNA was quantified in MIN6 cells (<b>a)</b> and (<b>b</b>) human islets. Cells were exposed to vehicle (V), human native LDL (nLDL) or oxidized LDL (oxLDL) 2 mmol/l cholesterol, in the presence or absence of PBA 2.5 mmol/l (filled bars) for 48 h. The mRNA levels were normalized against the <i>Rplp0/RPLP0</i> and the expression levels from cells cultured with vehicle were set to 100%. Data are the mean of ± SEM of 3 independent experiments performed in triplicate (*, P<0.05).</p

Role of oxidative stress on the ER stress markers expression induced by human oxidized LDL.

<p>Expression of <i>CHOP</i>/<i>Chop</i> and <i>P58IPK</i>/<i>p58IPK</i> in <b>(a)</b> MIN6 and <b>(b)</b> human islets cells exposed to hydrogen peroxide (H₂O₂) 150 μM at indicated times. The expression of the two genes was quantified in <b>(c)</b> MIN6 cells or <b>(d)</b> human islets that were co-incubated with vehicle (V), human native LDL (nLDL) or oxidized LDL (oxLDL) 2 mmol/l cholesterol supplemented by either DMSO (control, open bar) or N-acetylcystein (NAC, filled bar) 1 mmol/l for MIN6 and 10 mmol/l for human islets cells. The results were normalized against <i>Rplp0</i>/<i>RPLP0</i> and the expression levels from cells cultured with vehicle were set to 100%. Data are the mean ± SEM of 3 independent experiments performed in triplicate (***, P<0.001; **, P<0.01).</p

Effects of Chop silencing in apoptosis caused by human oxidized LDL.

<p>MIN6 cells were transfected with a control RNA si-GFP duplex (Ctrl, <i>open bar</i>) or with siCHOP (<i>filled bar</i>). Thereafter, the cells were cultured for 72 h with vehicle (V) or oxidized LDL (oxLDL) 2 mmol/l cholesterol. The fraction of cells undergoing apoptosis was determined by scoring the percentage of cells displaying pyknotic nuclei. Data are the mean of ± SEM of 3 independent experiments performed in triplicate (**, P<0.01).</p

Activation of ER stress by human oxidized LDL.

<p><b>(a)</b> Western blotting analysis comparing changes in PERK, eIF2 and Ire1α and their phosphorylated forms (p). Total proteins were prepared from MIN6 cells cultured with 2 mmol/l cholesterol oxidized LDL (oxLDL) for the indicated times and 1 μmol/l thapsigargin (Thaps) for 6 h. The α-tubulin protein served as loading control. The figure is a representative experiment out of three. Measurement of <i>CHOP</i>/<i>Chop</i>, <i>P58IPK</i>/<i>p58IPK</i> and <i>ATF4</i>/<i>Atf4</i> mRNA levels in (<b>b)</b> and <b>(d)</b> MIN6 and (<b>c)</b> and <b>(e)</b> isolated human islets cells cultured with oxidized LDL. The mRNA level was quantified by quantitative real-time PCR in MIN6 or isolated human islets cells cultured for 48 h with vehicle (V), native (nLDL) or oxidized LDL (oxLDL). The PBA chemical chaperone 2.5 mmol/l were added in the cells cultured with oxidized LDL (oxLDL, <i>filled bar</i>). For <b>d</b>) and <b>e</b>), cells were cultured with oxidized LDL plus 1 mmol/l cholesterol HDL (<i>filled bar</i>). The mRNA level was normalized against the housekeeping acidic ribosomal phosphoprotein P0 gene (<i>RPLP0</i>/<i>Rplp0</i>) and the expression levels from cells cultured with vehicle were set to 100%. Data are the mean of ± SEM of 3 independent experiments performed in triplicate (***, P<0.001; **, P<0.01).</p