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La Flandre est singulière en français, plurielle en néerlandais (Vlaanderen). Géographiquement, la carte mentale et le territoire réel ne coïncident pas toujours et les hauts faits de son histoire prennent parfois des allures de mythes, scintillant comme des éperons d'or. Irriguée d'Espagne mais lorgnant plutôt désormais vers la Catalogne, tournée sur le monde anglo-saxon davantage que sur les opulences du passé batave, la Flandre se revendique comme une nation dotée de deux capitales : Anvers, treizième plus grand port du monde et Bruxelles, coeur des institutions européennes, enclave francophone doublée d'un carrefour cosmopolite. En Wallonie, elle a généré son lot de stéréotypes, son identité profonde est sans fin vouée à être redoutée, enviée, convoitée, incomprise, dédaignée, accusée, puis redécouverte avec curiosité sinon passion. Notre dossier se veut dégagé des clichés et des discours de convenance. Nous y avons convié des personnalités de tous horizons - natives ou non, amoureuses sans aveuglement, critiques sans ressentiment -, autant d'acteurs dynamiques de la prospérité régionale ou de témoins distanciés d'une zone du monde particulièrement complexe et riche, pour nous parler de la seule Flandre éternelle qui soit, celle d'ici et maintenant.
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AMP-Activated Protein Kinases --- Diabetes Mellitus, Type 2 --- Obesity
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Insulin is a hormone involved in glucose homeostasis and in the control of lipid metabolism. In 1981, frank and his co-workers found that the glycogen metabolism, in isolated hepatocytes, was more sensitive to insulin than the insulin receptor. They explained this phenomenon by the presence of “spare receptors”. It involved that a slight activation of the insulin signalling pathway was sufficient to obtain maximal metabolic responses. Similar experiments performed in other tissues indicated that spare receptors were not present everywhere. This first aim of my work was to determine if the spare receptor phenomenon exists in the heart. Moreover, several experiments realised in our laboratory showed a difference in sensitivity between protein kinase B and the metabolic effect of insulin. This questioned the participation of this enzyme in the metabolic effect of insulin.
To answer these two questions, we incubated rat cardiomyocytes with various concentration of insulin. Dose-responses curves were established, describing the effects of insulin on its signalling pathway and on metabolism. The targets studied in the signalling pathway were the insulin receptor, phosphatidylinositol-3 kinase, protein kinase B and glycogen synthase kinase-3. The metabolic responses studied here were glucose uptake and fructose-2;6-P2 concentration. The final step was to compare the ED50 obtained for each target studied. The ED50 represents the concentration of ligand that causes 50% of the maximal effect. A similar ED50 value (± 17 nM) was obtained for all elements of the insulin signalling pathway, from IR to GSK-3. By contrast, the two metabolic responses studied here were more sensitive (± 1.2 nM). From these results, we can conclude that spare receptors for insulin indeed exist in the heart and that a role of PKB in the metabolic effects of insulin can not be excluded L’insuline joue un rôle essentiel dans l’homéostasie du glucose et dans le contrôle du métabolisme des lipides. En 1981, Frank et collaborateurs ont mis en évidence, dans des hépatocytes en suspension, la présence d’une différence de sensibilité à l’insuline entre le récepteur insulinique et le métabolisme du glycogène, ce dernier étant le plus sensible. Ils avaient, à l’époque, expliqué ce phénomène par l’existence de « récepteurs de réserve » ou « spare receptors ». La présence de ces récepteurs de réserve impliquait qu’une petit activation au départ de la voie de signalisation de l’insuline était suffisante pour obtenir des réponses métaboliques maximales. Des expériences similaires ont ensuite été effectuées dans d’autres tissus et ont montré que la présence d’une telle différence de sensibilité à l’insuline varie en fonction du tissu étudié. Le premier objectif de mon travail a été par conséquent de savoir qu’est-ce qu’il en était du tissu cardiaque. D’autre part, des expériences réalisées dans notre laboratoire avaient mis en évidence l’existence d’une différence de sensibilité à l’insuline entre la protéine kinase B et les effets métaboliques de cette hormone, dans le cœur. Cela remettait en question la participation de cette enzyme aux effets métaboliques de l’insuline. Pur pouvoir répondre à ces deux questions, la première étape a été d’incuber des cardiomyocytes de rats aves des concentrations croissantes en insuline. Des courbes doses-réponses ont ensuite été établies, celles-ci décrivant les effets de l’insuline sur sa voie de signalisation et sur le métabolisme glucidique. Les cibles qui ont été étudiées dans la voie de signalisation sont le récepteur insulinique, la phosphatidylinositol 3-kinase, la protéine kinase B et la glycogène synthase kinase-3. D’autre part, les deux réponses métaboliques qui ont été choisies sont le captage du glucose et l’augmentation de la concentration en fructose-2,6-P2. Enfin, la dernière étape a été de déterminer et de comparer les ED50 obtenues pour chacune des courbes. La ED50 désigne la concentration en ligand nécessaire pour obtenir 50% de l’effet maximal. Les ED50 sont semblables pour tous les constituants de la voie de signalisation de l’insuline (± 17 nM). Les effets métaboliques, quant à eux, sont caractérisés par une sensibilité plus élevée envers l’insuline (± 1,2 nM). Ce travail montre donc que le phénomène de récepteurs de réserve est bien présent dans le cœur. De plus, nous ne pouvons pas exclure la participation de la PKB aux effets métaboliques de l’insuline, dans le cœur
Insulin --- src Homology Domains --- Mitogen-Activated Protein Kinases --- 1-Phosphatidylinositol 3-Kinases
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Like in other tissues, heart glycolysis is regulated by substrates supply, energy demand and hormones such as insulin. The stimulation of heart glycolysis by insulin implies the activation of 6-phosphofructo-2-kinase (PFK-2), the enzyme responsible for the synthesis of fructose-2,6-bisphosphate. This compound is a potent allosteric activator of 6-phosphofructo-1-kinase, a key glycolytic enzyme. Previous work from the laboratory has demonstrated that a lipid-kinase, the phosphoinositol-3 kinase (PI3-kinase), is involved in the activation of heart PFK-2 by insulin. PI3-kinase is known to activate different protein-kinases such protein-kinase B and p70 ribosomal protein S6 kinase (p70S6K). However, these different protein-kinases are not implicated in the activation of heart PFK-2 by insulin, as demonstrated recently in the laboratory. Therefore, another insulin-sensitive protein-kinases was partially purified. This protein-kinase is able to phosphorylate and activate heart PFK-2 “in vitro” and has been called WISK for wortmannin-sensitive and insulin stimulated protein-kinase.
The aim of this work was to improve the purification protocol of WISK to allow its identification. To reach these objectives, we have adapted the methodology to increase the yield by using hearts from different species. In addition, we have introduced new purification steps. The use of rabbit hearts treated by insulin and chromatographic purification on protamine-agarose and phenyl-superose led to the purification of two different protein-kinases, originally present in WISK. The first, slightly insulino-sensitive, is related to the family of p-21 activated protein-kinase. The second, strongly insulino-sensitive, is not yet identified, but is probably a protein-kinase associated to heat shock protein. Both are able to phosphorylate and activate heart PFK-2 in vitro. La glycolyse du cœur, comme celle d’autres tissus, est soumise à un contrôle par l’apport de substrats, la demande énergétique et par des hormones telles que l’insuline. La stimulation de la glycolyse cardiaque par l’insuline implique l’activation de la 6-phosphofructo-2-kinase (PFK-2), l’enzyme responsable de la synthèse de fructose-2,6-bisphosphate. Ce composé est un activateur allostérique puissant de la 6-phosphofructo-1-kinase, une enzyme clef de la glycolyse. Les travaux antérieurs du laboratoire d’accueil ont mis en évidence l’implication d’une lipide-kinase, la phosphoinositol-3-kinase (PI3-kinase), dans l’activation de la PFK-2 cardiaque par l’insuline. La PI3-kinase permet l’activation de différentes protéine-kinases, telles que la protéine-kinase B (PKB) et la protéine-kinase de 70 kDa phosphorylant la sous-unité S6 du ribosome (p70S6K). Cependant, ces différentes protéine-kinases ne sont pas nécessaires à l’activation de la PFK-2 cardiaque par l’insuline, ainsi que l’ont montré les travaux récents du laboratoire. Par conséquent, une autre protéine-kinase insulino-sensible a été recherchée et partiellement purifiée. Cette protéine-kinase est capable de phosphoryler et d’activer la PFK-2 cardiaque « in vitro », elle est appelée WISK (wortmannin-sensitive and insulin stimulated protein-kinase).
Le travail expérimental présenté dans ce mémoire visait à améliorer le protocole de purification de WISK en vue de son identification. Pour atteindre ces objectifs, nous avons dû adapter la méthode afin d’obtenir suffisamment de matériel, et nous avons utilisé et comparé des cœurs provenant d’espèces différentes. Nous avons, de plus, introduit de nouvelles étapes de purification. L’utilisation de cœurs de lapin traités à l’insuline et de chromatographies sur protamine-agarose et phényl-superose ont abouti à la purification de deux « PFK-2 kinases », qui étaient présentes dans la préparation originale de WISK. La première, légèrement insulino-sensible, fait partie de la famille des p21-activated kinases (PAK). La seconde, fortement insulino-sensible, doit encore être identifiée, mais est probablement une protéine-kinase associée aux protéines de choc thermique (HSP). Toutes deux sont capables de phosphoryler et d’activer la PFK-2 cardiaque in vitro
Glycolysis --- Heart --- Insulin
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In this study, we tried to have a further understanding about how AMPK regulates 0- GlcNAcylation. Firstly, we studied the role of 0-GlcNAcylation in the anti-hypertrophic effect of AM PK at high concentration of AMPK activators, known to also regulate protein synthesis and gene transcription. In order to study if AMPK can also reverse hypertrophy in vitro and not only prevent it, we conducted some experiments where hypertrophy was already established before AMPK activation. Moreover, we confirmed the previous results of the laboratory in another in vivo mode!, namely TAC (Transverse Aortic Constriction) and we tried to define how AMPK regulates the three major enzymes of HBP by studying their transcriptional regulation and phosphorylation state. Finally, we started to elaborate an 0-GlcNAcylomic approach to identify the main targets of 0-GlcNAcylation and see which ones show an increase of 0-GlcNAcylation state during cardiac hypertrophy and a decrease following AMPK activation. Cardiac hypertrophy is defined by an increase in heart mass and is initially considered as an adaptive cellular response that tries to maintain cardiac output. However, under prolonged pathological stimuli, cardiac hypertrophy leads to impaired cardiac function and the development of heart failure. A potential target in the prevention of myocardial hypertrophy is the AMP-activated protein kinase (AMPK), a serine/threonine protein kinase acting as a sensor and regulator of cellular energy metabolism. Many studies have already shown that AMPK is a key inhibitor of pathological cardiac hypertrophy due to its ability to inhibit cardiac hypertrophy-related pathways such as protein synthesis (mTOR/P70S6K) and gene transcription (MAPK and NFAT/calcineurin). However, the underlying mechanism is challenged since the recent discoveries from CARD laboratory. Indeed, they showed that low dose of AMPK activator prevents cardiac hypertrophy without affecting the known AMPK targets involved in this pathology. Therefore, they proposed 0-GlcNAcylation, a post translational modification dependent on the hexosamines biosynthetic pathway (HBP) to be involved. Indeed, previous studies have shown that protein 0-GlcNAcylation levels are increased in cardiac hypertrophy. Interestingly, the laboratory showed that activation of AMPK is able to inhibit the increase of 0-GlcNAcylation caused by pro-hypertrophic agents such as phenylephrine (PE) in vitro and Angiotensin II (Angll) in vivo. Their hypothesis is that AMPK inhibits 0-GlcNAcylation by regulating the three main enzymes involved in this process, namely fructose-6-phosphate amidotransferase (GFAT), 0-GlcNAc transferase (OGT) and 0- GlcNAcase (OGA).
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