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The insulin-secreting pancreatic B-cell is electrically excitable. Glucose induces insulin secretion by depolarising the plasma membrane. This opens the voltage-dependant calcium channels and increase the cytosolic Ca2+ concentration ([Ca2+]c) which triggers exocytosis. The role of the endoplasmic reticulum (ER) in the glucose-induced [Ca2+]c rise is disputed. Moreover, the role of Ca2+-binding proteins, like calbindin, is largely unknown in B-cells. The aim of this work was therefore double:
Role of the endoplasmic reticulum:
In various cell types, Ca2+ can be released from the ER by three different mechanisms : IP3-Induced Ca2+ Release (IP3ICR) par IP3 receptors, Depolarization-Induced Ca2+ Release » (DIRC) by type 1 ryanodine receptors, and Ca2+-Induced Ca2+ Release (CICR) by the type 2, and, probably also, type 3 ryanodine receptors. We tested whether, in mouse B-cells, one or several of these mechanisms amplify the [Ca2+]c rise induced by Ca2+ influx through voltage-dependant Ca2+ channels.
When the plasma membrane in single B-cells is depolarised by high K+, [Ca2+]c increases to a large extent and, in some cells, the rise in [Ca2+]c is biphasic and characterized by a second phase occurring soon after [Ca2+]c levels up. No second phase is observed in cells pretreated with thapsigargin, a potent inhibitor of the ER in the [Ca2+]c rise elicited by a depolarization. To test the existence of a DIRC is well established. To look for the existence of a CICR in B-cells, we used physiological (depolarization by high K+) and pharmacological (caffeine that activates ryanodine receptors) approaches. In a Ca2+-free medium, depolarization and caffeine have no effect on B-cell [Ca2+]c, but increase [Ca2+]c in skeletal muscle fibers, a preparation where DICR is well established. To look for the existence of a CICR in B-cells, physiological (short depolarizations in the presence of extracellular Ca2+ using the patch-clamp technique) and pharmacological (caffeine) approaches were again used. The existence of CICR can be disclosed in patch-clamp experiments by a supralinear relationship between changes in [Ca2+]c and voltage-dependant Ca2+ currents. However, in B-cells, this relationship was infralinear, even in the presence of the CICR sensitizer, caffeine, that increases [Ca2+]c in cardiomyocytes, a preparation where CICR is well established. The second phase in the high K+-induced [Ca2+]c rise observed in some cells was resistant to high concentrations of ryanodine that inhibit ryanodine receptors and block DICR and CICR in skeletal fibers and cardiomyocytes. We also studied by RT-PCR the expression of the three ryanodine receptor isoforms. In B-cells, we detected only low mRNA levels if type 3 ryanodine receptors only, whereas in skeletal fibers and cardiomyocytes we detected large mRNA levels of the type 1 and 2 ryanodine receptor, the physiological role if which is largely unknown, DICR and CICR mechanisms are not involved in the [Ca2+]c rise elicited by a depolarization in B-cells.
IP3 receptors do not amplify the [Ca2+]c rise induced by Ca2+ influx through voltage-operated Ca2+ channels. Indeed, inhibition of IP3 receptors by microinjection of heparin in B-cells does not affect the [Ca2+]c rise induced by high K+.
Role of calbindin
Some recent studies pretend that, in B-cells, calbindin, a cytosolic Ca2+-binding protein, plays a role in high K+-induced [Ca2+]c rise and insulin secretion. In the present study, no difference in glucose- or high K+-induced [Ca2+]c changes was observed between calbindin knock-out (KO) and control mice. Glucose homeostasis of KO mice was normal, but fasting glycemia was lower in KO than in control animals. Immunodetections showed that calbindin is located only at the periphery of the islets, in glucagon and somatostatin-secreting cells. These results suggest that, contrary to what has recently been suggested, calbindin does not play any role in B-cells. However, it could modulate the function of glucagon and somatostatin-secreting cells La cellule B pancréatique sécrétant l’insuline est électriquement excitable. Le glucose stimule la sécrétion d’insuline en dépolarisant la membrane plasmique, ce qui ouvre les canaux calciques voltage-dépendants et augmente la concentration cytoplasmique de Ca2+ ([Ca2+]c) qui déclenche l’exocytose. Le rôle du réticulum endoplasmique (RE) dans l’élévation de la [Ca2+]c induite par le glucose est fortement controversé. De plus, le rôle des protéines liant le Ca2+, telle que la calbindine, est tout à fait méconnu dans le cellule B. le but de ce mémoire a donc été double :
Rôle du réticulum endoplasmique :
Dans de nombreux types cellulaires, le Ca2+ peut être relargué du réticulum par trois mécanismes différents : 1’ « IP3-Induced Ca2+ Release » (IP3ICR) par les récepteurs à l’IP3, le « Depolarization-Induced Ca2+ Release » (DIRC) par les récepteurs à la ryanodine de type 1 et le « Ca2+-Induced Ca2+ Release » (CICR) par les récepteurs à la ryanodine de type 2 et vraisemblablement 3. Nous avons testé si, dans les cellules B de souris, un ou plusieurs de ces mécanismes amplifient l’élévation de la [Ca2+]c induite par un influx de Ca2+ à travers les canaux calciques voltage-dépendants.
Lorsque la membrane de cellules B isolées est dépolarisée par une concentration élevée de K+ extracellulaire, la [Ca2+]c augmente fortement et, dans certaines cellules, l’élévation de la [Ca2+]c est caractérisée par une seconde phase qui se surajoute à la première. Aucune seconde phase n’est observée dans des cellules prétraitées à la thapsigargine, un puissant inhibiteur de la Ca2+-ATPase du RE qui vide le RE de son contenu en Ca2+. Cette observation suggère un rôle possible du RE dans l’élévation de la [Ca2+]c en réponse à une dépolarisation. Pour tester l’existence d’un DICR dans la cellule B, nous avons utilisé des approches physiologique (le dépolarisation par du K+ élevé) et pharmacologique (la caféine, qui active les récepteurs à la ryanodine). En l’absence de Ca2+ extracellulaire, la dépolarisation et la caféine sont sans effet sur la [Ca2+]c dans le cellule B, mais augmentent la [Ca2+]c dans les cellules musculaires squelettiques où le DICR est bien établi. Afin de déceler un CICR, des approches physiologiques (de courtes dépolarisations en présence de Ca2+ extracellulaire en utilisant la technique du patch-clamp) et pharmacologique (la caféine) ont à nouveau été utilisées. L’existence d’un CICR devrait se manifester par une relation supralinéaire entre les changements de la [Ca2+]c et le courants calciques voltage-dépendants. Or, dans la cellule B, la relation est plutôt infralinéaire, même en présence de caféine. La caféine augmente pourtant la [Ca2+]c dans les cellules cardiaques où le CICR joue un rôle important. La deuxième phase de l’élévation de la [Ca2+]c observée dans certaines cellules lors de la dépolarisation par du K+élevé n’est pas abolie par un prétraitement avec une forte concentration de ryanodine qui inhibe les récepteurs à la ryanodine et vloque le DICR et le CICR des cellules musculaires squelettiques et cardiaques. Pour compléter ces données fonctionnelles, nous avons étudié, par RT-PCR, l’expression des trois isoformes du récepteur à la ryanodine. Nous n’avons détecté que de faibles quantités d’ARNm pour le récepteur à la ryanodine de type 3 dans les cellules B, alors que nous détections des taux élevés d’ARNm pour les récepteurs à la ryanodine de type 1 et 2 pour les cellules musculaires squelettiques et cardiaques, respectivement. L’ensemble de ces résultats suggère que, malgré la présence de récepteurs à la ryanodine de type 3 dont le rôle physiologique est méconnu, les phénomènes de DICR et de CICR n’interviennent pas dans l’élévation de la [Ca2+]c induite par une dépolarisation dans la cellule B.
de même, les récepteurs, à l’IP3 n’amplifient pas l’élévation de la [Ca2+]c induite par un influx de Ca2+ à travers les canaux calciques voltage-dépendants. En effet, l’inhibition des récepteurs à l’IP3 par microinjection d’héparine dans les cellules B n’altère pas l’élévation de la [Ca2+]c induite par du K+ élevé.
Rôle de la calbindine
Selon certaines études, la calbindine, une protéine cytosolique liant la Ca2+, jouerait un rôle dans l’élévation de la [Ca2+]c dans la cellule B et dans la sécrétion d’insuline. Dans ce travail, aucune différence importante n’a été observée dans la [Ca2+]c en réponse à une dépolarisation ou au glucose entre des souris knock-out (KO) pour la calbindine et des souris contrôles. L’homéostasie glucidique des souris KO ne semble pas non plus affectée, mais la glycémie à jeun est inférieure chez les souris KO que chez les contrôles. Des immunodétections ont montré que la calbindine est localisée uniquement en périphérie de l’îlot, dans les cellules à glucagon et à somatostatine. Ces résultats suggèrent que, contrairement à ce qui a été rapporté dans la littérature, la calbindine ne jouerait aucun rôle dans la cellule B. Toutefois, elle pourrait peut-être moduler la fonction des cellules à glucagon et à somatostatine

Endoplasmic Reticulum --- Cytosol --- Pancreas

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Pancreatic islets play an essential role in glucose homeostasis due to the fact that they secrete the only hypoglycaemic hormone, insulin, and hyperglycaemic hormone, glucagon. In β-cells, glucose stimulates insulin secretion by closing ATP sensitive K+ channels (K+-ATP channels) located on the plasma membrane. Closure of K+-ATP channels leads to membrane depolarization followed by activation of voltage-gated Ca2+ channels. The subsequent increase of [Ca2+]c triggers insulin secretion. On the other hand in α-cells, glucose inhibits glucagon secretion by an unknown mechanism.
The aim of this work is to understand the way glucose influence isolated α-cells. Study of α-cells is difficult because this cell type is not easily identifiable and is present in small quantity in islets. To get round this problem, we used a new genetically modified mouse model (expressing EYFP specifically under the control of insulin or glucagon promoter) allowing fast identification of α or β-cells. We put in evidence existence of K+-ATP channels in α-cells. We showed that contrary to β-cells, variations in glucose concentration does not affect neither K+-ATP channels activity nor [Ca2+]c of α-cells. We also noted that inhibition of glucose metabolism, thus diminution of ATP synthesis stimulates K+-ATP channels activity, α-cells are equipped with voltage-gated channels which identify is matter of controversy. Our study reveals that Ca2+ influx occurring under low glucose conditions depends on opening of voltage-gated L type Ca2+ channels. [Ca2+]c decreases when mitochondrial metabolism is inhibited or when K+-ATP channels are closed. NAD(P)H production during glycolysis reflects ATP synthesis by mitochondria. We have found that neither glucose nor pyruvate and α-ketoisocaproate (KIC) influence α-cells NAD(P)H fluorescence, whereas β-cells respond to both glucose and KIC. Altogether, these results suggest that, as in β-cells, K+-ATP channels activity modulate α-cells [Ca2+]c. In addition, glucose does not affect NAD(P)-H fluorescenceα, K+-ATP channels activity and [Ca2+]c. Therefore, it is proposed that regulation of glucagon secretion occurs through paracrine effects of glucose Etant donné qu’ils sécrètent la seule hormone hypoglycémiante, l’insuline, et une hormone hyperglycémiante, le glucagon, les îlots pancréatiques jouent un rôle essentiel dans l’homéostasie glucidique. Dans la cellule β, le glucose stimule la sécrétion d’insuline en fermant les canaux K+ sensibles à l’ATP (les canaux K+-ATP) situés au niveau de la membrane plasmique. La fermeture de ces canaux entraîne une dépolarisation membranaire activant les canaux Ca2+ voltage-dépendants. L’influx de Ca2+ qui en résulte, augmente la [Ca2+]c et déclenche la sécrétion d’insuline. D’autre part dans la cellule α, le glucose inhibe la sécrétion de glucagon par un mécanisme inconnu. La compréhension du mode d’action du glucose sur les cellules α isolées est l’objectif premier de ce mémoire. L’étude de la cellule α n’est pas évidente car ce type cellulaire est difficilement identifiable et n’est présent qu’en faible quantité au sein des îlots. Pour contourner ce problème, nous avons donc utilisé un nouveau modèle de souris génétiquement modifiées (exprimant l’EYFP spécifiquement sous le contrôle du promoteur de l’insuline ou du glucagon) permettant l’identification rapide des cellules α ou des cellules β. Sur base de nos connaissances de la cellule β, nous avons mis en évidence l’existence des canaux K+-ATP dans les cellules α. Nous avons montré que, à l’inverse des cellules β, les variations de la concentration en glucose n’affectent pas ni l’activité des canaux K+-ATP, ni la [ca2+]c des cellules α. Nous avons également constaté qu’un inhibition du métabolisme du glucose, et donc une diminution de la synthèse d’ATP, stimule l’activité des canaux K+-ATP. La cellule α est équipée de canaux voltage-dépendants dont l’identité est controversée. Notre étude a révélé que l’influx de Ca2+ présent spontanément à une faible concentration en glucose passe par les canaux Ca2+ voltage dépendant de type L. La [Ca2+]c diminue lorsque le métabolisme du glucose est inhibé, ou lorsque les canaux K+-ATP sont ouverts, et elle augmente lorsque les canaux K+-ATP sont fermés. Ces données suggèrent que ces canaux K+ modulent l’influx de Ca2+. La production de NAD(P)H lors de la glycolyse reflète la synthèse d’ATP par les mitochondries. Il s’est avéré que ni le glucose et ni le pyruvate et l’ α-cétoisocaproate, deux substances dont le métabolisme alimente le cycle de Krebs, n’influencent aucunement la fluorescence du NAD(P)H des cellules α, tandis que les cellules β répondent au glucose et au KIC. Globalement, nos résultats suggèrent que dans les cellules α les canaux K+-ATP modulent la [Ca2+]c comme dans les cellules β. De plus, le glucose et son métabolisme n’affectent pas la séquence d’évènements aboutissant à la sécrétion du glucagon. Enfin, l’absence d’effet du glucose sur des cellules α isolées suggère que le glucose agit sur les cellules à glucagon via des facteurs paracrines

Islets of Langerhans --- Cytosol --- Glucose --- Pancreas --- Mice --- Mitochondrial K(ATP) channel

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CELL BIOLOGY --- CELL MORPHOLOGY --- CELLS --- RESEARCH --- PLASMA MEMBRANE --- EXTRACELLULAR SPACES --- CELL COMMUNICATION --- CYTOSOL --- MITOCHONDRIA --- PEROXISOMES --- CYTOSKELETON --- CELL MEMBRANES --- CELL NUCLEUS --- NUCLEOLUS --- PROTEIN SYNTHESIS --- TEACHING MATERIALS --- FUNCTIONS --- BIOCHEMISTRY --- METHODS --- POLARITY

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Celbiologie --- Celfysiologie --- Celstructuren --- 576 --- 573.2 --- Histologie --- Cells. --- 576.31 --- #WPLT:dd.Prof.Vanlaere --- #WPLT:kand --- #WPLT:syst --- biologie --- DNA --- celbiologie --- celdeling --- cellen --- 57 --- 575.8 --- 576.3 --- 600.51 --- Bio-energetica --- Cytosol --- DNA deoxyribonucleic acid --- Eiwitsynthese --- Meiose --- Membranen --- Mitose --- Ribosomen --- biofysica --- celfysiologie --- celleer --- cytologie --- differentiatie celleer --- evolutie --- genetica --- genetische manipulatie --- histologie --- membranen --- metabolisme --- moleculaire biologie --- organellen --- translatie --- Biologie --- Cel --- Cytologie (celleer) --- Membraan --- anatomie --- biochemie --- fysiologie --- microbiologie --- Cell --- 576.31 Cell morphology --- Cell morphology --- 576 Cellular and subcellular biology. Cytology --- Cellular and subcellular biology. Cytology --- Cel- en weefselleer --- Anatomie - Cel- en weefselleer --- Cell Biology --- Biologie: cellen --- membranen (biologie) --- Histology. Cytology --- celprocessen --- Cells --- fotosynthese

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This book serves as a treasure for all those who have an interest in nuclear receptor coregulators and human diseases. Written by experts in the field, each chapter provides comprehensive, up-to-date information on the physiologic and pathologic roles of coregulators in specific organ systems, giving biomedical students; basic and clinical researchers; and educators in diverse sub-specialties a thorough summary of the overall subject. Readers will be able to understand the important current information and views on specific coactivators and corepressors and their roles in the pathogenesis of

Nuclear receptors (Biochemistry). --- Pathology, Molecular. --- Pathology, Molecular --- Nuclear receptors (Biochemistry) --- Proteins --- Genetic Processes --- Biochemical Processes --- Cell Physiological Processes --- Gene Expression --- DNA-Binding Proteins --- Amino Acids, Peptides, and Proteins --- Biochemical Phenomena --- Chemical Processes --- Cell Physiological Phenomena --- Genetic Phenomena --- Phenomena and Processes --- Chemicals and Drugs --- Chemical Phenomena --- Signal Transduction --- Transcription, Genetic --- Gene Expression Regulation --- Transcription Factors --- Receptors, Cytoplasmic and Nuclear --- Medicine --- Biology --- Health & Biological Sciences --- Cytology --- Pathology --- Cytoplasmic Hormone Receptors --- Cytoplasmic Receptors --- Cytosol and Nuclear Receptors --- Intracellular Membrane Receptors --- Nuclear Hormone Receptors --- Nuclear Receptors --- Receptors, Cytoplasmic --- Receptors, Cytosol and Nuclear --- Receptors, Cytosolic and Nuclear --- 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