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Muscle cells. --- Myocytes --- Cells

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Muscles --- Muscle cells. --- Myocytes --- Cells --- Physiology.

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This work aims to understand the molecular mechanisms linked to acute toxicity of glucose in the cardiomyocyte. It has been shown in the laboratory that exposure of isolated cardiomyocytes to high glucose concentration (21mM) induces an increased reactive oxygen species (ROS) production secondary to the activation of NOX2, an isoform of the NADPH oxidase. This glucotoxicity phenomenon seems to depend on a sodium/glucose cotransporter SGLT.The study of the relative expression of the SGLT isoforms revealed that SGLT1 and SMIT1 are the two isoforms mainly expressed in mouse and rat cardiomyocytes, as well as in extracts from human hearts. We constructed reference plasmids for those two cotransporters in order to establish a quantification of the expression of each of them in the heart and cardiomyocytes. Results obtained in the laboratory suggest that SGLT1 is not involved in the toxic effects of hyperglycemia. SMIT1 could be the candidate. SMIT1 is a sodium/myo-inositol cotransporter but it can also transport glucose with low affinity. We show that SMIT1 is less expressed than SGLT1 in the human heart.Our working hypothesis is that the increase in extracellular glucose concentration (hyperglycemia) would force the entry of glucose in the cardiomyocyte through SMIT1. This would trigger a sodium influx into the cell, creating an ionic signal leading to an increase in ROS production. This way, SMIT1 would acts as a glucose sensor. Downstream of SMIT1 , PKCP2 could be a signaling element necessary for the activation of NOX2. Indeed, we have shown that phosphorylation of PKCP2 is induced in hyperglycemic conditions, and that PKCP inhibition counteracts the ROS production induced by hyperglycemia.To confirm the role of SMIT1 in the glucotoxicity phenomenon , we overexpressed SMIT1 in cardiomyocytes using adenoviruses in order to assess its effect on the detection of hyperglycemia. Overexpression of SMIT1 sensitizes cardiomyocytes to glucose. The activation of NOX2 and the elevation of ROS production are indeed almost maximum at 10 mM glucose (relative to 21 mM in the control condition). PKCP2 activation is also increased at only 10 mM glucose. Mon mémoire a pour but de comprendre les mécanismes moléculaires liés à la toxicité aigüe du glucose au sein du cardiomyocyte. Il a été montré au sein du laboratoire qu'une exposition des cardiomyocytes isolés en culture primaire à une haute concentration de glucose (21mM) induit une augmentation de la production d'espèces réactives de l'oxygène (ROS) secondaire à l'activation de NOX2, une isoforme de la NADPH oxydase. Ce phénomène de glucotoxicité semble dépendre d'un cotransporteur de type sodium/glucose SGLT. L'étude de l'expression relative des isoformes de SGLT a révélé que SGLTl-1 et SMIT1 sont les deux isoformes principalement exprimées dans les cardiomyocytes de souris et de rats, ainsi que dans des extraits de cœurs d'humains. Nous avons construit des plasmides de référence pour ces deux cotransporteurs afin d'établir une quantification de l'expression de chacune de ces isoformes dans le cœur et les cardiomyocytes. Des résultats obtenus au laboratoire suggèrent que SGLTl1n'est pas impliqué dans les effets toxiques de l'hyperglycémie . SMIT1 pourrait donc être le candidat. SMIT1 est un cotransporteur sodium/myo-inositol mais qui peut également transporter le glucose avec une faible affinité. Nous montrons que SMITl est moins exprimé que SGLT1 dans le cœur humain. Notre hypothèse de travail est que l'augmentation de la concentration extracellulaire de glucose (hyperglycémie) forcerait l'entrée de glucose dans le cardiomyocyte via SMIT1. Ceci déclencherait une entrée de sodium dans la cellule, créant un signal ionique responsable d'une augmentation de la production de ROS. SMIT1 jouerait de cette manière un rôle de senseur au glucose. En aval de SMIT1, PKCP2 serait un élément de signalisation nécessaire à l'activation de NOX2. En effet, nous avons montré que la phosphorylation de PKCP2 est induite en condition hyperglycémique, et que l'inhibition des PKCP contrecarre la production de ROS induite par l'hyperglycémie. Afin de confirmer le rôle de SMIT1 dans le phénomène de glucotoxicité, nous avons surexprimé SMITI dans des cardiomyocytes à l'aide d'une construction adénovirale pour en évaluer l'effet sur la détection de l'hyperglycémie. La surexpression de SMITI induit une augmentation de la sensibilité des cardiomyocytes au glucose. L'activation de NOX2 et l'élévation de la production de ROS sont en effet quasi maximales à 10 mM de glucose (parrapport à 21 mM dans la situation contrôle). L'activation de PKCP2 est également augmentée à seulement 1O mM de glucose.

Myocytes, Cardiac --- SLC5A3 protein, mouse --- SLC5A3 protein, human --- Glucose

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This eBook is a collection of articles from a Frontiers Research Topic. Frontiers Research Topics are very popular trademarks of the Frontiers Journals Series: they are collections of at least ten articles, all centered on a particular subject. With their unique mix of varied contributions from Original Research to Review Articles, Frontiers Research Topics unify the most influential researchers, the latest key findings and historical advances in a hot research area! Find out more on how to host your own Frontiers Research Topic or contribute to one as an author by contacting the Frontiers Editorial Office: frontiersin.org/about/contact

Science: general issues --- Physiology --- Calcium --- Arrhythmia (any) --- Heart Failure --- Calcium signalling --- Ventricular --- Atrial --- cardiac myocytes --- Calcium --- Arrhythmia (any) --- Heart Failure --- Calcium signalling --- Ventricular --- Atrial --- cardiac myocytes

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Both insulin and amino acids lead to the activation of the mTOR/p70S6K pathway in the heart. The molecular mechanisms involved in the insulin pathway are well-known. By contrast, the pathway by which the amino acids induce the activation of mTOR/p70S6K need to be fully elucidated. In this study, we attempted to highlight variations in the regulation of cardiac p70S6K during the postnatal development. First, we studied the effects of two amino acids, leucine and glutamine, as well as insulin, on p70S6K activation in the heart of NMRI mice of 2, ¾ and 12 weeks of age. Hearts from overnight fasted mice were perfused by the Langendorff method. In parallel, similar experiments have been done in adult and newborn rat cardiomyocytes in primary culture. We showrd that insulin and leucine significantly increased p70S6K activation and phosphorylation in all ages and in both models. However, we noticed a difference in sensitivity towards insulin and leucine. Indeed, in the two weeks-old mice, leucine had a more important effect than insulin and this phenomenon is reversed at the adult stage. In parallel, we observed an opposite effect of glutamine on p70S6K regulation in the adult cardiomyocytes compared to those of newborn. Indeed, in the latter, glutamine induced p70S6K activation whereas, it became an inactivator of the same protein kinase at 12 weeks. PKB, which is responsible of the insulin-dependent activation of p70S6K, is clearly not involved in these amino acids effects. Indeed PKB seemed to be insensitive to leucine and glutamine in both models. Moreover, we tried to elucidate the molecular mechanisms implicated in the activation of p70S6K by leucine in adult hearts. We used rapamycin which is an mTOR inhibitor, and two PI3K inhibitors, wortmannin and LY294002. These experiments, together with recent results obtained in the lab, demonstrated that leucine activated cardiac p70S6K via a PI3K-like/PDK1/mTOR-dependent but PKB independent pathway. L'insuline, tout comme les acides aminés mène à l'activation de la voie mTOR/p70S6K cardiaque. Contrairement à la voie de signalisation impliquée dans les effets de l'insuline qui est quasi totalement identifiée, la voie empruntée par les acides aminés contient encore beaucoup d'inconnues. Dans cette étude, nous avons tout d'abord tenté de mettre en évidence des variations de la régulation de la p70S6K cardiaque au cours du développement post-natal. Pour ce faire, nous avons étudié les effets des deux acides aminés, la leucine et la glutamine, ainsi que de l'insuline dans l'activation de la p70S6K cardiaque de souris NMRI de 2, 3/4 et 12 semaines. Les cœurs ont été perfusés par la méthode dite de Langendorff. Des expériences similaires ont été également conduites dans des cardiomyocytes de rats adultes et nouveaux-nés en culture primaire. Nous avons démontré que l’insuline et la leucine induisent bien la phosphorylation et l'activation de la p70S6K à tous les âges et ceci dans les deux modèles. Nous avons de plus remarqué qu'il existait une différence de sensibilité envers l'insuline et la leucine. En effet, chez la souris de 2 semaines, la leucine aurait un effet plus important que l'insuline sur l'activation et la phosphorylation de la p70S6K cardiaque alors que ce phénomène s'inverse au stade adulte. En parallèle nous avons observé un effet opposé de la glutamine sur la régulation de la p70S6K dans les cardiomyocytes adultes par rapport à ceux de nouveaux-nés. En effet, chez ces derniers, elle induit clairement une activation alors qu'à 12 semaines, elle serait plutôt inhibitrice de la p70S6K. La PKB qui est responsable de l'activation insulino-dépendante de la p70S6K, ne peut expliquer toutes ces différences de sensibilité aux acides aminés. La PKB semble, en effet, tout à fait insensible à la leucine et à la glutamine, quel que soit le modèle. Dans un second temps, nous avons tenté d'élucider les mécanismes moléculaires impliqués dans l'activation de la p70S6K cardiaque par la leucine chez l'adulte. L'utilisation de différents inhibiteurs en association aux travaux récents du laboratoire d'accueil, nous ont permis de démontrer que la leucine activait la p70S6K via une voie de signalisation dépendante d'une triade PI3K-like/PDK1/mTOR, indépendante de PKB et clairement différente de la voie de signalisation de l'insuline.

Ribosomal Protein S6 Kinases --- Leucine --- Protein Synthesis Inhibitors --- Heart --- Mice --- Leucine --- Leucine --- Myocytes, Cardiac