Pregnancy is a unique event in the life span of islet beta-cells. Under the influence of pregnancy islet beta-cells undergo major long term up-regulatory structural and functional changes in response to the increased demand for insulin. Adaptive changes that occur in islets during normal pregnancy include: 1) increased glucose-stimulated insulin secretion with a lowered threshold for glucose-stimulated insulin secretion, 2) increased insulin synthesis, 3) increased beta-cell proliferation and islet volume, 4) increased gap-junctional coupling among beta-cells, 5) increased glucose metabolism, and 6) increased c-AMP metabolism. Of the islet changes that occur during pregnancy the increase in beta-cell division and enhanced glucose sensitivity of insulin secretion are most notable. The increase in beta-cell division leads to an increase in islet mass that contributes to the ability of islets to respond to the increased need for insulin. However, the increased glucose sensitivity of beta-cells is likely to be more important. The lowering of the threshold for glucose stimulated insulin secretion is the primary mechanism by which beta-cells can release significantly more insulin under normal blood glucose concentrations. Although the hormonal changes which occur during pregnancy are complex, it appears that lactogenic influences (either placental lactogen and/or prolactin) are sufficient to induce all of the up-regulatory changes that occur in islets during pregnancy. We have demonstrated that rat placental lactogens I and II are the hormones responsible for up-regulating islets during rodent pregnancy. Although most studies have been done using rodent islets, available evidence strongly suggests that human placental lactogen and/or human prolactin are the responsible lactogens for up-regulating islets during human pregnancy. A model for how lactogens up-regulate islets during pregnancy is proposed.

Adaptation of islets of Langerhans to pregnancy: Beta cell growth

Intrauterinegrowthrestriction(IUGR)increasessusceptibil-ity to age-related diseases, including type 2 diabetes (T2DM),and is associated with permanent and progressive changes ingene expression. Our study was designed to test whether epi-genomic dysregulation mediates the cellular memory of thisintrauterine event. To test this hypothesis, we isolated pancre-atic islets from control and IUGR (induced by bilateral uterineartery ligation at day 18 of fetal life) animals at 7 weeks of age.Using the HELP (HpaII tiny fragment enrichment by ligation-mediated PCR) assay, we generated the first DNA methylationmapatalmost1millionuniquesitesthroughouttheratgenomein normal pancreatic islet cells, allowing us to identify thechangesthatoccurasaconsequenceofIUGR.Wevalidatedcan-didate dysregulated loci with quantitative assays of cytosinemethylationandgeneexpression.IUGRchangescytosinemeth-ylation at 1,400 loci (false discovery rate of 4.2%) in male ratsat 7 weeks of age, preceding the development of diabetes andthusrepresentingcandidatelociformediatingthepathogenesisof metabolic disease that occurs later in life. Epigenetic dys-regulation occurred preferentially at conserved intergenicsequences,frequentlyneargenesregulatingprocessesknownto be abnormal in IUGR islets, such as vascularization, -cellproliferation, insulin secretion, and cell death, associatedwith concordant changes in mRNA expression.These resultsdemonstratethatepigeneticdysregulationisastrongcandidatefor propagating the cellular memory of intrauterine events,causing changes in expression of nearby genes and long termsusceptibility to type 2 diabetes.

Experimental Intrauterine Growth Restriction Induces Alterations in DNA Methylation and Gene Expression in

Durant ces dernieres annees, de nombreuses etudes epidemiologiques ont mis en evidence que les pathologies metaboliques (obesite, diabete) et cardiovasculaires pourraient, en partie, se determiner des la grossesse, via des perturbations de l’environnement intra-uterin. La notion de « programmation fœtale » implique qu’une alteration durant la vie fœtale perturberait le developpement du fœtus et le vulnerabiliserait au developpement ulterieur de pathologies. Ainsi, un enfant qui nait avec un tres faible poids de naissance (inferieur a 2,4 kg) ou a l’inverse avec un poids de naissance tres eleve (superieur a 4,0 kg) est statistiquement plus vulnerable au developpement de ces maladies. Pour etudier ce phenomene et tenter d’en comprendre les mecanismes, nous avons utilise des modeles experimentaux (rat, souris) et evalue l’action et l’expression de deux substances vasodilatatrices : le Fasudil (un inhibiteur des Rho kinases) et l’hormone apeline. Les rates gestantes traitees par le L-NAME, un inhibiteur de la NO synthase (50 mg/jour) presentaient une hypertension arterielle et leurs nouveau-nes un retard de croissance intra-uterin (RCIU) de l’ordre de 20%. L’administration aux meres de Fasudil (10 mg/jour) permettait de restaurer une pression arterielle normale en fin de gestation et ameliorait considerablement la croissance fœtale des animaux exposes au L-NAME. Cependant, alors que les animaux nes avec un RCIU (nouveau-nes L-NAME) ne presentaient que peu de perturbations metaboliques a l’âge adulte, les animaux exposes au Fasudil seul etaient rapidement en surpoids, presentaient une hyperglycemie a jeun et developpaient des troubles du comportement alimentaire de type hyperphagique. D’autre part, par une etude menee chez des souris obeses et intolerantes au glucose apres exposition a un regime hyperlipidique, nous avons demontre que l’expression genique de l’apeline est alteree dans plusieurs organes (foie, rein, tissu adipeux) bien que l’apelinemie des souris obeses reste inchangee. Des etudes en voie de finalisation sont menees afin de determiner si le systeme apelinergique est module chez des souris gestantes obeses a la fois chez les compartiments maternels et fœtaux mais aussi dans le placenta. En conclusion, nous avons demontre que l’inhibition de la voie des Rho kinases en fin de gestation programme chez la descendance un surpoids, une hyperglycemie et a une alteration de la prise alimentaire. Ayant demontre que le systeme apelinergique est altere chez des souris femelles obeses et intolerantes au glucose, il nous reste a determiner si ce systeme est aussi perturbe en condition de grossesse associee a l’obesite maternelle.

https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00979470/document

Altération de la croissance fœtale et programmation métabolique : étude de l’implication des Rho-kinases et du système apelinergique chez les rongeurs

De nombreuses donnees indiquent qu’un petit poids a la naissance, resultant en partie d’une sous-nutrition materno-fœtale, est associe a une augmentation de la morbidite et de la mortalite durant la periode neonatale, et conduit egalement a un risque accru de developper a l'âge adulte un syndrome metabolique (diabete de type 2, obesite, hypertension arterielle et dyslipidemie). Les mecanismes de cette programmation prenatale sont encore mal connus et impliqueraient plusieurs molecules et systemes physiologiques distincts. De nombreuses etudes suggerent que le placenta serait implique dans la programmations de ces pathologies metaboliques. En effet, celui-ci constitue un organe de communication entre la mere et son fœtus et participe a la regulation de l'homeostasie fœtale. En raison de la proportion croissante de femmes presentant des troubles de la nutrition durant la grossesse et en lien avec leurs repercussions potentielles chez la descendance, il est necessaire de mieux comprendre les interactions entre l’alimentation maternelle et l’unite fœto-placentaire et d’identifier les mecanismes impliques dans les alterations de la croissance fœtale. En consequent, le placenta constitue un organe de choix pour etudier les interactions entre l’alimentation maternelle et le fœtus au cours de la grossesse. Durant cette these, nous avons tente d’identifier de nouvelles voies moleculaires placentaires impliquees dans le controle de la croissance fœtale chez le rat, puis d'etudie l'expression de ces facteurs dans des placentas humains provenant de grossesses impliquant des anomalies de la croissance fœtale. Comme la malnutrition maternelle constitue une part importante dans l'etiologie de la restriction de croissance intra-uterine (RCIU), nous avons utilise un modele experimental effectue chez le rat, qui consiste en une reduction (de 50% a 70%) de la ration alimentaire quotidienne maternelle durant la gestation. Ces regimes conduisent a des troubles de la croissance de l'unite fœto-placentaire reveles par des reductions drastiques du poids du placenta et des poids de naissance a terme. Afin d'identifier de nouvelles voies placentaires impliquees dans RCIU, nous avons utilise deux methodologies differentes: une approche proteomique et une evaluation de deux proteines recemment caracterisees.Premierement, nous avons etudie le proteome placentaire chez le rat RCIU provenant de meres denutris par une analyse proteomique (2D-PAGE et spectrometrie de masse). Cette strategie nous a permis de decouvrir de nouvelles voies modulees par le RCIU et, etonnamment, des modulations importantes ont ete observees pour plusieurs proteines mitochondriales, suggerant un effet cible de la denutrition sur ces organites. Par la suite, en utilisant diverses techniques d'analyses moleculaires, proteomiques et fonctionnelles, nous avons montre que ces organites elaborent une reponse adaptative a la restriction alimentaire maternelle qui pourrait avoir des consequences sur la regulation de la croissance fœtale. Deuxiemement, nous avons etudie deux autres proteines atypiques: le brain-derived neurotrophic factor et l'hormone apeline. Nos resultats suggerent que ces deux facteurs pourraient etre impliques, au niveau placentaire, dans le controle de la croissance fœtale a la fois chez le rat et chez l'homme. En conclusion, comme les techniques cliniques actuelles ne permettent pas de diagnostiquer avec precision un RCIU, nos resultats pourraient permettre une meilleure comprehension de la physiopathologie placentaire et permettre de developper de nouveaux marqueurs de diagnostique et/ou de traitement dans le but d'ameliorer la croissance placentaire et fœtale en conditions pathologiques.

https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00829097/document

Retard de croissance intra-utérin et vulnérabilité au syndrome métabolique : recherche de marqueurs placentaires dans un modèle de dénutrition maternelle prénatale et chez l'Homme

Sylvain Mayeur

Papers

Retard de croissance intra-utérin et vulnérabilité au syndrome métabolique : recherche de marqueurs placentaires dans un modèle de dénutrition maternelle prénatale et chez l'Homme