1. Mitochondrial reactive oxygen species are obligatory signals for glucose-induced insulin secretion
- Author
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Melis Karaca, Julien Castel, Luc Pénicaud, Christophe Magnan, Lionel Carneiro, Corinne Leloup, Anne-Laure Colombani, Louis Casteilla, Alain Ktorza, Cécile Tourrel-Cuzin, Delon, Viviane, Développement et Communication Chimique chez les Insectes ( DCCI ), Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Université de Bourgogne ( UB ) -AgroSup Dijon - Institut National Supérieur des Sciences Agronomiques, de l'Alimentation et de l'Environnement, Laboratoire de physiopathologie de la nutrition ( LPN ), Université Paris Diderot - Paris 7 ( UPD7 ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Centre de recherche sur les Ions, les MAtériaux et la Photonique ( CIMAP - UMR 6252 ), Université de Caen Normandie ( UNICAEN ), Normandie Université ( NU ) -Normandie Université ( NU ) -Ecole Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen ( ENSICAEN ), Normandie Université ( NU ) -Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Neurobiologie, plasticité tissulaire et métabolisme énergétique ( NPTME ), Université Paul Sabatier - Toulouse 3 ( UPS ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Développement et Communication Chimique chez les Insectes (DCCI), Université de Bourgogne (UB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de physiopathologie de la nutrition (LPN), Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre de recherche sur les Ions, les MAtériaux et la Photonique (CIMAP - UMR 6252), Université de Caen Normandie (UNICAEN), Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN), Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche sur les Matériaux Avancés (IRMA), Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN), Normandie Université (NU)-Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (INSA Rouen Normandie), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Neurobiologie, plasticité tissulaire et métabolisme énergétique (NPTME), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Bourgogne (UB)-AgroSup Dijon - Institut National Supérieur des Sciences Agronomiques, de l'Alimentation et de l'Environnement, Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN), Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Caen Normandie (UNICAEN), and Normandie Université (NU)
- Subjects
Male ,Mitochondrial ROS ,medicine.medical_specialty ,Endocrinology, Diabetes and Metabolism ,medicine.medical_treatment ,[ SDV.AEN ] Life Sciences [q-bio]/Food and Nutrition ,chemistry.chemical_element ,Calcium ,Mitochondrion ,Biology ,Superoxide dismutase ,Islets of Langerhans ,03 medical and health sciences ,chemistry.chemical_compound ,Adenosine Triphosphate ,0302 clinical medicine ,Superoxides ,Internal medicine ,Insulin Secretion ,Internal Medicine ,medicine ,Animals ,Insulin ,Secretion ,Chromans ,Rats, Wistar ,030304 developmental biology ,chemistry.chemical_classification ,0303 health sciences ,Reactive oxygen species ,Superoxide Dismutase ,Superoxide ,NAD ,Mitochondria ,Rats ,Kinetics ,[SDV.AEN] Life Sciences [q-bio]/Food and Nutrition ,Glucose ,Endocrinology ,Islet Studies ,chemistry ,biology.protein ,Thapsigargin ,Reactive Oxygen Species ,[SDV.AEN]Life Sciences [q-bio]/Food and Nutrition ,030217 neurology & neurosurgery ,Signal Transduction - Abstract
OBJECTIVE—Insulin secretion involves complex events in which the mitochondria play a pivotal role in the generation of signals that couple glucose detection to insulin secretion. Studies on the mitochondrial generation of reactive oxygen species (ROS) generally focus on chronic nutrient exposure. Here, we investigate whether transient mitochondrial ROS production linked to glucose-induced increased respiration might act as a signal for monitoring insulin secretion. RESEARCH DESIGN AND METHODS—ROS production in response to glucose was investigated in freshly isolated rat islets. ROS effects were studied using a pharmacological approach and calcium imaging. RESULTS—Transient glucose increase from 5.5 to 16.7 mmol/l stimulated ROS generation, which was reversed by antioxidants. Insulin secretion was dose dependently blunted by antioxidants and highly correlated with ROS levels. The incapacity of β-cells to secrete insulin in response to glucose with antioxidants was associated with a decrease in ROS production and in contrast to the maintenance of high levels of ATP and NADH. Then, we investigated the mitochondrial origin of ROS (mROS) as the triggering signal. Insulin release was mimicked by the mitochondrial-complex blockers, antimycin and rotenone, that generate mROS. The adding of antioxidants to mitochondrial blockers or to glucose was used to lower mROS reversed insulin secretion. Finally, calcium imaging on perifused islets using glucose stimulation or mitochondrial blockers revealed that calcium mobilization was completely reversed using the antioxidant trolox and that it was of extracellular origin. No toxic effects were present using these pharmacological approaches. CONCLUSIONS—Altogether, these complementary results demonstrate that mROS production is a necessary stimulus for glucose-induced insulin secretion.
- Published
- 2009