Introduction : La glucuronidation a pour effet de rediriger l’élimination des acides biliaires (AB) vers l’urine. En état cholestatique, caractérisé par une interruption du flux biliaire, ce métabolisme pourrait représenter une cible pharmacologique car il peut être stimulé par certains agonistes de récepteurs nucléaires. Le rein exprime aussi toutes les protéines œuvrant cette voie biologique, donc, cet organe est suspecté comme étant un joueur prédominant dans l’homéostasie des AB lors de cholestase. Objectif 1 : Évaluer l’effet de la glucuronidation sur la toxicité des AB. Après avoir déterminé la toxicité différentielle des AB dans le modèle cellulaire hépatique HepG2 en utilisant des tests moléculaires classiques (mesure de l’activité de la caspase 3, évaluation de la nécrose et de l’apoptose par FACS et mesure de la prolifération cellulaire par MTS et BCA), nous avons démontré que la glucuronidation des AB diminuait leurs propriétés pro-nécrotique et pro-apoptotique, ainsi que leur toxicité générale. Objectif 2 : Caractériser la glucuronidation hépatique et rénale des AB. L’expression (protéine et ARNm) des UGT a été quantifiée dans le foie et le rein humain. Ensuite, les constantes cinétiques de la glucuronidation rénale et hépatique des AB ont été déterminées, ce qui a mené à l’exposition des propriétés allostériques de ces réactions. Objectif 3 : Caractériser la glucuronidation des AB effectuées par les membres de la famille des UGT2A. Des microsomes surexprimant soit l’UGT2A1, l’UGT2A2 ou l’UGT2A3 ont été utilisés en essais enzymatiques afin d’extrapoler leurs constantes cinétiques de la glucuronidation des AB. Les enzymes UGT2A1 et UGT2A2 ont démontrées une excellente activité de glucuronidation des AB. Conclusion : La glucuronidation des AB diminue leur toxicité et semble être effectuée par un complexe oligomérique. Le mécanisme enzymatique catalysant la glucuronidation des AB dans le foie et le rein présente des différences majeures, mais offre un rendement similaire en état physiologique normal. Cependant, le rein possède une meilleure capacité d’adaptation à une surcharge d’AB. En somme, les résultats présentés indiquent que la glucuronidation rénale et hépatique des AB est une cible thérapeutique pour le traitement de la cholestase, cependant, elle doit être mieux caractérisée afin d’être optimisée et utilisée. / Introduction: Glucuronidation redirect bile acids (BA) elimination toward the urine. During cholestasis, a condition characterized by a bile flow interruption, this metabolism may represent a pharmacological target, because it can be stimulated by numerous nuclear receptor agonists. The kidney also expresses all proteins involved in this biological pathway, therefore, this organ is suspected as a predominant player in BA homeostasis during cholestasis. Objective 1: Evaluate the effect of glucuronidation on BA toxicity. After determining the differential BAs toxicity in the selected liver model cell (HepG2) using molecular tests (caspase 3 activity measurement, necrosis and apoptosis evaluation by FACS and proliferation assessment using MTS reduction and total protein content evaluated by BCA), we have demonstrated that BA glucuronidation decreased their pro-necrotic and pro-apoptotic properties, and, therefore, their general toxicity. Objective 2: Characterizing the hepatic and renal BA glucuronidation. The expression (protein and mRNA) of various UGT was quantified in human liver and kidney. Then, the kinetic constants for BA glucuronidation in human kidney and liver extracts were determined, which led to the exposure of the allosteric properties of these reactions. Objective 3: Characterizing BA glucuronidation carried out by UGT2As. Microsomes over-expressing either UGT2A1, UGT2A2 or UGT2A3 have been used in enzyme assays to extrapolate the kinetic constants for BA glucuronidation by these enzymes. UGT2A1 and UGT2A2 Glucuronidation decreases BAs toxicity and seems to be performed by a oligomeric enzyme complex. Major differences have been observed between the liver and kidney enzymatic mechanism of BA glucuronidation, but they offers similar performance in normal physiological state. However, the kidney has a better ability to adapt to an overload of BA. In sum, the results presented in this thesis indicate that renal and hepatic BA glucuronidation is a therapeutic target for the treatment of cholestasis, however, it must be better characterized and optimized in order to be used.

Titre de l'écran-titre (visionné le 8 novembre 2023) / Problématique : Les acides biliaires (AB), métabolites hépatiques du cholestérol, peuvent subir une glucurono-conjugaison qui limite leurs effets cytotoxiques et pro-inflammatoires et facilite leur élimination. Nous croyons que d'exploiter ce mécanisme permettrait de diminuer le fardeau des AB dans les maladies cholestatiques auto-immunes (MCAI). Cependant, des enzymes β-glucuronidase (GUS) au niveau du microbiote intestinal ont la capacité de renverser la réaction de glucuronidation hépatique. Les objectifs de mon projet étaient donc de : i) valider et caractériser la contribution des GUS à la « re-toxification » des AB-G; ii) identifier les facteurs contrôlant cette activité; et iii) déterminer le potentiel de modulation. Méthode : Des essais enzymatiques in vitro mesurant l'activité GUS ont été réalisés en présence de 11 espèces d'AB-G avec : des contenus intestinaux et des selles murines, différentes GUS bactériennes recombinantes ainsi que des selles provenant de volontaires sains ou de patients avec MCAI. Nous avons mesuré l'activité GUS avant et après la consommation de poudre de bleuets lyophilisée (PBL) ou de framboises surgelées (FS) ainsi qu'en présence d'inhibiteurs GUS pharmacologiques précédemment identifiés. Résultats : Les AB-G sont efficacement déconjugués in vitro chez la souris et chez l'humain (avec ou sans MCAI). On observe une grande variabilité selon l'individu, selon l'espèce et selon le site de glucuronidation sur le squelette des AB. Pour la modulation, la supplémentation en PBL diminue de manière sexe-dépendante l'activité GUS tandis que la réponse à la consommation de FS est plus hétérogène. Les approches pharmacologiques ont confirmé une possible inhibition de l'activité GUS envers les AB-G. Conclusion : En illustrant la capacité des GUS du microbiote intestinale à réactiver les AB et en montrant le potentiel de modulation d'une approche pharmaco-nutritionnelle, nos résultats contribuent à établir l'activité GUS comme une nouvelle cible pour la détoxification des AB dans le traitement des MCAI. / Problematic: Bile acids (BAs), hepatic metabolites of cholesterol, can undergo glucuronide conjugation, which limits their cytotoxic and pro-inflammatory effects and increases their elimination. We believe that harnessing this mechanism could reduce the burden of BAs in autoimmune cholestatic diseases (ACD). However, β-glucuronidase (GUS) enzymes in the gut microbiota can reverse this hepatic glucuronidation. The objectives of my project were to: i) validate and characterize the contribution of GUS to the "re-toxification" of BA-G; ii) identify the factors controlling this activity; and iii) determine the potential for modulation. Method: In vitro enzymatic assays measuring GUS activity were performed in the presence of 11 species of BA-G, using murine intestinal contents and feces, various recombinant bacterial GUS enzymes, as well as stool samples from healthy volunteers or patients with ACD. We measured GUS activity before and after the consumption of freeze-dried blueberry powder (BBP) or frozen raspberries (FR), as well as in the presence of previously identified pharmacological inhibitors. Results: BA-Gs are efficiently deconjugated in vitro in both mice and humans (with or without ACD). There is a high variability, depending on species, the site of glucuronidation on the BA skeleton and between individual. Regarding modulations, BBP supplementation decreases GUS activity in a sex-dependent manner, while the response to FR consumption is more heterogeneous. Pharmacological approaches confirmed a possible inhibition of GUS activity towards BA-Gs. Conclusion: By illustrating the ability of gut microbiota GUS enzymes to reactivate BAs and demonstrating the modulation potential of a pharmaco-nutritional approach, our results contribute to establishing GUS activity as a new target for the detoxification of BAs in ACDs.

Le rôle des acides biliaires a évolué ces dernières années passant de simples molécules solubilisatrices des lipides à des composés à activité métabolique. En plus de leur fonction dans l’absorption des lipides post-repas, ils ont été montrés comme stimulant de nombreuses voies de signalisation modulant l’expression de gènes clefs du métabolisme et de nombreux mécanismes physiologiques via l’activation de récepteurs spécifiques tels que les récepteurs « Farnesoid X receptor » (FXR) et le récepteur membranaire couplé à une protéine G, TGR5. La protéine TGR5 codée par le gène GPBAR1, aussi connue sous le nom de « G-protein-membrane-type receptor for bile acids » (M-BAR) est le premier récepteur couplé à une protéine G spécifique aux acides biliaires ayant été mis en évidence. Cette protéine est exprimée dans de nombreux tissus clefs du métabolisme énergétique tels que les cellules L intestinales, le tissu adipeux, les reins, le muscle squelettique et le pancréas. En réponse à la fixation des acides biliaires au récepteur TGR5, celui-ci va être internalisé et sa sous-unité GαS va être libérée. Ce mécanisme va ensuite activer l’adénylate cyclase et augmenter la production d’AMPc à l’origine de l’activation des voies de signalisations liées à la protéine kinase A (PKA). Une fois activée, la PKA va induire la phosphorylation des protéines « cAMP-response element-binding » (CREB) et permettre la modulation de l’expression de gènes cibles.Ces dernières années de nombreux travaux ont eu pour but d’étudier le rôle du récepteur TGR5 dans le métabolisme. Chez la souris, l’activation du récepteur TGR5 stimule la dépense énergétique dans le tissu adipeux brun et dans le muscle squelettique et prévient le développement de l’obésité et de l’insulino-résistance induites par un régime riche en graisses. Le récepteur TGR5 est également impliqué au niveau des cellules L intestinales sécrétrices du GLP-1. Il y joue un rôle essentiel dans l’homéostasie glucidique via la régulation de l’activité pancréatique, des sécrétions de l’insuline et du glucagon, de l’inhibition de la vidange gastrique ou encore de la modulation des messages de satiété via des voies neuroendocrines. TGR5 présente également des fonctions immunologiques avec une expression connue dans les cellules de l’immunité telles que les monocytes, les macrophages alvéolaires ou encore les cellules de Kupffer. TGR5 a également été mis en évidence comme régulateur des mécanismes d’inflammations via les macrophages avec une diminution de l’expression des cytokines pro-inflammatoires. A l’opposé, l’activation de TGR5 serait impliquée dans de nombreux processus pathologiques tels que, le développement de carcinomes gastro-intestinaux, les pancréatites, la lithiase biliaire, suggérant un rôle potentiel du récepteur TGR5 dans la régulation de voies de signalisation responsables de la prolifération et de la mort cellulaire [...] / Bile acids (BAs) have evolved over the years from being considered as simple lipid solubilizers to metabolically active molecules. In addition to their function in dietary lipid absorption, they have also been shown to activate farnesoid X receptor (FXR) and TGR5 receptors to initiate signaling pathways and regulate metabolic gene transcription. TGR5 (encoded by the GPBAR1 gene), also known as G-protein-membrane-type receptor for bile acids (M-BAR) or G-protein-coupled bile acid receptor 1 (GPBAR1), was the first identified G-protein coupled receptor specific for bile acids. In normal individuals, the highest level of GPBAR1 mRNA expression was reported in the gallbladder, placenta and spleen, followed by moderate expression in other tissues including lungs, liver, stomach, small intestine and adipose tissue, with a relatively low level of expression in kidney, skeletal muscles and pancreas. In response to binding of BAs to the ligand-binding pocket of the TGR5 protein, the TGR5 receptor is internalized and the GαS subunit is released. This mechanism leads to activation of adenylate cyclase and an increase in cAMP production resulting in induction of the protein kinase A (PKA) pathway. Subsequently, PKA phosphorylates the cAMP-response element-binding protein (CREB) and enhances the transcription of its target genes in response to extracellular signals.To date, extensive work has been done to investigate the role of TGR5 in metabolism. In rodents, BA-activated TGR5 receptor stimulates energy expenditure in brown adipose tissue and skeletal muscle and prevents obesity and insulin resistance induced by a high fat diet. TGR5 is also implicated in intestinal L-cells secreted GLP-1, which plays an essential role in glucose homeostasis through the stimulation of glucose-dependent-insulin-secretion and inhibition of glucagon secretion, inhibition of gastric emptying and increasing satiety through neuroendocrine pathways. In terms of the immunological function of TGR5, it is now known that TGR5 is expressed in several immune cells such as monocytes, alveolar macrophages and Kupffer cells. The beneficial effects of TGR5 on macrophage-driven inflammation include reduced proinflammatory cytokine expression, thus protecting against atherosclerosis and liver steatosis. On the contrary, TGR5 activation has also been implicated in itch and analgesia, gastrointestinal-tract cell carcinogenesis, pancreatitis, and cholelithiasis, suggesting a potential role for TGR5 as a regulator of signal transduction pathways responsible for cell proliferation and apoptosis. BAs may also influence islet function via both direct and indirect mechanisms as recent studies have shown that Farnesoid X receptor (FXR) is expressed by pancreatic beta cells, and regulates insulin signaling in cultured cell lines. Kumar et al., [14] also reported that the TGR5 agonists INT-777 + oleanolic acid (OA) stimulated glucose-mediated insulin release via TGR5 activation, also in cultured cells. Still, little is known about the regulation of TGR5 expression or its involvement in pancreatic hormone secretion in response to physiological or pathological conditions such as T2D, as these studies have been performed mainly in cultured cell lines. In these contexts, the biological function of TGR5 remains enigmatic. The aim of the present study was first to establish the specific expression of TGR5 in human pancreatic islet cell subtypes. Then, a cross-sectional cohort of human islets isolated from individuals with various degrees of insulin resistance was exploited to determine if TGR5 expression and function was modified in T2D. Finally to determine if targeting TGR5 is clinically relevant, human islets were treated in-vitro with a specific agonist of TGR5 or with siRNA directed against TGR5 and hormone secretion assessed to establish whether TGR5 activation or inhibition modulate pancreatic hormone secretion.

Ces dernières années, l'implication du microbiote intestinal dans la physiopathogénie des maladies inflammatoires chroniques de l'intestin (MICI) a été mise en évidence. Le but de nos travaux est de déterminer l'impact de la dysbiose sur l'écosystème intestinal au cours des MICI. Ces trois études nous ont permis de confirmer le rôle central de la dysbiose associée aux MICI : d'une part comme outil potentiellement prédictif de rechute, précédant une inflammation locale ou systémique, d'autre part comme acteur dans l'apparition d'un déséquilibre de l'écosystème intestinal. Ce déséquilibre est marqué par l'altération de l'activité enzymatique du microbiote modifiant le pool d'acides biliaires dans la lumière intestinale et pouvant affecter les effets anti-inflammatoires de certains acides biliaires sur les cellules épithéliales intestinales participant ainsi à une inflammation chronique au cours des MICI. Par ailleurs, cette dysbiose est possiblement entretenue par un déficit en défensine hBD1 et HD5, perpétuant une inflammation chronique intestinale.Ces résultats renforcent le rôle proéminent du microbiote dans l'évolution des MICI et suggèrent que la restauration de la normobiose au cours de la maladie devrait être un nouveau but dans la prise en charge de ces patients. / In recent years, the involvement of intestinal microbiota in the pathogenesis of inflammatory bowel disease (IBD) has been established. The aim of our study was to determine the impact of dysbiosis in intestinal ecosystem of IBD patients.These three studies allowed us to confirm the fundamental role of IBD-associated dysbiosis. First, IBD-associated dysbiosis has been identified as a potential predictive tool of relapse, before local or systemic inflammation. Second, IBD-associated dysbiosis has been involved as an actor in the emergence of an imbalance of intestinal ecosystem. This imbalance was characterised by an alteration of microbiota enzymatic activity leading to modifications in the luminal bile acid pool composition and may affect the anti-inflammatory effects of some bile acids on gut epithelial cells and could participate in the chronic inflammation loop of IBD. Moreover, a deficiency in the antimicrobial defense systems of defensins may be an explanation for the break of the antibacterial barrier function in inflammatory bowel diseases maintaining dysbiosis.These results reinforce the prominent role of the microbiota in the development of IBD and suggest that restoring normobiosis could be a new goal for optimal IBD management.

Chez l’homme, des données cliniques décrivent une association entre des pathologies hépatiques et des désordres de la fertilité masculine. Plusieurs modèles expérimentaux de cholestase ont permis de confirmer ce lien et de souligner un impact sur la physiologie testiculaire. De manière intéressante, une telle corrélation existe aussi bien à l’âge adulte que dans des modèles animaux en période pré-pubertaire. Pour autant, le lien moléculaire pouvant expliquer cette association physiopathologique n’a pas été exploré. L’ensemble des hépatopathies a pour dénominateur commun une augmentation des taux plasmatiques d’acides biliaires et ce dès les stades les plus précoces de la maladie. Dans ce contexte, l’hypothèse de l’impact délétère des acides biliaires sur la fonction reproductrice reste à définir. Notre projet de recherche s’articule autour de l’analyse d’un modèle murin d’atteinte hépatique induite par un régime supplémenté en acide cholique. Nos résultats principaux montrent que : 1) lors d’une exposition pubertaire, l’activation supra-physiologique des signalisations Fxrα conduit à un défaut de maturation sexuelle associé à une altération de la fonction endocrine du testicule ; 2) dans un contexte d’exposition à l’âge adulte, l’activation excessive du récepteur membranaire Tgr5 par les acides biliaires est associées à une hypofertilité. Celle-ci s’accompagne d’une altération de la spermatogenèse consécutive à un détachement progressif de l’épithélium séminifère et à une apoptose spécifique des spermatides ; 3) enfin, nos conclusions démontrent pour la première fois l’impact transgénérationnel de l’exposition aux acides biliaires. Sur deux générations successives, les descendants des mâles adultes nourris par un régime supplémenté en acide cholique présentent des anomalies développementales et métaboliques. Dépendantes de l’action de Tgr5, ces dernières sont attribuées à des altérations de l’épigénome des spermatozoïdes issus des mâles exposés aux acides biliaires. En conclusion, nos données démontrent que, dans des conditions cholestatiques, les acides biliaires altèrent les fonctions de reproduction notamment par leurs impacts sur les fonctions testiculaires. Au regard du nombre croissant de personnes souffrant de troubles hépatiques, ces effets délétères des acides biliaires pourraient contribuer à l’augmentation de l’incidence de l’infertilité masculine. Des molécules agonistes des signalisations FXRα et TGR5 sont aujourd’hui envisagées dans le cadre du traitement de pathologies courantes de notre société. Dans ce contexte, notre étude permettra d’alerter les instances sanitaires quant aux conséquences de l’accès à de tels traitements sur la fertilité et la santé des générations futures. / Clinical data describe an association between liver diseases and disorders of male fertility. Several experimental models of cholestasis have confirmed this link and highlight an impact on testicular physiology. Interestingly, such correlation exists in adult as well as in during pre-pubertal animals. However, the molecular links have not been explored yet. The increase of plasma bile acids levels is a common feature of liver diseases. In this context, the hypothesis of the deleterious impact of bile acids on reproductive function remains to be defined. For that purpose, we used a mouse model of liver injury induced by a diet supplemented with cholic acid. Main results show that: 1) supra-physiological activation of Fxra, during pubertal period, alters endocrine function of the testis and then sexual maturation. 2) during adult age excessive activation of membrane receptor TGR5 by bile acids leads to subfertility. This is associated with impaired spermatogenesis due to a detachment of the seminiferous epithelium and specific apoptosis of spermatids. 3) Finally, we show for the first time the transgenerational impact of bile acid exposure. Two generations of progenies from males exposed to bile acid-diet show developmental and metabolic abnormalities. These effects, mediated by TGR5, are correlated with alterations of the spermatozoa epigenome. In conclusion, our data demonstrate that bile acids affect reproductive functions with impacts on testicular functions. In line with the increasing number of people with liver diseases, the deleterious effects of bile acids may contribute to the incidence of male infertility. Interestingly, agonists of FXRα and TGR5 are now considered in the treatment of several diseases. In this context, our study might alert health authorities regarding the potential consequences of these treatments on fertility and health futures generations.

La maladie alcoolique du foie (MAF) regroupe l’ensemble des lésions qui apparaissent suite à une consommation excessive et chronique d’alcool. A consommation d’alcool égale, les patients n’évolueront pas tous vers les formes sévères de la maladie. Le microbiote intestinal est un cofacteur déterminant dans la sévérité de la MAF. Parmi les métabolites fécaux entre des souris recevant le microbiote intestinal de patients avec des lésions sévères ou non, les acides biliaires ont été identifiés comme les plus discriminants. Le récepteur aux acides biliaires TGR5, exprimé sur les cellules de Kupffer, favorise leur profil anti-inflammatoire.Nous avons évalué l’impact du récepteur TGR5 dans la MAF chez des souris déficientes pour ce récepteur. La déficience en TGR5 aggrave la MAF, sans passer par une modulation de la cellule de Kupffer. C’est en fait le microbiote intestinal qui est impacté chez les souris déficientes pour TGR5, et qui médie cette aggravation.Par ailleurs, afin de moduler le microbiote intestinal au cours de la MAF, nous avons évalué le rôle de la pectine, qui favorise la croissance de certaines bactéries et peut chélater les acides biliaires. Malgré ses propriétés chélatantes, ce sont bien les modifications du microbiote intestinal induites par la pectine qui jouent un rôle protecteur et curatif dans la MAF.Ces différentes études devraient permettre d’identifier des cibles thérapeutiques potentiellement applicables chez des patients alcooliques et basées sur la modulation du microbiote intestinal. / Alcoholic liver disease (ALD) includes all the liver injuries occurring as a result of excessive and chronic alcohol consumption. Nevertheless, among heavy drinker, only a subset of individuals will develop severe liver injury. Intestinal microbiota was identified as a major player in the mechanisms involved in ALD. Moreover, bile acids were the most discriminant faecal metabolites between mice with or without liver injury. The bile acids receptor TGR5, which is expressed on Kupffer cells, promotes their anti-inflammatory profile.We assessed the role of bile acids receptor TGR5 in ALD using TGR5-deficient mice. TGR5-deficiency worsens ALD, but without modulating the Kupffer cells profile. However, intestinal microbiota is impaired in TGR5-deficient mice, and this is responsible for ALD worsening.Furthermore, in order to modulate the intestinal microbiota during ALD, we assessed the role of pectin, which is known to promote the growth of certain bacteria and that is a bile acids sequestrant. Despite its sequestrant properties, pectin-induced changes in intestinal microbiota play a protective and curative role in ALD.These studies will allow the identification of new therapeutic targets that could be used for alcoholic patients, using intestinal microbiota modulation.

Les acides biliaires ont une importance primordiale dans le maintien de l'homéostasie du cholestérol. Malgré ce rôle physiologique majeur, les acides biliaires peuvent devenir toxiques pour l'organisme à haute concentration. Puisque les différents acides biliaires possèdent une toxicité qu'il leur est propre, il est important de déterminer la composition exacte de l'ensemble de ces molécules dans l'organisme. Ceci est particulièrement vrai lors d'interruption du flux biliaire, aussi connu sous le nom de cholestase, au cours de laquelle une accumulation hépatique excessive de ces molécules survient. Le but de nos travaux était de caractériser les niveaux des différentes formes d'acides biliaires chez des sujets sains et des patients cholestatiques souffrant de PBC, PSC et sténose biliaire afin de déterminer les profils de base. De plus, nous avons analysé l'effet de deux traitements, le Fenofibrate et le drainage biliaire, afin de déterminer s'ils avaient la capacité de moduler les niveaux d'acides biliaires toxiques pour les faire revenir à des valeurs normales. Nous avons ainsi quantifié 28 molécules (7 acides biliaires libres, 5 conjugués à la taurine, 4 à la glycine, 1 au groupement sulfate et 11 au groupement glucuronidé) grâce à la chromatographic liquide couplée à la spectrométrie de masse. Nous avons démontré une accumulation des espèces toxiques, telles que l'acide cholique conjugué à la taurine, en circulation chez les patients cholestatiques. Concernant les traitements, nous avons observé que le Fenofibrate module les niveaux des acides biliaires chez les sujets sains, et ce, de façon plus importante chez les hommes que chez les femmes. Le drainage biliaire permet de réduire radicalement les acides biliaires toxiques, comme les acides primaires conjugués aux acides aminés, chez des patients souffrant d'obstruction biliaire. Un deuxième volet consistait à caractériser la glucuronidation du norUDCA, un dérivé synthétique C23 de l'acide ursodéoxycholique (UDCA), qui est le seul médicament approuvé pour le traitement de la PBC. L'identification de l'UGTI A3 comme principale responsable est d'une importance capitale, puisque la glucuronidation est la voie majeure d'élimination de cette molécule. Ces travaux ont permis d'enrichir les connaissances concernant la modification du profil d'acides biliaires circulants par des pathologies cholestatiques ainsi que par des traitements, en plus de caractériser le métabolisme d'acides biliaires naturels et synthétiques chez l'homme.

The biliary epithelium is organized as a single layer of biliary epithelial cells (BECs) lining the biliary tree. BECs have three major biological functions: protection, secretion and proliferation. These functions may all be controlled by bile salts, the main constituents of bile. We therefore determined if human gallbladder-derived BECs exhibited bile salt transport activities that affect their secretory functions. We could show that the apical bile acid sodium- dependent transporter (ASBT) is expressed and functional in primary cultures of human BECs. Once transported inside BECs, bile salts stimulate chloride and mucin secretion through intracellular pathways linked to calcium. In BECs, the secretion process is however mainly elicited by membrane receptors that signal through the intracellular second messenger cAMP. We could show in a subsequent study that bile salts potentiate cAMP-regulated secretion in BECs by stimulating adenylyl cyclase activity through PKC α and δ. One of the most potent bile secretagogues is the vasoactive intestinal peptide, which exerts its effects through the vasoactive intestinal peptide receptor-1 (VPAC1). We have shown that VPAC1 is expressed in all major cell types participating in bile formation in humans (i.e. hepatocytes, intrahepatic and gallbladder biliary epithelial cells). Moreover, VPAC1 displays a gradient of expression along the human biliary tree, the gallbladder showing the highest level of expression. Interestingly, we could show that bile salts regulate VPAC1 expression in BECs through the farnesoid X receptor (FXR), indicating that bile salts may also regulate BECs secretion through transcriptional control. The secretory activities of BECs may be seen as a protective mechanism avoiding excessive exposure to toxics, such as endotoxins. We have shown that bile salts may also exert protection by controlling the expression of the antimicrobial peptide cathelicidin. Bile salts induced cathelicidin expression through two distinct nuclear receptors, FXR and the vitamin D nuclear receptor (VDR). Taken together, our results indicate that bile salts control BECs biological functions through post-traductional and transcriptional control. The involvement of VDR in the control of BECs biology may be of particular interest because VDR hepatic expression is restricted to non-parenchymal liver cells, such as BECs or resident hepatic macrophages (i.e. Kupffer cells).

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

L’homéostasie énergétique ou ‘balance énergétique’ est l’équilibre qui s’établit chez l’Homme et l’animal adulte entre la prise quotidienne de nutriments sous la forme de glucides, de lipides ou de protéines et leur oxydation pour ne produire que la quantité énergétique strictement nécessaire. Pour maintenir cette balance l’organisme doit recueillir en permanence des signaux nerveux, métaboliques ou hormonaux de la part de cellules spécifiques. Ces senseurs des besoins énergétiques transmettent alors à des centres régulateurs leurs informations qui en retour, par voie hormonale ou nerveuse, informent les organes effecteurs des mesures à prendre pour stocker, produire ou consommer l’énergie. Les trois principaux centres de cette balance sont 1/ le cerveau, centre intégrateur de l’information ; 2/ un groupe d’organes effecteurs parmi lesquels le foie, le tissu adipeux, les muscles squelettiques, le pancréas et 3/ un centre senseur de la qualité et de la quantité des aliments, le tractus gastrointestinal (Migrenne 2006). En plus d’être la source d’énergie nécessaire à la vie des cellules, les nutriments tels que les acides gras, le cholestérol ou encore le glucose sont aussi des molécules de signalisation cellulaire à la fois par leur fixation à des récepteurs membranaires mais aussi via des récepteurs nucléaires. Un déséquilibre dans l’homéostasie énergétique dû à une alimentation déséquilibrée, à un manque d’exercice physique ou à des facteurs génétiques est une caractéristique de l’obésité et de complications telles que le diabète de type 2 et les maladies cardiovasculaires (Hill, 2006). Au cours de ma thèse je me suis intéressé à l’intestin pour son rôle de régulateur de l’homéostasie énergétique dans un contexte physiologique ou physiopathologique d’obésité via sa capacité à sécréter l’incrétine Glucagon-Like Peptide-1 (GLP-1) en réponse au glucose et aux acides biliaires. J’ai étudié plus particulièrement le rôle du récepteur nucléaire en tant que senseurs moléculaires des acides biliaires FXR dans les cellules sécrétrices de cette incrétine car à l’heure actuelle rien n’était connu quant à son rôle ni même quant à son expression dans la cellule L. Pour cela, j’ai utilisé des lignées cellulaires murines et humaines où j’ai mis au point les conditions expérimentales pour répondre aux questions posées. Grâce à des ARN d’intestins issus de différents modèles de souris la relevance chez le rongeur a été testée. La relevance de ces résultats sur des biopsies intestinales humaine a également été testée. Grâce à ces outils, j'ai pu montré que FXR dans les cellules L était fonctionnel et que son activation interférait avec la voie de la glycolyse entrainant moins de synthèse et de sécrétion de GLP-1. Cela nous a permis de proposer un nouveau mécanisme moléculaire par lequel les séquestrants des acides biliaires exercent leur effets bénéfiques chez des patients atteints de diabète de type 2. / Originally identified as dietary lipid detergents, bile acids (BA) are now recognized as signaling molecules which bind to the transmembrane receptor TGR5 and the nuclear receptor FXR (Farnesoid X Receptor). Upon binding to TGR5 at the surface of enteroendocrine L cells, bile acids (BA) promote the secretion of the incretin GLP-1 which potentiates the glucose-induced insulin secretion by pancreatic beta-cells. More than 50% of the insulin secretion in response to glucose is mediated by GLP-1 and the other incretin Glucose-dependent Insulinotropic Polypeptide (GIP). Once secreted, GLP-1 is rapidly (2-3 minutes) degraded by the endothelial enzyme Dipeptydil Peptidase 4 (DPP4). GLP-1 analogues and DPP4 inhibitors are successfully used for the treatment of T2D. FXR is a ligand-activated nuclear receptor highly expressed in the liver and in the distal intestine. FXR controls BA, lipid and glucose metabolism. Whether FXR is expressed, functional in intestinal enteroendocrine L cells and in which extend its activation affects GLP-1 production are not yet reported. Encouraging data were obtained during my M2 training course. The aim of my thesis was thus to assess whether FXR in enteroendocrines cells could participate in the control of the deregulation of glucose homeostasis. Multiple in vitro, ex vivo and in vivo human and murine models allowed us to show that FXR is present and functional in L cells. FXR activation decreases GLP-1 production and secretion in L cells by inhibiting glycolysis pathway through an interference with the carbohydrate responsive transcription factor ChREBP. Finally, I identified an additional mechanism of action of the bile acid sequestrant Colesevelam, a molecule currently successfully used in USA for treating type 2 diabetic patients.