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.

La survenue de lésions hépatiques représente une cause majeure de retrait des médicaments au cours de leur développement et après leur mise sur le marché. La manifestation la plus fréquente des effets secondaires liés aux médicaments est lacholestase qui résulte d’un blocage de la sécrétion biliaire. Ils peuvent être prévisibles, généralement dépendants de la dose, ou dans certains cas n’être observés que chez un nombre restreint de patients traités, par exemple avec la chlorpromazine (CPZ), un neuroleptique. Il s’agit alors d’une hépatotoxicité idiosyncratique. Notre travail a eu pour but d’induire une cholestase avec ce médicament et d’étudier les mécanismes impliqués, en présence ou non d’un stress inflammatoire en utilisant comme modèle expérimental les cellules hépatiques différenciées HepaRG dérivées d’un cholangio-hépatocarcinome humain. Nous avons tout d’abord validé ce modèle en montrant que les principaux transporteurs d’influx et d’efflux canaliculaires et basolatéraux sont bien localizes dans les domaines membranaires appropriés, et que les canalicules biliaires sont fonctionnels et fermés comme dans les hépatocytes humains cultivés en sandwich, le modèle de référence. Le traitement par CPZ à une concentration élevée (50μM) entraine après 15min la génération d’un stress oxydant associé à une altération du potentiel membranaire mitochondrial et de la distribution péricanaliculaire des microfilaments de F-actine et à une inhibition de l’efflux canaliculaire de l’acide taurocholique. Après 24h, on observe notamment une inhibition de l’expression des deux principaux transporteurs canaliculaires, BSEP et MDR3, du transporter d’influx NTCP et une surexpression du transporteur basolatéral MRP4. Ces effets suggèrent une réponse compensatrice des cellules face à l’accumulation intracellulaire des acides biliaires. L’inflammation est considérée comme un facteur de susceptibilité dans l’hépatotoxicité idiosyncratique. Nous avons recherché si dans un context inflammatoire induit par l’IL-6 et l’IL-1β, les effets cytotoxiques et cholestatiques de CPZ sont aggravés. Après un prétraitement de 24h par les deux cytokines proinflammatoires, les cellules HepaRG, ont été co-exposées à 20μM CPZ pendant 1 à 5 jours. Bien que les cytokines aient induit un stress inflammatoire et inhibé le métabolisme de la CPZ et les transcrits de CYP3A4 et CYP1A2, deux principaux CYPs impliqués dans le métabolisme de ce médicament, la modulation des effets cytotoxiques et cholestatiques de la CPZ observés est restée limitée, y compris après 5 jours. Une cytotoxicité accrue de 20% et une amplification de l’inhibition des transcrits et de l’activité de NTCP ainsi que la dérégulation de l’expression d’autres gènes liés à la cholestase, ont été constatées suite au co-traitement à CPZ et aux cytokines. Au total, nos résultats montrent qu’il est possible d’induire une cholestase in vitro à partir des cellules HepaRG et que la cholestase induite par CPZ a pour origine l’induction d’un stress oxydant. Ils montrent en outre que l’étude de certains facteurs de susceptibilité peut être envisagée. / Drug-induced liver injury is the major cause of drug withdrawal during development and marketing process. The most common manifestation of adverse drug reactions is cholestasis, which results from alteration of bile flow. Adverse drug reactions are usually classified either as dose-dependent and reproducible (intrinsic) or unpredictable (idiosyncratic) occurring only in certain susceptible patients as observed with chlorpromazine (CPZ), a neuroleptic drug. Our work aimed to induce cholestasis with this drug and to study the mechanisms involved in the presence or absence of an inflammatory stress using differentiated HepaRG liver cells derived from a human cholangio-hepatocarcinoma as an experimental model. We firstly validated this cell model by demonstrating that the major canalicular and basolateral influx and efflux transporters are localized to the appropriate membrane domains, and that the bile canaliculi are functional and closed as in sandwichcultured human hepatocytes, the reference model. Treatment with CPZ at a high concentration (50μM) induces, as early as 15min, generation of oxidative stress which is associated with altered mitochondrial membrane potential, disruption of the pericanalicular F-actin cytoskeleton distribution and inhibition of canalicular efflux of taurocholic acid. After 24-hour treatment with CPZ, mRNA expression of the two main canalicular bile transporters, BSEP and MDR3, and of the main influx transporter, NTCP, was decreased. By contrast, expression of MRP4 mRNA, a basolateral transporter, was increased. These latter events likely represent hepatoprotective responses which aim to reduce intrahepatic accumulation of toxic BA. Inflammation is considered as a factor of susceptibility to idiosyncratic hepatotoxicity. We investigated whether in an inflammatory stress induced by IL-6 and IL-1β, cytotoxic and cholestatic effects of CPZ are exacerbated. After a 24 hour pre-treatment by either pro-inflammatory cytokines, HepaRG cells were co-exposed to 20μM CPZ for 1 to 5 days. Although cytokines have induced inflammatory stress and inhibited the metabolism of CPZ and transcripts of CYP3A4 and CYP1A2, two main CYPs involved in the metabolism of this drug, the modulation of cytotoxic and cholestatic effects of CPZ was limited, even after 5 daily treatments. Increased cytotoxicity by 20 %, amplification of NTCP mRNA and activity inhibition and deregulation of the expression of other genes associated with cholestasis, were observed in CPZ- and cytokine-co-treated cells. Altogether, our results show that it is possible to induce in vitro cholestasis using HepaRG cells and that CPZ-induced cholestasis depends on the generation of oxidative stress. They also show that the certain susceptibility factors may be investigated.

L'alcool est une des principales causes de maladie du foie en Europe avec peu d'options thérapeutiques. Parmi les consommateurs d'alcool, seul certains patients vont évoluer vers des formes sévères d'atteinte hépatique et le microbiote intestinal a été identifié comme cofacteur de cette susceptibilité individuelle. Il interagit avec le foie notamment via la production de métabolites bactériens tels que les acides biliaires secondaires.L'objectif de ce travail a été dans un premier temps d'analyser le microbiote intestinal, au sein d’une cohorte de patients alcooliques à différents stades de la maladie alcoolique du foie, et d’étudier sa relation avec les acides biliaires. Dans un deuxième temps, ce projet avait pour but d’étudier s’il était possible d'améliorer l'atteinte hépatique liée à l'alcool, en modulant le microbiote intestinal, dans un modèle animal de maladie alcoolique du foie.Les patients avec une atteinte hépatique sévère liée à l'alcool ont un profil d’acides biliaires plus hydrophobe, et donc plus toxique, associé à une dysbiose et à des modifications des fonctions bactériennes. Ces modifications des fonctions bactériennes participent à la gravité de la maladie. La modulation du microbiote par la pectine, un prébiotique, permet de prévenir mais également de faire régresser les lésions hépatiques chez la souris. Les effets protecteurs de la pectine sont corrélés avec le métabolisme du tryptophane.Ce travail de thèse montre que le microbiote intestinal et ses métabolites sont une cible thérapeutique potentielle dans la maladie alcoolique du foie. Il ouvre la porte à la réalisation d'essais cliniques chez l'homme dans lesquels nous pourrions limiter la progression des lésions hépatiques liées à l'alcool en contrôlant le microbiote intestinal grâce à l’utilisation de la pectine ou du métabolisme du tryptophane. / Alcohol is one of the main causes of alcoholic liver disease in Europe with few therapeutic options. Among alcohol consumers, only a part of these patients will develop severe liver lesions. This individual susceptibility is driven by intestinal microbiota. Intestinal microbiota interacts with the liver through the production of bacterial metabolites including the secondary bile acids.The aim of my project, was firstly to study the relationship between the intestinal microbiota and the bile acids composition depending on the severity of alcoholic liver disease in a cohort of alcoholic patients. Secondly, I assessed the improvement of alcohol induced liver lesions by changing the intestinal microbiota in a mouse model of alcoholic liver disease.Patients with a severe form of alcoholic liver disease display a higher hydrophobic bile acid pool, more toxic, associated with a specific dysbiosis and changes in the bacterial functions. Changing the intestinal microbiota by using pectin, a prebiotic, prevents and reverts alcohol induced liver injury in mice. These protective effects of pectin involve changes in the tryptophan metabolism.In conclusion, these studies highlight that the intestinal microbiota and its metabolites are potential therapeutic targets for alcoholic liver disease. Moreover, pectin as an alimentary product could be proposed in the management of alcoholic liver disease in humans.

Les polymères amphiphiles sont largement utilisés pour les applications biomédicales et pharmaceutiques. Afin d’améliorer les chances de biocompatibilité des nouveaux polymères que nous voulons développer, nous avons utilisé des composés naturels, les acides biliaires, comme produits de départ dans la synthèse de ces polymères. De nouveaux polymères anioniques amphiphiles dérivés de l’acide cholique ont été préparés par polymérisation radicalaire par transfert d’atomes. Par un contrôle rigoureux des conditions de polymérisation, des bras de poly(acide acrylique) de différentes longueurs ont été greffés sur le squelette de l’acide cholique. L’architecture moléculaire des polymères a été étudiée par spectroscopie 1H RMN et par spectrométrie de masse. Ces polymères en étoile formés par l’acide biliaire modifié sont capables de s’agréger dans l’eau même si les groupements hydroxyles ont été remplacés par des segments plus volumineux. Il a été observé que les liaisons ester entre le polymère et le cœur d’acide cholique sont sensibles à l’hydrolyse en solution aqueuse. Pour remédier au problème de stabilité en solution aqueuse et pour avoir, en même temps, des bras hydrophiles non ioniques et biocompatibles, de l’oxyde d’éthylène a été polymérisé sur l’acide cholique par polymérisation anionique. Les liaisons éther formées entre le polymère et les groupements hydroxyles de l’acide biliaire sont plus stables que les liaisons ester sur le polymère de poly(acide acrylique). Les conditions de réaction de la polymérisation anionique ont été optimisées et ont donné des polymères aux architectures et aux masses molaires contrôlées. Les nouveaux polymères forment des agrégats sphériques tel qu’observé par microscopie électronique à transmission avec des échantillons préparés par la méthode de fracture à froid. Leur morphologie est différente de celle des agrégats cylindriques formés par les acides biliaires. Avec la méthode optimisée pour la polymérisation anionique, l’éther d’allyle et glycidyle a été polymérisé sur un dérivé d’acide cholique, suivi par une thiolation des liaisons doubles pour introduire l’amine ou l’acide sur la chaîne polymère. Cette addition radicalaire est efficace à plus de 90%. Les polymères qui en résultent sont solubles dans l’eau et s’agrègent à une certaine concentration critique. Il est particulièrement intéressant d’observer la thermosensibilité des polymères ayant des groupements amine, laquelle peut être modulée en acétylant partiellement les amines, donnant des points nuages entre 15 et 48°C. / Amphiphilic polymers are very useful in biomedical and pharmaceutical applications. To improve the biocompatibility of such polymers, we chose to use natural compounds such as bile acids as the starting material in the synthesis of the polymers. New anionic polymers have been prepared by atom transfer radical polymerization. Poly(acrylic acid) arms of various lengths have been grafted onto a bile acid core. The molecular architecture has been confirmed by 1H NMR spectroscopy and by mass spectrometry. The star polymers obtained from modified bile acid can aggregate in water, even though the hydroxyl groups were replaced by bulkier chains. The ester linkages between the polymers and the bile acid core are prone to hydrolysis in aqueous solutions. In order to improve the stability of the polymers in aqueous solutions and to introduce neutral and biocompatible hydrophilic arms, ethylene oxide has been polymerized onto a cholic acid core by anionic polymerization. The ether linkages formed between the hydroxyl groups of the bile acid and the poly(ethylene glycol) are more stable than the ester linkages formed with the poly(acrylic acid) polymers. The reaction conditions for the anionic polymerization have been optimized and provided well-defined polymers with narrow molecular weight distributions. The new polymers formed spherical aggregates as shown by transmission electron microscopy with samples prepared by the freeze-fracture technique. Their morphology is different from those of the cylindrical aggregates formed by bile salts. With the optimized method for anionic polymerization, allyl glycidyl ether was grafted onto a derivative of cholic acid, followed by thiolation, a radical addition, of the allyl groups to introduce amine or carboxylic acid groups to the polymer chains. This radical addition had an efficiency of more than 90%. The resulting polymers were water-soluble and were found to aggregate above a certain critical concentration. It is particularly interesting to observe thermosensitivity of the star polymers bearing amine groups. The thermosensitivity of such polymers can be further tuned by partial acetylation of the amine groups, yielding polymers with cloud points in the temperature range from 15 to 48°C.

Les matériaux utilisés pour les applications biomédicales doivent être biocompatibles, et idéalement biodégradables. Les acides biliaires proviennent de sources naturelles et sont présents dans le corps humain. De plus, les polyetsers composés en partie de ces molécules possèdent des liens hydrolysables, une mémoire de forme thermique, et leur flexibilité peut être variée. Jusqu’à présent, la synthèse de ces matériaux exigeait l’utilisation de catalyseurs contenant des métaux de transition lourds pour l’étape de macrocyclisation. Puisque la polymérisation par ouverture de cycle nécessite des précurseurs cycliques, l’étape de lactonisation fut réalisée par voie enzymatique, au lieu d’utiliser des catalyseurs à plus grande toxicité. De plus, une seule étape enzymatique a pu remplacer deux étapes de synthèse organique, avec un rendement de 58 % et l’obtention d’un matériel transparent. Ces macrocycles nouvellement obtenus ont par la suite été polymérisés par ouverture de cycle, de façon similaire à la technique élaborée par notre groupe en 2013, tout en optimisant la durée de réaction. En 15 heures, une masse molaire relativement grande de 40 000 g/mol fut obtenue, tout en maintenant la dispersité sous 1.4 et la température de transition vitreuse à 12 °C. Pour valider le principe de cyclisation et de polymérisation enzymatique, les conditions optimales pour combiner l’acide thapsique et le 1,10-decanediol furent préalablement déterminées. Entre autres, la durée de réaction et la quantité d’enzyme nécessaire furent analysées. Les polymères semi-crystallins obtenus possèdent aussi de grandes masses molaires et de basses dispersités. Or, il est possible d’utiliser un enzyme à la fois pour la fermeture et pour l’ouverture de cycle de molécules rigides à cœur stéroïdal, telles que les acides biliaires. Cette synthèse permet la production de matériaux plus biocompatibles, tout en favorisant plusieurs principes de chimie verte. / Materials used in biomedical applications need to be biocompatible and ideally biodegradable. Bile acids are natural occurring compounds found in humans, and their polyesters possess hydrolyzable bonds, thermal shape memory and tunable flexibility. Until now, the synthetic pathway to obtain such materials required transition metal catalysts for the macrocyclization step, which is necessary to perform ring-opening polymerization (ROP). To circumvent the need for such catalysts, enzymatic ring closing was performed using lipases. Conveniently, two synthetic steps were replaced with a single step, using a renewable and reusable catalyst, with 58 % yield and a colorless product. The bile acid-containing macrocycles were then enzymatically polymerized as described in our previous work, while optimizing the reaction time. In 15 hours, relatively high Mw of 40 000 g/mol were obtained, while maintaining the dispersity ≤ 1.4 and a glass transition temperature of about 12 °C. As a proof-of-concept, conditions for the enzymatic ring closure of thapsic acid with 1,10-decanediol were determined beforehand. While optimizing for enzyme amount and reaction time, enzymatic ROP conditions to obtain di- and tetralactones from these monomers were established. The resulting semi-crystalline polymers also possess relatively high molecular weight and low dispersity. Hence, the use of lipases for both ring-closing and ring-opening reactions now shows potential for large, rigid moieties in addition to more mobile structures, using the same enzyme. This is a step towards the production of more biocompatible polymers, with a synthetic pathway that follows many green chemistry principles.

Le récepteur X des farnésoïdes (FXR) fait partie de la superfamille des récepteurs nucléaires et agit comme un facteur de transcription suite à la liaison d’un ligand spécifique. Le récepteur FXR, activé par les acides biliaires, joue un rôle essentiel dans le métabolisme des lipides et du glucose en plus de réguler l’homéostasie des acides biliaires. Notre laboratoire a récemment mis en évidence une nouvelle voie de régulation du récepteur PPARγ en réponse au récepteur de la ghréline. En effet, la ghréline induit l’activation transcriptionnelle de PPARγ via une cascade de signalisation impliquant les kinases Erk1/2 et Akt, supportant un rôle périphérique de la ghréline dans les pathologies associées au syndrome métabolique. Il est de plus en plus reconnu que la cascade métabolique impliquant PPARγ fait également intervenir un autre récepteur nucléaire, FXR. Dans ce travail, nous montrons que la ghréline induit l’activation transcriptionnelle de FXR de manière dose-dépendante et induit également la phosphorylation du récepteur sur ses résidus sérine. En utilisant des constructions tronquées ABC et CDEF de FXR, nous avons démontré que la ghréline régule l’activité de FXR via les domaines d’activation AF-1 et AF-2. L’effet de la ghréline et du ligand sélectif GW4064 sur l’induction de FXR est additif. De plus, nous avons démontré que FXR est la cible d’une autre modification post-traductionnelle, soit la sumoylation. En effet, FXR est un substrat cellulaire des protéines SUMO-1 et SUMO-3 et la sumoylation du récepteur est ligand-indépendante. SUMO-1 et SUMO-3 induisent l’activation transcriptionnelle de FXR de façon dose-dépendante. Nos résultats indiquent que la lysine 122 est le site prédominant de sumoylation par SUMO-1, quoiqu’un mécanisme de coopération semble exister entre les différents sites de sumoylation de FXR. Avec son rôle émergeant dans plusieurs voies du métabolisme lipidique, l’identification de modulateurs de FXR s’avère être une approche fort prometteuse pour faire face à plusieurs pathologies associées au syndrome métabolique et au diabète de type 2. / The farnesoid X receptor (FXR) is a ligand-activated transcription factor within the nuclear receptor superfamily. FXR is activated by bile acids and plays a crucial role in the regulation of glucose and lipid metabolism and in bile acid homeostasis. Our group has recently identified the contribution of the ghrelin receptor in the regulation of the nuclear receptor PPARγ. Indeed, ghrelin triggers transcriptional activation of PPARγ through a concerted signaling cascade involving Erk1/2 and Akt kinases. These results support the peripheral actions of ghrelin in diseases associated with the metabolic syndrome. It is recognized that there is interplay between PPARγ metabolic cascade and FXR. Here, we demonstrate that ghrelin promotes FXR transcriptional activity in a dose-dependent manner and also promotes its phosphorylation on serine residues. By using truncated ABC and CDEF constructs of FXR, we found that ghrelin induces FXR activity through the AF-1 and AF-2 activation domains. The ghrelin-induced FXR activity is additive to the induction by the selective agonist GW4064. Also, we demonstrate that FXR is the target of sumoylation, another post-translational modification. In particular, FXR is modified by SUMO-1 and SUMO-3 in a ligand-independent manner. SUMO-1 and SUMO-3 promote dose-dependent transcriptional activity of FXR. Our results show that lysine 122 is the prevalent site of sumoylation by SUMO-1, though a compensation mechanism seems to exist between the various sumoylation sites of FXR. With its emerging role in several metabolic cascades, identification of FXR modulators represents a promising approach for the treatment of the metabolic syndrome and type 2 diabetes.

Les polymères amphiphiles sont largement utilisés pour les applications biomédicales et pharmaceutiques. Afin d’améliorer les chances de biocompatibilité des nouveaux polymères que nous voulons développer, nous avons utilisé des composés naturels, les acides biliaires, comme produits de départ dans la synthèse de ces polymères. De nouveaux polymères anioniques amphiphiles dérivés de l’acide cholique ont été préparés par polymérisation radicalaire par transfert d’atomes. Par un contrôle rigoureux des conditions de polymérisation, des bras de poly(acide acrylique) de différentes longueurs ont été greffés sur le squelette de l’acide cholique. L’architecture moléculaire des polymères a été étudiée par spectroscopie 1H RMN et par spectrométrie de masse. Ces polymères en étoile formés par l’acide biliaire modifié sont capables de s’agréger dans l’eau même si les groupements hydroxyles ont été remplacés par des segments plus volumineux. Il a été observé que les liaisons ester entre le polymère et le cœur d’acide cholique sont sensibles à l’hydrolyse en solution aqueuse. Pour remédier au problème de stabilité en solution aqueuse et pour avoir, en même temps, des bras hydrophiles non ioniques et biocompatibles, de l’oxyde d’éthylène a été polymérisé sur l’acide cholique par polymérisation anionique. Les liaisons éther formées entre le polymère et les groupements hydroxyles de l’acide biliaire sont plus stables que les liaisons ester sur le polymère de poly(acide acrylique). Les conditions de réaction de la polymérisation anionique ont été optimisées et ont donné des polymères aux architectures et aux masses molaires contrôlées. Les nouveaux polymères forment des agrégats sphériques tel qu’observé par microscopie électronique à transmission avec des échantillons préparés par la méthode de fracture à froid. Leur morphologie est différente de celle des agrégats cylindriques formés par les acides biliaires. Avec la méthode optimisée pour la polymérisation anionique, l’éther d’allyle et glycidyle a été polymérisé sur un dérivé d’acide cholique, suivi par une thiolation des liaisons doubles pour introduire l’amine ou l’acide sur la chaîne polymère. Cette addition radicalaire est efficace à plus de 90%. Les polymères qui en résultent sont solubles dans l’eau et s’agrègent à une certaine concentration critique. Il est particulièrement intéressant d’observer la thermosensibilité des polymères ayant des groupements amine, laquelle peut être modulée en acétylant partiellement les amines, donnant des points nuages entre 15 et 48°C. / Amphiphilic polymers are very useful in biomedical and pharmaceutical applications. To improve the biocompatibility of such polymers, we chose to use natural compounds such as bile acids as the starting material in the synthesis of the polymers. New anionic polymers have been prepared by atom transfer radical polymerization. Poly(acrylic acid) arms of various lengths have been grafted onto a bile acid core. The molecular architecture has been confirmed by 1H NMR spectroscopy and by mass spectrometry. The star polymers obtained from modified bile acid can aggregate in water, even though the hydroxyl groups were replaced by bulkier chains. The ester linkages between the polymers and the bile acid core are prone to hydrolysis in aqueous solutions. In order to improve the stability of the polymers in aqueous solutions and to introduce neutral and biocompatible hydrophilic arms, ethylene oxide has been polymerized onto a cholic acid core by anionic polymerization. The ether linkages formed between the hydroxyl groups of the bile acid and the poly(ethylene glycol) are more stable than the ester linkages formed with the poly(acrylic acid) polymers. The reaction conditions for the anionic polymerization have been optimized and provided well-defined polymers with narrow molecular weight distributions. The new polymers formed spherical aggregates as shown by transmission electron microscopy with samples prepared by the freeze-fracture technique. Their morphology is different from those of the cylindrical aggregates formed by bile salts. With the optimized method for anionic polymerization, allyl glycidyl ether was grafted onto a derivative of cholic acid, followed by thiolation, a radical addition, of the allyl groups to introduce amine or carboxylic acid groups to the polymer chains. This radical addition had an efficiency of more than 90%. The resulting polymers were water-soluble and were found to aggregate above a certain critical concentration. It is particularly interesting to observe thermosensitivity of the star polymers bearing amine groups. The thermosensitivity of such polymers can be further tuned by partial acetylation of the amine groups, yielding polymers with cloud points in the temperature range from 15 to 48°C.

Le récepteur X des farnésoïdes (FXR) fait partie de la superfamille des récepteurs nucléaires et agit comme un facteur de transcription suite à la liaison d’un ligand spécifique. Le récepteur FXR, activé par les acides biliaires, joue un rôle essentiel dans le métabolisme des lipides et du glucose en plus de réguler l’homéostasie des acides biliaires. Notre laboratoire a récemment mis en évidence une nouvelle voie de régulation du récepteur PPARγ en réponse au récepteur de la ghréline. En effet, la ghréline induit l’activation transcriptionnelle de PPARγ via une cascade de signalisation impliquant les kinases Erk1/2 et Akt, supportant un rôle périphérique de la ghréline dans les pathologies associées au syndrome métabolique. Il est de plus en plus reconnu que la cascade métabolique impliquant PPARγ fait également intervenir un autre récepteur nucléaire, FXR. Dans ce travail, nous montrons que la ghréline induit l’activation transcriptionnelle de FXR de manière dose-dépendante et induit également la phosphorylation du récepteur sur ses résidus sérine. En utilisant des constructions tronquées ABC et CDEF de FXR, nous avons démontré que la ghréline régule l’activité de FXR via les domaines d’activation AF-1 et AF-2. L’effet de la ghréline et du ligand sélectif GW4064 sur l’induction de FXR est additif. De plus, nous avons démontré que FXR est la cible d’une autre modification post-traductionnelle, soit la sumoylation. En effet, FXR est un substrat cellulaire des protéines SUMO-1 et SUMO-3 et la sumoylation du récepteur est ligand-indépendante. SUMO-1 et SUMO-3 induisent l’activation transcriptionnelle de FXR de façon dose-dépendante. Nos résultats indiquent que la lysine 122 est le site prédominant de sumoylation par SUMO-1, quoiqu’un mécanisme de coopération semble exister entre les différents sites de sumoylation de FXR. Avec son rôle émergeant dans plusieurs voies du métabolisme lipidique, l’identification de modulateurs de FXR s’avère être une approche fort prometteuse pour faire face à plusieurs pathologies associées au syndrome métabolique et au diabète de type 2. / The farnesoid X receptor (FXR) is a ligand-activated transcription factor within the nuclear receptor superfamily. FXR is activated by bile acids and plays a crucial role in the regulation of glucose and lipid metabolism and in bile acid homeostasis. Our group has recently identified the contribution of the ghrelin receptor in the regulation of the nuclear receptor PPARγ. Indeed, ghrelin triggers transcriptional activation of PPARγ through a concerted signaling cascade involving Erk1/2 and Akt kinases. These results support the peripheral actions of ghrelin in diseases associated with the metabolic syndrome. It is recognized that there is interplay between PPARγ metabolic cascade and FXR. Here, we demonstrate that ghrelin promotes FXR transcriptional activity in a dose-dependent manner and also promotes its phosphorylation on serine residues. By using truncated ABC and CDEF constructs of FXR, we found that ghrelin induces FXR activity through the AF-1 and AF-2 activation domains. The ghrelin-induced FXR activity is additive to the induction by the selective agonist GW4064. Also, we demonstrate that FXR is the target of sumoylation, another post-translational modification. In particular, FXR is modified by SUMO-1 and SUMO-3 in a ligand-independent manner. SUMO-1 and SUMO-3 promote dose-dependent transcriptional activity of FXR. Our results show that lysine 122 is the prevalent site of sumoylation by SUMO-1, though a compensation mechanism seems to exist between the various sumoylation sites of FXR. With its emerging role in several metabolic cascades, identification of FXR modulators represents a promising approach for the treatment of the metabolic syndrome and type 2 diabetes.