Les aldose réductases (AKR1B) sont des oxydoréductases dépendantes du NADPH initialement décrites pour leurs fonctions de détoxication cellulaire et de réduction du glucose. La découverte de l’expression d’Akr1b7 dans le tissu adipeux murin ainsi que l’activité prostaglandine F2α synthase (PGFS) spécifique de certaines isoformes suggèrent des rôles biologiques inédits pour ces enzymes. La prostaglandine F2α (PGF2α) inhibant l’adipogenèse, cette fonction PGFS met en avant l’implication des AKR1B dans la physiologie du tissu adipeux blanc (TAB). L’objectif de ces travaux était de caractériser l’expression de l’ensemble des AKR1B au sein des TAB murins et humains et de comprendre leur impact sur l’homéostasie du tissu adipeux et en particulier sur l’adipogenèse et la lipolyse. Nous avons montré que l’ensemble des AKR1B était exprimé dans le TAB murin. Akr1b3, Akr1b8 et Akr1b16 sont exprimées à la fois dans les fractions stroma‑vasculaires (contenant des cellules immunitaires, vasculaires, progénitrices…) et adipocytaires. A l’inverse, Akr1b7 n’est pas exprimé par les adipocytes. Les analyses réalisées in vitro indiquent qu’à l’exception d’Akr1b16, les isoformes murines des AKR1B voient leur expression augmenter précocement et transitoirement au cours de l’adipogenèse. Chez l’homme, l’isoforme AKR1B1 est exprimée dans le TAB sous‑cutané de patients obèses alors qu’AKR1B10 est difficilement détectable (western blot, RT‑qPCR). In vitro, l’expression d’AKR1B1 augmente tout au long de la différenciation adipocytaire contrairement à AKR1B10 qui est préférentiellement exprimé dans les cellules indifférenciées. L’utilisation d’un inhibiteur spécifique des AKR1B montre que l’activité PGFS d’AKR1B1 constitue un frein à l’adipogenèse. Nous montrons aussi que les mécanismes régulant l’action de la PGF2α diffèrent en fonction des espèces. Chez l’homme, l’expression du récepteur FP est régulée dans le temps alors que dans les cellules murines, c’est l’expression des PGFS et donc la synthèse de PGF2α qui définit, au cours de l’adipogenèse, la fenêtre d’action de cette prostaglandine. Les souris invalidées pour la PGFS Akr1b7 présentent une diminution des quantités intra‑tissulaires en PGF2α associée à une expansion accrue de leurs tissus adipeux due à une augmentation de l’adipogenèse et à une hypertrophie adipocytaire sans modification de l’expression des enzymes impliquées dans la lipogenèse (Volat et al., 2012). Ces données en accord avec le rôle anti‑adipogénique de la PGF2α suggèrent aussi une action sur la lipolyse. Nous démontrons ici que la perte d’Akr1b7 entraîne une diminution de l’activité lipolytique du TAB. L’utilisation de cellules murines (3T3‑L1) et humaines (hMADS) différenciées en adipocytes, nous a permis de montrer que la stimulation de l’activité lipolytique suite à l’activation du récepteur FP résultait en partie d’une augmentation de la phosphorylation de HSL (forme active) et de l’accumulation de la lipase ATGL. Le troisième volet de ce travail de thèse a consisté à caractériser un modèle de souris transgénique surexprimant AKR1B1 dans le TAB (souris aP2‑AKR1B1) afin d’étudier le rôle biologique de cette isoforme humaine. / Aldose reductases are NADPH-dependent oxydoreductases described for their involvement in cellular detoxification and glucose reduction. The discovery of Akr1b7 expression in murine adipose tissue together with the prostaglandin F2α Synthase (PGFS) activity of some isoforms suggest unreleased biological roles for these enzymes. Prostaglandin F2α (PGF2α) inhibiting adipogenesis, this PGFS function highlights AKR1B potential involvement in white adipose tissue (WAT) physiology. This work aimed at characterising the expression of all AKR1B in both murine and human WAT and understanding their impact on adipose tissue homeostasis and especially on adipogenesis and lipolysis. We showed that all AKR1B were expressed in murine WAT. Akr1b3, Akr1b8 and Akr1b16 were both expressed in the stromal vascular fraction (containing immune cells, vascular cells, progenitors…) and in the adipose fraction. In contrast, Akr1b7 was not expressed in adipocytes. In vitro analyses indicated that, except for Akr1b16, murine AKR1B isoform expression increased early and transiently during adipogenesis. In human, AKR1B1 was expressed in human subcutaneous WAT from obese patients whereas AKR1B10 was hardly detectable (western blot, RT‑qPCR). In vitro, AKR1B1 expression increased throughout adipocyte differentiation unlike AKR1B10, which was preferentially expressed in undifferentiated cells. Using an AKR1B specific inhibitor, we demonstrated that AKR1B1 PGFS activity was a dampen to adipogenesis. We also showed that mechanisms regulating PGF2α action differed according to the species. In human cells, the expression of FP receptor was time-regulated whereas, in murine cells, PGFS expression and thus, PGF2α synthesis, limited PGF2α activity during adipogenesis. Akr1b7 knockout mice have decreased PGF2α intratissular levels associated with an expansion of adipose tissue resulting from an increase of adipogenesis and an adipocyte hypertrophia without any modification of lipogenic enzymes expression (Volat et al., 2012). These data, in agreement with PGF2α anti-adipogenic action, suggest an impact on lipolysis. We demonstrated that loss of Akr1b7 led to a decrease of WAT lipolytic activity. The use of murine (3T3‑L1) and human (hMADS) differentiated cells allowed us to show that the stimulation of lipolysis in response to FP activation was, in part, due to an increase of HSL phosphorylation (active form) and an increase of ATGL accumulation. The third part of this work consisted in characterizing the phenotype of transgenic mice overexpressing AKR1B1 in WAT (aP2‑AKR1B1 mice) in order to study the biological role of this human isoform.

Le développement du tissu adipeux blanc est finement régulé par des facteurs pro- et anti- adipogéniques. Au cours de l’obésité, son expansion conduit à de nombreuses complications métaboliques. A ce jour, peu de données sont disponibles sur les facteurs qui contrôlent négativement son développement. Dans ce contexte, le laboratoire a dirigé ses recherches sur le rôle de l’aldose réductase murine Akr1b7 dans ce tissu. Akr1b7 est exprimée dans la fraction stromale vasculaire du tissu adipeux blanc et possède un effet anti-adipogénique sur les préadipocytes en culture. La réalisation et l’analyse de souris invalidées pour le gène Akr1b7 nous a permis de démontrer que la perte de Akr1b7 entraîne une expansion de la masse adipeuse par une hypertrophie et une hyperplasie des adipocytes associées à une insulino-résistance. Les souris Akr1b7-/- ne sont pas hyperphagiques mais présentent un métabolisme basal réduit. Akr1b7 qui possède une activité prostaglandine synthase, régule le développement excessif du tissu adipeux par deux mécanismes dépendant de la PGF2α à savoir, l’inhibition de l’adipogenèse et de la lipogenèse. D’autre part, nous avons développé un modèle de souris transgéniques sur-exprimant l’aldose réductase humaine AKR1B1 dans le tissu adipeux. Contre toute attente et à l’inverse de Akr1b7, ce modèle montre un effet pro-adipogénique deAKR1B1. Ces données in vivo révèlent des activités inédites et opposées entre différentes isoformes d’aldose réductase et ouvrent de nouvelles pistes pour appréhender les mécanismes contrôlant l’homéostasie adipeuse et ses dérèglements. / White adipose tissue development is tightly regulated by pro-and anti-adipogenic factors. In obesity, its increased development leads to many metabolic complications. To date, little is known about the factors that control negatively its growth. In this context, the laboratory has focused researches on the murine aldose reductase Akr1b7 role in white adipose tissue. Akr1b7 is expressed in stromal vascular fraction of white adipose tissue and exhibits an anti-adipogenic action on a preadipocyte cell line. Generation and study of Akr1b7-/- knockout mice allows us to demonstrate that lack of Akr1b7 leads to adipose tissue expansion due to hypertrophy and hyperplasia of adipose cells associated to insulin resistance. Akr1b7-/- mice are not hyperphagic but show reduced basal metabolic rate. This phenotype confirms Akr1b7 involvement in adipose tissue physiology. Akr1b7 regulates development of adipose tissue by a PGF2α-dependent inhibition of both adipogenesis and lipogenesis. On the other hand, we have developed a transgenic murine model over-expressing the human aldose reductase AKR1B1 in adipose tissue. Against all odds and contrary to Akr1b7, this model shows a pro-adipogenic effect of AKR1B1. These in vivo data reveal new and opposed activities of different aldose reductase isoforms and open new avenues to understand the mecanisms regulating fat homeostasis and its disturbances.

Le développement du tissu adipeux blanc est finement régulé par des facteurs pro- et anti- adipogéniques. Au cours de l'obésité, son expansion conduit à de nombreuses complications métaboliques. A ce jour, peu de données sont disponibles sur les facteurs qui contrôlent négativement son développement. Dans ce contexte, le laboratoire a dirigé ses recherches sur le rôle de l'aldose réductase murine Akr1b7 dans ce tissu. Akr1b7 est exprimée dans la fraction stromale vasculaire du tissu adipeux blanc et possède un effet anti-adipogénique sur les préadipocytes en culture. La réalisation et l'analyse de souris invalidées pour le gène Akr1b7 nous a permis de démontrer que la perte de Akr1b7 entraîne une expansion de la masse adipeuse par une hypertrophie et une hyperplasie des adipocytes associées à une insulino-résistance. Les souris Akr1b7-/- ne sont pas hyperphagiques mais présentent un métabolisme basal réduit. Akr1b7 qui possède une activité prostaglandine synthase, régule le développement excessif du tissu adipeux par deux mécanismes dépendant de la PGF2α à savoir, l'inhibition de l'adipogenèse et de la lipogenèse. D'autre part, nous avons développé un modèle de souris transgéniques sur-exprimant l'aldose réductase humaine AKR1B1 dans le tissu adipeux. Contre toute attente et à l'inverse de Akr1b7, ce modèle montre un effet pro-adipogénique deAKR1B1. Ces données in vivo révèlent des activités inédites et opposées entre différentes isoformes d'aldose réductase et ouvrent de nouvelles pistes pour appréhender les mécanismes contrôlant l'homéostasie adipeuse et ses dérèglements.