La maladie de Parkinson (MP) est caractérisée par une dégénérescence des neurones dopaminergiques de la substance noire. Elle est le plus souvent sporadique mais des formes familiales monogéniques existent, notamment dues à des mutations de PARK2 et de PINK1. Ces gènes codent pour l'ubiquitine-protéine ligase cytosolique Parkine et la sérine/thréonine kinase mitochondriale PINK1, deux acteurs majeurs du contrôle de qualité mitochondrial. Ce travail étudie le rôle de leur interaction au niveau de la membrane mitochondriale externe dans la régulation de l'homéostasie mitochondriale.Nous avons montré que l'association de PINK1 et Parkine au complexe d'import mitochondrial TOM lors d'un stress mitochondrial permet l'import de la grande majorité des protéines adressées à la mitochondrie ; que déstabiliser ce complexe suffit à initier la mitophagie ; et que l'activation de Parkine par PINK1 facilite l'import de son substrat HSD17?10. Nous avons développé un biosenseur moléculaire inductible, permettant d'étudier la voie d'import classique des protéines à pré-séquence. Nous avons également montré, dans un modèle neuronal, qu'un stress mitochondrial, en présence de Parkine, induit une forte augmentation de l'expression de gènes clés de la biogenèse mitochondriale ; et que ces gènes sont up-régulés de façon basale dans les neurones PARK2-/-, indiquant une possible altération de la réponse aigüe au stress.Ces résultats approfondissent notre connaissance de la physiopathologie des formes autosomiques récessives de MP en soulignant l'importance de la voie PINK1/Parkine dans l'import et la biogenèse mitochondriaux. / Parkinson’s disease (PD) is linked to a specific loss of dopaminergic neurons of the substancia nigra. The disease is most often sporadic but familial monogenic forms exist, for example due to mutations in PARK2 or PINK1. Those genes encore the cytosolic ubiquitin-protein ligase Parkin and the mitochondrial serine/threonine kinase PINK1, both essential for mitochondrial quality control. This work studies the role of their interaction at the outer mitochondrial membrane in the regulation of mitochondrial homeostasis. We found that the association of PINK1 and Parkin to the mitochondrial import TOM complex during mitochondrial stress induces the import of most proteins targeted to mitochondria; that destabilizing this complex is sufficient to initiate mitophagy; and that Parkin activation by PINK1 facilitates the import of its substrate, HSD17β10. We developed an inducible BRET-based molecular biosensor to study the classical pre-sequence import pathway. We also found, in a neuronal model, that mitochondrial stress induced a strong increase in the expression of mitochondrial biogenesis key genes, in the presence of Parkin; and that these genes are basally up-regulated in PARK2-/- neurons, possibly reflecting an alteration of acute stress response. These results increase our understanding of the pathophysiology of autosomal recessive forms of PD, underlining the importance of the PINK1/Parkin pathway in mitochondrial import and biogenesis.

L'énergie indispensable au fonctionnement de la cellule est produite principalement par la mitochondrie grâce au mécanisme de phosphorylation oxydative impliquant des protéines codées par le génome nucléaire et celui de la mitochondrie. La coordination transcriptionnelle de ces génomes est nécessaire à la biogenèse de mitochondries fonctionnelles, et est assurée par divers facteurs de transcription, tels que les NRFs (Nuclear Respiratory Factors) et les ERRs (Estrogen-Related Receptors). Leur efficacité transcriptionnelle est contrôlée par les coactivateurs de la famille PGC-1 (Peroxisome proliferator-activated receptor γ Coactivator-1) – PGC-1α, PGC-1β et PRC (PGC-1-Related Coactivator) – dont l'expression dépend de signaux endogènes ou environnementaux. Afin de préciser le rôle de PRC dans le dialogue nucléo-mitochondrial, nous avons utilisé plusieurs modèles cellulaires de carcinomes folliculaires thyroïdiens humains (RO82 W-1, FTC-133 et XTC.UC1) présentant une richesse en mitochondries, une orientation métabolique et des niveaux d'expression de PRC et de PGC-1α différents. Ce travail a mis en évidence le rôle clef du complexe ERRα–PRC dans la biogenèse de mitochondries fonctionnelles. PRC semble par ailleurs coordonner les phases du cycle cellulaire selon l'efficacité du métabolisme énergétique mitochondrial et le statut redox de la cellule. Dans ces modèles, notre travail a mis en évidence un rôle du monoxyde d'azote et du calcium comme régulateurs de la biogenèse et de la fonction mitochondriales PRC-dépendantes. L'ensemble de ces données fait du coactivateur PRC et des voies qui régulent sa fonction des cibles thérapeutiques potentielles dans les tumeurs.

Dans un premier temps, je me suis intéressé à la sous-unité ε de l’ATP synthase mitochondriale chez la levure, un organisme qui se prête bien à l’étude des fonctions mitochondriales. Cette protéine fait partie d’un élément de l’ATP synthase appelé la tige centrale. Celui-ci permet de coupler le domaine translocateur de protons de cette enzyme (FO) à son secteur catalytique (F1) où l’ATP est synthétisé. En utilisant un système d’expression régulable (répressible par la doxycycline), j’ai montré qu’en l’absence de la sous-unité ε les secteurs F1 et FO ne sont plus couplés, avec pour résultat des fuites massives de protons à travers la membrane interne des mitochondries. J’ai ensuite montré que l’absence de la sous-unité ε peut être compensée par des mutations ralentissant l’activité du FO. Ces données permettent de conclure que la sous-unité ε est nécessaire au maintien de l’intégrité physique de l’ATP synthase lors de son fonctionnement. Dans un second temps, j’ai cherché à identifier de nouveaux facteurs intervenant dans la biogenèse du FO. Pour cela, j’ai utilisé un crible génétique où la survie des cellules de levure est conditionnée à des mutations inactivation le FO. Un millier d’isolats a été analysé. Les mutations ont été localisées dans les génomes mitochondrial et nucléaire. Dix-huit clones, issus de mutations n’affectant pas des facteurs connus pour être nécessaires à l’expression de l’ATP synthase, ont été entièrement séquencés. Plusieurs nouveaux systèmes cellulaires potentiellement impliqués dans la biogenèse du FO ont été identifiés. / At first, I am interested in the ε subunit of mitochondrial ATP synthase in yeast, an organism that is well suited for the study of mitochondrial functions. This protein is a part of the ATP synthase called central stalk. This allows the coupling of proton translocator domain of this enzyme (FO) to its catalytic domain (F1) where ATP is synthesized. Using a tetO expression system, I showed that in the absence of the ε subunit, F1 and FO domains are no longer coupled. It results in a massive proton leakage across the inner membrane of mitochondria. I then showed that the absence of the ε subunit can be compensated by mutations slowing the activity of FO. These data allow to conclude that the ε subunit is necessary to maintain the physical integrity of the ATP synthase for oxydative phosphorylation. Later, I tried to identify new factors involved in the biogenesis of the FO. For this, I used a genetic screen where the survival of yeast cells is conditioned by mutations inactivating the FO. About a thousand clones were analyzed. The mutations were localized in mitochondrial and nuclear genomes. Eighteen clones with mutations in genes encoding not yet known ATP synthase expression factors were completely sequenced. Several new cellular systems that are potentially involved in the biogenesis of FO were identified.

L’évolution des populations occidentales s’accompagne d’une augmentation de la sédentarité et des maladies métaboliques qui accroissent les problèmes de santé. Ces évolutions ont des répercussions sur le muscle squelettique qui voit sa capacité à produire de l’énergie aérobie diminuer. Néanmoins, le muscle squelettique est très plastique et les capacités oxydatives musculaires s’améliorent rapidement par l'activité physique. Les mitochondries sont des éléments majeurs des capacités oxydatives musculaires et la compréhension des mécanismes moléculaires qui régissent la biogenèse et la fonction mitochondriale est nécessaire pour prescrire au mieux l’activité physique.L’exercice intermittent semble être de plus en plus utilisé dans la pratique. Plusieurs arguments sont mis en avant pour préconiser cette modalité : 1) le temps passé à haute consommation d’oxygène, 2) la haute intensité et 3) les perturbations métaboliques induites par les variations d’intensité au cours de l’exercice. Cependant, l’influence des perturbations métaboliques sur les capacités oxydatives musculaires n’a pas encore été clairement démontrée. L’objet des mes travaux de thèse s’est donc focalisé sur ces perturbations métaboliques et leurs effets sur les voies de signalisation impliquées dans la biogenèse mitochondriale. Afin de caractériser l’implication des perturbations métaboliques dans la stimulation des voies de signalisation de la biogenèse mitochondriale, nous avons comparé l’influence d’exercices aigus sur ces voies de signalisation. Deux protocoles nous ont permis d’investiguer l’influence des variations métaboliques. Le premier a consisté, lors d’un exercice de intermittent, à identifier la durée du cycle induisant les plus grandes perturbations métaboliques et à caractériser les effets de la modalité d’exercice sur un exercice de 30 minutes de pédalage à 70%WRpic. Le second protocole visait à déterminer l’influence de la répétition des perturbations métaboliques sur les voies de signalisation régulant la biogenèse mitochondriale.Afin d’identifier la durée de cycle produisant le plus de variations métaboliques, nous avons analysé l’évolution de la consommation d’oxygène et quantifié les variations métaboliques. Pour cela nous avons utilisé trois paramètres : 1) un paramètre quantitatif, 2) un paramètre qualitatif et 3) un index associant les paramètres quantitatif et qualitatif. La comparaison de trois durées de cycle différentes (30s d’effort:30s de récupération passive ; 60s:60s et 120s:120s) nous a permis de mettre en évidence que la modalité 60s:60s est celle qui induit le plus de variations métaboliques et cela pour une dépense énergétique identique pour les trois modalités.Notre seconde étude a consisté à comparer 30 minutes de pédalage à 70%WRpic sous deux modalités différentes : continue (1 bloc de 30min) et intermittente (30 bloc de 1min entrecoupés de 1min). La répétition de phase d’exercice et de repos lors de l’exercice intermittent créée plus de perturbation du métabolisme et entraîne une phosphorylation supérieure de l'AMPK, CaMKII et p38 MAPK. Ces kinases sont situées en amont de PGC-1α, un important régulateur de la biogenèse mitochondriale dans le muscle squelettique. Ces résultats mettent donc en évidence un effet spécifique des perturbations métaboliques sur les voies de signalisation contrôlant la biogenèse mitochondriale.Ces travaux ouvrent de nouvelles perspectives sur les méthodes de réentraînement de personnes sédentaires ou atteintes de pathologie chronique. Les futurs travaux viseront à confirmer nos résultats lors d’interventions chroniques et d’explorer ces effets chez différentes populations. / Western life evolution is associated with an increase in sedentary behaviours and metabolic diseases leading to health alteration. This evolution affects the skeletal muscle, which is characterized by a decrease in its ability to produce aerobic energy. However, skeletal muscle is a highly malleable tissue, capable of considerable metabolic adaptations in response to physical activity. Mitochondria produce the aerobic energy within the skeletal muscle. Understanding the molecular mechanisms that regulate mitochondrial biogenesis and its function is necessary to improve physical activity prescription.The intermittent exercise is currently used in rehabilitation programs. Several arguments are put forward to utilizing this method: 1) the time spent at high oxygen consumption, 2) the high intensity of exercise and 3) the metabolic disturbances induced by variations of intensity during exercise. However, the influence of metabolic disturbances on muscle oxidative capacity has not been clearly demonstrated. The purpose of my thesis work has therefore focused on these metabolic perturbations and their effects on signalling pathways involved in mitochondrial biogenesis. In order to characterize the influence of metabolic disturbances on the signalling pathways involved in mitochondrial biogenesis, we compared the influence of acute exercises. We realized two protocols to investigate the influence of metabolic disturbances. The first study compared three intermittent exercises in order to identify the optimal duty-cycle duration to induce the biggest metabolic disturbances and to compare metabolic responses of intermittent and continuous exercise performed at 70%WRpic. The second protocol evaluated the influence of the repetition of metabolic disturbances on signalling pathways involved in mitochondrial biogenesis.In order to identify the duty-cycle duration producing more metabolic fluctuations, we analysed the changes of oxygen consumption and quantified metabolic variations. We used three parameters: 1) a quantitative parameter, 2) a qualitative parameter, and 3) an index combining quantitative and qualitative parameters. Comparison of three different duty-cycle durations (30s work:30s passive recovery; 60s:60s, and 120s:120s) revealed that the 60s:60s modality induces more metabolic fluctuations for a same energy expenditure.Our second study compared 30 minutes of pedalling at 70%WRpic realized by two different modalities: continuous (30min 1 block) and intermittent (30 1min block interspersed by 1min of passive recovery). Repetition of transitions from rest to exercise during the intermittent exercise creates higher metabolic disturbances and leads to a higher phosphorylation of AMPK, p38 MAPK and CaMKII. These kinases are upstream of PGC-1α, an important regulator of mitochondrial biogenesis in skeletal muscle. All together, these results demonstrate that metabolic disturbances are involved in mitochondrial signalling pathways activation.This work opens up new perspectives on exercise training prescription for sedentary or chronic pathology people. Future work will aim to confirm our results in chronic interventions and explore these effects in different populations.

Les mitochondries sont des organites qui remplissent d'importantes fonctions au sein de la cellule eucaryote notamment dans le métabolisme énergétique. En fonction de l'état physiologique (par exemple une variation de la demande énergétique), on peut constater d'importantes variations du contenu mitochondrial cellulaire. Ces variations impliquent une modification de la biogenèse mitochondriale qui est un processus complexe mettant à contribution divers acteurs protéiques ainsi que les génomes nucléaire et mitochondrial. Nous avons étudié la régulation de la biogenèse mitochondriale chez la levure Saccharomyces cerevisiae. Chez cet organisme, un des éléments clés de la biogenèse du compartiment mitochondrial est le facteur de transcription hétéromérique HAP. Ce dernier est constitué de 4 sous-unités dont la sous-unité activatrice est la protéine Hap4p. Nous avons mis en évidence une régulation de la protéine Hap4p par le stress oxydant et l'état rédox du glutathion. Ainsi, un stress oxydatif induit par des molécules pro-oxydantes ou encore un dysfonctionnement de la chaîne respiratoire mitochondriale induit une diminution de la protéine Hap4p. Cette diminution conduit à une diminution de la quantité de marqueurs mitochondriaux tels que les cytochromes et une forte diminution de la vitesse de respiration et de la vitesse de croissance. Nous nous sommes aussi intéressés à la régulation du complexe HAP par la molécule d'hème. Nos résultats sont les premiers à clairement mettre en évidence une régulation positive de la quantité de Hap4p par l'hème et suggèrent aussi une régulation post-traductionnelle de Hap4p par l'état rédox de cette molécule. Tous ces résultats apportent des éléments supplémentaires dans l'étude des mécanismes de la communication mitochondrie-noyau et de la régulation de la biogenèse mitochondriale. / Mitochondria are organelles that play important functions in eukaryotic cell especially in energy metabolism. According to the physiological state (for example energy demand variation), mitochondrial content can vary in large amounts within the cell. These variations involve the modification of mitochondrial biogenesis which is a complex process which depends on many proteins and both nuclear and mitochondrial genomes. We studied the regulation of mitochondrial biogenesis in the yeast Saccharomyces cerevisiae. In this organism, a key component of mitochondrial biogenesis is the heteromeric transcription factor HAP. It is constituted by 4 subunits, Hap4p being the activator subunit. We showed a regulation of Hap4p protein by oxidative stress and the glutathione redox state. Thus, oxidative stress induced by pro-oxidants or by mitochondrial respiratory chain dysfunction leads to a decrease in the Hap4p protein level. This decrease of Hap4p leads to a decrease in mitochondrial markers level such as cytochromes and a decrease of the respiratory and growth rates. We also interested in the regulation of the HAP complex by heme. Our results are the first to clearly show a positive regulation of Hap4p level by heme and also suggest a post-translational regulation of Hap4p by the heme redox state. Altogether, these results represent novel pieces to the study of the mitochondria-nucleus communication and the regulation of mitochondrial biogenesis.

L’hypertension artérielle pulmonaire (HTAP) est une maladie mortelle caractérisée par un important remodelage vasculaire, principalement dû à l’hyperprolifération et à la résistance à l’apoptose des cellules du muscle lisse de l’artère pulmonaire (CML-AP). Récemment il a été montré que les CML-AP présentent un remodelage du métabolisme énergétique, avec une régulation négative de l’oxidation phosphorylante associée à une activation de la voie glycolytique, qui semble contribuer à leur phénotype particulier. La désacétylase sirtuine1 (SIRT1) est un important modulateur du métabolisme énergétique, notamment via son activation de peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator-1 alpha (PGC-1α), régulateur clé de la biogenèse mitochondriale. Dans cette étude, nous montrons pour la première fois que la prolifération des CML-AP de rat et humaines est caractérisée par une réduction de l’activité de SIRT1, et est augmentée suite à l’inhibition pharmacologique ou la sous-expression spécifique de SIRT1. De plus, suite à hypoxie chronique, des souris génétiquement déficientes en SIRT1 présentent un remodelage vasculaire plus important que celui observé chez les souris contrôles, ce qui est associé à une augmentation accentuée de l’hypertrophie et de la pression systolique du ventricule droit. Au contraire, l’activation pharmacologique de SIRT1 inhibe fortement la prolifération des CML-AP, et est associée à l’activation de la biogenèse mitochondriale. L’ensemble de ces résultats suggère que l'inactivation de SIRT1 joue un rôle causal dans l’hyperprolifération des CML-AP et cette enzyme pourrait être une nouvelle cible thérapeutique prometteuse pour le traitement de l’HTAP. / Pulmonary arterial hypertension (PAH) is a lethal disease characterized by an intensive vascular remodelling, mainly due to hyper-proliferation and resistance to apoptosis of pulmonary artery smooth muscle cells (PASMCs). Recently it has been found that PASMCs, similarly to cancer cells, demonstrate a shift in energy metabolism from oxidative phosphorylation towards glycolysis thus contributing to their particular phenotype. The deacetylase sirtuin1 (SIRT1) is an important modulator of energy metabolism, particularly via its activation of peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator-1 alpha (PGC-1α), the master regulator of mitochondrial biogenesis. Here we show for the first time that rat and human PASMC proliferation is characterised by a diminution of SIRT1 activity, and is potentiated by SIRT1 pharmacological inhibition or specific downregulation. Moreover, after chronic hypoxia exposure, SIRT1 KO mice display a more intense vascular remodelling compared to their control littermates and this is associated with an exacerbated increase in right ventricle systolic pressure and hypertrophy. Conversely, pharmacological SIRT1 activation strongly inhibits PASMC proliferation, and is associated with the activation of mitochondrial biogenesis. In general, the data obtained show that SIRT1 inactivation plays a causative role in PASMC proliferation and this enzyme could be a promising therapeutic target for PAH treatment.

L'insuffisance cardiaque (IC) reste la cause majeure de morbimortalité dans les pays industrialisés justifiant ainsi la recherche de traitements plus ciblés. Caractérisée par des désordres métaboliques importants qui impliquent notamment une dysfonction mitochondriale, le métabolisme énergétique apparait comme une composante majeure du développement de l'IC. Ces dernières années, le co-activateur transcriptionnel PGC-1α a été proposé comme un acteur central du contrôle de la fonction mitochondriale et constitue ainsi une cible thérapeutique d'intérêt. Ainsi, l'objectif principal de ce travail est de développer un test cellulaire robotisé permettant la recherche d'activateurs de PGC-1α dans un contexte cardiaque.La mise en place de ce test cellulaire de criblage dans des cellules H9c2 différenciées en cellules pseudo-cardiaques a permis l'identification de trois familles majeures : les hormones stéroïdiennes, les vitamines B et les acides gras, capables d'activer l'expression de PGC-1α et par ce biais d'induire une biogenèse mitochondriale ainsi qu'une augmentation de la respiration mitochondriale. La validation de ces effets dans des cardiomyocytes de rat adulte a permis d'une part de valider la pertinence du test et du choix du modèle cellulaire et d'autre part de vérifier qu'une induction de l'expression de PGC-1α se répercute bien sur la cascade transcriptionnelle de la biogenèse mitochondriale. Ce test constitue donc un atout majeur dans le recherche de nouveaux activateurs de PGC-1α pour mieux comprendre ses mécanismes de régulation dans le cœur, mais offre aussi des perspectives intéressantes pour la recherche de composés pharmacologiques à visée thérapeutique.Par ailleurs, peu de connaissances sont disponibles dans la littérature concernant le contrôle de la biogenèse mitochondriale dans le muscle lisse vasculaire et plus particulièrement dans l'hypertension artérielle. Ainsi, la deuxième partie de ce travail a été de caractériser la biogenèse mitochondriale dans un contexte d'hypertension. A travers l'utilisation d'un modèle expérimental d'hypertension et après confirmation dans des cellules musculaires lisses en culture, nous avons montré une induction importante de la biogenèse mitochondriale dans l'hypertension par un mécanisme stress oxydant-dépendant. De plus, cette induction est corrélée à une forte activation de la CaMKII, totalement bloquée par la présence d'un anti-oxydant : le resvératrol. Ces résultats suggèrent donc un contrôle de la biogenèse mitochondriale dépendante de la balance pro/anti-oxydante via l'activation de la CaMKII dans le muscle lisse vasculaire.

La mitochondrie fournit l'énergie nécessaire au fonctionnement cellulaire, grâce au mécanisme de phosphorylation oxydative. Cette fonction nécessite une expression coordonnée des génomes nucléaires et mitochondriaux assurée par la famille de coactivateurs transcriptionnels PGC-1 (Peroxisome proliferator-activated receptor γ Coactivator-1), sensibles aux signaux endogènes et/ou environnementaux. Une régulation plus fine de la phosphorylation oxydative par des miRNAs est maintenant soupçonnée. Afin de préciser ces différents modes de régulation dans des modèles cellulaires de carcinomes thyroïdiens, nous avons exploré la voie PRC-dépendante (PGC-related coactivator) et les miRNAs spécifiquement exprimés dans ces modèles présentant une richesse en mitochondries et des niveaux de PRC et de PGC-1α différents. Ce travail a permis de mettre en évidence miR-218 comme marqueur clé de régulation de la fonction mitochondriale. Au-delà de la régulation de l'expression génique, une fourniture énergétique adéquate nécessite également une répartition optimale des mitochondries au sein de la cellule, grâce à d'étroites connexions entre le cytosquelette et la mitochondrie. Des peptides issus de la sous-unité légère des neurofilaments, dont le NFL-TBS.40-63, sont capables d'entrer spécifiquement dans les cellules de glioblastomes humains et d'y déstabiliser le réseau microtubulaire, conduisant à la mort cellulaire par apoptose. Pour étudier l'impact de ce peptide sur le réseau de mitochondries et leurs fonctions, nous avons traité le modèle cellulaire de glioblastomes humains T98G, par différentes concentrations de NFL-TBS.40-63. Ce travail révèle une perturbation du réseau de mitochondries et une diminution de la respiration mitochondriale dans les cellules exposées. L'ensemble de ces travaux doit permettre le développement de traitements ciblés de la fonction mitochondriale.

Bien que les statines forment la classe d'hypolipidémiants la plus utilisée, une toxicité musculaire a été reportée, pouvant ainsi provoquer l’apparition d’une myopathie. Dans la première partie, nous avons montré chez l’Homme et l’animal que les statines inhibent directement la chaine respiratoire mitochondriale, et induisent la production de radicaux libres dérivés de l’oxygène (RLO), qui active les voies apoptotiques dans les muscles glycolytiques, alors que les muscles oxydatifs ne sont pas atteints. Nous avons ensuite montré in vitro que le stress réducteur peut engendrer une oxydation mitochondriale, pouvant conduire à une activation de la voie de biogenèse mitochondriale. De plus l’augmentation du contenu mitochondrial induite a permis de protéger les cellules contre l’apoptose induite par les statines. Enfin, nous avons montré in vivo que l’induction des voies de biogenèse mitochondriale est nécessaire à la tolérance des statines dans les muscles oxydatifs. En conclusion, le phénotype mitochondrial, tant au niveau quantitatif que qualitatif, semble être un facteur clé dans l’apparition de la myopathie aux statines. / Although statins are the most prescribed class of lipid-lowering agents, adverse muscular toxicity has been reported, which can lead to the appearance of a myopathy. In the first part, we showed in Humans and animals that statins inhibit directly the mitochondrial respiratory chain, and induce the production of reactive oxygen species (ROS), that trigger apoptotic pathways in glycolytic skeletal muscles, whereas oxidative muscles are not impaired. We then showed in vitro that reductive stress can provoke mitochondrial oxidation, that could lead to an activation of mitochondrial biogenesis pathways. Moreover, the consequent increase in mitochondrial content enabled to protect cells against statin-induced apoptosis. Finally, we showed in vivo that the induction of mitochondrial biogenesis is necessary for statin tolerance in oxidative skeletal muscles. In conclusion, mitochondrial phenotype, both quantitatively and qualitatively, seems to be a key factor in the appearance of statin myopathy.

Les sécrétines de l’hormone de croissance (GHRPs) sont de petits peptides synthétiques capables de stimuler la sécrétion de l’hormone de croissance à partir de l’hypophyse via leur liaison au récepteur de la ghréline GHS-R1a. Le GHRP hexaréline a été utilisé afin d’étudier la distribution tissulaire de GHS-R1a et son effet GH-indépendant. Ainsi, par cette approche, il a été déterminé que l’hexaréline était capable de se lier à un deuxième récepteur identifié comme étant le récepteur scavenger CD36. Ce récepteur possède une multitude de ligands dont les particules oxLDL et les acides gras à longue chaîne. CD36 est généralement reconnu pour son rôle dans l’athérogénèse et sa contribution à la formation de cellules spumeuses suite à l’internalisation des oxLDL dans les macrophages/monocytes. Auparavant, nous avions démontré que le traitement des macrophages avec l’hexaréline menait à l’activation de PPARƔ via sa liaison à GHS-R1a, mais aussi à CD36. De plus, une cascade d’activation impliquant LXRα et les transporteurs ABC provoquait également une augmentation de l’efflux du cholestérol. Une stimulation de la voie du transport inverse du cholestérol vers les particules HDL entraînait donc une diminution de l’engorgement des macrophages de lipides et la formation de cellules spumeuses. Puisque CD36 est exprimé dans de multiples tissus et qu’il est également responsable du captage des acides gras à longue chaîne, nous avons voulu étudier l’impact de l’hexaréline uniquement à travers sa liaison à CD36. Dans le but d’approfondir nos connaissances sur la régulation du métabolisme des lipides par CD36, nous avons choisi des types cellulaires jouant un rôle important dans l’homéostasie lipidique n’exprimant pas GHS-R1a, soient les adipocytes et les hépatocytes. L’ensemble de mes travaux démontre qu’en réponse à son interaction avec l’hexaréline, CD36 a le potentiel de réduire le contenu lipidique des adipocytes et des hépatocytes. Dans les cellules adipeuses, l'hexaréline augmente l’expression de plusieurs gènes impliqués dans la mobilisation et l’oxydation des acides gras, et induit également l’expression des marqueurs thermogéniques PGC-1α et UCP-1. De même, hexaréline augmente l’expression des gènes impliqués dans la biogenèse mitochondriale, un effet accompagné de changements morphologiques des mitochondries; des caractéristiques observées dans les types cellulaires ayant une grande capacité oxydative. Ces résultats démontrent que les adipocytes blancs traités avec hexaréline ont la capacité de se transformer en un phénotype similaire aux adipocytes bruns ayant l’habileté de brûler les acides gras plutôt que de les emmagasiner. Cet effet est également observé dans les tissus adipeux de souris et est dépendant de la présence de CD36. Dans les hépatocytes, nous avons démontré le potentiel de CD36 à moduler le métabolisme du cholestérol. En réponse au traitement des cellules avec hexaréline, une phosphorylation rapide de LKB1 et de l’AMPK est suivie d’une phosphorylation inhibitrice de l’HMG-CoA réductase (HMGR), l’enzyme clé dans la synthèse du cholestérol. De plus, la liaison d'hexaréline à CD36 provoque le recrutement d’insig-2 à HMGR, l’étape d’engagement dans sa dégradation. La dégradation de HMGR par hexaréline semble être dépendante de l’activité de PPARƔ et de l’AMPK. Dans le but d’élucider le mécanisme d’activation par hexaréline, nous avons démontré d’une part que sa liaison à CD36 provoque une déphosphorylation de Erk soulevant ainsi l’inhibition que celui-ci exerce sur PPARƔ et d’autre part, un recrutement de l’AMPK à PGC-1α expliquant ainsi une partie du mécanisme d’activation de PPARƔ par hexaréline. Les résultats générés dans cette thèse ont permis d’élucider de nouveaux mécanismes d’action de CD36 et d'approfondir nos connaissances de son influence dans la régulation du métabolisme des lipides. / Growth hormone releasing peptides (GHRPs) are small synthetic peptides aimed at stimulating GH release from the pituitary through their binding to ghrelin receptor known as growth hormone secretagogue receptor 1a (GHS-R1a). Using the GHRP, hexarelin to study tissue distribution of GHS-R1a and its GH-independent effect, it was observed that hexarelin was capable of binding to a second receptor identified as scavenger receptor CD36. While having multiple ligands, CD36 is mainly known for binding and internalizing oxLDL and long chain fatty acids. CD36 is thought to play a detrimental role in macrophage derived foam cell formation and development of atherosclerosis. Previously, we have shown that in macrophages, expressing both GHS-R1a and CD36, hexarelin promoted an activation of PPARƔ via GHS-R1a but also through its binding to CD36. This activation led to the induction of the LXRα-ABC transporters pathway and an increase in cholesterol efflux, reducing lipid-laden macrophage content. This positive effect on macrophages was reproduced in apolipoprotein E-null mice on a high fat diet treated with hexarelin. A significant reduction in the size of atherosclerotic lesions was observed while similar increases in the expression of PPARƔ, LXRα and ABC transporters occurred in isolated peritoneal macrophages. CD36 also plays a role in fatty acid uptake, and to further investigate the impact of the interaction of hexarelin with CD36, we aimed at evaluating the role of CD36 in regulating lipid metabolism in cells devoid of GHS-R1a such as adipocytes and hepatocytes. In the present thesis, we demonstrated through its interaction with hexarelin, the ability of CD36 to decrease intracellular lipid content in both adipocytes and hepatocytes. In adipocytes, hexarelin was able to increase the expression of several genes involved in fatty acid mobilization, fatty acid oxidation but also to induce the expression of the thermogenic markers, PGC-1α and UCP-1. In addition, hexarelin increased the expression of genes involved in mitochondrial biogenesis which was accompanied by mitochondrial morphological changes in agreement with what is usually seen in highly oxidative cells. In support of these findings, we also observed an increase in the activity of cytochrome c oxidase (a component of the respiratory chain) which could reflect an increase in oxidative phosphorylation. The results generated with cultured white adipocytes suggest the ability of hexarelin to promote changes toward a brown fat-like phenotype which also occurred in vivo and was dependent on the presence of CD36. In hepatocytes, CD36 was capable of regulating cholesterol metabolism by rapidly phosphorylating LKB1 and AMPK which subsequently resulted in the inactivating phosphorylation of HMG-CoA reductase, the rate-limiting enzyme in cholesterol synthesis. Hexarelin via CD36 also induced the recruitment of insig-2 to HMGR, the committed step in HMGR degradation while lifting the exerted inhibitory effect of Erk on nuclear receptor PPARƔ activity, and promoting the recruitment of AMPK to PPARƔ coactivator PGC-1α, suggesting an enhanced transcriptional potential of PPARƔ. The results generated during my graduate studies represent unique and novel mechanisms by which CD36 is capable of regulating lipid metabolism.