L'activation de l'« Adenosine monophosphate activated protein kinase » (AMPK), enzyme clé de la régulation du métabolisme énergétique, permet une inhibition de certaines enzymes limitantes du métabolisme des acides gras et du cholestérol. Le 5-aminoimidazole-4carboxiamide-1-β-D-ribofuranoside (AICAR) et la metformine, médicaments largement utilisés pour activer l'AMPK, améliorent l'hyperglycémie, augmentent la captation du glucose périphérique et favorisent l'utilisation et la dégradation des acides gras, ce qui permet la diminution des risques du développement de maladies cardiovasculaires liées au diabète. L'étude de certains effets de l'activation de l'AMPK sur le métabolisme lipidique serait essentielle pour pouvoir mieux comprendre l'interaction entre les métabolismes lipidique et glucidique. L'objectif de ce travail était de savoir si, in vivo, le métabolisme des lipoprotéines réagit à l'activation de l'AMPK. Le traitement des souris avec 0,5 mg/g de poids corporel d'AICAR ou de metformine pendant 7 ou 14 jours a permis d'observer notamment pour le traitement à l'AICAR pendant 14 jours, une diminution de 17,5% du cholestérol plasmatique, de 21,1% du cholestérol associé aux HDL et une augmentation de 47,6% du cholestérol associé aux LDL. L'activation de l'AMPK a augmenté le niveau protéique de récepteurs des lipoprotéines de faible densité (rLDL) suite à l'augmentation de son facteur de transcription « sterol regulatory element binding protein 2 » (SREBP-2) et a diminué celui de SR-BI « Scavenger receptor class B type I » et de sa protéine adaptatrice PDZK1. Les taux protéiques de SR-BI et du rLDL corrélaient avec ceux de leurs ARNm. La protéine SR-BII a augmenté probablement pour contrebalancer la diminution de SR-BI. La diminution de l'expression de SR-BI a provoqué une diminution de 37% de la captation sélective des EC des lipoprotéines de haute densité (HOL) in vivo chez la souris traitée avec 0,5 mg/g de poids corporel d'AICAR. Les protéines ABCA1 (intervenant dans l'efflux de cholestérol vers les HDL) et HNF4a (responsable de l'expression de l'apoA-I qui compose les HDL) ont diminué et seraient peut-être responsables de la diminution du cholestérol associé aux HDL. L'ARNm de PCSK9 « Proprotein convertase subtilisin/kexin type 9 » a augmenté. De plus, ni l'augmentation de rLDL ni la diminution de SR-BI n'ont pu expliquer l'augmentation du taux de cholestérol associé aux LDL. Au niveau du foie, principal tissu responsable du métabolisme de lipoprotéines, des diminutions de 26% des triglycérides et de 13,4% du cholestérol ont été observées. L'activation de l'AMPK semble donc améliorer le bilan lipidique du foie ainsi que celui du cholestérol plasmatique. Toutefois, la diminution du cholestérol associé aux HDL et l'augmentation de celui associé aux LDL apparaissent défavorables en termes de risque d'événements cardiovasculaires. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : AMPK, récepteurs hépatiques, captation sélective, LDL-EC, lipides hépatiques.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

L'acyl-CoA oxydase 1 (ACOX1) est l'enzyme qui catalyse la première étape de la voie classique de la β-oxydation peroxysomale. Cette voie catabolise exclusivement les acides gras à très longue chaîne (AGTLC). Chez l'homme, la déficience en ACOX1 est à l'origine de la pseudo adrénoleucodystrophie néonatale (P-NALD), une maladie neurodégénérative rare caractérisée par une accumulation des AGTLC dans le plasma et les tissus, une hépatomégalie, un retard du développement moteur et une démyélinisation de la matière blanche cérébrale. Chez la souris, l'extinction du gène Acox1 provoque une accumulation des AGTLC dans le plasma, un retard de croissance, une stéatose hépatique et le développement d'une hépatocarcinogenèse avec l'âge. Cependant, ces souris ne développent pas de symptômes cérébraux contrairement aux patients P NALD. Au cours de ce travail, on a pu montrer sur des fibroblastes issus de patients atteints de P NALD qu'en absence d'activité ACOX1, les peroxysomes sont diminués en nombre et augmentés en taille avec un niveau de β-oxydation peroxysomale fortement réduit. L'accumulation des AGTLC suite à la déficience en ACOX1 dans ces cellules provoque, au niveau transcriptionnel, la perturbation de la voie de synthèse du cholestérol et déclenche une réaction inflammatoire caractérisée par l'activation de la voie de l'IL-1 et la sécrétion d'IL-6 et d'IL-8. Le rôle métabolique important que joue l'ACOX1 dans l'homéostasie énergétique cellulaire a pu être souligné chez l'homme et chez la souris. En effet, la déficience en ACOX1 dans les fibroblastes de patients P-NALD perturbe la morphologie de la mitochondrie qui apparaît anormale ainsi que le métabolisme énergétique mitochondrial caractérisé par une inhibition de PGC-1α par acétylation, une surexpression de l'activité du complexe V et une diminution du taux d'ATP mitochondrial. L'absence dans le foie de l'activité ACOX1, chez la souris Acox1-/-, se traduit par des perturbations, au niveau mitochondrial, dela biogenèse et du métabolisme énergétique. Ces perturbations mitochondriales se caractérisent par une diminution de l'activité du complexe IV de la chaîne respiratoire accompagnée d'une diminution de la respiration. Cependant, ces perturbations n'affectent pas le taux d'ATP total. Les altérations mitochondriales observées chez les souris Acox1-/- sont en grande partie corrigées par l'expression de l'ACOX1 humaine. Ceci montre le rôle indispensable de l'ACOX1 dans l'homéostasie de la fonction mitochondriale.L'ensemble des résultats obtenus au cours de ce travail confirme l'importance de l'activité acyl-CoA oxydase 1 pour la dégradation des AGTLC au niveau du système de β-oxydation peroxysomale et pour la biogenèse du peroxysome. L'accumulation des substrats non métabolisés en absence d'ACOX1 pourrait être à l'origine de la perturbation de la fonction mitochondriale montrant à quel point l'activité de l'ACOX1 est indispensable au métabolisme cellulaire

Au cours de ces dernières décennies, l'augmentation de la consommation de glucides, d'acides gras et de cholestérol liée aux changements des habitudes alimentaires dans la plupart des pays industrialisés est à l'origine de nombreuses pathologies telles que l'obésité, les troubles cardiovasculaires, le développement du diabète de type II et la survenue de cancers. Plusieurs arguments bibliographiques suggèrent notamment que le cholestérol puisse être un élément à risque dans la survenue du cancer de la prostate. D'une part, l'hypercholestérolémie est associée à une augmentation des cas de cancer de la prostate et, d'autre part, les cellules cancéreuses présentent des dérèglements du métabolisme des lipides associés à l'accumulation de cholestérol dans les tumeurs solides. Les objectifs de ces travaux ont été d'analyser le rôle du cholestérol dans le développement du cancer de la prostate et d'étudier le rôle des récepteurs nucléaires LXRs (liver X receptors), régulateurs fondamentaux de l'homéostasie du cholestérol, dans les mécanismes associés à l'initiation et à la progression tumorale. Nos résultats montrent qu'une accumulation de cholestérol, induite par un régime chez les souris déficientes en LXRs, peut initier les premières étapes du développement tumoral par des mécanismes épigénétiques mettant en jeu l'action répressive de l'histone méthyltransférase EZH2 sur des gènes suppresseurs de tumeur. En parallèle, l'activation pharmacologique des LXRs dans des cellules cancéreuses humaines réduit la croissance tumorale en augmentant la mort des cellules par des mécanismes faisant intervenir les rafts lipidiques. Au total, nos travaux révèlent l'existence d'une relation entre la consommation excessive de cholestérol et la modification d'empreintes épigénétiques, mécanisme de plus en plus associé aux processus carcinogéniques. Nos données indiquent également que les LXRs, en s'opposant à l'accumulation de cholestérol intracellulaire, ralentissent l'initiation et la progression du cancer de la prostate. Ainsi, toute stratégie thérapeutique visant à diminuer le cholestérol intra-tumoral, telle que l'activation pharmacologique des LXRs, peut être considérée comme une piste thérapeutique dans le cadre du cancer de la prostate.

De nombreuses études épidémiologiques associent le cholestérol avec l'incidence et le développement du cancer de la prostate. Parmi les acteurs impliqués dans le métabolisme du cholestérol, les récepteurs nucléaires LXRα et LXRβ sont identifiés comme d'importants régulateurs intra-cellulaires capables d'ajuster les niveaux d'accumulation de cette molécule. En parallèle, ces récepteurs peuvent exercer des effets anti-prolifératif et pro-apoptotique sur des cellules tumorales prostatiques. L'ensemble de ces données suggère un rôle protecteur des LXRs dans le cadre du cancer de la prostate. Les objectifs de ces travaux ont été d'étudier les mécanismes moléculaires reliant les LXRs au cycle cellulaire et de comprendre le rôle de ces récepteurs nucléaires dans le processus de la carcinogenèse prostatique. Nous avons ainsi montré que les LXRs exerçaient leur effet anti-prolifératif sur des cellules murines épithéliales prostatiques (MPECs) notamment via des modulations des voies de transduction PI3K/AKT et MAPK. Ces résultats font de ces cellules un modèle d'étude des mécanismes moléculaires impliqués dans cet effet. Les souris Lxrαβ-/- nourries avec un régime riche en cholestérol présentent un phénotype de néoplasie prostatique associé à un profil tanscriptomique proche de celui de souris modèles de cancer de la prostate démontrant l'effet protecteur des LXRs dans une condition d'hypercholestérolémie. Enfin, l'expression et l'activité des LXRs et leur gènes cibles ont été étudiées dans un modèle murin de carcinogenèse prostatique, les souris Pten-/-, dont l'invalidation du gène suppresseur de tumeur Pten est spécifique de l'épithélium prostatique. De manière intéressante, nous montrons que les LXRs sont activés au cours de la carcinogenèse prostatique et que la perte des LXRs dans les souris Pten-/- entraîne une accélération de la progression tumorale. Au final, ces résultats mettent en lumière que les LXRs peuvent exercer un rôle de barrière limitant la progression tumorale, notamment par l'intermédiaire de leurs gènes cibles codant les cassettes d'efflux de cholestérol, Abca1 et Abcg1.

La maladie cardiovasculaire (MCV) représente encore aujourd’hui l’une des principales causes de décès et d’hospitalisation au Canada. Parmi les facteurs de risque de la MCV, la dyslipidémie est l’un des plus importants. En effet, des concentrations plasmatiques élevées de cholestérol transporté par les lipoprotéines de faibles densités (c-LDL), de triglycérides, ainsi que des concentrations faibles de cholestérol transporté par les lipoprotéines de hautes densités (c-HDL) ont été à maintes reprises identifiées comme des facteurs de risque indépendants de la MCV. Plusieurs facteurs héréditaires et environnementaux ont été associés aux concentrations de lipides plasmatiques. Toutefois, les facteurs héréditaires permettraient d’expliquer la plus grande proportion de la variabilité interindividuelle du bilan lipidique, particulièrement pour le c-HDL. Malgré l’étude de plusieurs millions de modifications génétiques, les principales causes moléculaires responsables de la forte héritabilité des concentrations de c-HDL demeurent pour l’instant encore inconnues. Afin d’expliquer l’héritabilité manquante des concentrations de lipides plasmatiques, plusieurs hypothèses ont été avancées. La présente thèse de doctorat se concentre sur celle suggérant que l’étude de la méthylation de l’ADN, une modification épigénétique considérée comme un facteur héréditaire non traditionnel, permettrait d’identifier de nouveaux fondements moléculaires associés aux dyslipidémies. Dans un premier temps, nous avons analysé la méthylation de l’ADN de plusieurs gènes du métabolisme lipoprotéique chez des sujets atteints d’hypercholestérolémie familiale (HF), un modèle humain de la MCV. Grâce à cette approche, nous avons pu démontrer que la méthylation de l’ADN de plusieurs gènes candidats (ABCA1, ABCG1, CETP, LIPC, LPL et PLTP) était associée à la variabilité du bilan lipidique, ainsi qu’avec les antécédents de maladies coronariennes athérosclérotiques. Dans un deuxième temps, une étude de la méthylation à l’échelle du génome d’un sous-groupe de patients HF nous a permis d’identifier de nouveaux loci associés à la concentration de c-HDL. Nous avons notamment observé que la méthylation de l’ADN du promoteur des gènes TNNT1 et ADRB3 était non seulement associée aux concentrations de c-HDL, mais également avec d’autres facteurs de risque de la MCV. L’ensemble des résultats présentés dans cette thèse démontre que la méthylation de l’ADN contribue à la variabilité du bilan lipidique à jeun de patients atteints d’HF et que l’étude des modifications épigénétiques pourrait aider à expliquer l’héritabilité manquante des concentrations de c-LDL, de c-HDL et de triglycérides plasmatiques.

Au cours de ces dernières décennies, l’augmentation de la consommation de glucides, d’acides gras et de cholestérol liée aux changements des habitudes alimentaires dans la plupart des pays industrialisés est à l’origine de nombreuses pathologies telles que l’obésité, les troubles cardiovasculaires, le développement du diabète de type II et la survenue de cancers. Plusieurs arguments bibliographiques suggèrent notamment que le cholestérol puisse être un élément à risque dans la survenue du cancer de la prostate. D’une part, l’hypercholestérolémie est associée à une augmentation des cas de cancer de la prostate et, d’autre part, les cellules cancéreuses présentent des dérèglements du métabolisme des lipides associés à l’accumulation de cholestérol dans les tumeurs solides. Les objectifs de ces travaux ont été d’analyser le rôle du cholestérol dans le développement du cancer de la prostate et d’étudier le rôle des récepteurs nucléaires LXRs (liver X receptors), régulateurs fondamentaux de l’homéostasie du cholestérol, dans les mécanismes associés à l’initiation et à la progression tumorale. Nos résultats montrent qu’une accumulation de cholestérol, induite par un régime chez les souris déficientes en LXRs, peut initier les premières étapes du développement tumoral par des mécanismes épigénétiques mettant en jeu l’action répressive de l’histone méthyltransférase EZH2 sur des gènes suppresseurs de tumeur. En parallèle, l’activation pharmacologique des LXRs dans des cellules cancéreuses humaines réduit la croissance tumorale en augmentant la mort des cellules par des mécanismes faisant intervenir les rafts lipidiques. Au total, nos travaux révèlent l’existence d’une relation entre la consommation excessive de cholestérol et la modification d’empreintes épigénétiques, mécanisme de plus en plus associé aux processus carcinogéniques. Nos données indiquent également que les LXRs, en s’opposant à l’accumulation de cholestérol intracellulaire, ralentissent l’initiation et la progression du cancer de la prostate. Ainsi, toute stratégie thérapeutique visant à diminuer le cholestérol intra-tumoral, telle que l’activation pharmacologique des LXRs, peut être considérée comme une piste thérapeutique dans le cadre du cancer de la prostate. / In the recent decades, increased consumption of carbohydrates, fatty acids and cholesterol, linked to changes in dietary habits in most industrialized countries, is the cause of various diseases such as obesity, cardio-vascular troubles, development of type II diabetes and the onset of cancer. Literature reveals several arguments suggesting that cholesterol may be a risk factor in the occurrence of prostate cancer. First, hypercholesterolemia has been associated with an increased incidence of prostate cancer and, second, cancer cells exhibit deregulations of lipid metabolism associated with cholesterol accumulation in solid tumors. The objectives of this work were to analyze the role of cholesterol in the development of prostate cancer and to study the role of nuclear receptors LXRs (liver X receptors), fundamental regulators of cholesterol homeostasis, in the mechanisms associated with tumor initiation and progression. Our results show that cholesterol overload induced by a diet in lxr knockout mice may initiate the early stages of tumor development by epigenetic mechanisms involving the repressive action of histone methyltransferase EZH2 on tumor suppressor genes. In parallel, the pharmacological activation of LXRs in human cancer cells reduced tumor growth by increasing cell death through mechanisms involving lipid rafts.Taken together, our data reveal the existence of a relationship between environmental factors such as diet consumption of cholesterol and changes of epigenetic imprinting, a mechanism increasingly associated with carcinogenic process. Our data also indicate that LXRs protect from the initiation and progression of prostate cancer by blocking the accumulation of intracellular cholesterol. Thus, all therapeutic strategies leading to intra-tumoral cholesterol lowering, such as pharmacological activation of LXRs, may be relevant treatments of prostate cancer.

La stérilité affecte à l’heure actuelle près de 15-20 % des couples et sa prévalence est en progression depuis quatre à cinq décennies. Cette progression évolue parallèlement à la prévalence de l’épidémie d’obésité et de syndrome métabolique dans le monde. De multiples arguments physiologiques et épidémiologiques chez l’Homme soutiennent l’hypothèse de l’influence de l’homéostasie des lipides sur la fonction gonadique. En particulier, le cholestérol est un facteur clef dans la régulation de la stéroïdogenèse et de la gamétogenèse. Bien que les atteintes gonadiques semblent multifactorielles, les mécanismes moléculaires restent méconnus dans la majorité des cas. Les Liver X receptors (LXRα et β) sont des récepteurs nucléaires activés par les oxystérols. Ce sont classiquement des régulateurs du métabolisme lipidique. Plusieurs études ont démontré l’importance de ces récepteurs dans la physiologie des gonades. Ce travail identifie les rôles multiples des LXRs dans le maintien de la fertilité masculine et féminine, et décrit l’effet de l’homéostasie du cholestérol sur la maturation des cellules germinales dans le testicule et l’ovaire. Ce travail se concentre sur l’analyse comparative d’une lignée de souris ré-exprimant LXRβ (Lxrαϐ-/-:AMHLxrϐ) sous contrôle de promoteur d’AMH humain (expression spécifique dans les cellules de Sertoli dans le testicule et les cellules de granulosa dans l’ovaire) sur un fond génétique de souris Lxrαϐ-/-. L’absence d’un isoforme d LXR aboutit à des défauts spécifiques dans un type cellulaire du testicule. Néanmoins, le dysfonctionnement d’un type cellulaire est compensé. En effet, de multiples défauts sont nécessaires pour aboutir à la stérilité. LXR dans les cellules de granulosa est critique pour la maturation et la survie des ovocytes, l’ovulation, et par conséquence pour la fertilité. Ainsi, LXRβ est une cible potentielle pour réguler la fertilité féminine et la prévention de syndrome d’hyperstimulation ovarienne. Nos résultats ouvrent des perspectives pour des nouvelles cibles diagnostiques et pronostiques dans la fertilité. / Sterility affects 15 % of French population and its prevalence is propagating since four or five decades. Many human physiological and epidemiological arguments support the impact of lipid homeostasis on the gonads; indeed, cholesterol is a key regulator of steroidogenesis and gametogenesis. Nevertheless, the molecular mechanisms remain hidden. Liver X receptors alpha and beta (LXRα and β) belong to the superfamily of nuclear receptors and are activated upon binding to oxysterols. LXRs are mainly implicated in cholesterol homeostasis. Increasing bulk of literature identified these non-steroid nuclear receptors as major regulators of the gonad physiology. This work uncovers previously unidentified putative roles of LXRs and ability of cholecterol excess to alter male and female germ cell maturation. Herein, we analyse a new mouse strain (Lxrαϐ-/-:AMHLxrϐ) re-expressing LXRβ under control of AMH promoter (specific to Sertoli in testis and granulosa cells in ovary) in a background of Lxrαϐ-/- mouse. Our results identify LXRs as primordial to maintain male and female fertility. They have pleotropic « non-classical » roles ranging from lipid homeostasis to the regulation of germ cell maturation and bi-directional control of steroid synthesis. If the cellular defects in the absence of LXRs within the testis are significant, they are generally compensated and consequently, single cell compartment is tolerated. Unlike the testis, LXRβ in the granulosa cells is « the regulator » of multiple mechanisms essential for follicle maturation, ovocyte survival and for controlled ovulation. LXRβ is therefore a potnetial target to regulate female fertility and to prevent ovarian hyperstimulation syndrome. Our results open the perspectives for the identification of new diagnostic and/or prognostic markers in both male and female fertility.

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La prise en charge clinique du cancer de la prostate est complexe. L’identification des éléments et altérations génétiques impliqués dans la progression de la maladie est donc capitale. Les altérations métaboliques représentent des changements clés vis-à-vis de la croissance de la cellule tumorale. Parmi ces modifications, l’augmentation du métabolisme du cholestérol est fréquemment observée au sein de différentes pathologies tumorales, dont le cancer de la prostate. En lien, des études épidémiologiques associent l’enrichissement du cholestérol avec une augmentation de l’incidence, la progression et l’agressivité de la maladie. Les récepteurs nucléaires aux oxystérols LXRs (Liver X Receptors) constituent des régulateurs majeurs de l’homéostasie du cholestérol, et différents travaux récents mettent en évidence leur potentiel anti-prolifératif et pro-apoptotique dans différentes lignées cellulaires du cancer de la prostate. En association ces travaux de thèse démontrent, dans un modèle murin d’adénocarcinome prostatique PTEN-dépendant, une activation endogène et constitutive des LXRs en réponse à une augmentation du taux de cholestérol intra-prostatique, principale source des ligands oxystérols. L’invalidation additionnelle des LXRs dans ce contexte conduit à une augmentation importante de la croissance tumorale et à la dissémination métastatique, notamment expliquée par une dérégulation de la voie du TGFβ et de la transition épithélio-mésenchymateuse. L'ensemble de ces résultats place les LXRs comme des cibles thérapeutiques prometteuses. / Clinical management of prostate cancer is complex. The identification of elements and genetic alterations involved in disease progression is therefore crucial. Metabolic alterations represent key modifications during tumor cell growth. Among these modifications, cholesterol metabolism increase is frequently observed in various tumor pathologies, including prostate cancer. Related, epidemiological studies associate cholesterol enrichment with an increase of disease incidence, progression and aggressiveness. LXRs (Liver X Receptors) belong to the nuclear receptors superfamily and represent major sensors and regulators of cholesterol homeostasis. Recent studies have demonstrated their antiproliferative and pro-apoptotic potential in various prostate cancer cell lines. In link, this thesis work demonstrate endogenous and constitutive activation of LXRs in a murine model of PTEN-dependent prostate adenocarcinoma in response to an increase of intra-prostatic cholesterol, the major source of oxysterol ligands. The additional invalidation of LXRs in this context leads to a significant increase of tumor growth and metastatic dissemination, notably explained by a TGFβ pathway deregulation, concomitant with epithelial-mesenchymal transition process increase. All of these results define LXRs as promising therapeutic targets.