L’obésité est un problème de santé publique, de par son incidence et son association avec d’autres pathologies. La leptine est une hormone clé pour l’homéostasie énergétique et glucidique, en activant son récepteur OBR, exprimé majoritairement dans l’hypothalamus. L’obésité est fréquemment associée à une résistance à la leptine, caractérisée par une diminution de la sensibilité à l’hormone. Comprendre les mécanismes moléculaires à l’origine de cette résistance, afin de la prévenir ou de la corriger, constitue un enjeu thérapeutique majeur. L’objectif de mes travaux de thèse a été d’étudier deux nouveaux mécanismes de la régulation de la fonction d’OBR, suspectés être à l'origine de la résistance à la leptine associée à l’obésité.Concernant le premier mécanisme, notre laboratoire a découvert la protéine Endo1, qui interagit avec OBR, et le retient dans des compartiments intracellulaires, limitant ainsi la sensibilité de la cellule à l’hormone. Mon travail a contribué à montrer que l'extinction d'Endo1, dans le noyau arqué de l’hypothalamus, associée au retour à un régime classique, permet de corriger l’installation de la résistance à la leptine et de l’obésité de souris rendues obèses par régime gras. En revanche, l'extinction d'Endo1 n’arrive pas à corriger l’altération de l’homéostasie glucidique de ces animaux sous régime gras, montrant ainsi une dissociation entre obésité et diabète de type II. Sur le plan moléculaire, nous montrons qu'Endo1 régule de façon différentielle les voies de signalisation d’OBR. Endo1 inhibe, comme attendu, l'activation de la voie anorexigène STAT3 ; mais de façon plus surprenante, Endo1, en interagissant avec la sous-unité régulatrice de la PI3K (p85), semble nécessaire à l'activation de la voie PI3K/AKT, voie impliquée dans le métabolisme du glucose. Ces résultats suggèrent le rôle crucial d’Endo1 comme (i) régulateur de la sensibilité neuronale à la leptine, (ii) et médiateur de la signalisation de la leptine.Le second projet, mené en collaboration avec l'équipe du Dr Prévot, a permis d’identifier une nouvelle modification post-traductionnelle (PTM) affectant OBR. Nous avons étudié les conséquences de cette PTM sur l’activation d’OBR, sa signalisation et sur le développement de la résistance à la leptine et l'obésité. Des résultats in vivo ont montré que l’enzyme responsable de la PTM voit son activité augmentée dans l’hypothalamus de souris rendues obèses par régime gras. L’inactivation génétique ou pharmacologique de cette enzyme prévient la mise en place d’une résistance à la leptine, de façon dépendante d’OBR. Au niveau moléculaire, nous avons identifié certains résidus d’OBR comme cibles de cette PTM. La modification de ces résidus cruciaux altère l’état d’activation moléculaire d’OBR et abolie l’activation des voies de signalisation induites par la leptine. En outre, cette enzyme interagit avec OBR dans des cellules hypothalamiques ; sa suractivation au niveau cellulaire, après traitement au palmitate mimant le régime gras, abolit l’activation de la voie PI3K/AKT induite par la leptine. Aussi, ces résultats démontrent que cette PTM affectant OBR est un nouveau mécanisme à l’origine de la résistance à la leptine et ouvre donc de nouvelles perspectives thérapeutiques. / Obesity is a major issue of public health because of its incidence and association with other pathologies. Leptin is a key hormone involved in the regulation of energy and glucose homeostasis, through the activation of its receptor OBR, mainly expressed in the hypothalamus. Obesity is frequently associated with leptin resistance, characterized by a decreased sensitivity to the hormone. Understanding the molecular mechanisms related to leptin resistance, in order to prevent or reverse it, represents major therapeutic concerns. The objective of my PhD work was to explore two new mechanisms involved in the regulation of OBR function, suspected to be related to leptin resistance associated with obesity.Regarding the first mechanism, the laboratory described a new protein namely Endo1, which interacts with OBR and retains the receptor in intracellular compartments, leading to decreased cellular leptin sensitivity. We showed that Endo1 silencing, specifically in the arcuate nucleus of hypothalamus, combined with a switch to chow diet, reverses the establishment of leptin resistance and obesity of obese mice fed a high fat diet (HFD). However, Endo1 silencing cannot reverse the alteration of glucose homeostasis upon HFD feeding, underlying a disassociation between obesity and type II diabetes. At the molecular level, we showed that leptin-induced signaling pathways are differentially regulated by Endo1. Endo1 inhibits, as expected, the anorectic STAT3 pathway; but surprisingly, by interacting with the PI3K regulatory subunit (p85), Endo1 seems to be necessary for the activation of PI3K/AKT pathway, which is involved in glucose homeostasis. These results indicate a crucial role for Endo1 as (i) a regulator of neuronal leptin sensitivity, (ii) a scaffolding protein involved in leptin signaling transduction.The second mechanism, investigated in collaboration with Dr. Prevot’s team, is based on the discovery of a new post-translational modification (PTM) on OBR. We studied the functional consequences of this PTM on OBR activation state, its signaling and the development of leptin resistance and obesity. In vivo results showed that the enzyme responsible for the PTM has an increased activity in the hypothalamus of obese mice fed a HFD. Genetic or pharmacological inactivation of this enzyme prevents the establishment of leptin resistance, in an OBR dependent manner. At the molecular level, we identified some OBR residues that can undergo this PTM. Modifications of those crucial residues by the PTM impair the molecular activation state of OBR and subsequently abolish the activation of leptin-induced signaling pathways. Likewise, this enzyme interacts with OBR in hypothalamic cell; and its overactivation at the cellular level after palmitate treatment (mimicking HFD), abolishes the leptin-induced PI3K/AKT activation. These results demonstrate that the PTM targeting OBR is a new mechanism underlying leptin resistance and thus open new therapeutic perspectives against obesity.

Le traitement de l’obésité est devenu un problème majeur de santé publique aussi bien dans les pays industrialisés que dans les pays en voie de développement. La leptine est une hormone clé dans le contrôle de l’homéostasie énergétique et glucidique en agissant au niveau du noyau arqué de l’hypothalamus (ARC). La résistance à la leptine au niveau de ce noyau hypothalamique contribue au développement de l’obésité. Par conséquent, prévenir son installation et lever cette résistance constitue un enjeu thérapeutique majeur. Notre laboratoire à récemment mis en évidence que la protéine Endospanine 1 est un régulateur négatif des fonctions du récepteur de la leptine (OB-R). En effet, cette protéine, exprimée à partir du même gène qu’OB-R, est capable d’interagir avec ce récepteur et de le retenir dans le compartiment intracellulaire. L’extinction d’Endospanine 1 spécifiquement au niveau de l’ARC prévient l’installation d’une obésité induite par un régime gras. Ces données démontrent donc, in vivo, l’importance de cette protéine dans la régulation des fonctions d’OB-R. Suite a ces résultats prometteurs, l’objectif premier de ma thèse a été d’approfondir nos connaissances sur le rôle joué, in vitro et in vivo, par Endospanine 1, ainsi que par son homologue Endospanine 2, dans la régulation des fonctions d’OB-R. Le second objectif de ce travail de thèse a été d’identifier de nouveaux composés capables de sensibiliser la réponse à la leptine chez les individus obèses. Ce travail a permis de montré que des souris rendues obèses par un régime gras présentaient une surexpression d’Endospanine 1 dans l’ARC suggérant ainsi une potentielle implication de cette protéine dans le développement de la résistance à la leptine. D’autre part, nous avons démontré que l’extinction d’Endospanine 1, dans l’ARC, permet de prévenir l’installation d’une obésité et de la corriger chez des souris obèses et conduit à une altération de la sécrétion d’insuline par le pancréas. Cet effet double sur le poids corporel et sur la glycémie pourrait être expliqué par l’effet différentiel de l’extinction d’Endospanine 1 sur l’activation des voies STAT3 et PI3K/AKT. En effet, en absence d’Endospanine 1 la voie STAT3 est suractivée tandis que la voie PI3K est inhibée. De façon surprenante, l’extinction d’Endospanine 2, second membre de la famille des Endospanines, inhibe de façon drastique l’activation de la voie STAT3 suggérant que ces protéines pourraient jouer des rôles différents dans la régulation des fonctions d’OB-R. Ce travail a également permis de décrire, pour la première fois, les conséquences d’une déficience en Endospanine 1 chez l’Homme. Nos données suggèrent qu’Endospanine 1 ne régule pas les fonctions d’autres protéines, définissant ainsi Endospanine 1 comme une cible thérapeutique hautement spécifique dans la correction de la signalisation leptine.La dernière partie de cette étude a consisté en l’identification de nouveaux composés capables d’activer OB-R ou d’augmenter son expression de surface. Deux tests de criblages ont permis d’identifier de telles molécules. Après validation et caractérisation, de tels composés pourraient être utilisés comme outils thérapeutique afin de restaurer la sensibilité à la leptine perdue chez les individus obèses. / Obesity is one of the greatest current public health challenges, not only in industrialized countries but also in developing countries. The hypothalamic arcuate nucleus (ARC) is a major integration centre for energy and glucose homeostasis that responds to peripheral hormones such as leptin. Resistance to leptin in the ARC is an important component of obesity development and its prevention or reversal represents a major therapeutic goal. Our laboratory recently described endospanin 1 as a negative regulator of the leptin receptor (OB-R) that by interacting with OB-R retains the receptor inside the cell. Interestingly, both proteins are expressed from the same promoter. Silencing of endospanin 1 in the ARC prevented the development of diet-induced obesity demonstrating the importance of this protein on OB-R in vivo function.Based on these encouraging findings the first aim of this thesis was to extend our understanding of the in vitro and in vivo role of endospanin 1 and its homologue, endospanin 2, on OB-R function. The second aim consisted in the identification of chemical compounds able to sensitize the leptin response in obese patients. We show here that endospanin 1 is up-regulated in the ARC of obese mice suggesting a potential contribution of this protein to the development of leptin resistance. Its silencing in the ARC of naïve and obese mice reverses obesity development and impairs pancreatic insulin secretion. This dual effect correlates with the differential effect of endospanin 1 on OB-R signaling, inhibition of the STAT3 pathway and activation of the AKT pathway. Intriguingly, endospanin 2, the second member of the endospanin family, promotes efficient STAT3 activation suggesting differential roles of both endospanins on OB-R function.We characterized an obese patient carrying a homozygous deletion in the chromosomal 1p31.3 region coding for endospanin 1. This is the first report defining the consequences of endospanin 1-deficiency in humans. Our data suggest that endospanin 1 has no major OB-R-independent functions thus defining endospanin 1 as an attractive and highly specific therapeutic target for the improvement of impaired leptin signaling.In the last part of the thesis two screening assays were developed to identify compounds that either activate OB-R or promote its cell surface expression. Primary screens were successfully performed for both assays and positive hits identified. Validated hits might be useful to resensitize the impaired leptin response in obese patients.