L’homéostasie énergétique se définit comme le maintien de l’équilibre entre les apports et les dépenses d’énergie. La régulation nerveuse de cet équilibre est principalement assurée par l’hypothalamus. Il existe dans cette structure des neurones spécialisés dont l’activité électrique est modifiée par des signaux nerveux, métaboliques et hormonaux.Nous avons travaillé sur la détection du glucose dans cette structure, qui permet l’élaboration d’une réponse adaptée en termes de prise alimentaire et de contrôle du métabolisme. Lors de cette détection, l’utilisation du glucose conduit à la formation d’Espèces Actives de l’Oxygène d’origine mitochondriale (mEAOs) par la chaîne respiratoire mitochondriale (CRM), constituant une signalisation redox indispensable aux réponses physiologiques. De récentes études in vitro (cultures de myoblastes, hépatocytes) ont par ailleurs mis en évidence le rôle de la dynamique mitochondriale, qui contrôle la morphologie des mitochondries par des mécanismes de fission et de fusion, sur la production de mEAOs induite par une hyperglycémie. Cette dernière déclenche la fission des mitochondries de façon concomitante à la production de mEAOs. En revanche, le blocage de la fission empêche la production de mEAOs lors de l’hyperglycémie dans ces cultures. Ces études suggéraient donc que la fission soit déclenchée par l’hyperglycémie et permette alors la production de mEAOs. Mon projet de thèse a consisté à déterminer l’implication de la dynamique mitochondriale dans la signalisation mEAOs lors de la détection hypothalamique du glucose. Nos résultats nous ont permis de mettre en évidence, dans un premier temps, un adressage de la protéine de fission DRP1 à la mitochondrie dans l’hypothalamus lors d’une hyperglycémie cérébrale, évènement nécessaire au déclenchement de la fragmentation des mitochondries. Cette fragmentation est confirmée en imagerie où l’analyse morphologique montre des mitochondries plus petites, plus sphériques et moins allongées que celles des témoins. Dans un deuxième temps, nous avons déterminé l’implication de cette fission mitochondriale dans la détection hypothalamique du glucose. Son importance a pu être évaluée en bloquant la fission des mitochondries par l’inhibition de l’expression de la protéine de fission DRP1 spécifiquement dans le VMH, par interférence ARN. Cette stratégie nous a permis d’obtenir une inhibition de l’expression de DRP1 de près de 80%, 72h après l’injection. Cette inhibition est localisée au VMH et a pour conséquence une élongation des mitochondries qui présente un réseau mitochondrial plus filamenteux. L’étude du phénotype des animaux a mis en évidence une hyperphagie associée à l’inhibition de la fission mitochondriale dans le VMH. Cette hyperphagie n’entraine cependant aucune modification du poids corporel. Ceci suggère une augmentation des dépenses énergétiques chez ces animaux. De plus, ils présentent une perte de sensibilité hypothalamique au glucose qui conduit à un défaut du contrôle nerveux de la sécrétion d’insuline, ainsi qu’à une perte de l’effet satiétogène du glucose lors d’un test de réalimentation. Nous montrons que cette perte de sensibilité au glucose est due à un défaut de production hypothalamique des mEAOs en réponse au glucose, production qui est nécessaire à la signalisation responsable des réponses effectrices. Ce défaut de production de mEAOs est associé à un dysfonctionnement de la CRM. L’ensemble de ce travail permet donc de montrer pour la première fois, in vivo, que la fission mitochondriale est indispensable à la production hypothalamique de mEAOs lors d’une hyperglycémie cérébrale. Cette production est nécessaire au déclenchement du contrôle nerveux permettant d’une part la sécrétion d’insuline et d’autre part le rassasiement induit par le glucose intra-hypothalamique. / Energetic homeostasis results in the balance between energy intake and expenditure. The hypothalamus plays an important role in the regulation of both energetic metabolism and food intake in sensing hormonal and metabolic signals. For instance, changes in hypothalamic glucose level modulate food intake and insulin secretion. We have previously found that 1) increased hypothalamic glucose level triggers production of mitochondrial reactive oxygen species (mROS) from the electron transport chain; 2) hypothalamic mROS production is involved in glucose homeostasis and food intake control. The molecular mechanisms involved in glucose-induced hypothalamic mROS production are still unknown. Mitochondrial dynamics control mitochondrial morphology through fission or fusion mechanisms. Recent in vitro studies have shown that mitochondrial fission is involved in glucose-induced myoblasts and hepatocytes mROS production. The main hypothesis of my thesis was that mitochondrial dynamics were involved in 1) hypothalamic glucose-induced mROS signaling and 2) hypothalamic glucose sensitivity.We first showed in vivo that increased hypothalamic glucose level in response to an intracarotid glucose injection induces recruitment of the mitochondrial fission protein DRP1 at the mitochondria and triggers mitochondrial fragmentation. The second part of my work was to determine whether mitochondrial fission is involved in hypothalamic glucose sensitivity. Therefore, we inhibited DRP1 expression in the ventromedial hypothalamus (VMH) by siRNA injection. 72h post siDRP1 injection, VMH DRP1 expression was decreased by 80%. At this time, we found that increased hypothalamic glucose level failed to increase hypothalamic mROS production. In addition, intracarotid glucose injection-induced insulin secretion was decreased. Finally, VMH glucose injection-induced food intake inhibition was attenuated in siDRP1 treated animals. In a last set of experiments, we found ex vivo by oxygraphy that hypothalamic mROS production is associated with electron transport chain dysfunction. Altogether, our work shows for the first time that mitochondrial fission is involved in mROS dependent hypothalamic glucose sensitivity. Furthermore, this work demonstrates that mitochondrial fission plays a critical role in the regulation of glucose homeostasis and food intake.

Le maintien de l’homéostasie énergétique est placé sous le contrôle de cytokines qui agissent dans le système nerveux central, notamment au niveau de l’hypothalamus. En particulier, la leptine, cytokine produite par le tissu adipeux, diminue la prise alimentaire et stimule la perte de poids. L’obésité est une épidémie mondiale qui progresse de façon alarmante, notamment chez les enfants et souvent associée à des pathologies sévères et des désordres endocriniens comme la résistance à la leptine ou à l’insuline. Le CNTF (Ciliary Neurotrophic Factor) est une neurocytokine de la même famille que la leptine dont l’un des principaux avantages est qu’il stimule la perte de poids dans les cas de leptino-résistance en activant les mêmes voies de signalisation que la leptine (Benomar et al., 2009). Face à l’épidémie mondiale d’obésité,chez la population adulte comme enfantine, il apparaît nécessaire de décrypter les mécanismes impliqués dans la genèse de la maladie ainsi que les potentiels agents thérapeutiques.L’objectif premier de ce travail de thèse a été de caractériser l’impact d’une alimentation maternelle hyperlipidique (HF) sur les capacités de contrôle de l’homéostasie énergétique chez la descendance. En effet, le concept de « programmation métabolique » propose que des pertubations de l’environnement périnatal puissent influencer durablement la descendance, la rendant plus susceptible de développer une obésité dans un contexte nutrionnellement riche.Des études menées au sein du laboratoire ont montré qu’un régime maternel HF pouvait programmer l’acquisition de la leptino-résistance chez la descendance à l’âge adulte (Ferezou-Viala et al., 2007b). Nous avons donc testé la prédispostion de ces animaux à prendre du poids lorsqu’ils étaient nourris avec un régime hypercalorique (P). Nos données ont montréqu’étonnamment, le régime maternel HF protégeait la descendance contre le gain de poids induite par le régime P, induisait des modifications d’expression des marqueurs de l’homéostasie énergétique dans le foie et l’hypothalamus, ainsi que de profondes réorganisations cytoarchitectoniques dans le noyau arqué. Plus précisément, le régime maternel HF était associé à une réorganisation de la couverture astrocytaire périvasculaire dans le noyau arqué de la descendance qui persistait à l’âge adulte.Dans une seconde partie de la thèse, nous avons étudié les mécanismes d’action du CNTF. En effet, notre équipe a récemment mis en évidence que le CNTF endogène pourrait jouer un rôle dans la régulation de l’homéostasie énergétique. Les niveaux hypothalamiques de cette cytokine, présente dans les astrocytes et les neurones du noyau arqué, augmentent chez les animaux résistant à une alimentation hypercalorique. Cela pourrait suggérer un rôle protecteur du CNTF contre la prise de poids chez certains individus (Vacher et al., 2008). A ce jour, les mécanismes d’action du CNTF restent cependant mal compris car ce dernier ne possède pas de peptide signal et n’est donc pas sécrété selon des mécanismes d’exocytose classiques. Partant du constat que le CNTF et ses sous-unités réceptrices étaient distribuées de façon similaire dans les cellules du noyau arqué, nous avons émis l’hypothèse que le CNTF pourrait exercer une action intracellulaire sur les cellules de cette structure. Dans cette étude nous démontrons que le CNTF peut interagir directement avec ses récepteurs dans le noyau des neurones anorexigènes du noyau arqué, pour réguler leur activité transcriptionnelle. Ces données proposent ainsi un nouveau mécanisme à l’action anorexigène du CNTF / Obesity is a major health disease which involves numerous metabolic disorders. Increasing evidence suggests that the risk of developing the pathology in adulthood may be influenced through inappropriate perinatal nutrition. In our study, we first investigated the impact of a maternal high-fat (HF) diet, which is known to induce hypothalamic leptin resistance in adult offspring (Férézou-Viala et al., 2007), to develop obesity in a rich diet environment (P diet). Our results showed that surprisingly, HF maternal diet protected offspring against body weight gain induced by P diet. In a second part of the thesis, we studied mechanisms of action of CNTF, a neurocytokine which could protect some people against body weight gain induced by a P diet (Vacher et al., 2008). Results of this study showed that CNTF ant its subunits receptors could translocate to the hypothalamic cell nucleus to induced POMC transcription.