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Les cellules entéroendocrines sécrétrices d’hormones représentent 1% de l’épithélium intestinal mais sont des régulateurs essentiels du métabolisme énergétique et l’altération de leur différenciation provoque de graves pathologies métaboliques. Leur différenciation est régie par une cascade de régulations transcriptionnelles qui est encore peu décrite, particulièrement chez l’homme. L’objectif de ce projet de thèse était d’évaluer l’implication de plusieurs facteurs de transcription préalablement identifiés chez la souris (NGN3, RFX6, ARX, PAX4) dans la différenciation entéroendocrine humaine. Pour ce faire, ces gènes ont été inactivés par la technique CRISPR/Cas9 dans des cellules souches pluripotentes induites humaines (hiPSCs), qui ont ensuite été différenciées in vitro en organoïdes intestinaux (HIOs). Les analyses des HIOs déficients pour NGN3 ne permettent pas de conclure quant à un rôle dans la différenciation entéroendocrine mais indiquent une altération de la régionalisation du tissu formé chez les mutants. RFX6 semble important pour la différenciation et/ou la fonction des cellules entéroendocrines, bien que sa fonction précise n’ait pas pu être déterminée. / Hormone-producing enteroendocrine cells represent 1% of the intestinal epithelium but are key regulators of the energetic metabolism and alteration of their differentiation is associated with severe metabolic disorders. Enteroendocrine differentiation is governed by a transcriptional regulatory cascade that is poorly described, especially in humans. This thesis project aimed to evaluate the implication of several transcription factors, previously identified in mice (NGN3, RFX6, ARX, PAX4), in human enteroendocrine differentiation. To do so, these genes were disrupted with the CRISPR/Cas9 system in human inducible pluripotent stem cells (hiPSCs), which were then differentiated in intestinal organoids (HIOs). Preliminary analysis of NGN3-deficient HIOs did not allow a firm conclusion regarding NGN3 implication in enteroendocrine differentiation but showed a tissue regionalization alteration. RFX6 seems important for the differentiation/function of enteroendocrine cells, although its precise function is still to be determined.

京都大学 / 新制・論文博士 / 博士(医学) / 乙第13429号 / 論医博第2233号 / 新制||医||1053(附属図書館) / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 長船 健二, 教授 妹尾 浩, 教授 川口 義弥 / 学位規則第4条第2項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

L’intestin est un organe majeur de l’organisme de par ses fonctions et sa localisation, établissant une barrière active avec un environnement complexe composé du microbiote intestinal, des aliments digérés et d’éléments sécrétés par l’hôte. Outre ses fonctions digestives, absorptives et immuno-modulatrices, l’intestin est également un important organe endocrinien, sécrétant une vingtaine d’hormones régulant des fonctions physiologiques telles que la prise alimentaire, le métabolisme énergétique ou la digestion et le transit intestinal. Ces hormones sont produites par une famille de cellules épithéliales, les cellules entéroendocrines, et sécrétées en réponse à l’activation de récepteurs reconnaissant des éléments du contenu intestinal. En particulier, les cellules entéroendocrines de type L sécrètent GLP-1 et Peptide YY (PYY), impliqués respectivement dans le contrôle de la sécrétion d’insuline et dans la régulation de la prise alimentaire ainsi que le contôle du transit intestinal. Elles sont majoritairement localisées dans l’iléon et le côlon, là où le microbiote intestinal est le plus dense. Le microbiote intestinal permet notamment la fermentation des fibres en acides gras à chaîne courte (AGCC), la production de vitamines, la maturation du système immunitaire de l’hôte et joue lui-même un rôle de barrière contre les pathogènes. Un dialogue entre le microbiote intestinal et l’hôte est nécessaire dans le maintien de l’homéostasie intestinale, nécessitant la reconnaissance par l’hôte de produits bactériens. En particulier, les récepteurs Toll-Like (TLR) permettent la reconnaissance de motifs moléculaires microbiens conservés et sont impliqués dans l’immunité innée de l’hôte. Certains produits bactériens ont également un rôle physiologique tels que les AGCC qui sont une source d’énergie importante pour les colonocytes, en plus d’activer des voies de signalisation. Il a été montré que des régimes riches en fibres, et donc permettant une production accrue d’AGCC, ou plus directement l’administration d’AGCC dans le colon, induit chez l’Homme ou la souris une augmentation des concentrations plasmatiques de PYY, par des mécanismes encore peu compris. En utilisant des lignées cellulaires humaines modèles de cellules entéroendocrines, nous avons caractérisé les effets des AGCC et des motifs bactériens reconnus par les TLR sur l’expression et la sécrétion de PYY et les réponses calciques dans ces cellules. Nous avons pu démontrer que les TLR sont exprimés de manière fonctionnelle, à l’exception de TLR4 et TLR8 dans ces cellules, et que le butyrate augmente leur expression et leur activité. De plus, la stimulation des TLR augmente l’expression de Pyy d’un rapport de 2, mais a peu d’effet sur la sécrétion dans ces cellules. Les AGCC ont des effets divers sur l’expression et la sécrétion de PYY. Alors que le butyrate et le propionate augmentent très fortement l’expression de Pyy, par des rapports respectivement de 120 et 40, par un mécanisme d’inhibition des déacétylases d’histone et de lysine, l’acétate augmente l’expression de Pyy plus modestement par l’activation des récepteurs aux AGCC FFAR2 et FFAR3. L’activation de FFAR2 par les AGCC induit une forte réponse calcique oscillatoire induisant la sécrétion de PYY alors que l’activation de FFAR3 et de GPR109a par le butyrate diminue la concentration calcique cellulaire et réduit les réponses sécrétoires. Ainsi, les AGCC augmentent la production de PYY et régulent sa sécrétion, mais avec et par des effets différents. Ces travaux ont permis de montrer le rôle des cellules entéroendocrines humaines de type L dans la reconnaissance de produits bactériens par l’expression de TLR et par leurs réponses aux AGCCs modulant l’expression et de la sécrétion de PYY. De plus, ces résultats ont déterminés en partie les mécanismes impliqués dans la réponse bénéfique de l’hôte à la consommation de fibres et l’augmentation de la production d’AGCC. / The human gut exerts major functions, mainly due to its localization and by forming an active barrier between a complex environment made of the gut microbiota, digested food products and secreted elements by the host. The main functions of the gut are digestion and absorption of nutrients and it is the first pool of immune cells and a barrier against pathogens, but the gut is also a main endocrine organ secreting more than twenty different hormones. These hormones regulate a wide range physiological functions including food intake, energy metabolism or digestion. Enteroendocrine cells, a sparse family of intestinal epithelial cells, produce and secrete these hormones in response to the activation of a variety of receptors that sense luminal content. Among them, L-cells secrete GLP-1 and Peptide YY (PYY) that are implicated in the regulation of insulin secretion, food intake and intestinal motility. They are mainly found in the distal ileum and in the colon where the microbiota is the densest. Gut microbiota ferments fibers into short chain fatty acids (SCFAs), produces vitamins, participates in regulation of host immune system and is a barrier against pathogens. The cross talk between microbiota and intestinal epithelium is important to maintain the local homeostasis, and is mediated by host receptors recognizing microbial products. Among them, Toll-like receptors (TLRs) recognize conserved microbial associate molecular patterns (MAMPs) and participate to the host innate immunity. Some microbial products also have important functions for the host such has SCFAs that are an important energy substrate for colonocytes and can also activate different signaling pathways. It was shown that fiber-rich diets, increasing production of SCFAs, as well as direct administration of SCFAs in the colon in humans or mice increased PYY plasma levels through mechanisms still undeciphered. Taking advantage of human cell lines as L-cell models, we assessed the different effects of SCFAs and TLR stimulation on PYY expression and secretion and calcium signaling in these cells. We showed that TLRs are functionally expressed in these cells at the exception of TLR4 and TLR8, and that butyrate, one of the three main SCFAs produced by the microbiota increases cell sensitivity to TLR stimulation by increasing their expression. Moreover, TLR stimulation increases Pyy expression by a fold of two but has little effect on secretion. SCFAs differently regulate Pyy expression. Propionate and butyrate highly increase Pyy expression by a fold of 40 and 120 respectively, and their effects are mainly mediated by inhibition of lysine/histone deacetylases whereas acetate increases expression of Pyy by a fold of 1.8 through stimulation of FFAR2 and FFAR3. SCFAs also induce a strong FFAR2-dependent oscillatory response monitoring PYY secretion whereas butyrate via FFAR3 and GPR109a decreases cytosolic calcium concentration and consequently reduces secretory responses. Thus, SCFAs differently increase PYY production and secretion depending of their chain length. Altogether, these results highlight the role human L-cells in microbiota-host crosstalk by sensing microbial products through expression of TLRs and their responses to SCFAs modulating PYY production and secretion. Furthermore, we deciphered some of the mechanisms implicated in beneficial host response to enriched fiber diets and increased production of SCFAs.