Au cours de ce travail, nous avons recherché l’effet du nitrate et de l’acétate d’uranyle sur des tubules proximaux isolés de reins de souris et de reins humains métabolisant l’un de ses substrats physiologiques, le lactate. Notre étude montre que le nitrate et l’acétate d’uranyle diminuent la gluconéogenèse et le niveau intracellulaire d’ATP de manière dose-dépendante pour des concentrations de l’ordre du millimolaire. Après l’incubation dans un milieu Krebs dépourvu d’ions phosphate en présence de L-[1-13C]-, ou L-[2-13C]-, ou L-[3-13C]lactate, la consommation du substrat et la formation de produits ont été mesurées par des méthodes enzymatiques et par spectroscopie RMN du 13C. En combinant les résultats obtenus par chacune de ces méthodes à l’aide d’un modèle mathématique du métabolisme du lactate, il a pu être montré qu’à la concentration de 3 mM, le nitrate d’uranyle exerce un effet inhibiteur sur les flux enzymatiques de la lactate deshydrogénase (LDH) et de 3 enzymes clés de la gluconéogenèse ; chez la souris et l’homme, les flux sont inhibés respectivement de 14% et 20% (LDH), de 32% et 27% (pyruvate carboxylase), de 36% et 35% (phosphoénolpyruvate carboxykinase) et de 45% et 39% (glucose-6-phosphatase). De plus, une diminution de la quantité de glutathion est observée chez la souris (-36%) et chez l’homme (-12%). Contrairement à ce que l’on attendait, car les ions phosphate pourraient faciliter l’entrée de l’uranium dans la cellule, dans les tubules proximaux murins, l’ajout d’ions phosphate au milieu d’incubation ne semble pas accroître l’inhibition de la gluconéogenèse rénale par le nitrate d’uranyle 3 mM / As part of a study on uranium nephrotoxicity, we investigated the effect of uranyl nitrate and acetate in isolated human and mouse kidney cortex tubules metabolizing the physiological substrate lactate. In the millimolar range, uranyl nitrate and acetate reduced gluconeogenesis and the cellular ATP level in a dose-dependent fashion. After incubation in phosphate-free Krebs-Henseleit medium with 5 mM L-[1-13C]-, ou L-[2-13C]-, ou L-[3-13C]lactate, substrate utilization and product formation were measured by enzymatic and NMR spectroscopic methods. In the presence of 3 mM uranyl nitrate, glucose production and the intracellular ATP content were significantly reduced in both human and mouse tubules. Combination of enzymatic and NMR measurements with a mathematical model of lactate metabolism revealed an inhibition of fluxes through lactate dehydrogenase and the gluconeogenic enzymes in the presence of 3 mM uranyl nitrate; in human and mouse tubules, fluxes were reduced by 20% and 14% (lactate dehydrogenase), 27% and 32% (pyruvate carboxylase), 35% and 36% (phosphoenolpyruvate carboxykinase), and 39% and 45% (glucose-6-phosphatase), respectively. These effects were associated with a 12% and 36 % decrease in the cellular content of glutathione in human and mouse tubules, respectively. Contrary to what expected because phosphate was supposed to facilitate the entry of uranium, the addition of phosphate in the medium did not enhance the inhibitory effect of 3 mM uranyl nitrate on gluconeogenesis in isolated mouse tubules

E2F1, un régulateur crucial du métabolisme dans les cellules normales et cancéreuses.Résumé: Le facteur de transcription E2F1 est largement décrit pour son implication dans le contrôle du cycle cellulaire. Notre laboratoire et d'autres ont montré qu'il jouait également un rôle majeur dans le contrôle de l'homéostasie du glucose et des lipides. Dans les travaux présentés dans cette thèse, nous avons démontré ici en utilisant les souris invalidées pour E2F1 (souris E2f1-/-), qu'il joue un rôle dans le mécanisme de sécrétion d'insuline, dans la lipogenèse et la gluconéogenèse hépatique et dans le contrôle du métabolisme oxydatif. Dans la cellules β pancréatique, E2F1 contrôle la sécrétion d'insuline via le contrôle de l'expression de Kir6.2. Nous avons également montré l'implication de E2F1 dans la régulation de l'expression de gènes oxydatifs dans le TAB et le muscle. De plus, l'étude du foie de ces souris a permis de montrer le rôle de E2F1 dans le contrôle de la lipogenèse et la néoglucogenèse. E2F1 semble en effet capable de réguler l'expression d'un gène clé de la lipogenèse, Fas et de la G6Pase, un gène impliqué dans la production hépatique de glucose, en coopérant avec le facteur de transcription foxo-1. Enfin, nous avons observé que la diminution de la néoglucogenèse en absence de E2F1 empêche la formation de métastases pulmonaires. Ces différents résultats démontrent que E2F1 est un régulateur clé du métabolisme, et que la modulation de son activité pourrait avoir des conséquences majeures dans le développement de maladies comme le diabète, l'obésité, les myopathies et le cancer.Mots clés: E2F1, sécrétion d'insuline, métabolisme oxydatif, lipogenèse, gluconéogenèse, cancer. / E2F1, a crucial regulator of metabolism in normal and cancer cells. Abstract: E2F1 is a key transcription factor involved in the control of the cell cycle. We and others have previously demonstrated a a major role for E2F1 in the control of glucose and lipid homeostasis. In this thesis, we showed bu using E2F1 null mice, that E2F1 plays a major role in the control of insulin secretion, oxidative metabolism, lipogenesis and gluconeogenesis. E2F1 controls insulin secretion through the modulation of Kir6.2 expression. Moreover, we demonstrated that E2F1 controls the expression of oxidative genes in BAT and muscle. In addition, we observed that E2F1 is involved in the control of lipogenesis and gluconeogenesis in the liver. E2F1regulates the expression of key lipogenic genes, such as Fas, and G6Pase, a gene involved in hepatic glucose production, through cooperation with foxo-1. Finally, we observed that the inhibition of gluconeogenesis upon E2f1 genetic ablation impaired the formation of lung metastases. These different results show that E2F1 is a key regulator of metabolism, and that modulating its activity could have High outcomes on diseases such as diabetes, obesity, muscular distrophies or cancers.Key words: E2F1, insulin secretion, oxidative metabolism, lipogenesis, gluocneogenesis, cancer.

Le diabète de type 2 est aujourd'hui une maladie de plus en plus répandu. En ce sens il est nécessaire de mettre au point de nouveau composé permettant d'inhiber la gluconéogenèse. C'est pourquoi nous nous sommes intéressé à la synthèse du FR225654 1, décaline présentant une activité hypoglycémiante in vivo après administration par voie orale et inhibiteur de la néoglucogenèse in vitro (IC50 = 1,1.10-7 M). Ce composé, isolé en 2005 du champignon Phoma sp N°00144 et jamais encore synthétisé à ce jour, possède un mécanisme d'action inconnu. La nécessité d'une synthèse par voie chimique convergente et flexible, permettant l'accès à des analogues, est donc évidente. La stratégie consistait à préparer une trans-décaline par le biais d'une réaction de Diels-Alder intramoléculaire à partir d'un triène précurseur. La combinaison de ces travaux a constitué une avancée importante dans le cadre de la synthèse du FR225654, un hypoglycémiant potentiel. La mise au point d'une synthèse convergente du précurseur de la réaction de Diels-Alder permettra notamment d'effectuer par la suite des modifications aisées en vue de la préparation d'une vaste gamme d'analogues simplifiés. A ce jour, le produit de cyclo-addition a été isolé et caractérisé, validant ainsi l'étape clé de la stratégie de synthèse. Ainsi, l'accès rapide au FR225654 est rendu possible et la synthèse d'analogues est maintenant envisageable. Les produits synthétisés feront l'objet d'une évaluation biologique, l'objectif ultime étant d'accéder à de nouveaux médicaments pour le traitement du diabète de type 2.

Le foie est un organe qui exerce un rôle majeur dans le contrôle de l’homéostasie métabolique et énergétique de l’organisme en maintenant la glycémie à un taux constant. LKB1 est une sérine-thréonine kinase qui joue un rôle clef dans la physiologie cellulaire en couplant le contrôle du métabolisme au statut énergétique de la cellule. A l’aide de modèles murins ayant une délétion de LKB1 dans les hépatocytes adultes, nous avons identifié un rôle complexe pour LKB1 au sein de l’homéostasie énergétique. L’objectif de ma thèse était de caractériser ce phénotype et d’en comprendre les bases physiologiques. Nos résultats montrent une hyperglycémie à jeun chez les animaux mutants, associée à une perte de masse maigre (muscle), une accumulation du glycogène à jeun et une activation constitutive de la voie de l’insuline, qui, à long terme, conduit à une cachexie. Nos résultats suggèrent que Lkb1 hépatique exercerait un dialogue complexe avec la signalisation insuline dans le contrôle de la gluconéogenèse avec une dépendance énergétique aux acides aminés. Nous avons aussi montré qu’il existait un dialogue complexe entre LKB1 et la voie Wnt/β-caténine dans le foie. En effet, les carcinomes hépatocellulaires (CHC) mutés CTNNB1 ont des caractéristiques phénotypiques en termes de polarité et de métabolisme (absence de stéatose). Nous avons émis l’hypothèse que ce phénotype pouvait être secondaire à l’activation du gène suppresseur de tumeurs LKB1. Les mutations CTNNB1 sont en effet capable d’induire l’expression protéique de LKB1 dans les lignées hépatomateuses humaines, et les CHC mutés CTNNB1 présentent une expression protéique accrue de LKB1. De plus, dans deux modèles murins d’invalidation hépatospécifique de Lkb1, LKB1 est apparu comme requis pour l’activation du programme transcriptionnel de β-caténine mais de façon dépendante du stade de développement et du contexte nutritionnel. / The liver plays a major role in the control of both metabolic and energetic homeostasis in the body by maintaining glycemia. LKB1 is a serine-threonine kinase that plays a crucial role in cell physiology by controlling cell metabolism and cell energetic status. Using murine model with LKB1 hepatospecific deletion, we identified a complex role for LKB1 in energy homeostasis. The aim of my thesis was to characterize this phenotype and to understand its physiological basis. Our results show a hyperglycemia at fasted state in mutants animals, associated with a loss of dry mass, a glycogen accumulation and a constitutive activation of insulin signaling, which leads to a cachexia at long term. Our results suggest that hepatic Lkb1 is involved in a cross talk with insulin signaling in the control of neoglucogenesis with amino acid dependence. We also showed a cross talk between LKB1 and Wnt/β-catenin signaling in the liver. Indeed, CTNNB1-mutated hepatocellular carcinoma (HCC) have phenotypic features in terms of polarity and metabolism (lack of lipid accumulation). Our hypothesis is that this phenotype would be secondary to the activation of the tumour suppressor gene LKB1. CTNNB1 mutations induce LKB1 proteic expression in human hepatoma cell lines and CTNNB1-mutated HCC show an increased proteic LKB1 expression. In two murine models of Lkb1 hepatospecific invalidation, LKB1 seems to be necessary for the activation of the β-catenin transcriptional program in a way that is dependent on developpemental state and nutritional context.

Le diabète de type 2 est aujourd’hui une maladie de plus en plus répandu. En ce sens il est nécessaire de mettre au point de nouveau composé permettant d’inhiber la gluconéogenèse. C’est pourquoi nous nous sommes intéressé à la synthèse du FR225654 1, décaline présentant une activité hypoglycémiante in vivo après administration par voie orale et inhibiteur de la néoglucogenèse in vitro (IC50 = 1,1.10-7 M). Ce composé, isolé en 2005 du champignon Phoma sp N°00144 et jamais encore synthétisé à ce jour, possède un mécanisme d’action inconnu. La nécessité d’une synthèse par voie chimique convergente et flexible, permettant l’accès à des analogues, est donc évidente. La stratégie consistait à préparer une trans-décaline par le biais d’une réaction de Diels-Alder intramoléculaire à partir d’un triène précurseur. La combinaison de ces travaux a constitué une avancée importante dans le cadre de la synthèse du FR225654, un hypoglycémiant potentiel. La mise au point d’une synthèse convergente du précurseur de la réaction de Diels-Alder permettra notamment d’effectuer par la suite des modifications aisées en vue de la préparation d’une vaste gamme d’analogues simplifiés. A ce jour, le produit de cyclo-addition a été isolé et caractérisé, validant ainsi l’étape clé de la stratégie de synthèse. Ainsi, l’accès rapide au FR225654 est rendu possible et la synthèse d’analogues est maintenant envisageable. Les produits synthétisés feront l’objet d’une évaluation biologique, l’objectif ultime étant d’accéder à de nouveaux médicaments pour le traitement du diabète de type 2. / Type 2 diabetes mellitus (T2DM) is a growing worldwide health concern that is expected to afflict over 366 million people by 2030. FR225654 is a novel gluconeogenesis (GNG) inhibitor recently isolated from the culture broth of Phoma sp.. This compound selectively inhibits GNG of primary rat hepatocytes and shows highly hypoglycemic effects in several in vivo mouse models (80% decrease of glycemia). However, to date, the mechanism of action and molecular target remain unknown. From a structural point of view, FR225654 exhibits a highly oxygenated trans-decalin ring substituted by a β-keto-enol moiety and a side-chain bearing a conjugated carboxylic acid and a trisubstituted olefin. Project specific objectives were to design an efficient total synthesis which could also permit a straightforward access to diverse analogues. This feature would constitute a crucial step for the further understanding of Structure Activity Relationship of FR225654. The work consists in synthesizing separately a side chain and a trans-decalin core by means of an intramolecular Diels-Alder reaction from a precursor. To date, synthesis of the precursor has been achieved in 13 steps as well as the side chain. The Intramolecular Diels-Alder reaction has also been validated in order to accomplish the first total synthesis of FR225654.

Le tractus digestif et le foie interagissent continuellement, non seulement à travers les connexions anatomiques, mais également par des liens physiologiques/fonctionnels. Le déséquilibre de l’axe intestin-foie apparait de plus en plus comme un facteur primordial dans les désordres cardiométaboliques, à savoir l’obésité, le syndrome métabolique, le diabète de type 2 et la stéatose hépatique non alcoolique (NAFLD), pour lesquels la prévalence demeure alarmante, les mécanismes moléculaires encore méconnus, et les traitements peu efficaces. L’hypothèse centrale du présent projet de recherche est que la combinaison d’anomalies génétiques et nutritionnelles affecte la sensibilité de l’insuline intestinale, ce qui conduit à une surproduction des chylomicrons, à une dyslipidémie, une insulinorésistance systémique et des répercussions sur le foie. Dans cet agencement, le foie développe une NAFLD progressive, impliquant plusieurs sentiers métaboliques intrinsèques et des mécanismes comprenant le stress oxydatif, l’inflammation et l’insulinorésistance. En revanche, des nutriments, comme les acides gras polyinsaturés (AGPI) n-3, peuvent présenter des effets bénéfiques en ciblant plusieurs circuits pathogéniques. L’objectif central de cette thèse consiste à : (i) Démontrer que des gènes codant pour les protéines intestinales clés associées au transport des lipides, comme c’est le cas du Sar1b GTPase, peuvent interagir avec l’environnement nutritionnel pour produire l’obésité et des dérangements cardiométaboliques, incluant la NAFLD ; (ii) Explorer les mécanismes hépatiques sous-jacents à la NAFLD; et (iii) Identifier les effets et les cibles thérapeutiques des AGPI n-3 sur la NAFLD. Ces objectifs seront soutenus par une prospection de la littérature scientifique disponible dans les champs du syndrome métabolique et de la NAFLD afin d’en disséquer les forces et les faiblesses au bénéfice de la communauté scientifique. À ces fins, nous avons utilisé des modèles animaux et cellulaires manipulés génétiquement, des animaux exposés de façon chronique à des diètes riches en lipides, des spécimens de tissus hépatiques obtenus durant la chirurgie bariatrique d’obèses morbides, et une cohorte d’adolescents obèses souffrant de NAFLD et qui seront traités avec les AGPI n-3. L’ensemble de nos expériences ont soutenu nos hypothèses et ont mis en évidence les concepts et mécanismes suivants : (i) L’abondance d’un gène crucial (notamment Sar1b GTPase) au niveau de l’intestin, en synergie avec une alimentation obésogène, perturbe l’homéostasie locale et mène à des dérangements cardiométaboliques, défiant même l’axe intestin-foie ; (ii) Les causes développementales de la NAFLD comprennent les dérangements du métabolisme des acides gras, du statut redox et inflammatoire, de la sensibilité à l’insuline, des sentiers métaboliques (lipogenèse, β-oxydation, gluconéogenèse) et de l’expression des facteurs de transcription; et (iii) Les AGPI n-3 représentent un robuste arsenal thérapeutique des dérangements cardiométaboliques, notamment la NAFLD, en agissant sur plusieurs cibles pathogéniques. Globalement, nos résultats montrent le rôle indéniable de l’intestin comme organe insulino-sensible interagissant de près avec les aliments et capable de déclencher des troubles métaboliques. Plusieurs mécanismes gouvernant les désordres métaboliques ont été dévoilés par nos travaux. En outre, nos études cliniques ont pointé la force thérapeutique des AGPI n-3 qui interviennent dans de nombreux processus de régulation métaboliques et notamment dans le stress oxydatif et l’inflammation. / The digestive tract and liver interact continuously, not only through anatomical connections, but also through physiological / functional links. The imbalance of the intestine-liver axis is increasingly emerging as a key factor in cardiometabolic disorders (CMD), namely obesity, metabolic syndrome, type 2 diabetes, and non alcoholic fatty liver disease (NAFLD), for which prevalence remains alarmingly high, molecular mechanisms are poorly understood, and treatments are largely inefficient. The central hypothesis of this research project is that the combination of genetic and nutritional abnormalities affect intestinal insulin sensitivity, leading to overproduction of chylomicrons, dyslipidemia, systemic insulin resistance and dysregulated intestine-liver axis. In this situation, the liver develops progressive NAFLD, implicating several intrinsic metabolic pathways and mechanisms, including oxidative stress, inflammation and insulin resistance. In contrast, functional foods, such as omega-3 polyunsaturated fatty acids (n-3 PUFA), may have beneficial effects by targeting several pathogenic pathways. The central objective of this thesis is to: (i) Demonstrate that genes coding for key intestinal proteins associated with lipid transport, as is the case with Sar1b GTPase, can interact with the nutritional environment to produce obesity and CMD, including hepatic steatosis; (ii) explore the mechanisms underlying NAFLD; and (iii) identify the effects and therapeutic targets of n-3 PUFA. These objectives will be supported by a critical review on metabolic syndrome and NAFLD in order to dissect their strengths and weaknesses for the benefit of the scientific community. For these purposes, we used genetically engineered animal and cell models, chronic exposure of animals to high-fat diets, liver tissue specimens obtained during bariatric surgery of morbidly obese patients, and treatment of obese NAFLD adolescents with n-3 PUFA. All of our experiments supported our hypotheses and highlighted the following concepts and mechanisms: (i) The abundance of a crucial gene (notably Sar1b GTPase) in the intestine, in synergy with an obesogenic diet, disrupts local homeostasis and leads to CMD, challenging even the intestine-liver axis; (ii) Developmental causes of NAFLD include disturbances of fatty acid metabolism, redox and inflammatory status, insulin sensitivity, metabolic pathways (lipogenesis, β-oxidation, gluconeogenesis), and expression of transcription factors; and (iii) n-3 PUFA represent a robust therapeutic arsenal of CMD, including NAFLD, by acting on several pathogenic targets. Overall, our results show the undeniable role of the intestine, as an insulin-sensitive organ, interacting closely with obesogenic food, and capable of triggering CMD, including perturbations of the intestine-liver axis. Several mechanisms governing metabolic disorders have been unveiled by our work. In addition, our clinical studies have pointed to the therapeutic potential of n-3 PUFA involved in many regulatory processes, including oxidative stress and inflammation.