L'épithélium intestinal, en constant renouvellement, assure de nombreuses fonctions vitales comme l'absorption des nutriments et le maintien d'une barrière entre le milieu extérieur et l'organisme. L'absorption intestinale des sucres est assurée par de nombreux transporteurs au niveau de l'intestin proximal. Parmi eux, GLUT2, localisé dans les entérocytes et les cellules endocrines de l'intestin, transporte le glucose, le fructose et le galactose. Les cellules L entéroendocrines produisent le GLP-1, un puissant stimulateur de la sécrétion d'insuline en réponse au glucose. L'objectif de ma thèse a été d'élucider le rôle de GLUT2 intestinal dans l'absorption des sucres et la fonction entéroendocrine grâce à l'étude d'un modèle murin spécifiquement invalidé pour ce transporteur dans les cellules épithéliales intestinales. La délétion intestinale de GLUT2 entraîne une malabsorption intestinale modérée des sucres associée à une distribution retardée du glucose aux tissus périphériques. Le retard spatial et temporel de l'absorption des sucres provoque une dysbiose intestinale au profit de bactéries ayant un rôle protecteur de l'homéostasie intestinale. De façon surprenante, l'invalidation de GLUT2 intestinal s'accompagne d'une chute de la densité de cellules L entéroendocrines, sans modification des niveaux plasmatiques de GLP-1. Cette étude met en exergue le rôle primordial de GLUT2 intestinal dans l'absorption des sucres et la fonction endocrine de l'intestin. Elle permet d'envisager le criblage de molécules capables d'inhiber l'activité de GLUT2 intestinal, pour atténuer la prise de poids et limiter les perturbations métaboliques induites par des régimes riches en sucres. / The constantly renewing intestinal epithelium handles various essential functions including nutrient absorption and persistence of a barrier between our internal and external environments. Several transporters mediate sugar absorption in the proximal intestine. Among them, GLUT2, a very efficient glucose, fructose and galactose transporter and receptor, is located at the membranes of enterocytes and enteroendocrine cells. The enteroendocrine L-cells produce GLP-1, a strong activator of glucose-induced insulin secretion. This thesis aimed to further decipher the role of intestinal GLUT2 in sugar absorption and enteroendocrine cell function. To address this question, mice lacking GLUT2 specifically in intestinal epithelial cells have been generated and studied. Intestinal GLUT2 invalidation alters intestinal glucose absorption and delays glucose biodistribution to peripheral tissues. This spatial and temporal sugar absorption delay provokes intestinal dysbiosis, favoring gut microbiota having a protective impact on gut homeostasis. Surprisingly, intestinal GLUT2 deletion leads to a strong loss in enteroendocrine L cell density, with no impact on GLP-1 plasma levels. This study highlights critical roles for GLUT2 in sugar absorption and enteroendocrine cell function management. The use of specific GLUT2 inhibitors could be considered to limit body weight gain and metabolic disorders induced by sugar rich diets.

En France, l’obésité touche 15% de la population et est en perpétuelle augmentation. Elle est une cause majeure du diabète de type 2. Elle se traduit par un accroissement du nombre de cellules de stockage du gras (adipocytes) et une résistance périphérique à l’insuline. Chez des individus obèses, l’augmentation du nombre d’adipocytes est associée à une diminution de l’expression de la sortiline, protéine transmembranaire dont le clivage entraine la formation du propeptide (PE) et sa libération dans la circulation sanguine. L’analogue synthétique du PE, la spadine, est connu pour moduler l’activité du canal potassique TREK-1. Ce canal étant exprimé dans la cellule bêta pancréatique qui sécrète l’insuline, une hormone participant à la régulation du taux de glucose dans le sang, il est possible que la spadine joue un rôle dans l’homéostasie du glucose. Mes résultats confirment cette hypothèse. En effet, la spadine améliore la tolérance au glucose des souris, en favorisant la libération d’insuline. La spadine est également connue pour interagir avec sortiline, indispensable au trafic du transporteur de glucose Glut4 vers la membrane des adipocytes. Cette interaction spadine-sortiline suggère que la spadine pourrait moduler l’entrée du glucose dans les adipocytes via la sortiline. Mes résultats montrent que la spadine ne modifie pas les capacités de stockage du glucose des adipocytes. En conclusion, la spadine joue un rôle dans la sécrétion de l’insuline et dans la régulation de la glycémie, ce qui peut présenter un intérêt pharmaceutique / In France, approximately 15% of the population is obese and this number keeps rising up every year. Obesity is a major cause of diabetes, inducing an increase of the number of fat-filled cells, called the adipocytes, and a peripheral insulin resistance. This increase of the number of adipocytes is associated with a decrease of sortilin expression, a transmembrane protein which is involved in the release of a propeptide (PE) in the blood circulation. Spadin, a synthetic PE analog, is known to modulate the potassium TREK-1 channel activity. Since, this channel is expressed in pancreatic beta cells which secrete insulin, a hormone involved in blood glucose regulation, spadin may play a role in glucose homeostasis. Consistent with this hypothesis, spadin improves glucose tolerance in mice, by stimulating insulin release. Spadin is a natural peptide derived from sortilin, which is known to control the glucose transporter Glut4 trafficking to the plasma membrane of adipocytes. This suggests that spadin may regulate glucose storage in adipocytes by affecting the sortilin function. However, my results show that spadin has no effect on glucose storage. In summary, spadin is involved in insulin secretion and glucose homeostasis and may be an alternative treatment against obesity and diabetes

Les adaptations du fœtus aux stimuli intra-utérins ont des conséquences immédiates puis à long terme sur sa santé après la naissance. Chez l’équin, ce concept connu sous le nom de DOHaD (Developmental Origins of Health and Disease) a été validé à l’aide de croisements inter-races : la taille de la jument, qui conditionne l’environnement maternel pendant la gestation puis la lactation, a un impact crucial sur la croissance postnatale du poulain, mais aussi sur la sensibilité à l’insuline du nouveau-né. L’ostéochondrose, pathologie du cheval en croissance, est responsable de pertes financières majeures pour la filière équine. Elle a été reliée à des anomalies de l’homéostasie glucidique et son origine anténatale est fortement suspectée. Dans cette thèse, nous avons mesuré l’impact de perturbations expérimentales au cours du développement fœtal sur la croissance, l’homéostasie glucidique et la prédisposition à l’ostéochondrose du poulain jusqu’à l’âge de 1 an ½. Un premier modèle de croissance fœtale augmentée versus restreinte a été obtenu par transferts d’embryons inter-races (« poneys dans traits » versus « selles dans poneys », respectivement). L’environnement maternel « enrichi » de la jument de trait versus restreint de la ponette s’est révélé déterminant dans la régulation de la croissance des différents segments osseux, de l’axe thyréotrope, de la fonction des cellules β pancréatiques, de la sensibilité à l’insuline de l’organisme et de la santé ostéoarticulaire du poulain dès la naissance et jusqu’à 1 an ½. Tout en validant le concept de DOHaD chez l’équin, ce modèle souligne le soin qui doit être apporté à la sélection des juments receveuses dans la pratique du transfert d’embryons. En démontrant l’ampleur des effets post-nataux programmés in utero et pendant la lactation, ce modèle alerte aussi l’éleveur sur la gestion des poulinières et ses impacts à long terme. En ce sens, le second modèle est en adéquation avec les préoccupations d’élevage puisqu’une perturbation de l’environnement nutritionnel du fœtus a été induite en apportant un concentré (orge) dans la ration hivernale de la jument gravide versus des fourrages uniquement. A ce jour, l’impact de cette modification anténatale sur l’homéostasie glucidique du poulain avant sevrage semble limité à la période néonatale, tandis que sa croissance n’est pas du tout affectée. En revanche, sa prédisposition à l’ostéochondrose à l'âge de 6 mois semble être accrue, ce qui ne permet pas de présager de la suite car le statut ostéoarticulaire du poulain âgé de 6 mois reste susceptible d’évoluer jusqu’à 1 an ½. Ces travaux devraient permettre d’ajuster les recommandations nutritionnelles chez les poulinières. / Fetal adaptations to intra-uterine stimuli have immediate and long term effects on the offspring’s health after birth. In equids, this concept known as the DOHaD (Developmental Origins of Health and Disease) was validated using cross-breeding: the mare’s size which affects the fetal environment throughout gestation and then lactation, has a critical impact on the foal’s post-natal growth, as well as on the neonate’s sensitivity to insulin. Osteochondrosis, a pathology of the growing horse, induces heavy financial losses in the equine industry. It has been associated to abnormalities in glucose homeostasis and its antenatal origin is highly suspected. The present research aimed to evaluate the impact of experimental disturbances during fetal development on growth, glucose homeostasis and predisposition to osteochondrosis in the foal until age 1½ year. Increased versus restricted fetal growth was obtained using between-breed embryo transfers (“ponies in draft horses” versus “saddlebreds in ponies”, respectively). The lush environment of the draft mare versus the restricted environment of the pony mare turned out to be critical in the regulation of bone growth, thyroid hormones secretion, β-cells function, insulin sensitivity and the osteoarticular status of the foal from birth to 1½ year of age. This validates the concept of the DOHaD in equids and shows that recipient mares should be carefully selected in embryo transfer practice. By demonstrating the scope of post-natal effects which were programmed in utero and throughout the lactating period, it also alerts the breeder about the importance of broodmare management and its long term impacts. Thus, the second model was developed to address breeders' practices. A disturbance of the nutritional environment of the fetus was induced by supplementing mares in late pregnancy with concentrated feed (barley). So far, only the neonatal foal's glucose homeostasis was affected, whereas all other studied parameters, including growth, were not affected. The foal’s predisposition to osteochondrosis, however, was increased at 6 months of age, which does not preclude that it will affect the animals afterwards since the osteoarticular status of the 6-month-old foal will evolve beyond weaning time. This research could help adjust nutritional recommendations to broodmares.

Au cours de l'obésité, le Tissu Adipeux blanc (TAB) est le siège d'un important remaniement de sa Matrice Extracellulaire avec des amas fibrotiques autour des adipocytes et des vaisseaux. Cette organisation caractéristique semble avoir une incidence dans la physiopathologie de l'obésité. Les composés spécifiques à la Membrane Basale ont été mis en évidence autour des adipocytes et des cellules endothéliales et leur expression est fortement induite dans l'adipocyte obèse. L'expression de COL4A1 est positivement corrélée à l'insulino-résistance de sujets présentant une obésité modérée. De plus, dans un autre groupe de sujets massivement obèses candidats à la chirugie bariatrique, la diminution de l'expression génique de COL4A1 est à relier avec l'amélioration de l'insulino-résistance après l'intervention. Enfin, nous observons que, dans le TAB, l'expression de COL4A1 est positivement associée à l'expression génique de deux facteurs de croissance pro-fibrotiques, le TGF 1 et le TGF 3, dans le TAB. La culture tridimensionnelle d'adipocytes ou de cellules endothéliales exposés à ces deux facteurs induit un phénotype fibro-inflammatoire dans ces types cellulaires. Néanmoins, le traitement par le TGF 1 ou TGF 3 induit uniquement dans les cellules endothéliales une sur-expression de COL4A1 et non dans les adipocytes.En conclusion, nos données proposent un nouvel acteur de la fibrose du TAB au cours de l'obésité, la Membrane Basale adipocytaire et vasculaire, participant ainsi à la dysfonction tissulaire et métabolique. / During obesity, White Adipose Tissue (WAT) undergoes an important remodeling of its Extracellular Matrixwith fibrotic depots around adipocytes and vessels. This typical organization seems to have an impact in the pathophysiology of obesity. Basement Membrane components were detected around adipocytes and endothelial cells and their expression were significantly increased in obese adipocytes. COL4A1 expression in WAT is positively correlated to insulin-resistance parameters in moderate obese subjects, and its reduction is associated to insulin-resistance improvement after gastric bypass in a group of morbidly obese subjects. Finally, we demonstrated a postive correlation between COL4A1 expression and two pro-fibrotic growth factor (TGF1 and TGF3) in obese WAT. In vitro treatment of isolated adipocytes and endothelial cells with these TGF isoforms induced inflammatory and fibrotic phenotype. However, TGF1 and TGF3 exposure only provoked COL4A1 over-expression in endothelial cells, and not in adipocytes. In conclusion, our work have highlighted a new actor in WAT fibrosis during obesity, adipocytes and endothelial cells Basement Membrane, participating in the pathological alterations of obese adipose tissue and metabolism.

L’obésité et le diabète de type 2 (DT2) sont des pathologies métaboliques associées à des perturbations de l’homéostasie glucidique et énergétique. Les enterohormones sont des acteurs importants de la regulation des mécanismes perturbés lors de ces pathologies. Parmi ces enterohormones, le GLP-1, sécrété par les cellules entéroendocrines de type L suite à un repas, permet d’amplifier la sécrétion d’insuline par les cellules β-pancréatiques et de diminuer la prise alimentaire. L’objectif de ma thèse a été de caractériser le rôle du récepteur nucléaire HNF-4γ dans l’homéostasie énergétique et la fonction endocrine de l’intestin.A l’aide d’un modèle murin d’invalidation totale et constitutive du facteur de transcription HNF-4γ, notre équipe a mis en évidence que l’absence de HNF-4γ induit une amélioration de la tolérance au glucose grâce à une augmentation du nombre de cellules L et de la quantité plasmatique de GLP-1 en réponse au glucose. L’ensemble de ces données démontre pour la première fois un rôle de HNF-4γ dans l’homéostasie glucidique via une modulation du lignage enteroendocrine spécifique du GLP-1 et suggère que son absence pourrait protéger les souris de l’établissement d’un DT2.Par ailleurs, la perte d’expression de HNF-4γ confère une protection vis-à-vis de la prise de poids et de l’intolérance au glucose normalement induites par six semaines d’un régime riche en lipides et en fructose grâce une perte énergétique accrue dans les fécès essentiellement due à une malabsorption des acides gras.En conclusion, cette étude met en exergue le rôle du récepteur nucléaire intestinal HNF-4γ dans la fonction enteroendocrine et la susceptibilité à l’obésité et au DT2. / Obesity and type 2 diabetes (T2D) are metabolic pathologies associated with glucose and energy homeostasis perturbations. Enterohormones are important players in the regulation of the mechanisms disturbed during these pathologies. Among these enterohormones, GLP-1, secreted by enteroendocrine L cells in response to a meal, potentiates insulin secretion by pancreatic β cells and inhibits food intake. The aim of my thesis was to characterize the role of the nuclear receptor HNF-4γ in the energy homeostasis and the endocrine function of the intestine.By using a total and constitutive HNF-4γ knock-out mouse model, our team has highlighted that the loss of hnf-4γ induces an improved glucose tolerance. This effect is due to an increased GLP-1 cell number and GLP-1 plasma levels in response to glucose. All together these data demonstrate for the first time a role of HNF-4γ in glucose homeostasis through a modulation of the enteroendocrine lineage specific for GLP-1 and suggest that its absence could protect mice from the T2D establishment.The loss of HNF-4γ protects mice from body weight gain and glucose intolerance normally induced by six weeks of a high-fat/high-fructose diet demonstrating its involvement in obesity and T2D. HNF-4γ -/- mice are protected from obesity by a greater energy loss in faeces mainly due to lipid malabsorption. These results demonstrate that HNF-4γ is necessary for the intestinal fatty acids uptake.In conclusion, this study highlights the role of the intestinal nuclear receptor HNF-4γ in enteroendocrine function and susceptibility to obesity and T2D.

L’insuffisance rénale chronique (IRC) se définit par un défaut de filtration glomérulaire et est associée à plusieurs désordres. La perturbation de l’homéostasie glucidique en fait partie. L’homéostasie glucidique est contrôlée principalement par l’insuline, soit l’hormone sécrétée en réponse au glucose par les cellules bêta-pancréatiques contenues dans les îlots de Langerhans. La préservation de la fonction de la cellule bêta est essentielle au maintien de l’homéostasie glucidique. Il a été démontré que la sécrétion de l'insuline est altérée au cours l'IRC, cependant les mécanismes demeurent peu connus. Au cours de l’IRC, l’accumulation chronique de toxines urémiques pourrait contribuer à la défaillance de la cellule bêta. L’urée est une toxine urémique majeure et sa toxicité a été récemment rapportée dans plusieurs tissus. Le but de ce mémoire était donc de vérifier le rôle de l’urée dans la dysfonction de la cellule bêta-pancréatique au cours de l’IRC. Nous avons démontré que l’exposition des îlots de souris à des concentrations pathologiques d’urée entraîne une diminution de la sécrétion d’insuline via l’augmentation du stress oxydant et des O-glycosylations. Ce défaut est dû à une perturbation du métabolisme intracellulaire du glucose. Entre autres, nous avons observé une baisse de la glycolyse associée à la réduction de l’activité enzymatique de la phosphofructokinase-1. Ces résultats démontrent un effet toxique direct de l’urée sur la sécrétion d’insuline et permettent de mieux comprendre le mécanisme de dysfonction de la cellule bêta-pancréatique au cours de l’IRC. / Chronic kidney disease (CKD) is defined as a glomerular filtration defect and is associated with many disorders. Impaired glucose homeostasis is one of them. Glucose homeostasis is maintained in part by insulin, which is the hormone secreted by the pancreatic beta cells from the islets of Langerhans in response to glucose. The preservation of beta cell function is essential to maintain glucose homeostasis. It has been demonstrated that insulin secretion is altered during CKD; however, the underlying mechanisms remain unknown. In CKD, chronic accumulation of uremic toxins could contribute to beta cell dysfunction. Urea is a major uremic toxin and its toxicity has been recently reported in many tissues. The purpose of this master project was to ascertain the role of urea in pancreatic beta cell dysfunction during CKD. We have demonstrated that exposure of mouse islets to pathological concentrations of urea leads to diminution of insulin secretion via an increase in oxidative stress and O-glycosylation. This defect is due to disturbed intracellular glucose metabolism. Among others, we have observed a reduction in glycolysis associated with a decrease in the activity of phosphofructokinase-1. These results demonstrate a direct toxic effect of urea on insulin secretion and contribute to a better understanding of mechanisms of pancreatic beta cell dysfunction during CKD.