Le chloroacétaldéhyde (CAA), un des principaux produits du métabolisme hépatique de l'ifosfamide (IFO), est considéré comme responsable de la néphrotoxicité de ce médicament. Les mécanismes exacts de cette néphrotoxicité ne sont pas complètement élucidés. Dans la première partie de cette étude, nous avons essayé de préciser les mécanismes physiopathologiques de la toxicité du CAA sur un modèle de tranches de cortex rénal de rat, puis, dans la deuxième partie, nous avons recherché un effet anticancéreux éventuel du CAA sur des cellules de cancer du sein humain (MCF-7). La néphrotoxicité du CAA, utilisé à des concentrations proches de celles mesurées chez les patients traités par l'IFO, soit 0 - 75 µM, s'est manifestée par une chute d'ATP et du glutathion ainsi que par une inhibition du métabolisme du lactate. Certaines enzymes de la néoglucogenèse, notamment la glyceraldéhyde 3-phosphate déshydrogénase, ont été inhibées par le CAA. Le complexe I de la chaîne respiratoire mitochondriale ainsi que l'oxydation du lactate ont été également inhibées par le toxique. D'autre part, le CAA (10 et 25 µM) a inhibé la prolifération des cellules MCF-7 sans que cette inhibition soit accompagnée d'une chute d'ATP cellulaire. Le transport cellulaire et le métabolisme du glucose ainsi que certaines enzymes de la glycolyse ont été également inhibés par le CAA. Parmi celles-ci, l'hexokinase semble être l'enzyme qui catalyse l'étape limitante de la voie de la glycolyse. En conclusion, le CAA est bien impliqué dans les mécanismes de la néphrotoxicité de l'IFO, mais de plus, il pourrait, via l'inhibition de la glycolyse, contribuer à l'effet thérapeutique de l'IFO.

Lors d'un exercice physique prolongé, les muscles produisent et libèrent de l'interleukine-6 (IL-6). Cette production est corrélée à l'intensité de l'exercice et à la baisse des réserves musculaires en glycogène. L'IL-6 agirait par voie endocrine en favorisant la production endogène de glucose par le foie.<br />Notre premier objectif était d'étudier le contrôle de l'expression du gène IL-6 dans le muscle squelettique à l'exercice chez le rat et plus particulièrement l'importance de la voie de signalisation de la calcineurine, activée par la contraction musculaire. Nous avons d'abord montré que la transcription du gène IL-6 avait lieu dans les fibres musculaires oxydatives (I et IIa) et était associée à une activité importante de la voie de la calcineurine. Nous avons ensuite montré que l'administration d'inhibiteurs pharmacologiques de la calcineurine (ciclosporine A ou FK506) diminuait significativement la transcription du gène IL-6 dans les muscles lents/oxydatifs, prévenant ainsi l'apparition de la protéine dans le plasma. Nous avons ainsi démontré l'implication de la voie de la calcineurine dans le contrôle du gène codant IL-6 dans le muscle en réponse à un exercice unique. <br />Notre deuxième objectif était d'étudier l'action d'IL-6 sur le foie à l'exercice, plus particulièrement sur le contrôle du gène codant une enzyme clé de la néoglucogenèse, la phosphoenolpyruvate carboxykinase (PEPCK). Nous apportons des arguments expérimentaux en faveur d'un effet direct d'IL-6 sur le tissu hépatique et d'un contrôle possible de la transcription du gène codant PEPCK par l'IL-6 circulante. D'autre part nous suggérons l'implication d'acteurs moléculaires nouveaux, Peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator alpha (PGC-1α) et Farnesoid X receptor (FXR), dans le contrôle de la néoglucogenèse à l'exercice.

Le champignon filamenteux Podospora anserina constitue un système modèle pour l'étude de plusieurs processus biologiques, notamment le vieillissement. Une relation de causalité entre le fonctionnement de la chaine respiratoire et la longévité a été établie pour la première fois chez P. anserina et cette relation de causalité semble conservée. Le lien entre fonctionnement de la chaîne respiratoire et longévité pourrait se faire en partie par l'induction d'une régulation rétrograde en réponse à un dysfonctionnement mitochondrial. Les études des régulations rétrogrades mitochondriales et chloroplastiques montrent qu'en réponse à un dysfonctionnement de ces organites, il y a une reprogrammation de l'expression génique qui participe à la plasticité adaptative des espèces en réponse à l'environnement. Un gène cible d'une régulation rétrograde mitochondriale a été identifié chez P. anserina: le gène aox. L'oxydase alternative appartient à une voie respiratoire alternative en conditions de dysfonctionnement de la voie des cytochromes. Deux facteurs de transcription acteurs de cette régulation rétrograde mitochondriale ont été identifiés par une approche génétique. Ces protéines, RSE2 et RSE3, appartiennent à la famille des protéines Zn2Cys6 et sont les régulateurs majeurs du gène aox. Outre le gène aox, ces deux facteurs de transcription corégulent les deux enzymes de la néoglucogenèse FBP (Fructose-1,6-biphosphatase) et PCK (Phosphoénolpyruvate carboxykinase). Des allèles gain de fonction des gènes rse2 et rse3 ont été isolés et le crible pratiquement saturé. L'analyse de ces mutations ainsi que des approches de mutagenèse dirigée, ont permis de proposer l'existence de régions régulatrices dans les séquences protéiques RSE2 et RSE3. Une approche transcriptomique a permis d'identifier de nouvelles cibles de RSE2 et RSE3 activées lors d'un dysfonctionnement mitochondrial : le gène fhb (codant une flavohémoglobine) et le gène Pa_6_4030 (codant une α/β hydrolase). Une approche métabolomique a permis une meilleure compréhension de la reprogrammation métabolique en réponse à un dysfonctionnement de la chaîne respiratoire et du rôle de RSE2/RSE3 dans cette reprogrammation.RSE2 et RSE3 sont donc des acteurs d'une régulation rétrograde mitochondriale responsables de l'activation de voies respiratoires alternatives mais aussi d'une reprogrammation du métabolisme de P. anserina qui permettrait de maintenir une homéostasie cellulaire en condition de dysfonctionnement mitochondrial.

La production endogène de glucose est une fonction cruciale au maintien de l’homéostasie glucidique dont les 2 dernières étapes sont la production de glucose par la glucose-6-phosphatase (G6Pase) et la sortie du glucose hors de la cellule par le transporteur facilité GLUT2. Les mécanismes dépendants de mouvements membranaires régulant ces deux étapes ont été étudiés. La régulation de la G6Pase par l’AMPc dépend de mouvements membranaires. Cependant les mécanismes moléculaires de cette régulation restaient à caractériser. Nous avons étudié l’hypothèse d’une phosphorylation directe des sous-unités de la G6Pase par la PKA. La PKA est capable d’induire l’activité G6Pase. Cependant, aucune phosphorylation des sous-unités G6Pase n’a pu être mise en évidence par phosphorylation in vitro, mutations dirigées de sites potentiels de phosphorylation ou analyse par spectrométrie de masse. En absence de Glut2, le glucose produit de novo sort des hépatocytes par une voie dépendante de mouvements membranaires, dont le mécanisme moléculaire n’est pas caractérisé. Cette voie vésiculaire n’est pas impliquée dans la sortie du glucose glycogénolytique. À l’inverse, 50% du glucose néoglucogénique sort des hépatocytes par une voie vésiculaire, probablement dépendante de la cavéoline-1. Par microscopie confocale à fluorescence, nous avons montré que la G6Pase se déplace dans la cellule vers la membrane plasmique et co-localise avec une partie de la cavéoline1 cellulaire. Les vésicules composées de cavéoline-1 et contenant la G6Pase pourrait donc constituer un lien entre le réticulum endoplasmique, lieu de production du glucose et la membrane plasmique, lieu de libération du glucose / Endogenous glucose production is a crucial function to maintain glucose homeostasis whose last two steps are glucose production by glucose-6-phosphatase (G6Pase) and glucose output by GLUT2. Regulations of both steps depend on membrane movements. In this work, we characterized the mechanisms of these regulations. Regulation of G6Pase by cAMP depends on membrane movements; however the molecular mechanisms of this regulation still have to be characterized. We hypothesized that PKA directly phosphorylated G6Pase subunits. We showed that PKA was able to enhance G6Pase activity. However, no phosphorylation of G6Pase subunits was evidenced by in vitro phosphorylation, directed mutagenesis of potentiel phosphorylation sites or mass spectrometry. In the absence of Glut2, the gluconeogenic glucose produced by hepatocytes is released through a pathway depending on membrane movements, which has not been characterised yet. This vesicular pathway was not involved in the output of glycogenolytic glucose. However, half of gluconeogenic glucose was released through a vesicular pathway, probably depending on caveolin-1. By confocal microscopy, we showed that G6Pase moved in cells and co-localized in part with cellular caveolin-1. Caveolin-1 vesicles containing G6Pase could thus constitute a link between the endoplasmic reticulum, site of glucose production, and the plasma membrane, site of glucose output

La production endogène de glucose est une fonction cruciale au maintien de l'homéostasie glucidique dont les 2 dernières étapes sont la production de glucose par la glucose-6-phosphatase (G6Pase) et la sortie du glucose hors de la cellule par le transporteur facilité GLUT2. Les mécanismes dépendants de mouvements membranaires régulant ces deux étapes ont été étudiés. La régulation de la G6Pase par l'AMPc dépend de mouvements membranaires. Cependant les mécanismes moléculaires de cette régulation restaient à caractériser. Nous avons étudié l'hypothèse d'une phosphorylation directe des sous-unités de la G6Pase par la PKA. La PKA est capable d'induire l'activité G6Pase. Cependant, aucune phosphorylation des sous-unités G6Pase n'a pu être mise en évidence par phosphorylation in vitro, mutations dirigées de sites potentiels de phosphorylation ou analyse par spectrométrie de masse. En absence de Glut2, le glucose produit de novo sort des hépatocytes par une voie dépendante de mouvements membranaires, dont le mécanisme moléculaire n'est pas caractérisé. Cette voie vésiculaire n'est pas impliquée dans la sortie du glucose glycogénolytique. À l'inverse, 50% du glucose néoglucogénique sort des hépatocytes par une voie vésiculaire, probablement dépendante de la cavéoline-1. Par microscopie confocale à fluorescence, nous avons montré que la G6Pase se déplace dans la cellule vers la membrane plasmique et co-localise avec une partie de la cavéoline1 cellulaire. Les vésicules composées de cavéoline-1 et contenant la G6Pase pourrait donc constituer un lien entre le réticulum endoplasmique, lieu de production du glucose et la membrane plasmique, lieu de libération du glucose

Le chloroacétaldéhyde (CAA), un des principaux produits du métabolisme hépatique de l’ifosfamide (IFO), est considéré comme responsable de la néphrotoxicité de ce médicament. Les mécanismes exacts de cette néphrotoxicité ne sont pas complètement élucidés. Dans la première partie de cette étude, nous avons essayé de préciser les mécanismes physiopathologiques de la toxicité du CAA sur un modèle de tranches de cortex rénal de rat, puis, dans la deuxième partie, nous avons recherché un effet anticancéreux éventuel du CAA sur des cellules de cancer du sein humain (MCF-7). La néphrotoxicité du CAA, utilisé à des concentrations proches de celles mesurées chez les patients traités par l’IFO, soit 0 - 75 µM, s’est manifestée par une chute d’ATP et du glutathion ainsi que par une inhibition du métabolisme du lactate. Certaines enzymes de la néoglucogenèse, notamment la glyceraldéhyde 3-phosphate déshydrogénase, ont été inhibées par le CAA. Le complexe I de la chaîne respiratoire mitochondriale ainsi que l’oxydation du lactate ont été également inhibées par le toxique. D’autre part, le CAA (10 et 25 µM) a inhibé la prolifération des cellules MCF-7 sans que cette inhibition soit accompagnée d’une chute d’ATP cellulaire. Le transport cellulaire et le métabolisme du glucose ainsi que certaines enzymes de la glycolyse ont été également inhibés par le CAA. Parmi celles-ci, l’hexokinase semble être l’enzyme qui catalyse l’étape limitante de la voie de la glycolyse. En conclusion, le CAA est bien impliqué dans les mécanismes de la néphrotoxicité de l’IFO, mais de plus, il pourrait, via l’inhibition de la glycolyse, contribuer à l’effet thérapeutique de l’IFO. / Chloroacetaldehyde (CAA), one of the main products of ifosfamide (IFO) hepatic metabolism, is considered as responsible of IFO nephrotoxicity. The mechanisms of this nephrotoxicity are not completely known. In the first part of this study, we tried to clarify the pathophysiological mechanisms of CAA toxicity using precision-cut rat renal cortical slices, then, in the second part, we looked for a possible anticancerous effect of CAA on human breast cancer cells (MCF-7). Using clinically-relevant concentrations (0-75 µM), CAA nephrotoxicity was demonstrated by the depletion of ATP and glutathione and by the inhibition of lactate metabolism. Some of the gluconeogenic enzymes, mainly glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase, were inhibited by CAA. The complex I of the mitochondrial respiratory chain as well as lactate oxidation were also inhibited by CAA. On the other hand, CAA (10 and 25 µM) inhibited MCF-7 cell proliferation which was not accompanied by cellular ATP depletion. Glucose transport and metabolism as well as some of the glycolytic enzymes were also inhibited by CAA. Hexokinase seems to be the rate-limiting enzyme of glycolysis. In conclusion, CAA is implied in the mechanisms of IFO-induced nephrotoxicity; furthermore, it could, via the inhibition of the glycolytic pathway, contribute to the therapeutic effect of IFO.

La production endogène de glucose est une fonction cruciale de l'organisme, permettant de maintenir l'homéostasie glycémique. Alors que la production accrue de glucose par le foie a des effets délétères, la néoglucogenèse intestinale (NGI) exerce des effets bénéfiques sur l'équilibre métabolique de l'organisme. Les régimes hyperprotéiques sont connus pour leurs effets de satiété. Grâce à des travaux physiologiques et moléculaires chez le rat et la souris, nous montrons dans une première partie que l'effet bénéfique des régimes hyperprotéiques passe par une induction de la NGI. Lors de la digestion des protéines alimentaires, des di- et tripeptides sont libérés dans la veine porte. Ces molécules agissent comme des antagonistes des récepteurs μ-opioïdes de la veine porte, initiant un arc réflexe intestin-cerveau induisant la NGI et la satiété. Dans un deuxième temps, nous proposons un modèle rendant compte des effets bénéfiques des régimes riches en fibres, tels que l'amélioration de la sensibilité à l'insuline et l'induction de la dépense énergétique. Les fibres solubles sont fermentées par le microbiote intestinal, produisant des acides gras à chaîne courte (AGCC), acétate, propionate et butyrate, à l'origine des effets métaboliques observés. Nous montrons que le butyrate active directement les gènes de la NGI dans les entérocytes, et que le propionate se lie aux récepteurs FFAR3 dans le système nerveux périportal, initiant un mécanisme de communication entre l'intestin et le cerveau induisant la NGI. De plus, nous montrons que la modification de la composition du microbiote par les fibres alimentaires n'est pas suffisante en soi pour induire les effets bénéfiques en absence de NGI / Endogenous glucose production is a crucial function for the organism, accounting for the maintenance of glucose homeostasis. While an increase in hepatic glucose production has deleterious effects, intestinal gluconeogenesis (IGN) has beneficial effects on the metabolic balance of the organism. Protein-rich diets are knows for their satiety effects. Thanks to physiological and molecular studies on rats and mice, we first show that the beneficial effects of protein-rich diets are dependent on activation of IGN. When dietary protein is digested, di- and tri-peptides are released into the portal vein. These molecules act as μ-opioid receptor antagonists in the portal vein, initiating a gut-brain neural reflex arc inducing IGN and satiety. In a second study, we propose a model accounting for the beneficial effects of fiber-enriched diets, such as increased insulin sensitivity and induction of energy expenditure. Soluble dietary fiber is fermented by the gut microbiota, producing short-chain fatty acids (SCFAs), acetate, propionate and butyrate, which are responsible for the observed metabolic effects. We show that butyrate directly activates IGN in the enterocytes, while propionate binds to FFAR3 receptors in the portal vein nervous system, initiating a gut-brain neural communication mechanism inducing IGN. Moreover, we show that modifications in the microbiota composition by dietary fiber are not sufficient to induce metabolic beneficial effects in the absence of IGN

Au cours de ma thèse, nous avons utilisé la truite arc-en-ciel, un poisson carnivore et modèle potentiellement pertinent du diabète, pour étudier des mécanismes de régulation du métabolisme intermédiaire hépatique par les nutriments (acides aminés (AA) et le glucose). Nous nous sommes plus particulièrement intéressés aux voies de signalisation de l’insuline et des acides aminés (Akt et mTORC1). Grâce à l’utilisation de rapamycine, un inhibiteur pharmacologique de mTORC1, nous avons montré que l'activation de mTORC1 stimule l'expression de gènes de la lipogenèse, de la glycolyse et du catabolisme des acides aminés, tandis que la voie de signalisation Akt inhibe celle des gènes impliqués dans la néoglucogenèse. Ces études ont été conduites dans le foie de truite ou en culture primaire d’hépatocytes de truite arc-en-ciel. En outre, nous avons démontré lors de stimulations à court terme in vivo et in vitro que l'expression hépatique des gènes de la lipogenèse est plus sensible à l'apport de protéines alimentaires ou d’AA qu’à l'apport de glucides ou de glucose. De plus, nous avons observé que des taux élevés d’AA conduisent, par le biais de l’activation de la voie de signalisation mTORC1, à une augmentation de l'expression des gènes lipogéniques mais surtout à une répression de l’inhibition de l’expression des gènes de la néoglucogenèse induite par l’insuline. Cet effet s’accompagne d’une augmentation de la phosphorylation de IRS-1 sur le résidu Ser302 qui pourrait être responsable de la baisse de phosphorylation d'Akt et par conséquent d’une inhibition de l’action de l'insuline. Enfin, en réalisant un test de tolérance au glucose chez des truites préalablement traitées avec de la rapamycine, nous avons conclu que la néoglucogenèse hépatique joue un rôle probablement majeur dans le contrôle de l'homéostasie glucidique chez la truite. Ainsi, une absence d’inhibition de la néoglucogenèse pourrait contribuer au maintien de l'hyperglycémie prolongée et au phénotype d’intolérance au glucose caractéristique des poissons carnivores. Cette thèse met en avant le rôle des protéines/AA dans la régulation du métabolisme intermédiaire de la truite et identifie certaines voies de signalisation cellulaire sollicités par les acides aminés pour réguler le métabolisme. Elle permet ainsi d’éclaircir certaines particularités nutritionnelles de la truite. / During my doctoral study, we used rainbow trout, a representative carnivorous fish and relevant diabetic model, to study the mechanisms underlying the regulation of hepatic intermediary metabolism by nutrients (amino acids (AAs) and glucose), and determine the potential involvement of insulin/Akt and mTORC1 signaling pathways in these regulations. Using acute administration of rapamycin, a pharmacological inhibitor of TOR, we first identified that mTORC1 activation promotes the expression of genes related to fatty acid biosynthesis, glycolysis and amino acid catabolism, while Akt negatively regulates gluconeogenic gene expression in rainbow trout liver and primary hepatocytes. Furthermore, we demonstrated hepatic fatty acid biosynthetic gene expression is more responsive to dietary protein intake/AAs than dietary carbohydrate intake/glucose during acute stimulations in vivo and in vitro. Moreover, we further showed that high levels of AAs up-regulate hepatic fatty acid biosynthetic gene expression through an mTORC1-dependent manner, while excessive AAs attenuate insulin-mediated repression of gluconeogenesis through elevating IRS-1 Ser302 phosphorylation, which in turn impairs Akt phosphorylation and dampens insulin action. Finally, using glucose tolerance test and acute inhibition of rapamycin, we concluded that hepatic gluconeogenesis probably plays a major role in controlling glucose homeostasis, which maybe account for the prolonged hyperglycemia and glucose intolerance phenotype of carnivorous fish. The present thesis brings forward our understandings about the roles of protein/AAs in the regulation of hepatic intermediary metabolism in trout and identifies relevant cellular signaling pathways mediating the action of amino acids on metabolism. It also clarifies some nutritional characteristics of the trout.

La production endogène de glucose est une fonction cruciale de l'organisme, permettant de maintenir l'homéostasie glycémique. Alors que la production accrue de glucose par le foie a des effets délétères, la néoglucogenèse intestinale (NGI) exerce des effets bénéfiques sur l'équilibre métabolique de l'organisme. Les régimes hyperprotéiques sont connus pour leurs effets de satiété. Grâce à des travaux physiologiques et moléculaires chez le rat et la souris, nous montrons dans une première partie que l'effet bénéfique des régimes hyperprotéiques passe par une induction de la NGI. Lors de la digestion des protéines alimentaires, des di- et tripeptides sont libérés dans la veine porte. Ces molécules agissent comme des antagonistes des récepteurs μ-opioïdes de la veine porte, initiant un arc réflexe intestin-cerveau induisant la NGI et la satiété. Dans un deuxième temps, nous proposons un modèle rendant compte des effets bénéfiques des régimes riches en fibres, tels que l'amélioration de la sensibilité à l'insuline et l'induction de la dépense énergétique. Les fibres solubles sont fermentées par le microbiote intestinal, produisant des acides gras à chaîne courte (AGCC), acétate, propionate et butyrate, à l'origine des effets métaboliques observés. Nous montrons que le butyrate active directement les gènes de la NGI dans les entérocytes, et que le propionate se lie aux récepteurs FFAR3 dans le système nerveux périportal, initiant un mécanisme de communication entre l'intestin et le cerveau induisant la NGI. De plus, nous montrons que la modification de la composition du microbiote par les fibres alimentaires n'est pas suffisante en soi pour induire les effets bénéfiques en absence de NGI

L'objectif des travaux de cette thèse a été d'explorer les bases moléculaires de l'effet de l'huile d'Argan (HA) sur le métabolisme lipidique au niveau mitochondriale et peroxysomale ainsi qu'élucider son potentiel anti-inflammatoire. Nous avons donc montré, dans un premier temps, que les méthodes artisanales préservaient les propriétés antioxydantes d'HA empêchant l'oxydation de l'acide férulique contrairement à l'HA d'origines commerciale. Ensuite, le traitement par l'HA ou par les lipopolysaccharides (LPS) de fibroblastes humains, un modèle cellulaire de la pseudo-adrénoleucodystrophie néonatale (P-NALD), révèle pour l'HA une prolifération des peroxysomes indépendante de l'activation du récepteur nucléaire PPARα et de son coactivateur PGC-1α. Par contre, l'induction de la prolifération de peroxysomes par les LPS est accompagnée d'une activation de PPAR et de PGC-1Parallèlement, une étude a été réalisée au niveau hépatique chez des souris traitées par l'HA ou par les LPS. Nous avons montré pour la première fois l'activité antioxydante de l'huile d'Argan in vivo au niveau hépatique par l'induction de l'activité enzymatique de la catalase peroxysomale et une activité hypolipémiante par la stimulation des activités déshydrogénases (ACADs) de la -oxydations mitochondriale des acides gars. De plus, l'HA induit la transcription des gènes PPECK et G6PH de la voie de la néoglucogenèse. Nous avons montré également pour la première fois un effet préventif de l'HA contre la répression des activités déshydrogénases des voies de -oxydations mitochondriale et peroxysomale, ainsi que celle la voie de la néoglucogenèse. Nos travaux démontrent que l'HA possède un potentiel anti-inflammatoire, induit par le LPS, élucidé par la répression de cytokines pro-inflammatoires IL-6 et TNFα et par l'induction de cytokines anti-inflammatoires IL10 et IL-4. L'ensemble de nos résultats indiquerait que l'huile d'Argan, du fait de sa composition riche en acide gras mono et polyinsaturés et en antioxydants, a des effets hypolipémiants et anti-inflammatoires au niveau hépatique qui se traduisent par une régulation de l'expression à la fois de récepteurs nucléaires et de leur gènes cibles ainsi que de certaines cytokines