En relation avec sa position anatomique, la détection portale de nutriments se situe au coeur de l’impact de la composition nutritionnelle d’un repas sur la prise alimentaire et le métabolisme énergétique. Ainsi, la détection portale de glucose, produit par exemple en réponse aux protéines alimentaires, induit un signal nerveux à l’origine d’une induction de la satiété et d’une amélioration de l’homéostasie glucidique. Grâce à des travaux physiologiques et anatomiques chez le rat, nous proposons un modèle pour cette détection dans lequel deux modes interviennent, soit un transport et un catabolisme intracellulaire, soit une détection purement extracellulaire du glucose. La glycémie portale est détectée par l’un ou l’autre de ces mécanismes en fonction de sa différence avec la glycémie artérielle, reflet du statut nutritionnel et métabolique des individus. Un signal nerveux est ensuite initié dans les neurones périportaux, dont les axones aboutissent à proximité de la lumière veineuse. Les études immunohistochimiques réalisées ont permis de montrer que ce signal induit une activation cérébrale étendue en relation avec les effets multiples du glucose portal, dans le tronc cérébral, les systèmes sensoriels et cortico-limbiques, et l’hypothalamus. Dans ce dernier, la nature cellulaire de l’activation conforte notamment l’hypothèse de l’implication du signal glucose portal dans l’effet de satiété induit par les régimes riches en protéines. / Nutrient sensing in the portal vein occurs in a strategic location to relay the effects of the diet on food intake and energy metabolism. The portal sensing of glucose produced for instance in response to dietary proteins initiates a nervous signal that ultimately induces satiety and a better control of glucose metabolism. Our physiological and anatomical approaches enable us to propose a sensing model in which two different mechanisms can occur, involving either the intracellular transport and catabolism of glucose or a direct extracellular detection. Portal glycaemia is detected by one pathway or the other depending on its difference with arterial blood glucose, which reflects the nutritional and metabolic state of the subject. A nervous signal is then initiated in periportal neurons, whose axons terminate close to the venous lumen. Our immunohistochemical studies have shown that this signal induces a widespread activation in the brain that relates to the multiple effects of portal glucose appearance, in the brainstem, the sensory and cortico-limbic systems and the hypothalamus. In this latter area, the cellular nature of the activation supports the hypothesized central role of portal glucose appearance in the satiety effect of high-protein diets.

Au cours de l’ovogenèse, les stades vitellogéniques nécessitent une énergie considérable, et leur formation doit être ajustée en fonction d’autres besoins physiologiques. En utilisant la drosophile comme modèle, j’ai montré que la signalisation Insuline régule une transition du cycle cellulaire, mitose/ endocyle (M/E), une étape critique qui contrôle l’entrée des follicules en vitellogenèse. Mes travaux montrent que la transition M/E porte le rôle d’un point de contrôle nutritionnel. La carence protéique induit un blocage de cette transition au travers d’une interaction entre FoxO, Cut et Notch, empêchant une perte d’énergie. Ce blocage reste réversible, autorisant la reprise de l’ovogenèse sous retour à une alimentation normale. Ce travail montre qu’un point de contrôle nutritionnel au cours de l’ovogenèse permet de coupler des signaux métaboliques et développementaux pour protéger les tissus des dommages liés à la carence. D’autre part, j’ai montré que la signalisation Insuline contrôle la migration d’une cohorte de cellules d’origine épithéliale pour assurer la fertilité de l’ovocyte. L’insuline participe à la formation d’extensions cytoplasmiques riches en actine. Lors de ce processus, la signalisation Insuline contrôle notamment l’expression de chickadee, qui code pour la Profiline, une protéine nécessaire pour la polymérisation de l’actine qui permet la motilité des cellules. L’ensemble de ce travail montre que des tissus somatiques assurent l’homéostasie de l’ovogenèse malgré des conditions de nutritions fluctuantes. Ces travaux posent les bases de l’étude de nouveaux aspects de l’ovogenèse, potentiellement conservés chez les mammifères. / How oogenesis is controlled upon nutrient challenge is a key biological question to understand the balance between reproduction and adult fitness. During Drosophila oogenesis, vitellogenic stages are highly energy consuming so their formation has to be balanced with other physiological needs. We reveal the role of the Insulin pathway and FoxO in regulating the transition from Mitotic-to-Endocycle, a critical step controlling the entry of egg chambers into vitellogenesis. We show that the M/E switch functions as a nutrient checkpoint, blocking the entry into vitellogenesis upon starvation and therefore protecting adults from energy loss. Pausing of the M/E switch involves a previously unknown crosstalk between FoxO, Cut and Notch, a fully reversible process ensuring rapid resuming of oogenesis upon re-feeding. This work reveals a FoxO-dependent nutrient checkpoint integrating metabolic cues with reproduction and protecting tissues from starvation-induced damages. In addition, we show that the Insulin pathway regulates the migration of a subset of epithelial cells to ensure oocyte fertilization. We demonstrate that Insulin signaling regulates the formation of actin-rich cellular extensions in invasive cells. During this process, FoxO represses chickadee expression, which encodes Profilin. Insulin signaling activity leads to the inhibition of FoxO and subsequent Profilin accumulation, which further allows actin polymerization, necessary for cell motility. Altogether, data reveal a crucial role for the conserved Insulin signaling pathway in regulating ovarian follicles through somatic tissues, a process which is likely to share much in common with oogenesis in mammals.

Nutrient sensing kinases lie at the heart of cellular health and homeostasis, allowing cells to quickly adapt to changing environments. Target of Rapamycin (TOR) and PAS kinase (PASK, or PASKIN) are two such nutrient kinases, conserved from yeast to man. In yeast, these kinases each have paralogs. The two TOR paralogs in yeast mimic the mammalian TORC1 and TORC2 complexes, except both Tor1 and Tor2 may contribute to TORC1 or TORC2 function. The two PAS kinase paralogs are paired with the TOR paralogs, meaning that both Psk1 and Psk2 regulate TORC1, while Psk2 suppresses a temperature-sensitive allele of Tor2. Herein we review the evolutionary models for these paralogs, their function in yeast and mammalian cells, as well as the overlapping function of PAS kinase and TOR. We also use Rice University’s Direct Coupling Analysis algorithms to analyze co-evolutionary relationships and identify potential interaction sites between PAS kinase and several of its substrates.

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

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Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / Autophagy is a conserved cellular process that involves sequestration and degradation of cytosolic contents. The cell can engulf autophagic cargo (lipids, long-lived proteins, protein aggregates, and pathogens) through a double bound membrane called an autophagosome that fuses with a lysosome where hydrolases then degrade these contents. This process is one of the main defenses against starvation and is imperative for newborns at birth. Research on this process has increased exponentially in the last decade since its discovery almost a half a century ago. It has been found that autophagy is an important process in many diseases, continues to be at the forefront of research, and is clearly not fully understood. Our preliminary cell culture data in endothelial and epithelial cells show that a blockade of the de novo ceramide synthesis pathway, during treatment with an autophagy stimulus (cigarette smoke extract exposure), does not result in any reduction in autophagy or autophagic flux. Conversely, when acid sphingomyelinase (ASM) is pharmacologically inhibited, which prevents the generation of ceramide from sphingomyelin in an acidic environment, a profound increase in autophagy is observed. In this work, we hypothesize that (ASM) is an endogenous inhibitor of autophagy. ASM has two forms, a secreted form and a lysosomal form. N-terminal processing in the Golgi determines its cellular fate. In the lysosomal form, the phosphodiesterase is bound in the lysosomal membrane. The pharmacological inhibition mechanism is to release ASM from the membrane and allow other hydrolases to actively degrade the enzyme which, in turn, decreases the activity of ASM. This suggests that either the activity of ASM is a regulator of autophagy or that the presence of ASM, activity aside, is required for the lysosomal nutrient sensing machinery (LYNUS) to function properly. Here, we show that ASM is, in fact, an endogenous inhibitor of autophagy in vitro. The phosphorylation status of P70 S6k, a downstream effector of mammalian target of rapamycin (mTOR), which is part of the LYNUS, shows that dissociation of ASM from the membrane regulates mTOR and disturbs the LYNUS in such a manner as to signal autophagy.