Les propriétés fonctionnelles de la protéine membranaire SLC5A8 et son rôle physiologique ont été étudiées in vitro et in vivo en utilisant des souris slc5a8-/-. In vitro, des mesures d’accumulation de métabolites par LC-MS sur des cellules HEK transfectées par SLC5A8 ont permis d’étudier ses capacités de transport de monocarboxylates sodium-dépendant (pyruvate mais aussi corps cétoniques). L’étude par analyse métabolomique a permis de montrer que l’uptake de pyruvate médié par SLC5A8 avait pour conséquences, outre l’alimentation énergétique du cycle de Krebs, un effet inhibiteur d’une enzyme glycolytique (GAPDH). Son dérivé halogéné (bromopyruvate), agent anti-tumoral ciblant la GAPDH, génère la même accumulation du substrat de la GAPDH. Nos résultats indiquent que le rôle proposé dans la littérature de suppresseur tumeur de SLC5A8 soit associé à un effet anti-Warburg. In vivo, les souris slc5a8-/- âgées présentaient un œdème intramyélinique diffus sans démyélinisation témoignant de désordres hydro-ioniques dans l’espace périaxonal par carence énergétique. Si l’expression tubulaire rénale de SLC5A8 a été confirmée, l’expression neuronale ne l’a pas été faisant envisager une origine rénale à la leucoencéphalopathie décrite. Les souris slc5a8-/- présentaient une fuite urinaire massive de corps cétoniques à l’origine d’une insuffisance cérébrale en β-hydroxybutyrate. Ce carburant est essentiel pour le cerveau, notamment en cas de dysfonction du métabolisme glucidique, comme l’insulinorésistance démontrée en deuxième partie de vie des souris slc5a8-/-. Cette étude illustre le rôle majeur des corps cétoniques en neuroénergétique. / The functional properties of the SLC5A8 membrane protein and its physiological role have been studied in vitro and in vivo using slc5a8-/- mice. In vitro, analysis of metabolite uptake by LC-MS with slc5a8 transfected HEK cells to study sodium-dependent transport of monocarboxylates, in particular pyruvate but also ketone bodies. Using a metabolomic approach, we showed that SLC5A8-mediated pyruvate uptake fuels the Krebs cycle and has an inhibitory effect on the glycolytic enzyme, GAPDH. Bromopyruvate, the halogen derivative of pyruvate, is a known antitumour agent targeting GAPDH and has a similar effect. We propose that the tumour suppressor function reported for SLC5A8 in the literature is associated with an "anti-Warburg" effect. In vivo, aged slc5a8-/- mice showed diffuse intramyelinic oedema without demyelination. This indicated a hydro-ionic disorder in the periaxonal space due to chronic energy deficiency. While expression of SLC5A8 was confirmed in renal tubular cells, the expression of the protein was not detected in brain suggesting a renal origin of the described leukoencephalopathy. Slc5a8-/- mice showed strong urinary loss of ketone bodies leading to cerebral insufficiency of β-hydroxybutyrate. This ketone is an essential energy source for the brain, in particular when carbohydrate metabolism is dysfunctionning, like in the case of insulin resistance that was found in aged slc5a8-/- mice. This study highlights the major role of ketone bodies in neuroenergetics.

L’iode est un composant essentiel aux hormones thyroïdiennes. Les cellules thyroïdiennes captent l’iode circulant et le concentrent vers le colloïde. Il est alors incorporé à la thyroglobuline, protéine précurseur des hormones, par un mécanisme d’organification. La capacité de captation de l’iode par la thyroïde est finement régulée notamment par la « Thyroid Stimulating Hormone » (TSH) mais aussi l’iode circulant. En effet, en cas d’une élévation de l’iode circulant, la thyroïde déclenche un mécanisme d’autorégulation appelée l’effet Wolff-Chaikoff. Ce phénomène se traduit par une limitation transitoire de production des hormones thyroïdiennes qui s’accompagne notamment d’une diminution de l’expression du NIS (Natrium Iodide Symporter), la protéine responsable du transport actif de l’iode dans la thyroïde. Dans cette étude, des approches omiques globales ont été mises à profit pour étudier cette régulation dans le contexte de l’administration d’un produit iodé et de souris invalidées pour un gène codant pour un transporteur de monocarboxylate exprimé dans la thyroïde. Dans la première partie, l’effet des agents de contraste iodés (ICA), couramment utilisés en imagerie médicale, a été étudié. L’administration de ces agents entraine une réduction de la captation de l’iode souvent expliquée par un effet Wolff-Chaikoff associé à un potentiel relargage d’iode. Par une approche de protéomique quantitative global, le protéome de thyroïde de souris, après administration d’ICA, a été comparé au protéome en conditions d’excès d’iode. Après un traitement des données et une analyse bioinformatique, nos résultats mettent en évidence l’existence de peu de mécanismes en commun induits par l’iode et les ICA mais cependant de plus importantes variations d’expression de protéines sont déclenchées uniquement par les ICA. Cette étude est en accord avec une durée plus importante de l’inhibition de la fonction après une administration d’ICA comparée à celle de l’iode stable. Dans la deuxième partie, le rôle de SLC5A8 dans la fonction thyroïdienne et les mécanismes sous-jacents à l’effet Wolff-Chaikoff ont été étudiés chez des souris invalidées pour le gène Slc5a8 (Solute carrier family 5 number 8) et des souris non mutées. SLC5A8 est une protéine membranaire identifiée au laboratoire et exprimée dans la membrane apicale du thyrocyte. Cette protéine catalyse un transport de monocarboxylate dans différents organes mais son rôle dans la thyroïde demeure non élucidé. L’invalidation n’entraine pas d’effet majeur sur la fonction thyroïdienne. En mettant à profit une approche multiomique comparative, combinant la transcriptomique, la protéomique et la métabolomique, les effets de cette invalidation et/ou de la régulation par l’iode de la thyroïde ont été explorés. Le traitement des data révèle de nombreuses voies activées dans les différentes conditions avec des mécanismes de compensation de l’effet de l’invalidation par l’administration d’iode. Les résultats indiquent que la perte de fonction de SLC5A8 affecte l’organification et/ou maturation de la thyroglobuline, le contrôle du stress oxydatif et de l’iode libre dans la thyroïde. / Iodine is an essential component of thyroid hormones. Thyroid cells capture the circulating iodine and concentrate it in the colloid. Then, it is incorporated into the thyroglobulin, the hormone precursor protein, by an organification mechanism. The iodine uptake capacity by the thyroid is finely regulated, not only by the Thyroid Stimulating Hormone (TSH) but also by circulating iodine. Indeed, in case of high circulating iodine, the thyroid actives a self-regulating mechanism called the Wolff-Chaikoff effect. This phenomenon results in a transient limitation of thyroid hormone production which is accompanied by a decrease in the expression of NIS (Natrium Iodide Symporter), the protein that is responsible for the active transport of iodine in the thyroid. In this study, global omics approaches were used to study this regulation in the context of the administration of an iodized product and mice invalidated for a gene coding a monocarboxylate transporter expressed in the thyroid. In the first part, the effect of iodinated contrast media (ICM), commonly used in medical imaging, has been studied. The administration of these agents leads to a reduction in the uptake of iodine often explained by a Wolff-Chaikoff effect associated with an iodine release potential. Through an overall quantitative proteomic approach, the mouse thyroid proteome, after administration of ICM, was compared to the proteome under conditions of excess iodine. In the second part, the role of SLC5A8 in thyroid function and the mechanisms underlying the Wolff-Chaikoff effect were studied in mice invalidated for the Slc5a8 gene (Solute carrier family 5 number 8) and wild type mice. SLC5A8 is a membrane protein identified in the laboratory and expressed in the thyrocyte apical membrane. This protein catalyzes the monocarboxylates transport in different organs but its role in the thyroid remains unsolved. Invalidation does not have a major effect on thyroid function. By using a comparative multiomic approach which combines transcriptomics, proteomics and metabolomics, the effects of this invalidation and / or regulation by iodine in the thyroid have been explored. Data processing reveals many pathways activated under different conditions with mechanisms to compensate for the effect of invalidation by the administration of iodine. The results indicate that the loss of SLC5A8 function affects the organization and / or maturation of thyroglobulin, the control of oxidative stress and of free iodine in the thyroid.

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