L’expansion des maladies métaboliques dans les sociétés modernes exige plus d’activités de recherche afin d’augmenter notre compréhension des mécanismes et l’identification de nouvelles cibles d’interventions cliniques. L’obésité, la résistance à l’insuline (RI) et la dyslipidémie, en particulier sont tous des facteurs de risque associés à la pathogenèse du diabète de type 2 (DT2) et des maladies cardiovasculaires. Ainsi, la dyslipidémie postprandiale, notamment la surproduction des lipoprotéines hépatiques et intestinales, contribue d’une façon significative à l’hypertriglycéridémie. Quoique plusieurs études cliniques et fondamentales chez l’homme et les modèles animaux aient mis en évidence les rôles importants joués par le foie et l’intestin dans la dyslipidémie, les mécanismes moléculaires en cause ne sont pas bien élucidés. L’une des voies principales régulant le métabolisme lipidique est la voie de la protéine kinase AMPK. L’épuisement de l’ATP intracellulaire entraîne une activation de l’AMPK qui va œuvrer pour rétablir l’équilibre énergétique en stimulant des voies génératrices d’ATP et en inhibant des voies anaboliques consommatrices d’ATP. Les effets positifs de l’activation de l’AMPK comprennent l’augmentation de la sensibilité à l’insuline dans les tissus périphériques, la réduction de l’hyperglycémie et la réduction de la lipogenèse, d’où son importance dans les interventions cliniques pour la correction des dérangements métaboliques. Il est à souligner que le rôle de l’AMPK dans le foie et l’intestin semble plus complexe et mal compris. Ainsi, la voie de signalisation de l’AMPK n’est pas bien élucidée dans les situations pathologiques telles que le DT2, la RI et l’obésité. Dans le présent projet, notre objectif consiste à caractériser le rôle de cette voie de signalisation dans la lipogenèse hépatique et dans le métabolisme des lipides dans l’intestin chez le Psammomys obesus, un modèle animal d’obésité, de RI et de DT2. À cette fin, 3 groupes d’animaux sont étudiés (i.e. contrôle, RI et DT2). En caractérisant la voie de signalisation de l’AMPK/ACC dans le foie, nous avons constaté une augmentation de l’expression génique des enzymes clés de la lipogenèse (ACC, FAS, SCD-1 et mGPAT) et des facteurs de transcription (ChREBP, SREBP-1) qui modulent leur niveau d’expression. Nos analyses détaillées ont révélé, par la suite, une nette augmentation de l’expression de l’isoforme cytosolique de l’ACC, ACC1 (impliqué dans la lipogenèse de novo) concomitante avec une invariabilité de l’expression de l’isoforme mitochondrial ACC2 (impliqué dans la régulation négative de la β-oxydation). En dépit d’un état adaptatif caractérisé par une expression protéique et une phosphorylation (activation) élevées de l’AMPKα, l’activité de la kinase qui phosphoryle et inhibe l’ACC reste très élevée chez les animaux RI et DT2. Au niveau de l’intestin grêle des animaux RI et DT2, nous avons démontré que l’augmentation de la lipogenèse intestinale est principalement associée avec une diminution de la voie de signalisation de l’AMPK (i.e. expression protéique et phosphorylation/activation réduites des deux isoformes AMPKα1 et AMPKα2). La principale conséquence de la diminution de l’activité AMPK est la réduction de la phosphorylation de l’ACC. Étant donné que le niveau d’expression totale d’ACC reste inchangé, nos résultats suggèrent donc une augmentation de l’activité des deux isoformes ACC1 et ACC2. En parallèle, nous avons observé une réduction de l’expression protéique et génique de la CPT1 [enzyme clé de la β-oxydation des acides gras (AG)]. L’ensemble de ces résultats suggère une inhibition de l’oxydation des AG concomitante avec une stimulation de la lipogenèse de novo. Enfin, nous avons démontré que l’intestin grêle est un organe sensible à l’action de l’insuline et que le développement de la résistance à l’insuline pourrait altérer les deux voies de signalisation (i.e. Akt/GSK3 et p38MAPK) essentielles dans plusieurs processus métaboliques. En conclusion, nos résultats indiquent que l’augmentation de la lipogenèse qui contribue pour une grande partie à la dyslipidémie dans la résistance à l’insuline et le diabète serait due, en partie, à des défauts de signalisation par l’AMPK. Nos observations illustrent donc le rôle crucial du système AMPK au niveau hépatique et intestinal, ce qui valide l’approche thérapeutique consistant à activer l’AMPK pour traiter les maladies métaboliques. / Understanding the cellular mechanisms involved in the development of insulin resistance, and later on the occurrence of type 2 diabetes and its metabolic complications, is a perquisite step toward the identification of new therapeutic targets to fight against the development of these metabolic diseases. In the present studies, we used the gerbil Psammomys obesus, a well-established animal model of obesity, insulin resistance (IR) and type 2 diabetes (T2D), to characterize the hepatic and intestinal signaling abnormalities associated with lipid metabolism disorders during the pathogenesis of IR and T2D. Thus, we are able to demonstrate that the development of these metabolic diseases in Psammomys obesus animals, is accompanied by increased hepatic and intestinal lipogenesis with very high efficiency to form triglycerides rich-lipoproteins. In the liver, we observed an increase in mRNA levels of key lipogenic enzymes (ACC, FAS, SCD-1 and mGPAT) and transcription factors (SREBP-1, ChREBP), which modulate the expression level of lipogenic enzymes. Thereafter, our detailed analysis of the AMPK/ACC signaling pathway revealed a rise in the gene expression of the cytosolic ACC1 isoform of ACC(involved in de novo lipogenesis) concomitant with a constant expression of the mitochondrial ACC2 (negative regulator of β-oxidation). In spite of an adaptive state characterized by higher protein expression and phosphorylation (activation) of AMPKα, the kinase that phosphorylates and inhibits ACC, the activity of the later remains very high in IR and T2D animals. In the small intestine of IR and T2D animals, we demonstrated that the increase in intestinal lipogenesis is mainly associated with a decrease of AMPK signaling pathway (i.e. reduced expression and protein phosphorylation/activation of the two AMPKα1 and AMPKα2 isoforms). The main consequence of the decline in AMPK activity is the reduction of ACC phosphorylation. Given that, the expression levels of ACC remain unchanged; our results thus suggest an increased activity of both ACC isoforms, ACC1 and ACC2. Next, we observed a reduction in protein and gene expression of CPT1 [key enzyme in fatty acid (FA) β-oxidation]. Taken together, these results suggest an inhibition of FA β-oxidation concomitant with a stimulation of de novo lipogenesis. Finally, we demonstrated that the small intestine is an insulin sensitive organ and that the development of IR affects two signaling pathways (i.e. Akt/GSK3 and p38MAPK) essentials for several metabolic processes. In conclusion, our results indicate that increased lipogenesis, in IR and T2D, which exacerbate the dyslipidemia associated with these diseases, might be, at least partially, a result of AMPK signaling defects. In addition, our observations illustrate the crucial role of AMPK/ACC in the liver and intestine and validate AMPK as a potential target to treat the metabolic diseases.

Le diabète est reconnu comme un problème majeur de santé publique causant des conséquences humaines et économiques redoutables. La phytothérapie s’offre comme une nouvelle avenue thérapeutique pour le contrôle de la glycémie. Le grenadier, Punica granatum, a servi de remède contre le diabète dans le système Unani de la médecine pratiquée en Inde et au Moyen Orient. Des études ont démontré un effet hypoglycémiant des extraits de grenadier via divers mécanismes notamment par une amélioration de la sensibilité à l’insuline et la régénération des cellules béta-pancréatiques. Cependant, aucune étude n’a démontré à ce jour, l’effet de grenadier sur le transport de glucose dans le muscle, étape cruciale dans la régulation de l’homéostasie glucidique postprandiale. De plus, l’effet de la maturation sur le potentiel antidiabétique du fruit de grenadier n’a pas été étudié. Ainsi, le but de ce projet est d’évaluer l’effet antidiabétique des extraits de grenadier sur le transport de glucose dans les cellules musculaires C2C12 en fonction de la variété et du stade de maturation du fruit et d’élucider les mécanismes d’action. Le choix des variétés du grenadier tunisien (Espagnoule [EP] et Gabsi [GB]) a été orienté pour leur pouvoir antioxydant et leur consommation locale. Deux parties de la plante ont été utilisées, les fleurs et les fruits à 3 stades de maturation soit 2, 4 et 6 mois. Les résultats ont montré que seule la variété du grenadier Gabsi stimule significativement le transport de glucose par rapport au contrôle (DMSO), et ceci sans être toxique. Cet effet est plus prononcé au stade de fruit mûr (à 6 mois) que celui de la fleur. De plus, l’extrait de fleurs stimule la voie insulino-indépendante de l’AMPK et augmente le niveau d’expression des transporteurs spécifiques de glucose (GLUT-4). Par contre, l’extrait de fruits mûrs, en plus de ces deux mécanismes, active fortement aussi la voie insulino-dépendante de l’AKT. En conclusion, cette étude présente un nouveau mécanisme d’action antidiabétique de grenadier (plus particulièrement du fruit mûr) qui est dépendant de la variété. / Diabetes is a major public health problem worldwide with astounding human and economic consequences. The seed and the flower of pomegranate (Punica granatum), a native plant of Central Asia and the Mediterranean regions, exhibited a hypoglycaemic effect in in vivo studies. However, the underlying mechanisms have not yet been elucidated. The aim of this project was to evaluate the effect of the flower and the fruit (at 3 maturation stages) of pomegranate on glucose transport in skeletal muscle cells and to determine the molecular mechanisms involved in this effect. To accomplish this, we chose two varieties of pomegranate cultivated in Tunisia (Gabsi [GB] and Espagnoule [EP]), which have been shown to be highly consumed in that area and to possess high antioxidant activity. Differentiated C2C12 cells were treated for 18 hours with 80% ethanolic extract of the flowers and fruits (at 2, 4, and 6 months) of each variety. Our results showed that the Gabsi variety of pomegranate significantly enhances glucose uptake, without any toxicity. This effect is more pronounced in the ripe fruit (6 months) than in the flower. In parallel, the ripe fruit stimulated both the insulin-dependent pathway (Akt) and the insulin-independent pathway (AMPK), while the flower stimulated the latter only. In addition, both flower and ripe fruit treatment resulted in enhanced expression level of GLUT-4 glucose transporter in the muscle. Hence, these results suggest that regulation of glucose transport in skeletal muscle is one of the components involved in the anti-diabetic effect of Tunisian pomegranate.

Le syndrome de Leigh, type canadien français (LSFC) est une maladie infantile orpheline causée par une mutation du gène lrpprc. Elle se caractérise par une déficience tissu spécifique de cytochrome c oxydase (COX), une dysfonction mitochondriale et la survenue de crises d’acidose lactique fatales dans plus de 80% de cas. Selon les familles des patients, ces crises apparaissent lors d’une demande excessive d’énergie. Malheureusement, les mécanismes sous-jacents à l’apparition des crises et notamment la physiopathologie du LSFC demeurent inconnus. Afin de mieux comprendre les mécanismes de régulation du métabolisme énergétique chez les patients LSFC, nous avons examiné la régulation de la protéine kinase activée par l’AMP (AMPK), une enzyme clé de l'homéostasie énergétique, de même que certaines de ses voies cibles (SIRT1/PGC1α et Akt/mTOR) dans les fibroblastes de patients LSFC et de témoins en conditions basales et conditions de stress. En conditions basales, l’activité de l’AMPK était similaire dans les cellules LSFC et les témoins. Par contre, les cellules LSFC montraient une surexpression significative des voies Akt/mTOR et SIRT1/PGC1α comparativement aux cellules témoins. Nous avons aussi examiné ces voies de signalisation suite à une incubation de 4h avec 10 mM de lactate et 1 mM de palmitate (LP), nous permettant de mimer les conditions de « crise ». Nos résultats ont démontré que le LP augmentait les niveaux de phosphorylation de l’AMPK de 90% (p<0,01) dans les cellules témoins mais pas dans les cellules LSFC. Pourtant, l’AMPK est activée dans les cellules LSFC en réponse à une hypoxie chimique induite par le 2,4 dinitrophénol. Dans les cellules témoins, le LP augmentait aussi les niveaux d’expression de SIRT1 (57%, p<0,05), de LRPPRC (23%, p=0,045) et de COXIV (19%, p<0,05). Un prétraitement de 48h au ZMP, un activateur pharmacologique de l’AMPK, a eu un effet additif avec le LP et des augmentations de SIRT1 phosphorylée (120%, p<0,05), de SIRT1 total (75%, p<0,01), de LRPPRC (63%, p<0,001) et de COXIV (38%, p<0,001) ont été observées. Tous ces effets étaient aussi abolis dans les cellules LSFC. En conclusion, nos résultats ont démontré des altérations importantes de la régulation du métabolisme énergétique dans les fibroblastes de patients LSFC. / Leigh syndrome French Canadian type (LSFC) is an orphan infantile disease caused by mutations in the LRPPRC gene. It is characterized by a tissue-specific cytochrome c oxidase deficiency (COX), mitochondrial dysfunction and fatal lactic acidosis crises which occur in more than 80% of cases. According to parents, these crises occur during stressful situations. The pathophysiology underlying this disease and the factors that precipitate these crises remain unknown. To better understand the regulation of energy metabolism in LSFC patients, we examined the activity of AMP activated protein kinase (AMPK), a key regulator of energy balance, and its downstream targets (SIRT1/PGC1α and Akt/mTOR) in LSFC and control fibroblasts under basal and stress conditions. Our results showed that AMPK activity was similar in LSFC and control cells under basal conditions. On the other hand, Akt/mTOR and SIRT1/PGC1α pathways were up regulated in LSFC cells compared to controls. We next examined AMPK activity in cells treated with 10 mM lactate and 1mM palmitate (LP) for 4h, thus mimicking the conditions of “crisis”. Following this treatment, AMPK phosphorylation levels increased significantly (90%, p<0.01) in control cells but not in LSFC cells. Nevertheless, AMPK seems functional in LSFC cells because the enzyme was activated in response to chemical hypoxia induced by 2,4 dinitrophenol. LP also increased the expression of SIRT1 (57%, p<0.05), LRPPRC (23%, p=0.045) and COXIV (19%, p<0.05), in controls cells. Furthermore, pretreatment with ZMP, a pharmacological activator of AMPK, had an additive effect with LP leading to a further increase in the activity of SIRT1 (120%, p<0.05), as well as the expression levels of SIRT1 (75%, p<0.01), LRPPRC (63%, p<0.001) and COXIV (38%, p<0.001). All these effects were abolished in LSFC cells and thus, our data highlight alterations in the regulation of key enzymes of energy metabolism, including the activation of AMPK, in LFSC fibroblasts.

The longitudinal muscle layer in gut is the functional opponent to the circular muscle layer during the peristalsis reflex. Differences in innervation of the layers allow for the contraction of one layer that corresponds with the simultaneous relaxation of the other, enabling the passage of gut contents in a controlled fashion. Differences in development have given the cells of the two layers differences in receptor populations, membrane lipid handling, and calcium handling profiles/behaviors. The kinase signaling differences between the two layers is not as well characterized. Upon activation of cells from the circular muscle layer, it is known that Rho kinase and ERK1/2 promote contraction, while CaMKK/AMPK and CaMKII perform inhibitory/self-inhibitory roles. Such behaviors are poorly understood in the longitudinal muscle layer. In longitudinal muscle strips, we measured muscarinic receptor-mediated contraction following incubation with kinase inhibitors. Upon comparison to control, contributions of Rho Kinase and ERK1/2 were similar to those seen in circular muscle. Inhibition of both of these enzymes leads to diminished contraction. However, CaMKK/AMPK and CaMKII have effects in longitudinal muscle opposite to their regulation in circular muscle – their inhibition also diminishes the contractile response. These contractile data from strips were supported by immunokinase assay measurements of MLCK activity from strip homogenates with and without kinase inhibition. Therefore, we suggest that the activities of CaMKK/AMPK and CaMKII in longitudinal muscle are indeed different from their regulatory roles in circular muscle, perhaps a consequence of the different calcium handling modalities of the two muscle types.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Numerous studies have investigated how bulk lipid metabolism is influenced in obesity and in particular how the composition of triglycerides found in the cytosol change with increased adipocyte expansion. However, in part reflecting the analytical challenge the composition of cell membranes, and in particular glycerophospholipids, an important membrane component, have been seldom investigated. Cell membrane components contribute to a variety of cellular processes including maintaining organelle functionality, providing an optimized environment for numerous proteins and providing important pools for metabolites, such as choline for one-carbon metabolism and S-adenosylmethionine for DNA methylation. Here, I have conducted a comprehensive lipidomic and transcriptomic study of white adipose tissue in mice that become obese either through genetic modification (ob/ob genotype), diet (high-fat diet) or a combination of the two across the life course. Specifically, I demonstrated that the changes in triglyceride metabolism that dominate the overall lipid composition of white adipose tissue were distinct from the compositional changes of glycerophospholipids. These latter lipids became more unsaturated to maintain the fluidity and normal function of the membrane in the initiation of obesity but then turned saturated after long-term administration of HFD and aging. This suggests that while triglycerides within the adipose tissue may be a relatively inert store of lipids, the compositional changes occur in cell membranes with more far-reaching functional consequences in both obesity and aging. The two-phase change of phospholipids can be correlated well with transcriptional and one-carbon metabolic changes within the adipocytes. The transcriptomic study demonstrated that the lipid metabolic pathways regulated by the peroxisome, AMPK, insulin and PPARγ signaling were activated in the initiation of obesity but inhibited in the adipose tissue of old ob/ob mice along with up-regulated inflammation pathways. The brown and white adipose tissue of PPARα-knock-out mice were also studied by lipidomic tools to get a deeper understanding of the effect of the peroxisome and PPAR system on adipose tissue and lipid metabolism during obesity. Most of the lipids were increased and became more saturated and shorter in adipose tissues of PPARα null mice, which is in good accordance with the results of the former animal study. In conclusion, my work using different rodent models and multi-omics techniques demonstrated a protective metabolic mechanism activated in the initiation but impaired at the end of the processes of obesity and aging, which could be an explanation of the similarity of obesity and aging in terms of high incidence of the metabolic syndrome and related diseases.

Lack of Improvement in Insulin Responsiveness in the Metabolic Syndrome after Resistance Training Only May Be Due to Fewer Muscle Slow-Twitch Fibers and Decreased Activation of AMPK Ten non-diabetic subjects (fi Ten non-diabetic subjects (five males, five females) with the Metabolic Syndrome underwent eight weeks of supervised strength training. Training consisted of five weekly sessions. A brief orientation period was followed by two blocks of progressively increasing intensity training. Nine control subjects were trained at the same time following the same protocols. At the completion of training, strength and VO[sub]2[/sub]max increased by 10% in both groups, but body composition and body weight had not changed. Insulin responsiveness, quantified using a three hour euglycemic clamp procedure, did not improve in the insulin resistant Metabolic Syndrome subjects, but increased significantly (13%) in the control group. Control subjects had significantly more slow-twitch muscle fibers at baseline (50% vs. 36%). The fiber composition was not changed in either group by training. Expression of GLUT4, the principle insulin-responsive glucose transporter, increased significantly in both groups (39% in Metabolic Syndrome subjects, 76% in the control group). The muscle mitochondrial biogenesis pathway reflected by AMPK total expression and activation, and the muscle hypertrophy pathway as indicated by mTOR expression and activation were increased in both groups. Even though total AMPK and total mTOR increased about 40% in both groups, the change in activated phospho-AMPK was greater in the control group (38% vs. 8%), and the activated phospho-mTOR increased more in the Metabolic Syndrome group (50% vs. 25%). Since AMPK is predominantly expressed in slow-twitch muscle fibers and mTOR is expressed at higher levels in fast-twitch fibers, these data may reflect the difference in fiber composition between the two groups. Strength training resulted in qualitatively similar effects on muscle remodeling in persons at low risk or high risk for diabetes, but greater activation of AMPK was associated with increased insulin responsiveness. In Metabolic Syndrome subjects, resistance training alone activated muscle hypertrophy pathways and increased muscle GLUT4 expression, but did not improve insulin responsiveness.

Le diabète est reconnu comme un problème majeur de santé publique causant des conséquences humaines et économiques redoutables. La phytothérapie s’offre comme une nouvelle avenue thérapeutique pour le contrôle de la glycémie. Le grenadier, Punica granatum, a servi de remède contre le diabète dans le système Unani de la médecine pratiquée en Inde et au Moyen Orient. Des études ont démontré un effet hypoglycémiant des extraits de grenadier via divers mécanismes notamment par une amélioration de la sensibilité à l’insuline et la régénération des cellules béta-pancréatiques. Cependant, aucune étude n’a démontré à ce jour, l’effet de grenadier sur le transport de glucose dans le muscle, étape cruciale dans la régulation de l’homéostasie glucidique postprandiale. De plus, l’effet de la maturation sur le potentiel antidiabétique du fruit de grenadier n’a pas été étudié. Ainsi, le but de ce projet est d’évaluer l’effet antidiabétique des extraits de grenadier sur le transport de glucose dans les cellules musculaires C2C12 en fonction de la variété et du stade de maturation du fruit et d’élucider les mécanismes d’action. Le choix des variétés du grenadier tunisien (Espagnoule [EP] et Gabsi [GB]) a été orienté pour leur pouvoir antioxydant et leur consommation locale. Deux parties de la plante ont été utilisées, les fleurs et les fruits à 3 stades de maturation soit 2, 4 et 6 mois. Les résultats ont montré que seule la variété du grenadier Gabsi stimule significativement le transport de glucose par rapport au contrôle (DMSO), et ceci sans être toxique. Cet effet est plus prononcé au stade de fruit mûr (à 6 mois) que celui de la fleur. De plus, l’extrait de fleurs stimule la voie insulino-indépendante de l’AMPK et augmente le niveau d’expression des transporteurs spécifiques de glucose (GLUT-4). Par contre, l’extrait de fruits mûrs, en plus de ces deux mécanismes, active fortement aussi la voie insulino-dépendante de l’AKT. En conclusion, cette étude présente un nouveau mécanisme d’action antidiabétique de grenadier (plus particulièrement du fruit mûr) qui est dépendant de la variété. / Diabetes is a major public health problem worldwide with astounding human and economic consequences. The seed and the flower of pomegranate (Punica granatum), a native plant of Central Asia and the Mediterranean regions, exhibited a hypoglycaemic effect in in vivo studies. However, the underlying mechanisms have not yet been elucidated. The aim of this project was to evaluate the effect of the flower and the fruit (at 3 maturation stages) of pomegranate on glucose transport in skeletal muscle cells and to determine the molecular mechanisms involved in this effect. To accomplish this, we chose two varieties of pomegranate cultivated in Tunisia (Gabsi [GB] and Espagnoule [EP]), which have been shown to be highly consumed in that area and to possess high antioxidant activity. Differentiated C2C12 cells were treated for 18 hours with 80% ethanolic extract of the flowers and fruits (at 2, 4, and 6 months) of each variety. Our results showed that the Gabsi variety of pomegranate significantly enhances glucose uptake, without any toxicity. This effect is more pronounced in the ripe fruit (6 months) than in the flower. In parallel, the ripe fruit stimulated both the insulin-dependent pathway (Akt) and the insulin-independent pathway (AMPK), while the flower stimulated the latter only. In addition, both flower and ripe fruit treatment resulted in enhanced expression level of GLUT-4 glucose transporter in the muscle. Hence, these results suggest that regulation of glucose transport in skeletal muscle is one of the components involved in the anti-diabetic effect of Tunisian pomegranate.

L’expansion des maladies métaboliques dans les sociétés modernes exige plus d’activités de recherche afin d’augmenter notre compréhension des mécanismes et l’identification de nouvelles cibles d’interventions cliniques. L’obésité, la résistance à l’insuline (RI) et la dyslipidémie, en particulier sont tous des facteurs de risque associés à la pathogenèse du diabète de type 2 (DT2) et des maladies cardiovasculaires. Ainsi, la dyslipidémie postprandiale, notamment la surproduction des lipoprotéines hépatiques et intestinales, contribue d’une façon significative à l’hypertriglycéridémie. Quoique plusieurs études cliniques et fondamentales chez l’homme et les modèles animaux aient mis en évidence les rôles importants joués par le foie et l’intestin dans la dyslipidémie, les mécanismes moléculaires en cause ne sont pas bien élucidés. L’une des voies principales régulant le métabolisme lipidique est la voie de la protéine kinase AMPK. L’épuisement de l’ATP intracellulaire entraîne une activation de l’AMPK qui va œuvrer pour rétablir l’équilibre énergétique en stimulant des voies génératrices d’ATP et en inhibant des voies anaboliques consommatrices d’ATP. Les effets positifs de l’activation de l’AMPK comprennent l’augmentation de la sensibilité à l’insuline dans les tissus périphériques, la réduction de l’hyperglycémie et la réduction de la lipogenèse, d’où son importance dans les interventions cliniques pour la correction des dérangements métaboliques. Il est à souligner que le rôle de l’AMPK dans le foie et l’intestin semble plus complexe et mal compris. Ainsi, la voie de signalisation de l’AMPK n’est pas bien élucidée dans les situations pathologiques telles que le DT2, la RI et l’obésité. Dans le présent projet, notre objectif consiste à caractériser le rôle de cette voie de signalisation dans la lipogenèse hépatique et dans le métabolisme des lipides dans l’intestin chez le Psammomys obesus, un modèle animal d’obésité, de RI et de DT2. À cette fin, 3 groupes d’animaux sont étudiés (i.e. contrôle, RI et DT2). En caractérisant la voie de signalisation de l’AMPK/ACC dans le foie, nous avons constaté une augmentation de l’expression génique des enzymes clés de la lipogenèse (ACC, FAS, SCD-1 et mGPAT) et des facteurs de transcription (ChREBP, SREBP-1) qui modulent leur niveau d’expression. Nos analyses détaillées ont révélé, par la suite, une nette augmentation de l’expression de l’isoforme cytosolique de l’ACC, ACC1 (impliqué dans la lipogenèse de novo) concomitante avec une invariabilité de l’expression de l’isoforme mitochondrial ACC2 (impliqué dans la régulation négative de la β-oxydation). En dépit d’un état adaptatif caractérisé par une expression protéique et une phosphorylation (activation) élevées de l’AMPKα, l’activité de la kinase qui phosphoryle et inhibe l’ACC reste très élevée chez les animaux RI et DT2. Au niveau de l’intestin grêle des animaux RI et DT2, nous avons démontré que l’augmentation de la lipogenèse intestinale est principalement associée avec une diminution de la voie de signalisation de l’AMPK (i.e. expression protéique et phosphorylation/activation réduites des deux isoformes AMPKα1 et AMPKα2). La principale conséquence de la diminution de l’activité AMPK est la réduction de la phosphorylation de l’ACC. Étant donné que le niveau d’expression totale d’ACC reste inchangé, nos résultats suggèrent donc une augmentation de l’activité des deux isoformes ACC1 et ACC2. En parallèle, nous avons observé une réduction de l’expression protéique et génique de la CPT1 [enzyme clé de la β-oxydation des acides gras (AG)]. L’ensemble de ces résultats suggère une inhibition de l’oxydation des AG concomitante avec une stimulation de la lipogenèse de novo. Enfin, nous avons démontré que l’intestin grêle est un organe sensible à l’action de l’insuline et que le développement de la résistance à l’insuline pourrait altérer les deux voies de signalisation (i.e. Akt/GSK3 et p38MAPK) essentielles dans plusieurs processus métaboliques. En conclusion, nos résultats indiquent que l’augmentation de la lipogenèse qui contribue pour une grande partie à la dyslipidémie dans la résistance à l’insuline et le diabète serait due, en partie, à des défauts de signalisation par l’AMPK. Nos observations illustrent donc le rôle crucial du système AMPK au niveau hépatique et intestinal, ce qui valide l’approche thérapeutique consistant à activer l’AMPK pour traiter les maladies métaboliques. / Understanding the cellular mechanisms involved in the development of insulin resistance, and later on the occurrence of type 2 diabetes and its metabolic complications, is a perquisite step toward the identification of new therapeutic targets to fight against the development of these metabolic diseases. In the present studies, we used the gerbil Psammomys obesus, a well-established animal model of obesity, insulin resistance (IR) and type 2 diabetes (T2D), to characterize the hepatic and intestinal signaling abnormalities associated with lipid metabolism disorders during the pathogenesis of IR and T2D. Thus, we are able to demonstrate that the development of these metabolic diseases in Psammomys obesus animals, is accompanied by increased hepatic and intestinal lipogenesis with very high efficiency to form triglycerides rich-lipoproteins. In the liver, we observed an increase in mRNA levels of key lipogenic enzymes (ACC, FAS, SCD-1 and mGPAT) and transcription factors (SREBP-1, ChREBP), which modulate the expression level of lipogenic enzymes. Thereafter, our detailed analysis of the AMPK/ACC signaling pathway revealed a rise in the gene expression of the cytosolic ACC1 isoform of ACC(involved in de novo lipogenesis) concomitant with a constant expression of the mitochondrial ACC2 (negative regulator of β-oxidation). In spite of an adaptive state characterized by higher protein expression and phosphorylation (activation) of AMPKα, the kinase that phosphorylates and inhibits ACC, the activity of the later remains very high in IR and T2D animals. In the small intestine of IR and T2D animals, we demonstrated that the increase in intestinal lipogenesis is mainly associated with a decrease of AMPK signaling pathway (i.e. reduced expression and protein phosphorylation/activation of the two AMPKα1 and AMPKα2 isoforms). The main consequence of the decline in AMPK activity is the reduction of ACC phosphorylation. Given that, the expression levels of ACC remain unchanged; our results thus suggest an increased activity of both ACC isoforms, ACC1 and ACC2. Next, we observed a reduction in protein and gene expression of CPT1 [key enzyme in fatty acid (FA) β-oxidation]. Taken together, these results suggest an inhibition of FA β-oxidation concomitant with a stimulation of de novo lipogenesis. Finally, we demonstrated that the small intestine is an insulin sensitive organ and that the development of IR affects two signaling pathways (i.e. Akt/GSK3 and p38MAPK) essentials for several metabolic processes. In conclusion, our results indicate that increased lipogenesis, in IR and T2D, which exacerbate the dyslipidemia associated with these diseases, might be, at least partially, a result of AMPK signaling defects. In addition, our observations illustrate the crucial role of AMPK/ACC in the liver and intestine and validate AMPK as a potential target to treat the metabolic diseases.

En cas de lymphopénie -diminution du nombre de lymphocytes T (LT) présents en périphérie-, les LT restants prolifèrent. Ce processus, dit de prolifération homéostatique, est régulé par la disponibilité de la cytokine IL-7 ainsi que par des interactions TcR/MHC et mène à la différenciation de LT effecteurs/mémoires. La prolifération homéostatique peut augmenter l’efficacité des immunothérapies anti-cancéreuses ou avoir des conséquences délétères pour l’organisme (réaction du greffon contre l’hôte, auto-immunité). Les LT naïfs, effecteurs et de mémoire produisent leur énergie via des mécanismes différents et la capacité des lymphocytes à enclencher le programme métabolique adéquat au bon moment joue un rôle essentiel dans leur différenciation. En outre, l’inhibition de la glycolyse ou de la respiration mitochondriale altère la prolifération homéostatique, suggérant que ces deux voies métaboliques sont importantes dans ce processus. Les mécanismes par lesquels les LT accroissent leur métabolisme énergétique lors de la prolifération homéostatique ne sont, à ce jour, pas encore élucidés. L’AMPK est un régulateur essentiel du métabolisme cellulaire et est la cible de différents composés déjà utilisés chez l’homme. L’objectif de notre travail a été de déterminer les conséquences de l’absence d’AMPK sur la capacité des LT à proliférer de manière homéostatique et à adapter leur métabolisme en réponse à l’IL-7. Notre hypothèse a été que l’AMPK, en permettant de réorienter le métabolisme des LT, jouerait un rôle important dans le processus de prolifération homéostatique. Au cours de ce travail, nous avons démontré que l’AMPK favorise la prolifération homéostatique des LT ainsi que l’acquisition des fonctions effectrices de type Th1. Nos résultats mettent également en évidence un rôle de l’AMPK dans le processus de graft-versus-host disease (GVHD). En effet, les LT déficients pour l’AMPK induisent une GVHD de moindre gravité. D’un point de vue métabolique, nous avons montré que les LT déficients pour l’AMPK présentent un potentiel de membrane mitochondriale réduit ainsi qu’une sensibilité accrue aux dérivés réactifs de l’oxygène (ROS). Les LT déficients pour l’AMPK ont, de plus, un défaut de switch glycolytique lors de stress mitochondriaux ainsi que lors d’une stimulation secondaire en présence d’anticorps anti-CD3/anti-CD28. Une réduction de la toxicité des ROS, associée à une plus grande flexibilité énergétique, pourrait conférer un avantage prolifératif aux LT soumis à des stimuli antigéniques de faibles affinités, tels que rencontrés lors de proliférations induites par la lymphopénie. Nos résultats suggèrent également qu’une régulation fine du métabolisme pourrait réduire la sévérité de la GVHD. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished