Le récepteur nucléaire FXR (NR1H4) possède quatre isoformes exprimés principalement dans le foie (FXR[alpha]1 et FXR[alpha]2) et dans l'intestin (FXR[alpha]3 et FXR[alpha]4). Le rôle de FXR dans l'homéostasie des acides biliaires au sein du système digestif est bien documenté. Récemment, de nouvelles fonctions ont été attribuées à FXR dans l'intestin et une étude de ChIP-seq montre que les sites de liaison de FXR dans le génome diffèrent entre le foie et l'intestin. Notre hypothèse de recherche est que FXR contribue au maintien d'un épithélium intestinal intègre et fonctionnel en influençant des processus biologiques autres que la régulation de l'absorption des acides biliaires, et ce, par l'activation de la transcription de nouveaux gènes cibles dans l'intestin. Notre premier objectif consistait en l'identification de nouvelles cibles transcriptionnelles de FXR. Le modèle cellulaire Caco-2/15 est utilisé comme modèle d'entérocytes différenciés et l'expression de FXR augmente lors de la différenciation de ces cellules pour atteindre un niveau maximal vers 20 jours post-confluence. Dans ces cellules bien différenciées, une expérience de micro-puce à ADN révèle que l'activation de FXR par son agoniste synthétique le GW 4064 module significativement l'expression de gènes associés à différents processus biologiques tels l'organisation du cytosquelette et l'adhésion biologique. Nous avons confirmé que l'expression des gènes des protéines structurales MYO1A, MYO7A et DST est régulée positivement par l'activation de FXR, sans doute de manière indirecte puisque nous n'avons pas observé par ChIP que FXR se liait au promoteur de ces gènes. Pour identifier de nouvelles cibles directes de FXR, un criblage par qPCR selon divers critères a été réalisé. Ainsi, nous avons confirmé que le gène de SLC20A1, un transporteur de phosphore, est régulé positivement par l'activation de FXR. De plus, selon nos essais de ChIP, FXR se lie au promoteur de SLC20A1 suggérant une activation directe de la transcription. Ces résultats ouvrent la voie à un rôle auparavant insoupçonné de FXR dans des processus liés à l'absorption du phosphore. Notre deuxième objectif qui était d'étudier la régulation de l'expression différentielle des isoforme de FXR a été réalisé par des essais luciférase et nous amène à croire que le promoteur des isoformes intestinaux est régulé par la présence du facteur de transcription Cdx2. En effet, le promoteur FXR[alpha]3/[alpha]4 présente un site de liaison à Cdx2 contrairement au promoteur FXR[alpha]1/[alpha]2. De plus, en contexte où les facteurs hépatiques et intestinaux HNF1[alpha] et HNF4[alpha] sont présents, Cdx2 rétablit un fort niveau d'activité au promoteur FXR[alpha]3/[alpha]4 et non au promoteur FXR[alpha]1/[alpha]2. Pour conclure, ce projet de recherche montre bien que FXR dans un modèle mimant un contexte physiologique est capable d'activer des gènes cibles jusqu'ici inconnus et que l'expression des isoformes intestinaux est régulée de façon distincte par Cdx2 dans ce tissu.

La dérégulation du métabolisme glucidique conduisant au développement d’une hyperglycémie est classiquement associée aux maladies métaboliques, telles que le diabète de type 2 et l’obésité. Le foie est un organe clé dans le contrôle de l’homéostasie glucidique. Ainsi, lors d’un état post-prandial (après un repas), il utilise le glucose pour produire de l’énergie par la voie de la glycolyse, mais surtout stocke l’excès de glucose sous forme de glycogène par la voie de synthèse du glycogène et l’excès d’énergie sous forme d’acides gras par la voie de la lipogenèse. Ces voies sont sous le contrôle des hormones insuline et glucagon qui, en fonction des changements nutritionnels, régulent respectivement l’utilisation (glycolyse) et la production (néoglucogenèse) de glucose en induisant l’expression des enzymes de ces voies métaboliques. Plus récemment, il a été montré que les voies de la glycolyse et de la lipogenèse sont également régulées par le glucose qui active le facteur de transcription ChREBP (Carbohydrate Response Element Binding Protein) et induit de ce fait l’expression des gènes de la glycolyse, tels que la LPK (Liver Pyruvate Kinase), et de la lipogenèse, tels que FAS (Fatty Acid Synthase) et ACC1 (Acetyl-CoenzymeA Carboxylase 1). Le récepteur nucléaire Farnesoid X Receptor (FXR), un facteur de transcription activé par des ligands, en plus de son rôle très important dans la régulation des acides biliaires et des lipides, contrôle aussi le métabolisme glucidique dans le foie. Ainsi, FXR inhibe l’expression des gènes des voies de la glycolyse et de la lipogenèse, probablement en interférant avec le facteur de transcription ChREBP, comme le propose une étude récente. Les objectifs de ma thèse ont été de caractériser deux lignées hépatocytaires humaines IHH (Immortalized Human Hepatocytes) et HepaRG d’un point de vue métabolique et d’étudier les mécanismes moléculaires d’interférence du récepteur nucléaire FXR avec l’activité du facteur ChREBP dans ces deux lignées. / Glucose metabolism dysreglation leads to the developpment of hyperglaecemia and is classically associated with metabolic diseases such as Type II diabetes or obesity. The liver is a key organ in the control of glucose homeostasis. Indeed, at a post-prandial state (after a meal), it utilizes glucose to produce energy by the glycolysis pathway, but mostly stores the glucose excess as glycogen by the glycogenesis pathway and the energie excess as fatty acids by the lipogenesis pathway. These pathways are controlled by insulin and glucagon hormones which, in response ton nutritional changes, regulate respectively the utilization (glycolysis) and the production (gluconeogenesis) of glucose by inducing the expression of enzymes involved in these pathways. More recently, it has been shown that glycolyisis and lipogenesis are also regulated by glucose who activates the transcription factor ChREBP (Carbohydrate Response Element Binding Protein) and therefore induces the expression of glycolytic genes, such as LPK (Liver Pyruvate Kinase) and lipogenic genes, such as FAS (Fatty Acid Synthase) and ACC1 (Acetyl-CoenzymeA Carboxylase 1). Nuclear receptor Farnesoid X Receptor, a transcription factor activated by ligands, besides its role in the regulation of bile acids and lipids, also controls the glucose metabolism in liver. Thus, FXR inhibit the expression of genes involved in glycolysis and lipogenesis, probably by interfering with the transcription factor ChREBP, as it has been suggested by a recent study The objectifs of my thesis were to characterize two human hepatocyte cell lines IHH ( (Immortalized Human Hepatocytes) and HepaRG from a metabolic point of view and to study the molecular mecanisms involved in the interference of FXR with the activity of ChREBP in these two cell lines.

In silico studies of the effect of phenolic compounds from grape seed extracts on the activity of phosphoinositide 3-kinase (PI3K) and farnesoid X receptor (FXR)Montserrat Vaqué Marquès En aquesta tesis es pretén aplicar metodologies computacionals (generació de farmacòfors i docking proteïna lligand) en l'àmbit de la nutigenòmica (ciència que pretén entendre, a nivell molecular, com els nutrients afecten la salut). S'aplicaran metodologies in silico per entendre a nivell molecular com productes naturals com els compostos fenòlics presents en la nostra dieta, poden modular la funció d'una diana comportant un efect en la salut. Aquest efecte es creu que podria ser degut a la seva interacció directa amb proteïnes de vies de senyalització molecular o bé a la modificació indirecta de l'expressió gènica. Donat que el coneixement de l'estructura del complex lligand-receptor és bàsic per entendre el mecanisme d'acció d'aquests lligands s'aplica la metodologia docking per predir l'estructura tridimensional del complex. En aquest sentit, un dels programes de docking és AutoGrid/AutoDock (un dels més citats). No obstant, l'automatització d'AutoGrid/AutoDock no és trivial tan per (a) la cerca virtual en una llibreria de lligands contra un grup de possibles receptors, (b) l'ús de flexibilitat, i (c) realitzar un docking a cegues utilitzant tota la superfície del receptor. Per aquest motiu, es dissenya una interfície gràfica de fàcil ús per utilitzar AutoGrid/AutoDock. Blind Docking Tester (BDT) és una aplicació gràfica que s'executa sobre quatre programes escrits en Fortran i que controla les condicions de les execucions d'AutoGrid i AutoDock. BDT pot ser utilitzat per equips d'investigadors en el camp de la química i de ciències de la vida interessats en dur a terme aquest tipus d'experiments però que no tenen suficient habilitats en programació. En la modulació del metabolisme de la glucosa, treballs in vivio i in vitro en el nostre grup de recerca s'han atribuït els efectes beneficiosos de l'extracte de pinyol de raïm en induir captació de glucosa (punt crític pel manteniment de l'homeostasis de la glucosa). No obstant alguns compostos fenòlics no tenen efecte en la captació de la glucosa, d'altres l'inhibeixen reversiblement. En alguns casos aquesta inhibició és el resultat de la competició dels compostos fenòlics amb ATP pel lloc d'unió de l'ATP de la subunitat catalítica de la fosfatidil inositol 3-kinasa (PI3K). Estudis recents amb inhibidors específics d'isoforma han identificat la p110α (la subunitat catalítica de PI3Kα) com la isoforma crucial per la captació de glucosa estimulada per insulina en algunes línies cel·lulars. Els programes computacionals han estat aplicats per tal de correlacionar l'activitat biològica dels compostos fenòlics amb informació estructural per obtenir una relació quantitativa estructura-activitat (3D-QSAR) i obtenir informació dels requeriments estructura-lligand per augmentar l'afinitat i/o selectivitat amb la diana (proteïna). Tot hi haver-se demostrat que l'adició d'extractes de compostos fenòlics en l'aliment pot tenir en general un benefici per la salut, s'ha de tenir en compte que l'estudi 3D-QSAR (construït a partir d'inhibidors sintètics de p110α) prediu que algunes d'aquestes molècules poden agreujar la resistència a la insulina en individus susceptibles dificultant la capatació de glucosa en múscul i teixit adipós i, per tant, produir un efecte secundari indesitjat. Resultats en el nostre grup de recerca han demostrat que compostos fenòlics presents en extractes de llavor de raïm incrementen l'activitat del receptor "farnesoid x receptor" (FXR) de manera dosi depenent quan el lligand natural de FXR (CDCA) és present. Les metodologies in silico, docking i 3D-QSAR, han estat aplicades juntament amb dades biològiques d'agonistes no esteroidals de FXR que s'uneixen a un lloc d'unió proper però diferent al lligand esteroidal 6CDCA. Els resultats han mostrat que els compostos fenòlics no són capaços d'activar FXR per ells mateixos però poden afegir noves interaccions que estabilitzarien la conformació activa de FXR en presència del lligand natural CDCA. Els compostos fenòlics podrien induir canvis conformacionals específics que augmentarien l'activitat de FXR. In silico studies of the effect of phenolic compounds from grape seed extracts on the activity of phosphoinositide 3-kinase (PI3K) and farnesoid X receptor (FXR)Montserrat Vaqué Marquès This thesis was written with the aim of applying computational methods that have already been developed for molecular design and simulation (i.e. pharmacophore generation and protein-ligand docking) to nutrigenomics. So, in silico tools that are routinely used by the pharmaceutical industry to develop drugs have been used to understand, at the molecular level, how natural products such as phenolic compounds (i.e. molecules that are commonly found in fruits and vegetables) can improve health and prevent diseases. Therefore, we first focused on predicting the structure of protein-ligand complexes. The docking algorithms can use the individual structures from receptor and ligand to predict (1) whether they can form a complex and (2) if so, the structure of the resulting complex. This prediction can be made, for instance, with AutoGrid/AutoDock, the most cited docking software in the literature. The automation of AutoGrid/AutoDock is not trivial for tasks such as (1) the virtual screening of a library of ligands against a set of possible receptors; (2) the use of receptor flexibility and (3) making a blind-docking experiment with the whole receptor surface. Therefore, in order to circumvent these limitations, we have designed BDT (i.e. blind-docking tester; http://www.quimica.urv.cat/~pujadas/BDT), an easy-to-use graphic interface for using AutoGrid/AutoDock. BDT is a Tcl/Tk graphic front-end application that runs on top of four Fortran programs and which controls the conditions of the AutoGrid and AutoDock runs. As far as the modulation of the glucose metabolism is concerned, several in vivo and in vitro results obtained by our group have shown that grape seed procyanidin extracts (GSPE) stimulate glucose uptake in 3T3-L1 adipocytes and thus help to maintain their glucose homeostasis. In contrast, it is also well known that although some phenolic compounds do not affect glucose uptake, others reversibly inhibit it in several cell lines. Moreover, for at least some of these phenolic compounds, this inhibition is the result of their competition with ATP for the ATP-binding site in p110α (i.e. the α isoform of the catalytic subunit of phosphoinositide 3-kinase or PI3Kα). Furthermore, recent studies with isoform-specific inhibitors have identified p110α as the crucial isoform for insulin-stimulated glucose-uptake in some cell lines. Therefore, although it has been proved that the addition of phenolic compound extracts to food can have an overall benefit on health, it should be taken into account that some of these molecules may exacerbate insulin resistance in susceptible individuals via impaired glucose uptake in muscle and adipose tissues and, therefore, produce an undesirable side effect. In this context, we have applied computational approaches (i.e. protein-ligand docking and 3D-QSAR) to predict the IC50 (i.e. the concentration that reduces the p110α activity to 50%). Our results agree with previous experimental results and predict that some compounds are potential inhibitors of this enzyme. Recent results in our research group have demonstrated that the phenolic compounds in GSPE increase the activity of the farnesoid X receptor (i.e. FXR) in a dose-dependent way when the natural ligand of FXR (i.e. CDCA) is also present. The phenolic compounds might induce specific conformational changes that increase FXR activity and then contribute to cardioprotection through mechanisms that are independent of their intrinsic antioxidant capacities but that involve direct interaction with FXR to modulate gene expression. Taking into account this hypothesis a 3D-QSAR analysis was made in an attempt to understand how phenolic compounds activate FXR. So, our results explain why phenolic compounds cannot activate FXR by themselves and how they can add new interactions to stabilize the active conformation of FXR when its natural ligand (i.e. CDCA) is present. Therefore, we proposed a mechanism of FXR activation by dietary phenolic compounds in which they may enhance bile acid-bound FXR activity.

Chez les patients diabétiques, le flux hépatique du glucose est perturbé affectant les voies qui lui sont associées telle que la voie de biosynthèse des hexosamines (HBP). Cette voie permet la production d’UDP-GlcNAc à partir du glucose. Ce substrat est engagé dans une modification post-traductionnelle (PTM) réversible des protéines appelée O-GlcNAcylation. Elle consiste à transférer du GlcNAc à partir d’UDP-GlcNAc sur un résidu serine ou thréonine. Une O-GlcNAcylation anormale des protéines contribue à la glucotoxicité hépatique et au diabète de type 2. FXR (Farnesoid X Receptor), un récepteur nucléaire fortement exprimé dans le foie, contrôle le métabolisme des acides biliaires ainsi que l'homéostasie glucidique et lipidique. Après son activation par un ligand et son hétérodimérisaton avec RXR (Retinoid X Receptor), FXR régule la transcription de gènes cibles en se fixant sur ses éléments de réponse. L’expression génique de FXR est augmentée dans des modèles animaux de diabète et ses activités transcriptionnelles en font une cible thérapeutique potentielle dans le contrôle des troubles métaboliques. Considérant ces informations, nous avons émis l’hypothèse que FXR est un substrat de la HBP et que les variations des flux hépatiques de glucose affectent son activité transcriptionnelle. Nous avons démontré, par différentes techniques, que FXR est O-GlcNAcylé in vitro et in vivo et que le glucose augmente sa fixation sur ces éléments de réponse et son activité transcriptionnelle. En outre, nous avons montré que l’inhibition de la voie HBP diminue l’expression génique et protéique de FXR mais également que la sérine 62 joue un rôle important dans la MPT de ce récepteur nucléaire. En conclusion, nos résultats montrent que le récepteur nucléaire FXR est sensible aux variations hépatiques des flux de glucose et que la O-GlcNAcylation de FXR augmente son activité transcriptionnelle ainsi que son expression génique et protéique dans différents modèles hépatiques humains et murins. / In diabetic patients, hepatic glucose flux is disrupted affecting associated pathways such as the hexosamine biosynthesis pathway (HBP). This pathway allows the production of UDP-GlcNAc from glucose. This substrate is engaged in a reversible post-translational modification (PTM) of proteins called O-GlcNAcylation. This PTM involves the transfer of GlcNAc from UDP-GlcNAc to serine or threonine residue of proteins. Abnormal O-GlcNAcylation of proteins contributes to liver glucotoxicity and type 2 diabetes. FXR (Farnesoid X Receptor), a nuclear receptor highly expressed in the liver controls the bile acids metabolism, glucose and lipid homeostasis. After its activation by ligand and its hétérodimérisaton with RXR (Retinoid X Receptor), FXR regulates the transcription of target genes by binding to its response elements. The FXR gene expression is increased in diabetes animal models and its transcriptional activities are a potential therapeutic target in the control of metabolic disorders. Considering this information, we hypothesized that FXR is a substrate of HBP and variations of hepatic glucose flux affect its transcriptional activity. We have demonstrated by many experiments that FXR is O-GlcNAcylated both in vitro and in vivo and glucose increases its binding to its response elements and its transcriptional activity. In addition, we have shown that the inhibition of HBP decreases FXR gene and protein expression. We demonstrated also that the serine 62 plays an important role in the PTM of this nuclear receptor. In conclusion, our results show that FXR is sensitive to variations of hepatic glucose flux and that the O-GlcNAcylation of FXR increases its transcriptional activity and its gene and protein expression in different human and mouse liver models.

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / Primary Sclerosing Cholangitis (PSC) is a rare and slow progressing cholangiopathy characterized by hepatic inflammation, fibrosis and ductular reaction with liver transplantation as the sole therapeutic option. PSC patients are at high risk of auto-immune comorbidities like irritable bowel disease (IBD), found in up to 80% of PSC patients (PSC-IBD). There are indications of genetic and environmental components for auto-immune development in IBD; however, its etiology remains unclear. Mast cells (MCs) infiltrate the liver and can become activated leading to degranulation and release of mediators, like histamine (HA), which result in increased intrahepatic bile duct mass, biliary senescence, hepatic inflammation, and hepatic stellate cell activation. Similarly, MCs infiltrate the intestine and increase inflammation which alters host-microbiome communication. MCs are necessary for successful liver regeneration and the combat of intestinal pathogens; however, chronic HA signaling exacerbates damage in cholangiopathies and IBD. Bile acid synthesis is tightly regulated by Farnesoid X Receptor (FXR) and its downstream mediator, fibroblast growth factor 15 (FGF15, -19 in humans). Cholangiocytes (i) are the target of cholangiopathies, (ii) modify and recycle bile acids through Apical Sodium Bile Acid Transporter (ASBT)-mediated cholehepatic shunting, which functions outside of enterohepatic circulation of bile acids and (iii) are capable of autocrine HA signaling. The complex relationship between hepatic and intestinal MC infiltration and bile acid signaling has not been established; therefore, identifying MC regulation of bile acid pool and FXR/FGF15 signaling pathway will provide insight into therapeutic treatment of PSC-IBD. Under the rationale that (i) cholestatic liver diseases are positively correlated with auto-immune comorbidities like IBD, (ii) during disease, MCs infiltrate the liver and intestine and release signaling factors like HA, and (iii) MCs express FXR and secrete FGF15/19; we propose the central hypothesis that MC activation regulates bile acid signaling and PSC progression through paracrine crosstalk with cholangiocytes in the liver and intestinal inflammation.

Le foie est un organe clef dans la régulation du métabolisme énergétique de l’organisme. La superfamille des récepteurs nucléaires y joue un rôle primordial de senseur de l’environnement métabolique. Parmi ces récepteurs nucléaires, le récepteur des acides biliaires FXR participe aux mécanismes de régulation de l’activité du foie à travers son action sur les métabolismes des acides biliaires, des glucides et des lipides. FXR est devenu ainsi une cible thérapeutique potentielle dans le traitement de nombreuses maladies impliquant un désordre métabolique comme les cholestases, le diabète de type 2 ou la stéatohépatite non-alcoolique. Malgré des résultats prometteurs dans le traitement de la stéatohépatite non-alcoolique, le traitement de patients avec un agoniste de FXR, le INT747, semble augmenter la concentration plasmatique du LDL-Cholestérol et diminue la concentration du HDL-Cholestérol suggérant un risque accru de développement d’athérosclérose. Ces effets sur le profil lipidique sont le frein majeur du développement clinique de ses agonistes. Les mécanismes moléculaires impliqués dans la régulation par FXR de nombreuses voies comme le métabolisme des lipides et du cholestérol sont peu explorés et peu compris. Compte-tenu de ces informations, il est d’autant plus intéressant d’approfondir les connaissances de ces mécanismes et d’identifier des facteurs ou de nouveaux partenaires capables de moduler l’activité transcriptionnelle de FXR plus spécifiquement dans le cadre du contrôle du métabolisme des lipides et du cholestérol. L’un des facteurs de transcription connu comme régulateur majeur de ces voies métaboliques dans le foie est le facteur de transcription de la famille forkhead FOXA2. Ce facteur de transcription, dont l’activité est dépendante des conditions physiologiques, est activé par le glucagon et inhibé par l’insuline. De plus, c’est également un régulateur du métabolisme des acides biliaires, du cholestérol et des lipides.L’objectif de cette thèse a été d’étudier l’interaction entre les voies de signalisation de FXR et de FOXA2 dans différentes lignées cellulaires d’hépatocytes humains ou murins et dans le foie. Nous avons établi que FOXA2 et FXR sont colocalisés sur la chromatine des cellules HepG2 et dans le foie de souris à proximité de gènes impliqués dans la régulation du métabolisme des lipides et du cholestérol. Ces zones de cofixation de FXR et de FOXA2 présentent très peu de motifs de fixation de FOXA2 suggérant l’implication d’autres motifs de fixation non connus ou un mécanisme de type « tethering ». Nous avons montré que la fixation de FOXA2 à ces zones de cofixation avec FXR est augmentée par l’activation de FXR par son agoniste, le GW4064, évoquant une potentielle interaction entre ces deux facteurs. Nous avons démontré que ces deux facteurs interagissaient physiquement et que FOXA2 est un répresseur de l’activité transcriptionnelle de FXR à travers l’utilisation de différentes approches et modèles cellulaires. Finalement, dans les hépatocytes primaires de souris, FOXA2 est impliqué dans la répression de l’activité transcriptionnelle de FXR par le glucagon sur le gène Shp.L’ensemble de ce travail met en évidence pour la première fois la répression de l’activité de FXR par le facteur de transcription caractéristique du jeûne FOXA2 à travers un mécanisme moléculaire suggérant une transrépression de type «tethering». Ces résultats présentent un mécanisme inédit par lequel l’activité de FXR peut être modulée par le statut nutritionnel de façon gène-spécifique. / The liver is a key regulator of whole-body energy metabolism. The nuclear receptor super-family plays a leading role in the metabolic sensing of the liver. Among the nuclear receptors, the bile acid nuclear receptor FXR contribute to the modulation of liver activity in particular through the regulation of bile acid, lipids and glucose homeostasis. Consequently, FXR became a potential therapeutic target for many diseases implicated metabolic disorder such as cholestasis, type 2 diabete or Non-Alcoholic Steatohepatitis (NASH). Despite promising results especially on NASH, patient treatment with FXR agonist the INT747 seems to increase LDL-Cholesterol plasma concentrations together with a decreased concentration of HDL-Cholesterol suggesting a higher risk to develop atherosclerosis. These effects on plasma lipid profile are the major break against the development of agonists in clinics. Giving the poor understanding and knowledge of the molecular mechanisms which govern FXR regulation of activity on various signaling pathways, it is of major interest to find new partners and regulators of FXR and especially on lipid and cholesterol homeostasis. One of the transcription factor known to be active in the control of these signaling pathways in the liver is the forkhead box transcription factor FOXA2. This transcription factor whose activity is dependent of physiological conditions is activated by glucagon and inhibited by insulin. In addition, this factor is known to regulate bile acid, cholesterol and lipid metabolism, functions very close from FXR activities in the liver.The objective of this PhD was to study the interaction between FXR and FOXA2 signaling pathways in different hepatic cells lines from human or mouse origin and in the liver. We established that FOXA2 and FXR are colocalised in HepG2 cells and liver chromatin near genes implicated in the lipid and cholesterol metabolism. These FXR/FOXA2 cobinding zones present few consensus FOXA2 response elements suggesting the implication of non consensus binding motifs or a “tethering” mechanism. We show that FOXA2 binding to FXR/FOXA2 cobinding zones is increased when FXR is activated and/or more present in the chromatin evoking a potential interaction between these two factors. We demonstrate that FXR and FOXA2 interact physically and that FOXA2 is a repressor of FXR transcriptional activity using different approaches and cellular models. Finally, we show that FOXA2 is implicated in glucagon-induced repression of FXR transcriptional activity on Shp gene.To conclude, our results show for the first time that the fasting key regulator of lipid and cholesterol homeostasis FOXA2 is a repressor of FXR transcriptional activity through a plausible mechanism involving “tethering” process. This work gives a novel mechanism by which FXR activity can be modified by nutritional status in a gene-specific manner.

Les orosomucoïdes, membres de la superfamille des lipocalines, sont parmi les protéinesplasmatiques les plus abondantes. Ce sont des protéines de la phase aiguë de l’inflammationsecrétées par les hépatocytes en réponse à un stress (inflammation, cancer, cirrhose…), etutilisées couramment en clinique comme marqueur d’un état pathologique. Elles vont lorsd’un état inflammatoire inhiber la prolifération des neutrophiles et des lymphocytes. J’ai pumontrer que le récepteur nucléaire FXR, impliqué dans de nombreuses voies métaboliques etplus récemment comme ayant un rôle anti-inflammatoire dans le foie, régule l’expression desorosomucoïdes exclusivement au niveau hépatique chez la souris. Cela suggère que larégulation de certains processus inflammatoire par FXR pourrait être expliqué par larégulation transcriptionelle des orosomucoïdes.Le second sujet met en évidence une relation entre le récepteur nucléaire Rev-Erba et la OGlcNAcylationau niveau hépatique. La O-GlcNAcylation est une modification posttraductionnelledes protéines qui permet l’ajout d’un groupement O-GlcNAc. De nombreusesprotéines impliquées dans de multiples processus biologiques comme la régulation du cyclecellulaire, du rythme circadien, ou encore dans de nombreuses voies métaboliques, vont êtreO-GlcNAcylées. La dérégulation de la O-GlcNAcylation est également impliquée dans denombreuses pathologies telles que le diabète, le cancer ou encore la maladie d’Alzheimer. Lerythme circadien est un important régulateur du métabolisme. De plus en plus d’indicesindiquent que la O-GlcNAcylation est un intermédiaire essentiel dans la régulationcircadienne du métabolisme. Des modulations circadiennes de la O-GlcNAcylation deBMAL1, CLOCK et PER ont été mises en évidence. Ce lien entre la O-GlcNAcylation et lerythme circadien nous a poussé à essayer d’identifier le rôle potentiel de Rev-Erba, récepteurnucléaire impliqué dans le contrôle de la ryhtmicité circadienne, dans la régulation de la OGlcNAcylation.Nous avons pu montrer par ces travaux que Rev-Erba est un régulateurimportant de la O-GlcNAcylation. La déficience en Rev-Erba induisant une baisse importantede la O-GlcNAcylation. Rev-Erba ne régule pas le niveau de transcription des enzymesimpliquées dans la O-GlcNAcylation mais est capable d’intéragir avec l’OGT (enzymeresponsable de la O-GlcNAcylation) et d’inhiber sa dégradation par le protéasome. Par cemécanisme de stabilisation de l’enzyme OGT, Rev-Erba se révèle être un régulateurimportant de la O-GlcNAcylation. / Orosomucoïdes, members of the superfamily of lipocalines, are among proteins plasmatiques the most plentiful. They are proteins of the acute(sharp) phase of the inflammation secreted by hépatocytes in answer to a stress (inflammation, cancer, cirrhosis), and usually used in private hospital as marker(scorer) of a pathological state. They go during an inflammatory state to inhibit the proliferation of neutrophiles and lymphocytes. I was able to show that the nuclear receiver FXR, implied(involved) in numerous metabolic ways and more recently as having an anti-inflammatory role in the liver, regulates the expression of orosomucoïdes exclusively at the hepatic level to the mouse. (...]

La dérégulation du métabolisme glucidique conduisant au développement d'une hyperglycémie est classiquement associée aux maladies métaboliques, telles que le diabète de type 2 et l'obésité. Le foie est un organe clé dans le contrôle de l'homéostasie glucidique. Ainsi, lors d'un état post-prandial (après un repas), il utilise le glucose pour produire de l'énergie par la voie de la glycolyse, mais surtout stocke l'excès de glucose sous forme de glycogène par la voie de synthèse du glycogène et l'excès d'énergie sous forme d'acides gras par la voie de la lipogenèse. Ces voies sont sous le contrôle des hormones insuline et glucagon qui, en fonction des changements nutritionnels, régulent respectivement l'utilisation (glycolyse) et la production (néoglucogenèse) de glucose en induisant l'expression des enzymes de ces voies métaboliques. Plus récemment, il a été montré que les voies de la glycolyse et de la lipogenèse sont également régulées par le glucose qui active le facteur de transcription ChREBP (Carbohydrate Response Element Binding Protein) et induit de ce fait l'expression des gènes de la glycolyse, tels que la LPK (Liver Pyruvate Kinase), et de la lipogenèse, tels que FAS (Fatty Acid Synthase) et ACC1 (Acetyl-CoenzymeA Carboxylase 1). Le récepteur nucléaire Farnesoid X Receptor (FXR), un facteur de transcription activé par des ligands, en plus de son rôle très important dans la régulation des acides biliaires et des lipides, contrôle aussi le métabolisme glucidique dans le foie. Ainsi, FXR inhibe l'expression des gènes des voies de la glycolyse et de la lipogenèse, probablement en interférant avec le facteur de transcription ChREBP, comme le propose une étude récente. Les objectifs de ma thèse ont été de caractériser deux lignées hépatocytaires humaines IHH (Immortalized Human Hepatocytes) et HepaRG d'un point de vue métabolique et d'étudier les mécanismes moléculaires d'interférence du récepteur nucléaire FXR avec l'activité du facteur ChREBP dans ces deux lignées.

Introduktion: Icke-alkoholorsakad fettleversjukdom (NAFLD) kännetecknas av hepatisk fettinlagring i frånvaro av alkoholmissbruk. För en andel av patienterna leder sjukdomen till leverinflammation och fibros och benämns då icke-alkoholorsakad steatohepatit (NASH). Denna variant av sjukdomen kan utvecklas till levercirros eller levercancer. Farmakoterapi vid NAFLD är ett forskningsområde som utvecklas snabbt och som domineras av agonister på farnesoid X receptorer (FXR) och peroxisomproliferatoraktiverade receptorer (PPAR). Dessa receptorer är inblandade i lipid- och glukosmetabolism och modulerar även inflammatorisk signalering. Syfte: Detta arbete syftar till att undersöka om FXR-agonister och PPAR-agonister har terapeutisk potential vid NAFLD/NASH. Metod: Litteratursökningen utfördes på databasen PubMed. Totalt granskades tre studier på FXR-agonisten obetikolsyra och tre studier på PPAR-agonisterna saroglitazar, elafibranor och lanifibranor. Resultat: Behandling med 25 mg obetikolsyra ledde till minskad sjukdomsaktivitet hos en större andel patienter jämfört med placebo (45 % vs 21%; p < 0,0002 i FLINT och 36% vs 24%; p = 0,0012 i REGENERATE) och även till minskad leverfibros hos en större andel patienter jämfört med placebo (35% vs 19%; p = 0,004 i FLINT och 23% vs 12% p = 0,0012 i REGENERATE). Behandling med obetikolsyra ledde till ökat LDL-C och minskat HDL-C. Behandling med PPAR-α/γ agonisten saroglitazar gav en signifikant sänkning av leverenzymvärden (p < 0,001) jämfört med placebo. PPAR-α/δ agonisten elafibranor orsakade tillbakagång av NASH för en större andel patienter jämfört med placebo enligt en post-hoc analys (19% vs 12%; p = 0,045). Pan-PPAR agonisten lanifibranor minskade sjukdomsaktiviteten i högre utsträckning än placebo (55% vs 33%; p = 0,007) och uppfyllde även sekundära effektmått på tillbakagång av NASH och minskning av leverfibros. Samtliga PPAR-agonister hade positiva effekter på patienternas lipidprofil och insulinkänslighet. Slutsats: Båda klasser av läkemedel ger en kliniskt meningsfull förbättring av leverhistologin vid NASH. PPAR-agonister har dessutom gynnsamma metabola effekter. Följaktligen har både FXR-agonister och PPAR-agonister terapeutisk potential vid NAFLD/NASH.

Les acides biliaires sont cruciaux pour l’absorption intestinale des lipides et ils représentent une voie majeure d’élimination du cholestérol. À concentration élevée, ils sont cytotoxiques et potentiellement carcinogènes. Il est donc essentiel de maintenir des niveaux adéquats afin de préserver une homéostasie optimale. Le récepteur nucléaire FXR est grandement impliqué dans cette régulation, en étant activé par les acides biliaires qui agissent comme ligands et en régulant les gènes nécessaires à leur synthèse et leur métabolisme. FXR est aussi impliqué dans le métabolisme lipidique et glucidique, tout en ayant un rôle anti-inflammatoire et antiprolifératif. Les mécanismes régulant l’expression et l’activité transcriptionnelle de FXR sont toutefois peu connus. Leur caractérisation pourrait mener à l’identification de nouvelles cibles thérapeutiques pour les pathologies associées au syndrome métabolique. L’activation des récepteurs nucléaires peut se faire également de façon indépendante du ligand, soit via les modifications post-transcriptionnelles. Celles-ci permettent l’intégration d’une panoplie de signaux extracellulaires et l’adaptation de la réponse transcriptionnelle des récepteurs nucléaires aux variations de conditions cellulaires. La SUMOylation et l’ubiquitination sont deux modifications pouvant affecter la localisation cellulaire des récepteurs, leur interaction avec des partenaires protéiques, l’affinité de liaison au ligand, à l’ADN, leur dimérisation, la dégradation de leurs cibles et l’arrêt de la transcription. Étant donné le rôle important des modifications post-traductionnelles des récepteurs nucléaires en réponse aux divers signaux cellulaires, nous nous sommes intéressés particulièrement à leur impact sur la dégradation et l’activité transcriptionnelle de FXR. Nos études nous ont permis d’identifier et de caractériser un nouveau site de SUMOylation de FXR, impliqué dans la régulation du récepteur. Le résidu lysine responsable de conjuguer la protéine SUMO est localisé dans un motif non-consensus de SUMOylation, prénommé pSuM, qui est sous le contrôle de la phosphorylation d’un résidu serine régulé par la kinase CK2. Nous avons également déterminé que la modification de FXR par SUMO-2 permet le recrutement de l’ubiquitine E3-ligase SUMO-dépendante RNF4, qui induit l’ubiquitination et la dégradation de FXR. Cette cascade de signalisation est nécessaire pour l’activation transcriptionnelle de FXR et pour la régulation de l’expression des gènes cibles. Elle permet de contrôler ses niveaux protéiques de façon très dynamique et d’assurer ainsi une homéostasie optimale. Dans la deuxième étude, nous identifions un nouveau signal régulant l’activité transcriptionnelle de FXR. Les récepteurs tyrosine kinase de la famille EGFR/ErbB sont connus pour activer plusieurs voies de signalisation favorisant la croissance et la prolifération cellulaire. Cependant, leur expression et activité sont souvent altérées dans différents cancers, menant à une prolifération tumorale soutenue et dérégulée. Nous démontrons que l’activation des récepteurs de la famille EGFR/ErbB mène à la répression de l’activité transcriptionnelle de FXR en induisant la SUMOylation de FXR sur des résidus lysines situés dans des sites consensus de FXR. Étant donné le rôle antiprolifératif de FXR, l’impact répresseur des récepteurs ErbB sur l’activité de FXR pourrait contribuer à leur potentiel tumorigénique. Nos résultats approfondissent notre compréhension des mécanismes de régulation de l’expression et de l’activité de FXR. Étant donné son rôle important dans le métabolisme énergétique, la réponse transcriptionnelle de FXR doit être adaptée efficacement aux variations des conditions cellulaires dans un processus de régulation homéostatique. Les modifications post-traductionnelles assurent une régulation dynamique de l’activité de FXR et leur dérégulation pourrait être impliquée dans les pathologies associées au syndrome métabolique. / Bile acids are crucial for the absorption of intestinal lipids, and are directly involved in the efflux pathway to eliminate cholesterol. At high concentrations, bile acids are cytotoxic and potentially carcinogenic. It is therefore essential to maintain bile acids to adequate levels in order to preserve optimal homeostasis. Nuclear receptor FXR is directly involved in bile acid homeostasis by being activated by bile acids to regulate critical genes required for their synthesis and their metabolism. FXR is also involved in lipid and glucose metabolism, as well as having anti-inflammatory and anti-proliferative roles. However, the exact mechanisms regulating the degradation and activity of FXR are not well understood. Therefore, elucidation of FXR activity and response to cellular signals is essential to develop novel strategies and therapeutic targets for pathologies associated with the metabolic syndrome. Besides ligand activation, nuclear receptor can be regulated in a ligand-independent manner, mainly via post-translational modifications. Such modifications are important to allow homeostatic integration of diverse extracellular signals to ensure adaptation and transcriptional response of nuclear receptors. Among them, SUMOylation and ubiquitination are two modifications that modulate cellular localization of receptors, their interaction with protein partners, ligand binding and sensitivity, DNA affinity, receptor dimerisation, stability of their targets and transcriptional dynamics. Because of the important role of post-translational modifications in nuclear receptor function, we therefore study their specific impact in respect to FXR regulation and transcriptional competence. In this study, we have identified and characterized a new and non-consensus SUMOylation site involved in the regulation of FXR activity. This site, termed pSuM for phosphorylation-dependent SUMOylation motif, consists of a targeted lysine residue that conjugates SUMO proteins under the control of kinase CK2-mediated phosphorylation. We also determined that such modification of FXR with SUMO-2 induced the recruitment of SUMO-dependent E3 ligase RNF4, resulting in FXR ubiquitination and degradation. We demonstrate that this signaling cascade involving CK2 and RNF4 is required for FXR transcriptional activation and regulation of target gene expression. Our findings identify a cellular pathway that allows a dynamic control of FXR function to ensure efficient bile acid and energy metabolism in cells. In the second study, we identify a novel cellular signal that regulates FXR activity. Tyrosine kinase receptors of the EGFR/ErbB family are well known to participate in many signaling pathways, promoting cell growth and proliferation. Aberrant expression and activity of ErbB receptors are often associated to various cancers, leading to deregulated proliferation of tumors. Here, we show that ErbB activation leads to repression of FXR transcriptional activity by inducing FXR phosphorylation and specific SUMOylation at consensus sites. Because of the antiproliferative role of FXR, the negative impact of ErbB receptors on FXR transcriptional activity is thought to contribute to their tumorigenic potential. Altogether, our results expand our understanding of the mechanisms regulating FXR expression and activity. Because of its important role in lipid and energy metabolism, the transcriptional response of FXR needs to be efficiently adapted to variations of cellular conditions in order to achieve essential homeostatic control. As such, post-translational modifications ensure a dynamic regulation of FXR activity and their pathologic deregulation may be involved in diverse diseases associated with metabolic syndrome.