Fractionner son alimentation consiste à augmenter la fréquence de ses prises alimentaires, sans modifier la quantité totale d’énergie ingérée. Dans ce travail de thèse, nous avons étudié les effets du fractionnement alimentaire sur l’appétit et la balance énergétique chez des sujets de poids normal et obèses. Le premier objectif était d’ordre méthodologique : nous avons proposé et validé un dispositif original d’étude de l’appétit, basé sur la duplication du même protocole dans deux lieux de recherche différents et sur l’utilisation d’un restaurant expérimental, en reproduisant une situation écologique de repas. Ce dispositif permet de répondre à deux enjeux méthodologiques. D’une part, il permet une approche intégrée de l’appétit, grâce à l’association de mesures subjectives (sensations de faim et de satiété), physiologiques (biomarqueurs de l’appétit : ghréline et GLP-1) et comportementales (consommations, choix et rythmes alimentaires). D’autre part, le caractère écologique de la situation de repas proposée assure une bonne validité externe des résultats. Le second objectif était d’étudier, grâce à cette méthodologie, les conséquences à court terme du fractionnement alimentaire sur les sensations de faim, les hormones qui régulent l’appétit, le comportement au cours du repas qui suit le fractionnement, ainsi que sur les orientations métaboliques. Chez des sujets de poids normal, les approches subjectives, physiologiques et comportementales ont toutes montré une diminution de l’appétit en réponse au fractionnement. En revanche, nous n’avons pas obtenu les mêmes bénéfices comportementaux chez les obèses, chez qui le fractionnement n’a pas induit de baisse des apports énergétiques au cours du repas suivant. Sur le plan métabolique, nous avons montré les mêmes effets dans les deux populations, à savoir une insulinémie maintenue au-dessus de son niveau basal, entraînant une inhibition prolongée de la lipolyse, elle-même caractérisée par une baisse des concentrations plasmatiques en acides gras non estérifiés. Le fractionnement a également entrainé une diminution de la dépense énergétique via la thermogénèse alimentaire. Ce travail met en évidence les bénéfices possibles du fractionnement alimentaire chez les personnes de poids normal pour mieux contrôler leur appétit. En revanche, cette stratégie ne semble pas adaptée pour des personnes obèses. Les effets sur la dépense énergétique et les orientations métaboliques, potentiellement négatifs, doivent être étudiés sur de plus longues périodes / This thesis project consists in studying the effects of eating smaller more frequent meals, with no change in energy intake, on appetite and energy balance in normal weight and obese subjects. The first objective was methodological: we proposed and validated an original methodology for studying appetite, based on the duplication of the same protocol in two different research centers, and the use of an experimental restaurant, reproducing an ecological meal situation. This methodology enables to answer two methodological issues. Firstly, it allows an integrated approach of appetite, associating subjective (hunger and satiety feelings), physiological (biomarkers of appetite: ghrelin and GLP -1) and behavioral (food intake, choices and eating rhythms) measurements. Secondly, the ecological character of the eating situation we proposed, ensure a good external validity of the results. The second objective was to assess, thanks to this methodology, the short term consequences of eating smaller more frequent meals on subjective appetite, on hormones that regulates appetite, on eating behaviors during the subsequent meal, and on metabolic orientations. In normal weight subjects, subjective, physiological and behavioral approaches showed a decrease in appetite after eating smaller more frequent meals, while in obese subjects we did not obtain the same beneficial behaviors: obese subjects did not consume less energy during the subsequent meal. Metabolic results showed the same effects in both normal weight and obese subjects: insulin concentrations were maintained above their basal level, leading to an extended inhibition of lipolysis, characterized by a decrease in plasmatic concentrations of non-esterified fatty acids. Eating smaller more frequent meals also decreased energy expenditure via diet induced thermogenesis. This work highlights the fact that eating smaller more frequent meals may be beneficial in normal weight individuals in order to better control appetite, but it does not seem to be an adequate strategy in obese individuals. The effects on energy expenditure and metabolic orientations, potentially negative, should be studied over a longer period

Entre les actes chirurgicaux et l'état métabolique il existe des nombreuses interactions. D'un côté, la réponse catabolique majeure induite par la chirurgie viscérale peut être contrôlée par une supplémentation nutritionnelle précoce, ce qui diminuerait la morbidité et la mortalité postopératoire et aussi les durées d'hospitalisation. L'albuminémie préopératoire est un bon facteur prédictif de l'état nutritionnel postopératoire, corrélée avec un pronostic postopératoire inférieure. La préalbumine reflète de façon plus sensible l'évolution de l'état nutritionnel. Principale hormone orexigène, la ghréline présente une cinétique perturbée lors des périodes postopératoires avec une augmentation de sa sécrétion au moment de la reprise de la nutrition entérale et des concentrations postopératoires moyennes inférieures à celles normales. Ces observations posent la question de l'utilité d'un traitement par analogues de la ghréline. De l'autre côté, la chirurgie bariatrique peut corriger les perturbations métaboliques corrélées à l'obésité, mais son efficacité n'est pas absolue. Par contre, en utilisant certains critères clinique (âge, IMC, présence d'un diabète sucré) et biologiques (insulino-résistance, taux d'IGF1), cette efficacité devient prédictible pour les interventions d'insertion d'anneau gastrique / Surgical interventions can have several effects on the metabolic status. On one hand, the important catabolic response caused by major digestive surgery can be controlled through an early nutritional support, which could reduce the mortality, morbidity and also the duration of hospitalization. The preoperative albumin level is a reliable predictive factor of the postoperative nutritional status and correlates to a worse postoperative prognosis. The prealbumin reflects in the most sensitive manner the evolution of the nutritional status. As the main orexigen hormone, ghrelin has a disturbed cynetics in the postoperative period with an augmentation of its secretion corresponding to the reintroduction of the enteral nutrition and mean postoperative concentrations that are lower than normal. These observations raise the question of the utility o a ghreline analogues’ treatment. On the other hand, bariatric surgery could correct the metabolic disturbances associated to obesity, but its efficacy is not absolute. However, by using certain clinical (age, BMI, presence of a diabetes mellitus) and biological (insulin-resistance, IGF1 level criteria, this efficac can be redictable in the case of gastric banding

Les adénomes hypophysaires sont les tumeurs intracérébrales les plus fréquentes. Les adénomes somatotropes hypersécrètent l’hormone de croissance (GH) et sont traités classiquement par des analogues somatostatinergiques. Une petite moitié des patients acromégales est néanmoins résistante à ces traitements. L’on sait depuis, quelques années, que le récepteur de la ghréline possède une forte activité constitutive et joue un rôle majeur dans la sécrétion de GH. Cette activité constitutive est-elle impliquée dans la tumorigenèse des adénomes somatotropes ? Nos travaux ont montré un niveau de transcrits, codant pour le GHS-R, particulièrement élevé dans ces tumeurs, et l’immunocytochimie révèle un marquage punctiforme localisé à la membrane plasmique. La MSP (agoniste inverse du GHS-R) induit une diminution dose-dépendante de la sécrétion de GH des cultures primaires d’adénomes somatotropes. Cette efficacité de la MSP sur la sécrétion de l’hormone de croissance est particulièrement remarquable sur les patients résistants aux agonistes somatostatinergiques chez qui elle démontre une efficacité relative accrue. Des clones, surexprimant le GHS-R humain (lignées MYST-R), ont été générés à partir de lignées somato-lactotropes tumorales de rat (GH4C1). Sur ces cellules, le ligand endogène du GHS-R induit une augmentation d’IP3 intracellulaire. De façon originale, la MSP induit une diminution du niveau d’IP3 intracellulaire. L’inhibition de l’activité constitutive du GHS-R par un agoniste inverse, tel que la MSP, pourrait permettre de réprimer l’hypersécrétion de GH, faisant de cette molécule une alternative pharmacologique aux traitements actuels des adénomes somatotropes. / Pituitary tumors are most usual intracranial tumors. The somatotroph adenomas are characterised by a GH hypersecretion. The current treatments are based on somatostatinergic agonists. Unfortunately, there is steel 50% of patients, which remain insensitive to these treatments. The aim of our work was to find a pharmacological alternative to treat the patients resistant to the current therapies. Ghrelin stimulate pituitary GH release in vivo through GHS-R1a activation. Interestingly, this receptor transduces signal through an unusual high constitutive activity. Noteworthy, human somatotroph adenomas expressed a high level of GHS-R1a at both mRNA and protein level. We actually assess the implication of this constitutive activity in the tumorigenesis of the somatotroph adenomas. Firstly we demonstrated GHS-R1a functionality through its capacity to fixe endogenous ligand. Then we showed that treatment of human somatotroph adenomas primary cultures, with the GHS-R1a inverse agonist (MSP: Modified Substance P), induced a dose dependent decrease of GH secretion. To foremost investigate the transduction mechanisms underlying these results, we developed, from GH4C1 (rat somato-lactotroph tumoral cell line), stable monoclonal cell lines overexpressing human GHS-R1a (named MYST-Rg). Interestingly MYST-Rg cells exhibit relatively high basal activation of the IP3 pathway. GHS-R1a endogenous ligand (ghrelin) strengthens basal IP3 pathway activation of MYST-Rg cells. Noteworthy, the basal IP3 pathway activation can be lessened by MSP treatment. Thus, MSP could be a useful alternative to the current therapies of somatotroph adenomas.

La réduction des excursions glycémiques postprandiales a été proposée comme un moyen pour limiter le risque de développement du diabète de type 2. L’intérêt s’est donc porté sur les outils nutritionnels susceptibles de moduler la biodisponibilité des glucides et ainsi leur impact sur la glycémie postprandiale. Les travaux réalisés au cours de cette thèse avaient pour but d’étudier les effets de différents ingrédients modifiant la biodisponibilité du glucose, non seulement sur la glycémie postprandiale à court terme (2 heures) mais aussi sur les cinétiques du débit d’apparition et de disparition de glucose (total, exogène et endogène - isotopes stables) et les autres paramètres métaboliques de la phase postprandiale au cours de la journée. Dans la première étude (β-glucanes), nous avons montré que l’addition de fibres β-glucanes à un repas glucidique chez des sujets sains en surpoids ralentit l’absorption du glucose dans le plasma. Ceci a prolongé la réponse insulinique et par conséquent l’inhibition de la lipolyse et de la production endogène de glucose. Dans la deuxième étude (Eurostarch), nous avons montré que la diminution de la biodisponibilité du glucose au petit-déjeuner (amidon lentement digestible, index glycémique bas) diminue l’apparition du glucose exogène dans le plasma et pourrait avoir un effet second-repas chez des sujets sains en surpoids. Mais nous n’avons pas mis en évidence d’amélioration de ces effets métaboliques à plus long terme (5 semaines). Dans la troisième étude présentée (Nutriose), nous avons montré que l’addition de dextrine résistante NUTRIOSE®10 (fermentescible) au petit-déjeuner chez des sujets sains, diminue les réponses glycémiques, insuliniques postprandiales et le profil de ghréline au cours de la journée (en comparaison à une maltodextrine). En parallèle, la prolongation observée de la fermentation et l’oxydation du NUTRIOSE®10 pourraient fournir de l’énergie en phase postprandiale tardive. En conclusion, l’analyse des paramètres métaboliques au-delà de 2 heures après le repas, a permis de mettre en évidence les effets métaboliques à plus long terme de la modulation de l’apparition du glucose dans le plasma (ralentissement, prolongation, réduction) sur les cinétiques du glucose, la réponse insulinique, la lipolyse et l’oxydation des substrats / The reduction of the postprandial glycemic excursions has been proposed as to limit risk of type 2 diabetes. There has been growing interest in the development of dietary ingredients that could potentially modulate carbohydrates bioavailability and thus their impact on postprandial glycemia. The aim of this thesis was to investigate the effects of the the modulation of glucose bioavailability by different ingredients on 2-hour glycemic response but also on glucose kinetics (total, exogenous and endogenous – stable isotopes) and on other daylong metabolic parameters. In the first study (β-glucanes), we showed that the addition of β-glucan fiber to a carbohydrate meal in healthy overweight subjects reduced the appearance of glucose in plasma. As a consequence, insulin response was also prolonged and induced a prolonged inhibition on lipolysis and endogenous glucose production. In the second study (eurostarch), the reduction in glucose availability (slowly available glucose, low GI) at breakfast decreased plasma exogenous glucose appearance and tended to improve glucose control at the subsequent lunch. But we did not observe the improvement of such metabolic effects in the long-term (5 weeks). In the last study, we showed that the addition of a resistant dextrin, NUTRIOSE®10, decreased postprandial glycemic and insulinemic response as well as daylong satiety-related ghrelin profile, compared to maltodextrin. In parallel, the prolonged fermentation and oxidation pattern of NUTRIOSE®10 up to 10 hours after ingestion at breakfast could induced an extended energy release with NUTRIOSE®10 in the late postprandial phase. In conclusion, the follow-up of metabolic parameters beyond 2 hours after the meal have highlighted the longer-term metabolic effects of the modulation of glucose appearance in plasma (delay, extension, reduction) on glucose kinetics, insulin response, lipolysis and nutrients oxidation

Les sécrétines peptidiques de l’hormone de croissance (GHRPs) constituent une classe de peptides synthétiques capables de stimuler la sécrétion de l’hormone de croissance (GH). Cette activité est médiée par leur liaison à un récepteur couplé aux protéines G : le récepteur des sécrétines de l’hormone de croissance (GHS-R1a), identifié subséquemment comme le récepteur de la ghréline. La ghréline est un peptide de 28 acides aminés sécrété principalement par les cellules de la muqueuse de l’estomac, qui exerce de nombreux effets périphériques indépendamment de la sécrétion de l’hormone de croissance. Les effets indépendants de la sécrétion de GH incluent, entre autres, des actions sur le contrôle de la prise de nourriture, le métabolisme énergétique, la fonction cardiaque, le système immunitaire et la prolifération cellulaire. L’étude de la distribution périphérique des sites de liaison des GHRPs nous a permis d’identifier un second site, le CD36, un récepteur scavenger exprimé dans plusieurs tissus dont le myocarde, l’endothélium de la microvasculature et les monocytes/macrophages. Le CD36 exprimé à la surface du macrophage joue un rôle clé dans l’initiation du développement de l’athérosclérose par la liaison et l’internalisation des lipoprotéines de faible densité oxydées (LDLox) dans l’espace sous-endothélial de l’artère. L’hexaréline, un analogue GHRP, a été développé comme agent thérapeutique pour stimuler la sécrétion de l’hormone de croissance par l’hypophyse. Sa propriété de liaison aux récepteurs GHS-R1a et CD36 situés en périphérie et particulièrement sa capacité d’interférer avec la liaison des LDLox par le CD36 nous ont incité à évaluer la capacité de l’hexaréline à moduler le métabolisme lipidique du macrophage. L’objectif principal de ce projet a été de déterminer les effets de l’activation des récepteurs CD36 et GHS-R1a, par l’hexaréline et la ghréline, le ligand endogène du GHS-R1a, sur la physiologie du macrophage et de déterminer son potentiel anti-athérosclérotique. Les résultats montrent premièrement que l’hexaréline et la ghréline augmentent l’expression des transporteurs ABCA1 et ABCG1, impliqués dans le transport inverse du cholestérol, via un mécanisme contrôlé par le récepteur nucléaire PPARγ. La régulation de l’activité transcriptionnelle de PPARγ par l’activation des récepteurs CD36 et GHS-R1a se fait indépendamment de la présence du domaine de liaison du ligand (LBD) de PPARγ et est conséquente de changements dans l’état de phosphorylation de PPARγ. Une étude plus approfondie de la signalisation résultant de la liaison de la ghréline sur le GHS-R1a révèle que PPARγ est activé par un mécanisme de concertation entre les voies de signalisation Gαq/PI3-K/Akt et Fyn/Dok-1/ERK au niveau du macrophage. Le rôle de PPARγ dans la régulation du métabolisme lipidique par l’hexaréline a été démontré par l’utilisation de macrophages de souris hétérozygotes pour le gène de Ppar gamma, qui présentent une forte diminution de l’activation des gènes de la cascade métabolique PPARγ-LXRα-transporteurs ABC en réponse à l’hexaréline. L’injection quotidienne d’hexaréline à un modèle de souris prédisposées au développement de l’athérosclérose, les souris déficientes en apoE sous une diète riche en cholestérol et en lipides, se traduit également en une diminution significative de la présence de lésions athérosclérotiques correspondant à une augmentation de l’expression des gènes cibles de PPARγ et LXRα dans les macrophages péritonéaux provenant des animaux traités à l’hexaréline. L’ensemble des résultats obtenus dans cette thèse identifie certains nouveaux mécanismes impliqués dans la régulation de PPARγ et du métabolisme du cholestérol dans le macrophage via les récepteurs CD36 et GHS-R1a. Ils pourraient servir de cibles thérapeutiques dans une perspective de traitement des maladies cardiovasculaires. / Growth hormone-releasing peptides (GHRPs) are a class of small synthetic peptides known to stimulate GH release through their binding to a G protein-coupled receptor identified as GHS-R1a, later recognized as the ghrelin receptor. Ghrelin is an acetylated 28 amino acid hormone initially identified from the stomach, which induces the release of growth hormone (GH) from the pituitary but also regulates food intake, energy homeostasis, cardiovascular function, immune system and cell proliferation. In documenting the peripheral distribution of GHRPs binding sites, we uncovered the presence of another binding site for GHRPs, identified as CD36, a class B scavenger receptor. CD36 is expressed among several tissues, including myocytes, endothelial cells of the microvasculature and monocytes/macrophages. The macrophage CD36 contributes to excessive lipid loading and atherogenic formation of foam cells through uptake of oxidized low-density lipoprotein (oxLDL) in the subendothelial space of the artery. The properties of hexarelin, a ligand for GHS-R1a and CD36, which features overlapping binding sites with that of oxLDL binding domain on CD36, and thus interfering with the binding of oxLDL on CD36, have prompted us to evaluate the potential of hexarelin, as well as that of the endogenous ligand ghrelin in the modulation of macrophage cholesterol metabolism. We demonstrate here the ability of hexarelin and ghrelin to enhance the expression of ATP-binding cassette A1 and G1 transporters through a PPARγ-dependent mechanism. The hormone binding domain of PPARγ is not required to mediate PPARγ transcriptional activation by CD36 and GHS-R1a. Both hexarelin and ghrelin promotes phosphorylation of PPARγ in THP-1 macrophages. A more detailed study of GHS-R1a-initiated signaling revealed an intricate and complex signalling interplay triggered by ghrelin that involves modulation of Src-dependent Dok-1/ERK1/2 and Src-independent Gαq/PI3-K/Akt pathways, leading to PPARγ-dependent transcriptional competence in the macrophages. The central role of PPARγ on cholesterol metabolism in the macrophages has been demonstrated using peritoneal macrophages from PPARγ heterozygote mice whose response to hexarelin on PPARγ-LXRα-ABC transporters pathway was strongly impaired. Treatment of apolipoprotein E-null mice fed on a lipid-rich diet with hexarelin resulted in a significant reduction in atherosclerotic lesions, concomitant with an enhanced expression of PPARγ and LXRα target genes in peritoneal macrophages. The results presented in this thesis feature novel mechanisms by which the beneficial regulation of PPARγ and cholesterol metabolism in macrophages could be regulated by both CD36 and ghrelin receptor. The downstream effects following the activation of these receptors might be potential targets in the treatment of human coronary artery disease.

L’adaptation de l’organisme à son environnement est essentielle à sa survie. L’homéostasie énergétique permet l’équilibre entre les apports, les dépenses et le stockage d’énergie. Un surplus calorique important dérègle ce processus et mène au développement du syndrome métabolique caractérisé, entre autres, par une obésité, un diabète de type II, des maladies cardiovasculaires et des dyslipidémies. La ghréline participe au maintien de l’équilibre énergétique durant le jeûne en stimulant la production de glucose par le foie et le stockage lipidique dans le tissu adipeux. Le coactivateur transcriptionnel PGC-1alpha, surexprimé en situation de jeûne, est impliqué dans l’induction de la production de glucose par le foie et l’oxydation des acides gras. Notre hypothèse est que ces deux acteurs clés du métabolisme énergétique constituent un axe de régulation commun. Dans cette étude, nous montrons que la ghréline participe à la régulation de PGC-1alpha. Son récepteur GHS-R1a, possédant une forte activité constitutive, est également impliqué de façon indépendante au ligand. GHS-R1a réduit l’activité transcriptionnelle de PGC-1alpha tandis que l’ajout du ligand inverse modérément cette action. L’effet de GHS-R1a corrèle avec l’acétylation de PGC-1alpha qui est fortement augmentée de façon dose-dépendante. La stabilité de PGC-1alpha est également augmentée par le GHS-R1a indépendamment de l’ubiquitine. La ghréline diminue la capacité de PGC-1alpha à lier PPARbeta, un récepteur nucléaire partenaire de PGC-1alpha. De plus, la ghréline réduit, de façon ligand-dépendante, la capacité de coactivation de PGC-1alpha sur PPARbeta dans les hépatocytes. L’ensemble de ces résultats identifie PGC-1alpha comme cible du signal de la ghréline et suggère un axe de régulation ghréline/PGC-1alpha/PPARbeta.Une meilleure compréhension de cet axe de régulation va permettre la mise en évidence de nouvelles cibles thérapeutiques pour faire face aux pathologies associées au syndrome métabolique. / The adaptation of an organism to its environment is essential to its survival. Energy homeostasis is defined as the balance between intakes, expenses and storage of energy. An excess of calories disrupts this process and leads to the development of the metabolic syndrome that is characterized by obesity, type II diabetes, cardiovascular diseases and dyslipidemia. During fasting, ghrelin participates in the maintenance of energy balance by stimulating hepatic production of glucose and lipid storage in adipose tissue. The transcriptional coactivator PGC-1alpha is overexpressed in the liver during fasting and is involves in the induction of the hepatic glucose production and fatty acid oxidation. Our hypothesis is that these two key performers in the energy metabolism constitute a common axis control. In this study, we show that ghrelin plays a role in the regulation of PGC-1alpha. The ghrelin receptor GHS-R1a is also involved because of its strong constitutive activity in absence of ligand. We found that GHS-R1a inhibited PGC-1alpha transcriptional activity whereas adding ghrelin to cells moderated this effect. PGC-1alpha activation by GHS-R1a correlated with a dose-dependent increase of PGC-1alpha acetylation. The stability of PGC-1alpha was also increased by ghrelin receptor in a manner involving the ubiquitin-independent proteasome pathway. Ghrelin decreased the ability of PGC-1alpha to bind to PPARbeta, one of its nuclear receptor partners. Furthermore, ghrelin decreased the ability of PGC-1alpha to coactivate PPARbeta in a ligand-dependent manner in hepatocytes. Together, these results identify PGC-1alpha as a metabolic target of GHSR-1a signaling and defines a new regulatory axis involving ghrelin/PGC-1alpha/PPARbeta in hepatocytes. A better understanding of this regulation axis will provide novel aspects in therapeutic targeting of diseases associated with the metabolic syndrome.

Les sécrétines peptidiques de l’hormone de croissance (GHRPs) constituent une classe de peptides synthétiques capables de stimuler la sécrétion de l’hormone de croissance (GH). Cette activité est médiée par leur liaison à un récepteur couplé aux protéines G : le récepteur des sécrétines de l’hormone de croissance (GHS-R1a), identifié subséquemment comme le récepteur de la ghréline. La ghréline est un peptide de 28 acides aminés sécrété principalement par les cellules de la muqueuse de l’estomac, qui exerce de nombreux effets périphériques indépendamment de la sécrétion de l’hormone de croissance. Les effets indépendants de la sécrétion de GH incluent, entre autres, des actions sur le contrôle de la prise de nourriture, le métabolisme énergétique, la fonction cardiaque, le système immunitaire et la prolifération cellulaire. L’étude de la distribution périphérique des sites de liaison des GHRPs nous a permis d’identifier un second site, le CD36, un récepteur scavenger exprimé dans plusieurs tissus dont le myocarde, l’endothélium de la microvasculature et les monocytes/macrophages. Le CD36 exprimé à la surface du macrophage joue un rôle clé dans l’initiation du développement de l’athérosclérose par la liaison et l’internalisation des lipoprotéines de faible densité oxydées (LDLox) dans l’espace sous-endothélial de l’artère. L’hexaréline, un analogue GHRP, a été développé comme agent thérapeutique pour stimuler la sécrétion de l’hormone de croissance par l’hypophyse. Sa propriété de liaison aux récepteurs GHS-R1a et CD36 situés en périphérie et particulièrement sa capacité d’interférer avec la liaison des LDLox par le CD36 nous ont incité à évaluer la capacité de l’hexaréline à moduler le métabolisme lipidique du macrophage. L’objectif principal de ce projet a été de déterminer les effets de l’activation des récepteurs CD36 et GHS-R1a, par l’hexaréline et la ghréline, le ligand endogène du GHS-R1a, sur la physiologie du macrophage et de déterminer son potentiel anti-athérosclérotique. Les résultats montrent premièrement que l’hexaréline et la ghréline augmentent l’expression des transporteurs ABCA1 et ABCG1, impliqués dans le transport inverse du cholestérol, via un mécanisme contrôlé par le récepteur nucléaire PPARγ. La régulation de l’activité transcriptionnelle de PPARγ par l’activation des récepteurs CD36 et GHS-R1a se fait indépendamment de la présence du domaine de liaison du ligand (LBD) de PPARγ et est conséquente de changements dans l’état de phosphorylation de PPARγ. Une étude plus approfondie de la signalisation résultant de la liaison de la ghréline sur le GHS-R1a révèle que PPARγ est activé par un mécanisme de concertation entre les voies de signalisation Gαq/PI3-K/Akt et Fyn/Dok-1/ERK au niveau du macrophage. Le rôle de PPARγ dans la régulation du métabolisme lipidique par l’hexaréline a été démontré par l’utilisation de macrophages de souris hétérozygotes pour le gène de Ppar gamma, qui présentent une forte diminution de l’activation des gènes de la cascade métabolique PPARγ-LXRα-transporteurs ABC en réponse à l’hexaréline. L’injection quotidienne d’hexaréline à un modèle de souris prédisposées au développement de l’athérosclérose, les souris déficientes en apoE sous une diète riche en cholestérol et en lipides, se traduit également en une diminution significative de la présence de lésions athérosclérotiques correspondant à une augmentation de l’expression des gènes cibles de PPARγ et LXRα dans les macrophages péritonéaux provenant des animaux traités à l’hexaréline. L’ensemble des résultats obtenus dans cette thèse identifie certains nouveaux mécanismes impliqués dans la régulation de PPARγ et du métabolisme du cholestérol dans le macrophage via les récepteurs CD36 et GHS-R1a. Ils pourraient servir de cibles thérapeutiques dans une perspective de traitement des maladies cardiovasculaires. / Growth hormone-releasing peptides (GHRPs) are a class of small synthetic peptides known to stimulate GH release through their binding to a G protein-coupled receptor identified as GHS-R1a, later recognized as the ghrelin receptor. Ghrelin is an acetylated 28 amino acid hormone initially identified from the stomach, which induces the release of growth hormone (GH) from the pituitary but also regulates food intake, energy homeostasis, cardiovascular function, immune system and cell proliferation. In documenting the peripheral distribution of GHRPs binding sites, we uncovered the presence of another binding site for GHRPs, identified as CD36, a class B scavenger receptor. CD36 is expressed among several tissues, including myocytes, endothelial cells of the microvasculature and monocytes/macrophages. The macrophage CD36 contributes to excessive lipid loading and atherogenic formation of foam cells through uptake of oxidized low-density lipoprotein (oxLDL) in the subendothelial space of the artery. The properties of hexarelin, a ligand for GHS-R1a and CD36, which features overlapping binding sites with that of oxLDL binding domain on CD36, and thus interfering with the binding of oxLDL on CD36, have prompted us to evaluate the potential of hexarelin, as well as that of the endogenous ligand ghrelin in the modulation of macrophage cholesterol metabolism. We demonstrate here the ability of hexarelin and ghrelin to enhance the expression of ATP-binding cassette A1 and G1 transporters through a PPARγ-dependent mechanism. The hormone binding domain of PPARγ is not required to mediate PPARγ transcriptional activation by CD36 and GHS-R1a. Both hexarelin and ghrelin promotes phosphorylation of PPARγ in THP-1 macrophages. A more detailed study of GHS-R1a-initiated signaling revealed an intricate and complex signalling interplay triggered by ghrelin that involves modulation of Src-dependent Dok-1/ERK1/2 and Src-independent Gαq/PI3-K/Akt pathways, leading to PPARγ-dependent transcriptional competence in the macrophages. The central role of PPARγ on cholesterol metabolism in the macrophages has been demonstrated using peritoneal macrophages from PPARγ heterozygote mice whose response to hexarelin on PPARγ-LXRα-ABC transporters pathway was strongly impaired. Treatment of apolipoprotein E-null mice fed on a lipid-rich diet with hexarelin resulted in a significant reduction in atherosclerotic lesions, concomitant with an enhanced expression of PPARγ and LXRα target genes in peritoneal macrophages. The results presented in this thesis feature novel mechanisms by which the beneficial regulation of PPARγ and cholesterol metabolism in macrophages could be regulated by both CD36 and ghrelin receptor. The downstream effects following the activation of these receptors might be potential targets in the treatment of human coronary artery disease.

L’adaptation de l’organisme à son environnement est essentielle à sa survie. L’homéostasie énergétique permet l’équilibre entre les apports, les dépenses et le stockage d’énergie. Un surplus calorique important dérègle ce processus et mène au développement du syndrome métabolique caractérisé, entre autres, par une obésité, un diabète de type II, des maladies cardiovasculaires et des dyslipidémies. La ghréline participe au maintien de l’équilibre énergétique durant le jeûne en stimulant la production de glucose par le foie et le stockage lipidique dans le tissu adipeux. Le coactivateur transcriptionnel PGC-1alpha, surexprimé en situation de jeûne, est impliqué dans l’induction de la production de glucose par le foie et l’oxydation des acides gras. Notre hypothèse est que ces deux acteurs clés du métabolisme énergétique constituent un axe de régulation commun. Dans cette étude, nous montrons que la ghréline participe à la régulation de PGC-1alpha. Son récepteur GHS-R1a, possédant une forte activité constitutive, est également impliqué de façon indépendante au ligand. GHS-R1a réduit l’activité transcriptionnelle de PGC-1alpha tandis que l’ajout du ligand inverse modérément cette action. L’effet de GHS-R1a corrèle avec l’acétylation de PGC-1alpha qui est fortement augmentée de façon dose-dépendante. La stabilité de PGC-1alpha est également augmentée par le GHS-R1a indépendamment de l’ubiquitine. La ghréline diminue la capacité de PGC-1alpha à lier PPARbeta, un récepteur nucléaire partenaire de PGC-1alpha. De plus, la ghréline réduit, de façon ligand-dépendante, la capacité de coactivation de PGC-1alpha sur PPARbeta dans les hépatocytes. L’ensemble de ces résultats identifie PGC-1alpha comme cible du signal de la ghréline et suggère un axe de régulation ghréline/PGC-1alpha/PPARbeta.Une meilleure compréhension de cet axe de régulation va permettre la mise en évidence de nouvelles cibles thérapeutiques pour faire face aux pathologies associées au syndrome métabolique. / The adaptation of an organism to its environment is essential to its survival. Energy homeostasis is defined as the balance between intakes, expenses and storage of energy. An excess of calories disrupts this process and leads to the development of the metabolic syndrome that is characterized by obesity, type II diabetes, cardiovascular diseases and dyslipidemia. During fasting, ghrelin participates in the maintenance of energy balance by stimulating hepatic production of glucose and lipid storage in adipose tissue. The transcriptional coactivator PGC-1alpha is overexpressed in the liver during fasting and is involves in the induction of the hepatic glucose production and fatty acid oxidation. Our hypothesis is that these two key performers in the energy metabolism constitute a common axis control. In this study, we show that ghrelin plays a role in the regulation of PGC-1alpha. The ghrelin receptor GHS-R1a is also involved because of its strong constitutive activity in absence of ligand. We found that GHS-R1a inhibited PGC-1alpha transcriptional activity whereas adding ghrelin to cells moderated this effect. PGC-1alpha activation by GHS-R1a correlated with a dose-dependent increase of PGC-1alpha acetylation. The stability of PGC-1alpha was also increased by ghrelin receptor in a manner involving the ubiquitin-independent proteasome pathway. Ghrelin decreased the ability of PGC-1alpha to bind to PPARbeta, one of its nuclear receptor partners. Furthermore, ghrelin decreased the ability of PGC-1alpha to coactivate PPARbeta in a ligand-dependent manner in hepatocytes. Together, these results identify PGC-1alpha as a metabolic target of GHSR-1a signaling and defines a new regulatory axis involving ghrelin/PGC-1alpha/PPARbeta in hepatocytes. A better understanding of this regulation axis will provide novel aspects in therapeutic targeting of diseases associated with the metabolic syndrome.

La première cause de maigreur chez les femmes dans les pays occidentaux est l’anorexie mentale (AM). La maigreur constitutionnelle (MC) regroupe des femmes d’Indice de masse corporelle identique aux AM mais sans les anomalies psychologiques, biologiques ou hormonales (pas d’aménorrhée) rencontrées dans l’AM. Les troubles du comportement alimentaire (TCA) comprennent l’AM restrictive pure (AM-R), l’AM avec crises boulimiques (AM-BP) et la boulimie nerveuse (BN). Notre travail explore ces troubles à la lumière de la régulation de l’appétit dont le centre organique (noyau arqué) reçoit des afférences de peptides périphériques tels que la leptine, le PYY, le GLP1 , la ghréline et l’obéstatine. Nous montrons un profil orexigène dans l’AM-R, témoignant d’une intégrité du système de régulation de la prise alimentaire et adaptatif, luttant contre la restriction alimentaire. Nous avançons le concept de ghrélino-résistance dans l’AM-R dont le substratum biologique est peut-être l’obéstatine. Nous montrons une ghréline basse chez les AM-BP comme chez les BN permettant un diagnostic différentiel précis et rapide. A l’inverse, nous montrons un profil anorexigène constitutif chez les MC participant au maintien du poids bas, proposant la MC comme un modèle humain de résistance à la prise de poids. Ces hormones peuvent agir comme arbitre organique objectif entre des entités cliniques parfois à tort confondues. Une leptine basse chez une jeune fille maigre signe une AM, une ghréline basse chez une AM signe la présence de crises boulimiques. Ces éléments forts nous poussent à continuer notre travail de précision et de phénotypage de ces entités pour mieux en comprendre la physiopathologie / The commonest group of underweight young women in the developed world is restrictive anorexia nervosa (AN). However, constitutional thinness (CT) is a condition described in the same low weight range as AN. CT women display normal menstruation an do not present with psychological or hormonal features of AN. Eating disorders (EA) displays Anorexia Nervosa with restrictive food behaviour (AN-R), Anorexia Nervosa with binge purge associated (AN-BP) and bulimia Nervosa (BN ). Food intake is controlled by the arcuate nucleus through integration of peripheral hormonal signals such as leptin, ghrelin, peptide YY (PYY) and glucagon like peptide 1 (GLP-1). Our objective was to understand thinness and EA through those hormonal signals. AN-R presents an orexigenic adaptative profile contrasting with the anorexigenic constitutive one in CT, proving the integrity of the appetite regulation system. We propose the ghrelin resistance concept with the putative obestatin. AN-BP presents a very different profile of appetite regulatory peptides when compared with AN-R, with low ghrelin levels. The hormones appear to be valuable biomarkers to distinguish AN and CT in severe underweight patients and to diagnose binge purge in AN. The assessment of ghrelin (and eventually obestatin) could be of particular interest for differential diagnosis between AN-R and AN-BP. The assessment of leptin could also be useful for differential diagnosis between AN and CT

La ghréline acylée, une hormone produite par l’estomac, favorise la prise de poids corporel, majoritairement sous forme de masse grasse, par le biais de divers mécanismes centraux et périphériques via le récepteur sécrétagogue de l’hormone de croissance (GHSR). Le GHSR est un récepteur couplé aux protéines G qui, en plus de répondre à la ghréline acylée, possède une signalisation indépendante de la ghréline par le biais de son activité constitutive ou par une modulation de réponses dopaminergiques via oligomérisation du GHSR avec des récepteurs dopaminergiques. Malgré les puissantes réponses pharmacologiques à la ghréline acylée, des modèles animaux capables d’appréhender la complexité du système ghréline acylée-GHSR in vivo manquent, ce qui a considérablement ralenti l’élucidation des rôles physiologiques de cette hormone et de son récepteur. En effet, les modèles génétiques murins générés jusqu’à présent manquent de spécificité au niveau de l’hormone (incapacité à discriminer la ghréline acylée de la ghréline désacylée), et/ou au niveau du GHSR (incapacité à discriminer les différents modes de signalisation du GHSR). Dans ce contexte, de nouveaux modèles qui impacteraient de façon différentielle les voies de signalisation du GHSR seraient des outils pertinents pour contribuer au déchiffrage du système ghréline acylée-GHSR in vivo. Nous nous sommes ainsi attachés à caractériser un modèle de rats porteur d’une mutation ponctuelle dans le Ghsr qui prédit la délétion d’un domaine régulateur dans l’extrémité C-terminale du GHSR (GhsrQ343X). Dans des modèles cellulaires, nous avons montré que cette mutation découple le GHSR des processus d’internalisation du récepteur et de recrutement de la β-arrestine induits par la ghréline acylée, tout en augmentant la réponse aux agonistes du GHSR dans la voie des protéines G. Conformément à ce mécanisme, les rats mutants homozygotes GhsrM/M ont une réponse accrue à l’administration d’agonistes du GHSR sur le plan de la libération d’hormone de croissance, de la prise alimentaire ou de l’activité locomotrice. L’exploration physiologique et comportementale des rats GhsrM/M indique que la mutation GhsrQ343X est associée à une augmentation du poids et de l’adiposité indépendamment de la prise alimentaire, une diminution de l’oxydation globale des acides gras, de la flexibilité métabolique et de la tolérance au glucose, sans impact critique sur la prise alimentaire homéostatique. En outre, étant donné que la mutation GhsrQ343X n’augmente pas les niveaux circulants de ghréline, le phénotype métabolique général des rats GhsrM/M est en accord avec une sensibilité augmentée du GHSR en réponse au tonus endogène de ghréline acylée. Enfin, des résultats préliminaires suggèrent que la mutation GhsrQ343X pourrait être associée à des altérations relatives aux fonctions de récompense et de mémoire dont les mécanismes sous-jacents restent à décrypter. En résumé, nous proposons le modèle de rat mutant GhsrQ343X comme un nouvel outil, plus spécifique que les modèles murins d’invalidation génétique, pour explorer in vivo la signalisation du GHSR dans diverses fonctions biologiques, et à plus long terme aider au design de composés pharmacologiques ciblant le GHSR efficaces dans un cadre clinique. / The stomach-derived hormone acyl ghrelin promotes body weight gain, mostly in the form of fat mass, by means of several central and peripheral mechanisms mediated by the growth hormone secretagogue receptor (GHSR). The GHSR is a G protein-coupled receptor that, in addition to respond to acyl ghrelin, displays agonist-independent signaling through high constitutive activity and possibly heteromerization with dopamine receptors. Despite the potent biological properties of exogenous acyl ghrelin, the lack of animal models able to apprehend the complexity of the acyl ghrelin-GHSR system in vivo has been hampering the elucidation of its physiological roles. Indeed, genetic mouse models generated so far lack specificity either at the level of the hormone (not able to discriminate between acyl ghrelin versus desacyl ghrelin) and/or at the level of the GHSR (not able to discriminate between GHSR signaling modes). In this context, new models differentially affecting GHSR signaling pathways would represent valuable tools to decipher the acyl ghrelin-GHSR system in vivo. We therefore aimed at characterizing a new rat model carrying a point mutation in Ghsr that predicts truncation of a regulatory domain in the C-terminus, the GhsrQ343X mutation. In cellular models, this mutation was found to uncouple the GHSR from agonist-dependent receptor internalization and β-arrestin recruitment, while enhancing GHSR responsiveness in the G protein pathway. Accordingly, homozygous mutant GhsrM/M rats show enhanced responsiveness to exogenous GHSR agonists in terms of growth hormone release, food intake and locomotor activity. Physiological and behavioral exploration of GhsrM/M rats supports that the GhsrQ343X mutation is associated with increased body weight gain and adiposity independently of calorie intake, reduced whole-body fat oxidation, metabolic flexibility and glucose tolerance, without any critical impact on homeostatic feeding behavior. Moreover, given that circulating ghrelin levels are not increased by the GhsrQ343X mutation, the overall metabolic phenotype of GhsrM/M rats is consistent with enhanced GHSR sensitivity to the endogenous tone of acyl ghrelin. Furthermore, preliminary results suggest that the GhsrQ343X mutation could be associated with behavioral alterations related to reward and memory functions, through mechanisms that remain to be elucidated. Altogether, we propose the GhsrQ343X mutant rat model as a novel tool, more specific than knockout mouse models in its mechanism-of-action, to explore GHSR signaling across biological functions in vivo, and ultimately help in the design of efficient GHSR-targeting drugs.