Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The aim of this study was to characterize the Grb10 and Grb14 mRNA and protein expression in COCs derived from follicles of different stages of development (1-3, 4-6, 6-8 and >8mm in diameter) and determinate the involvement of the estradiol in the Grb10 and/or Grb14 mRNA expression. Firstly, a pool of the 80 COCs from follicles at 3 to 8mm was used to demonstrate Grb14 and Grb10 mRNA expression in denuded oocytes and respective cumulus cells. The expression was detected in oocyte and cumulus cells. To characterize the experimental model, oocytes from different follicle size were submitted to nuclear maturation assessment and evaluated for competence to reach metaphase II. Maturation competence began in oocytes from follicles larger than 2mm in diameter (P<0,01) and increased throughout follicular development, since, oocytes from follicles of 1-3mm and 4-6mm had lower maturation rate than those from follicles of 6-8 and >8mm (P<0,05). In the first experiment, Grb10 and Grb14 mRNA expression was assessed by qRT-PCR in COCs from different follicle size. The expression of Grb10 mRNA in oocytes from 1-3 and 4-6mm follicles was higher (P<0,05) than those from 6-8 and >8mm follicles. However the Grb14 mRNA relative expression was higher in oocytes of group 1-3mm decreasing (P<0,05) as the follicle size increase. In addition, we performed the localization of the Grb10 protein by immunofluorescence analysis. Positive fluorescence signal for Grb10 was detected in all analyzed samples. To evaluate an hormonal influence on the Grb10 and Grb14 mRNA expression, oocytes from follicles at 3-8mm were cultured in the presence of follicular cells in medium supplemented with 17β-estradiol and/or fulvestrant (an estradiol antagonist). The mRNA expression did not show statistical difference between treatments groups (P>0,05). Based on this results, we conclude that Grb10 and Grb14 mRNA and Grb10 protein are expressed COCs in cattle. In addition, the differential expression observed in COCs from different follicle size suggest an involvement of the Grb10 and Grb14 genes in the bovine oocyte competence. / O objetivo do presente trabalho foi caracterizar as proteínas Grb10 e Grb14 em complexos cumulus-oócito (CCOs) de bovinos oriundos de folículos em diferentes fases de desenvolvimento e mostrar o envolvimento do estradiol na regulação da expressão de RNAm. Primeiramente, foram obtidos pool de CCOs de folículos de 3-8mm para verificar a expressão de RNAm para Grb10 e Grb14 no oócito desnudo e nas células do cumulus. Tanto o oócito quanto as células do cumulus expressaram RNAm para as proteínas em estudo. Com o intuito de caracterizar o modelo experimental utilizado, foi verificado que a competência à progressão meiótica se da em oócitos oriundos de folículos com diâmetro >2mm (P<0,01) e aumenta ao longo do desenvolvimento folicular, já que, oócitos oriundos de folículos de 1-3 e 4-6mm apresentam taxas de maturação inferiores aos oócitos oriundos de folículos de 6-8 e >8mm (P<0,05). O primeiro experimento foi delineado com o intuito de demonstrar uma expressão diferencial de mRNA para as proteínas Grb10 e Grb14 ao longo do desenvolvimento folicular. Para isso os grupos de CCOs (1-3, 4-6, 6-8 e >8mm) foram submetidos a extração RNA e transcrição reversa. A expressão relativa dos genes foi realizada por PCR em tempo real. Nesse experimento foi verificado que a expressão do gene Grb10 em CCOs esteve elevada nos grupos 1-3 e 4-6mm, diminuindo nos grupos 6-8 e >8mm (P<0,05). Já a expressão de mRNA de Grb14 esteve alta no grupo 1-3, diminuindo (P<0,05) conforme o aumento do tamanho folicular. Além disso, foi realizada a localização da proteína Grb10 pela técnica de imunofluorescência. A proteína Grb10 foi localizada tanto no oócito como no cumulus dos grupos de CCOs (1-3, 4-6, 6-8 e >8mm) porém a localização foi mais evidente em CCOs oriundos de folículos com diâmetro <6mm. Com o intuito de identificar uma influência hormonal na regulação da expressão de Grb10 e Grb14, foi realizado um terceiro experimento no qual CCOs oriundos de folículos de 3-8mm foram co-cultivados com metades foliculares em meio suplementado com estradiol-17β e/ou fulvestrant (antagonista do estradiol) durante 6h. A expressão de RNAm não apresentou diferença significativa entre os tratamentos (P>0,05). Com base nesses resultados pode-se concluir que há expressão de RNAm para Grb10 e Grb14 bem como localização da proteína Grb10 em CCOs de bovinos, e que a expressão diferencial de RNAm sugere um envolvimento desses genes na aquisição de competência oocitária ao longo do desenvolvimento folicular. Portanto novos estudos precisam ser feitos para entender um mecanismo de regulação na expressão de RNAm.

La prévalence de l’obésité et du diabète de type 2 est en constante augmentation dans les pays industrialisés. Ces pathologies sont associées à des troubles de l’équilibre énergétique de l’organisme, ce qui se traduit au niveau hépatique par le développement de NAFLD (Non‐alcoholic Fatty Liver Disease). La NAFLD est engendrée par l’accumulation excessive de lipides dans les hépatocytes ou stéatose et est associée à la résistance à l’insuline. L’insulinorésistance hépatique est dite sélective car l’insuline n’est plus capable d’inhiber la production hépatique de glucose, contribuant à l’hyperglycémie, alors que la synthèse lipidique est exacerbée, induisant une stéatose hépatique. La stéatose peut évoluer en pathologies plus graves, telles que la fibrose, la cirrhose ou le cancer hépatocellulaire (CHC). L’objectif de ma thèse a été d’étudier les mécanismes moléculaires pouvant contribuer à la sélectivité de la résistance à l’insuline hépatique et à l’évolution de la stéatose simple vers le CHC. Dans un premier temps, nous avons étudié le rôle de l’adaptateur moléculaire Grb14, un inhibiteur de l’activité kinase du récepteur de l’insuline, dans la régulation du métabolisme hépatique chez la souris. L’invalidation de Grb14 dans le foie conduit d’une part à une activation de la signalisation de l’insuline et une amélioration de tolérance au glucose, et d’autre part à une diminution de la lipogenèse consécutive à l’inhibition du facteur lipogénique LXR via la voie Nrf2. L’invalidation de Grb14 dans le foie de souris obèses et diabétiques permet de ramener la glycémie et la stéatose hépatique à des valeurs similaires aux témoins. Ces données suggèrent que Grb14 est un nouvel acteur impliqué dans la sélectivité de la résistance à l’insuline du foie. La seconde étude a permis de montrer l’implication de la stéatose hépatique induite par un régime hypercalorique sur le développement de CHC. En effet, sur un fond génétique favorisant la carcinogenèse, un régime riche en graisse et en sucre contribuant à l’insulinorésistance hépatique accélère la cinétique d’apparition des tumeurs et augmente leur nombre. / The prevalence of metabolic diseases, including obesity and type 2 diabetes, are expanding in a worldwide epidemic way. These diseases are associated with metabolic disorders, resulting in the development of NAFLD (Non‐alcoholic Fatty Liver Disease) in the liver. NAFLD is generated by excessive accumulation of lipids in hepatocytes, and is associated with insulin resistance. In liver, insulin resistance leads to a blunted inhibitory action on hepatic glucose production, inducing hyperglycemia, whereas de novo lipogenesis, which is positively regulated by insulin, is paradoxically exacerbated, contributing to hepatic steatosis. Steatosis may also evolve into more serious diseases such as fibrosis, cirrhosis and hepatocellular carcinoma (HCC). The aim of my thesis was to study the molecular mechanisms that may contribute to the selectivity of hepatic insulin resistance and the development of HCC. Initially, we studied the role of the molecular adapter Grb14, an inhibitor of the insulin receptor kinase activity, in the regulation of hepatic metabolism in mice. Invalidation of Grb14 in the liver leads on the one hand to an activation of the insulin signaling and improved glucose tolerance, and on the other hand to a decrease of LXR activity resulting in lipogenesis inhibition. Invalidation of Grb14 in the liver of obese and diabetic mice restores blood glucose levels and hepatic steatosis similar to control values. These data suggest that Grb14 is a new player involved in the selectivity of the insulin resistance in the liver. The second study demonstrated the involvement of hepatic steatosis induced by a high‐calorie diet on the development of HCC. Indeed, on a genetic background favoring carcinogenesis, a diet rich in fat and sugar contributing to hepatic insulin resistance accelerates appearance of tumors and increases their number.

L'insuline, hormone clé du contrôle de l'homéostasie métabolique, exerce également des effets trophiques sur la croissance et la prolifération cellulaire. Des études épidémiologiques ont récemment montré que les individus obèses ou diabétiques de type 2 ont un risque plus élevé de développer des cancers et elles ont également suggéré que l’insuline jouerait un rôle dans ce développement tumoral. Ainsi, une signalisation adéquate en aval du récepteur de l’insuline est indispensable pour éviter des processus physiopathologiques. La signalisation de l’insuline est contrôlée par des mécanismes de rétrocontrôle, dont l’adaptateur moléculaire Grb14 qui agit comme un inhibiteur endogène de l’activité catalytique du RI. L’objectif de ma thèse a été d’étudier les conséquences métaboliques et mitogéniques de l’inhibition de Grb14 in#vivo spécifiquement dans le foie de souris. Dans une première étude, nous montrons que sept jours après l’invalidation de Grb14, les souris présentent une activation des voies de signalisation de l’insuline, qui s’accompagne d’une amélioration de la tolérance au glucose et de la production hépatique de glucose. Cependant, de façon paradoxale, la voie de la lipogenèse est très fortement diminuée. En décryptant le mécanisme moléculaire impliqué, nous montrons que l’inhibition de Grb14 permet la libération de la protéine p62/sqstm1 qui active le facteur de transcription Nrf2, ce qui entraine une inhibition du récepteur nucléaire pro-lipogénique LXR. De façon intéressante, l’invalidation de Grb14 chez des souris ob/ob permet de restaurer la glycémie et la stéatose hépatiques à des valeurs comparables aux témoins. Cette étude a ainsi permis de mettre en évidence une nouvelle voie de régulation de la lipogenèse hépatique. Dans une deuxième étude, nous nous sommes intéressés à l'action mitogénique de l'insuline. Nous montrons que 48 heures après l'inhibition de Grb14, les hépatocytes, qui sont des cellules quiescentes, entrent massivement dans le cycle cellulaire. Ce processus est dépendant de l’expression du RI et est médié par la signalisation PI3K/Akt/mTORC1 et la voie Rb/E2F1. Ces données révèlent ainsi que l'insuline est un puissant facteur mitogène dans le foie et que son action est étroitement contrôlée par l’adaptateur Grb14. D’un point de vue physiopathologique, nous avons pu mettre en évidence une diminution de significative de 58% de l’expression de Grb14 dans une collection de 70 CHC humains, apportant ainsi une explication moléculaire à une action pro-tumorigène de l’insuline dans le foie. L’ensemble de ces deux études permet de placer Grb14 au centre de la régulation des actions métaboliques et mitogéniques de l’insuline dans le foie. / Insulin is a key hormone controling metabolic homeostasis which also exerts having trophic effects on cell growth and proliferation. Epidemiological studies have recently shown that obese and type 2 diabetes patients are at higher risk of developing cancers, suggesting that insulin could be involved in tumor development. Proper signaling downstream the insulin receptor is thus essential to prevent pathophysiological processes. Insulin signaling is controlled by feedback mechanisms including the molecular adapter Grb14 which acts as an endogenous inhibitor of the IR catalytic activity. The aim of my PhD was to investigate the metabolic and mitogenic consequences of liver specific Grb14 inhibition in mouse. In the first study, we showed that after seven days of Grb14 invalidation, liver insulin signaling is enhanced, resulting in improved glucose tolerance and diminished hepatic glucose production. However, paradoxically, lipogenesis was greatly decreased. Deciphering the molecular mechanism, we show that Grb14 inhibition leads to the release of its partner p62/SQSTM1, inducing the activation of the Nrf2 transcription factor, which ultimatly inhibited the pro-lipogenic LXR nuclear receptor. Interestingly, Grb14 invalidation in ob/ob mice can restore blood glucose and hepatic steatosis comparable to control values. The study thus highlighted a new pathway controlling lipogenesis that could be targetted to improve metabolic diseases. In the second study, we were interested in insulin mitogenic action. We showed that 48 hours after Grb14 inhibition, hepatocytes that are quiescent cells, massively go through one cell cycle. This process depend on IR expression and is mediated by the PI3K/Akt/mTORC1 pathway and the Rb/E2F1 complex. Our data thus suggest that insulin is a potent mitogenic factor in the liver whose action is closely controlled by the Grb14 adapter in physiological conditions. Importantly, Grb14 expression is significantly decreased in a collection of human HCC, hence bringing out a molecular basis for a pro-tumorigenic action of hyperinsulinemia. Together these two studies reveal that Grb14 is a crucial gatekeeper of insulin metabolic and mitogenic actions in the liver.

L'insuline, hormone clé du contrôle de l'homéostasie métabolique, exerce également des effets trophiques sur la croissance et la prolifération cellulaire. Des études épidémiologiques ont récemment montré que les individus obèses ou diabétiques de type 2 ont un risque plus élevé de développer des cancers et elles ont également suggéré que l’insuline jouerait un rôle dans ce développement tumoral. Ainsi, une signalisation adéquate en aval du récepteur de l’insuline est indispensable pour éviter des processus physiopathologiques. La signalisation de l’insuline est contrôlée par des mécanismes de rétrocontrôle, dont l’adaptateur moléculaire Grb14 qui agit comme un inhibiteur endogène de l’activité catalytique du RI. L’objectif de ma thèse a été d’étudier les conséquences métaboliques et mitogéniques de l’inhibition de Grb14 in#vivo spécifiquement dans le foie de souris. Dans une première étude, nous montrons que sept jours après l’invalidation de Grb14, les souris présentent une activation des voies de signalisation de l’insuline, qui s’accompagne d’une amélioration de la tolérance au glucose et de la production hépatique de glucose. Cependant, de façon paradoxale, la voie de la lipogenèse est très fortement diminuée. En décryptant le mécanisme moléculaire impliqué, nous montrons que l’inhibition de Grb14 permet la libération de la protéine p62/sqstm1 qui active le facteur de transcription Nrf2, ce qui entraine une inhibition du récepteur nucléaire pro-lipogénique LXR. De façon intéressante, l’invalidation de Grb14 chez des souris ob/ob permet de restaurer la glycémie et la stéatose hépatiques à des valeurs comparables aux témoins. Cette étude a ainsi permis de mettre en évidence une nouvelle voie de régulation de la lipogenèse hépatique. Dans une deuxième étude, nous nous sommes intéressés à l'action mitogénique de l'insuline. Nous montrons que 48 heures après l'inhibition de Grb14, les hépatocytes, qui sont des cellules quiescentes, entrent massivement dans le cycle cellulaire. Ce processus est dépendant de l’expression du RI et est médié par la signalisation PI3K/Akt/mTORC1 et la voie Rb/E2F1. Ces données révèlent ainsi que l'insuline est un puissant facteur mitogène dans le foie et que son action est étroitement contrôlée par l’adaptateur Grb14. D’un point de vue physiopathologique, nous avons pu mettre en évidence une diminution de significative de 58% de l’expression de Grb14 dans une collection de 70 CHC humains, apportant ainsi une explication moléculaire à une action pro-tumorigène de l’insuline dans le foie. L’ensemble de ces deux études permet de placer Grb14 au centre de la régulation des actions métaboliques et mitogéniques de l’insuline dans le foie. / Insulin is a key hormone controling metabolic homeostasis which also exerts having trophic effects on cell growth and proliferation. Epidemiological studies have recently shown that obese and type 2 diabetes patients are at higher risk of developing cancers, suggesting that insulin could be involved in tumor development. Proper signaling downstream the insulin receptor is thus essential to prevent pathophysiological processes. Insulin signaling is controlled by feedback mechanisms including the molecular adapter Grb14 which acts as an endogenous inhibitor of the IR catalytic activity. The aim of my PhD was to investigate the metabolic and mitogenic consequences of liver specific Grb14 inhibition in mouse. In the first study, we showed that after seven days of Grb14 invalidation, liver insulin signaling is enhanced, resulting in improved glucose tolerance and diminished hepatic glucose production. However, paradoxically, lipogenesis was greatly decreased. Deciphering the molecular mechanism, we show that Grb14 inhibition leads to the release of its partner p62/SQSTM1, inducing the activation of the Nrf2 transcription factor, which ultimatly inhibited the pro-lipogenic LXR nuclear receptor. Interestingly, Grb14 invalidation in ob/ob mice can restore blood glucose and hepatic steatosis comparable to control values. The study thus highlighted a new pathway controlling lipogenesis that could be targetted to improve metabolic diseases. In the second study, we were interested in insulin mitogenic action. We showed that 48 hours after Grb14 inhibition, hepatocytes that are quiescent cells, massively go through one cell cycle. This process depend on IR expression and is mediated by the PI3K/Akt/mTORC1 pathway and the Rb/E2F1 complex. Our data thus suggest that insulin is a potent mitogenic factor in the liver whose action is closely controlled by the Grb14 adapter in physiological conditions. Importantly, Grb14 expression is significantly decreased in a collection of human HCC, hence bringing out a molecular basis for a pro-tumorigenic action of hyperinsulinemia. Together these two studies reveal that Grb14 is a crucial gatekeeper of insulin metabolic and mitogenic actions in the liver.

L'insuline, hormone clé du contrôle de l'homéostasie métabolique, exerce également des effets trophiques sur la croissance et la prolifération cellulaire. Des études épidémiologiques ont récemment montré que les individus obèses ou diabétiques de type 2 ont un risque plus élevé de développer des cancers et elles ont également suggéré que l’insuline jouerait un rôle dans ce développement tumoral. Ainsi, une signalisation adéquate en aval du récepteur de l’insuline est indispensable pour éviter des processus physiopathologiques. La signalisation de l’insuline est contrôlée par des mécanismes de rétrocontrôle, dont l’adaptateur moléculaire Grb14 qui agit comme un inhibiteur endogène de l’activité catalytique du RI. L’objectif de ma thèse a été d’étudier les conséquences métaboliques et mitogéniques de l’inhibition de Grb14 in#vivo spécifiquement dans le foie de souris. Dans une première étude, nous montrons que sept jours après l’invalidation de Grb14, les souris présentent une activation des voies de signalisation de l’insuline, qui s’accompagne d’une amélioration de la tolérance au glucose et de la production hépatique de glucose. Cependant, de façon paradoxale, la voie de la lipogenèse est très fortement diminuée. En décryptant le mécanisme moléculaire impliqué, nous montrons que l’inhibition de Grb14 permet la libération de la protéine p62/sqstm1 qui active le facteur de transcription Nrf2, ce qui entraine une inhibition du récepteur nucléaire pro-lipogénique LXR. De façon intéressante, l’invalidation de Grb14 chez des souris ob/ob permet de restaurer la glycémie et la stéatose hépatiques à des valeurs comparables aux témoins. Cette étude a ainsi permis de mettre en évidence une nouvelle voie de régulation de la lipogenèse hépatique. Dans une deuxième étude, nous nous sommes intéressés à l'action mitogénique de l'insuline. Nous montrons que 48 heures après l'inhibition de Grb14, les hépatocytes, qui sont des cellules quiescentes, entrent massivement dans le cycle cellulaire. Ce processus est dépendant de l’expression du RI et est médié par la signalisation PI3K/Akt/mTORC1 et la voie Rb/E2F1. Ces données révèlent ainsi que l'insuline est un puissant facteur mitogène dans le foie et que son action est étroitement contrôlée par l’adaptateur Grb14. D’un point de vue physiopathologique, nous avons pu mettre en évidence une diminution de significative de 58% de l’expression de Grb14 dans une collection de 70 CHC humains, apportant ainsi une explication moléculaire à une action pro-tumorigène de l’insuline dans le foie. L’ensemble de ces deux études permet de placer Grb14 au centre de la régulation des actions métaboliques et mitogéniques de l’insuline dans le foie. / Insulin is a key hormone controling metabolic homeostasis which also exerts having trophic effects on cell growth and proliferation. Epidemiological studies have recently shown that obese and type 2 diabetes patients are at higher risk of developing cancers, suggesting that insulin could be involved in tumor development. Proper signaling downstream the insulin receptor is thus essential to prevent pathophysiological processes. Insulin signaling is controlled by feedback mechanisms including the molecular adapter Grb14 which acts as an endogenous inhibitor of the IR catalytic activity. The aim of my PhD was to investigate the metabolic and mitogenic consequences of liver specific Grb14 inhibition in mouse. In the first study, we showed that after seven days of Grb14 invalidation, liver insulin signaling is enhanced, resulting in improved glucose tolerance and diminished hepatic glucose production. However, paradoxically, lipogenesis was greatly decreased. Deciphering the molecular mechanism, we show that Grb14 inhibition leads to the release of its partner p62/SQSTM1, inducing the activation of the Nrf2 transcription factor, which ultimatly inhibited the pro-lipogenic LXR nuclear receptor. Interestingly, Grb14 invalidation in ob/ob mice can restore blood glucose and hepatic steatosis comparable to control values. The study thus highlighted a new pathway controlling lipogenesis that could be targetted to improve metabolic diseases. In the second study, we were interested in insulin mitogenic action. We showed that 48 hours after Grb14 inhibition, hepatocytes that are quiescent cells, massively go through one cell cycle. This process depend on IR expression and is mediated by the PI3K/Akt/mTORC1 pathway and the Rb/E2F1 complex. Our data thus suggest that insulin is a potent mitogenic factor in the liver whose action is closely controlled by the Grb14 adapter in physiological conditions. Importantly, Grb14 expression is significantly decreased in a collection of human HCC, hence bringing out a molecular basis for a pro-tumorigenic action of hyperinsulinemia. Together these two studies reveal that Grb14 is a crucial gatekeeper of insulin metabolic and mitogenic actions in the liver.

Résumé confidentiel / Résumé confidentiel

GRB14/COBLL1 locus has been shown to be associated with body fat distribution (FD), but neither the causal gene nor its role in metabolic diseases has been elucidated. We hypothesize that GRB14/COBLL1 may act as the causal genes for FD-related SNPs (rs10195252 and rs6738627), and that they may be regulated by SNP to effect obesity-related metabolic traits. We genotyped rs10195252 and rs6738627 in 2860 subjects with metabolic phenotypes. In a subgroup of 560 subjects, we analyzed GRB14/COBLL1 gene expression in paired visceral and subcutaneous adipose tissue (AT) samples. Mediation analyses were used to determine the causal relationship between SNPs, AT GRB14/COBLL1 mRNA expression, and obesity-related traits. In vitro gene knockdown of Grb14/Cobll1 was used to test their role in adipogenesis. Both gene expressions in AT are correlated with waist circumference. Visceral GRB14 mRNA expression is associated with FPG and HbA1c. Both SNPs are associated with triglycerides, FPG, and leptin levels. Rs10195252 is associated with HbA1c and seems to be mediated by visceral AT GRB14 mRNA expression. Our data support the role of the GRB14/COBLL1 gene expression in body FD and its locus in metabolic sequelae: in particular, lipid metabolism and glucose homeostasis, which is likely mediated by AT GRB14 transcript levels.