La liaison de l'insuline à son récepteur de surface entraîne une autophosphorylation rapide de la sous-unité β du récepteur de l'insuline (RI), l'initiation de cascades de signalisation et l'internalisation rapide de complexes actifs dans l'appareil endosomal. L'autophosphorylation s'effectue sur trois tyrosines situées dans la boucle d'activation (Yl 146, Y1150, Y1151), deux tyrosines situées dans le domaine C-terminal (Y1316, Y1322) et d'une autre dans le domaine juxta-membranaire (Y960). Ces sites de phosphorylation ont été précédemment identifiés par des essais d'autophosphorylation effectués in vitro sur des fractions membranaires solubilisées. Dans le but d'identifier les sites tyrosines phosphorylés du RI internalisé in vivo, nous avons préparé des fractions Golgi/Endosomes (G/E) à partir de foie de rat suivant l'injection d'une dose d'insuline. Le RI a été immunoprécipité et analysé par spectrométrie de masse. Plusieurs sites de phosphorylation ont été identifiés et seules les formes mono phosphorylé Y1146 et Y1150 de la boucle d'activation ont été observées. Nous avons également identifié de façon non ambiguë plusieurs protéines associés au RI internalisé dont notamment Grb7 (growth factor receptor-bound protein 7), Grbl4 et ATIC (5-aminoimidazole-4-carboxamide ribonucleotide formyltransferase/IMP cyclohydrolase). Nous avons confirmé, par des immunoprécipitations croisées dans les fractions G/E, l'association entre le RI et ATIC, une protéine impliquée dans les deux dernières étapes de la voie de biosynthèse de novo des purines. Les résultats obtenus suggèrent la présence d'un nouveau mécanisme par lequel ATIC, une protéine relativement abondante dans le cytosol et ayant pour substrat naturel AICAR, un insulino-mimétique, pourrait être un régulateur important de la réponse insulinique in vivo.

La synthétase des acides gras (FAS) est une enzyme clef de la lipogenèse hépatique responsable de la synthèse des acides gras saturés à longue chaîne. Cette enzyme est régulée au niveau transcriptionel par les nutriments et les hormones. Ainsi, le glucose, l'insuline et la T3 augmentent son activité alors que les acides gras à moyennes chînes (MCFAs), les acides gras poly-insaturés (PUFAs) et le glucagon la diminuent. Dans des cellules hépatiques, nous avons mis en évidence que la T3 et l'insuline étaient capables d'activer de façon synergique l'activité enzymatique et le niveau d'expression des ARNm de la FAS (14 fois). L'analyse du promoteur a permis de démontrer que cette activation était aussi transcriptionnelle. Par la suite l'élément de réponse à la T3 (TRE) a été localisé dans la région promotrice du gène FAS. Ce TRE fixe un hétérodimère TR/RXR en absence d'hormone et cette fixation est augmentée en présence d'insuline et/ou de T3. L'utilisation de H7, un inhibiteur général des serines/thréonines kinases, nous a permis de mettre en évidence que des mécanismes de phosphorylation sont impliqués dans la régulation transcriptionelle de la FAS par ces deux hormones. En fait, nous avons démontré que la voie de signalisation cellulaire PI3-Kinase/ ERK1/2-MAPK est impliquée dans la régulation de la FAS par la T3 via le TRE. De plus, nous avons aussi mis en évidence un effet de l'insuline sur ce TRE qui impliquerait la même voie de signalisation ainsi qu'une voie qui pourrait aussi impliquer Akt. Les mêmes effets non génomiques de la T3 et de l'insuline sont aussi observés au niveau d'un TRE consensus de type DR4. En conclusion, nos résultats suggèrent que la T3 régule la transcription par un mécanisme d'action à la fois génomique et non génomique impliquant la voie PI3-Kinse/MAPK et que l'insuline est aussi capable de cibler ce TRE par des voies de signalisation spécifiques. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : FAS, T3, Insuline, PI3-Kinase, Erk1/2-MAPK.

L'organisme synthétise les lipides de novo au niveau hépatique, les transforme en triglycérides, et les stocke dans le tissu adipeux. Les lipides servent à de nombreuses fonctions biologiques essentielles, telles la synthèse de membrane ou d'hormone, mais aboutissent à un excès de masse corporelle lorsqu'il y a déséquilibre. L'acide gras synthase (FAS) est une enzyme clé de la lipogenèse. Elle synthétise le palmitate à partir d'acétyl-CoA et de malonyl-CoA en présence de nicotinamide adénine dinucléotide phosphate (NADPH). Comprendre ses mécanismes de régulation est important dans l'optique de moduler son activité. La FAS est régulée positivement par la triiodothyronine (T₃) et l'insuline, l'effet est inhibé par les MCFA. La régulation est essentiellement transcriptionnelle. Muter le gène FAS, afin de l'éteindre, est létal. L'inhibition partielle à l'aide d'agents tel le C75 serait donc préférable. Malheureusement, en plus d'avoir des effets anorexiques réversibles pour C75, ces agents ont des effets neurotoxiques dévastateurs. L'inhibition partielle de la FAS par des nutriments, tels les acides gras à chaîne moyenne (MCFA), serait une solution. Le présent projet propose d'élucider les mécanismes moléculaires par lesquels les hormones modulées par la diète, telles l'insuline et la triiodothyronine T₃, influencent l'activité de la FAS et comment les MCFA inhibent cette stimulation hormonale. Comme l'effet hormonal ne semble pas être totalement transcriptionnel et qu'une implication du glucose au niveau post-transcriptionnel a aussi été suggérée, nous avons analysé l'effet de l'insuline et de la T₃ sur la stabilisation des ARN messagers et sur l'activité enzymatique de la FAS en utilisant des milieux à haute ou basse concentration en glucose. Cependant, nous n'avons pas observé de différence significative, peu importe la concentration de glucose dans le milieu de culture. Des études préalables ont aussi démontré un rôle de la phosphorylation sur la régulation transcriptionnelle de la FAS par l'insuline et le T₃. Nous avons investigué ce rôle sur l'activité de la FAS à l'aide d'inhibiteurs spécifiques. En utilisant PD98058, un inhibiteur spécifique de MEK, nous avons observé une implication de Erk1/2 dans l'induction de FAS. Avec LY 294002, un inhibiteur spécifique de PI3Kinase (PI3K), nous observons une inhibition de la FAS en présence de T₃, ce qui impliquerait la voie PI3K dans l'activation de la FAS induite par la T₃. Des études préliminaires ont montré que l'inhibition de la FAS par les MCFA se faisait très rapidement. Une courbe d'inhibition en fonction du temps a été effectuée et a révélé une inhibition dans les premières 30 minutes d'exposition. Des études de captation ont montré que les MCFA étaient absorbés par les hépatocytes. Un profil lipidique a montré que les MCFA sont métabolisés pour se retrouver dans la fraction lipidique correspondant aux triglycérides, qui nous a donné une idée des voies métaboliques empruntées. L'acide bétulinique, un inhibiteur de la CPTl, ainsi que l'Etomoxir, un inhibiteur de la DGAT, ne semble pas avoir d'effet sur l'inhibition de la FAS induite par les MCFA en présence d'insuline et de T₃, contrairement à la Triacsin C, un inhibiteur des acyl-CoA synthases, qui abolit l'effet inhibiteur. En dernier point, nous avons vérifié l'impact de la famille des « scavenger receptors » de classe B tels que SR-BI dans le transport sélectif et la captation de MCFA par la cellule. Ces derniers ne semblent aucunement impliqués dans le transport des MCFA contrairement à nos attentes. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : FAS, MCFA, Acyl-CoA, Insuline, T₃

Thèse de doctorat : Pharmacologie : Nancy 1 : 2008. / Titre provenant de l'écran-titre.

Thèse d'exercice : Médecine : Nancy 1 : 2009. / Titre provenant de l'écran-titre.

Thèse (Ph. D.)--Université Laval, 2003. / Bibliogr. Publié aussi en version électronique.

Thèse (Ph. D.) -- Université Laval, 1997. / Bibliogr.: f. [198]-231. Publ. aussi en version électronique.

Thèse (M.Sc.) -- Université Laval, 1997. / Bibliogr.: f. 62-69. Publié aussi en version électronique.

Proefschrift Universiteit van Amsterdam. / Met bibliogr., lit. opg. - Met samenvatting in het Nederlands.

La cellule utilise des nœuds d’interactions protéiques relativement stables, conservés et souvent constitués d’adaptateurs moléculaires pour gérer des signaux reçus (synthèse, sécrétion, traffic, métabolisme, division), des problèmes de sécurité et de niveaux d’énergie. Nos résultats montrent que la cellule utilise aussi des nœuds relativement petits et dynamiques où des informations propres concernant des voies métaboliques apparemment indépendantes sont évaluées. Ces informations y sont intégrées localement et une décision y est prise pour action immédiate. Cette idée est supportée par notre étude sur le récepteur de l’insuline (RI). Ce récepteur transmembranaire à activité tyrosine kinase reconnaît un signal externe (insuline circulante) et engage la signalisation de l’insuline, les réponses métaboliques et le contrôle du glucose circulant. Le RI est aussi impliqué dans l’internalisation de l’insuline et sa dégradation dans les endosomes (clairance). Il régule donc indirectement la sécrétion de l’insuline par les cellules du pancréas endocrine. La signification pathophysiologique de l’endocytose du RI ainsi que les bases moléculaires d’une telle coordination sont peu connues. Nous avons construit un réseau d’interactions du RI (IRGEN) à partir d’un protéome de fractions Golgi-endosomales (G/E) hépatiques. Nous démontrons une forte hétérogénéité fonctionnelle autour du RI avec la présence des protéines ATIC, PTPLAD1, AMPKα et ANXA2. ANXA2 est une protéine impliquée dans la biogénèse et le transport endosomal. Nos résultats identifient un site de SUMOylation régulé par l’insuline dans sa région N-terminale. ATIC est une enzyme de la voie de synthèse des purines de novo dont le substrat AICAR est un activateur de l’AMPKα. Des analyses biochimiques in vitro et in vivo nous montrent que ATIC favorise la tyrosine phosphorylation du RI par opposition fonctionnelle à PTPLAD1. Une délétion partielle d’ATIC stimule l’activation de l’AMPK dont la sous-unité AMPKα2 apparaît déterminante pour le trafic du RI. Nous démontrons que ATIC, PTPLAD1, AMPKα, AICAR et ANXA2 contrôlent l’endocytose du RI à travers le cytosquelette d’actine et le réseau de microtubules. Nous ressortons un nœud de signalisation (ATIC, PTPLAD1, AMPKα) capable de détecter les niveaux d’activation du RI, d’énergie cellulaires (rapports AMP/ATP) et aussi d’agir sur la signalisation et l’endocytose du RI. Cette proximité moléculaire expliquerait le débat sur le mécanisme primaire du diabète de type 2 (DT2), notamment entre la sensibilité à l’insuline et sa clairance. Nous avons calculé un enrichissement de 61% de variants communs du DT2 parmi les protéines fonctionnellement proches du RI incluant RI, ATIC, AMPKα, KIF5A et GLUT2. Cet enrichissement suggère que l’hétérogénéité génétique révélée par les consortiums sur études génomiques (GWAS) converge vers des mécanismes peu étudiés de biologie cellulaire. / The normal cell deals efficiently with multiple signals, processes (synthesis, secretion, trafficking, metabolism, and division), and energy and security problems. To achieve these goals, the cell uses large and relatively stable proteins nodes (or hubs) often sustained by adapters. It appears that the cell also uses small, dynamics nodes where informations about apparently unconnected major pathways are evaluated. Not only these informations are locally integrated but also a decision is made for immediate action. This is exemplified here by the insulin receptor (IR). This receptor-tyrosine kinase recognizes signals from the outside (circulating insulin) and engages insulin signalling activity and the insulin response. Quite simultaneously, the insulin receptor is involved in insulin internalization and its subsequent degradation in endosomes (clearance of circulating insulin) and thus, it indirectly regulates insulin secretion by the -cells of the endocrine pancreas. The physiological significance of trafficking and the molecular bases of such coordination have received little attention. We constructed hepatic Golgi/endosomes (G/E) network of the internalized IR (IRGEN) and we found substantial heterogeneity within the close environment of IR, with the presence of ATIC, a metabolic enzyme of the de novo purine synthesis pathway, the putative tyrosine phosphatase PTPLAD1, the energy sensor AMPK and ANXA2, a protein involved in endosomes biogenesis and endosomal transport. Our results show that ANXA2 is SUMOylated on an insulin-dependent way at a non-concensus motif of its N-terminal domain. It appears that following insulin stimulation, the proteins ATIC, PTPLAD1, AMPKα associate within seconds with the activated IR and control its tyrosine kinase activity and traffic. We found that PTPLAD1 and AMPKα are rapidly compartmentalised within the plasma membrane (PM) and G/E fractions after insulin stimulation and that ATIC accumulates in the G/E fraction later. By using an in vitro reconstitution system and siRNA–mediated partial knockdown of ATIC and PTPLAD1 in HEK293 cells, we confirmed that ATIC, PTPLAD1 and AMPKα affect IR tyrosine phosphorylation and endocytosis and treatment with AICAR, increased IR endocytosis in cultured cells and in the liver. These results suggest the presence of a new signalling mechanism that senses in the same time adenylate synthesis, cell energy (ATP) and IR activation states and that acts consequently in regulating IR autophosphorylation and endocytosis. The IRGEN may explain the perceived promiscuity that exists between insulin resistance and clearance, as this new signalling node apparently controls both the IR activity and trafficking. The elevated number of common heritable variants associated with type 2 diabetes (T2D) in the actual IRGEN (more than 61 %) favours the idea that the confusing genetic heterogeneity converges however towards few biological mechanisms.