Tübingen, Univ., Diss., 2006.

Thèse doctorat : Biochimie : Villeurbanne, INSA : 2006. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 127-136. Index.

Die Nicotinamid-N-Methyltransferase (NNMT) ist ein vor kurzem neu erkannter Regulator der Energiehomöostase im Fettgewebe. Die Hemmung von NNMT durch 1-Methylnicotinamid (1-MN) führt dosisabhängig zu einer Steigerung der Glycerolfreisetzung aus 3T3-L1-Adipozyten im Sinne einer gesteigerten Lipolyse. Die Sekretion von Adiponektin und Leptin wird durch 1-Methylnicotinamid nicht messbar verändert. Um die Messwerte unterschiedlich stark ausdifferenzierter Zellkulturpassagen miteinander vergleichen zu können, wurde eine photometrische Methode entwickelt und publiziert. Die Ergebnisse dieser Dissertation zeigen, dass NNMT die Lipolyse in Fettzellen reguliert, was zum besseren Verständnis der physiologischen Funktion dieser im Fettgewebe neu entdeckten Methyltransferase beiträgt. / Nicotinamide N-methyltransferase (NNMT) is a novel regulator of energy homeostasis in adipose tissue. Inhibition of NNMT by 1-methylnicotinamide (1-MN) in 3T3-L1 mouse adipocytes increases the lipolytic rate and has no effect on the secretion of leptin and adiponectin. In order to standardize adipocyte differentiation, a photometric method was validated and published.

CDK4 est une sérine/thréonine kinase qui est largement décrite pour son implication dans le contrôle du cycle cellulaire. Notre laboratoire et d'autres ont montré qu'elle jouait également un rôle majeur dans le contrôle de l'homéostasie du glucose (croissance des cellules β du pancréas et sécrétion d'insuline) et des lipides (adipogenèse). Nous avons montré au cours de cette thèse, par le biais de deux modèles de souris, invalidés pour CDK4 (Cdk4-/- ;cre/cre) ou exprimant un mutant hyperactif de la kinase (Cdk4R24C/R24C), qu'elle est un médiateur important de la voie de l'insuline et régule la lipogenèse et la lipolyse. Les souris Cdk4-/- ;cre/cre ont une diminution significative de la taille des adipocytes et du poids du WAT ou l'inverse est observé sur les souris Cdk4R24C/R24C. CDK4 est activée par l'insuline et va ainsi promouvoir le transport de glucose, la synthèse des lipides de novo et réprimer la lipolyse dans les adipocytes. De plus, nous avons démontré que dans l'adipocyte, cellule non proliférative, CDK4 et son partenaire la cycline D3 sont préférentiellement localisés dans le cytoplasme suggérant un rôle indépendant de leurs fonctions nucléaires. Nous avons identifié deux nouveaux substrats de CDK4 : IRS1 et IRS2. CDK4 phosphoryle IRS1 et IRS2 activant un rétrocontrôle positif permettant le maintien de l'action de l'insuline sur les adipocytes. Nos résultats prouvent un nouveau rôle de CDK4 sur la signalisation de l'insuline et sa fonction dans l'adipocyte. Par conséquent, la modulation de son activité pourrait avoir des conséquences majeures sur le mécanisme de résistance à l'insuline, une complication fréquente dans le développement de pathologies comme le diabète et l'obésité. / CDK4 is a serine/threonine kinase mainly known by its involvement in the control of cell cycle progression. Our laboratory and other laboratories have previously shown a major role for CDK4 in the control of glucose homeostasis (pancreatic β-cell growth) and lipid homeostasis (adipogenesis). In this thesis, we showed that CDK4 is an insulin effector that controls lipogenesis and lipolysis in mature adipocytes. We used Cdk4-/- ;cre/cre mice and Cdk4R24C/R24C mice, carrying a hyperactive mutant Cdk4 allele, for this study. Cdk4-/ - ;cre/cre mice have a manifest adipose tissue phenotype with a significant decrease in body weight and WAT mass. On the other hand, Cdk4R24C/R24C mice show increased body weight and increased adiposity. Furthermore, we demonstrate that CDK4 is activated by insulin to promote glucose transport, lipogenesis and repress lipolysis in adipocytes. Interestingly, we showed that in mature quiescent adipocytes CDK4 and its partner, Cyclin D3, are preferentially localized in the cytoplasm, suggesting a role independent from their nuclear functions. We identified two novel substrates of CDK4: IRS1 and IRS2. CDK4 phosphorylates both IRS1 and IRS2 in order to sustain insulin signaling in adipocytes via a positive feed-back loop. To sum up, our results identify a new function of CDK4 on insulin signaling in adipocyte metabolism. Thus, the modulation of its activity could have consequences on insulin resistance, a common complication of obesity and diabetes.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2003. / Bibliogr.: f. 91-105. Publié aussi en version électronique.

Thèse (Ph. D.)--Université Laval, 2004. / Bibliogr. Publié aussi en version électronique.

Einleitung: Vorliegende empirische Daten verdeutlichen, dass in der Fachwelt zwar weites gehend Einigkeit über die Wirkung des Mediums Wasser auf den Organismus in Ruhe (metabolisch und endokrin) besteht, aber differente Aussagen bei Immersion und Bewegung (hämodynamisch, metabolisch und endokrin) getroffen werden. Wie unterscheidet sich die physische Beanspruchung an Land und im Wasser? Gelten die allgemeingültigen Empfehlungen an Land zur Steuerung erwünschter Trainings- bzw. Belastungseffekte auch für aquale Bewegungs- und Trainingsformen? Ergebnisse und Diskussion: Die Herzfrequenz, der systolische Blutdruck und der Sauerstoffverbrauch waren in Ruhe (baseline) an der anaeroben Schwelle und während der Ausbelastung auf dem Land und im Wasser ähnlich. Der Respiratorische Quotient wurde gering reduziert, als die Probanden im Wasser trainierten. Die Glukose- und Laktatkonzentration wurden vermindert, wohingegen die freie Fettsäurekonzentration mit der Belastung im Wasser erhöht wurde. Wasserimmersion senkte die Adrenalin- und Noradrenalinkonzentration und erhöhte die vermehrte ANP-Produktion während der Belastung. Belastungsinduzierte Anstiege endokriner Parameter (Adrenalin und Noradrenalin) sind im Wasser geringer ausgeprägt als an Land. Hinsichtlich der Stoffwechselregulation konnte beobachtet werden, dass ANP eine Rolle bei der Regulation des Fettstoffwechsels spielt. Die Ergebnisse lassen vermuten, dass Belastungen im Wasser vor allem eine spezifische humorale und metabolische Antwort des Organismus entlocken. Belastungsinduzierte Anstiege endokriner Parameter (Katecholamine) im Wasser sind geringer ausgeprägt als an Land. Immersions- und Belastungseffekte scheinen teilweise konträre Reize zu sein. Es sind daher weiterhin experimentelle Untersuchungen notwendig, um die Regulationsmechanismen des Organismus zur Kompensation eines erhöhten venösen Rückstroms bei Immersion ohne und vor allem mit Bewegung zu klären. Auf Grund der geringen Unterschiede in der hämodynamischen Reaktion des Körpers bei vergleichbarer körperlicher Belastung Land vs. Wasser kann sich an den allgemeingültigen Empfehlungen an Land zur Steuerung erwünschter Trainings-bzw. Belastungseffekte auch für aquale Bewegungs- und Trainingsformen orientiert werden. / Introduction: The empirical data we have shows clearly that that there may be a large area of agreement among professionals on the effect of water as a medium on the organism at rest (metabolic and endocrinal), but different conclusions have been drawn about immersion and exercise (hemodynamic, metabolic and endocrinal). How does physical stress differ on dry land and in the water? Do the general recommendations on land apply to control of desired training or stress effects as well as for aquatic types of exercise and training? Results and discussion: The heart rate, systolic blood pressure and uptake of oxygen at rest (baseline) were similar at the anaerobic threshold and during a workout on land and in the water. The respiratory quotient was slightly reduced when the test subjects were training in the water. Their glucose and lactate concentration was lowered, whereas the free fatty acid concentration was raised during physical workload in the water. Water immersion lowered adrenalin and noradrenalin concentration and raised the increased production of ANP during workload. Load-induced increases in endocrinal parameters (adrenalin and noradrenalin) are less marked in water than on land. When it comes to regulating the metabolism, it was possible to observe that ANP plays a role in regulating lipid metabolism. The results suggest that workloads in water elicit especially a specific humoral and metabolic response from the organism. Load-induced increases of endocrinal parameters (catecholamines) in water are less marked than on land. Immersion and load effects appear to be partly contrary stimuli. For this reason, further experimental tests are required in order to clarify the organism’s regulatory mechanisms to compensate for increased venous back current when immersed without and especially with exercise. Because of the slight differences in the body’s hemodynamic response at comparable physical loads on land versus water, the generally accepted recommendations to control the desired training and physical workload effects on land can be used as the basis for aquatic types of exercise and training as well.

Notre alimentation et notre santé sont à la base du métabolisme des différents substrats. La sélection des substrats énergétiques principalement utilisés, soit le glucose ou les acides gras (AG), est modulée entre autre par l'insuline, les niveaux de glycémie et la disponibilité des lipides circulants. Un excès d'apport d'AG aux organes est associé à une série de phénomènes physiopathologiques collectivement désignés par le terme"lipotoxicité". La lipotoxicité sous-tend le développement de la résistance à l'insuline et du diabète mellitus de type 2 (DMT2). Par ailleurs, il est à la base de dysfonctions organiques associées à cette pathologie, notamment la dysfonction du système cardiovasculaire et l'augmentation de la susceptibilité du myocarde diabétique au développement de l'insuffisance cardiaque. Une augmentation de l'apport myocardique d'AG pourrait être en cause dans la grande dépendance du coeur diabétique aux AG comme source pratiquement unique d'énergie. De plus, ceci pourrait mener à une diminution de l'utilisation du glucose au niveau cardiaque, augmentant la susceptibilité du myocarde diabétique aux dommages ischémiques. L'apport tissulaire des AG est un processus très complexe. D'une part, les AG circulant liés à l'albumine plasmatique (acides gras libres--AGL) sont immédiatement disponibles aux tissus par diffusion simple ou facilitée, donc dépendant directement de la concentration circulante et du flot sanguin à l'organe. Le tissu adipeux est le siège du stockage et de la libération des AGL dans la circulation sanguine et ainsi régule la disponibilité de ces substrats aux autres organes. L'autre source d'AG disponible aux tissus, la lipolyse intravasculaire des triglycérides (LIVTG), est régulée par l'activité de la lipoprotéine lipase (LpL). Cette enzyme est présente à la surface luminale de l'endothélium des capillaires des tissus et hydrolyse les TG des chylomicrons et des lipoprotéines de très basse densité (VLDL). Or, le rôle précis joué par la LIVTG dans la régulation de l'utilisation in vivo des substrats énergétiques cardiaques dans les différentes conditions physiologiques et pathologiques n'est pas bien connu. En particulier, la contribution de cette source à la lipotoxicité cardiaque observée dans les états de résistance à l'insuline doit être davantage investiguée. Le but de ce présent mémoire est de mieux connaître le rôle que joue la LIVTG sur la sélection des substrats énergétiques cardiaques en condition normale et dans le DMT2. Nous avons utilisé le rat, un modèle animal chez lequel nous avons pu établir un DMT2 à l'aide d'une diète riche en fructose et en gras et d'une faible dose de streptozotocine. Nous avons inhibé la LIVTG à l'aide de l'injection intraveineuse de Triton WR1339, un détergent non-ionique inhibiteur de la LpL. Nous avons eu recours à des méthodes isotopiques conventionnelles mais aussi à la tomographie par émission de positrons (microTEP) afin de quantifier l'impact de la LIVTG sur le captage myocardique des AGL et des AG dérivés des TG, le flot sanguin coronarien, le métabolisme glucidique (MMRG) et oxydatif total (MVO 2 ) au niveau cardiaque. Ce mémoire a pour rôle de suggérer que la disponibilité des AG via la LIVTG régule de façon complexe l'utilisation des substrats énergétiques myocardiques in vivo chez le rat. Par ailleurs, nous avons pu établir un excellent modèle de DMT2 chez le rat. La disponibilité de ce modèle pourra nous permettre dans un futur rapproché d'examiner le rôle potentiel de la LIVTG dans la régulation du métabolisme énergétique cardiaque dans le DMT2.

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

Les aldose réductases (AKR1B) sont des oxydoréductases dépendantes du NADPH initialement décrites pour leurs fonctions de détoxication cellulaire et de réduction du glucose. La découverte de l’expression d’Akr1b7 dans le tissu adipeux murin ainsi que l’activité prostaglandine F2α synthase (PGFS) spécifique de certaines isoformes suggèrent des rôles biologiques inédits pour ces enzymes. La prostaglandine F2α (PGF2α) inhibant l’adipogenèse, cette fonction PGFS met en avant l’implication des AKR1B dans la physiologie du tissu adipeux blanc (TAB). L’objectif de ces travaux était de caractériser l’expression de l’ensemble des AKR1B au sein des TAB murins et humains et de comprendre leur impact sur l’homéostasie du tissu adipeux et en particulier sur l’adipogenèse et la lipolyse. Nous avons montré que l’ensemble des AKR1B était exprimé dans le TAB murin. Akr1b3, Akr1b8 et Akr1b16 sont exprimées à la fois dans les fractions stroma‑vasculaires (contenant des cellules immunitaires, vasculaires, progénitrices…) et adipocytaires. A l’inverse, Akr1b7 n’est pas exprimé par les adipocytes. Les analyses réalisées in vitro indiquent qu’à l’exception d’Akr1b16, les isoformes murines des AKR1B voient leur expression augmenter précocement et transitoirement au cours de l’adipogenèse. Chez l’homme, l’isoforme AKR1B1 est exprimée dans le TAB sous‑cutané de patients obèses alors qu’AKR1B10 est difficilement détectable (western blot, RT‑qPCR). In vitro, l’expression d’AKR1B1 augmente tout au long de la différenciation adipocytaire contrairement à AKR1B10 qui est préférentiellement exprimé dans les cellules indifférenciées. L’utilisation d’un inhibiteur spécifique des AKR1B montre que l’activité PGFS d’AKR1B1 constitue un frein à l’adipogenèse. Nous montrons aussi que les mécanismes régulant l’action de la PGF2α diffèrent en fonction des espèces. Chez l’homme, l’expression du récepteur FP est régulée dans le temps alors que dans les cellules murines, c’est l’expression des PGFS et donc la synthèse de PGF2α qui définit, au cours de l’adipogenèse, la fenêtre d’action de cette prostaglandine. Les souris invalidées pour la PGFS Akr1b7 présentent une diminution des quantités intra‑tissulaires en PGF2α associée à une expansion accrue de leurs tissus adipeux due à une augmentation de l’adipogenèse et à une hypertrophie adipocytaire sans modification de l’expression des enzymes impliquées dans la lipogenèse (Volat et al., 2012). Ces données en accord avec le rôle anti‑adipogénique de la PGF2α suggèrent aussi une action sur la lipolyse. Nous démontrons ici que la perte d’Akr1b7 entraîne une diminution de l’activité lipolytique du TAB. L’utilisation de cellules murines (3T3‑L1) et humaines (hMADS) différenciées en adipocytes, nous a permis de montrer que la stimulation de l’activité lipolytique suite à l’activation du récepteur FP résultait en partie d’une augmentation de la phosphorylation de HSL (forme active) et de l’accumulation de la lipase ATGL. Le troisième volet de ce travail de thèse a consisté à caractériser un modèle de souris transgénique surexprimant AKR1B1 dans le TAB (souris aP2‑AKR1B1) afin d’étudier le rôle biologique de cette isoforme humaine. / Aldose reductases are NADPH-dependent oxydoreductases described for their involvement in cellular detoxification and glucose reduction. The discovery of Akr1b7 expression in murine adipose tissue together with the prostaglandin F2α Synthase (PGFS) activity of some isoforms suggest unreleased biological roles for these enzymes. Prostaglandin F2α (PGF2α) inhibiting adipogenesis, this PGFS function highlights AKR1B potential involvement in white adipose tissue (WAT) physiology. This work aimed at characterising the expression of all AKR1B in both murine and human WAT and understanding their impact on adipose tissue homeostasis and especially on adipogenesis and lipolysis. We showed that all AKR1B were expressed in murine WAT. Akr1b3, Akr1b8 and Akr1b16 were both expressed in the stromal vascular fraction (containing immune cells, vascular cells, progenitors…) and in the adipose fraction. In contrast, Akr1b7 was not expressed in adipocytes. In vitro analyses indicated that, except for Akr1b16, murine AKR1B isoform expression increased early and transiently during adipogenesis. In human, AKR1B1 was expressed in human subcutaneous WAT from obese patients whereas AKR1B10 was hardly detectable (western blot, RT‑qPCR). In vitro, AKR1B1 expression increased throughout adipocyte differentiation unlike AKR1B10, which was preferentially expressed in undifferentiated cells. Using an AKR1B specific inhibitor, we demonstrated that AKR1B1 PGFS activity was a dampen to adipogenesis. We also showed that mechanisms regulating PGF2α action differed according to the species. In human cells, the expression of FP receptor was time-regulated whereas, in murine cells, PGFS expression and thus, PGF2α synthesis, limited PGF2α activity during adipogenesis. Akr1b7 knockout mice have decreased PGF2α intratissular levels associated with an expansion of adipose tissue resulting from an increase of adipogenesis and an adipocyte hypertrophia without any modification of lipogenic enzymes expression (Volat et al., 2012). These data, in agreement with PGF2α anti-adipogenic action, suggest an impact on lipolysis. We demonstrated that loss of Akr1b7 led to a decrease of WAT lipolytic activity. The use of murine (3T3‑L1) and human (hMADS) differentiated cells allowed us to show that the stimulation of lipolysis in response to FP activation was, in part, due to an increase of HSL phosphorylation (active form) and an increase of ATGL accumulation. The third part of this work consisted in characterizing the phenotype of transgenic mice overexpressing AKR1B1 in WAT (aP2‑AKR1B1 mice) in order to study the biological role of this human isoform.