Les rhabdomyolyses correspondent à la destruction de fibres musculaires striées squelettiques et mettent en jeu le pronostic vital. La principale cause génétique est liée à un défaut d’oxydation des acides gras ; néanmoins, plus de la moitié des cas n’ont pas de cause identifiée. En 2008, des mutations du gène LPIN1 ont été rapportées comme une nouvelle étiologie de rhabdomyolyse de transmission autosomique récessive. La protéine lipin1 a une double fonction : un rôle de PAP1 intervenant dans la synthèse du triacylglycérol et des phospholipides membranaires ; un rôle de co-activateur transcriptionnel en association avec les PPARs et PGC1α pour réguler de nombreux gènes impliqués dans le métabolisme, dont certains de l’OAG. Lipin1 a deux homologues, lipin2 et lipin3, qui possèdent une activité PAP1 et un site de fixation à des récepteurs nucléaires tels que les PPARs. Nous avons montré que les mutations de LPIN1 rendent compte de plus de 50% des cas de rhabdomyolyse sévère de la petite enfance, une fois écarté le diagnostic de déficit de l’OAG. Une délétion intragénique en phase a été fréquemment identifiée chez les Caucasiens. Nous avons montré qu’il s’agissait d’un probable effet fondateur et que cette délétion est délétère. En effet, à l’inverse de la forme normale de lipin1, la forme délétée est incapable de complémenter la levure pah1, déficiente pour l’homologue de LPIN1. Nous avons ensuite étudié, dans une série de 171 patients, l’implication de LPIN1 dans des pathologies musculaires moins sévères, ainsi que le rôle des deux homologues LPIN2 et LPIN3. Les mutations de LPIN1 sont impliquées dans les rhabdomyolyses sévères et précoces uniquement et les accès de rhabdomyolyse ont toujours un facteur déclenchant, le principal étant les infections aiguës fébriles. Aucune altération majeure de LPIN2 et de LPIN3 n’a été identifiée, même dans des phénotypes modérés. Enfin, nous avons cultivé des myoblastes et des myotubes de patients avec mutations de LPIN1 afin d’étudier les mécanismes de rhabdomyolyse. Les myoblastes déficients en lipin1 ont une activité PAP1 très diminuée et une accumulation de gouttelettes lipidiques. Le niveau d’expression des gènes cibles des facteurs de transcription co-activés par lipin1 (PPARδ, PPARα, PGC1α, ACADVL, CPT1B and CPT2) sont inchangés par rapport aux contrôles, alors que le niveau de lipin2 est augmenté. L’analyse transcriptomique sur cultures de myotubes a identifié chez les patients 19 gènes sous-exprimés et 51 sur-exprimés, notamment ACACB, qui code pour Accβ, enzyme clé de la balance synthèse d’acides gras/OAG. L’invalidation d’ACACB par siRNA dans des myoblastes déficients en lipin1 diminue le nombre de gouttelettes lipidiques, confirmant le lien entre la sur-expression d’ACACB et l’accumulation d’acides gras libres chez les patients. Cependant, le taux de malonyl-CoA, produit d’Accβ, et l’activité CPT1 (étape limitatrice de l’OAG, inhibée par le malonyl-CoA), sont comparables entre myoblastes de patients et de contrôles. Néanmoins, le traitement des cultures par l’association de tumor necrosis factor alpha et d’interleukine-1 β, choisis pour simuler les conditions pro-inflammatoires des infections aiguës, entraîne une augmentation encore plus poussée du taux de malonyl-CoA, une diminution de l’activité CPT1 et une augmentation de l’accumulation de gouttelettes lipidiques chez les patients. Au total, nos données placent LPIN1 comme une cause importante de rhabdomyolyse héréditaire. Le déficit en lipin1 entraine une perturbation du métabolisme lipidique, via une sur-expression d’ACACB, qui est exacerbée en conditions pro-inflammatoires. Nos résultats suggèrent que les conséquences du déficit en lipin1 sont compensées par des mécanismes d'adaptation suffisants en condition normale, mais insuffisants pour la demande métabolique induite par des stress environnementaux comme l'infection, conduisant aux rhabdomyolyses. / Rhabdomyolyses correspond to the destruction of skeletal muscular fibers and are possibly life-threatening. The main genetic cause is linked to defects of fatty acid oxidation (FAO) ; nevertheless, half of the cases have no identified aetiology. In 2008, mutations of LPIN1 gene have been reported as a new cause of autosomal recessive rhabdomyolysis. Lipin1 protein has a double function : 1) a role of phosphatidate phosphatase 1 (PAP1) involved in synthesis of triacylglycerol and membrane phospholipids ; 2) a role of transcriptional co-activator which regulates, in association with the PPARs (peroxysome-proliferator activated receptor) and PGC1α (PPARγ-coactivator1α), numerous genes involved in the metabolism including some genes encoding FAO enzymes. Lipin1 has got two homologues, lipin2 and lipin3, which have a PAP1 activity and a binding site for nuclear receptors, such as the PPARs. We have shown that LPIN1 mutations account for more than 50% of the cases of severe rhabdomyolysis of early infancy, when FAO defects have been excluded. An intragenic in frame deletion has been frequently identified in Caucasians. We have shown that it probably comes from a founding effect and that this deletion is deleterious. Unlike normal lipin1, deleted lipin1 protein is unable to complement the Δpah1 yeast which is defective for the yeast LPIN1 homolog. In a series of 171 patients, we have further studied the involvement LPIN1 in less severe muscular diseases, as well as the role of the two homologues LPIN2 and LPIN3. LPIN1 mutations are involved only in severe and early rhabdomyolyses and the bouts of rhabdomyolysis always have a triggerring factor, mainly acute febrile infections. No major alteration of LPIN2 and LPIN3 has been identified, even in milder phenotypes. Eventually, we have cultivated myoblasts and myotubes of patients with LPIN1 mutations in order to study the mechanisms of the rhabdomyolysis. Lipin1-deficient myoblasts have a drastically decreased PAP1 activity and an accumulation of lipid droplets. The expression level of target genes of the transcription factors co-activated by lipin1 (PPARδ, PPARα, PGC1α, acyl-Coenzyme A very long chain dehydrogenase (ACADVL), carnitine palmitoyl-transferase 1B and 2 (CPT1B and CPT2)) are similar to controls, whereas the level of lipin2 is increased. Transcriptomic analysis of myotube cultures have identified in patients 19 under-expressed genes and 51 over-expressed ones, notably ACACB, which encodes Accβ (acetyl-CoA carboxylase β), key enzyme of the balance between fatty acid synthesis and FAO. ACACB invalidation by siRNA in lipin1-deficient myoblasts decreases the number of lipid droplets, comforting the link between ACACB over-expression and free fatty acid accumulation in patients. However, the level of malonyl-CoA, product of Accβ, and CPT1 activity (limitative step of FAO, inhibited by malonyl-CoA), are similar between myoblasts of patients and controls. But treatment of the cultures with an association of tumor necrosis factor α and interleukin-1 β (TNFα + IL-1β), chosen for mimicking pro-inflammatory conditions of acute infections, leads to a further increase of the level of malonyl-CoA, a decrease of CPT1 activity and an increase of lipid droplets accumulation in patients. In total, our data show that LPIN1 is an important cause of inherited rhabdomyolysis. Lipin1 deficiency leads to a disturbance of the lipidic metabolism, via ACACB over-expression, which is exacerbated in pro-inflammatory conditions. Our results suggest that the consequences of lipin1 deficiency are counterbalanced by adaptative mechanisms which are sufficient at basal state, but insufficient for the metabolic request induced by environmental stresses, such as infections, leading to the rhabdomyolyses. Next step is the study of adipose tissue and the establishment of the inflammatory signature of the patients, in order to determine if this new disease is an auto-inflammatory pathology.

Acetyl-CoA carboxylase (ACC) catalyzes the formation of malnoyl-CoA, which in turn controls the rate of fatty acid metabolism. ACC beta or 2 has been shown to be localized on the mitochondria in close proximity to carnintine palmitoyl transferase 1 (CPT-1), the enzyme responsible for the influx of acyl-CoA into the matrix where beta oxidation takes place. CPT-1 is inhibited by malonyl-CoA produced by ACC. It has been well documented that AMP activated kinase (AMPK) when activated phosphorylates and inactivates ACC. ACC is controlled allosterically by citrate, which activates, and by palmitoyl-COA, which inhibits. In this study, we asked the question, "Does phosphorylation by AMPK effect the inhibition of ACC by palmitoyl-CoA?" ACC was isolated and then subjected to phosphorylation and activity was measured in varying concentrations of acetyl-CoA and citrate. Phosphoryation reduced the substrate (acetyl-CoA) saturation activity curves for ACC at all levels of palmitoyl-CoA. The Ki for palmitoyl-CoA inhibition of ACC was reduced from 1.7 ± 0.25 µM to 0.85 ± 0.13 uM (p<0.05) as a consequence of phosphorylation. In addition the citrate activation curves for ACC were greatly reduced in the presence of palmitoyl-CoA. The data show that skeletal muscle ACC or ACC-beta is more potently inhibited by palmitoyl-CoA after phosphorylation by AMPK. During long-term exercise when AMPK is activated and muscle palmitoyl-CoA is elevated this may contribute to the low malonyl-CoA and increased fatty acid oxidation.

While metabolic enzymes inside the cell nucleus were initially considered “contaminants”, recent evidence has shown that these fulfill essential functions in epigenetic regulation. Indeed a model is emerging in which local metabolite pools influence various nuclear processes. In this model, the subcellular distribution and organization of metabolic factors have a crucial role in the complex logic and regulation of nuclear functions. Cancer cells exploit nuclear metabolic enzymes to alter the synthesis and utilization of metabolites that sustain their transcriptional programs allowing their abnormal proliferation. Understanding the precise molecular mechanisms that modulate the distribution of nuclear metabolic enzymes and their related biological functions has the potential to uncover novel therapeutic vulnerabilities of malignant cells. Here, we describe an unexpected subcellular distribution of acetyl-CoA carboxylase alpha (ACC1), the rate-limiting enzyme of de novo fatty acid synthesis. We found that in cancer cells, ACC1 is not restricted to the cytoplasm. Instead, at mitosis and after the nuclear envelope breakdown, it transiently redistributes into filament-like structures that contact condensed chromosomes. Simultaneous profiling of protein-protein and -DNA interactions defined ACC1 association with different factors associated with the cellular machinery that modulates chromosome segregation, including the centromere, the kinetochore, and the fibrous corona. Inducible depletion of ACC1 resulted in altered mitotic progression and accumulation of chromosome segregation defects – effects that are abolished only with the reconstituted expression of catalytically active mutants of ACC1 but not its inactive counterparts. We further found that the abundance of malonyl-CoA – the main product of ACC1 enzymatic activity – gradually increases towards the onset of mitosis, being a significant determinant for histone malonylation. Overall we uncovered a previously unknown function of ACC1 in modulating mitotic progression and chromosome segregation. Our findings support a model where local niches of malonyl-CoA might act as signal molecules for faithful chromosome segregation.

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Les rhabdomyolyses correspondent à la destruction de fibres musculaires striées squelettiques et mettent en jeu le pronostic vital. La principale cause génétique est liée à un défaut d'oxydation des acides gras ; néanmoins, plus de la moitié des cas n'ont pas de cause identifiée. En 2008, des mutations du gène LPIN1 ont été rapportées comme une nouvelle étiologie de rhabdomyolyse de transmission autosomique récessive. La protéine lipin1 a une double fonction : un rôle de PAP1 intervenant dans la synthèse du triacylglycérol et des phospholipides membranaires ; un rôle de co-activateur transcriptionnel en association avec les PPARs et PGC1α pour réguler de nombreux gènes impliqués dans le métabolisme, dont certains de l'OAG. Lipin1 a deux homologues, lipin2 et lipin3, qui possèdent une activité PAP1 et un site de fixation à des récepteurs nucléaires tels que les PPARs. Nous avons montré que les mutations de LPIN1 rendent compte de plus de 50% des cas de rhabdomyolyse sévère de la petite enfance, une fois écarté le diagnostic de déficit de l'OAG. Une délétion intragénique en phase a été fréquemment identifiée chez les Caucasiens. Nous avons montré qu'il s'agissait d'un probable effet fondateur et que cette délétion est délétère. En effet, à l'inverse de la forme normale de lipin1, la forme délétée est incapable de complémenter la levure pah1, déficiente pour l'homologue de LPIN1. Nous avons ensuite étudié, dans une série de 171 patients, l'implication de LPIN1 dans des pathologies musculaires moins sévères, ainsi que le rôle des deux homologues LPIN2 et LPIN3. Les mutations de LPIN1 sont impliquées dans les rhabdomyolyses sévères et précoces uniquement et les accès de rhabdomyolyse ont toujours un facteur déclenchant, le principal étant les infections aiguës fébriles. Aucune altération majeure de LPIN2 et de LPIN3 n'a été identifiée, même dans des phénotypes modérés. Enfin, nous avons cultivé des myoblastes et des myotubes de patients avec mutations de LPIN1 afin d'étudier les mécanismes de rhabdomyolyse. Les myoblastes déficients en lipin1 ont une activité PAP1 très diminuée et une accumulation de gouttelettes lipidiques. Le niveau d'expression des gènes cibles des facteurs de transcription co-activés par lipin1 (PPARδ, PPARα, PGC1α, ACADVL, CPT1B and CPT2) sont inchangés par rapport aux contrôles, alors que le niveau de lipin2 est augmenté. L'analyse transcriptomique sur cultures de myotubes a identifié chez les patients 19 gènes sous-exprimés et 51 sur-exprimés, notamment ACACB, qui code pour Accβ, enzyme clé de la balance synthèse d'acides gras/OAG. L'invalidation d'ACACB par siRNA dans des myoblastes déficients en lipin1 diminue le nombre de gouttelettes lipidiques, confirmant le lien entre la sur-expression d'ACACB et l'accumulation d'acides gras libres chez les patients. Cependant, le taux de malonyl-CoA, produit d'Accβ, et l'activité CPT1 (étape limitatrice de l'OAG, inhibée par le malonyl-CoA), sont comparables entre myoblastes de patients et de contrôles. Néanmoins, le traitement des cultures par l'association de tumor necrosis factor alpha et d'interleukine-1 β, choisis pour simuler les conditions pro-inflammatoires des infections aiguës, entraîne une augmentation encore plus poussée du taux de malonyl-CoA, une diminution de l'activité CPT1 et une augmentation de l'accumulation de gouttelettes lipidiques chez les patients. Au total, nos données placent LPIN1 comme une cause importante de rhabdomyolyse héréditaire. Le déficit en lipin1 entraine une perturbation du métabolisme lipidique, via une sur-expression d'ACACB, qui est exacerbée en conditions pro-inflammatoires. Nos résultats suggèrent que les conséquences du déficit en lipin1 sont compensées par des mécanismes d'adaptation suffisants en condition normale, mais insuffisants pour la demande métabolique induite par des stress environnementaux comme l'infection, conduisant aux rhabdomyolyses.

Polyketide products are useful compounds to research and industry but can be difficult to access due to their richness in stereogenic centers. Type I polyketide synthases offer unique engineering opportunities to access natural stereocontrol and resultant complex compounds. The development of a controlled in vitro platform based around type I polyketide synthases is described. It has been used to produce a small library of polyketide fragments on an unprecedented and synthetically-relevant scale and explore polyketide synthase enzymology. / text