L’expansion des maladies métaboliques dans les sociétés modernes exige plus d’activités de recherche afin d’augmenter notre compréhension des mécanismes et l’identification de nouvelles cibles d’interventions cliniques. L’obésité, la résistance à l’insuline (RI) et la dyslipidémie, en particulier sont tous des facteurs de risque associés à la pathogenèse du diabète de type 2 (DT2) et des maladies cardiovasculaires. Ainsi, la dyslipidémie postprandiale, notamment la surproduction des lipoprotéines hépatiques et intestinales, contribue d’une façon significative à l’hypertriglycéridémie. Quoique plusieurs études cliniques et fondamentales chez l’homme et les modèles animaux aient mis en évidence les rôles importants joués par le foie et l’intestin dans la dyslipidémie, les mécanismes moléculaires en cause ne sont pas bien élucidés. L’une des voies principales régulant le métabolisme lipidique est la voie de la protéine kinase AMPK. L’épuisement de l’ATP intracellulaire entraîne une activation de l’AMPK qui va œuvrer pour rétablir l’équilibre énergétique en stimulant des voies génératrices d’ATP et en inhibant des voies anaboliques consommatrices d’ATP. Les effets positifs de l’activation de l’AMPK comprennent l’augmentation de la sensibilité à l’insuline dans les tissus périphériques, la réduction de l’hyperglycémie et la réduction de la lipogenèse, d’où son importance dans les interventions cliniques pour la correction des dérangements métaboliques. Il est à souligner que le rôle de l’AMPK dans le foie et l’intestin semble plus complexe et mal compris. Ainsi, la voie de signalisation de l’AMPK n’est pas bien élucidée dans les situations pathologiques telles que le DT2, la RI et l’obésité. Dans le présent projet, notre objectif consiste à caractériser le rôle de cette voie de signalisation dans la lipogenèse hépatique et dans le métabolisme des lipides dans l’intestin chez le Psammomys obesus, un modèle animal d’obésité, de RI et de DT2. À cette fin, 3 groupes d’animaux sont étudiés (i.e. contrôle, RI et DT2). En caractérisant la voie de signalisation de l’AMPK/ACC dans le foie, nous avons constaté une augmentation de l’expression génique des enzymes clés de la lipogenèse (ACC, FAS, SCD-1 et mGPAT) et des facteurs de transcription (ChREBP, SREBP-1) qui modulent leur niveau d’expression. Nos analyses détaillées ont révélé, par la suite, une nette augmentation de l’expression de l’isoforme cytosolique de l’ACC, ACC1 (impliqué dans la lipogenèse de novo) concomitante avec une invariabilité de l’expression de l’isoforme mitochondrial ACC2 (impliqué dans la régulation négative de la β-oxydation). En dépit d’un état adaptatif caractérisé par une expression protéique et une phosphorylation (activation) élevées de l’AMPKα, l’activité de la kinase qui phosphoryle et inhibe l’ACC reste très élevée chez les animaux RI et DT2. Au niveau de l’intestin grêle des animaux RI et DT2, nous avons démontré que l’augmentation de la lipogenèse intestinale est principalement associée avec une diminution de la voie de signalisation de l’AMPK (i.e. expression protéique et phosphorylation/activation réduites des deux isoformes AMPKα1 et AMPKα2). La principale conséquence de la diminution de l’activité AMPK est la réduction de la phosphorylation de l’ACC. Étant donné que le niveau d’expression totale d’ACC reste inchangé, nos résultats suggèrent donc une augmentation de l’activité des deux isoformes ACC1 et ACC2. En parallèle, nous avons observé une réduction de l’expression protéique et génique de la CPT1 [enzyme clé de la β-oxydation des acides gras (AG)]. L’ensemble de ces résultats suggère une inhibition de l’oxydation des AG concomitante avec une stimulation de la lipogenèse de novo. Enfin, nous avons démontré que l’intestin grêle est un organe sensible à l’action de l’insuline et que le développement de la résistance à l’insuline pourrait altérer les deux voies de signalisation (i.e. Akt/GSK3 et p38MAPK) essentielles dans plusieurs processus métaboliques. En conclusion, nos résultats indiquent que l’augmentation de la lipogenèse qui contribue pour une grande partie à la dyslipidémie dans la résistance à l’insuline et le diabète serait due, en partie, à des défauts de signalisation par l’AMPK. Nos observations illustrent donc le rôle crucial du système AMPK au niveau hépatique et intestinal, ce qui valide l’approche thérapeutique consistant à activer l’AMPK pour traiter les maladies métaboliques. / Understanding the cellular mechanisms involved in the development of insulin resistance, and later on the occurrence of type 2 diabetes and its metabolic complications, is a perquisite step toward the identification of new therapeutic targets to fight against the development of these metabolic diseases. In the present studies, we used the gerbil Psammomys obesus, a well-established animal model of obesity, insulin resistance (IR) and type 2 diabetes (T2D), to characterize the hepatic and intestinal signaling abnormalities associated with lipid metabolism disorders during the pathogenesis of IR and T2D. Thus, we are able to demonstrate that the development of these metabolic diseases in Psammomys obesus animals, is accompanied by increased hepatic and intestinal lipogenesis with very high efficiency to form triglycerides rich-lipoproteins. In the liver, we observed an increase in mRNA levels of key lipogenic enzymes (ACC, FAS, SCD-1 and mGPAT) and transcription factors (SREBP-1, ChREBP), which modulate the expression level of lipogenic enzymes. Thereafter, our detailed analysis of the AMPK/ACC signaling pathway revealed a rise in the gene expression of the cytosolic ACC1 isoform of ACC(involved in de novo lipogenesis) concomitant with a constant expression of the mitochondrial ACC2 (negative regulator of β-oxidation). In spite of an adaptive state characterized by higher protein expression and phosphorylation (activation) of AMPKα, the kinase that phosphorylates and inhibits ACC, the activity of the later remains very high in IR and T2D animals. In the small intestine of IR and T2D animals, we demonstrated that the increase in intestinal lipogenesis is mainly associated with a decrease of AMPK signaling pathway (i.e. reduced expression and protein phosphorylation/activation of the two AMPKα1 and AMPKα2 isoforms). The main consequence of the decline in AMPK activity is the reduction of ACC phosphorylation. Given that, the expression levels of ACC remain unchanged; our results thus suggest an increased activity of both ACC isoforms, ACC1 and ACC2. Next, we observed a reduction in protein and gene expression of CPT1 [key enzyme in fatty acid (FA) β-oxidation]. Taken together, these results suggest an inhibition of FA β-oxidation concomitant with a stimulation of de novo lipogenesis. Finally, we demonstrated that the small intestine is an insulin sensitive organ and that the development of IR affects two signaling pathways (i.e. Akt/GSK3 and p38MAPK) essentials for several metabolic processes. In conclusion, our results indicate that increased lipogenesis, in IR and T2D, which exacerbate the dyslipidemia associated with these diseases, might be, at least partially, a result of AMPK signaling defects. In addition, our observations illustrate the crucial role of AMPK/ACC in the liver and intestine and validate AMPK as a potential target to treat the metabolic diseases.

Submitted by (edna.saturno@ufrpe.br) on 2017-02-09T12:26:22Z No. of bitstreams: 1 Cesar Calzavara da Nobrega.pdf: 415393 bytes, checksum: db5c9d74b18ae233d83588a5ae11360c (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-09T12:26:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cesar Calzavara da Nobrega.pdf: 415393 bytes, checksum: db5c9d74b18ae233d83588a5ae11360c (MD5) Previous issue date: 2010-12-06 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The fish known as tuna are highly valued in oriental cuisine, the Bigeye tuna (Thunnus obesus) one of the most important species commercially. The quality of tuna is evaluated by various parameters such as meat quality, freshness, texture and fat. Many factors related to capture, as days of onboard storage, months of the year, captured alive or dead, weight and year were related to the purpose of identifying those that affect quality. Therefore, to relate these factors were used a database composed of 21,908 Bigeye tuna, from longline vessels based in Natal, Rio Grande in the North, from January 2007 to April 2010. The quality of Bigeye tuna (meat quality, freshness, texture and fat) were related to the parameters of fish using multiple linear regression analysis in which predictor variables were entered into the model by stepwise procedure (F> 4) . According to this technique it was confirmed that loading live positively affects the quality of the species studied, the amount of storage days was inversely proportional to the quality of the meat, the freshness and texture, that the quality variation between the months the year has two moments of quality reduction, ie in March, April and May, with another fall in November, that quality was higher in the months from December to February and in August and that the greater weight of fish tend to have better quality in all aspects. / Os peixes denominados atuns são bastante apreciados na culinária oriental, sendo a Albacora bandolim (Thunnus obesus) uma das espécies mais importantes comercialmente. A qualidade dos atuns é avaliada por diversos parâmetros como qualidade da carne, frescor, textura e gordura. Diversos fatores inerentes à captura, como dias de armazenamento a bordo, meses do ano, condição de embarque se vivo ou morto, peso e ano foram relacionados com o objetivo de identificar os que interferem na sua qualidade. Portanto, para relacionar esses fatores foram utilizados um banco de dados composto por 21.908 dados de Albacora bandolim, oriundos de embarcações espinheleiras sediadas em Natal, Rio Grande no Norte, do período de janeiro de 2007 a abril de 2010. A qualidade da Albacora bandolim (qualidade da carne, frescor, textura e gordura) foram relacionados com os parâmetros pesqueiros utilizando-se de análise de regressão linear múltipla,em que as variáveis preditoras foram inseridas no modelo pelo processo de Stepwise (F>4). De acordo com essa técnica confirmouse que o embarque vivo interfere positivamente na qualidade da espécie estudada; que a quantidade de dias de armazenamento foi inversamente proporcional à qualidade da carne, ao frescor e à textura; que a variação da qualidade em relação aos meses do ano apresenta dois momentos de redução de qualidade, ou seja, em março, abril e maio, com nova queda em novembro; que a qualidade foi superior nos meses de dezembro a fevereiro, bem como em agosto e que os peixes de maior peso tendem a apresentar melhor qualidade em todos os aspectos.

L’expansion des maladies métaboliques dans les sociétés modernes exige plus d’activités de recherche afin d’augmenter notre compréhension des mécanismes et l’identification de nouvelles cibles d’interventions cliniques. L’obésité, la résistance à l’insuline (RI) et la dyslipidémie, en particulier sont tous des facteurs de risque associés à la pathogenèse du diabète de type 2 (DT2) et des maladies cardiovasculaires. Ainsi, la dyslipidémie postprandiale, notamment la surproduction des lipoprotéines hépatiques et intestinales, contribue d’une façon significative à l’hypertriglycéridémie. Quoique plusieurs études cliniques et fondamentales chez l’homme et les modèles animaux aient mis en évidence les rôles importants joués par le foie et l’intestin dans la dyslipidémie, les mécanismes moléculaires en cause ne sont pas bien élucidés. L’une des voies principales régulant le métabolisme lipidique est la voie de la protéine kinase AMPK. L’épuisement de l’ATP intracellulaire entraîne une activation de l’AMPK qui va œuvrer pour rétablir l’équilibre énergétique en stimulant des voies génératrices d’ATP et en inhibant des voies anaboliques consommatrices d’ATP. Les effets positifs de l’activation de l’AMPK comprennent l’augmentation de la sensibilité à l’insuline dans les tissus périphériques, la réduction de l’hyperglycémie et la réduction de la lipogenèse, d’où son importance dans les interventions cliniques pour la correction des dérangements métaboliques. Il est à souligner que le rôle de l’AMPK dans le foie et l’intestin semble plus complexe et mal compris. Ainsi, la voie de signalisation de l’AMPK n’est pas bien élucidée dans les situations pathologiques telles que le DT2, la RI et l’obésité. Dans le présent projet, notre objectif consiste à caractériser le rôle de cette voie de signalisation dans la lipogenèse hépatique et dans le métabolisme des lipides dans l’intestin chez le Psammomys obesus, un modèle animal d’obésité, de RI et de DT2. À cette fin, 3 groupes d’animaux sont étudiés (i.e. contrôle, RI et DT2). En caractérisant la voie de signalisation de l’AMPK/ACC dans le foie, nous avons constaté une augmentation de l’expression génique des enzymes clés de la lipogenèse (ACC, FAS, SCD-1 et mGPAT) et des facteurs de transcription (ChREBP, SREBP-1) qui modulent leur niveau d’expression. Nos analyses détaillées ont révélé, par la suite, une nette augmentation de l’expression de l’isoforme cytosolique de l’ACC, ACC1 (impliqué dans la lipogenèse de novo) concomitante avec une invariabilité de l’expression de l’isoforme mitochondrial ACC2 (impliqué dans la régulation négative de la β-oxydation). En dépit d’un état adaptatif caractérisé par une expression protéique et une phosphorylation (activation) élevées de l’AMPKα, l’activité de la kinase qui phosphoryle et inhibe l’ACC reste très élevée chez les animaux RI et DT2. Au niveau de l’intestin grêle des animaux RI et DT2, nous avons démontré que l’augmentation de la lipogenèse intestinale est principalement associée avec une diminution de la voie de signalisation de l’AMPK (i.e. expression protéique et phosphorylation/activation réduites des deux isoformes AMPKα1 et AMPKα2). La principale conséquence de la diminution de l’activité AMPK est la réduction de la phosphorylation de l’ACC. Étant donné que le niveau d’expression totale d’ACC reste inchangé, nos résultats suggèrent donc une augmentation de l’activité des deux isoformes ACC1 et ACC2. En parallèle, nous avons observé une réduction de l’expression protéique et génique de la CPT1 [enzyme clé de la β-oxydation des acides gras (AG)]. L’ensemble de ces résultats suggère une inhibition de l’oxydation des AG concomitante avec une stimulation de la lipogenèse de novo. Enfin, nous avons démontré que l’intestin grêle est un organe sensible à l’action de l’insuline et que le développement de la résistance à l’insuline pourrait altérer les deux voies de signalisation (i.e. Akt/GSK3 et p38MAPK) essentielles dans plusieurs processus métaboliques. En conclusion, nos résultats indiquent que l’augmentation de la lipogenèse qui contribue pour une grande partie à la dyslipidémie dans la résistance à l’insuline et le diabète serait due, en partie, à des défauts de signalisation par l’AMPK. Nos observations illustrent donc le rôle crucial du système AMPK au niveau hépatique et intestinal, ce qui valide l’approche thérapeutique consistant à activer l’AMPK pour traiter les maladies métaboliques. / Understanding the cellular mechanisms involved in the development of insulin resistance, and later on the occurrence of type 2 diabetes and its metabolic complications, is a perquisite step toward the identification of new therapeutic targets to fight against the development of these metabolic diseases. In the present studies, we used the gerbil Psammomys obesus, a well-established animal model of obesity, insulin resistance (IR) and type 2 diabetes (T2D), to characterize the hepatic and intestinal signaling abnormalities associated with lipid metabolism disorders during the pathogenesis of IR and T2D. Thus, we are able to demonstrate that the development of these metabolic diseases in Psammomys obesus animals, is accompanied by increased hepatic and intestinal lipogenesis with very high efficiency to form triglycerides rich-lipoproteins. In the liver, we observed an increase in mRNA levels of key lipogenic enzymes (ACC, FAS, SCD-1 and mGPAT) and transcription factors (SREBP-1, ChREBP), which modulate the expression level of lipogenic enzymes. Thereafter, our detailed analysis of the AMPK/ACC signaling pathway revealed a rise in the gene expression of the cytosolic ACC1 isoform of ACC(involved in de novo lipogenesis) concomitant with a constant expression of the mitochondrial ACC2 (negative regulator of β-oxidation). In spite of an adaptive state characterized by higher protein expression and phosphorylation (activation) of AMPKα, the kinase that phosphorylates and inhibits ACC, the activity of the later remains very high in IR and T2D animals. In the small intestine of IR and T2D animals, we demonstrated that the increase in intestinal lipogenesis is mainly associated with a decrease of AMPK signaling pathway (i.e. reduced expression and protein phosphorylation/activation of the two AMPKα1 and AMPKα2 isoforms). The main consequence of the decline in AMPK activity is the reduction of ACC phosphorylation. Given that, the expression levels of ACC remain unchanged; our results thus suggest an increased activity of both ACC isoforms, ACC1 and ACC2. Next, we observed a reduction in protein and gene expression of CPT1 [key enzyme in fatty acid (FA) β-oxidation]. Taken together, these results suggest an inhibition of FA β-oxidation concomitant with a stimulation of de novo lipogenesis. Finally, we demonstrated that the small intestine is an insulin sensitive organ and that the development of IR affects two signaling pathways (i.e. Akt/GSK3 and p38MAPK) essentials for several metabolic processes. In conclusion, our results indicate that increased lipogenesis, in IR and T2D, which exacerbate the dyslipidemia associated with these diseases, might be, at least partially, a result of AMPK signaling defects. In addition, our observations illustrate the crucial role of AMPK/ACC in the liver and intestine and validate AMPK as a potential target to treat the metabolic diseases.

réalisé en cotutelle avec l'Université Claude Bernard Lyon 1 / La physiopathologie du diabète de type II se caractérise par de sévères anomalies métaboliques telles que l’hyperglycémie et les dyslipidémies contribuant au développement des maladies cardiovasculaires. Une altération de l’activité de l’AMPK dans les tissus tels que le muscle squelettique et le foie est associée à ces désordres métaboliques alors que son activation pharmacologique permet de les rétablir. Toutefois, le complexe hétérotrimérique αβγ tissu-spécifique de l’AMPK confère une régulation et des rôles distincts qui demeurent inexplorés dans l’intestin, un organe favorisant pourtant l’augmentation de l’absorption des nutriments en situation de diabète de type II. La présente étude démontre une prépondérance du complexe α1β2γ1 de l’AMPK dans les cellules intestinales Caco-2 dont l’un des rôles de la sous-unité α1 est de réguler l’ACC, l’enzyme de synthèse des acides gras. Contrairement à l’AMPK exprimée dans le foie, elle ne régule pas l’HMG-CoA Réductase impliquée dans la synthèse du cholestérol. L’activation de l’AMPK mime l’effet de l’insuline en réduisant l’absorption intestinale du glucose et des lipides alors que son altération en situation d’insulino-résistance (e.g : induite par le 4-HHE dans un modèle cellulaire Caco-2 ou induite par la diète dans le modèle animal Psammomys obesus) favorise l’absorption du glucose et des lipides, ce qui exacerberait l’hyperglycémie et la dyslipidémie postprandiale associées au diabète de type II. L’AMPK au niveau intestinal constitue donc une cible thérapeutique potentielle complémentaire pour la prévention et le traitement du diabète de type II. / Physiopathology of type II Diabetes is characterized by severe metabolic abnormalities such as hyperglycemia and dyslipidemia also implicated in development of cardiovascular diseases. Impaired AMPK activity in tissues such as skeletal muscle and liver is associated with these metabolic disorders whereas its pharmacologic activation is able to restore such abnormalities. Nevertheless, tissue-specific heterotrimeric αβγ AMPK likely confers distinct roles and regulation that remain unexplored in intestine, an organ promoting enhanced nutrients absorption in type II diabetes situation. This study demonstrates α1β2γ1 AMPK complex preponderance in intestinal Caco-2 cells whose α1 subunit role is to regulate ACC enzyme responsible of fatty acid synthesis. Unlike in the liver, AMPK doesn’t regulate HMG-CoA reductase enzyme implicated in cholesterol synthesis. AMPK activation mimics insulin effect by reducing intestinal glucose and lipids absorption whereas its alteration in insulin-resistance situation (e.g.: induced by 4-HHE in Caco-2 cell model or in Psammomys obesus animal model) enhances glucose and lipids absorption which could exacerbate postprandial hyperglycemia and dyslipidemia associated to type II diabetes. Thus, AMPK at the intestinal level could be a potential therapeutic target in prevention and treatment of type II diabetes.

La physiopathologie du diabète de type II se caractérise par de sévères anomalies métaboliques telles que l’hyperglycémie et les dyslipidémies contribuant au développement des maladies cardiovasculaires. Une altération de l’activité de l’AMPK dans les tissus tels que le muscle squelettique et le foie est associée à ces désordres métaboliques alors que son activation pharmacologique permet de les rétablir. Toutefois, le complexe hétérotrimérique αβγ tissu-spécifique de l’AMPK confère une régulation et des rôles distincts qui demeurent inexplorés dans l’intestin, un organe favorisant pourtant l’augmentation de l’absorption des nutriments en situation de diabète de type II. La présente étude démontre une prépondérance du complexe α1β2γ1 de l’AMPK dans les cellules intestinales Caco-2 dont l’un des rôles de la sous-unité α1 est de réguler l’ACC, l’enzyme de synthèse des acides gras. Contrairement à l’AMPK exprimée dans le foie, elle ne régule pas l’HMG-CoA Réductase impliquée dans la synthèse du cholestérol. L’activation de l’AMPK mime l’effet de l’insuline en réduisant l’absorption intestinale du glucose et des lipides alors que son altération en situation d’insulino-résistance (e.g : induite par le 4-HHE dans un modèle cellulaire Caco-2 ou induite par la diète dans le modèle animal Psammomys obesus) favorise l’absorption du glucose et des lipides, ce qui exacerberait l’hyperglycémie et la dyslipidémie postprandiale associées au diabète de type II. L’AMPK au niveau intestinal constitue donc une cible thérapeutique potentielle complémentaire pour la prévention et le traitement du diabète de type II. / Physiopathology of type II Diabetes is characterized by severe metabolic abnormalities such as hyperglycemia and dyslipidemia also implicated in development of cardiovascular diseases. Impaired AMPK activity in tissues such as skeletal muscle and liver is associated with these metabolic disorders whereas its pharmacologic activation is able to restore such abnormalities. Nevertheless, tissue-specific heterotrimeric αβγ AMPK likely confers distinct roles and regulation that remain unexplored in intestine, an organ promoting enhanced nutrients absorption in type II diabetes situation. This study demonstrates α1β2γ1 AMPK complex preponderance in intestinal Caco-2 cells whose α1 subunit role is to regulate ACC enzyme responsible of fatty acid synthesis. Unlike in the liver, AMPK doesn’t regulate HMG-CoA reductase enzyme implicated in cholesterol synthesis. AMPK activation mimics insulin effect by reducing intestinal glucose and lipids absorption whereas its alteration in insulin-resistance situation (e.g.: induced by 4-HHE in Caco-2 cell model or in Psammomys obesus animal model) enhances glucose and lipids absorption which could exacerbate postprandial hyperglycemia and dyslipidemia associated to type II diabetes. Thus, AMPK at the intestinal level could be a potential therapeutic target in prevention and treatment of type II diabetes. / réalisé en cotutelle avec l'Université Claude Bernard Lyon 1

La physiopathologie du diabète de type II se caractérise par de sévères anomaliesmétaboliques telles que l'hyperglycémie et les dyslipidémies contribuant au développementdes maladies cardiovasculaires. Une altération de l'activité de l'AMPK dans les tissus tels quele muscle squelettique et le foie est associée à ces désordres métaboliques alors que sonactivation pharmacologique permet de les rétablir. Toutefois, le complexe hétérotrimériqueαβγ tissu-spécifique de l'AMPK confère une régulation et des rôles distincts qui demeurentinexplorés dans l'intestin, un organe favorisant pourtant l'augmentation de l'absorption desnutriments en situation de diabète de type II. La présente étude démontre une prépondérancedu complexe α1β2γ1 de l'AMPK dans les cellules intestinales Caco-2 dont l'un des rôles de lasous-unité α1 est de réguler l'ACC, l'enzyme de synthèse des acides gras. Contrairement àl'AMPK exprimée dans le foie, elle ne régule pas l'HMG-CoA Réductase impliquée dans lasynthèse du cholestérol. L'activation de l'AMPK mime l'effet de l'insuline en réduisantl'absorption intestinale du glucose et des lipides alors que son altération en situationd'insulino-résistance (e.g : induite par le 4-HHE dans un modèle cellulaire Caco-2 ou induitepar la diète dans le modèle animal Psammomys obesus) favorise l'absorption du glucose etdes lipides, ce qui exacerberait l'hyperglycémie et la dyslipidémie postprandiale associées audiabète de type II. L'AMPK au niveau intestinal constitue donc une cible thérapeutiquepotentielle complémentaire pour la prévention et le traitement du diabète de type II.