Die Migration und Proliferation vaskulärer Zellen spielt eine entscheidende Rolle in der Pathogenese atherosklerotischer Gefäßwandveränderungen und trägt zudem in hohem Maße zu restenosebedingten Komplikationen interventioneller Therapien der Atherosklerose bei. Dies bedingt ein großes Interesse an pharmakologischen Interventionsmöglichkeiten zur Prävention / Therapie atherosklerotischer und restenotischer vaskulärer Läsionen. Dabei kommen neben lokal applizierbaren Substanzgruppen insbesondere Pharmaka in Betracht, die bereits Anwendung zur Behandlung metabolischer Risikofaktoren kardiovaskulärer Erkrankungen finden. Hierzu gehören insbesondere die oralen Antidiabetika vom Typ der Thiazolidindeone, die als Liganden für den "Peroxisome Proliferator-Activated Receptor gamma" (PPARg) agieren. PPARs sind eine Gruppe neuer Regulatoren der Genexpression, für die in den vergangenen Jahren eine Reihe vaskulärer Wirkungen nachgewiesen wurden. Wir konnten zeigen, daß die Proliferation und Migration von Gefäßmuskelzellen durch PPARg-Liganden gehemmt wird. Untersuchungen zu den beteiligten Signalübertragungsschritten ergaben, daß die pharmakologische Aktivierung von PPARg in Gefäßmuskelzellen insbesondere die durch die Mitogen-aktivierten Protein Kinasen ERK1/2 vermittelte Signaltransduktion beeinflußt. Diesbezüglich haben wir nachgewiesen, daß PPARg in Gefäßmuskelzellen die mitogene Signaltransduktion via ERK1/2 MAPK -> Elk-1 -> c-fos und die chemotaktische Signalübertragung via ERK1/2 MAPK -> Ets-1 -> Matrixmetalloproteinase-9 hemmt. Wir konnten ferner zeigen, daß PPARg-Liganden die Endothelzellmigration hemmen, die durch die Neovaskularisation atherosklerotischer Plaques und der damit verbundenen erhöhten Vulnerabilität einer Plaqueruptur eine Rolle in der Pathobiologie der Atherosklerose spielt. Diese migrationshemmende Wirkung der PPARg-Liganden basiert vermutlich auf einer Inhibition der für die Endothelzellmigration erforderlichen Signaltransduktion über den PI3 Kinase -> Akt -> eNOS Pathway. Die Inhibition dieses Signalwegs könnte die Folge der von uns beobachteten PPARg-Ligand-induzierten Expression der Phosphatase PTEN sein, die den PI3K -> Akt Signalweg negativ reguliert und die Aktivierung und Phosphorylierung von Akt inhibiert. Somit haben PPARg-aktivierende Liganden eine wichtige Funktion in der Behandlung der metabolischen Hauptrisikofaktoren kardiovaskulärer Erkrankungen, spielen aber gleichzeitig eine vermutlich ebenso wichtige Rolle in der Protektion atherosklerotischer und restenosebedingter Gefäßwandveränderungen durch direkte vaskuläre Effekte. / Migration and proliferation of vascular cells not only play an important role in the pathogenesis of atherosclerotic lesion formation, but also contribute to restenosis after therapeutic angioplasty. Therefore, pharmacological strategies for the prevention and/or treatment of atherosclerotic and restenotic vascular lesions are of great clinical interest. This involves substances that can be locally administered via stents, as well as agents that are already in clinical use for the treatment of metabolic risk factors. Among the latter, antidiabetic thiazolidinediones which function as ligands for the "peroxisome proliferator-activated receptor gamma" (PPARg), have been identified as promising drugs to target vascular lesion formation. PPARs constitute a group of novel regulators of gene expression, that exert several vascular effects. We report that vascular smooth muscle cell proliferation and migration is inhibited by PPARg-ligands. Investigating the signalling steps that are involved, we find that pharmacological activation of PPARg interferes with signal transduction through the mitogen-activated protein kinases ERK1/2 in vascular smooth muscle cells. We demonstrate that PPARg inhibits mitogenic signal transduction via ERK1/2 MAPK -> Elk-1 -> c-fos and also blocks chemotactic signalling through the ERK1/2 MAPK -> Ets-1 -> matrix metalloproteinase-9 pathway in vascular smooth muscle cells. We also showed that PPARg-ligands inhibit endothelial cell migration, which participates in the neovascularization of atherosclerotic plaques, thereby contributing to plaque destabilization and increased risk of plaque hemorrhage. This antimigratory action of PPARg-ligands results from an inhibition of signal transduction via PI3 Kinase -> Akt -> eNOS, a pathway that is crucial for endothelial cell migration. Since we observed a PPARg-ligand-induced upregulation of PTEN, a phosphatase that negatively regulates the PI3K -> Akt signalling pathway, this might constitute the mechanism by which PPARg-ligands inhibit endothelial cell migration. In conclusion, PPARg-activating ligands may provide a dual benefit in cardiovascular disease by ameliorating metabolic risk factors, as well as protecting the vasculature from atherosclerotic and restenotic alterations through direct vascular effects.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les macrophages associés aux tumeurs (TAMs) proviennent des monocytes circulants attirés par l'inflammation chronique due à la tumeur. Ces monocytes vont se différencier en une variété de macrophages en fonction des médiateurs présents dans le microenvironnement tumoral. Ainsi, il est admis que les macrophages peuvent stimuler la croissance tumorale (macrophages classiquement appelés M2), mais peuvent aussi reconnaitre et éliminer spécifiquement les cellules transformées (macrophages M1). Cette dichotomie fonctionnelle est dépendante du stade de développement cancéreux et plus spécifiquement de l'évolution du microenvironnement tumoral. De manière générale, l'infiltration et la densité élevée des TAMs au niveau de la tumeur sont corrélées à un mauvais pronostic et de ce fait les TAMs sont considérés comme une cible thérapeutique importante. Dans ce travail de thèse, nous nous sommes attachés dans un premier temps à caractériser le phénotype et les fonctions des macrophages au cours de l'évolution de la tumeur. La mise en place d'un modèle murin préclinique de lymphome T (cellules EL4) nous a permis de montrer que les macrophages présents à un stade tardif du développement tumoral, sont capables de stimuler la prolifération des cellules tumorales. Ces macrophages produisent des facteurs pro-angiogéniques, comme le TGF-ß, et immunosuppresseurs, comme l'IL-6, l'IL-10 et l'Indoléamine dioxygénase (IDO). De manière intéressante, nous avons démontré la capacité de l'IL-6, sécrétée en grande quantité dans l'ascite tumorale, à induire la différenciation des macrophages résidents en macrophages M2 pro-tumoraux. Inversement, nous avons montré que des macrophages murins résidents activés par l'IFN-? ou l'IL-13, cytokines non présentes dans l'ascite tumorale, acquièrent un phénotype anti-tumoral. Alors que l'IFN-? est connu pour induire un macrophage M1 présentant un puissant potentiel tumoricide, nous montrons que l'IL-13, qui polarise les macrophages vers un phénotype alternatif (M2), peut aussi différencier les macrophages vers un phénotype anti-tumoral. Dans ce contexte, nous avons étudié les mécanismes anti-tumoraux des macrophages polarisés par l'IL-13 vis-à-vis des cellules lymphoblastoïdes T. De façon originale, nous avons montré que les macrophages activés par l'IL-13 induisent la nécrose des cellules EL4, en produisant des radicaux libres oxygénés (RLO) et en déplétant l'arginine par l'augmentation de l'activité arginase. Nous avons également montré que les récepteurs Mannose et Dectine-1(Récepteurs Lectine de type-C), fortement exprimés par les macrophages activés par l'IL-13, reconnaissent les cellules tumorales et déclenchent la production des RLO en activant la voie Syk-P47phox. Ils induisent aussi la surexpression de l'arginase en activant la libération d'acide arachidonique et la production des HETEs (acide hydroxy-eicosatétraénoïque), agonistes naturels du récepteur nucléaire PPAR?. De plus, nous avons pu valider, in vivo, la capacité de l'IL-13 à reprogrammer les macrophages pro-tumoraux associés au lymphome T vers un phénotype anti-tumoral et à induire une régression de la tumeur. Ces résultats ont été confirmés par la diminution de la charge tumorale des souris porteuses de lymphome T, après un transfert adoptif des macrophages activés par l'IL-13. Enfin, nous avons établi que l'IL-13 active aussi les fonctions anti-tumorales des macrophages dérivés de monocytes humains contre diverses cellules tumorales humaines. Ce travail illustre la complexité du paradigme M1/M2 dans la description des fonctions pro- et anti-tumorales des macrophages. Ainsi, nos travaux démontrent la capacité de l'IL-13 à stimuler les défenses anti-tumorales des macrophages dans le cadre d'un lymphome T. Ce travail montre également que la modulation efficace des récepteurs Mannose et Dectine-1 par l'IL-13 pourrait permettre d'orienter l'interaction " cellules tumorales-macrophages " pour le bénéfice de l'hôte. / Tumor-associated macrophages (TAMs) are derived from circulating monocytes attracted by the chronic inflammation in the tumor. These monocytes differentiate into a variety of macrophages according to the mediators present in tumor microenvironment. Thus, it is known that macrophages can stimulate tumor growth (usually called M2 macrophages) but may also, in other circumstances, specifically recognize and eliminate transformed cells (M1 macrophages). This functional dichotomy is dependent on the stage of cancer development and specifically on tumor microenvironment. In general, the infiltration and the high density of TAMs in the tumor are associated with poor prognosis and consequently, TAMs might be an important therapeutic target. In this work, we first focused on the phenotype and the functions of the macrophages associated to tumor progression. The use of a preclinical mouse model of T-cell lymphoma (EL4 cells) has shown that macrophages associated to the late stage of tumor development stimulate EL4 tumor cell proliferation. These macrophages produce pro-angiogenic factors like TGF-ß and immunosuppressive mediators, such as IL-6, IL-10 and Indoleamine dioxygenase (IDO). Interestingly, we have shown that IL-6, highly secreted in tumor ascites, can improve protumoral functions of resident macrophages. Conversely, murine resident macrophages activated by IFN-? or IL-13, cytokines not detected in the tumor ascites, acquire an antitumor phenotype. While IFN-? is known to induce M1 macrophages with a powerful tumoricidal potential, we report that IL-13, which stimulate alternative phenotype (M2) of macrophages, can induce antitumor functions of macrophages. In this context, we studied the antitumor mechanisms of IL-13-activated macrophages against T-lymphoma cells. We report that IL-13-activated macrophages exert antitumor activity by promoting T-lymphoma cell necrosis through ROS release and arginase induced-L-arginine depletion. In fact, L-arginine degrading enzymes have been suggested as antitumor agents against multiple tumor lineages auxotrophic for L-arginine. We have also shown that the activation of IL-13-activated macrophages antitumor functions is dependent on the tumor cell recognition by mannose and dectin-1 receptors (C-type Lectin Receptors). Indeed, after recognition, these receptors that are overexpressed by IL-13-activated macrophages, activate Syk-P47phox pathway for ROS production and arachidonic acid-HETEs (hydroxy-eicosatetraenoic acid)-PPAR? axis for arginase activity. Moreover, IL-13 improves T-cell lymphoma regression in tumor-bearing mice through its ability to reprogram TAMs toward cytotoxic effectors. This was supported by a decrease of tumor burden in tumor-bearing mice after adoptive transfer of IL-13-activated macrophages. Finally, we established that IL-13 activates human monocyte-derived macrophages to become tumoricidal against various human tumor cells. This work shows the complexity of the M1/M2 paradigm in the description of pro- and antitumor functions of macrophages. Thus, our findings demonstrate the ability of IL-13 to stimulate macrophage antitumor activities, in the context of T-cell lymphoma. This work also suggests that effective modulation of mannose and dectin-1 receptors by IL-13 might shift the "tumor cells-macrophages" interaction for the host benefit.

Apoptosis, a form of genetically programmed cell death, plays a key role in regulation of cellularity of the arterial wall. During atherogenesis, improper apoptosis may cause abnormalities of arterial morphogenesis, wall structural stability, and metabolisms. It has been well established that vascular cells undergo apoptosis after uptake of oxidized low-density lipoprotein (oxLDL). Thus, an analysis of the signaling pathway of apoptotic induction by oxLDL is of value in understanding the development of atherosclerotic plaque. In order to elucidate the signaling pathway of apoptosis induced by oxLDL, we have used Chinese hamster ovary (CHO)-K1 cells treated with a potent oxysterol, 25-hydroxycholesterol (25-OHC). In the present study, we find that oxLDL can induce apoptosis in any cell types if cells present the specific receptors on their surface to take up oxLDL, and that apoptosis-inducing activity is associated with oxysterol components in oxLDL. Oxysterol-induced apoptosis does not involve regulation of sterol regulatory element-binding protein proteolysis pathway. 25-OHC stimulates calcium uptake by CHO-K1 cells within 2 min after addition. Treatment of CHO-K1 cells with the calcium channel blocker nifedipine prevents 25-OHC induction of apoptosis. One possible signal transduction pathway initiated by calcium ion fluxes is the activation of cytosolic phospholipase A2 (cPLA2). We demonstrate that activation of cPLA2 does occur in CHO-K1 treated with 25-OHC. Activation is evidenced by 25-OHC-induced relocalization of cPLA2 to the nuclear envelope and arachidonic acid (AA) release. Loss of cPLA2 activity by treatment with a cPLA2 inhibitor results in an attenuation of AA release as well as of the apoptotic response to 25-OHC in CHO-K1 cells. CPLA2ûmediated liberation of AA leads to the formation of a cyclooxygenase product, probably a prostaglandin, which activates the transcription factor PPARγ and induces apoptosis. We also examined the execution phase of the apoptotic pathway in CHO-K1 cell death induced by 25-OHC. Oxysterol-induced apoptosis in CHO-K1 is accompanied by caspase activation and is preceded by mitochondrial cytochrome C release. Furthermore, treatment with a cPLA2 inhibitor results in an inhibition of caspase-3 activation in CHO-K1 cells. These data provide strong evidence indicating that 25-OHC induces caspase-3-mediated apoptosis via an activation of calcium-dependent cPLA2.

Le cartilage est un tissu conjonctif composé d’une seule sorte de cellule nommée chondrocytes. Ce tissu offre une fondation pour la formation des os. Les os longs se développent par l'ossification endochondral. Ce processus implique la coordination entre la prolifération, la différenciation et l'apoptose des chondrocytes, et résulte au remplacement du cartilage par l'os. Des anomalies au niveau du squelette et des défauts liés à l’âge tels que l’arthrose (OA) apparaissent lorsqu’il y a une perturbation dans l’équilibre du processus de développement. À ce jour, les mécanismes exacts contrôlant la fonction et le comportement des chondrocytes pendant la croissance et le développement du cartilage sont inconnus. Le récepteur activateur de la prolifération des peroxysomes (PPAR) gamma est un facteur de transcription impliqué dans l'homéostasie des lipides. Plus récemment, son implication a aussi été suggérée dans l'homéostasie osseuse. Cependant, le rôle de PPARγ in vivo dans la croissance et le développement du cartilage est inconnu. Donc, pour la première fois, cette étude examine le rôle spécifique de PPARγ in vivo dans la croissance et le développement du cartilage. Les souris utilisées pour l’étude avaient une délétion conditionnelle au cartilage du gène PPARγ. Ces dernières ont été générées en employant le système LoxP/Cre. Les analyses des souris ayant une délétion au PPARγ aux stades embryonnaire et adulte démontrent une réduction de la croissance des os longs, une diminution des dépôts de calcium dans l’os, de la densité osseuse et de la vascularisation, un délai dans l’ossification primaire et secondaire, une diminution cellulaire, une perte d’organisation colonnaire et une diminution des zones hypertrophiques, une désorganisation des plaques de croissance et des chondrocytes déformés. De plus, la prolifération et la différenciation des chondrocytes sont anormales. Les chondrocytes et les explants isolés du cartilage mutant démontrent une expression réduite du facteur de croissance endothélial vasculaire (VEGF)-A et des éléments de production de la matrice extracellulaire. Une augmentation de l’expression de la métalloprotéinase matricielle (MMP)-13 est aussi observée. Dans les souris âgées ayant une délétion au PPARγ, y est aussi noté des phénotypes qui ressemblent à ceux de l’OA tel que la dégradation du cartilage et l'inflammation de la membrane synoviale, ainsi qu’une augmentation de l’expression de MMP-13 et des néoépitopes générés par les MMPs. Nos résultats démontrent que le PPARγ est nécessaire pour le développement et l’homéostasie du squelette. PPARγ est un régulateur essentiel pour la physiologie du cartilage durant les stades de croissance, de développement et de vieillissement. / Cartilage, a connective tissue composed of chondrocytes, provides an intermediate template on which bones are formed. Long bones develop through endochondral ossification, involving coordination between chondrocyte proliferation, differentiation and apoptosis, resulting in bone replacing cartilage. Disturbances in this balance results in skeletal abnormalities, and age-related defects including osteoarthritis (OA). The exact mechanisms that control chondrocyte function and behaviour during growth and development are unknown. Peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR) gamma, a transcription factor involved in lipid homeostasis, has recently been suggested to be involved in bone homeostasis. However, PPARγ’s role in cartilage growth and development in vivo is unknown. Therefore, for the first time, this study examines PPARγ’s specific in vivo role in cartilage growth and development using cartilage-specific PPARγ knockout (KO) mice. Conditional KO mice were generated using LoxP/Cre system. Histomorphometric analyses of embryonic and adult mutant mice demonstrate reduced long bone growth, calcium deposition, bone density, vascularity, and delayed primary and secondary ossification. Mutant growth plates are disorganized with abnormal chondrocyte shape, proliferation and differentiation, reduced cellularity, loss of columnar organization, and shorter hypertrophic zones. Isolated mutant chondrocytes and cartilage explants show decreased vascular endothelial growth factor (VEGF)-A and extracellular matrix (ECM) production product expression, and increased matrix metalloproteinase (MMP)-13 expression. Aged mutant mice exhibit accelerated OA-like phenotypes, and enhanced cartilage degradation, synovial inflammation, MMP-13 and MMP-generated neoepitope expression. Our data demonstrate that PPARγ is required for normal skeletal development and homeostasis, and is a critical regulator of cartilage health and physiology in early growth and development and aging.

Le diabète de type 2 (DT2) apparaît lorsque la sécrétion d’insuline par les cellules β des îlots du pancréas ne parvient plus à compenser la résistance à l’insuline des organes cibles. Parmi les médicaments disponibles pour traiter le DT2, deux classes agissent en améliorant la sensibilité à l’insuline : les biguanides (metformine) et les thiazolidinediones (pioglitazone et rosiglitazone). Des études suggèrent que ces médicaments protègent également la fonction des cellules β. Dans le but d’identifier des mécanismes par lesquels les médicaments insulinosensibilisateurs protègent les cellules β, nous avons étudié les effets aigus de la metformine et de la pioglitazone sur le métabolisme et la fonction des cellules INS 832/13, sécrétrices d’insuline et des îlots pancréatiques isolés de rats. Nous avons aussi validé in vivo avec des rats Wistar les principales observations obtenues en présence de pioglitazone grâce à des clamps glucidiques et par calorimétrie indirecte. Le traitement aigu des cellules β avec de la pioglitazone ou de la metformine inhibe la sécrétion d’insuline induite par le glucose en diminuant la sensibilité des cellules au glucose (inhibition en présence de concentrations intermédiaires de glucose seulement). Dans les mêmes conditions, les traitements inhibent aussi plusieurs paramètres du métabolisme mitochondrial des nutriments et, pour la pioglitazone, du métabolisme des lipides. Les composés affectent le métabolisme en suivant un patron d’inhibition similaire à celui observé pour la sécrétion d’insuline, que nous avons nommé « décélération métabolique ». La capacité de la pioglitazone à inhiber la sécrétion d’insuline et à ralentir le métabolisme mitochondrial de façon aigüe se confirme in vivo. En conclusion, nous avons identifié la décélération métabolique de la cellule β comme nouveau mode d’action pour les médicaments insulinosensibilisateurs. La décélération métabolique causée par les agents insulinosensibilisateurs les plus utilisés semble provenir d’une inhibition du métabolisme mitochondrial et pourrait être impliquée dans les bienfaits de ceux-ci dans un contexte de stress métabolique. Le fait que les deux agents insulinosensibilisateurs étudiés agissent à la fois sur la sensibilité à l’insuline et sur la sécrétion d’insuline, les deux composantes majeures du DT2, pourrait expliquer pourquoi ils sont parmi les agents antidiabétiques les plus efficaces. La décélération métabolique est une approche thérapeutique à considérer pour le traitement du DT2 et d’autres maladies métaboliques. / Type 2 diabetes (T2D) appears when insulin secretion by pancreatic β-cells fails to compensate for insulin resistance. Two classes of anti-diabetic drugs have been used to target insulin resistance: biguanides (metformin) and thiazolidinediones (pioglitazone and rosiglitazone). Some studies suggest that these compounds also protect β-cell function. In order to identify the mechanisms whereby insulin-sensitizing agents protect β-cell function, we used INS 832/13 insulin secreting cells and isolated pancreatic rat islets to study the acute effects of pioglitazone and metformin on β-cell metabolism and function. Key observations obtained with pioglitazone were also validated in vivo in Wistar rats with the use of glucose clamps and indirect calorimetry. In vitro, acute pioglitazone or metformin treatment inhibits glucose-induced insulin secretion by lowering β-cell sensitivity to glucose (inhibition only at sub-maximal glucose concentrations). The same treatments also inhibit parameters of nutrient mitochondrial metabolism and, in the case of pioglitazone, parameters of lipid metabolism. Both compounds alter metabolism following a pattern similar to that observed with insulin secretion, a pattern that we label “metabolic deceleration”. Pioglitazone also acutely inhibits insulin secretion and slows down mitochondrial metabolism in vivo. In conclusion, we identified metabolic deceleration of the pancreatic β-cell as a new mode of action for insulin-sensitizing agents. Pioglitazone and metformin both seem to cause metabolic deceleration of the β-cell via inhibition of mitochondrial metabolism. This mode of action could participate in the beneficial effects of these compounds in the context of metabolic stress. The fact that these drugs affect both insulin sensitivity and insulin secretion, the two major components of T2D, may explain why they are among the most powerful anti-diabetic agents. Metabolic deceleration is a new therapeutic approach worth considering for the treatment of T2D and other metabolic diseases.

Le cartilage est un tissu conjonctif composé d’une seule sorte de cellule nommée chondrocytes. Ce tissu offre une fondation pour la formation des os. Les os longs se développent par l'ossification endochondral. Ce processus implique la coordination entre la prolifération, la différenciation et l'apoptose des chondrocytes, et résulte au remplacement du cartilage par l'os. Des anomalies au niveau du squelette et des défauts liés à l’âge tels que l’arthrose (OA) apparaissent lorsqu’il y a une perturbation dans l’équilibre du processus de développement. À ce jour, les mécanismes exacts contrôlant la fonction et le comportement des chondrocytes pendant la croissance et le développement du cartilage sont inconnus. Le récepteur activateur de la prolifération des peroxysomes (PPAR) gamma est un facteur de transcription impliqué dans l'homéostasie des lipides. Plus récemment, son implication a aussi été suggérée dans l'homéostasie osseuse. Cependant, le rôle de PPARγ in vivo dans la croissance et le développement du cartilage est inconnu. Donc, pour la première fois, cette étude examine le rôle spécifique de PPARγ in vivo dans la croissance et le développement du cartilage. Les souris utilisées pour l’étude avaient une délétion conditionnelle au cartilage du gène PPARγ. Ces dernières ont été générées en employant le système LoxP/Cre. Les analyses des souris ayant une délétion au PPARγ aux stades embryonnaire et adulte démontrent une réduction de la croissance des os longs, une diminution des dépôts de calcium dans l’os, de la densité osseuse et de la vascularisation, un délai dans l’ossification primaire et secondaire, une diminution cellulaire, une perte d’organisation colonnaire et une diminution des zones hypertrophiques, une désorganisation des plaques de croissance et des chondrocytes déformés. De plus, la prolifération et la différenciation des chondrocytes sont anormales. Les chondrocytes et les explants isolés du cartilage mutant démontrent une expression réduite du facteur de croissance endothélial vasculaire (VEGF)-A et des éléments de production de la matrice extracellulaire. Une augmentation de l’expression de la métalloprotéinase matricielle (MMP)-13 est aussi observée. Dans les souris âgées ayant une délétion au PPARγ, y est aussi noté des phénotypes qui ressemblent à ceux de l’OA tel que la dégradation du cartilage et l'inflammation de la membrane synoviale, ainsi qu’une augmentation de l’expression de MMP-13 et des néoépitopes générés par les MMPs. Nos résultats démontrent que le PPARγ est nécessaire pour le développement et l’homéostasie du squelette. PPARγ est un régulateur essentiel pour la physiologie du cartilage durant les stades de croissance, de développement et de vieillissement. / Cartilage, a connective tissue composed of chondrocytes, provides an intermediate template on which bones are formed. Long bones develop through endochondral ossification, involving coordination between chondrocyte proliferation, differentiation and apoptosis, resulting in bone replacing cartilage. Disturbances in this balance results in skeletal abnormalities, and age-related defects including osteoarthritis (OA). The exact mechanisms that control chondrocyte function and behaviour during growth and development are unknown. Peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR) gamma, a transcription factor involved in lipid homeostasis, has recently been suggested to be involved in bone homeostasis. However, PPARγ’s role in cartilage growth and development in vivo is unknown. Therefore, for the first time, this study examines PPARγ’s specific in vivo role in cartilage growth and development using cartilage-specific PPARγ knockout (KO) mice. Conditional KO mice were generated using LoxP/Cre system. Histomorphometric analyses of embryonic and adult mutant mice demonstrate reduced long bone growth, calcium deposition, bone density, vascularity, and delayed primary and secondary ossification. Mutant growth plates are disorganized with abnormal chondrocyte shape, proliferation and differentiation, reduced cellularity, loss of columnar organization, and shorter hypertrophic zones. Isolated mutant chondrocytes and cartilage explants show decreased vascular endothelial growth factor (VEGF)-A and extracellular matrix (ECM) production product expression, and increased matrix metalloproteinase (MMP)-13 expression. Aged mutant mice exhibit accelerated OA-like phenotypes, and enhanced cartilage degradation, synovial inflammation, MMP-13 and MMP-generated neoepitope expression. Our data demonstrate that PPARγ is required for normal skeletal development and homeostasis, and is a critical regulator of cartilage health and physiology in early growth and development and aging.

Le diabète de type 2 (DT2) apparaît lorsque la sécrétion d’insuline par les cellules β des îlots du pancréas ne parvient plus à compenser la résistance à l’insuline des organes cibles. Parmi les médicaments disponibles pour traiter le DT2, deux classes agissent en améliorant la sensibilité à l’insuline : les biguanides (metformine) et les thiazolidinediones (pioglitazone et rosiglitazone). Des études suggèrent que ces médicaments protègent également la fonction des cellules β. Dans le but d’identifier des mécanismes par lesquels les médicaments insulinosensibilisateurs protègent les cellules β, nous avons étudié les effets aigus de la metformine et de la pioglitazone sur le métabolisme et la fonction des cellules INS 832/13, sécrétrices d’insuline et des îlots pancréatiques isolés de rats. Nous avons aussi validé in vivo avec des rats Wistar les principales observations obtenues en présence de pioglitazone grâce à des clamps glucidiques et par calorimétrie indirecte. Le traitement aigu des cellules β avec de la pioglitazone ou de la metformine inhibe la sécrétion d’insuline induite par le glucose en diminuant la sensibilité des cellules au glucose (inhibition en présence de concentrations intermédiaires de glucose seulement). Dans les mêmes conditions, les traitements inhibent aussi plusieurs paramètres du métabolisme mitochondrial des nutriments et, pour la pioglitazone, du métabolisme des lipides. Les composés affectent le métabolisme en suivant un patron d’inhibition similaire à celui observé pour la sécrétion d’insuline, que nous avons nommé « décélération métabolique ». La capacité de la pioglitazone à inhiber la sécrétion d’insuline et à ralentir le métabolisme mitochondrial de façon aigüe se confirme in vivo. En conclusion, nous avons identifié la décélération métabolique de la cellule β comme nouveau mode d’action pour les médicaments insulinosensibilisateurs. La décélération métabolique causée par les agents insulinosensibilisateurs les plus utilisés semble provenir d’une inhibition du métabolisme mitochondrial et pourrait être impliquée dans les bienfaits de ceux-ci dans un contexte de stress métabolique. Le fait que les deux agents insulinosensibilisateurs étudiés agissent à la fois sur la sensibilité à l’insuline et sur la sécrétion d’insuline, les deux composantes majeures du DT2, pourrait expliquer pourquoi ils sont parmi les agents antidiabétiques les plus efficaces. La décélération métabolique est une approche thérapeutique à considérer pour le traitement du DT2 et d’autres maladies métaboliques. / Type 2 diabetes (T2D) appears when insulin secretion by pancreatic β-cells fails to compensate for insulin resistance. Two classes of anti-diabetic drugs have been used to target insulin resistance: biguanides (metformin) and thiazolidinediones (pioglitazone and rosiglitazone). Some studies suggest that these compounds also protect β-cell function. In order to identify the mechanisms whereby insulin-sensitizing agents protect β-cell function, we used INS 832/13 insulin secreting cells and isolated pancreatic rat islets to study the acute effects of pioglitazone and metformin on β-cell metabolism and function. Key observations obtained with pioglitazone were also validated in vivo in Wistar rats with the use of glucose clamps and indirect calorimetry. In vitro, acute pioglitazone or metformin treatment inhibits glucose-induced insulin secretion by lowering β-cell sensitivity to glucose (inhibition only at sub-maximal glucose concentrations). The same treatments also inhibit parameters of nutrient mitochondrial metabolism and, in the case of pioglitazone, parameters of lipid metabolism. Both compounds alter metabolism following a pattern similar to that observed with insulin secretion, a pattern that we label “metabolic deceleration”. Pioglitazone also acutely inhibits insulin secretion and slows down mitochondrial metabolism in vivo. In conclusion, we identified metabolic deceleration of the pancreatic β-cell as a new mode of action for insulin-sensitizing agents. Pioglitazone and metformin both seem to cause metabolic deceleration of the β-cell via inhibition of mitochondrial metabolism. This mode of action could participate in the beneficial effects of these compounds in the context of metabolic stress. The fact that these drugs affect both insulin sensitivity and insulin secretion, the two major components of T2D, may explain why they are among the most powerful anti-diabetic agents. Metabolic deceleration is a new therapeutic approach worth considering for the treatment of T2D and other metabolic diseases.

In murine and human brown adipose tissue (BAT), mitochondria are powerful generators of heat. Emerging evidence has suggested that the actions of mitochondria extend beyond this conventional biochemical role. In mouse BAT and cultured brown adipocytes, impaired mitochondrial respiratory capacity is accompanied by attenuated expression of Ucp1, a key thermogenic gene, implying a mitochondrial retrograde signaling. However, few have investigated this association in the context of mitochondria-nucleus communication. Using mice with adipose-specific ablation of LRPPRC, a regulator of respiratory capacity, we show that respiration-dependent retrograde signaling from mitochondria to nucleus contributes to transcriptional and metabolic reprogramming of BAT. Impaired respiratory capacity triggers down-regulation of thermogenic and oxidative genes, promoting a storage phenotype in BAT. This retrograde regulation functions by interfering with promoter-specific recruitment of PPARg. In addition, cytosolic calcium may mediate the retrograde signal from mitochondria to nucleus. These data are consistent with a model whereby BAT connects its respiratory capacity to thermogenic gene expression, which in turn contributes to determining its metabolic commitment. Additionally, we find that augmented respiratory capacity activates the thermogenic gene program in inguinal (subcutaneous) white adipose tissue (IWAT) from adipose-specific LRPPRC transgenic mice. When fed a high-fat diet at thermoneutrality, these mice exhibit metabolic improvements as shown by reduced fat mass and improved insulin sensitivity. Furthermore, there is increased recruitment of brown-like adipocytes in IWAT and thus energy expenditure is significantly increased, providing a potential explanation for protection from obesity. These data suggest that augmented respiratory capacity promotes ‘browning’ of IWAT, which has beneficial effects on obesity and diabetes.

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