Étude du rôle de la lipase hormono-sensible dans le métabolisme du cholestérol dans le testicule de cobaye et de vison

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

Étude du rôle de la lipase hormono-sensible dans le métabolisme du cholestérol dans le testicule de cobaye et de vison

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

Les mécanismes de régulation du métabolisme lipidique par les peptides QRFP (pyroglutamylated RF-amide peptides)

Plusieurs cibles thérapeutiques dans le développement de médicaments contre l’obésité visent une diminution de l’appétit et de la masse adipeuse et à augmenter la dépense énergétique. L’appétit et le métabolisme énergétique sont régulés par certains neuropeptides qui agissent au niveau du système nerveux central, notamment dans l’hypothalamus. Parmi ces neuropeptides, les peptides RF-amide ou QRFP (pyroglutamylated RF-amide peptides), ainsi nommés par la présence du motif conservé Arg-Phe-NH2 dans le domaine C-terminal, induisent une hyperphagie et une augmentation de la masse adipeuse lorsqu’administrés par voie centrale. Les formes bioactives de ces peptides comprennent principalement 43 (QRFP-43) et 26 (QRFP-26) acides aminés. Outre les peptides QRFP, leurs récepteurs, les GPR103 de la famille des récepteurs à 7 passages transmembranaires couplés aux protéines G, sont exprimés dans l’hypothalamus. Plus récemment, des études ont montré la sécrétion de ces neuropeptides, et la présence du GPR103, dans le tissu adipeux. Cependant, le rôle de la voie signalétique (QRFP/GPR103) dans la régulation du métabolisme lipidique au niveau périphérique est peu connu. Les travaux de cette thèse ont porté sur la caractérisation des effets adipogéniques périphériques des neuropeptides QRFP. En premier lieu, nos travaux ont montré que les adipocytes 3T3-L1 et les adipocytes murins isolés des dépôts adipeux blancs expriment le prépro-QRFP et uniquement le récepteur GPR103B, un des deux sous-types de récepteurs présents chez la souris. De plus, nous avons montré que l’expression du récepteur est régulée par une diète riche en lipides réduisant l’expression du prépro-QRFP, mais augmentant celle du GPR103B dans les dépôts lipidiques. Chez l’humain, les adipocytes de l’omentum expriment autant le GPR103 que le prépro-QRFP. Nous avons de plus étudié la fonctionnalité du GPR103B dans les adipocytes 3T3-L1 par l’utilisation d’ARN interférents. Nous avons observé que ce récepteur médie les effets adipogéniques des QRFPs en augmentant l’expression du récepteur nucléaire PPAR-gamma (peroxisome proliferator-activated receptor gamma) et le facteur de transcription C/EBP-alpha (CCAAT-enhancer binding protein alpha) résultant en une accumulation des triglycérides. Nous avons aussi mis en évidence les effets anti-lipolytiques des QRFPs. En effet, les QRFP inhibent fortement la lipolyse induite avec l’isoprotérénol. L’étude des mécanismes moléculaires à l’origine des effets anti-lipolytiques du QRFP-43 a montré l’activation de la voie de signalisation PI3-K/PKB (phosphatidylinositol 3-kinase/protéine kinase B) en réponse à la stimulation du GPR103B. La réponse anti-lipolytique induite par le QRFP-43 est associée à une diminution de la phosphorylation de la périlipine A (PLIN1a) et de la lipase hormono-sensible (HSL). Nos études ont élucidé les mécanismes conduisant à l’inhibition de la phosphorylation de la PLIN1a en réponse à l’activation du GPR103B, impliquant l’inhibition de la migration de la cavéoline 1 et de la sous unité catalytique de la protéine kinase A (PKA) au niveau des gouttelettes lipidiques, ainsi que l’inhibition de l’activité des Src kinases et de la protéine kinase C (PKC). En conclusion, nos travaux ont montré que les QRFP-43 et -26 exercent un effet adipogénique et anti-lipolytique dans les adipocytes, mettant ainsi en évidence le rôle des neuropeptides QRFPs dans la régulation du métabolisme lipidique au niveau adipocytaire.

Monoacylglycerol, alpha/beta-hydrolase domain-6, and the regulation of insulin secretion and energy metabolism

Le cycle glycérolipides/acides gras libres (GL/FFA) est une voie métabolique clé qui relie le métabolisme du glucose et des acides gras et il est composé de deux processus métaboliques appelés lipogenèse et lipolyse. Le cycle GL/FFA, en particulier la lipolyse des triglycérides, génère diverses molécules de signalisation pour réguler la sécrétion d'insuline dans les cellules bêta pancréatiques et la thermogenèse non-frissonnante dans les adipocytes. Actuellement, les lipides provenant spécifiquement de la lipolyse impliqués dans ce processus sont mal connus. L’hydrolyse des triglycérides dans les cellules β est réalisée par les actions successives de la triglycéride lipase adipocytaire pour produire le diacylglycérol, ensuite par la lipase hormono-sensible pour produire le monoacylglycérol (MAG) et enfin par la MAG lipase (MAGL) qui relâche du glycerol et des acides gras. Dans les cellules bêta, la MAGL classique est très peu exprimée et cette étude a démontré que l’hydrolyse de MAG dans les cellules β est principalement réalisée par l'α/β-Hydrolase Domain-6 (ABHD6) nouvellement identifiée. L’inhibition d’ABHD6 par son inhibiteur spécifique WWL70, conduit à une accumulation des 1-MAG à longues chaines saturées à l'intérieur des cellules, accompagnée d’une augmentation de la sécrétion d'insuline stimulée par le glucose (GSIS). Baisser les niveaux de MAG en surexprimant ABHD6 dans la lignée cellulaire bêta INS832/13 réduit la GSIS, tandis qu’une augmentation des niveaux de MAG par le « knockdown » d’ABHD6 améliore la GSIS. L'exposition aiguë des monoacylglycérols exogènes stimule la sécrétion d'insuline de manière dose-dépendante et restaure la GSIS supprimée par un inhibiteur de lipases appelé orlistat. En outre, les souris avec une inactivation du gène ABHD6 dans tous les tissus (ABHD6-KO) et celles avec une inactivation du gène ABHD6 spécifiquement dans la cellule β présentent une GSIS stimulée, et leurs îlots montrent une augmentation de la production de monoacylglycérol et de la sécrétion d'insuline en réponse au glucose. L’inhibition d’ABHD6 chez les souris diabétiques (modèle induit par de faibles doses de streptozotocine) restaure la GSIS et améliore la tolérance au glucose. De plus, les résultats montrent que les MAGs non seulement améliorent la GSIS, mais potentialisent également la sécrétion d’insuline induite par les acides gras libres ainsi que la sécrétion d’insuline induite par divers agents et hormones, sans altération de l'oxydation et l'utilisation du glucose ainsi que l'oxydation des acides gras. Nous avons démontré que le MAG se lie à la protéine d’amorçage des vésicules appelée Munc13-1 et l’active, induisant ainsi l’exocytose de l'insuline. Sur la base de ces observations, nous proposons que le 1-MAG à chaines saturées agit comme facteur de couplage métabolique pour réguler la sécrétion d'insuline et que ABHD6 est un modulateur négatif de la sécrétion d'insuline. En plus de son rôle dans les cellules bêta, ABHD6 est également fortement exprimé dans les adipocytes et son niveau est augmenté avec l'obésité. Les souris dépourvues globalement d’ABHD6 et nourris avec une diète riche en gras (HFD) montrent une faible diminution de la prise alimentaire, une diminution du gain de poids corporel et de la glycémie à jeun et une amélioration de la tolérance au glucose et de la sensibilité à l'insuline et ont une activité locomotrice accrue. En outre, les souris ABHD6-KO affichent une augmentation de la dépense énergétique et de la thermogenèse induite par le froid. En conformité avec ceci, ces souris présentent des niveaux élevés d’UCP1 dans les adipocytes blancs et bruns, indiquant le brunissement des adipocytes blancs. Le phénotype de brunissement est reproduit dans les souris soit en les traitant de manière chronique avec WWL70 (inhibiteur d’ABHD6) ou des oligonucléotides anti-sense ciblant l’ABHD6. Les tissus adipeux blanc et brun isolés de souris ABHD6-KO montrent des niveaux très élevés de 1-MAG, mais pas de 2-MAG. L'augmentation des niveaux de MAG soit par administration exogène in vitro de 1-MAG ou par inhibition ou délétion génétique d’ABHD6 provoque le brunissement des adipocytes blancs. Une autre évidence indique que les 1-MAGs sont capables de transactiver PPARα et PPARγ et que l'effet de brunissement induit par WWL70 ou le MAG exogène est aboli par les antagonistes de PPARα et PPARγ. L’administration in vivo de l’antagoniste de PPARα GW6471 à des souris ABHD6-KO inverse partiellement les effets causés par l’inactivation du gène ABHD6 sur le gain de poids corporel, et abolit l’augmentation de la thermogenèse, le brunissement du tissu adipeux blanc et l'oxydation des acides gras dans le tissu adipeux brun. L’ensemble de ces observations indique que ABHD6 régule non seulement l’homéostasie de l'insuline et du glucose, mais aussi l'homéostasie énergétique et la fonction des tissus adipeux. Ainsi, 1-MAG agit non seulement comme un facteur de couplage métabolique pour réguler la sécrétion d'insuline en activant Munc13-1 dans les cellules bêta, mais régule aussi le brunissement des adipocytes blancs et améliore la fonction de la graisse brune par l'activation de PPARα et PPARγ. Ces résultats indiquent que ABHD6 est une cible prometteuse pour le développement de thérapies contre l'obésité, le diabète de type 2 et le syndrome métabolique.

Caractérisation de l'adipogenèse et des voies de la lipolyse dans les cellules adipocytaires normales et déficientes en lipases

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

Caractérisation de l'adipogenèse et des voies de la lipolyse dans les cellules adipocytaires normales et déficientes en lipases

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

Les transporteurs sélectifs de cholestérol SR-BI, SR-BII, CD36 et ABCA1 contribuent au maintien de l’homéostasie du cholestérol intratesticulaire

Le testicule assure la production des spermatozoïdes et la sécrétion de la testostérone. Chaque fonction est assumée par un compartiment cellulaire distinct: l’épithélium séminifère et le tissu interstitiel. Le cholestérol, présent dans les deux compartiments, est un composé indispensable aux membranes cellulaires et un précurseur essentiel de la testostérone. Dans le compartiment interstitiel, environ 40 % du cholestérol utilisé pour la production hormonale est importé du sang à partir des lipoprotéines HDL et/ou LDL. Dans l’épithélium séminifère, la cellule de Sertoli assure le contrôle et le maintien de la spermatogenèse. Elle a la capacité de synthétiser du cholestérol à partir de l’acétate in vitro, néanmoins, il n’y a pas d’évidence qu’elle le fait in vivo. De plus il existe, au niveau des tubules séminifères, une barrière hémato-testiculaire qui empêche le libre passage de plusieurs composés sanguins, y compris le cholestérol. Nous avons testé l’hypothèse qu’il existe des moyens d’importation du cholestérol sanguin, mais aussi l’exportation du cholestérol intra-tissulaire, qui contourneraient cette barrière et qui contribueraient au maintien du taux intratubulaire du cholestérol compatible avec le bon déroulement de la spermatogenèse. Nous avons comparé les taux de variation de l’expression de l’ARNm et de la protéine des transporteurs sélectifs de cholestérol SR-BI, SR-BII, CD36 et ABCA1 aux taux de variation du cholestérol libre et estérifié au cours de la spermatogenèse chez les souris normales durant le développement postnatal. Afin de mieux apprécier le niveau d’implication de chacun de ces récepteurs, nous avons examiné comment la suppression du gène d’une enzyme comme la lypase hormono-sensible (HSL) ou de celui d’un transporteur de cholestérol comme SR-BI, CD36 ou NPC1 était compensée et comment cette suppression affectait le taux de cholestérol libre et estérifié dans chacun des deux compartiments cellulaires du testicule. Nous avons dans un premier temps mis au point une nouvelle technique d’isolation des testicules en fraction enrichie en tissu interstitiel (ITf) et en tubules séminifères (STf) qui a l’avantage de mieux préserver l’intégrité des formes phosphorylées et glycosylées des protéines comparée aux techniques préexistantes. Les résultats de nos analyses ont montré que l’expression de SR-BI et CD36 étaient maximales dans les ITf au moment où les souris ont complété leur maturité sexuelle et où le niveau de synthèse de la testostérone était maximal. Dans les tubules séminifères, l’expression maximale de SR-BI et le taux le plus élevé de cholestérol estérifié étaient mesurés de façon concomitante à 35 jours après la naissance, au moment où la première vague de l’activité spermatogénétique était complétée. L’expression de l’ABCA1 était maximale au moment où le taux de cholestérol était élevé et minimale au moment où le taux de cholestérol était le plus bas, alors que le niveau d’expression de CD36 était maximal chez l’adulte au moment où le taux de spermiation était le plus élevé. L’expression de SR-BII variait peu dans les deux compartiments cellulaires durant le développement. La suppression génétique de la HSL et de NPC1, qui cause une infertilité chez les souris mâles, était accompagnée d’une accumulation de cholestérol libre et estérifié dans les tubules séminifères. Par contre, la suppression génétique de SR-BI et CD36, qui ne causent pas d’infertilité chez les souris mâles était sans impact significatif sur le taux de cholestérol intratubulaire. Nous avons montré que l’invalidation génétique d’un transporteur sélectif ou d’une enzyme du métabolisme du cholestérol était accompagnée d’un ensemble de mécanismes de compensation visant à maintenir le taux de cholestérol libre aux niveaux semblables à ceux mesurés dans les fractions tissulaires de souris normales. Ensemble, nos résultats ont montré que l’expression des transporteurs sélectifs de cholestérol SR-BI, SR-BII, CD36 et ABCA1 variait en fonction de la spermatogenèse et du taux intratesticulaire du cholestérol suggérant leur contribution au maintien de l’homéostasie du cholestérol intratesticulaire.

Produção de lipase pelo fungo Myceliophthora sp. F. 2.1.4, caracterização e imobilização da solução enzimática bruta

Pós-graduação em Microbiologia - IBILCE

Enzymatic Biodiesel Synthesis From Yeast Oil Using Immobilized Recombinant Rhizopus Oryzae Lipase.

The recombinant Rhizopus oryzae lipase (1-3 positional selective), immobilized on Relizyme OD403, has been applied to the production of biodiesel using single cell oil from Candida sp. LEB-M3 growing on glycerol from biodiesel process. The composition of microbial oil is quite similar in terms of saponifiable lipids than olive oil, although with a higher amount of saturated fatty acids. The reaction was carried out in a solvent system, and n-hexane showed the best performance in terms of yield and easy recovery. The strategy selected for acyl acceptor addition was a stepwise methanol addition using crude and neutralized single cell oil, olive oil and oleic acid as substrates. A FAMEs yield of 40.6% was obtained with microbial oils lower than olive oil 54.3%. Finally in terms of stability, only a lost about 30% after 6 reutilizations were achieved.

Dipeptide synthesis in biphasic medium: evaluating the use of commercial porcine pancreatic lipase preparations and the involvement of contaminant proteases

Dipeptide syntheses starting from Ac-L-Tyr-OEt or Z-L-X-OMe (X: Asp, Tyr, Phe, Arg, Lys or Thr) and glycine amide in biphasic reaction media were achieved using two commercially available porcine pancreatic lipase (PPL) preparations (crude (cPPL) and purified PPL (pPPL)). Under the mild conditions employed, α-chymotrypsin, a pancreatic protease that also presents esterase activity, catalyzed Ac-L-Tyr-Gly-NH2 synthesis with high productivity. Product hydrolysis also occurred in most of the syntheses studied. Polyacrylamide gel electrophoresis, enzymatic assays employing specific chromogenic substrates and size-exclusion chromatography revealed that cPPL and pPPL contain contaminant proteases and, therefore, exhibit esterase and amidase activities. Overall, these data indicate that those contaminants may be the main catalysts of peptide bond synthesis when Nα-blocked-L-amino acid esters and the commercial PPL preparations are used. On the other hand, such data do not contest the possibility of using such enzyme preparations as an inexpensive source of catalysts for dipeptide synthesis under soft conditions.

Enzymatic kinetic resolution of (RS)-1-(Phenyl)ethanols by Burkholderia cepacia lipase immobilized on magnetic nanoparticles

Lipase from Burkholderia cepacia immobilized on superparamagnetic nanoparticles using adsorption and chemisorption methodologies was efficiently applied as recyclable biocatalyst in the enzymatic kinetic resolution of (RS)-1-(phenyl)ethanols via transesterification reactions. (R)-Esters and the remaining (S)-alcohols were obtained with excellent enantiomeric excess (> 99%), which corresponds to a perfect process of enzymatic kinetic resolution (conversion 50%, E > 200). The transesterification reactions catalysed with B. cepacia lipase immobilized by the glutaraldehyde method showed the best results in terms of reusability, preserving the enzyme activity (conversion 50%, E > 200) for at least 8 successive cycles.

Optimization of the Enzymatic Interesterification of Milk Fat and Canola Oil Blends Using Immobilized Rhizopus oryzae Lipase by Response Surface Methodology

Blends of milk fat and canola oil (MF:CNO) were enzymatically interesterified (EIE) by Rhizopus oryzne lipase immobilized on polysiloxane-polyvinyl alcohol (SiO(2)-PVA) composite, in a solvent-free system. A central composite design (CCD) was used to optimize the reaction, considering the effects of different mass fractions of binary blends of MF:CNO (50:50, 65:35 and 80:20) and temperatures (45, 55 and 65 degrees C) on the composition and texture properties of the interesterified products, taking the interesterification degree (ID) and consistency (at 10 degrees C) as response variables. For the ID variable both mass fraction of milk fat in the blend and temperature were found to be significant, while for the consistency only mass fraction of milk fat was significant. Empiric models for ID and consistency were obtained that allowed establishing the best interesterification conditions: blend with 65 % of milk fat and 35 %, of canola oil, and temperature of 45 degrees C. Under these conditions, the ID was 19.77 %) and the consistency at 10 degrees C was 56 290 Pa. The potential of this eco-friendly process demonstrated that a product could be obtained with the desirable milk fat flavour and better spreadability under refrigerated conditions.

Lack of Antilipoprotein Lipase Antibodies in Takayasu's Arteritis

Background. Antilipoprotein lipase (anti-LPL) antibodies were described in rheumatic diseases. In systemic lupus erythematosus they were highly associated with inflammatory markers and dyslipidemia, and may ultimately contribute to vascular damage. The relevance of this association in Takayasu's arteritis, which is characterized by major inflammatory process affecting vessels, has not been determined. Objectives. To analyze the presence of anti-LPL antibodies in patients with Takayasu's arteritis and its association with inflammatory markers and lipoprotein risk levels. Methods. Thirty sera from patients with Takayasu's arteritis, according to ACR criteria, were consecutively included. IgG anti-LPL was detected by a standard ELISA. Lipoprotein risk levels were evaluated according to NCEP/ATPIII. Inflammatory markers included ESR and CRP values. Results. Takayasu's arteritis patients had a mean age of 34 years old and all were females. Half of the patients presented high ESR and 60% elevated CRP. Lipoprotein NCEP risk levels were observed in approximately half of the patients: 53% for total cholesterol, 43% for triglycerides, 16% for HDL-c and 47% for LDL-c. In spite of the high frequency of dyslipidemia and inflammatory markers in these patients no anti-LPL were detected. Conclusions. The lack of anti-LPL antibodies in Takayasu's disease implies distinct mechanisms underlying dyslipidemia compared to systemic lupus erythematosus. Copyright (C) 2009 Jozelio Freire de Carvalho et al. This is an open access article distributed under the Creative Commons Attribution License, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

Enzymatic Resolution of Racemic Sulcatol by Lipase from Candida Antarctica in a Large Scale

Large scale enzymatic resolution of racemic sulcatol 2 has been useful for stereoselective biocatalysis. This reaction was fast and selective, using vinyl acetate as donor of acyl group and lipase from Candida antarctica (CALB) as catalyst. The large scale reaction (5.0 g, 39 mmol) afforded high optical purities for S-(+)-sulcatol 2 and R-(+)-sulcatyl acetate 3, i.e., ee > 99 per cent and good yields (45 per cent) within a short time (40 min). Thermodynamic parameters for the chemoesterification of sulcatol 2 by vinyl acetate were evaluated. The enthalpy and Gibbs free energy values of this reaction were negative, indicating that this process is exothermic and spontaneous which is in agreement with the reaction obtained enzymatically.

Interesterification of milkfat with soybean oil catalysed by Rhizopus oryzae lipase immobilised on SiO(2)-PVA on packed bed reactor

The potential of the lipase from Rhizopus oryzae immobilised on SiO(2)-PVA to catalyse the interesterification of the milkfat with soybean oil in a packed bed reactor running on continuous mode was evaluated. The reactor operated continuously for 35 days at 45 degrees C, and during 12 days, no significant decrease in the initial lipase activity was verified. Interesterification yields were in the range from 35 to 38% wt, which gave an interesterified product having 59% lower consistency in relation to non-interesterified blend. Results showed the potential of the lipase from Rhizopus oryzae to mediate the interesterification of milkfat with soybean oil in packed bed reactor, attaining a more spreadable product under a cool temperature. The biocatalyst operational stability was assessed and an inactivation profile was found to follow the Arrhenius model, revealing values of 34 days and 0.034 day(-1), for half-life and a deactivation coefficient, respectively.