Hepatic deficiency in transcriptional cofactor TBL1 promotes liver steatosis and hypertriglyceridemia.

The aberrant accumulation of lipids in the liver ("fatty liver") is tightly associated with several components of the metabolic syndrome, including type 2 diabetes, coronary heart disease, and atherosclerosis. Here we show that the impaired hepatic expression of transcriptional cofactor transducin beta-like (TBL) 1 represents a common feature of mono- and multigenic fatty liver mouse models. Indeed, the liver-specific ablation of TBL1 gene expression in healthy mice promoted hypertriglyceridemia and hepatic steatosis under both normal and high-fat dietary conditions. TBL1 deficiency resulted in inhibition of fatty acid oxidation due to impaired functional cooperation with its heterodimerization partner TBL-related (TBLR) 1 and the nuclear receptor peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR) α. As TBL1 expression levels were found to also inversely correlate with liver fat content in human patients, the lack of hepatic TBL1/TBLR1 cofactor activity may represent a molecular rationale for hepatic steatosis in subjects with obesity and the metabolic syndrome.

Peroxisome proliferator-activated receptors A link between endocrinology and nutrition?

Peroxisome proliferator-activated receptors (PPARs) are members of the nuclear hormone receptor superfamily like the steroid, thyroid, or retinoid hormone receptors, which are ligand-activated transcription factors regulating gene expression. PPARs mediate the induction of the enzymes of the peroxisomal and microsomal fatty-acid oxidation pathways by hypolipidemic drugs such as clofibrate and are probably also involved in the gene expression of other lipid-metabolism-associated proteins that are controlled by fibrate hypolipidemic drugs. That PPARs play an important role in the regulation of lipid metabolism is reinforced by the discovery of their activation by physiologic concentrations of fatty acids. This observation raises the question of whether fatty acids are ligands of PPARs, which would imply that nutritional fatty acids can act like hormones.

Peroxisome proliferator-activated receptor alpha mediates the adaptive response to fasting.

Prolonged deprivation of food induces dramatic changes in mammalian metabolism, including the release of large amounts of fatty acids from the adipose tissue, followed by their oxidation in the liver. The nuclear receptor known as peroxisome proliferator-activated receptor alpha (PPARalpha) was found to play a role in regulating mitochondrial and peroxisomal fatty acid oxidation, suggesting that PPARalpha may be involved in the transcriptional response to fasting. To investigate this possibility, PPARalpha-null mice were subjected to a high fat diet or to fasting, and their responses were compared with those of wild-type mice. PPARalpha-null mice chronically fed a high fat diet showed a massive accumulation of lipid in their livers. A similar phenotype was noted in PPARalpha-null mice fasted for 24 hours, who also displayed severe hypoglycemia, hypoketonemia, hypothermia, and elevated plasma free fatty acid levels, indicating a dramatic inhibition of fatty acid uptake and oxidation. It is shown that to accommodate the increased requirement for hepatic fatty acid oxidation, PPARalpha mRNA is induced during fasting in wild-type mice. The data indicate that PPARalpha plays a pivotal role in the management of energy stores during fasting. By modulating gene expression, PPARalpha stimulates hepatic fatty acid oxidation to supply substrates that can be metabolized by other tissues.

The fasting-induced adipose factor/angiopoietin-like protein 4 is physically associated with lipoproteins and governs plasma lipid levels and adiposity.

Proteins secreted from adipose tissue are increasingly recognized to play an important role in the regulation of glucose metabolism. However, much less is known about their effect on lipid metabolism. The fasting-induced adipose factor (FIAF/angiopoietin-like protein 4/peroxisome proliferator-activated receptor gamma angiopoietin-related protein) was previously identified as a target of hypolipidemic fibrate drugs and insulin-sensitizing thiazolidinediones. Using transgenic mice that mildly overexpress FIAF in peripheral tissues we show that FIAF is an extremely powerful regulator of lipid metabolism and adiposity. FIAF overexpression caused a 50% reduction in adipose tissue weight, partly by stimulating fatty acid oxidation and uncoupling in fat. In addition, FIAF overexpression increased plasma levels of triglycerides, free fatty acids, glycerol, total cholesterol, and high density lipoprotein (HDL)-cholesterol. Functional tests indicated that FIAF overexpression severely impaired plasma triglyceride clearance but had no effect on very low density lipoprotein production. The effects of FIAF overexpression were amplified by a high fat diet, resulting in markedly elevated plasma and liver triglycerides, plasma free fatty acids, and plasma glycerol levels, and impaired glucose tolerance in FIAF transgenic mice fed a high fat diet. Remarkably, in mice the full-length form of FIAF was physically associated with HDL, whereas truncated FIAF was associated with low density lipoprotein. In human both full-length and truncated FIAF were associated with HDL. The composite data suggest that via physical association with plasma lipoproteins, FIAF acts as a powerful signal from fat and other tissues to prevent fat storage and stimulate fat mobilization. Our data indicate that disturbances in FIAF signaling might be involved in dyslipidemia.

Carnitine deficiency in chronic critical illness.

PURPOSE OF REVIEW: New insight in mitochondrial physiology has highlighted the importance of mitochondrial dysfunction in the metabolic and neuroendocrine changes observed in patients presenting with chronic critical illness. This review highlights specifically the importance of carnitine status in this particular patient population and its impact on beta-oxidation and mitochondrial function. RECENT FINDINGS: The main function of carnitine is long chain fatty acid esterification and transport through the mitochondrial membrane. Carnitine depletion should be suspected in critically ill patients with risk factors such as prolonged continuous renal replacement therapy or chronic parenteral nutrition, and evidence of beta-oxidation impairments such as inappropriate hypertriglyceridemia or hyperlactatemia. When fatty acid oxidation is impaired, acyl-CoAs accumulate and deplete the CoA intramitochondrial pool, hence causing a generalized mitochondrial dysfunction and multiorgan failure, with clinical consequences such as muscle weakness, rhabdomyolysis, cardiomyopathy, arrhythmia or sudden death. In such situations, carnitine plasma levels should be measured along with a complete assessment of plasma amino acid, plasma acylcarnitines and urinary organic acid analysis. Supplementation should be initiated if below normal levels (20 μmol/l) of carnitine are observed. In the absence of current guidelines, we recommend an initial supplementation of 0.5-1 g/day. SUMMARY: Metabolic modifications associated with chronic critical illness are just being explored. Carnitine deficiency in critically ill patients is one aspect of these profound and complex changes associated with prolonged stay in ICU. It is readily measurable in the plasma and can easily be substituted if needed, although guidelines are currently missing.

Hepatic-specific lipin-1 deficiency exacerbates experimental alcohol-induced steatohepatitis in mice.

Lipin-1 regulates lipid metabolism by way of its function as an enzyme in the triglyceride synthesis pathway and as a transcriptional coregulatory protein and is highly up-regulated in alcoholic fatty liver disease. In the present study, using a liver-specific lipin-1-deficient (lipin-1LKO) mouse model, we aimed to investigate the functional role of lipin-1 in the development of alcoholic steatohepatitis and explore the underlying mechanisms. Alcoholic liver injury was achieved by pair feeding wild-type and lipin-1LKO mice with modified Lieber-DeCarli ethanol-containing low-fat diets for 4 weeks. Surprisingly, chronically ethanol-fed lipin-1LKO mice showed markedly greater hepatic triglyceride and cholesterol accumulation, and augmented elevation of serum liver enzymes accompanied by increased hepatic proinflammatory cytokine expression. Our studies further revealed that hepatic removal of lipin-1 in mice augmented ethanol-induced impairment of hepatic fatty acid oxidation and lipoprotein production, likely by way of deactivation of peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator-1alpha, a prominent transcriptional regulator of lipid metabolism. Conclusions: Liver-specific lipin-1 deficiency in mice exacerbates the development and progression of experimental alcohol-induced steatohepatitis. Pharmacological or nutritional modulation of hepatic lipin-1 may be beneficial for the prevention or treatment of human alcoholic fatty liver disease. (Hepatology 2013; 58:1953-1963).

Sex difference in hepatic peroxisome proliferator-activated receptor alpha expression: influence of pituitary and gonadal hormones.

Peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR) alpha is a nuclear receptor that is mainly expressed in tissues with a high degree of fatty acid oxidation such as liver, heart, and skeletal muscle. Unsaturated fatty acids, their derivatives, and fibrates activate PPARalpha. Male rats are more responsive to fibrates than female rats. We therefore wanted to investigate if there is a sex difference in PPARalpha expression. Male rats had higher levels of hepatic PPARalpha mRNA and protein than female rats. Fasting increased hepatic PPARalpha mRNA levels to a similar degree in both sexes. Gonadectomy of male rats decreased PPARalpha mRNA expression to similar levels as in intact and gonadectomized female rats. Hypophysectomy increased hepatic PPARalpha mRNA and protein levels. The increase in PPARalpha mRNA after hypophysectomy was more pronounced in females than in males. GH treatment decreased PPARalpha mRNA and protein levels, but the sex-differentiated secretory pattern of GH does not determine the sex-differentiated expression of PPARalpha. The expression of PPARalpha mRNA in heart or soleus muscle was not influenced by gender, gonadectomy, hypophysectomy, or GH treatment. In summary, pituitary-dependent hormones specifically regulate hepatic PPARalpha expression. Sex hormones regulate the sex difference in hepatic PPARalpha levels, but not via the sexually dimorphic GH secretory pattern.

Mammalian Target of Rapamycin Complex 2 Controls CD8 T Cell Memory Differentiation in a Foxo1-Dependent Manner.

Upon infection, antigen-specific naive CD8 T cells are activated and differentiate into short-lived effector cells (SLECs) and memory precursor cells (MPECs). The underlying signaling pathways remain largely unresolved. We show that Rictor, the core component of mammalian target of rapamycin complex 2 (mTORC2), regulates SLEC and MPEC commitment. Rictor deficiency favors memory formation and increases IL-2 secretion capacity without dampening effector functions. Moreover, mTORC2-deficient memory T cells mount more potent recall responses. Enhanced memory formation in the absence of mTORC2 was associated with Eomes and Tcf-1 upregulation, repression of T-bet, enhanced mitochondrial spare respiratory capacity, and fatty acid oxidation. This transcriptional and metabolic reprogramming is mainly driven by nuclear stabilization of Foxo1. Silencing of Foxo1 reversed the increased MPEC differentiation and IL-2 production and led to an impaired recall response of Rictor KO memory T cells. Therefore, mTORC2 is a critical regulator of CD8 T cell differentiation and may be an important target for immunotherapy interventions.

Pivotal role of leptin in insulin effects

The OB protein, also known as leptin, is secreted by adipose tissue, circulates in the blood, probably bound to a family of binding proteins, and acts on central neural networks regulating ingestive behavior and energy balance. The two forms of leptin receptors (long and short forms) have been identified in various peripheral tissues, a fact that makes them possible target sites for a direct action of leptin. It has been shown that the OB protein interferes with insulin secretion from pancreatic islets, reduces insulin-stimulated glucose transport in adipocytes, and increases glucose transport, glycogen synthesis and fatty acid oxidation in skeletal muscle. Under normoglycemic and normoinsulinemic conditions, leptin seems to shift the flux of metabolites from adipose tissue to skeletal muscle. This may function as a peripheral mechanism that helps control body weight and prevents obesity. Data that substantiate this hypothesis are presented in this review.

Plasma free and total carnitine measured in children by tandem mass spectrometry

Free and total carnitine quantification is important as a complementary test for the diagnosis of unusual metabolic diseases, including fatty acid degradation disorders. The present study reports a new method for the quantification of free and total carnitine in dried plasma specimens by isotope dilution electrospray tandem mass spectrometry with sample derivatization. Carnitine is determined by looking for the precursor of ions of m/z = 103 of N-butylester derivative, and the method is validated by comparison with radioenzymatic assay. We obtained an inter- and intra-day assay coefficient of variation of 4.3 and 2.3, respectively. Free and total carnitine was analyzed in 309 dried plasma spot samples from children ranging in age from newborn to 14 years using the new method, which was found to be suitable for calculating reference age-related values for free and total carnitine (less than one month: 19.3 ± 2.4 and 23.5 ± 2.9; one to twelve months: 28.8 ± 10.2 and 35.9 ± 11.4; one to seven years: 30.7 ± 10.3 and 38.1 ± 11.9; seven to 14 years: 33.7 ± 11.6, and 43.1 ± 13.8 µM, respectively). No difference was found between males and females. A significant difference was observed between neonates and the other age groups. We compare our data with reference values in the literature, most of them obtained by radioenzymatic assay. However, this method is laborious and time consuming. The electrospray tandem mass spectrometry method presented here is a reliable, rapid and automated procedure for carnitine quantitation.

Higher PLIN5 but not PLIN3 content in isolated skeletal muscle mitochondria following acute in vivo contraction in rat hindlimb

Contraction-mediated lipolysis increases the association of lipid droplets and mitochondria, indicating an important role in the passage of fatty acids from lipid droplets to mitochondria in skeletal muscle. PLIN3 and PLIN5 are of particular interest to the lipid droplet–mitochondria interaction because PLIN3 is able to move about within cells and PLIN5 associates with skeletal muscle mitochondria. This study primarily investigated: 1) if PLIN3 is detected in skeletal muscle mitochondrial fraction; and 2) if mitochondrial protein content of PLIN3 and/or PLIN5 changes following stimulated contraction. A secondary aim was to determine if PLIN3 and PLIN5 associate and whether this changes following contraction. Male Long Evans rats (n = 21;age, 52 days; weight = 317 6 g) underwent 30 min of hindlimb stimulation (10 msec impulses, 100 Hz/3 sec at 10–20 V; train duration 100 msec). Contraction induced a ~50% reduction in intramuscular lipid content measured by oil red-O staining of red gastrocnemius muscle. Mitochondria were isolated from red gastrocnemius muscle by differential centrifugation and proteins were detected by western blotting. Mitochondrial PLIN5 content was ~1.6-fold higher following 30 min of contraction and PLIN3 content was detected in the mitochondrial fraction, and unchanged following contraction. An association between PLIN3 and PLIN5 was observed and remained unaltered following contraction. PLIN5 may play a role in mitochondria during lipolysis, which is consistent with a role in facilitating/regulating mitochondrial fatty acid oxidation. PLIN3 and PLIN5 may be working together on the lipid droplet and mitochondria during contraction-induced lipolysis.

Étude de l'implication des navettes du pyruvate découlant du métabolisme mitochondrial du glucose dans la régulation de la sécrétion d'insuline par les cellules bêta pancréatiques

Le diabète est une maladie métabolique qui se caractérise par une résistance à l’insuline des tissus périphériques et par une incapacité des cellules β pancréatiques à sécréter les niveaux d’insuline appropriés afin de compenser pour cette résistance. Pour mieux comprendre les mécanismes déficients dans les cellules β des patients diabétiques, il est nécessaire de comprendre et de définir les mécanismes impliqués dans le contrôle de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose. Dans les cellules β pancréatiques, le métabolisme du glucose conduit à la production de facteurs de couplage métabolique, comme l’ATP, nécessaires à la régulation de l’exocytose des vésicules d’insuline. Le mécanisme par lequel la production de l’ATP par le métabolisme oxydatif du glucose déclenche l’exocytose des vésicules d’insuline est bien décrit dans la littérature. Cependant, il ne peut à lui seul réguler adéquatement la sécrétion d’insuline. Le malonyl-CoA et le NADPH sont deux autres facteurs de couplage métaboliques qui ont été suggérés afin de relier le métabolisme du glucose à la régulation de la sécrétion d’insuline. Les mécanismes impliqués demeurent cependant à être caractérisés. Le but de la présente thèse était de déterminer l’implication des navettes du pyruvate, découlant du métabolisme mitochondrial du glucose, dans la régulation de la sécrétion d’insuline. Dans les cellules β, les navettes du pyruvate découlent de la combinaison des processus d’anaplérose et de cataplérose et permettent la transduction des signaux métaboliques provenant du métabolisme du glucose. Dans une première étude, nous nous sommes intéressés au rôle de la navette pyruvate/citrate dans la régulation de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose, puisque cette navette conduit à la production dans le cytoplasme de deux facteurs de couplage métabolique, soit le malonyl-CoA et le NADPH. De plus, la navette pyruvate/citrate favorise le flux métabolique à travers la glycolyse en réoxydation le NADH. Une étude effectuée précédemment dans notre laboratoire avait suggéré la présence de cette navette dans les cellules β pancréatique. Afin de tester notre hypothèse, nous avons ciblé trois étapes de cette navette dans la lignée cellulaire β pancréatique INS 832/13, soit la sortie du citrate de la mitochondrie et l’activité de l’ATP-citrate lyase (ACL) et l’enzyme malique (MEc), deux enzymes clés de la navette pyruvate/citrate. L’inhibition de chacune de ces étapes par l’utilisation d’un inhibiteur pharmacologique ou de la technologie des ARN interférant a corrélé avec une réduction significative de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose. Les résultats obtenus suggèrent que la navette pyruvate/citrate joue un rôle critique dans la régulation de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose. Parallèlement à notre étude, deux autres groupes de recherche ont suggéré que les navettes pyruvate/malate et pyruvate/isocitrate/α-cétoglutarate étaient aussi importantes pour la sécrétion d’insuline en réponse au glucose. Ainsi, trois navettes découlant du métabolisme mitochondrial du glucose pourraient être impliquées dans le contrôle de la sécrétion d’insuline. Le point commun de ces trois navettes est la production dans le cytoplasme du NADPH, un facteur de couplage métabolique possiblement très important pour la sécrétion d’insuline. Dans les navettes pyruvate/malate et pyruvate/citrate, le NADPH est formé par MEc, alors que l’isocitrate déshydrogénase (IDHc) est responsable de la production du NADPH dans la navette pyruvate/isocitrate/α-cétoglutarate. Dans notre première étude, nous avions démontré l’importance de l’expression de ME pour la sécrétion adéquate d’insuline en réponse au glucose. Dans notre deuxième étude, nous avons testé l’implication de IDHc dans les mécanismes de régulation de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose. La diminution de l’expression de IDHc dans les INS 832/13 a stimulé la sécrétion d’insuline en réponse au glucose par un mécanisme indépendant de la production de l’ATP par le métabolisme oxydatif du glucose. Ce résultat a ensuite été confirmé dans les cellules dispersées des îlots pancréatiques de rat. Nous avons aussi observé dans notre modèle que l’incorporation du glucose en acides gras était augmentée, suggérant que la diminution de l’activité de IDHc favorise la redirection du métabolisme de l’isocitrate à travers la navette pyruvate/citrate. Un mécanisme de compensation à travers la navette pyruvate/citrate pourrait ainsi expliquer la stimulation de la sécrétion d’insuline observée en réponse à la diminution de l’expression de IDHc. Les travaux effectués dans cette deuxième étude remettent en question l’implication de l’activité de IDHc, et de la navette pyruvate/isocitrate/α-cétoglutarate, dans la transduction des signaux métaboliques reliant le métabolisme du glucose à la sécrétion d’insuline. La navette pyruvate/citrate est la seule des navettes du pyruvate à conduire à la production du malonyl-CoA dans le cytoplasme des cellules β. Le malonyl-CoA régule le métabolisme des acides gras en inhibant la carnitine palmitoyl transférase 1, l’enzyme limitante dans l’oxydation des acides gras. Ainsi, l’élévation des niveaux de malonyl-CoA en réponse au glucose entraîne une redirection du métabolisme des acides gras vers les processus d’estérification puis de lipolyse. Plus précisément, les acides gras sont métabolisés à travers le cycle des triglycérides/acides gras libres (qui combinent les voies métaboliques d’estérification et de lipolyse), afin de produire des molécules lipidiques signalétiques nécessaires à la modulation de la sécrétion d’insuline. Des études effectuées précédemment dans notre laboratoire ont démontré que l’activité lipolytique de HSL (de l’anglais hormone-sensitive lipase) était importante, mais non suffisante, pour la régulation de la sécrétion d’insuline. Dans une étude complémentaire, nous nous sommes intéressés au rôle d’une autre lipase, soit ATGL (de l’anglais adipose triglyceride lipase), dans la régulation de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose et aux acides gras. Nous avons démontré que ATGL est exprimé dans les cellules β pancréatiques et que son activité contribue significativement à la lipolyse. Une réduction de son expression dans les cellules INS 832/13 par RNA interférant ou son absence dans les îlots pancréatiques de souris déficientes en ATGL a conduit à une réduction de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose en présence ou en absence d’acides gras. Ces résultats appuient l’hypothèse que la lipolyse est une composante importante de la régulation de la sécrétion d’insuline dans les cellules β pancréatiques. En conclusion, les résultats obtenus dans cette thèse suggèrent que la navette pyruvate/citrate est importante pour la régulation de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose. Ce mécanisme impliquerait la production du NADPH et du malonyl-CoA dans le cytoplasme en fonction du métabolisme du glucose. Cependant, nos travaux remettent en question l’implication de la navette pyruvate/isocitrate/α-cétoglutarate dans la régulation de la sécrétion d’insuline. Le rôle exact de IDHc dans ce processus demeure cependant à être déterminé. Finalement, nos travaux ont aussi démontré un rôle pour ATGL et la lipolyse dans les mécanismes de couplage métabolique régulant la sécrétion d’insuline.

Métabolisme énergétique cardiaque fœtal dans un modèle de restriction de croissance intra-utérine chez le rat

Une diète faible en sodium donnée à des rates lors de la dernière semaine de gestation induit une diminution de l’expansion volumique, du diamètre des artères utérines et du poids des placentas comparativement à des rates témoins. Ces perturbations suggèrent une diminution de la perfusion placentaire affectant l’apport foetal en nutriments. Les ratons naissent avec une restriction de croissance intra-utérine (RCIU). Chez le foetus, le substrat énergétique cardiaque principal est le glucose via la glycolyse. À la naissance, la source principale d’énergie est l’utilisation des acides gras par la β-oxydation. Nous émettons l’hypothèse que dans ce modèle de RCIU, le coeur foetal répond à la diminution d’apport nutritionnel due à une atteinte maternelle en adaptant son métabolisme énergétique cardiaque à la baisse. Les rates gestantes (témoins et recevant la diète faible en sodium) sont sacrifiées au jour 22 de gestation (sur 23). Les coeurs foetaux sont prélevés afin de caractériser les protéines dites « limitantes » in vitro des voies de la glycolyse et de la β-oxydation. Les expressions protéiques de GLUT1, GLUT4, HK1, HK2, CPT2, CPT1β, cytochrome c, PFK1, PKM1/2, mesurées par immunobuvardage de type Western, sont similaires entre les coeurs des foetus RCIU et témoins, mâles et femelles. L’expression protéique de CPT1α est diminuée dans les coeurs des femelles RCIU seulement. Il n’existe aucune différence significative entre les différents groupes quant à l’activité enzymatique de PKM1/2. Nos résultats dressent un profil métabolique général suggérant que le sexe du foetus peut avoir un effet sur la réponse cardiaque foetale à une atteinte du volume sanguin maternel causée par la diète restreinte en sodium. Ce profil métabolique semble démontrer une atteinte du catabolisme des lipides. Afin de bien caractériser cette réponse du mécanisme énergétique, l’activité enzymatique des autres enzymes principales de la glycolyse (HK1, HK2, PFK1), le flux intra-mitochondrial d’acyl CoA à travers les CPTs ainsi que la quantité totale d’acétyl CoA devront être quantifiés.

Regulation of lipid metabolism in adipocytes and hepatocytes by hexarelin through scavenger receptor CD36

Les sécrétines de l’hormone de croissance (GHRPs) sont de petits peptides synthétiques capables de stimuler la sécrétion de l’hormone de croissance à partir de l’hypophyse via leur liaison au récepteur de la ghréline GHS-R1a. Le GHRP hexaréline a été utilisé afin d’étudier la distribution tissulaire de GHS-R1a et son effet GH-indépendant. Ainsi, par cette approche, il a été déterminé que l’hexaréline était capable de se lier à un deuxième récepteur identifié comme étant le récepteur scavenger CD36. Ce récepteur possède une multitude de ligands dont les particules oxLDL et les acides gras à longue chaîne. CD36 est généralement reconnu pour son rôle dans l’athérogénèse et sa contribution à la formation de cellules spumeuses suite à l’internalisation des oxLDL dans les macrophages/monocytes. Auparavant, nous avions démontré que le traitement des macrophages avec l’hexaréline menait à l’activation de PPARƔ via sa liaison à GHS-R1a, mais aussi à CD36. De plus, une cascade d’activation impliquant LXRα et les transporteurs ABC provoquait également une augmentation de l’efflux du cholestérol. Une stimulation de la voie du transport inverse du cholestérol vers les particules HDL entraînait donc une diminution de l’engorgement des macrophages de lipides et la formation de cellules spumeuses. Puisque CD36 est exprimé dans de multiples tissus et qu’il est également responsable du captage des acides gras à longue chaîne, nous avons voulu étudier l’impact de l’hexaréline uniquement à travers sa liaison à CD36. Dans le but d’approfondir nos connaissances sur la régulation du métabolisme des lipides par CD36, nous avons choisi des types cellulaires jouant un rôle important dans l’homéostasie lipidique n’exprimant pas GHS-R1a, soient les adipocytes et les hépatocytes. L’ensemble de mes travaux démontre qu’en réponse à son interaction avec l’hexaréline, CD36 a le potentiel de réduire le contenu lipidique des adipocytes et des hépatocytes. Dans les cellules adipeuses, l'hexaréline augmente l’expression de plusieurs gènes impliqués dans la mobilisation et l’oxydation des acides gras, et induit également l’expression des marqueurs thermogéniques PGC-1α et UCP-1. De même, hexaréline augmente l’expression des gènes impliqués dans la biogenèse mitochondriale, un effet accompagné de changements morphologiques des mitochondries; des caractéristiques observées dans les types cellulaires ayant une grande capacité oxydative. Ces résultats démontrent que les adipocytes blancs traités avec hexaréline ont la capacité de se transformer en un phénotype similaire aux adipocytes bruns ayant l’habileté de brûler les acides gras plutôt que de les emmagasiner. Cet effet est également observé dans les tissus adipeux de souris et est dépendant de la présence de CD36. Dans les hépatocytes, nous avons démontré le potentiel de CD36 à moduler le métabolisme du cholestérol. En réponse au traitement des cellules avec hexaréline, une phosphorylation rapide de LKB1 et de l’AMPK est suivie d’une phosphorylation inhibitrice de l’HMG-CoA réductase (HMGR), l’enzyme clé dans la synthèse du cholestérol. De plus, la liaison d'hexaréline à CD36 provoque le recrutement d’insig-2 à HMGR, l’étape d’engagement dans sa dégradation. La dégradation de HMGR par hexaréline semble être dépendante de l’activité de PPARƔ et de l’AMPK. Dans le but d’élucider le mécanisme d’activation par hexaréline, nous avons démontré d’une part que sa liaison à CD36 provoque une déphosphorylation de Erk soulevant ainsi l’inhibition que celui-ci exerce sur PPARƔ et d’autre part, un recrutement de l’AMPK à PGC-1α expliquant ainsi une partie du mécanisme d’activation de PPARƔ par hexaréline. Les résultats générés dans cette thèse ont permis d’élucider de nouveaux mécanismes d’action de CD36 et d'approfondir nos connaissances de son influence dans la régulation du métabolisme des lipides.

Rôle de l'estérification des acides gras dans la régulation de la sécrétion d'insuline et le stress métabolique induits par le glucose

Le diabète est une maladie chronique de l’homéostasie du glucose caractérisée par une hyperglycémie non contrôlée qui est le résultat d’une défaillance de la sécrétion d’insuline en combinaison ou non avec une altération de l’action de l’insuline. La surnutrition et le manque d’activité physique chez des individus qui ont des prédispositions génétiques donnent lieu à la résistance à l’insuline. Pendant cette période dite de compensation où la concentration d’acides gras plasmatiques est élevée, l’hyperinsulinémie compense pleinement pour la résistance à l’insuline des tissus cibles et la glycémie est normale. Le métabolisme du glucose par la cellule pancréatique bêta entraîne la sécrétion d’insuline. Selon le modèle classique de la sécrétion d’insuline induite par le glucose, l’augmentation du ratio ATP/ADP résultant de la glycolyse et de l’oxydation du glucose, induit la fermeture des canaux KATP-dépendant modifiant ainsi le potentiel membranaire suivi d’un influx de Ca2+. Cet influx de Ca2+ permet l’exocytose des granules de sécrétion contenant l’insuline. Plusieurs nutriments comme les acides gras sont capables de potentialiser la sécrétion d’insuline. Cependant, le modèle classique ne permet pas d’expliquer cette potentialisation de la sécrétion d’insuline par les acides gras. Pour expliquer l’effet potentialisateur des acides gras, notre laboratoire a proposé un modèle complémentaire où le malonyl-CoA dérivé du métabolisme anaplérotique du glucose inhibe la carnitine palmitoyltransférase-1, l’enzyme qui constitue l’étape limitante de l’oxydation des acides gras favorisant ainsi leur estérification et donc la formation de dérivés lipidiques signalétiques. Le modèle anaplérotique/lipidique de la sécrétion d'insuline induite par le glucose prédit que le malonyl-CoA dérivé du métabolisme du glucose inhibe la bêta-oxydation des acides gras et augmente la disponibilité des acyl-CoA ou des acides gras non-estérifiés. Les molécules lipidiques agissant comme facteurs de couplage du métabolisme des acides gras à l'exocytose d'insuline sont encore inconnus. Des travaux réalisés par notre laboratoire ont démontré qu’en augmentant la répartition des acides gras vers la bêta-oxydation, la sécrétion d’insuline induite par le glucose était réduite suggérant qu’un des dérivés de l’estérification des acides gras est important pour la potentialisation sur la sécrétion d’insuline. En effet, à des concentrations élevées de glucose, les acides gras peuvent être estérifiés d’abord en acide lysophosphatidique (LPA), en acide phosphatidique (PA) et en diacylglycérol (DAG) et subséquemment en triglycérides (TG). La présente étude a établi l’importance relative du processus d’estérification des acides gras dans la production de facteurs potentialisant la sécrétion d’insuline. Nous avions émis l’hypothèse que des molécules dérivées des processus d’estérification des acides gras (ex : l’acide lysophosphatidique (LPA) et le diacylglycerol (DAG)) agissent comme signaux métaboliques et sont responsables de la modulation de la sécrétion d’insuline en présence d’acides gras. Afin de vérifier celle-ci, nous avons modifié le niveau d’expression des enzymes clés contrôlant le processus d’estérification par des approches de biologie moléculaire afin de changer la répartition des acides gras dans la cellule bêta. L’expression des différents isoformes de la glycérol-3-phosphate acyltransférase (GPAT), qui catalyse la première étape d’estérification des acides gras a été augmenté et inhibé. Les effets de la modulation de l’expression des isoenzymes de GPAT sur les processus d’estérifications, sur la bêta-oxydation et sur la sécrétion d’insuline induite par le glucose ont été étudiés. Les différentes approches que nous avons utilisées ont changé les niveaux de DAG et de TG sans toutefois altérer la sécrétion d’insuline induite par le glucose. Ainsi, les résultats de cette étude n’ont pas associé de rôle pour l’estérification de novo des acides gras dans leur potentialisation de la sécrétion d’insuline. Cependant, l’estérification des acides gras fait partie intégrante d’un cycle de TG/acides gras avec sa contrepartie lipolytique. D’ailleurs, des études parallèles à la mienne menées par des collègues du laboratoire ont démontré un rôle pour la lipolyse et un cycle TG/acides gras dans la potentialisation de la sécrétion d’insuline par les acides gras. Parallèlement à nos études des mécanismes de la sécrétion d’insuline impliquant les acides gras, notre laboratoire s’intéresse aussi aux effets négatifs des acides gras sur la cellule bêta. La glucolipotoxicité, résultant d’une exposition chronique aux acides gras saturés en présence d’une concentration élevée de glucose, est d’un intérêt particulier vu la prépondérance de l’obésité. L’isoforme microsomal de GPAT a aussi utilisé comme outil moléculaire dans le contexte de la glucolipotoxicité afin d’étudier le rôle de la synthèse de novo de lipides complexes dans le contexte de décompensation où la fonction des cellules bêta diminue. La surexpression de l’isoforme microsomal de la GPAT, menant à l’augmentation de l’estérification des acides gras et à une diminution de la bêta-oxydation, nous permet de conclure que cette modification métabolique est instrumentale dans la glucolipotoxicité.