Caractérisation de la voie de signalisation AMPK/ACC dans le foie et l’intestin du Psammomys obesus, un modèle animal de résistance à l’insuline et de diabète de type 2

L’expansion des maladies métaboliques dans les sociétés modernes exige plus d’activités de recherche afin d’augmenter notre compréhension des mécanismes et l’identification de nouvelles cibles d’interventions cliniques. L’obésité, la résistance à l’insuline (RI) et la dyslipidémie, en particulier sont tous des facteurs de risque associés à la pathogenèse du diabète de type 2 (DT2) et des maladies cardiovasculaires. Ainsi, la dyslipidémie postprandiale, notamment la surproduction des lipoprotéines hépatiques et intestinales, contribue d’une façon significative à l’hypertriglycéridémie. Quoique plusieurs études cliniques et fondamentales chez l’homme et les modèles animaux aient mis en évidence les rôles importants joués par le foie et l’intestin dans la dyslipidémie, les mécanismes moléculaires en cause ne sont pas bien élucidés. L’une des voies principales régulant le métabolisme lipidique est la voie de la protéine kinase AMPK. L’épuisement de l’ATP intracellulaire entraîne une activation de l’AMPK qui va œuvrer pour rétablir l’équilibre énergétique en stimulant des voies génératrices d’ATP et en inhibant des voies anaboliques consommatrices d’ATP. Les effets positifs de l’activation de l’AMPK comprennent l’augmentation de la sensibilité à l’insuline dans les tissus périphériques, la réduction de l’hyperglycémie et la réduction de la lipogenèse, d’où son importance dans les interventions cliniques pour la correction des dérangements métaboliques. Il est à souligner que le rôle de l’AMPK dans le foie et l’intestin semble plus complexe et mal compris. Ainsi, la voie de signalisation de l’AMPK n’est pas bien élucidée dans les situations pathologiques telles que le DT2, la RI et l’obésité. Dans le présent projet, notre objectif consiste à caractériser le rôle de cette voie de signalisation dans la lipogenèse hépatique et dans le métabolisme des lipides dans l’intestin chez le Psammomys obesus, un modèle animal d’obésité, de RI et de DT2. À cette fin, 3 groupes d’animaux sont étudiés (i.e. contrôle, RI et DT2). En caractérisant la voie de signalisation de l’AMPK/ACC dans le foie, nous avons constaté une augmentation de l’expression génique des enzymes clés de la lipogenèse (ACC, FAS, SCD-1 et mGPAT) et des facteurs de transcription (ChREBP, SREBP-1) qui modulent leur niveau d’expression. Nos analyses détaillées ont révélé, par la suite, une nette augmentation de l’expression de l’isoforme cytosolique de l’ACC, ACC1 (impliqué dans la lipogenèse de novo) concomitante avec une invariabilité de l’expression de l’isoforme mitochondrial ACC2 (impliqué dans la régulation négative de la β-oxydation). En dépit d’un état adaptatif caractérisé par une expression protéique et une phosphorylation (activation) élevées de l’AMPKα, l’activité de la kinase qui phosphoryle et inhibe l’ACC reste très élevée chez les animaux RI et DT2. Au niveau de l’intestin grêle des animaux RI et DT2, nous avons démontré que l’augmentation de la lipogenèse intestinale est principalement associée avec une diminution de la voie de signalisation de l’AMPK (i.e. expression protéique et phosphorylation/activation réduites des deux isoformes AMPKα1 et AMPKα2). La principale conséquence de la diminution de l’activité AMPK est la réduction de la phosphorylation de l’ACC. Étant donné que le niveau d’expression totale d’ACC reste inchangé, nos résultats suggèrent donc une augmentation de l’activité des deux isoformes ACC1 et ACC2. En parallèle, nous avons observé une réduction de l’expression protéique et génique de la CPT1 [enzyme clé de la β-oxydation des acides gras (AG)]. L’ensemble de ces résultats suggère une inhibition de l’oxydation des AG concomitante avec une stimulation de la lipogenèse de novo. Enfin, nous avons démontré que l’intestin grêle est un organe sensible à l’action de l’insuline et que le développement de la résistance à l’insuline pourrait altérer les deux voies de signalisation (i.e. Akt/GSK3 et p38MAPK) essentielles dans plusieurs processus métaboliques. En conclusion, nos résultats indiquent que l’augmentation de la lipogenèse qui contribue pour une grande partie à la dyslipidémie dans la résistance à l’insuline et le diabète serait due, en partie, à des défauts de signalisation par l’AMPK. Nos observations illustrent donc le rôle crucial du système AMPK au niveau hépatique et intestinal, ce qui valide l’approche thérapeutique consistant à activer l’AMPK pour traiter les maladies métaboliques.

Modalities of exercise training on liver fat accretion and inflammatory markers in ovariectomized rats

Les facteurs de risque des maladies cardiovasculaires, telle, que la détérioration du profil lipidique, deviennent plus prononcés après la ménopause, ce qui fait de la maladie coronarienne, l’une des principales causes de décès chez les femmes ménopausées. Une proportion importante de femmes prennent du poids après la ménopause en particulier dans la région abdominale entraînant par conséquent des perturbations métaboliques. Des données récentes suggèrent également que l’absence des œstrogènes observée à la ménopause favorise le développement de la stéatose hépatique. Cette dernière a été incriminée pour incriminée dans le développement de la résistance à l'insuline, et est de ce fait considérée comme une composante hépatique du syndrome métabolique. Il est impératif d'établir des stratégies visant à contrecarrer l'accumulation de graisse dans le foie et l’accroissement du tissu adipeux chez les femmes ménopausées, en tenant compte que l'utilisation de l'hormonothérapie substitutive est de nos jours moins soutenue. Les quatre études de la présente thèse ont été conduites pour tenter de fournir des informations sur le traitement et la prévention de l’augmentation de la masse graisseuse et de la stéatose hépatique qu’entraîne la suppression des œstrogènes, à travers les modifications du mode de vie (diète et exercice physique) chez la rate ovariectomizée (Ovx); un modèle animal de la ménopause. Dans les deux premières études nous nous sommes concentrés sur l’augmentation de la masse graisseuse et sa reprise suite à une perte de poids. Dans la première étude, nous avons montré que les rates Ovx qui ont suivi un programme de restriction alimentaire (FR) ont diminué significativement (P < 0.01) leur poids corporel, leur contenu en graisses intra-abdominales ainsi que leurs triacylglycérols (TAG) hépatiques, comparativement aux rates Ovx nourries à la diète normale. De plus, l’entraînement en résistance (RT) a prévenu la reprise de poids corporel ainsi que l’accroissement du tissu adipeux et l’accumulation de lipides dans le foie des rates Ovx, après l’arrêt du régime amaigrissant. Les résultats de la deuxième étude ont confirmé l'efficacité de la restriction alimentaire associée à l’entraînement en résistance (FR + RT) dans la réduction du poids corporel, des lipides dans le foie et le tissu adipeux chez les rates Ovx. Tenant compte des résultats de notre première étude, l’entraînement en résistance seulement a constitué un atout pour atténuer le poids corporel et la masse grasse reprise par les rates Ovx suite à un programme de perte de poids (FR + RT); bien que l'impact ait été moindre comparé au maintien seul de la restriction alimentaire. De la même manière que la supplémentation en œstrogènes, les résultats de la troisième étude indiquent que l'entraînement en endurance mené concurremment avec l’ovariectomie a significativement atténué l'accumulation de lipides dans le foie ainsi que dans le tissu adipeux. Toutefois, l’entraînement en endurance effectué avant l'ovariectomie n'a pas protégé contre l'accumulation des graisses qu’entraîne l'ovariectomie, si celui-ci est interrompu après l'ovariectomie. Enfin, pour compléter les résultats antérieurs, nous avons montré dans la quatrième étude que l’expression des gènes impliqués dans la synthèse de lipide; SREBP-1c, SCD-1, ChREBP, et ACC dans le foie a augmenté après le retrait des œstrogènes, tandis qu’une diminution (P < 0.01) des niveaux d'ARNm de PPAR-α a été observée. De plus, l'expression hépatique des gènes des cytokines pro-inflammatoires incluant IKKβ, IL-6 ainsi que le contenu protéinique de NF-кB étaient augmentés (P < 0.01) chez les rates Ovx par rapport aux rates ayant subi une Ovx simulée (Sham). Toutes ces perturbations ont été améliorées avec la supplémentation en œstrogènes seulement, ainsi qu'avec l'entraînement en endurance seulement. Dans l'ensemble, nos résultats indiquent que l'exercice physique (en résistance ou en endurance) a un impact significatif sur la réduction de l'accumulation des lipides dans le foie et dans le tissu adipeux des rates Ovx. De plus, chez les rates Ovx, l’entraînement en endurance mimerait les effets des œstrogènes sur l'expression des gènes impliqués dans l'accumulation de lipides et l’inflammation préclinique dans le foie.

Green tea extract rich in epigallocatechin-3-gallate prevents fatty liver by ampk activation via lkb1 in mice fed a high-fat diet

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Interstrain differences in the severity of liver injury induced by a choline- and folate-deficient diet in mice are associated with dysregulation of genes involved in lipid metabolism

Nonalcoholic fatty liver disease (NAFLD) is a major health problem and a leading cause of chronic liver disease in the United States and developed countries. In humans, genetic factors greatly influence individual susceptibility to NAFLD. The goals of this study were to compare the magnitude of interindividual differences in the severity of liver injury induced by methyl-donor deficiency among individual inbred strains of mice and to investigate the underlying mechanisms associated with the variability. Feeding mice a choline-and folate-deficient diet for 12 wk caused liver injury similar to NAFLD. The magnitude of liver injury varied among the strains, with the order of sensitivity being A/J approximate to C57BL/6J approximate to C3H/HeJ < 129S1/SvImJ approximate to CAST/EiJ < PWK/PhJ < WSB/EiJ. The interstrain variability in severity of NAFLD liver damage was associated with dysregulation of genes involved in lipid metabolism, primarily with a down-regulation of the peroxisome proliferator receptor alpha (PPAR alpha)-regulated lipid catabolic pathway genes. Markers of oxidative stress and oxidative stress-induced DNA damage were also elevated in the livers but were not correlated with severity of liver damage. These findings suggest that the PPAR alpha-regulated metabolism network is one of the key mechanisms determining interstrain susceptibility and severity of NAFLD in mice.-Tryndyak, V., de Conti, A., Kobets, T., Kutanzi, K., Koturbash, I., Han, T., Fuscoe, J. C., Latendresse, J. R., Melnyk, S., Shymonyak, S., Collins, L., Ross, S. A., Rusyn, I., Beland, F. A., Pogribny, I. P. Interstrain differences in the severity of liver injury induced by a choline-and folate-deficient diet in mice are associated with dysregulation of genes involved in lipid metabolism. FASEB J. 26, 4592-4602 (2012). www.fasebj.org

Pathway analysis of genome-wide association study data in primary biliary cirrhosisa

Genome-wide association studies (GWAS) have successfully identified several genetic loci associated with inherited predisposition to primary biliary cirrhosis (PBC), the most common autoimmune disease of the liver. Pathway-based tests constitute a novel paradigm for GWAS analysis. By evaluating genetic variation across a biological pathway (gene set), these tests have the potential to determine the collective impact of variants with subtle effects that are individually too weak to be detected in traditional single variant GWAS analysis. To identify biological pathways associated with the risk of development of PBC, GWAS of PBC from Italy (449 cases and 940 controls) and Canada (530 cases and 398 controls) were independently analyzed. The linear combination test (LCT), a recently developed pathway-level statistical method was used for this analysis. For additional validation, pathways that were replicated at the P <0.05 level of significance in both GWAS on LCT analysis were also tested for association with PBC in each dataset using two complementary GWAS pathway approaches. The complementary approaches included a modification of the gene set enrichment analysis algorithm (i-GSEA4GWAS) and Fisher's exact test for pathway enrichment ratios. Twenty-five pathways were associated with PBC risk on LCT analysis in the Italian dataset at P<0.05, of which eight had an FDR<0.25. The top pathway in the Italian dataset was the TNF/stress related signaling pathway (p=7.38×10 -4, FDR=0.18). Twenty-six pathways were associated with PBC at the P<0.05 level using the LCT in the Canadian dataset with the regulation and function of ChREBP in liver pathway (p=5.68×10-4, FDR=0.285) emerging as the most significant pathway. Two pathways, phosphatidylinositol signaling system (Italian: p=0.016, FDR=0.436; Canadian: p=0.034, FDR=0.693) and hedgehog signaling (Italian: p=0.044, FDR=0.636; Canadian: p=0.041, FDR=0.693), were replicated at LCT P<0.05 in both datasets. Statistically significant association of both pathways with PBC genetic susceptibility was confirmed in the Italian dataset on i-GSEA4GWAS. Results for the phosphatidylinositol signaling system were also significant in both datasets on applying Fisher's exact test for pathway enrichment ratios. This study identified a combination of known and novel pathway-level associations with PBC risk. If functionally validated, the findings may yield fresh insights into the etiology of this complex autoimmune disease with possible preventive and therapeutic application.^