Dynamique des changements de tailles des adipocytes (Implications physiologiques et physiopathologiques)

L obésité abdominale est associée à de nombreuses complications métaboliques, telles que la résistance à l insuline, le diabète de type 2 et les maladies cardiovasculaires. Récemment, il a été suggéré que ces anomalies métaboliques sont étroitement associées à la taille des adipocytes, cellules constitutives du tissu adipeux. En effet, plusieurs travaux suggèrent que plus les adipocytes sont gros, plus ils produisent des adipokines pro-inflammatoires, responsables de l inflammation chronique associée à l obésité. Dans ce contexte, le but de ce travail de thèse était, dans un premier temps, d établir les répartitions en fréquences de tailles des adipocytes dans différentes situations physiologiques et physiopathologiques et dans différents dépôts adipeux à l aide du Multisizer IV Coulter counter et dans un second temps de corréler la taille des adipocytes à leurs fonctions physiologiques. D une part, nous avons montré que quels que soient les dépôts adipeux, les répartitions en fréquences de tailles des adipocytes ont toutes le même profil, elles sont bimodales avec une population de petits adipocytes (diamètre nadir). La privation en insuline (diabète de type I) entraînant une diminution de 60% de la masse du tissu adipeux, altére profondément la répartition bimodale en fréquences de tailles des adipocytes. La supplémentation en insuline de ces animaux diabétiques restaure la cellularité du tissu adipeux et la répartition en fréquences de tailles des adipocytes, suggérant un rôle régulateur majeur de l insuline sur ces paramètres. La restriction calorique partielle, nous a permis de mettre en évidence un phénomène d hystérésis dans certains tissus adipeux. De plus, à partir des données de restriction calorique prolongée il a été possible d établir un modèle prédisant la cinétique des changements de tailles des adipocytes et de la répartition en fréquences de tailles. D autre part, après avoir séparé les adipocytes en deux populations : les gros (diamètre > 50 m) et les petits adipocytes (diamètre nadir). Deprivation of insulin (type I diabetes) resulting in a decrease of 60% of adipose tissue mass, profoundly alters the bimodal distribution of adipocyte size frequency. Insulin supplementation of these diabetic animals restores cellularity of adipose tissue and the size-frequency distribution of adipocytes, suggesting a major regulatory role of insulin on these parameters. Partial caloric restriction has allowed us to a hysteresis phenomenon in some adipose tissues. In addition, following data from extended caloric restriction it has been possible to develop a model predicting the kinetic of changes concerning both the size of adipocytes and the frequency distribution. On the other hand, after separating the adipocytes in two populations: large (diameter > 50 microns) and small adipocytes (diameter < 50 microns), we have shown that small adipocytes are more insulin-sensitive than large ones. We also observed that larger adipocytes are more lipolytic than smaller ones. These data are in agreement with the established model showing that the interactions with the tissue microenvironment are mainly dependent on the surface of cell membranes. Thus, our results show that if the amount of adipose tissue is important, the quality which noticed by the adipocyte size frequency distributions is also important and could be used as a marker to predict the development of metabolic disorders.VILLEURBANNE-DOC'INSA-Bib. elec. (692669901) / SudocSudocFranceF

Tissu adipeux et inflammation (effet du stress oxydant sur le métabolisme des prostaglandines dans les adipocytes 3T3-L1)

Il a été récemment suggéré que l inflammation constitue un lien entre l obésité, la résistance à l insuline et le diabète de type 2. L inflammation est accompagnée d une augmentation du stress oxydant dans les cellules adipeuses, favorisant l installation de la résistance à l insuline. Les prostaglandines et les cytokines sont les médiateurs essentiels de l inflammation. Les prostaglandines sont issues de l action des cyclooxygénases (COX) sur l acide arachidonique. En réponse à un stress oxydant généré par le système glucose oxydase/glucose. Nous avons observé une augmentation significative du 4-hydroxynonénal (4-HNE), un aldéhyde très réactif issu de la peroxydation lipidique, dans les adipocytes 3T3-L1 associée à une augmentation de l expression de COX-2, l isoforme inductible des cyclooxygénases. En outre, nous avons testé l effet direct du 4-HNE sur l expression des cyclooxygénases dans les adipocytes 3T3-L1. Le 4-HNE agit par l intermédiaire de la p38 MAPK et induit l expression de COX-2. Cette augmentation résulte en une production significativement accrue de prostaglandines D2 et F2a. Le stress oxydant diminue la sécrétion d adiponectine dans les adipocytes 3T3-L1 sans pour autant que l on connaisse les médiateurs intracellulaires de cet effet. Cette adipokine insulino-sensibilisante, joue un rôle important dans l homéostasie vasculaire. Le rôle de la prostaglandine D2 (PGD2) et de ses dérivés sur la sécrétion d adiponectine a été étudié. La 15 désoxy 12,14J2 (15PGJ2), prostaglandine issu de la conversion non enzymatique de la PGD2, inhibe fortement la sécrétion d adiponectine. Dans cette étude, nous avons montré que l'effet de la 15dPGJ2 sur la sécrétion d adiponectine est indépendant de PPARg, de la famille des MAPK et de NF- B. La 15dPGJ2 pourrait être le médiateur du stress oxydant sur la diminution de la sécrétion d adiponectine par les adipocytes 3T3-L1.Oxidative stress and low grade chronic inflammation are increased in accumulating fat. Recent studies suggest that inflammation links obesity to type 2 diabetes and insulin resistance. The inflammatory response is mediated by various signaling molecules and enzymatic pathways, among which cyclooxygenase (COX) is one of the most predominant. COX catalyzes the formation of prostaglandins from phospholipase A2-released arachidonic acid. Our objective was to test the effect of oxidative stress produced by the glucose oxidase/glucose system, on COX expression and prostaglandins metabolism in 3T3-L1 adipocytes. Under theses conditions, we observed a significant increase in 4-hydroxynonenal (4-HNE), a very reactive aldehyde and one of the major products of lipid peroxidation, associated with an increase of COX-2, the inducible form of COX. 4-HNE increased COX-2 mRNA and protein expression, through p38 MAPK activation. The COX-2 up-regulation led to a significant production of prostaglandin D2 and F2a. In a previous study we have shown that oxidative stress decreased adiponectin production in 3T3-L1 adipocytes, but the mechanism of this regulation remained unclear. The effects of prostaglandin D2 (PGD2) and its derivatives (PGJ2, 12 J2, 15 deoxy 12,14J2) on the adiponectin production were tested in 3T3-L1 adipocytes. The 15 deoxy 12,14J2 (15dPGJ2), issued from the non enzymatic conversion of PGD2, has a powerful suppressive effect on adiponectin production. This prostaglandin is described as an endogenous PPARg ligand. In this study, we show that the effect of 15dPGJ2 on adiponectin production is independent of PPARg, the MAPK family and NF- B. Thus, 15dPGJ2, may be the mediator of the effect of oxidative stress on adiponectin production in 3T3-L1 adipocytes.VILLEURBANNE-DOC'INSA LYON (692662301) / SudocSudocFranceF

Effets du stress oxydant sur le fonctionnement des adipocytes (adiponectine et prostaglandines)

Le stress oxydant est impliqué dans de nombreuses pathologies: athérosclérose, diabète de type 2, maladies neurodégénératives... Les prostaglandines sont issues de l'action des cyclooxygénases (COX) sur l'acide arachidonique. Elles jouent un rôle important dans la différenciation adipocytaire, par l'intermédiaire de la 15dPGJ2, le ligand endogène le plus efficace de PPARgamma, un récepteur nucléaire dont l'activation induit la différenciation en cellule adipeuse. Notre objectif était de mesurer l'effet du stress oxydant sur la différenciation et le fonctionnement adipocytaire. Nous avons mesuré la sécrétion d'adiponectine, l'expression de ses ARNm, dans les adipocytes 3T3-L1 en réponse à un stress oxydant produit par la glucose oxydase. Une part importante de notre travail a été consacrée à la quantification de la 15dPGJ2. Nous avons démontré que le stress oxydant induit par la glucose oxydase, objectivé par la libération de 4 hydroxynonénal, diminue la production d'adiponectine, une adipokine insulino-sensibilisante produite par les adipocytes. Nous avons mis en évidence l'existence d'une liaison covalente entre la 15dPGJ2 et PPARgamma. En conclusion, nos travaux soulignent l'importance du stress oxydant dans le développement du diabète de type 2, en diminuant la production d'adiponectine. La mise en évidence d'une liaison covalente entre la 15dPGJ2 et PPARgamma atteste de l'importance de cette prostaglandineOxidative stress is suspected to play a major role in numerous pathophysiological states, such as : atherosclerosis, type 2 diabetes, neurodegenerative deseases... Prostaglandins are produced by cyclooxygenases (COX) from arachidonic acid. Prostaglandins are key players in adipose cell differentiation through 15dPGJ2, the most efficient endogenous ligand to PPARgamma, a nuclear receptor which is able to induce adipose cell differentiation. Our main goal was to measure the effects of oxidative stress on adipose cell differentiation and functions. We measured adiponectin production, the expression of mRNA coding adiponectin and 4 hydroxy-nonenal (4-HNE) a marker of lipid peroxidation, in 3T3-L1 adipocytes in response to oxidative stress induced by glucose oxidase. We show that oxidative stress induced by glucose oxidase, increased 4-HNE production and decreased adiponectin secretion, an adipokin mainly produced by adipocytes which improves insulin sensitivity. We also showed that 15dPGJ2 covalently binds PPARgamma. In conclusion, our results underline the importance of oxidative stress in the development of type 2 diabetes through the decreased production of adiponectin. The demonstration of a covalent binding between 15dPGJ2 and PPARgamma points out the important physiological role of that prostaglandin.LYON1-BU.Sciences (692662101) / SudocVILLEURBANNE-DOC'INSA LYON (692662301) / SudocSudocFranceF

Etude de la lipolyse et de la synthèse de composés du derme sous l'effet de la cirsimarine, flavone extraite de Microtea debilis

Notre objectif était de trouver un agent lipolytique pouvant être utilisé comme amincissant en cosmétique. Plutôt que de rechercher des agonistes activateurs de la lipolyse, nous nous sommes basés sur des mécanismes de régulation peu connus dans lesquels la lipolyse est inhibée en permanence. A partir ce cette possibilité, vérifiée dans nos travaux préliminaires, nous avons recherché des antagonistes de l'inhibition de la lipolyse. Les données de la littérature nous ont permis d'identifier une molécule pouvant jouer ce rôle : la cirsimarine. Nos objectifs ont été : 1) de trouver un approvisionnement, pour cela nous nous sommes procurés plusieurs plantes référencées pour contenir ce flavonoïde afin de choisir le végétal à utiliser ; 2) de mettre au point une méthode d'extraction et de purification de la cirsimarine ; 3) de mettre au point une méthode de dosage de cette molécule ; 4) de tester les effets lipolytiques de cette molécule sur différents modèles : adipocytes isolés de rat, adipocytes isolés humains, explants cutanés. Ces travaux nous ont permis d'établir que la plante Microtea debilis Sw. est la meilleure source potentielle en cirsimarine. Plusieurs conditions d'extractions ont été testées. Une méthode de purification de la cirsimarine par chromatographie préparative liquide haute performance a été développée afin de disposer d'un étalon fiable pour réaliser nos travaux de recherche. La cirsimarine produite a été identifiée et dosée par chromatographie sur couche mince et par chromatographie liquide haute performance. Nous avons étudié les effets de l'extrait végétal et de la flavone sur le métabolisme lipidique : lipolyse (sur des modèles d'adipocytes isolés et sur des explants) et lipogenèse (sur un modèle d'adipocytes isolés). Étant donné que la matrice extracellulaire est altérée lors de l'hypertrophie des adipocytes, nous nous sommes intéressés à l'action de l'extrait végétal sur la synthèse de certains composants de cette matrice. Les résultats préliminaires sur l'expression des ARNm et sur la synthèse de différentes molécules de la matrice extracellulaire suggèrent que la cirsimarine puisse jouer un rôle important sur la fermeté cutanée. Enfin, considérant l'effet antioxydant de la plupart des flavonoïdes, nous avons recherché cet effet pour la cirsimarine. Nos résultats suggèrent une action cellulaire directe de la cirsimarine résultant en une diminution de la production de peroxyde d'hydrogène par le tissu adipeux.The objective of this work was to find a lipolytic agent, that could be used as a slimming agent in cosmetic products. Our research aimed at finding mechanisms which had been not extensively studied and where lipolysis was always inhibited. The literature review has helped us to identify a molecule which could match with these requirements: cirsimarine. The initial steps of this work were: finding raw materials, developing extraction and purification methods for cirsimarine. The experiments performed showed that microtea debilis swartz, is the best source of cirsimarine. Then the effects of the vegetal extract and its flavone on lipidic metabolism were investigated. As extracellular matrix changes with adipocytes hypertrophy, the impact of the vegetal extract on components of this matrix was also studied. In addition, the antioxidant effect of cirsimarine was investigated as shown for a lot of flavonoidsVILLEURBANNE-DOC'INSA LYON (692662301) / SudocPARIS-BIUP (751062107) / SudocSudocFranceF

Magnetic resonance imaging biomarkers of exercise-induced improvement of oxidative stress and inflammation in the brain of old high-fat-fed ApoE-/- mice

International audienceVascular brain lesions, present in advanced atherosclerosis, share pathological hallmarks with peripheral vascular lesions, such as increased inflammation and oxidative stress. Physical activity reduces these peripheral risk factors, but its cerebrovascular effect is less documented, especially by non-invasive imaging. Through a combination of in vivo and post-mortem techniques, we aimed to characterize vascular brain damage in old ApoE-/- mice fed a high-cholesterol (HC) diet with dietary controlled intake. We then sought to determine the beneficial effects of exercise training on oxidative stress and inflammation in the brain as a treatment option in an ageing atherosclerosis mouse model. Using in vivo magnetic resonance imaging (MRI) and biological markers of oxidative stress and inflammation, we evaluated the occurrence of vascular abnormalities in the brain of HC-diet fed ApoE-/- mice \textgreater70 weeks old, its association with local and systemic oxidative stress and inflammation, and whether both can be modulated by exercise. Exercise training significantly reduced both MRI-detected abnormalities (present in 71% of untrained vs. 14% of trained mice) and oxidative stress (lipid peroxidation, 9.1 +/- 1.4 vs. 5.2 +/- 0.9 mumol mg-1 ; P \textless 0.01) and inflammation (interleukin-1beta, 226.8 +/- 27.1 vs. 182.5 +/- 21.5 pg mg-1 ; P \textless 0.05) in the brain, and the mortality rate. Exercise also decreased peripheral insulin resistance, oxidative stress and inflammation, but significant associations were seen only within brain markers. Highly localized vascular brain damage is a frequent finding in this ageing atherosclerosis model, and exercise is able to reduce this outcome and improve lifespan. In vivo MRI evaluated both the neurovascular damage and the protective effect of exercise