Apports des omiques du tissu adipeux dans la compréhension des mécanismes adaptatifs après une perte de poids chez les patients obèses

L'obésité est une maladie chronique évolutive, pour laquelle le traitement médical reste mis en échec sur le long terme. Perdre du poids et maintenir cette perte durant plusieurs années demeure un défi pour un bon nombre de patients obèses. Un excès d'adiposité est clairement associé à un certain nombre de co-morbidités dont la résistance à l'action de l'insuline. L'objectif du traitement de l'obésité est non seulement la perte de poids mais aussi la prise en charge des co-morbidités associées. Depuis quelques années, de nouveaux concepts ont émergé quant au rôle du tissu adipeux dans le développement de la résistance à l'insuline et ce tissu apparait comme un objet d'étude de premier plan. Les adaptations métaboliques et moléculaires se produisant à son niveau lors d'une perte de poids restent mal connues. Une approche multidisciplinaire impliquant l'intégration de données cliniques, biochimiques et omiques est essentiel pour appréhender toute la complexité de ces adaptations à la perte pondérale. Les objectifs de cette thèse étaient : 1. d'identifier les déterminants cliniques, biologiques et génétiques de l'expression de gènes dans le tissu adipeux sous cutané abdominal lors d'une intervention diététique de grande ampleur enrôlant des patients obèses ou en surpoids. 2. D'étudier les relations entre les variations d'expression des gènes du tissu adipeux, les changements de la composition en acides gras du tissu adipeux et les modifications cliniques et biologiques dans cette même cohorte. 3. De savoir si la variation d'expression de gènes pouvait expliquer voire prédire l'évolution de la résistance à l'insuline durant ce même protocole. DiOGenes est une étude européenne multicentrique d'intervention nutritionnelle chez plus de 700 patients obèses ou en surpoids, associant une phase de restriction calorique de 8 semaines à l'issue de laquelle les patients, qui avaient perdu au moins 8% de leur poids initial, étaient randomisés en 5 branches ad libitum pour un suivi de 6 mois : 4 groupes étaient assignés à un régime variant selon la teneur en protéine et l'index glycémique, et un groupe témoin. Chez 311 patients de cette cohorte, nous avons montré que l'expression de 271 gènes du tissu adipeux sous-cutané, était influencé par le sexe des sujets et ce, de façon indépendante de la masse grasse, du statut nutritionnel et des chromosomes sexuels. Nous avons également observé que l'expression différentielle de plusieurs gènes était significativement associée à la présence d'un syndrome métabolique chez ces patients. Enfin, le contrôle de l'expression des gènes par les marqueurs du polymorphisme génétique cis n'était pas affecté par le sexe des individus, ni par le statut nutritionnel. Nous avons également étudié la composition en acides gras du tissu adipeux de 135 femmes ayant suivi ce programme et l'avons confrontée aux données d'expression génique et clinico-biologiques. Par une approche basée sur les réseaux et les classifications de sommets, nous avons identifié l'acide myristoléïque comme un marqueur lipidique pertinent de la lipogenèse de novo et de l'activité de la SCD durant la perte de poids. Une signature génique anabolique, unique aux sujets qui reprennent du poids, a été observée suggérant une activation des voies de la prolifération cellulaire. Chez 216 sujets, nous avons montré que le transcrit qui expliquait le mieux l'évolution de la sensibilité à l'insuline était le gène CIDEA et que les variations de son niveau d'expression suivaient l'évolution de la sensibilité à l'insuline, indépendamment de l'indice de masse corporelle. Le potentiel prédictif de la sensibilité à l'insuline par les niveaux d'ARNm reste à déterminer. Ce protocole d'intervention nutritionnelle européen de conception originale offre l'opportunité unique de relier les évènements cliniques et biologiques survenant au gré des variations pondérales à des données de science fondamentale (expression génique, composition en acides gras du tissu adipeux), donnant ainsi du sens à une démarche de recherche translationnelle.Obesity is a chronicle progressive disease. Medical treatment often fails in the long term. To lose excess fat mass and maintain it at long last remain a challenge for obese people. Excess adipose tissue is associated with increased risk of cardiovascular disorders and metabolic abnormalities, including insulin resistance. Obesity treatment aims at losing fat mass thus improving obesity-associated disorders. Metabolic and molecular adaptations occurring in adipose tissue during a weight loss program remain largely unknown. They could provide potential new biomarkers to stratify obese phenotypes or new therapeutic targets. A multidisciplinary research effort involving a combination of clinical, biochemical and omics approaches appears mandatory to increase knowledge in the complexity of these adaptations. This work first aimed at identifying the clinical, biological and genetic determinants of gene expression in abdominal sub-cutaneous human adipose tissue during a large scale dietary intervention. Second, we aimed at revealing the characteristics of adipose tissue biological networks relevant to clinical traits in this obese patient cohort (using adipose tissue fatty acids composition, mRNA levels and bio-clinical risk factors). Third, we hypothesized that adipose tissue gene profiling would help identifying novel biomarkers that underline long term changes in insulin resistance with weight loss. The DiOGenes trial is one of the largest longitudinal dietary interventions consisting in an 8-week weight loss diet and a 6-month weight control phase with different diets. In a sub-group of 311 patients, we found evidence for independent control of adipose tissue gene expression by calorie restriction, metabolic syndrome, body mass index, sex and genotype. In 135 women of this DiOGenes cohort, a combination of network inference and node clustering using gene expression, lipidome and bio-clinical data has linked a characteristic structure of adipose tissue network to a slimmed phenotype thereby identifying myristoleic acid as main lipidic biomarkers for de novo lipogenesis and stearoyl CoA desaturase activity. We observed an anabolic signature unique to individuals with unsuccessful weight control that suggests detrimental cell proliferation. In a group of 216 patient of the DiOGenes cohort, we showed that CIDEA gene expression was the only gene that explained insulin resistance trajectories (assessed by HOMA-IR). Changes in adipose tissue CIDEA mRNA levels paralleled variations in insulin sensitivity independently of change in body mass index. The predictive potency of insulin resistance by mRNA level combined to clinical parameters, or not, needs to be investigated further. The originally designed dietary intervention DiOGenes offers unique opportunity to link clinical and biological outcomes to adipose tissue lipidomic and gene expression data sets, which provide a path to translational research approach

Intérêt d'un programme d'insulinothérapie transitoire intensive chez le diabétique de type 2 en échec thérapeutique

l'insulinothérapie transitoire intensive (ITTI) est une stratégie utilisée chez les patients diabétiques de type 2 en échec thérapeutique. Le traitement antidiabétique est adapté au décours de l'ITTI. Nous avons donc voulu étudier l'intérêt d'un tel programme chez ces patients, grâce à une étude rétrospective et une étude prospective menées chez les patients diabétiques de type 2 entrés en hospitalisation en vue d'une ITTI dans le service de diabétologie. L'étude des caractéristiques de ces patients montre qu'ils sont plus âgés que dans les autres études et plus corpulents, avec un diabète ancien, évolué et compliqué. L'adaptation thérapeutique au décours de l'ITTI a un rôle important sur l'évolution de l'équilibre glycémique à un an. Dans les 2 études, on observe une évolution favorable à un an : -1,1 point d'HbA1c dans l'étude rétrospective et -1,5 point dans l'étude prospective. L'échappement métabolique semble donc se produire plus tardivement que dans les études antérieures.TOULOUSE3-BU Santé-Centrale (315552105) / SudocSudocFranceF

Peroxisome proliferator-activated receptor-alpha control of lipid and glucose metabolism in human white adipocytes.

International audienceThis work aimed at characterizing the role of peroxisome proliferator-activated receptors (PPAR)alpha in human white adipocyte metabolism and at comparing PPAR alpha and PPAR gamma actions in these cells. Primary cultures of human fat cells were treated with the PPAR alpha agonist GW7647 or the PPAR gamma agonist rosiglitazone. Changes in gene expression were determined using DNA microarrays and quantitative RT-PCR. Western blot and metabolic studies were performed to identify the biological effects elicited by PPAR agonist treatments. GW7647 induced an up-regulation of beta-oxidation gene expression and increased palmitate oxidation. Unexpectedly, glycolysis was strongly reduced at transcriptional and functional levels by GW7647 leading to a decrease in pyruvate and lactate production. Glucose oxidation was decreased. Triglyceride esterification and de novo lipogenesis were inhibited by the PPAR alpha agonist. GW7647-induced alterations were abolished by a treatment with a PPAR alpha antagonist. Small interfering RNA-mediated extinction of PPAR alpha gene expression in hMADS adipocytes attenuated GW7647 induction of palmitate oxidation. Rosiglitazone had no major impact on glycolysis and beta-oxidation. Altogether these results show that PPAR alpha can selectively up-regulate beta-oxidation and decrease glucose utilization in human white adipocytes

Adipocyte hypertrophy associates with in vivo postprandial fatty acid metabolism and adipose single-cell transcriptional dynamics

Summary: Adipocyte hypertrophy is associated with metabolic complications independent of obesity. We aimed to determine: 1) the association between adipocyte size and postprandial fatty acid metabolism; 2) the potential mechanisms driving the obesity-independent, hypertrophy-associated dysmetabolism in vivo and at a single-cell resolution. Tracers with positron emission tomography were used to measure fatty acid metabolism in 40 men and women with normal or impaired glucose tolerance (NCT02808182), and single nuclei RNA-sequencing (snRNA-seq) to determine transcriptional dynamics of subcutaneous adipose tissue (AT) between individuals with AT hypertrophy vs. hyperplasia matched for sex, ethnicity, glucose-tolerance status, BMI, total and percent body fat, and waist circumference. Adipocyte size was associated with high postprandial total cardiac fatty acid uptake and higher visceral AT dietary fatty acid uptake, but lower lean tissue dietary fatty acid uptake. We found major shifts in cell transcriptomal dynamics with AT hypertrophy that were consistent with in vivo metabolic changes

Adipose tissue signatures related to weight changes in response to calorie restriction and subsequent weight maintenance using lipidome and gene profiling network analysis

National audienc

Endurance exercise training up-regulates lipolytic proteins and reduces triglyceride content in skeletal muscle of obese subjects.

International audienceCONTEXT: Skeletal muscle lipase and intramyocellular triglyceride (IMTG) play a role in obesity-related metabolic disorders. OBJECTIVES: The aim of the present study was to investigate the impact of 8 weeks of endurance exercise training on IMTG content and lipolytic proteins in obese male subjects. DESIGN AND VOLUNTEERS: Ten obese subjects completed an 8-week supervised endurance exercise training intervention in which vastus lateralis muscle biopsy samples were collected before and after training. MAIN OUTCOME MEASURES: Clinical characteristics and ex vivo substrate oxidation rates were measured pre- and posttraining. Skeletal muscle lipid content and lipolytic protein expression were also investigated. RESULTS: Our data show that exercise training reduced IMTG content by 42% (P < .01) and increased skeletal muscle oxidative capacity, whereas no change in total diacylglycerol content and glucose oxidation was found. Exercise training up-regulated adipose triglyceride lipase, perilipin (PLIN) 3 protein, and PLIN5 protein contents in skeletal muscle despite no change in mRNA levels. Training also increased hormone sensitive-lipase Ser660 phosphorylation. No significant changes in comparative gene identification 58, G₀/G₁ switch gene 2, and PLIN2 protein and mRNA levels were observed in response to training. Interestingly, we noted a strong relationship between skeletal muscle comparative gene identification 58 and mitochondrial respiratory chain complex I protein contents at baseline (r = 0.87, P < .0001). CONCLUSIONS: Endurance exercise training coordinately up-regulates fat oxidative capacity and lipolytic protein expression in skeletal muscle of obese subjects. This physiological adaptation probably favors fat oxidation and may alleviate the lipotoxic lipid pressure in skeletal muscle. Enhancement of IMTG turnover may be required for the beneficial metabolic effects of exercise in obesity

Flowchart for individuals' selection from the DiOGenes cohort.

<p>Participants entering subsequent phases of the study as well as dropouts are indicated in total. AT, adipose tissue; CID, clinical investigation day; HGI, high glycemic index; HOMA-IR, Individual Homeostasis Model Assessment of Insulin Resistance; HP, high protein; LCD, low calorie diet; LGI, low glycemic index; LP, low protein; WMD, weight maintenance diet.</p

Clustering of insulin resistance profiles in obese individuals during the dietary intervention (n = 216).

<p>Individual Homeostasis Model Assessment of Insulin Resistance (HOMA-IR) changes during an 8-week calorie restriction (LCD) and a 6-month weight maintenance diet (WMD) were clustered, resulting in 3 groups. The panel shows mean HOMA-IR changes expressed as change after LCD and at the end of the 6-montho weight maintenance (WMD) <i>vs.</i> baseline (BAS) values according to groups. The black line shows the HOMA-IR profile for group A (n = 94). The dashed line shows the HOMA-IR profile for group B (n = 48). The dotted line shows the HOMA-IR profile for group C (n = 74). The A, B, and C are the mean of HOMA-IR changes in each clustered group. <b>◊</b>: p<0.05, data different in group A. Δ: p<0.05, data different in group B. #: p<0.05, data different in group C. §: p<0.05, data difference between groups. Values are means ± SEM.</p

Human adipose tissue CIDEA gene expression according to insulin resistance profiles (n = 216).

<p>Relative <i>CIDEA</i> mRNA levels in subcutaneous adipose tissue were plotted according to groups compared to baseline, after 8 weeks low calorie diet (LCD, white bars), and after 6 months of weight maintenance diet (WMD, black bars). AT, adipose tissue; HOMA-IR, Homeostasis Model Assessment of Insulin Resistance. *: p<0.05, difference between baseline and the end of LCD or WMD. Values are means ± SEM.</p