Consequences of PPARα Invalidation on Glutathione Synthesis: Interactions with Dietary Fatty Acids

Glutathione (GSH) derives from cysteine and plays a key role in redox status. GSH synthesis is determined mainly by cysteine availability and γ-glutamate cysteine ligase (γGCL) activity. Because PPARα activation is known to control the metabolism of certain amino acids, GSH synthesis from cysteine and related metabolisms were explored in wild-type (WT) and PPARα-null (KO) mice, fed diets containing either saturated (COCO diet) or 18 : 3 n-3, LIN diet. In mice fed the COCO diet, but not in those fed the LIN diet, PPARα deficiency enhanced hepatic GSH content and γGCL activity, superoxide dismutase 2 mRNA levels, and plasma uric acid concentration, suggesting an oxidative stress. In addition, in WT mice, the LIN diet increased the hepatic GSH pool, without effect on γGCL activity, or change in target gene expression, which rules out a direct effect of PPARα. This suggests that dietary 18 : 3 n-3 may regulate GSH metabolism and thus mitigate the deleterious effects of PPARα deficiency on redox status, without direct PPARα activation

Consequences of PPARα Invalidation on Glutathione Synthesis: Interactions with Dietary Fatty Acids

Glutathione (GSH) derives from cysteine and plays a key role in redox status. GSH synthesis is determined mainly by cysteine availability and γ-glutamate cysteine ligase (γGCL) activity. Because PPARα activation is known to control the metabolism of certain amino acids, GSH synthesis from cysteine and related metabolisms were explored in wild-type (WT) and PPARα-null (KO) mice, fed diets containing either saturated (COCO diet) or 18 : 3 n-3, LIN diet. In mice fed the COCO diet, but not in those fed the LIN diet, PPARα deficiency enhanced hepatic GSH content and γGCL activity, superoxide dismutase 2 mRNA levels, and plasma uric acid concentration, suggesting an oxidative stress. In addition, in WT mice, the LIN diet increased the hepatic GSH pool, without effect on γGCL activity, or change in target gene expression, which rules out a direct effect of PPARα. This suggests that dietary 18 : 3 n-3 may regulate GSH metabolism and thus mitigate the deleterious effects of PPARα deficiency on redox status, without direct PPARα activation

Régulation du métabolisme secondaire de l'arginine et de la cystéine par l'acide alpha-linolénique. Implication dans la physiopathologie du syndrome métabolique

*Si l'intérêt nutritionnel des acides gras polyinsaturés (AGPI) n-3 dans la prise en charge et la prévention des dysfonctions associées au syndrome métabolique, est bien établi. Les mécanismes d'action spécifiques sous-jacents aux effets bénéfiques de cette famille d'acides gras sont encore en cours d'étude. L'objectif de ces travaux était d'explorer le rôle de l'acide alpha-linolénique ALA ou 18 :3 n-3, dans la modulation des voies affectant l'homéostasie de molécules bioactives dérivant du métabolisme secondaire des acides aminés (le monoxyde d'azote -NO- et le glutathion). L'hypothèse sous-jacente est que ces modulations pourraient expliquer, du moins en partie, le rôle des AGPI n-3 dans le maintien des fonctions biologiques contrôlées par ces métabolites (telles que la fonction endothéliale et le statut oxydant) et impliquées de près dans la physiopathologie du syndrome métabolique. Notre intérêt a porté particulièrement sur la voie de régulation génique via le PPARα et sur son implication dans le contrôle des gènes du métabolisme des acides aminés par l'ALA. Nous avons exploré chez la souris de type sauvage et invalidée pour le PPARα, l'effet de l'apport alimentaire d'ALA dans le cadre de régime normo- ou hyper-lipidiques sur les voies du métabolisme secondaire de l'arginine et de la cystéine. En parallèle nous nous sommes focalisés sur les effets de l'ALA au niveau vasculaire en utilisant un modèle de cellules endothéliales bovines en cultures. De ce travail de thèse s'est dégagé que l'ALA module effectivement le métabolisme secondaire de l'arginine et de la cystéine. L'apport d'ALA (à hauteur de 11% et 42% de l'apport énergétique) augmente la production de NO sans affecter l'expression hépatique des enzymes contrôlant l'utilisation de l'arginine (NOS et ARG). L'apport d'ALA (11%) augmente le pool hépatique du glutathion, alors que les plus forts apports d'ALA (42%) modulent l'expression des principales enzymes impliquées dans les voies d'utilisation de la cystéine (γGCL et CDO). Le PPARα ne semble pas être directement impliqué dans les effets observés de l'ALA, néanmoins, l'invalidation du PPARα rend le métabolisme secondaire des acides aminés plus sensible à la nature des acides gras alimentaire. Une meilleure biodisponibilité du NO et du glutathion suite à l'apport alimentaire d'ALA serait bénéfique pour la physiopathologie du syndrome métabolique. Il semble donc intéressant, à l'issus de ce travail, d'élaborer des études nutritionnelles validant ces effets de l'ALA chez l'homme dans une perspective de recommandations nutritionnelles

Regulation of the secondary metabolism of arginine and cysteine by linolenic acid. Implication in the physiopathology of the metabolic syndrome

Si l'intérêt nutritionnel des acides gras polyinsaturés (AGPI) n-3 dans la prise en charge et la prévention des dysfonctions associées au syndrome métabolique, est bien établi. Les mécanismes d'action spécifiques sous-jacents aux effets bénéfiques de cette famille d'acides gras sont encore en cours d'étude. L'objectif de ces travaux était d'explorer le rôle de l'acide alpha-linolénique ALA ou 18 :3 n-3, dans la modulation des voies affectant l'homéostasie de molécules bioactives dérivant du métabolisme secondaire des acides aminés (le monoxyde d'azote -NO- et le glutathion). L'hypothèse sous-jacente est que ces modulations pourraient expliquer, du moins en partie, le rôle des AGPI n-3 dans le maintien des fonctions biologiques contrôlées par ces métabolites (telles que la fonction endothéliale et le statut oxydant) et impliquées de près dans la physiopathologie du syndrome métabolique. Notre intérêt a porté particulièrement sur la voie de régulation génique via le PPARα et sur son implication dans le contrôle des gènes du métabolisme des acides aminés par l'ALA. Nous avons exploré chez la souris de type sauvage et invalidée pour le PPARα, l'effet de l'apport alimentaire d'ALA dans le cadre de régime normo- ou hyper-lipidiques sur les voies du métabolisme secondaire de l'arginine et de la cystéine. En parallèle nous nous sommes focalisés sur les effets de l'ALA au niveau vasculaire en utilisant un modèle de cellules endothéliales bovines en cultures. De ce travail de thèse s'est dégagé que l'ALA module effectivement le métabolisme secondaire de l'arginine et de la cystéine. L'apport d'ALA (à hauteur de 11% et 42% de l'apport énergétique) augmente la production de NO sans affecter l'expression hépatique des enzymes contrôlant l'utilisation de l'arginine (NOS et ARG). L'apport d'ALA (11%) augmente le pool hépatique du glutathion, alors que les plus forts apports d'ALA (42%) modulent l'expression des principales enzymes impliquées dans les voies d'utilisation de la cystéine (γGCL et CDO). Le PPARα ne semble pas être directement impliqué dans les effets observés de l'ALA, néanmoins, l'invalidation du PPARα rend le métabolisme secondaire des acides aminés plus sensible à la nature des acides gras alimentaire. Une meilleure biodisponibilité du NO et du glutathion suite à l'apport alimentaire d'ALA serait bénéfique pour la physiopathologie du syndrome métabolique. Il semble donc intéressant, à l'issus de ce travail, d'élaborer des études nutritionnelles validant ces effets de l'ALA chez l'homme dans une perspective de recommandations nutritionnelles.

Régulation du métabolisme secondaire de l'arginine et de la cystéine par l'acide alpha-linolénique. Implication dans la physiopathologie du syndrome métabolique

Si l'intérêt nutritionnel des acides gras polyinsaturés (AGPI) n-3 dans la prise en charge et la prévention des dysfonctions associées au syndrome métabolique, est bien établi. Les mécanismes d'action spécifiques sous-jacents aux effets bénéfiques de cette famille d'acides gras sont encore en cours d'étude. L'objectif de ces travaux était d'explorer le rôle de l'acide alpha-linolénique ALA ou 18 :3 n-3, dans la modulation des voies affectant l'homéostasie de molécules bioactives dérivant du métabolisme secondaire des acides aminés (le monoxyde d'azote -NO- et le glutathion). L'hypothèse sous-jacente est que ces modulations pourraient expliquer, du moins en partie, le rôle des AGPI n-3 dans le maintien des fonctions biologiques contrôlées par ces métabolites (telles que la fonction endothéliale et le statut oxydant) et impliquées de près dans la physiopathologie du syndrome métabolique. Notre intérêt a porté particulièrement sur la voie de régulation génique via le PPARa et sur son implication dans le contrôle des gènes du métabolisme des acides aminés par l'ALA. Nous avons exploré chez la souris de type sauvage et invalidée pour le PPARa, l'effet de l'apport alimentaire d'ALA dans le cadre de régime normo- ou hyper-lipidiques sur les voies du métabolisme secondaire de l'arginine et de la cystéine. En parallèle nous nous sommes focalisés sur les effets de l'ALA au niveau vasculaire en utilisant un modèle de cellules endothéliales bovines en cultures. De ce travail de thèse s'est dégagé que l'ALA module effectivement le métabolisme secondaire de l'arginine et de la cystéine. L'apport d'ALA (à hauteur de 11% et 42% de l'apport énergétique) augmente la production de NO sans affecter l'expression hépatique des enzymes contrôlant l'utilisation de l'arginine (NOS et ARG). L'apport d'ALA (11%) augmente le pool hépatique du glutathion, alors que les plus forts apports d'ALA (42%) modulent l'expression des principales enzymes impliquées dans les voies d'utilisation de la cystéine (gGCL et CDO). Le PPARa ne semble pas être directement impliqué dans les effets observés de l'ALA, néanmoins, l'invalidation du PPARa rend le métabolisme secondaire des acides aminés plus sensible à la nature des acides gras alimentaire. Une meilleure biodisponibilité du NO et du glutathion suite à l'apport alimentaire d'ALA serait bénéfique pour la physiopathologie du syndrome métabolique. Il semble donc intéressant, à l'issus de ce travail, d'élaborer des études nutritionnelles validant ces effets de l'ALA chez l'homme dans une perspective de recommandations nutritionnelles.*PARIS-AgroParisTech Centre Paris (751052302) / SudocSudocFranceF

Effets d’un régime riche en acide α-linolénique sur le métabolisme secondaire de l’arginine

International audienc

Regulation of arginine metabolism by dietary fatty acids Involvement of PPARa

National audienc

NO synthesis from arginine is favored by alpha-linolenic acid in mice fed a high-fat diet

Alterations in NO availability and signaling play a pivotal role at early stages of the metabolic syndrome (MetSynd). We hypothesized that dietary alpha-linolenic acid (ALA, 18:3 n-3) favors NO availability by modulating amino acid metabolism, with a specific impact on the arginine-NO pathway. Mice were fed a hyperlipidic diet (285 g lipid/kg, 51.1 % energy), rich in either saturated fatty acids (SFA, provided by palm oil, PALM group) or ALA (provided by linseed oil, LIN group). We measured whole-body NO synthesis and systemic arginine hydrolysis with a tracer-based method, plasma concentration of related metabolites, and hepatic mRNA level of related enzymes, and the study was completed by a transcriptomic analysis in the liver. As expected with this model, hyperlipidic diets resulted in increased adiposity and glycemia after 5 weeks. As compared to PALM mice, LIN mice had a higher plasma nitrite and nitrate concentration, a higher whole-body conversion of arginine into NO vs urea, and a similar plasma concentration of asymmetric dimethylarginine (ADMA), despite a higher expression of the liver dimethylargininase-1. In LIN mice, there was a higher expression of genes involved in PPAR alpha signaling, but a little impact on gene expression related to amino acids and arginine metabolism. This effect cannot be directly ascribed to changes in arginase activity in the liver or ADMA metabolism, nor to direct regulation of the related target genes. In conclusion, dietary ALA favors NO synthesis, which could contribute to rescue NO availability when jeopardized by the nutritional conditions in relation with the initiation of the MetSynd