Rôle de l'oxydation mitochondriale hépatique des acides gras dans la stéatose hépatique, l'insulinorésistance et la lipotoxicité

Une diminution de la ß-oxydation mitochondriale des acides gras (OAG) dans le foie peut entraîner l apparition d une stéatose hépatique et contribuer à l instauration de l insulinorésistance (IR). La carnitine palmitoyltransférase 1 hépatique (CPT1A) est le site majeur du contrôle hépatique de l OAG. L objectif de ma thèse a été de déterminer si une augmentation de l OAG, via l expression d une CPT1 constitutivement active (CPT1mt), représente une cible potentielle pour corriger la stéatose hépatique et l IR. L expression hépatique de la CPT1mt dans deux modèles animaux d obésité (souris ob/ob, régime hyperlipidique et hyperglucidique (HF/HS)) ne modifie pas la stéatose hépatique mais améliore la tolérance au glucose chez les souris HF/HS et ob/ob et diminue l IR chez les souris ob/ob. Ces résultats suggèrent une dissociation entre la stéatose hépatique et l IR. Dans le foie des souris HF/HS, l amélioration de la signalisation de l insuline résulte en partie d une diminution de la lipotoxicité, du stress oxydant et de l inflammation. Ainsi, la CPT1A est une cible de choix pour diminuer les désordres métaboliques associés à l obésité. Au cours de ma thèse, j ai aussi participé à un projet visant à mieux comprendre le métabolisme lipidique dans le foie de patients obèses. Nos résultats préliminaires montrent qu au cours du développement de la stéatohépatite non alcoolique (NASH) l orientation métabolique des acides gras n est pas modifiée ainsi que l expression de la plupart des gènes clés du métabolisme glucido-lipidique. Cependant, l OAG semble être incomplète chez les patients obèses avec NASH, ce qui pourrait participer au développement du stress oxydantA decrease in hepatic mitochondrial fatty acid oxidation (FAO) leads to hepatic steatosis that can participate to the induction of insulin resistance (IR). The liver carnitine palmitoyltransferase 1 (CPT1A) constitutes the key regulatory site in the control of FAO. My PhD objective was to determine if an increase in FAO, through the expression of a constitutively active CPT1A (CPT1mt), could represent a potential target to counteract hepatic steatosis and IR. Liver CPT1mt expression in diet (high-fat/high-sucrose (HF/HS))- or genetic (ob/ob)-induced obese mice does not alter hepatic steatosis but ameliorates glucose tolerance in HF/HS and ob/ob mice and attenuates insulin resistance in ob/ob mice. These results suggest a dissociation between hepatic steatosis and IR. In HF/HS mouse liver, improved insulin signaling was linked to a decreased lipotoxicity, oxidative stress and inflammation. Therefore, CPT1A is a pertinent target to diminish metabolic disorders associated with obesity. I also participated to a project which aim is to better understand hepatic lipid metabolism in obese patients. Our preliminary data suggest that during steatohepatitis (NASH) development, metabolic FA orientation and gene expression pattern of most of the key enzymes involved in glucido-lipidic metabolism are not modified. However, the hepatic capability to fully oxidize oleate into CO2 seems to be decreased in obese patients with NASH, which could participate to oxidative stress developmentPARIS-BIUSJ-Biologie recherche (751052107) / SudocSudocFranceF

Conséquences physiopathologiques d'une oxydation constitutive des acides gras à chaîne longue dans le muscle

Le muscle squelettique est capable d utiliser différents types de substrats énergétiques (glucose et acides gras (AG)), dont l utilisation dépend des besoins énergétiques, des caractéristiques métaboliques et du régime alimentaire. Au repos ou lors d un exercice d endurance, l'utilisation des AG via la b-oxydation mitochondriale est prédominante. Localisée dans la membrane mitochondriale externe, la carnitine palmitoyltransférase 1 (CPT1) représente le site majeur du contrôle de l oxydation mitochondriale des AG à chaîne longue (AGCL) et constitue donc une cible idéale pour étudier les conséquences d une modification du métabolisme des AGCL. L objectif de mon travail de thèse a été d évaluer l effet d une augmentation de l oxydation mitochondriale des AGCL (via l expression d une CPT1 constitutivement active) sur 1) la lipotoxicité (insulino-résistance et apoptose) induite par un AGCL délétère (palmitate) et 2) le phénotype musculaire aussi bien dans un contexte physiologique que pathologique. Par une double approche, in vitro et in vivo, mes résultats ont permis de démontrer que la CPT1 représente une cible pour contrecarrer la lipotoxicité et les altérations musculaires associées à l obésité/diabète de type 2 (accumulation de lipides et apoptose) et au vieillissement (sarcopénie et diminution de la vascularisation). De plus, ce travail a montré que la CPT1 joue un rôle dans la régulation des mécanismes myogéniques et angiogéniques dans le muscle squelettiquePARIS-BIUSJ-Physique recherche (751052113) / SudocSudocFranceF

Rôle de l interaction CPT1/malonyl-CoA dans le métabolisme lipidique dans le foie (implication dans la physiopathologie de la stéatose hépatique)

Une diminution de l oxydation des lipides peut entraîner leur accumulation intracellulaire (stéatose) et contribuer à l instauration de l insulinorésistance et du diabète de type 2. La carnitine palmitoyltransférase 1 hépatique (CPT1A) est le site majeur du contrôle de la -oxydation mitochondriale des acides gras à chaîne longue (AGCL) du fait de son inhibition par le malonyl-CoA. L objectif de mon travail de thèse a été de déterminer si la CPT1A représente une cible pour augmenter l oxydation des AGCL dans le foie et diminuer la stéatose et l insulinorésistance. Nos résultats montrent que la surexpression par adénovirus de la CPT1A sauvage et d une CPT1A mutée (CPT1mt) insensible à l effet inhibiteur du malonyl-CoA prévient la stéatose induite par le glucose et l insuline in vitro dans des hépatocytes de rat, en augmentant l oxydation des AGCL exogènes et endogènes aux dépens de leur estérification en triglycérides. De plus, in vivo, l expression hépatique de la CPT1mt dans des modèles animaux de stéatose hépatique n entraîne pas de diminution de celle-ci mais améliore la tolérance au glucose et diminue l insulinorésistance chez des souris obèsesPARIS-BIUSJ-Physique recherche (751052113) / SudocSudocFranceF

Mécanismes moléculaires impliqués dans les changements de sensibilité de la Carnitine Palmitoyltransferase 1 hépatique (L-CPT1) de rat vis-à-vis du malonyl-CoA

PARIS7-Bibliothèque centrale (751132105) / SudocSudocFranceF

Topological and functional analysis of the rat liver carnitine palmitoyltransferase 1 expressed in Saccharomyces cerevisiae

AbstractThe rat liver carnitine palmitoyltransferase 1 (L-CPT 1) expressed in Saccharomyces cerevisiae was correctly inserted into the outer mitochondrial membrane and shared the same folded conformation as the native enzyme found in rat liver mitochondria. Comparison of the biochemical properties of the yeast-expressed L-CPT 1 with those of the native protein revealed the same detergent lability and similar sensitivity to malonyl-CoA inhibition and affinity for carnitine. Normal Michaelis-Menten kinetics towards palmitoyl-CoA were observed when careful experimental conditions were used for the CPT assay. Thus, the expression in S. cerevisiae is a valid model to study the structure-function relationships of L-CPT 1

Modulation of the hepatic malonyl-CoA–carnitine palmitoyltransferase 1A partnership creates a metabolic switch allowing oxidation of de novo fatty acids 1

International audienc

N−3PUFA differentially modulate palmitate-induced lipotoxicity through alterations of its metabolism in C2C12 muscle cells

We gratefully acknowledge financial support from Avril (23000596) for the PhD thesis of A. Pinel and our research. We also thank Lesieur for their scientific supportExcessive energy intake leads to fat overload and the formation of lipotoxic compounds mainly derived from the saturated fatty add palmitate (PAL), thus promoting insulin resistance (IR) in skeletal muscle. N-3 polyunsaturated fatty acids (n - 3PUFA) may prevent lipotoxicity and IR. The purpose of this study was to examine the differential effects of n 3PUFA on fatty acid metabolism and insulin sensitivity in muscle cells. C2C12 myotubes were treated with 500 mu M of PAL without or with 50 mu M of alpha-linolenic acid (ALA), eicosapentaenoic acid (EPA) or docosahexaenoic acid (DHA) for 16h. PAL decreased insulin-dependent AKT activation and glucose uptake and increased the synthesis of ceramides and diglycerides (DG) derivatives, leading to protein kinase CO activation. EPA and DMA, but not ALA, prevented PAL-decreased AKT activation but glucose uptake was restored to control values by all n 3PUFA vs. PAL. Total DG and ceramide contents were decreased by all n 3PUFA, but only EPA and DMA increased PAL beta-oxidation, decreased PAL incorporation into DG and reduced protein kinase CO activation. EPA and DMA emerge as better candidates than ALA to improve fatty acid metabolism in skeletal muscle cells, notably via their ability to increase mitochondrial beta-oxidatio