Academic literature on the topic 'Protéines – Métabolisme – Sécrétions'

Les progrès récents des techniques de protéomique offrent de nouvelles perspectives pour la biologie circadienne, et en particulier la possibilité d’étudier des modifications post-traductionnelles telles que la phosphorylation et l’acétylation. En utilisant la protéomique in vivo sur des extraits totaux de foie de souris ou des extraits nucléaires, nous avons pu caractériser le protéome rythmique du foie avec une résolution sans précédent, et ainsi révéler de nouveaux processus rythmiques tels que la sécrétion des protéines, la synthèse des ribosomes, la réparation de l’ADN ou la polyploïdie. De plus, l’analyse des modifications post-traductionnelles a permis de mettre en évidence les voies de signalisation impliquées et les conséquences sur le métabolisme hépatique.

Chez le poulet de chair, l’exposition chronique à la chaleur réduit significativement le métabolisme basal, mais accroît l’extrachaleur rapportée à l’énergie métabolisable ingérée. La proportion d’énergie retenue sous forme de lipides est plus élevée et celle retenue sous forme de protéines moindre à 32°C comparés à 22°C. Ceci pourrait provenir de modifications de l’utilisation du glucose, en relation avec une altération de la sécrétion d’insuline et de la sensibilité des tissus à cette hormone. La chaleur accroît l’engraissement, particulièrement au niveau sous-cutané. La proportion d’acides gras saturés dans les tissus adipeux est alors plus élevée. Le fort engraissement au chaud ne paraît pas s’expliquer par une lipogenèse hépatique accrue. Les flux de sécrétion de lipoprotéines de type VLDL ou de triglycérides totaux, qui représentent les capacités d’exportation des lipides du foie vers les autres tissus, ne sont pas non plus augmentés. Enfin, la captation périphérique des triglycérides circulants par la lipoprotéine lipase dans les tissus adipeux apparaît même réduite. En revanche, l’utilisation des acides gras déposés serait plus faible. La réduction du dépôt protéique au chaud provient essentiellement d’une baisse de la synthèse des protéines musculaires. Il est possible que la chaleur modifie les besoins en acides aminés, certains d’entre eux deviendraient alors limitants pour la synthèse protéique. La protéosynthèse pourrait aussi être limitée par un apport énergétique insuffisant au muscle ou en raison de modifications du contexte hormonal.En ambiance chaude, si une supplémentation lipidique n’a que peu d’effet, augmenter le taux protéique de l’aliment améliore les performances et la rétention protéique des animaux. Cet effet, bien que bénéfique, reste pourtant relativement modéré.

La politique des quotas laitiers a profondément changé le contexte économique de la production laitière, permettant aux éleveurs de se préoccuper davantage qu’auparavant de la facilité de conduite du troupeau et des risques sanitaires. Pour cela, la réduction de la durée de la période sèche, pouvant aller jusqu’à son omission, suscite un intérêt particulier. Cet article fait le point sur les conséquences de cette conduite. La réduction de la durée de la période sèche à partir de la durée standard de 6 à 8 semaines diminue la quantité de lait sécrétée au cours de la lactation suivante : d’environ 10 % pour une période sèche de 1 mois et d’un peu plus de 20 % lorsque la période sèche est omise. La forme de la courbe de lactation n’est pas modifiée. En tenant compte du lait produit en plus en fin de gestation, la réduction de quantité de lait sécrétée est inférieure à 5 % et un peu supérieure à 10 %, respectivement. La réduction de la durée de la période sèche accroît les teneurs du lait en protéines et en matières grasses pendant l’ensemble de la lactation, de sorte que la sécrétion de matière utile est moins diminuée que celle de lait. Pendant la fin de la gestation, le lait s’enrichit aussi en constituants a priori peu favorables à sa qualité (acides gras libres, immunoglobulines, plasmine et plasminogène, lipase), de façon accélérée au fur et à mesure que le vêlage approche. La forte diminution de la production laitière ne semble pas s’accompagner, du moins au cours des premières semaines de lactation, d’une réduction de la capacité d’ingestion des animaux. Leur bilan énergétique s’améliore donc fortement : les vaches perdent moins de poids en début de lactation ou n’en perdent pas du tout, et le nombre d’incidents d’origine nutritionnelle et métabolique diminue. Le raccourcissement de la période sèche, et surtout son omission, tendent à accroître le nombre de cellules somatiques dans le lait, du moins en l’absence actuelle de traitement sanitaire des mamelles adapté à cette conduite. La réduction de la durée de la période sèche pourrait permettre -cela reste à étudier- d’alimenter les vaches modernes, fortes productrices de lait, avec des régimes plus riches en fourrages qu’ils ne le sont actuellement, sans risques sanitaires accrus.

L’augmentation de la population mondiale, l’amélioration des niveaux de vie font que la demande en protéines animales devrait doubler d’ici à 2050. Ceci aura pour conséquence l’augmentation de la surface des terres agricoles entrainant des effets néfastes sur le climat et la biodiversité. Il est urgent de mieux qualifier les protéines agroalimentaires et d’en diversifier les sources pour pallier aux problèmes liés à la demande mondiale en protéines. Le marché du pet food, connait également une croissance constante, du fait de l’augmentation de la population des chiens et chats, et d’une relation entre le maître et l’animal de plus en plus humanisée. Les conditions de vie s’en trouvent modifiées, ce qui génère souvent des troubles métaboliques chez le chat et le chien. La digestion gastro-intestinale des protéines a longtemps été considérée exclusivement pour son rôle de fourniture d’acides aminés ; néanmoins, de nombreux travaux ont mis en évidence l’implication de peptides bioactifs, générés au cours de la digestion, dans de nombreuses fonctions biologiques comme l’homéostasie énergétique. Ils modulent notamment la sécrétion des hormones intestinales telles que les cholécystokinines (CCK) et le Glucagon-Like Peptide 1 (GLP-1) qui sont des signaux de régulation à court terme de la prise alimentaire. L’objectif principal de cette thèse a été de mesurer les effets sur la régulation de l’homéostasie énergétique de deux hydrolysats protéiques, issus d’un criblage préalable (une source poisson, PWF et une source carnée, XVP 15035), pour une application pet food. Dans un premier temps, un modèle de digestion gastro-intestinale in vitro simulant la digestion du chien a été mis au point. Une étude a ensuite été menée afin de caractériser le devenir des hydrolysats au cours de la digestion in vitro et de déterminer l’effet de ces digestats sur la régulation de la prise alimentaire à court terme, d’une part par leur capacité à réguler la sécrétion des CCK et du GLP-1 produits par les cellules entéroendocrines, et d’autre part, par leur pouvoir d’inhibition de l’activité de l’enzyme dipeptidyl peptidase-4 (DPP-IV) modulant l’activité du GLP-1. De nouveaux peptides bioactifs capables de stimuler la sécrétion des hormones intestinales et d’inhiber l’activité de la DPP-IV ont ensuite été identifiés grâce à des méthodes séparatives couplées à la spectrométrie de masse. Une étude in vivo, menée en parallèle chez le rat nourri en régime riche en graisse, a permis notamment de mettre en évidence l’effet inhibiteur de la prise alimentaire à court terme de l’hydrolysat PWF
The increase in the world population and the improvement in living standards mean that the demand for animal protein is expected to double by 2050. This will result in an increase in the surface area of agricultural land, with negative effects on climate and biodiversity. There is an urgent need to better qualify agri-food proteins and diversify their sources to address the problems associated with global protein demand. The pet food market is also growing steadily, due to the increase in the population of dogs and cats, and an increasingly humanized relationship between the owner and the animal. As a result, living conditions have evolved, ultimately possibly leading to metabolic disorders in cats and dogs. Gastrointestinal digestion of proteins has long been considered exclusively for its role in providing amino acids; nevertheless, many studies have shown the involvement of protein-derived bioactive peptides, generated during digestion, in many biological functions such as energy homeostasis. They modulate the secretion of intestinal hormones such as cholecystokinins (CCK) and Glucagon-Like Peptide 1 (GLP-1), which are short-term signals involved in the regulation of food intake. The main objective of this thesis was to measure the effects on the regulation of energy homeostasis of two protein hydrolysates, resulting from prior screening (a fish source, PWF and a meat source, XVP 15035), intended for the pet food applications. As a first step, an in vitro gastrointestinal digestion model simulating dog digestion was developed. A study was then conducted to characterize the fate of hydrolysates during in vitro digestion and to determine the effect of these digestates on the regulation of short-term food intake, both by their ability to regulate the secretion of CCKs and GLP-1 produced by enteroendocrine cells, and by their ability to inhibit the activity of the enzyme dipeptidyl peptidase-4 (DPP-IV) modulating GLP-1 activity.Novel bioactive peptides able to stimulate the secretion of intestinal hormones and to inhibit the DPP-IV activity were then identified using separation methods coupled with mass spectrometry. An in vivo study, conducted in parallel in high-fat diet fed rats, revealed in particular the inhibitory effect of PWF hydrolysate on short term food intake

L'exocytose est le processus cellulaire de fusion des membranes d'organites de sécrétion avec la membrane plasmique. Nous avons étudié les étapes d'arrimage des vésicules de sécrétion à la membrane plasmique et la dilatation du pore de fusion. Premièrement, nous avons étudié le rôle de la protéine adaptatrice Myrip qui forme un complexe avec 1, protéine Rab27a, présente à la surface des granules de sécrétion, et la Myosine~Va. De plus, Myrip également un domaine d'interaction avec l'actine. Nous avons montré que l'extinction de l'expression de Myrip provoque une redistribution des granules de la périphérie de la cellule vers la région péri-nucléaire, et que Myrip jouait un rôle dans l'arrimage des granules à la membrane plasmique. Le double rôle d'adaptateur pour la Myosine~Va et l'interaction propre du domaine C-terminal avec l'actine permet de coupler la rétention périphérique et l'arrimage à la membrane plasmique. Deuxièmement, nous avons étudié le rôle de Cdc42 dans la dilatation du pore de fusion. Nous avons montré que l'extinction de l'expression de la protéine Cdc42, de la famille des Rhô GTPases, réduisait le nombre d'événements de libération complète et rapide du contenu vésiculaire. En l'absence de Cdc42, la cinétique de dilatation du pore de fusion est plus lente. De plus, l'inhibition de Cdc42 provoque une augmentation de la proportion d'événements abortifs. Des mesures de forces ont montré une réduction de la tension de la membrane plasmique lors de l'extinction de l'expression de Cdc42. On peut également mimer les effets de CDC42 en inhibant la Myosine II, ce qui diminue également la tension de la membrane
Regulated exocytosis is a cellular process of fusion of secretory vesicle with the plasma membrane. We studied the docking step and the dilation of the fusion pore. First, we studied the role of the adaptor protein Myrip which forms a complex with Rab27a at the surface of secretion granules and Myosin Va. Myrip can also interact with actin. We showed that silencing Myrip changes the distribution of secretory granules from cell periphery to the peri-nuclear region. Myrip also plays a role in docking of granules at the plasma membrane. The double role of recruitment of Myosin Va to granules and interaction with actin allows to couple peripheric retention and plasma membrane docking. Secondly, we studied the role of Cdc42 in fusion pore dilation. We showed that silencing of Cdc42 decreases the number of full release exocytotic events, due to a slower kinetic of fusion pore expansion. Inhibition of Cdc42 triggers an increase of abortive fusion events. Membrane tension measurements showed a decrease in tension of Cdc42 silenced celles. The effect of Cdc42 can be mimicked by inhibition of Myosin II which decreases membrane tension as well

Lors de l’infection, les bactéries pathogènes déploient un arsenal de facteurs de virulence leur permettant d’envahir leurs organismes cibles. Si nombre de ces effecteurs bactériens ont été bien caractérisés, peu d’outils permettent une étude en temps réel de leur dynamique de sécrétion et de localisation au cours de l’infection. Les marqueurs existants, tels que la GFP (Green Fluorescent Protein) ne peuvent a priori pas passer les systèmes de sécrétion bactériens sous leur conformation active. L’utilisation de FAST (Fluorescence-Activating Shifting Tag) — une sonde dont la fluorescence résulte de la formation d’un complexe avec un ligand diffusant librement au travers des membranes biologiques — permet de s’affranchir de cet obstacle. Lors de ces travaux, j’ai montré que FAST peut être utilisé pour la visualisation d’effecteurs sécrétés par plusieurs systèmes de sécrétion bactériens (T3SS, T5SS et Sec). En mesurant la sécrétion de FAST, nous avons quantifié la dynamique de formation et de rupture des vacuoles d’internalisation occupées par Listeria monocytogenes. En recherchant la localisation de la LLO, l’un des principaux facteurs de virulence sécrétés par L. monocytogenes, j’ai identifié un compartiment dans lequel les bactéries peuvent se répliquer après l’invasion des cellules épithéliales, avant de coloniser le cytoplasme de l’hôte. En plus de valider un outil fluorescent permettant la localisation en temps réel de protéines bactériennes exportées par divers systèmes de sécrétion, cette étude complète le modèle du cycle intracellulaire de L. monocytogenes lors de l’infection de cellules épithéliales
Upon infection, bacterial pathogens deploy an arsenal of virulence factors promoting the invasion of their host organisms. Although these bacterial effectors have been well characterized, the dynamics of their secretion and of their intracellular localization in the host remain poorly described due to the lack of appropriate tools allowing their visualization in real time. Indeed, common fluorescent tags like GFP (Green Fluorescent Protein) are thought inactive after transport through bacterial secretion systems. To overcome these limitations, we took advantage of FAST (Fluorescence-Activating and absorption Shifting Tag), a tunable fluorescent probe where the fluorescence results from the rapid association with a membrane-permeant fluorogenic ligand. In this work, we showed that FAST can be used to visualize effectors secreted by several bacterial secretion systems (T3SS, T5SS and Sec). By measuring FAST secretion, we quantified the dynamics of formation and rupture of internalization vacuoles occupied by Listeria monocytogenes. Monitoring the location of LLO, a major virulence factor secreted by L. monocytogenes during invasion of epithelial cells, we identified a compartment in which bacteria can replicate, before colonizing the host cytoplasm. In addition to validating a fluorescent tool to monitor the real-time localization of bacterial proteins exported by various secretion systems, this study updates the model of the intracellular cycle of L. monocytogenes during epithelial cell infection

Le système de sécrétion de type II (T2SS) est largement répandu chez les bactéries à Gram négatif. Il permet la sécrétion d'enzymes lytiques et de toxines. Chez la bactérie phytopathogène Erwinia chrysanthemi, les pectinases, sécrétées par ce système appelé Out, dégradent la pectine, provoquant les symptômes de pourriture molle. La sécrétion par le T2SS se passe en 2 étapes : les protéines traversent la membrane interne par le système Sec ou le système Tat. Une fois dans le périplasme, elles sont repliées et transloquées par le T2SS à travers la membrane externe. Le système Out est composé de 14 protéines intégrées ou associées à l'une des deux membranes. Son assemblage et son fonctionnement restent obscurs. Une plateforme serait formée dans la membrane interne par OutE, -F, -L, -M et -C. Ces trois derniers composants sont des protéines bitopiques dont la stœchiométrie et le rôle sont inconnus. Pour identifier des interactions entre ses composants, nous avons utilisé le double-hybride bactérien, basé sur la reconstitution de l'activité d'adénylate cyclase. Nous avons démontré que le domaine de type ferrédoxine, situé en C-terminus d'OutL et d'OutM, est directement impliqué dans l'homo- et l'hétérodimérisation de ces protéines. Une interaction entre les régions périplasmiques d'OutC et d'OutD a été aussi détectée (Login et al., 2010). Pour mieux analyser les multiples interactions au sein du T2SS, des expériences de triple-hybride ont été réalisées en co-exprimant différentes combinaisons des régions solubles de trois composants. Nos résultats suggèrent qu'OutL empêche l'interaction entre OutC et OutD. Par ailleurs, OutL est impliquée dans l'activation de l'ATPase OutE, le moteur du système (Camberg et al., 2007). OutL serait donc impliquée dans la transmission du signal entre le périplasme et le cytoplasme et pourrait intervenir dans la dissociation du complexe OutD/OutC. Afin d'analyser le rôle des segments transmembranaires (TMS) de composants du T2SS, nous avons adapté la technique du double-hybride. Le domaine de la protéine rapporteur Cya a été fusionné au N-terminus du TMS et BlaM au C-terminus. BlaM sert à contrôler la topologie correcte des fusions dans la membrane. Plusieurs interactions bi-partenaires entre les TMS d'OutC, OutL et OutM ont été ainsi détectées. Ce travail a été complété par une étude in vitro (pull-down) et par mutagenèse dirigée. Ces interactions TMS-TMS pourraient intervenir dans la transmission du signal du périplasme vers le cytoplasme à travers la membrane interne.

Dans ce travail, nous confirmons que la décharge des protéines, dans les glandes parotides de rat, est fortement augmentée par les agonistes bêta-adrénergiques qui induisent la production d'AMPc; en revanche, elle est faible en présence de carbamylcholine ou du ionophore du calcium A23187 qui provoque des mouvements de calcium. Il est montré que la cytochalasine D qui perturbe le système de microfilaments, inhibe immédiatement et fortement, de manière dose-dépendante, la réponse sécrétoire à l'isoprotérénol ou à la Forskoline, alors qu'elle n'a d'effet ni sur la décharge induite par l'activation du système muscarinique, ni sur le métabolisme du glycogène stimulé par chacune des voies de régulation. La destruction des microfilaments par la cytochalasine D provoque en quelques minutes la formation de vacuoles vides dans les cellules acineuses non stimulées. La décharge des protéines induite par les agonistes bêta-adrénergiques s'effectue alors dans ces vacuoles, ce qui explique l'inhibition de la sécrétion dans le milieu extracellulaire sans que la fusion des grains avec les membranes des vacuoles soit empêchée. Il est montré que l'ionophore du calcium A23187 ou la carbamylcholine en présence de calcium extracellulaire, lève partiellement l'inhibition due à la cytochalasine D de la sécrétion de type bêta-adrénergique. Ces résultats nous ont amenés à mettre en évidence que la cytochalasine D n'a d'effet ni sur la production d'AMPc induite par les agonistes bêta-adrénergiques, ni sur l'efflux de calcium induit par la carbamylcholine; en revanche, elle diminue fortement l'efflux de calcium provoqué par l'isoprotérénol. Nous suggérons que la cytochalasine D inhibe la sécrétion par deux mécanismes : une libération intracellulaire des protéines destinées à l'exportation Et une diminution des mouvements de calcium mis en jeu par l'activation des récepteurs bêta-adrénergiques.

Le système de sécrétion de type II (SST2) permet la sécrétion de protéines repliées à travers la membrane externe chez les bactéries à Gram-négatif. Le SST2 est une nano-machine enchâssée dans l’enveloppe bactérienne, proche par sa composition et structure aux systèmes d’assemblage des pili de type IV (PT4) impliqués, entre autres, dans d’adhésion et motilité. Chez Klebsiella oxytoca, la surexpression des gènes pul codant le SST2 permet l’assemblage de pili composées des sous-unités PulG. Ceci suggère qu’en conditions physiologiques l’assemblage d’un pseudopilus périplasmique permet la sécrétion du substrat spécifique du SST2, la pullulanase. Dans ce projet nous avons exploré le mécanisme moléculaire de l’assemblage du pseudopilus en se focalisant sur les interactions de PulG avec les composants du SST2 dans la membrane interne. En utilisant l’approche de double-hybride bactérien, nous avons établi le réseau d’interactions de PulG avec les pseudopilins mineures PulH, I, J et K et avec la plateforme d’assemblage (PA). Pour valider ces interactions, nous avons combiné des techniques de biochimie (co-purification par affinité, pontage cystéine et chimique) avec des analyses fonctionnelles de sécrétion et de formation du pseudopilus. Nous avons mis en évidence des interactions entre PulG et les protéines de la PA, PulF et PulM, et nous avons analysé en détail l’interface PulG-PulM. Les résultats suggèrent la formation d’un complexe PulK-I-J-H-G dans la membrane interne impliqué dans des étapes précoces de la formation du pseudopilus, à travers les interactions de PulG et PulH avec PulM et PulF. Nos données expérimentales suggèrent un rôle majeur de PulM dans la sécrétion, vraisemblablement durant l’assemblage du SST2 et l’élongation du pseudopilus. Nos travaux collaboratifs mettant en jeu l'analyse par spectroscopie de masse et en dynamique moléculaire in silico révèlent le rôle essentiel des résidus conservés Glu5 et Thr2 de PulG, requis pour l’interaction avec PulM. Ces données suggèrent que Glu5 participe à l'extraction de PulG de la membrane, en neutralisant la charge positive de son peptide N-terminal par des interactions intramoleculaires. Ces résultats permettent d'établir un modèle détaillant les étapes initiales de l’assemblage des pseudopili dans la membrane interne, relevant pour de futures études sur le SST2 et nanomachines homologues. sécrétion de protéinespili de type 4 assemblage de fibres complexes protéiques membranairesinteractions protéine-protéinemicroscopie à immuno-fluorescence simulations en dynamique moléculairedouble-hybride bactérien spectrométrie de masse nanomachines bacteriennes
The type II secretion system (T2SS) drives the translocation of folded, periplasmic proteins across the outer membrane in Gram-negative bacteria. Secretion is carried out by an envelope-spanning nanomachine that is similar to the apparatus that builds type IV pili (T4P), bacterial surface filaments involved in adhesion, motility and other functions. In the Pul T2SS of Klebsiella oxytoca, overexpression of pul genes in plate-grown bacteria allows the assembly of T4P-like surface fibres made of PulG subunits, suggesting that a periplasmic pseudopilus fibre plays a role in the secretion of the type II substrate pullulanase under physiological conditions. In this project, we explored the molecular mechanism of pseudopilus assembly by focusing on the interaction between PulG and the T2SS inner membrane and pseudopili components. The network of interactions of PulG with the minor pseudopilins PulH, I, J and K and the assembly platform (AP) components was established using bacterial two-hybrid analysis. To validate these interactions, we combined biochemical approaches (affinity co-purification, chemical or cysteine cross-linking) with functional assays of secretion and pseudopilus formation. We provide evidence of the interaction between PulG and the AP proteins PulF and PulM, and delve into the PulG-PulM interface. Our results point to the formation of a PulK-I-J-H-G complex in the plasma membrane involved in early steps of fibre assembly, with a determinant role for PulG and PulH interaction with PulM and PulF. We obtained experimental evidence supporting a major role for PulM in pseudopilus assembly and protein secretion, probably by intervening in the assembly of the T2SS apparatus and in pseudopilus elongation. The results of experimental and in silico studies in collaboration with experts in mass spectrometry and molecular dynamics support the essential role of the highly conserved PulG residues Glu5 and Thr2, which participate in PulM binding. In addition, Glu5 probably favours PulG membrane extraction by neutralising its N-terminal positive charge through intra-molecular interaction. These findings shed new light on early membrane events during fibre assembly, and open new and exciting avenues in research on T2SSs and related nanomachines.protein secretiontype 4 pilifibre assemblymembrane protein complexprotein-protein interactionsimmunofluorescence microscopymolecular dynamics simulationsbacterial two-hybrid assaymass spectrometrybacterial nanomachines

Le diabète de type 2 (DT2) est une maladie métabolique complexe causée par des facteurs génétiques mais aussi environnementaux, tels la sédentarité et le surpoids. La dysfonction de la cellule β pancréatique est maintenant reconnue comme l’élément déterminant dans le développement du DT2. Notre laboratoire s’intéresse à la sécrétion d’insuline par la cellule β en réponse aux nutriments calorigéniques et aux mécanismes qui la contrôle. Alors que la connaissance des mécanismes responsables de l’induction de la sécrétion d’insuline en réponse aux glucose et acides gras est assez avancée, les procédés d’inhibition de la sécrétion dans des contextes normaux ou pathologiques sont moins bien compris. L’objectif de la présente thèse était d’identifier quelques-uns de ces mécanismes de régulation négative de la sécrétion d’insuline dans la cellule β pancréatique, et ce en situation normale ou pathologique en lien avec le DT2. La première hypothèse testée était que l’enzyme mitochondriale hydroxyacyl-CoA déshydrogénase spécifique pour les molécules à chaîne courte (short-chain hydroxyacyl-CoA dehydrogenase, SCHAD) régule la sécrétion d’insuline induite par le glucose (SIIG) par la modulation des concentrations d’acides gras ou leur dérivés tels les acyl-CoA ou acyl-carnitine dans la cellule β. Pour ce faire, nous avons utilisé la technologie des ARN interférants (ARNi) afin de diminuer l’expression de SCHAD dans la lignée cellulaire β pancréatique INS832/13. Nous avons par la suite vérifié chez la souris DIO (diet-induced obesity) si une exposition prolongée à une diète riche en gras activerait certaines voies métaboliques et signalétiques assurant une régulation négative de la sécrétion d’insuline et contribuerait au développement du DT2. Pour ce faire, nous avons mesuré la SIIG, le métabolisme intracellulaire des lipides, la fonction mitochondriale et l’activation de certaines voies signalétiques dans les îlots de Langerhans isolés des souris normales (ND, normal diet) ou nourries à la dière riche en gras (DIO) Nos résultats suggèrent que l’enzyme SCHAD est importante dans l’atténuation de la sécrétion d’insuline induite par le glucose et les acides aminés. En effet, l’oxydation des acides gras par la protéine SCHAD préviendrait l’accumulation d’acyl-CoA ou de leurs dérivés carnitine à chaîne courtes potentialisatrices de la sécrétion d’insuline. De plus, SCHAD régule le métabolisme du glutamate par l’inhibition allostérique de l’enzyme glutamate déshydrogénase (GDH), prévenant ainsi une hyperinsulinémie causée par une sur-activité de GDH. L’étude de la dysfonction de la cellule β dans le modèle de souris DIO a démontré qu’il existe une grande hétérogénéité dans l’obésité et l’hyperglycémie développées suite à la diète riche en gras. L’orginialité de notre étude réside dans la stratification des souris DIO en deux groupes : les faibles et forts répondants à la diète (low diet responders (LDR) et high diet responder (HDR)) sur la base de leur gain de poids corporel. Nous avons mis en lumières divers mécanismes liés au métabolisme des acides gras impliqués dans la diminution de la SIIG. Une diminution du flux à travers le cycle TG/FFA accompagnée d’une augmentation de l’oxydation des acides gras et d’une accumulation intracellulaire de cholestérol contribuent à la diminution de la SIIG chez les souris DIO-HDR. De plus, l’altération de la signalisation par les voies AMPK (AMP-activated protein kinase) et PKC epsilon (protéine kinase C epsilon) pourrait expliquer certaines de ces modifications du métabolisme des îlots DIO et causer le défaut de sécrétion d’insuline. En résumé, nous avons mis en lumière des mécanismes importants pour la régulation négative de la sécrétion d’insuline dans la cellule β pancréatique saine ou en situation pathologique. Ces mécanismes pourraient permettre d’une part de limiter l’amplitude ou la durée de la sécrétion d’insuline suite à un repas chez la cellule saine, et d’autre part de préserver la fonction de la cellule β en retardant l’épuisement de celle-ci en situation pathologique. Certaines de ces voies peuvent expliquer l’altération de la sécrétion d’insuline dans le cadre du DT2 lié à l’obésité. À la lumière de nos recherches, le développement de thérapies ayant pour cible les mécanismes de régulation négative de la sécrétion d’insuline pourrait être bénéfique pour le traitement de patients diabétiques.
Type 2 diabetes (T2D) is a complex metabolic disease caused by genetic as well as environmental factors, such as sedentarity and obesity. Pancreatic β cell dysfunction is now recognized as the key factor in T2D development. Our laboratory is studying the mechanisms of regulation of insulin secretion by the pancreatic β cell in response to nutrients. While the knowledge of the mechanisms responsible for initiation of insulin secretion in response to glucose and fatty acids is quite advanced, the inhibitory processes of insulin secretion in normal or pathological situations are still poorly understood. This doctoral thesis has focused on the identification of some of the mechanisms responsible for negative regulation of insulin secretion in pancreatic β cell. We have addressed this issue under normal situation or pathological conditions related to T2D. We first tested the hypothesis by which a mitochondrial enzyme, short-chain hydroxyacyl-CoA dehydrogenase (SCHAD), negatively regulates glucose-induced insulin secretion (GIIS) by limiting the concentrations of some fatty acids and their derivatives such as acyl-CoA or acyl-carnitine molecules in the β cell. For this purpose, the downregulation of SCHAD by RNA interference (RNAi) was used in the pancreatic β cell line INS832/13. Then, we tested wether a prolonged administration of high-fat diet to mice (diet-induced obesity mouse model, DIO) would modulate intracellular metabolic and molecular pathways responsible for inhibition of insulin secretion. C57BL/6 mice were therefore fed a high-fat diet for 8 weeks followed by insulin secretion, intracellular lipid metabolism, mitochondrial function and intracellular signaling measurements on isolated pancreatic islets of Langerhans of those mice. Our results suggest that SCHAD negatively regulates GIIS and amino acid-induced insulin secretion. We propose that fatty acid oxidation by SCHAD would prevent the accumulation of short-chain acyl-CoAs or acyl-carnitines capable of potentiating insulin secretion. In addition, SCHAD regulates glutamate metabolism by the allosteric inhibition of glutamate dehydrogenase (GDH) preventing the hyperinsulinemia caused by excessive GDH activity. The study of β cell dysfunction in the DIO mouse model stratified LDR and HDR highlighted various fatty acid metabolism pathways involved in the reduction of GIIS. A decrease in the triglycerides/free fatty acid (TG/FFA) cycling associated with an increase in fatty acid oxidation and intracellular accumulation of cholesterol was shown to contribute to the decreased GIIS in DIO-HDR mice. Furthermore, alteration of AMP-activated kinase (AMPK) and protein kinase C epsilon (PKC epsilon) signaling pathways would be responsible for those alterations in metabolic pathways observed in DIO islets and cause decreased insulin secretion. In summary, we have shed light on important pathways negatively regulating insulin secretion in pancreatic β cell. These pathways could either limit the amplitude or duration of insulin secretion after a meal, or help to preserve β-cell function by delaying exhaustion. Some of those signaling pathways could explain the altered insulin secretion observed in T2D obese patients. In light of our research, the development of therapies targeting pathways that negatively regulate insulin secretion may be beneficial for treating diabetic patients.