Role of docohexaenoic acid/Elovl2 axis in glucolipotoxicity induced apoptosis and secretory dysfunction in pancreatic β-cells

par Lara Bellini

Thèse de doctorat en Biologie cellulaire

Sous la direction de Hervé Le Stunff et de Céline Cruciani-Guglielmacci.

Soutenue le 19-09-2016

à Sorbonne Paris Cité , dans le cadre de École doctorale Bio Sorbonne Paris Cité (Paris) , en partenariat avec Unité de biologie fonctionnelle et adaptative (Paris) (laboratoire) et de Université Paris Diderot - Paris 7 (1970-2019) (établissement de préparation) .

Le président du jury était Virginie Rouiller-Fabre.

Le jury était composé de Trevor J. Biden.

Les rapporteurs étaient Stéphane Dalle, Nathalie Andrieu-Abadie.

  • Titre traduit

    Rôle de l’axe de l’acide docohexaenoïque/Elovl2 dans l’apoptose et le défaut de sécrétion induits par la glucolipotoxicité dans les cellules β pancréatiques


  • Résumé

    Le diabète de type II (T2D) est une pathologie caractérisée par une hyperglycémie chronique due au dysfonctionnement ainsi qu’à l’apoptose des cellules β pancréatiques, associée à la résistance à l’action de l’insuline. Dans le cas d’un T2D accompagné d’une obésité, l’hyperglycémie chronique potentialise les effets délétères des acides gras saturés sur la cellule β. Ce phénomène est défini comme étant la gluco-lipotoxicité (GL). Aujourd’hui, peu de cibles thérapeutiques existent afin de contrecarrer les effets de la GL et de traiter/prévenir définitivement le diabète, ceci étant dû en partie au manque de connaissances sur la régulation de la cellule β dans des conditions pathologiques. Dans ce but, le consortium Européen IMIDIA (http://www.imidia.org) a réalisé une analyse multiparamétrique permettant l’identification de gènes exprimés dans les îlots de Langerhans qui sont associés à la tolérance au glucose ainsi que la capacité de l’îlot à sécréter l’insuline chez des souris obèses. Parmi ces gènes, je me suis intéressée au rôle de l’élongase 2 (ELOVL2), enzyme impliquée dans la synthèse d’acides gras ω3-poly-insaturés (PUFAs) et en particulier l’acide docosahexaénoïque (DHA). J’ai pu mettre en évidence que la GL diminue l’expression d’Elovl2 et la quantité de DHA dans les cellules β. J’ai pu montrer que le DHA et la surexpression d’Elovl2 restaurent la sécrétion d’insuline induite par le glucose inhibée par la GL, suggérant qu’une augmentation de la quantité endogène de DHA, via la surexpression d’Elovl2 serait capable de contrecarrer le défaut de sécrétion d’insuline associé à la GL. J’ai pu ensuite montrer qu’une sous-expression d’Elovl2 accroît encore plus l’apoptose des cellules β induite par la GL. Ceci étant contrecarré par une surexpression d’Elovl2 et l’addition de DHA. L’axe Elovl2/DHA diminue drastiquement l’accumulation de céramides, responsable de l’apoptose des cellules β induite par la GL. Néanmoins, cet axe ne semble pas affecter la synthèse de novo. En revanche, l’étomoxir (inhibiteur de l’oxydation des acides gas) inhibe totalement l’effet protecteur de l’axe Elovl2/DHA. Ceci suggère donc que l’axe Elovl2/DHA altère le devenir des acides gras dans la cellule en favorisant la dégradation des acides gras par la β-oxydation afin de protéger la cellule β de l’apoptose. En conclusion, mes résultats ont permis de mettre en évidence le rôle de l’axe Elovl2/DHA dans le disfonctionnement et l’apoptose induits par la GL. L’existence de cet axe pourrait conduire à développer de nouvelles thérapies qui cibleraient la synthèse de DHA afin de protéger la cellule β contre les effets délétères de la GL. Enfin, bien que je me sois focalisée uniquement sur la validation d’Elovl2, la base de données créée au cours de cette étude pour identifier de nouveaux gènes impliqués dans le T2D représente une nouvelle ressource importante pour mieux comprendre la défaillance de la cellule β durant un stress métabolique


  • Résumé

    Type 2 diabetes (T2D) is a disease characterised by a dysfunction of pancreatic β cell survival and function associated with insulin resistance. In the case of T2D associated with obesity, chronic hyperglycaemia potentiates the deleterious effect of saturated free fatty acids on β cell. This phenomenon is defined as gluco-lipotoxicity (GL). Up to now, limited therapeutic options exist to fight against GL and treat diabetes and none to cure or prevent this disease, in part due to the limited knowledge of β-cell biology in health and disease. To face to the lack of knowledge regarding β cell function in diabetes, the European consortium IMIDIA (http://www.imidia.org) had conducted a multi-parameter analysis that led to the identification of a sub-network of islet-expressed genes associated with glucose tolerance and insulin secretory capacity during development of obesity in mice. Among these genes, I decided to further investigate the role of the very long chain fatty acid elongase 2 (ELOVL2). ELOVL2 is an enzyme involved in the synthesis of ω3-poly-unsaturated fatty acids (PUFAs), especially Docosahexaenoic acid (DHA). I have found that GL decreases Elovl2 expression and DHA levels in β-cells. I showed that DHA and Elovl2 over-expression rescues glucose-induced insulin secretion and cytosolic Ca2+ influx impaired by GL, suggesting that increased endogenous DHA levels resulting from Elovl2 up-regulation counteracts the insulin secretion defect associated with GL. In a second part, I found that down-regulation of Elovl2 drastically potentiates apoptosis induced by GL. In contrast DHA and over-expressed Elovl2 counteract β cell apoptosis induced by GL. Interestingly, I found that ELOVL2/DHA axis inhibits accumulation of ceramide, which normally mediate β cell apoptosis under GL. It appears that ELOVL2/DHA axis did not inhibit enzyme function involved in de novo ceramide synthesis. In contrast, the fat oxidation inhibitor, etomoxir, which markedly enhanced GL-induced cell death, completely inhibits the beneficial effect of ELOVL2/DHA axis. These results suggest that ELOVL2/DHA alter fatty acid partitioning, in favour of mitochondrial fatty acid β-oxydation in order to protect β-cells from apoptosis. Collectively, my results show for the first time a role of the ELOVL2/DHA axis in β-cell dysfunction and apoptosis induced by GL. The existence of this axis could lead to develop new therapies that target DHA synthesis to protect β-cells against the deleterious effect of GL. Finally, although I focus experimental validation on Elovl2, the comprehensive data set and integrative network model used to identify this candidate gene represents an important novel resource to dissect the molecular aetiology of β-cell failure following metabolic stress.


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