Étude fonctionnelle de l'AMP-activated protein kinase chez l'huître creuse Crassostrea gigas

Elements implicated in the energypathway of the AMP-activated protein kinase of the Pacific oyster Crassostrea gigas

• Auteur / Autrice : Éric Guévélou
• Direction : Arnaud Huvet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie marine
• Date : Soutenance le 19/12/2012
• Etablissement(s) : Brest
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la mer (Plouzané, Finistère)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des sciences de l’environnement marin (Plouzané, Finistère) - Laboratoire de physiologie des invertébrés
• Jury : Président / Présidente : Vianney Pichereau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Arnaud Huvet, Vianney Pichereau, Fabienne Foufelle, Pascal Favrel, Julia Morales, Marc Blondel, Charlotte Corporeau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Fabienne Foufelle, Pascal Favrel

Mots clés

Mots clés contrôlés

AMP kinase

Crassostrea gigas

Mots clés libres

Crassostrea gigas

AMP-activated protein kinase

Hypoxie

Reproduction

Voie énergétique

Crassostrea gigas

AMP-activated protein kinase

Hypoxia

Reproduction

Energetic pathways

Résumé

L’objectif de cette thèse était de caractériser les éléments appartenant à la voie de signalisation énergétique AMP-activated protein kinase chez l’huître creuse Crassostrea gigas afin de comprendre son implication dans la gestion de l’énergie, en particulier en réponse à des conditions physiologiques qui sollicitent de l’énergie telles que la reproduction, ou à des stress environnementaux comme l’hypoxie ou le jeûne. Au niveau génomique, les trois sous-unités constitutives du trimère AMPK ainsi que plusieurs éléments impliqués dans cette voie de signalisation et dans les métabolismes glucidiques et lipidiques, potentiellement cibles de l’AMPK, ont été décrits. Au niveau protéique, plusieurs anticorps hétérologues ciblant les isoformes de la sous-unité α et la phosphorylation du résidu thréonine 172 de la sous-unité α, témoin indirect de l’activité AMPK, ont été utilisés. Deux sous-unités α tronquées dans le domaine kinase ont été caractérisées principalement dans les tissus musculaires suggérant leurs implications dans la fonction musculaire. Au cours d’un stress hypoxique, une augmentation significative des quantités de sous-unités α tronquées a été observée dans le muscle lisse. Ce résultat suggère que pendant une durée d’au moins 6 h, ces protéines tronquées sont nécessaires au maintien du métabolisme aérobie dans le muscle lisse, lui permettant ainsi de remplir son rôle de fermeture statique des valves. Nous avons suggéré une hypothèse indiquant que l’accumulation in vivo de ces sous-unitésα tronquées pourrait exercer un rôle de modulation ou de transdomination négative de l’activité de la sous-unité α entière. Dans la gonade, nous avons observé une activation de l’AMPK tout au long du processus de gamétogénèse afin de supporter les processus cataboliques de création de gamètes. Une diminution de cette activation a été observée lors du stade anabolique de mise en réserve des ovocytes. Enfin, lors d’un conditionnement en milieu contrôlé, une approche physiologique par privation de nourriture et une approche pharmacologique par injection d’AICAR ont été réalisées pour provoquer une modulation de l’AMPK. Les analyses ont montré que ni le jeûne ni l’AICAR n’ont induit une augmentation de la phosphorylation de la sous-unité α. Cependant, plusieurs changements liés à l’injection de l’AICAR ont été observés sur la physiologie de l’huître : la modification du rapport AMP:ATP chez les huîtres nourries en comparaison aux huîtres à jeun, et une mortalité dépendante de la dose injectée d’AICAR chez les huîtres mises à jeun. La caractérisation de l’AMPK chez C. gigas ouvre de nombreuses perspectives exigeant des études fonctionnelles poussées afin de démontrer le rôle pivot de cette kinase dans la gestion de l’énergie, comme démontré chez de nombreuses espèces de vertébrés, et ainsi décrypter le métabolisme énergétique de l’huître.

The objective of this thesis was to characterize elements implicated in the energypathway of the AMP-activated protein kinase of the Pacific oyster Crassostrea gigas. Thecharacterization of the elements was performed in the scope of understanding their involvementin energy management, particularly in response to physiological conditions requiring energy, asreproduction or environmental stress, such as hypoxia or fasting.At genomic level, the three subunits of AMPK trimer and several elements involved inAMPK signaling pathway and in carbohydrate and lipid metabolism, supposedly under AMPKcontrol, were described. Additionally, at proteomic level, several heterologous antibodiestargeting AMPKα subunit isoforms and threonine 172 phosphorylation site of AMPKα subunit,indirect witness of AMPK activity, were assayed. Two truncated α subunits in the kinase domainwere characterized essentially in muscles, suggesting their involvement in muscle function.During a hypoxic stress, a significant increase of truncated α subunits protein amount wasobserved in smooth muscle. These results suggest that, for a period of at least 6 h, thesetruncated subunits are necessary for the maintenance of aerobic metabolism in smooth muscle ofC. gigas, allowing it to fulfill its static closing valves. We suggested that in vivo accumulation oftruncated AMPKα could serve as modulator or as transdominant negative regulator of the fulllengthAMPKα activity. In the gonad, AMPK appeared to be activated through the process ofgametogenesis, in order to support the catabolic processes of gametes creation. During theanabolic phase, when oocyte reserves were created, a signal disruption was observed. Finally,during controlled experiment, a physiological approach by food deprivation and apharmacological approach using AICAR injections were performed to modulate AMPK signal.This analysis showed that neither fasting nor AICAR induced an increase of AMPKphosphorylation, as expected. Although, several changes related to AICAR injection wereobserved in oysters physiology, such as the change of the AMP:ATP ratio in fed oysters and aAICAR dose-related mortality in fasting oysters. AMPK characterization in C. gigas opens newperspectives demanding extensive functional studies to establish the key role of AMPK in energymanagement, as demonstrated in vertebrates’ species, in order to understand the oyster’s energymetabolism.