Caractérisation de différentes sous-populations de neurones à POMC hypothalamiques dans la régulation de la balance énergétique.

Characterization of different subpopulations of hypothalamic POMC neurons in the regulation of energy balance.

• Auteur / Autrice : Vincent Simon
• Direction : Daniela Cota
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 13/12/2019
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Talence, Gironde ; 1993-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Neurocentre Magendie (Bordeaux)
• Jury : Président / Présidente : Agnès Nadjar
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Carole Rovere-Jovene, Marc Claret, Philippe Ciofi
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Carole Rovere-Jovene, Marc Claret

Mots clés

Mots clés contrôlés

Métabolisme énergétique

Hypothalamus

Obésité

Mots clés libres

Hypothalamus

Neurones à POMC

Balance énergétique

Métabolisme

Glutamate

Gaba

Hypothalamus

POMC neurons

Energy balance

Metabolism

Glutamate

Gaba

Résumé

L’obésité est une maladie chronique d’origine multifactorielle, caractérisée par une accumulation excessive de graisse corporelle néfaste pour la santé et dont la prévalence n’a cessé de croître au niveau mondial depuis les années 1980. Représentant un facteur de risque pour le diabète de type II, les maladies cardiovasculaires et différentes formes de cancer, l’obésité est aujourd’hui un enjeu majeur de santé publique. Malheureusement, les traitements pharmacologiques disponibles sont rares et peu efficaces. Ainsi, l’étude des mécanismes biologiques qui sous-tendent la régulation du poids corporel pourrait permettre de découvrir de nouvelles cibles thérapeutiques et se révéler utile dans la lutte contre ce fléau moderne. Le cerveau joue un rôle clé dans le contrôle de la prise alimentaire et du métabolisme. En particulier, certains neurones hypothalamiques, appelés neurones à POMC, sont classiquement décrits comme étant responsables de la satiété. Jusqu’alors, la plupart des études menées sur ces neurones se sont concentrées sur leur production de neuropeptides, mais de récentes découvertes ont mis à jour l’existence de sous-populations, caractérisées par leur capacité à sécréter différents neurotransmetteurs (glutamate, GABA ou les deux). Les conséquences fonctionnelles de cette hétérogénéité, jusqu’à alors largement insoupçonnée, sont à ce jour inconnues. L’objectif général de cette thèse est d’étudier le rôle spécifique de différentes sous-populations de neurones à POMC, en fonction du neurotransmetteur qu’ils libèrent : on distinguera alors les neurones à POMC-Glut (glutamatergiques purs), POMC-GABA (GABAergiques purs) et POMC-Glut/GABA (mixtes). Trois objectifs ont été définis : Développer une nouvelle technique de neuro-anatomie afin de détecter les différentes sous-populations de neurones à POMC activés, dans des coupes flottantes de cerveau de souris. Déterminer l’impact d’un régime hypercalorique sur les sous-populations de neurones à POMC. Déterminer le rôle des POMC-Glut dans la régulation de la balance énergétique à partir d’un nouveau modèle de souris génétiquement modifiées. Résultats : Tout d’abord, nous avons mis au point une nouvelle technique de détection simultanée des ARNm de GAD65/67, vglut2 et POMC combinée à un marquage de la protéine cFos (un marqueur d’activité cellulaire), afin d’identifier les différentes sous-populations de neurones à POMC activées dans diverses conditions expérimentales. Puis, nous avons mis en pratique cette technique lors d’une exposition aiguë à un régime hypercalorique (nommé HFD, pour « high-fat-diet »). Nous avons alors découvert que les neurones à POMC-GABA étaient la principale sous-population à être activée par le HFD, contrairement aux neurones à POMC-Glut qui étaient moins nombreux à y répondre. Cette activation préférentielle des POMC-GABA s’effectue de plus dans un contexte d’hyperphagie pour le HFD. Pour finir, nous avons créé une nouvelle lignée de souris génétiquement modifiées permettant la délétion inductible de la protéine vglut2 des neurones à POMC, empêchant ainsi la libération de glutamate des neurones à POMC. Après avoir effectué les contrôles nécessaires, nous avons entrepris une caractérisation métabolique de cette lignée. Les souris POMC-vglut2-KO inductibles, dont la transmission POMC glutamatergique est supprimée, ont une réponse hyperphagique exagérée suite à un jeûne de 24h. De plus, lorsqu’elles sont placées sous HFD, ces souris mangent davantage et ont une dépense énergétique augmentée. [...]

Obesity is a chronic multifactorial disease, characterized by a health-threatening accumulation of body fat and whose prevalence has been increasing worldwide since the 1980s. Obesity is a risk factor for type II diabetes, cardiovascular disease and various forms of cancer and is now a major public health issue. Unfortunately, available pharmacological treatments are rare and not very effective. Thus, the study of the biological mechanisms underlying body weight regulation could lead to the discovery of new therapeutic targets and prove useful in the fight against this modern curse. The brain plays a key role in controlling food intake and metabolism. In particular, some hypothalamic neurons called POMC neurons are classically described as being responsible for satiety. To date, most studies on these neurons have focused on their neuropeptide production, but recent discoveries have uncovered the existence of subpopulations, characterized by their ability to secrete different neurotransmitters (glutamate, GABA or both). The functional consequences of this heterogeneity are largely unknown to this day.The general objective of this thesis is to study the specific roles of different sub-populations of POMC neurons, depending on the neurotransmitter they release: we will then distinguish between POMC-Glut (pure glutamatergic), POMC-GABA (pure GABAergic) and POMC-Glut/GABA (mixed) neurons. Three objectives have been defined: To develop a new neuroanatomical technical approach to identify subpopulations of activated POMC neurons on mouse brain slices. To determine the impact of a hypercaloric diet on POMC subpopulations. To determine the role of the POMC Glutamatergic population in energy balance by using a novel genetic model. Results: First, we developed a new technique for the simultaneous detection of mRNAs of GAD65/67, vglut2 and POMC combined with an immunostaining of the cFos protein (a marker of cellular activity), in order to identify the subpopulations of activated POMC neurons under various experimental conditions. Then, we applied this technique in a context of an acute exposure to a high-calorie diet (HFD, for ''high-fat-diet''). We then discovered that POMC-GABA neurons were the main sub-population to be activated by HFD, unlike POMC-Glut which were less likely to respond to the diet. Of note this preferential activation of POMC-GABA happens in a context of HFD-driven hyperphagia. Finally, we created a new genetically modified mouse line that allows the deletion of the vglut2 protein from POMC neurons in an inducible way, thus preventing the release of glutamate from POMC neurons. After carrying out the necessary controls, we conducted a metabolic characterization of this mouse line. Inducible POMC-vglut2-KO mice, in which POMC glutamatergic transmission is suppressed, have an exaggerated hyperphagic response following a 24-hour fast. In addition, when placed on a HFD, these mice eat more and have an increased energy expenditure. [...]