Les tanycytes véhiculent la leptine dans le cerveau métabolique : mécanismes moléculaires et rôle dans la physiopathologie de la résistance hormonale et l'obésité/diabète

Tanycytes shuttle leptin into metabolic brain : molecular mechanisms and role in hormonal resistance physiopathology and diabesity

• Auteur / Autrice : Manon Duquenne
• Direction : Vincent Prévot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physiologie
• Date : Soutenance le 18/12/2019
• Etablissement(s) : Université de Lille (2018-2021)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie-Santé (Lille ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Lille Neuroscience et Cognition (Lille) - Lille Neurosciences & Cognition - U 1172
• Jury : Président / Présidente : Catherine Postic
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Vincent Prévot, Catherine Postic, Philippe Ciofi, Julie Dam, Jean-Sébastien Annicotte, Gilles Mithieux
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Catherine Postic, Philippe Ciofi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles animaux

Diabète

Obésité

Cellules épendymogliales

Hypothalamus

Leptine

Expérimentation animale

Diabètes

Obésité

Hypothalamus

Leptine

Mots clés libres

Obésité

Diabète

Leptine

Tanycyte

Hypothalamus

Obesity

Diabete

Hypothalamus

Leptin

Tanycyte

Résumé

Le contrôle de la balance énergétique, permettant le maintien de la masse corporelle nécessite un dialogue continu entre la périphérie et l’hypothalamus dans le cerveau. L’accès des hormones périphériques à cette structure cérébrale est essentiel au bon fonctionnement des circuits neuronaux qui régule l’homéostasie énergétique. Toutefois, peu d’éléments concernant sur les mécanismes de transport de ces signaux métaboliques à l’hypothalamus sont actuellement connus. L’éminence médiane, une structure hypothalamique formant le plancher du 3e ventricule, contient des cellules épendymogliales hautement spécialisées appelées tanycytes. Il a été démontré que les tanycytes transportent les signaux métaboliques tels que la leptine jusqu’au liquide céphalorachidien par un mécanisme de transcytose. Identifier les mécanismes moléculaires impliqués dans ce transport est essentiel à notre compréhension au phénomène de résistance centrale aux hormones, observé chez les patients obèses et aux patients atteints d’un diabète de type 2. Au cours de ma thèse, après l’infusion d’une protéine de fusion recombinante (TAT-Cre) dans le 3e ventricule d’un modèle de souris floxées pour le gène codant pour les récepteurs à la leptine (LepR(loxP/loxP)), nous avons étudié le rôle des LepR dans les tanycytes dans le contrôle central de l’homéostasie énergétique chez la souris. Nos résultats montrent que la perturbation de l’expression des LepR sélectivement dans les tanycytes entraine une augmentation de la masse corporelle, de l’adiposité, de la cholestérolémie, de la triglycéridémie et une diminution de la concentration sérique en noradrénaline. Ceci est associé avec une augmentation de la prise alimentaire, une diminution de la sensibilité périphérique à la leptine sans affecter la sensibilité centrale ainsi qu’un développement progressif d’intolérance au glucose. L’activité du pancréas et du tissu adipeux de notre modèle est également affectée. En parallèle, nous avons étudié les mécanismes sous-jacents à l’action anorexigénique des endozépines. Nos résultats que les endozépines activent la voie de signalisation ERK, nécessaire au transport de la leptine dans le cerveau, au sein de tanycytes en culture et que ces molécules ont besoin de l’expression tanycytaire des LepR pour permettre la phosphorylation de STAT3 dans l’hypothalamus. Enfin, nous avons analyser l’effet de l’expression de la neurotoxine botulique de sérotype B (BoNTB) dans les tanycytes sur le contrôle de l’homéostasie énergétique, grâce à l’infusion de TAT-Cre dans le « e ventricule du modèle BoNT/B(loxP-STOP-loxP). La BoNTB inactive, grâce à un clivage protéolytique, les synaptobrévines 1-3 et altère l’exocytose associé à ces protéines. Nos résultats montrent la perturbation de l’activité de ces protéines dans les tanycytes affecte la prise alimentaire, la sensibilité à la leptine et la tolérance au glucose, comme dans le précédant modèle animal. Toutefois, nous avons constaté des différences concernant l’activité du pancréas et du tissu adipeux. L’ensemble de ces données démontre pour la première fois, le rôle clé des tanycytes hypothalamiques dans la régulation du métabolisme énergétique in vivo, ainsi que l’implication de l’expression des LepR dans les tanycytes dans l’activité de la leptine et des endozépines dans le cerveau métabolique.

The control of energy balance that allows for the maintenance of body mass requires a continued dialogue between the periphery and the hypothalamus in the brain. The access of peripheral hormones to that structure is essential to the proper functioning of neural circuits that regulate energy balance. However, little is known about the transport mechanisms of circulating metabolic signals into the hypothalamus. The median eminence, a hypothalamic structure forming the floor of the 3rd ventricle, contains specialized ependymoglial cells called tanycytes. Tanycytes have been shown to shuttle metabolic signals such as leptin into the cerebrospinal fluid, via transcytosis. Identifying the molecular mechanisms involved in this transport is essential to our understanding of the phenomenon of central hormone resistance found in obese and type 2 diabetes patients. During my thesis, after an infusion of a recombinant fusion protein (TAT-Cre) into the 3rd ventricle of leptin receptor gene-floxed mouse model (LepR(loxP/loxP)), we investigated the role of the LepR in tanycytes on the central control of energy homeostasis in mice. Our results show that selectively impairing LepR expression in tanycytes increases body weight, adiposity, cholesterolemia, triglyceridemia and decreases noradrenaline serum concentration. It’s associated with an increase of food intake, peripheral but not central leptin anorectic effect and glucose intolerance. Pancreas and adipose tissue activity of our model is also affected. In parallel, we studied the mechanisms underlying the anorexigenic action of endozepines. Our results show that endozepines induce ERK activation necessary for leptin transport into the brain in primary culture of tanycytes and require tanycytic LepR expression to promote STAT3 phosphorylation in the hypothalamus. Finally, we also investigated the effect of the expression of the type B botulinum neurotoxin BoNTB, in tanycytes on the central control of energy homeostasis in mice. BoNTB inactivates synaptobrevins 1-3 by proteolytic cleavage and thus alters synaptobrevin-mediated exocytosis. Our results show that selectively impairing synaptobrevin function in tanycytes affects as in the previous model the basal food intake, leptin sensitivity and glucose tolerance in mice. However, we noticed some differences in pancreas activity compared to the model in which we selectively impaired LepR expression in tanycytes. Altogether, these data demonstrate for the first time the key role of tanycytes in the central control of energy regulation in-vivo and the involvement of LepR expression in tanycytes for circulating leptin and endozepines action in the metabolic brain.