Phénotype de faible utilisation des glucides alimentaires chez la truite arc-en-ciel (Oncorhynchus mykiss) : ses conséquences épigénétiques et sa modulation métabolique via une stratégie de programmation

Around the poor use of dietary carbohydrate phenotype in trout (Oncorhynchus mykiss) : its epigenetic consequences and metabolic modulation through a programming strategy

• Auteur / Autrice : Jingwei Liu
• Direction : Stéphane Panserat, Lucie Marandel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences agronomiques, biotechnologies agro‐alimentaires
• Date : Soutenance le 24/09/2019
• Etablissement(s) : Pau
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences exactes et leurs applications (Pau, Pyrénées Atlantiques ; 1995-)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut national de la recherche agronomique (France ; 1946-2019) - Ecodynamics of trace metals and metalloids in Pyrenean lakes in relation to climate change and anthropogenic pressure

Mots clés

Mots clés contrôlés

Gamétogenèse

Embryologie

Interactions ADN-protéine

Glucose sanguin

Truite arc-en-ciel

Mots clés libres

Métabolisme du glucose

Méthylation de l'ADN

Hypoxie

Gènes dupliqués

Embryogenèse

Gamétogenèse

Transcription génique

Glucose metabolism

DNA methylation

Hypoxia

Duplicated genes

Embryogenesis

Gametogenesis

Gene transcription

Résumé

La truite arc-en-ciel carnivore (Oncorhynchus mykiss) est considérée comme une espèce pauvre utilisatrice de glucides alimentaires. Des études récentes ont montré qu'une hypométhylation globale de l'ADN hépatique induite par un régime alimentaire riche en glucides et pauvre en protéines pourrait être impliquée dans l'établissement / le maintien du de ce phénotype chez la truite, mais le détail des mécanismes sous-jacents reste inconnu. La thèse vise à étudier les mécanismes épigénétiques sous-jacents à ce phénotype de faible utilisation des glucides alimentaire chez la truite et à examiner si le métabolisme du glucose et l’épigénome chez les juvéniles peuvent être programmés par un stimulus hypoxique précoce. Nous avons d’abord identifié tous les gènes paralogues liés aux voies de méthylation / déméthylation de l’ADN (dnmt, tet et tdg) dans le génome de la truite, clarifié leurs histoires évolutives et analysé leurs profils d’expression au cours de la gamétogenèse et de l’embryogenèse chez la truite. Nous avons ensuite étudiés plus en détail les processus et les mécanismes potentiellement à l’origine de l'hypométhylation de l'ADN hépatique global constatée chez la truite après un régime riche en glucides et pauvre en protéines. Les résultats ont montré pour la première fois qu'une diminution du taux deprotéines et une augmentation du taux de glucides dans l’aliment induisent de manière indépendante et en interaction une hypométhylation hépatique globale chez la truite, qui semble établie par le biais d'une voie de déméthylation active. Nous avons également constaté qu’une forte hyperglycémie induite par une injection de glucose induit une hypométhylation globale de l’ADN au niveau des sites CmCGG dans le foie de la truite. Les mécanismes détaillés de ces processus de déméthylation restent à élucider. Enfin, grâce à la stratégie de programmation métabolique, nous avons pour la première fois confirmé que l’utilisation d’un stimulus non nutritionnel au début de la vie, l’hypoxie, pouvait moduler de façon persistante la transcription des gènes liés au métabolisme du glucose chez la truite juvénile sans nuire aux performances de croissance. De plus, selon sa nature chronique ou aigue, l’hypoxie, a tendance à induire des effets de programmation opposés sur les gènes codants pour les transporteurs au glucose notamment dans le foie et le muscle de la truite juvénile. Dans son ensemble, la thèse met en avant notre compréhension du rôle du méthylome dans la contribution à la faible capacité d'utilisation des glucides alimentaires chez la truiteLa thèse met aussi en lumière le potentiel d'utilisation de l'hypoxie comme stimulus pour programmer le métabolisme du glucose, l'épigénome et l'utilisation des glucides alimentaires chez la truite arc-en-ciel.

The carnivorous rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) is considered as a poor user of dietary carbohydrates. Recent studies showed that a high-carbohydrate/low protein diet inducing hepatic global DNA hypomethylation could be involved in the establishment/maintenance of the poor dietary carbohydrates utilisation phenotype in trout, but the detail mechanisms remain unclear. The present thesis aimed at investigating the epigenetic mechanisms underlying this poor dietary carbohydrate utilisation phenotype in trout, and exploring if the glucose metabolism and the epigenome in juveniles can be programmed through a hypoxic stimulus during early life. We first identified all the paralogous genes related to DNA methylation/demethylation pathways (dnmt, tet and tdg) in trout genome, clarified their molecular evolution histories and monitored their transcriptional expression patterns during gametogenesis and embryogenesis in trout. Besides, we investigate further the causes, processes and potential mechanisms about the hepatic global DNA hypomethylation in trout after feeding a high carbohydrate/low protein diet. Results for the first time demonstrated that a decrease in protein content and an increase in carbohydrate content in the diet can independently as well as interactively induce hepatic global hypomethylation in trout. This global loss of methylation is probably established through an active demethylation pathway. We also found that a strong hyperglycaemia induced by glucose injection induces global CmCGG hypomethylation in the liver of trout. The detailed mechanisms of these demethylation processes remain to be elucidated. Finally, through metabolic programming strategy, we confirmed for the first time that using a non-nutritional stimulus, hypoxia, during early life stage persistently modulates the transcription of glucose metabolism-related genes in juvenile trout without negative effects on growth performance. Moreover, acute and chronic hypoxia tended to induce opposite programming effects on glucose-transporter encoding genes in both liver and muscle of juvenile trout. Together, the present thesis brings forward our understandings about the roles of epigenetics in contributing to the low ability to use dietary carbohydrates in trout, and sheds light on the potential of using hypoxia as the stimulus in metabolic programming strategy to tailor the glucose metabolism, the epigenome and dietary carbohydrate utilisation in rainbow trout.