Etude des interactions bidirectionnelles entre le microbiote intestinal et les récepteurs aux xénobiotiques CAR et PXR

Insights into the bidirectional interactions between the gut microbiota and the xenobiotic receptors CAR and PXR

• Auteur / Autrice : Sharon Ann Barretto
• Direction : Laurence Payrastre, Sandrine Ellero
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Maladies métaboliques et cardiovasculaires
• Date : Soutenance le 04/12/2019
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie Santé Biotechnologies (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Toxalim (Toulouse ; 2011-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Flore intestinale

Xénobiotiques

Antibiotiques

Mots clés libres

Antibiotiques

Xénobiotiques

Microbiote intestinal

Constitutive androstane receptor

Pregnane X receptor

Antibiotics

Xenobiotics

Gut microbiota

Constitutive androstane receptor

Pregnane X receptor

Résumé

Le pregnane X receptor (PXR, NR1I2) et le récepteur constitutif aux androstanes (CAR, NR1I3) sont deux récepteurs nucléaires hépatiques et intestinaux qui régulent la transcription d'enzymes de détoxification des xénobiotiques. Des travaux antérieurs ont montré que l'expression des gènes cibles de CAR et PXR est significativement réduite dans le foie des souris axéniques. Dans ce projet de thèse, nous avions pour objectif de mieux comprendre les interactions bidirectionnelles entre le microbiote intestinal et ces xénosenseurs. Nous avons d'abord utilisé une approche pharmacologique chez les souris mâles WT vs Pxr-/- et comparé la signature transcriptomique des gènes régulés par PXR dans le foie lors de l'activation via le PCN. L'activation de PXR a augmenté l'accumulation de triglycérides hépatiques. Nous avons observé un chevauchement significatif entre les gènes régulés négativement lors de l'activation de PXR et une liste de gènes cibles de PPARδ induits par le jeûne. Parmi ceux-ci, nous avons identifié le facteur de croissance de fibroblastes 21 (Fgf21) comme un nouveau gène régulé par PXR. L'activation de PXR a aboli les taux plasmatiques de FGF21. Ces premiers résultats ont fourni une signature complète de l'activation de PXR dans le foie et ont identifié de nouveaux gènes cibles potentiellement impliqués dans les effets stéatogènes et pléiotropes de PXR. Ensuite, nous avons comparé la signature hépatique à la signature intestinale de l'activation pharmacologique de PXR, ce qui nous a permis d'identifier les gènes cibles communs de PXR dans ces 2 organes. Enfin, nous avons utilisé des souris Pxr+/+ et Pxr-/- littermate et supprimé le microbiote intestinal au moyen d'antibiotiques (ATB). En utilisant les gènes cibles de PXR identifiés précédemment, nous avons confirmé que les ATB réduisaient de manière significative l'activité de PXR dans le foie et l'iléon. Des analyses transcriptomiques hépatiques ont montré que les ATB diminuaient un nombre beaucoup plus élevé de gènes PXR-dépendants dans le foie des souris mâles que chez les femelles. Chez les mâles, l'axe microbiote intestinal-PXR contrôlait le métabolisme des xénobiotiques et le remodelage des lipides hépatiques. À l'inverse, le séquençage 16S et la métabolomique par RMN du contenu caecal ont révélé des différences subtiles mais significatives dans la composition du microbiote intestinal des souris Pxr-/- par rapport aux souris Pxr+/+, uniquement chez les mâles. Nos résultats démontrent donc que, dans le foie, PXR est un senseur majeur du microbiote intestinal qui contrôle les capacités de détoxication de l'hôte et le métabolisme des lipides de manière sexuellement dimorphique. [...]

The pregnane X receptor (PXR, NR1I2) and the constitutive androstane receptor (CAR, NR1I3) are two liver and intestine-enriched nuclear receptors that act as transcriptional regulators of enzymes critical for the detoxification of xenobiotics and endogenous metabolites. Previous works have shown that the expression of CAR and PXR target genes is significantly reduced in the liver of germ-free mice. In this PhD project, we aimed to gain insights into the bidirectional interactions between the gut microbiota and these xenosensors. We first used a pharmacological approach in WT vs Pxr-/- male mice and performed a transcriptomic comparison of the PXR-regulated genes in the liver upon activation via the rodent activator PCN. We confirmed that PXR activation increased liver triglycerideaccumulation and significantly regulated the expression of genes, mostly involved inxenobiotic metabolism. We also highlighted a significant overlap between the genes downregulated upon PXR activation and a list of fasting-induced PPARδ target genes. Among these, we identified the well-described PPARδ target fibroblast growth factor 21 (Fgf21) as a new PXR-regulated gene. PXR activation abolished plasmatic levels of FGF21. This first set of results provided a comprehensive signature of PXR activation in the liver and identified new PXR target genes that might be involved in the steatogenic and pleiotropic effects of PXR. Next, we compared the hepatic vs. intestinal signature of the pharmacological activation of PXR. This allowed us to unravel the strongest PXR target genes in both organs. Finally, we used Pxr+/+ and Pxr-/- littermate mice and suppressed the gut microbiota using antibiotics (ATB). Using the previously identified PXR targets, we confirmed that ATB significantly decreased Pxr activity in the liver and ileum. Liver transcriptomic analyses showed that ATB decreased a much higher number of PXR-dependent genes in the liver of male mice than in females. In males, this gut microbiota-PXR axis controlled xenobiotic metabolism and lipid remodelling. Conversely, 16S sequencing and 1H-NMR-based metabolic profiling of caecal content revealed subtle but significant differences in the gut microbiota composition of male Pxr-/- vs. Pxr+/+ mice, while no difference was observed in females. Our results therefore demonstrate that hepatic PXR is a major sensor of the gut microbiota that controls the host detoxifying capacities and lipid metabolism in a sexually dimorphic way. In the final chapter, we investigated the microbiota-CAR interactions. In Car+/+ and Car-/- littermate mice.[...]