Rôle des interactions entre le réticulum endoplasmique et la mitochondrie dans le contrôle de la sensibilité à l’insuline et de la stéatose hépatique

Role of the endoplasmic reticulum-mitochondria contact sites in the control of hepatic insulin sensitivity and steatosis

• Auteur / Autrice : Agathe Beaulant
• Direction : Jennifer Rieusset
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Métabolisme
• Date : Soutenance le 12/07/2021
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Interdisciplinaire Sciences-Santé (Villeurbanne ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Cardio-Vasculaire, Métabolisme Diabétologie et Nutrition (Lyon)
• Jury : Président / Présidente : Christophe Soulage
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jennifer Rieusset, Sophie Giorgetti-Peraldi, Steve Lancel, Xavier Prieur
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sophie Giorgetti-Peraldi, Steve Lancel, Xavier Prieur

Mots clés

Mots clés contrôlés

Membranes associées aux mitochondries

Obésité

Stéatose hépatique

Insulinorésistance

Mots clés libres

Mitochondria-associated membranes (MAMs)

Insulino-résistance hépatique

Stéatose hépatique

Obésité

Diabète de type 2

Signalisation calcique

Mitochondrie

Mitochondria-associated membranes (MAMs)

Hepatic insulin resistance

Hepatic steatosis

Obesity

Type 2 diabetes

Calcium signalling

Mitochondria

Résumé

L’obésité, le diabète de type 2 et la stéatose hépatique non-alcoolique, pathologies en pleine expansion depuis ces dernières années, sont intimement liées à l’insulino-résistance et à la stéatose hépatique ; pourtant les mécanismes moléculaires de ces atteintes métaboliques restent mal compris. Récemment, notre équipe a identifié un nouveau rôle des contacts entre la mitochondrie et le réticulum-endoplasmique (RE) (appelés MAMs : Mitochondria-Associated Membranes) et dans le contrôle de la sensibilité à l’insuline et de l’homéostasie glucidique ; elle a démontré que les MAMs étaient altérées dans le foie de souris obèses et insulino-résistantes. Cependant, les controverses présentes dans la littérature dédiée à la dynamique des MAMs dans l’obésité chronique, freine les nouvelles investigations ciblant les MAMs pour améliorer le métabolisme hépatique. Dans ce contexte, il était crucial de redéfinir le rôle des MAMs dans l’insulino-résistance et la stéatose hépatique, et de caractériser plus finement la dynamique des MAMs au cours du développement de l’insulino-résistance associée à l’obésité. L’objectif de la ma thèse a été d’étudier si les régulations structurales et fonctionnelles des MAMs évoluaient en fonction du temps lors d’une diète obésogène, et également de statuer sur le rôle causal des MAMs dans l’insulino-résistance et la stéatose hépatique, en modulant les MAMs via la surexpression adénovirale d’un spacer et d’un linker, non exprimé de manière endogène. Mes travaux ont démontré que l’altération structurale et fonctionnelle des MAMs dans le foie est un phénomène très précoce précédant l’insulino-résistance et la stéatose hépatique induites par un régime obésogène. De plus, cette altération des MAMs, en contexte d’obésité, a été retrouvée dans des modèles génétiques d’obésité et de fonds génétique différents, démontrant la robustesse de nos données. Le retour à un régime standard, des animaux obèses, améliore à la fois les MAMs, la sensibilité à l’insuline et la stéatose des souris, prouvant le caractère réversible de ces dysfonctions. Aussi, l’utilisation de protéines exogènes modulatrices des MAMs, spacer et linker, nous a permis de moduler les MAMs, indépendamment de toute autre fonction cellulaire. Ainsi, l’altération des MAMs médiée par la spacer FATE1 dans le foie de souris est suffisante pour altérer le métabolisme glucidique et lipidique des souris saines, tandis que l’induction de MAMs via le linker prévient l’altération du métabolisme glucidique induit par une diète obésogène. L’ensemble de ces données prouvent que l’altération des MAMs est un phénomène précoce, causal et réversible dans l’insulino-résistance et la stéatose hépatique, suggérant que les MAMs pourraient être une nouvelle cible pour améliorer l’homéostasie glucidique et lipidique dans les maladies métaboliques.

Obesity, type 2 diabetes, and non-alcoholic fatty liver diseases are pathologies that have been growing rapidly in recent years and are closely linked to hepatic insulin resistance and steatosis, yet the molecular mechanisms of these metabolic damages are poorly understood. Recently, our team identified a new role of endoplasmic reticulum (ER)-mitochondria contacts sites (called MAMs) in the control of insulin sensitivity and glucose homeostasis and demonstrated that MAMs were disrupted in the liver of obese and insulin-resistant mice. However, the presence of discrepancy in the literature regarding the dynamics of MAMs in chronic obesity prevents the development of new strategies targeting MAMs to improve hepatic metabolic diseases. In this context, it was crucial to reappraise the role of MAMs in insulin resistance and fatty liver diseases, and to finely characterize the dynamics of MAMs during the development of insulin resistance associated with obesity. The purpose of my thesis was to study whether the structural and functional regulations of MAMs in mouse liver during diet-induced obesity and insulin resistance were time-dependant, and to define the causal role of MAMs in hepatic insulin resistance and steatosis, by modulating MAMs with non-endogenously expressed organelle spacer and linker using adenovirus. My work has shown that disrupted ER-mitochondria interactions and calcium exchange are early events that precede hepatic insulin resistance and steatosis in the liver of diet-induced obese mice. Furthermore, reduced ER-mitochondria contact sites were also present in the liver of genetic models of obesity and of different mice’s strains, proving the robustness of our data. Interestingly, switching diet-induced obese mice to a healthy diet for 8 weeks reversed MAM alterations and improve hepatic insulin sensitivity and steatosis, proving that MAMs dysfunctions are reversible. Furthermore, the use of exogenous organelle spacer and linker allowed us to modulate MAMs, independently of other cellular functions. Disrupting ER-mitochondria interactions and calcium exchange in the healthy mouse liver by the spacer FATE1 was sufficient to alter glucose and lipid metabolism, while the reinforcement of MAMs using an artificial linker prevented diet-induced glucose intolerance. Altogether, our data prove that the ER-mitochondria miscommunication is an early, causal, and reversible trigger of hepatic insulin resistance and steatosis, suggesting that MAMs could be a new target for improving glucose and lipid homeostasis in hepatic metabolic diseases.