Rôle de la synthèse de novo des céramides hépatiques dans l'homéostasie énergétique chez la souris : caractérisation d'un modèle de souris déficientes en sérine palmitoyltransférase 2 dans les hépatocytes

Role of hepatic ceramides de novo synthesis on energy metabolism in mice : characterisation of mutant lacking serine palmitoyltransferase 2 expression in hepatocytes

• Auteur / Autrice : Justine Lallement
• Direction : Céline Cruciani-Guglielmacci
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physiologie et physiopathologie
• Date : Soutenance le 30/09/2021
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Bio Sorbonne Paris Cité (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Unité de biologie fonctionnelle et adaptative (Paris ; 2014-....)
• Jury : Président / Présidente : Cédric Moro
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cédric Moro, Amandine Gautier-Stein, Eric Hajduch, Thierry Tordjmann
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Cédric Moro, Amandine Gautier-Stein

Mots clés

Mots clés contrôlés

Néoglucogenèse

physiologie

Sphingomyéline

Thérapeutique

Foie -- Maladies

Acides biliaires

Céramides

Mots clés libres

Céramides

Foie

Sphingomyeline

Acides biliaires

Néoglucogénèse

Fibrose hépatique

Ceramides

Liver

Sphingomyelin

Bile acids

Gluconeogenesis

Hepatic fibrosis

Résumé

Les sphingolipides (SL) constituent une large famille de lipides, caractérisés par la présence d'un squelette sphingosine, dont les rôles sont multiples et essentiels au sein des cellules. Ils possèdent un rôle structural dans les membranes mais permettent également de réguler de nombreuses voies de signalisation de par leur action directe sur d'autres protéines. Les céramides se situent au coeur du métabolisme des SL et il existe trois voies de biosynthèse aboutissant à leur production. Parmi elles, la voie de synthèse de novo permet la formation de céramides suite à la condensation d'une sérine et d'un palmitoylCoA, catalysée par la sérine palmitoyl transférase (SPT). Ces dernières années, une attention particulière a été portée aux céramides de par leur implication dans le phénomène de résistance à l'insuline et donc le diabète de type 2. En effet, ces derniers sont capables de perturber la voie de signalisation insuline. Les céramides sont également connus en tant que molécules pro-apoptotiques et médiatrices de l'inflammation. L'objectif de ce travail est de caractériser le rôle de la synthèse de novo des céramides hépatiques sur le métabolisme énergétique et la fonction hépatique chez la souris. Au cours de cette étude, nous avons généré des souris mutantes grâce au système Cre-lox. Ainsi, les souris Sptlc2dHep n'expriment pas la SPTLC2, une sous unité de la SPT dans les hépatocytes spécifiquement. Ces souris ont été nourries avec un régime normal ou hyperlipidique afin de provoquer l'installation de troubles métaboliques, en particulier une intolérance au glucose et une résistance à l'insuline. Malgré l'inhibition de Sptlc2, les souris Sptlc2dHep présentent un contenu hépatique en céramides plus élevé par rapport aux témoins. La mesure des différentes espèces de SL hépatiques a révélé une déplétion en sphingomyeline chez les souris mutantes. L'analyse de l'expression des enzymes impliquées dans les différentes voies de synthèse des céramides a montré une surexpression très significative de la Smpd3, codant pour nSMase2, une phospholipase qui catalyse l'hydrolyse de la sphingomyeline en céramides. Ces données suggèrent donc l'existence d'un mécanisme de compensation entre les différentes voies de synthèse des céramides. D'un point de vue métabolique, nous avons montré que les souris Sptlc2dHep étaient protégées contre l'obésité induite par un régime hyperlipidique. En effet, ces dernières présentent une modification de leur pool d'acides biliaires (AB) en faveur d'un pool beaucoup plus hydrophile par rapport aux témoins, induisant ainsi un défaut d'absorption des lipides. Nous avons mesuré, dans ce pool d'AB, une concentration très élevée d'acide tauro-ß murocholique, un antagoniste connu du récepteur nucléaire FXR, impliqué dans la régulation de la synthèse des AB mais également dans le métabolisme glucidique. La mesure de l'expression de FXR et de ses gènes cibles a révélé une inhibition de la voie FXR chez les souris Sptlc2dHep. Nous avons ainsi caractérisé chez les souris Sptlc2dHep un défaut de la production hépatique de glucose, associé à une meilleure tolérance au glucose et à une glycémie à jeun plus basse. Les souris Sptlc2dHep présentent également une fibrose hépatique qui se développe et s'aggrave avec l'âge, associée à des infiltrats inflammatoires et à l'induction d'une apoptose anormale. L'ensemble de nos travaux montre pour la première fois l'existence d'un mécanisme de compensation entre les différentes voies de synthèse des céramides afin de maintenir une concentration en céramides hépatiques élevées. Ces résultats suggèrent également un rôle direct des céramides sur la synthèse ou le transport des acides biliaires et mettent en évidence le rôle délétère des céramides sur différentes fonctions hépatiques. Ces céramides délétères pour le foie semblent être synthétisés par la nSMase2 qui pourrait constituer une cible thérapeutique potentielle dans le développement de maladies hépatiques.

Sphingolipids (SL) are a large class of lipids containing a backbone of sphingoid base. They have multiple and essential cellular functions, such as structural components of membranes and they can regulate numerous signaling pathways through direct action on proteins. Ceramides are in the core of SL metabolism and there are thhree different pathways leading to their production. Among them, the de novo synthesis pathway allows the formation of ceramides from the condensation of serine and palmitoylCoA, catalyzed by the serine palmitoyl transferase (SPT). In recent years, particular attention has been paid to ceramides due to their involvement on insulin resistance and therefore type 2 diabetes. Moreover, some studies have identified ceramides as pro-apoptotic molecules and inflammation inducers. The aim of this project was to determine the role of hepatic ceramides de novo synthesis on energy metabolism and liver function in mice. To do so, we generated Sptlc2dHep mice, lacking Sptlc2 expression, a subunit of SPT, in hepatocytes. Sptlc2dHep mice and their control littermates were fed either with a normal or a high-fat diet (HFD). The HFD should induce metabolic disorders, especially glucose intolerance and insulin resistance. Despite lacking Sptlc2 expression, mutant mice display an elevated hepatic ceramide content compared to controls, at the expense of liver sphingomyelin concentration. We measured mRNA expression of enzymes involved in the different pathways leading to ceramide synthesis and we showed that Smpd3 expression is drastically increased. Smpd3 is a gene which encode for nSMase2, a phospholipase that catalyzes the hydrolysis of sphingomyelin into ceramides. These data suggest a compensatory mechanism between the different ceramide synthesis pathways. We showed that Sptlc2dHep mice were protected against body mass gain induced by high fat diet and display a decreased body fat mass. Indeed, bile acid composition is strongly modified in mutant mice since the hydrophobic bile acid (BA) pool is drastically decreased, leading to lipid absorption defect. We also measured a high concentration of tauro-ß murocholic acid (T- ßMCA), a well-known antagonist of the nuclear receptor FXR, involved in BA synthesis regulation but also in glucose metabolism. Thus, the nuclear bile acid receptor FXR and its target genes are downregulated in intestine and liver of Sptlc2dHep. Moreover, Sptlc2dHep mice, fed with HFD, display a significantly enhanced glucose tolerance compared to the controls. This correlate with a reduced hepatic glucose production and lower fasting blood glucose. Sptlc2dHep mice also exhibit hepatic fibrosis in an aged-related manner, associated with inflammatory infiltrates and the induction of abnormal apoptosis. Collectively, our observations illustrate for the first time a compensatory mechanism of ceramide synthesis through sphingomyelinase pathway, in order to maintain an elevated hepatic ceramide concentration. These results also suggest a direct role of ceramides on the synthesis or transport of bile acids and highlight the deleterious role of ceramides on hepatic functions. These hepatic ceramides seem to be synthesized by nSMase2 which could constitute a potential therapeutic target in the development of liver diseases. Finally, our findings suggest that nSMase2 may exert a negative feedback on FXR expression, probably through the production of ceramides.