Régulations intrinsèques et extrinsèques du métabolisme de la glutamine sur les fonctions effectrices des macrophages et conséquences sur le développement des plaques d'athéromes

Glutamine metabolism intrinsic and extrinsic regulation on macrophages effector function during atherosclerosis plaque development

• Auteur / Autrice : Saloua Benhmammouch
• Direction : Laurent Yvan-Charvet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Interactions moléculaires et cellulaires
• Date : Soutenance le 21/11/2023
• Etablissement(s) : Université Côte d'Azur
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Nice ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre Méditerranéen de Médecine Moléculaire (Nice)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université Côte d’Azur (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Giulia Chinetti-Gbaguidi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Giulia Chinetti-Gbaguidi, Nicolas Venteclef, Wilfried Le Goff, Anne-Geneviève Marcelin, David Masson
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Nicolas Venteclef, Wilfried Le Goff

Mots clés

Mots clés contrôlés

Immunologie

Maladies infectieuses

Endocrinologie

Cytologie

Physiologie

Mots clés libres

Physiologie animale

Biologie Cellulaire

Endocrinologie

Signalisation Moléculaire

Maladies infectieuses

Immunologie

Animal physiology

Cellular biology

Endocrinology

Molecular Signaling

Infectious diseases

Immunology

Résumé

Les maladies cardio-métaboliques sont un problème de santé mondiale majeur, affectant des millions de personnes dans le monde entier. L'organisation mondiale de Santé (OMS) estime que les maladies cardiovasculaires, telles que l'athérosclérose entraine du fait de ses complications, plus de 17 millions de décès par an.On sait aujourd'hui que la nature de la réponse immunitaire qui a lieu dans la plaque d'athérosclérose est un facteur central dans le devenir de la pathologie. Une grande partie de cette réponse immunitaire est soutenue par les macrophages qui vont indirectement participer à la mise en place et au développement de la plaque. Une activation excessive des macrophages peut entrainer une réponse inflammatoire incontrôlée et accélérer la progression des plaques d'athérome. L'activation des macrophages est soutenue par leur métabolisme, lui-même dépendant du microenvironnement cellulaire. Ce domaine de recherche en plein essor est appelé immuno-métabolisme. Cependant, les mécanismes sous-jacents à ce contrôle métabolique des macrophages ne sont pas totalement élucidé.Nous nous sommes intéressés au rôle de la glutamine comme source d'énergie pour les macrophages. Nous nous sommes concentrés sur son métabolisme au sein des cellules myéloïdes, qui est soutenu par 2 enzymes : la glutaminase 1 (GLS1) permettant la synthèse de glutamate à partir de glutamine et la glutamine synthétase (GS) qui produit de la glutamine à partir de glutamate. Nous avons alors modulé ces enzymes au sein des macrophages soit par une approche génétique avec des cellules myéloïdes délétées pour la GLS, soit en inhibant la GS par une approche pharmacologique.Les résultats de nos investigations ont souligné une activité plus faible de la glutaminase GLS1 dans les macrophages de la plaque d'athérosclérose dans des modèles murins qui n'était pas compensé par l'autre isoforme GLS2. La perturbation systémique du métabolisme de la glutamine dans un modèle murin de déficience hépatique en glutaminolyse n'exacerbait pas non plus le développement de l'athérosclérose induite par la déficience spécifique de GLS1 dans les macrophages. Ces résultats indiquent donc que la glutaminolyse des macrophages dépendants de GLS1 domine les fonctions intrinsèques de réparation et résolution des macrophages de la plaque d'athérome. De manière plus inattendue, nous avons observé que l'inhibition pharmacologique de la glutamine synthétase (GS) par la MSO agissait comme un rhéostat métabolique des fonctions effectrices des macrophages en fonction du milieu environnemental dans lequel ils se trouvaient. Ce rhéostat métabolique est partiellement perdu en cas de déficit en GLS1, ce qui conforte l'hypothèse originale selon laquelle la glutamine est un nutriment dominant utilisé par les macrophages pour remplir leurs fonctions effectrices. Le profilage transcriptionnel à haut débit a ensuite identifié que parmi plusieurs transporteurs membranaires Solute Carrier (SLC), SLC7A7 était très probablement l'un des importateurs dominants de glutamine qui maintenait l'influx de glutamine dans les macrophages pour soutenir la glutaminolyse dépendante de GLS1.Ces résultats mettent en lumière de nouveaux acteurs du métabolisme de la glutamine permettant la reprogrammation métabolique des macrophages de la plaque d'athérosclérose.

Cardiometabolic diseases are a major global health problem, affecting millions of people worldwide. The World Health Organization (WHO) estimates that cardiovascular diseases, such as atherosclerosis, cause more than 17 million deaths per year due to their complications.We already know that immune response nature taking place in the atherosclerotic plaque is a central factor in the development of the pathology. A large part of this immune response is supported by macrophages which will actively participate in the establishment and development of the plaque. Excessive macrophage activation can lead to an uncontrolled inflammatory response and accelerate the progression of atherosclerotic plaques. Macrophages activation is supported by their metabolism, which is dependent on the cellular microenvironment. This rising area of research is called immunometabolism. However, the mechanisms underlying this metabolic control of macrophages are not fully elucidated.We were interested in glutamine as a source of energy for macrophages. We focused on its metabolism within myeloid cells, which is supported by 2 enzymes: glutaminase 1 (GLS1) allowing the synthesis of glutamate from glutamine and glutamine synthetase (GS) which produces glutamine from of glutamate. We modulated these enzymes within macrophages either by a genetic knock-out of GLS in myeloid cells or by inhibiting GS thanks to a pharmacological approach.Our results highlighted a lower activity of GLS1 glutaminase in atherosclerotic plaque macrophages from mouse model of atherosclerosis that is not compensated by the other GLS2 isoform. Systemic perturbation of glutamine metabolism in mice with defective hepatic glutaminolysis did not exacerbate the development of atherosclerosis meditated by specific deficiency of GLS1 in macrophages. Altogether, these findings reveal that GLS1-dependent macrophage glutaminolysis is the culprit of the cell intrinsic reparative and resolutive functions of macrophages in atherosclerotic plaques. Unexpectedly, we observed that pharmacological inhibition of glutamine synthetase (GS) by MSO acted as a metabolic rheostat from macrophage effector functions depending on the environmental milieu. However, this metabolic rheostat is partially lost upon GLS1 deficiency further supporting the original hypothesis that glutamine is a dominant nutrient utilized by macrophage to perform their effector functions. High-throughput transcriptional profiling next identified that among several Solute Carrier (SLC) membrane transporters, SLC7A7 was most likely one of the dominant glutamine importers that sustained glutamine influx in macrophages to support GLS1-dependent glutaminolysis. These results shed light on novel glutamine metabolism players allowing atherosclerosis plaque macrophages metabolic reprograming.