Investigating the involvement of hypothalamic de novo ceramide synthesis in resistin/TLR4 induced hypothalamic inflammation and insulin resistance : impact on the control of glucose homeostasis

Étude de l'implication de la synthèse de novo des céramides dans l'inflammation et la résistance à l'insuline hypothalamiques induites par la voie résistine/TLR4 : impact sur le contrôle de l'homéostasie glucidique

• Auteur / Autrice : Jeanne Guitton
• Direction : Hervé Le stunff, Yacir Benomar
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie moléculaire et cellulaire
• Date : Soutenance le 17/05/2023
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Signalisations et réseaux intégratifs en biologie (Le Kremlin-Bicêtre, Val-de-Marne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des neurosciences Paris-Saclay (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Université Paris-Saclay. Faculté de médecine (Le Kremlin-Bicêtre, Val-de-Marne ; 2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Life Sciences and Health (2020-….)
• Jury : Président / Présidente : Michaël Schumacher
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Catherine Postic, Agnès Nadjar, Ariane Sharif, Eric Hajduch
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Catherine Postic, Agnès Nadjar

Mots clés

Mots clés contrôlés

Résistine

Obésité

Insulinorésistance

Inflammation

Hypothalamus

Mots clés libres

Résistine

Céramides

Hypothalamus

Inflammation

Insulino-Résistance

Obésité

Resistin

Ceramide

Hypothalamus

Inflammation

Insulin resistance

Obesity

Résumé

Au cours de l'obésité, l'hypothalamus est soumis à une accumulation ectopique de lipides, un phénomène appelé lipotoxicité. L'accumulation des lipides, en particulier les céramides, dans l'hypothalamus est décrite pour son rôle majeur dans le développement de l'insulinorésistance (IR) et la dérégulation de l'homéostasie glucidique. L'hypothalamus est également la cible de facteurs circulants comme la résistine, une adipokine connue pour rôle causal dans l'établissement de l'inflammation et de l'IR notamment via l'activation de son récepteur TLR4 dans l'hypothalamus. Dans ce contexte, mon projet de thèse a eu pour objectif de déterminer l'implication de la synthèse de novo des céramides hypothalamiques dans la médiation des effets IR et pro-inflammatoires de la résistine au niveau hypothalamique ainsi que les conséquences sur le contrôle de l'homéostasie glucidique.Pour cela, nous avons combiné des approches in vitro et in vivo. Nous avons évalué l'implication de la synthèse de novo des céramides dans l'inflammation et l'IR dans des cellules neuronales hypothalamiques et des cellules microgliales. Nous avons analysé l'impact d'une perfusion intracérébroventriculaire (ICV) de résistine chez les souris C57Bl6J donc l'expression de la sérine palmitoyltransférase (SPT) 1, première enzyme de la synthèse de novo des céramides, a été inhibée par l'injection d'un adénovirus codant pour un ARN interférant ciblant la SPT1 (shARN-SPT1) dans le troisième ventricule. Nous avons évalué la gliose réactionnelle hypothalamique, la tolérance au glucose, l'inflammation et la néoglucogenèse hépatique.Nos données montrent que l'inhibition pharmacologique du TLR4 et de la synthèse de novo des céramides réverse l'IR et l'inflammation induites par la résistine dans les neurones hypothalamiques et la microglie. Le blocage de la synthèse de novo des céramides dans l'hypothalamus prévient la microgliose hypothalamique, l'inflammation et la néoglucogenèse hépatique ainsi que l'intolérance au glucose induites par la perfusion centrale de résistine. De façon intéressante, l'inhibition de la synthèse de novo des céramides hypothalamique prévient l'effet inhibiteur de la résistine sur l'activation du nerf vague par le glucose.Ensemble, nos données indiquent que la synthèse de novo des céramides hypothalamique constitue une nouvelle voie de signalisation contribuant à l'inflammation hypothalamique et à la dérégulation de l'homéostasie glucidique induites par l'action centrale de la résistine.

In the context of obesity, ectopic accumulation of lipids, particularly ceramides in the hypothalamus leads to lipotoxicity, a process that greatly contributes to the development of hypothalamic insulin resistance as well as the impairment of glucose homeostasis. Besides, in an over-nutrition environment, the hypothalamus is also subjected to changes in circulating factors originated from adipose tissue and immune cells. Among these factors, the adipokine resistin is described as a key factor connecting obesity with insulin resistance (IR) and type 2 diabetes. Recently, we have reported that resistin, through hypothalamic TLR4, induces whole body IR and promotes hypothalamic inflammation. Moreover, several studies reported resistin as a regulator of peripheral lipid metabolism impairing insulin sensitivity through a central mechanism. In this context, my thesis work aimed to investigate whether hypothalamic de novo ceramide synthesis could be involved in resistin-induced hypothalamic inflammation and IR with consequences on glucose homeostasis.To test this hypothesis, we first investigated the involvement of de novo ceramide synthesis in resistin-induced inflammation and IR in vitro using hypothalamic neuronal and microglial cell lines. Furthermore, we assessed, in vivo using C57Bl6J mice, the impact of the selective genetic blockade of hypothalamic serine palmitoyltransferase (SPT) 1, the de novo ceramide synthesis rate limiting enzyme, using an adenovirus encoding a shRNA targeting SPT1, on ICV (intracerebroventricular) resistin-induced hypothalamic and liver inflammation as well as dysregulation of glucose homeostasis.Our data show that pharmacological inhibition of TLR4 and de novo ceramide synthesis, using TAK242 and myriocin, prevents resistin-induced IR and inflammation in hypothalamic neuronal and microglial cell lines. Interestingly, the genetic blockade of hypothalamic de novo ceramide synthesis, through the selective deletion of SPT1 enzyme within the hypothalamus, reverses resistin-induced hypothalamic microgliosis as well as hepatic inflammation, gluconeogenesis and glucose intolerance in mice. Importantly, the inhibition of hypothalamic de novo ceramide synthesis also prevents the inhibitory effect of ICV resistin on glucose-stimulated vagus nerve activity.Taken together, these findings reveal hypothalamic de novo ceramide synthesis as a new regulatory pathway of central resistin-induced hypothalamic inflammation and dysregulation of glucose homeostasis.