Rôle dépendant du sexe du récepteur constitutif aux androstanes CAR dans le métabolisme hépatique

Sex-dependent role of the constitutive androstane receptor CAR in hepatic metabolism

• Auteur / Autrice : Marine Huillet
• Direction : Nicolas Loiseau, Sandrine Ellero
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physiopathologie
• Date : Soutenance le 24/01/2024
• Etablissement(s) : Université de Toulouse (2023-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie Santé Biotechnologies (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de délivrance conjointe : Université Toulouse 3 Paul Sabatier (1969-2024)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Toxalim (Toulouse ; 2011-....)
• Jury : Président / Présidente : Pierre Gourdy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Gérard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laure Bindels, Hélène Gilgenkrantz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Flore intestinale

Différences entre genres

Récepteurs nucléaires (biochimie)

Stéatose hépatique

Mots clés libres

Récepteur nucléaire CAR

Hépatopathies métaboliques

Phamacologie

Dimorphisme sexuel

Dialogue inter-organes

Microbiote intestinal

Constitutive Androstane Receptor

MASLD

Pharmacology

Sex dimorphism

Inter-organ dialogue

Gut microbiota

Résumé

Le récepteur nucléaire CAR (Constitutive Androstane Receptor, Nr1i3) est essentiel dans la détoxification de nombreux xénobiotiques au niveau hépatique. De plus, son expression et son activité sont plus élevées chez les femmes que chez les hommes. Ainsi, le premier axe de cette thèse se concentre sur la comparaison du rôle hépatique de CAR entre les 2 sexes lors d'une activation pharmacologique. De surcroît outre son rôle de xénosenseur hépatique, CAR est également impliqué dans la modulation hépatique du métabolisme glucidique et lipidique. Ainsi, CAR est impliqué dans la pathogenèse de nombreuses pathologies métaboliques, dont les hépatopathies métaboliques (MASLD, Metabolic dysfunction-Associated Steatotic Liver Disease). Ces pathologies sont aujourd'hui la première cause de maladies hépatiques, et sont composées de différents stades d'atteintes, allant de la simple stéatose à la stéato-hépatite (MASH, Metabolic dysfunction-Associated SteatoHepatitis) définie par la présence d'une inflammation hépatique accompagnée ou non de fibrose. De façon intéressante, le microbiote intestinal joue un rôle causal dans la pathogenèse des hépatopathies métaboliques. Ainsi, le deuxième axe de cette thèse est consacré à l'étude du rôle de CAR dans la pathogenèse des MASLD. Premièrement, des souris mâles et femelles porteuses ou non de la délétion de CAR (respectivement CARWT et CARKO) ont été traitées avec l'agoniste pharmacologique de CAR ; le TCPOBOP. Cette étude démontre que 90 % des gènes sensibles au TCPOBOP sont modulés de manière indépendante du sexe. Cependant, l'activation de CAR a induit un stress oxydatif et une cytolyse hépatique plus élevés chez les femelles. De plus, spécifiquement chez les femelles traitées au TCPOBOP, l'expression hépatique de la Flavine MonoOxygénase 3 (Fmo3) est supprimée et associée à une diminution de la concentration hépatique en triméthylamine-N-oxyde (TMAO). Corrélé à ce phénotype hépatique, l'activation pharmacologique de CAR diminue l'hyperréactivité plaquettaire chez les souris femelles. Deuxièmement, nous avons analysé le profil d'expression hépatique de CAR dans les différents stades de la pathologie chez l'Homme ; révélant que l'expression de CAR est significativement plus faible chez les patients atteints d'une MASH sévère comparé aux patients avec une MASH légère. Par la suite, des souris mâles et femelles CARWT et CARKO ont été nourries avec un régime contrôle (CD) ou un régime induisant la MASH (western diet, WD). Des analyses biochimiques, histologiques et transcriptomiques démontrent que l'absence de CAR augmente les dommages et la fibrose hépatiques, chez les mâles uniquement, et est associée à une dysbiose du microbiote caecal sous régime WD. Des expériences de co-hébergement induisant un transfert de microbiote par coprophagie et des expérimentations de transplantations fécales suggèrent que le microbiote intestinal participe au phénotype hépatique des individus mâles CARKO. Pour finir, la restauration hépatocytaire de CAR à l'aide d'un virus associé à un adénovirus (AAV) au tropisme hépatocytaire révèle que le phénotype hépatique des mâles CARKO est médié, au moins en partie, par le rôle autonome de CAR dans les hépatocytes. Ces résultats démontrent donc que l'activation pharmacologique de CAR entraine des perturbations de l'expression des gènes et du métabolisme hépatiques dépendantes du sexe et peut avoir des répercutions systémiques, notamment sur l'agrégation plaquettaire. D'autre part, l'étude du rôle de CAR en physiopathologie montre que, chez l'Homme, l'expression hépatique de CAR diminue au cours de la progression des hépatopathies métaboliques. Les études pré-cliniques démontrent que CAR joue un rôle dépendant du sexe et du microbiote intestinal dans la fibrose hépatique induite par des modèles nutritionnels chez la souris.

The nuclear receptor CAR (Constitutive Androstane Receptor, Nr1i3) is essential for the detoxification of a large panel of xenobiotics in the liver. Moreover, its expression and activity are higher in women than in men. Thus, the first axis of this thesis focuses on comparing the hepatic impact of CAR pharmacological activation between sexes. In addition to its role as a hepatic xenosensor, CAR is also involved in the hepatic metabolism of carbohydrates and lipids. Thus, CAR is involved in the pathogenesis of numerous metabolic pathologies, including Metabolic dysfunction-Associated Steatotic Liver Disease (MASLD). These pathologies are now the leading cause of liver disease, and are characterized by a large panel of hepatic damages, ranging from simple steatosis to Metabolic dysfunction-Associated SteatoHepatitis (MASH) defined by liver inflammation accompanied or not by fibrosis. Interestingly, the gut microbiota plays a causal role in the pathogenesis of MASLD. Thus, the second axis of this thesis will be devoted to studying the role of CAR in MASLD pathogenesis. Firstly, male and female mice wild type (CARWT) or depleted for CAR (CARKO) were treated with the pharmacological CAR agonist; TCPOBOP. This study demonstrates that 90% of TCPOBOP-responsive genes are modulated in a sex-independent way. However, CAR activation induces higher oxidative stress and liver cytolysis in females. Furthermore, specifically in TCPOBOP-treated females, hepatic expression of Flavin MonoOxygenase 3 (Fmo3) is suppressed and associated with a decrease in hepatic trimethylamine-N-oxide (TMAO) concentration. In line with this hepatic phenotype, pharmacological activation of CAR reduces platelet hyperreactivity in female mice supplemented with dietary choline. Secondly, we have analyzed the CAR hepatic expression profile in the different MASLD stages, revealing that CAR expression is significantly lower in patients with severe MASH than in those with mild MASH. Subsequently, male and female CARWT and CARKO mice were fed a control diet (CD) or a MASH-inducing diet (western diet, WD). Biochemical, histological and transcriptomic analyses demonstrate that CAR deletion in males specifically increases liver damages and fibrosis associated with caecal microbiota dysbiosis upon WD. Moreover, co-housing experiments leading to microbiota transfer by coprophagy and fecal microbiota transplant experiments suggest that the gut microbiota participates in CARKO hepatic phenotype upon WD. Finally, hepatocyte rescue of CAR expression using an adenovirus-associated virus (AAV) with hepatocyte tropism reveals that the hepatic phenotype of CARKO males is mediated, at least in part, by the autonomous role of CAR in hepatocytes. These results therefore demonstrate that pharmacological activation of CAR leads to sex-dependent perturbations in hepatic gene expression and metabolism, and leading to systemic repercussions, notably on platelet aggregation. Furthermore, studies of CAR's role in pathophysiology show that, in humans, hepatic CAR expression decreases during MASLD pathogenesis. Pre-clinical studies show that CAR plays a sex- and gut microbiota-dependent role in hepatic fibrosis induced by nutritional models in mice.