Étude des effets de l'hippurate et de ses cibles sur la biologie des cellules bêta et hépatiques

Study of the effects of hippurate and its targets on beta cell and hepatocyte biology

• Auteur / Autrice : Maxime Deslande
• Direction : Marc-Emmanuel Dumas
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie
• Date : Soutenance le 09/12/2024
• Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École graduée Biologie-Santé (Lille ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Génomique intégrative et modélisation des maladies métaboliques (Lille) - Metabolic functional (epi)genomics and molecular mechanisms involved in type 2 diabetes and related diseases - UMR 8199 - UMR 1283
• Jury : Président / Présidente : Isabelle Fournier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Rémy Burcelin, Fabienne Foufelle

Mots clés

Mots clés contrôlés

Métabolome

Hippurates

Microbiome gastro-intestinal

Cellules à insuline

Pancréas

Hépatocytes

Foie

Diabète de type 2

Stéatose hépatique

Métabolites

Flore intestinale

Cellules bêta

Pancréas

Hépatocytes

Foie

Diabète non-insulinodépendant

Stéatose hépatique

Maladies cardiométaboliques

Mots clés libres

Métabolome

Diabète

Microbiome

Stéatose

Foie

Traduction

Metabolomics

Diabetes

Microbiome

Steatosis

Liver

Translation

Résumé

Les maladies cardiométaboliques telles que l'obésité, la maladie du foie associée à un dysfonctionnement métabolique (MASLD) et le diabète de type 2 voient leur prévalence augmenter. Le microbiome intestinal joue un rôle clé dans ces pathologies, non seulement par ses interactions directes avec l'hôte, mais surtout à travers la production et la transformation de molécules, les métabolites. Parmi ces derniers, l'hippurate émerge comme un acteur important. Ce métabolite est associé à plusieurs marqueurs de santé métabolique, notamment une meilleure tolérance au glucose, une amélioration de la sécrétion d'insuline et une corrélation négative avec la stéatose hépatique. Toutefois, bien que des études suggèrent un impact bénéfique sur le métabolisme hépatique et pancréatique, la manière dont l'hippurate influence directement la fonction de ses tissus reste à élucider. L'hippurate agirait directement sur le métabolisme des organes majeurs tels que le pancréas et le foie, en améliorant la physiologie des cellules bêta et des hépatocytes, permettant de renforcer leur capacité à répondre aux situations de stress rencontrées dans les maladies cardiométaboliques. Il revient donc de caractériser les effets fonctionnels de l'hippurate sur la signalisation, le contrôle de la traduction et le métabolisme des hépatocytes et des cellules bêta pancréatiques in vitro, dans des conditions associées aux maladies cardiométaboliques, telles que l'excès d'acides gras libres et l'insulinémie chronique. Pour cela, l'analyse d'une cohorte regroupant les échantillons de sang, de tissu et d'analyses du transcriptome de patients souffrant ou non de MASLD en fonction de la concentration d'hippurate a été faite. Également, les voies de signalisation ciblées par l'hippurate ainsi que leur influence sur la traduction et la composition du protéome cellulaire ont été analysées à l'aide de techniques d'immunologie, de fractionnement des ribosomes et de protéomique. D'autre part, le métabolisme des hépatocytes et son altération par l'hippurate ont été évalués et quantifiés par spectrométrie de masse. Enfin, le phénotype de ces cellules en réponse à l'hippurate, dans des contextes de stress induits par le palmitate ou l'insulinémie chronique, a été mesuré à travers la sécrétion d'insuline, l'internalisation du glucose et le stockage des triglycérides. Ces résultats ont confirmé la corrélation positive entre les niveaux d'hippurate, notamment hépatique, et la santé métabolique, avec une corrélation négative pour les marqueurs de la MASLD ainsi que les gènes liés à la stéatose et à l'inflammation. Plus précisément, il a été démontré que l'hippurate, via l'inhibition des kinases Mnk1 et Mnk2, inhibe la traduction des cellules bêta, en réduisant notamment les protéines associées à l'inflammation, tout en favorisant celles impliquées dans la régulation énergétique . Par ailleurs, l'hippurate, partiellement internalisé par les transporteurs MCT1 et MCT2 dans les hépatocytes, a montré sa capacité à modifier directement le métabolisme hépatique, aussi bien en condition basale qu'en hyperinsulinémie chronique. Il favorise ainsi l'augmentation relative des métabolites liés à l'homéostasie énergétique et diminue ceux associés à l'inflammation et à la résistance à l'insuline, agissant comme un antagoniste subtil à l'insulinémie chronique. Les phénotypes observés corroborent les données de protéomique et de métabolomique, révélant que l'hippurate inhibe la stéatose hépatique en condition basale, lipotoxique ou d'hyperinsulinémie chronique, et améliore également la sécrétion d'insuline des cellules bêta. Ces travaux apportent de nouvelles preuves précliniques et cellulaires, soulignant le rôle proactif de l'hippurate et ils pavent la voie à une meilleure compréhension de son mécanisme d'action, bien que des questions subsistent encore, consolidant ainsi sa place en tant qu'agent favorable pour la santé.

Cardiometabolic diseases such as obesity, metabolic dysfunction-associated liver disease (MASLD), and type 2 diabetes are increasing in prevalence. The gut microbiome plays a key role in these conditions, not only through its direct interactions with the host but especially through the production and transformation of molecules, known as metabolites. Among these, hippurate has emerged as an important player. This metabolite is associated with several markers of metabolic health, including improved glucose tolerance, enhanced insulin secretion, and a negative correlation with hepatic steatosis. However, while studies suggest a beneficial impact on hepatic and pancreatic metabolism, how hippurate directly influences the function of these tissues remains unclear. Hippurate is thought to act directly on the metabolism of major organs such as the pancreas and liver by improving the physiology of beta cells and hepatocytes, enhancing their ability to respond to stress conditions seen in cardiometabolic diseases. The aim is to characterize the functional effects of hippurate on signaling, translation control, and metabolism in hepatocytes and pancreatic beta cells in vitro, under conditions associated with cardiometabolic diseases, such as excess free fatty acids and chronic hyperinsulinemia. To this end, an analysis was conducted on a cohort including blood, tissue, and transcriptome data from patients with or without MASLD, depending on hippurate concentration. Additionally, the signaling pathways targeted by hippurate, as well as their influence on translation and the cellular proteome composition, were analyzed using immunology techniques, ribosome fractionation, and proteomics. Moreover, the metabolism of hepatocytes and its alteration by hippurate were evaluated and quantified using mass spectrometry. Lastly, the phenotype of these cells in response to hippurate, under stress conditions induced by palmitate or chronic hyperinsulinemia, was measured by insulin secretion, glucose uptake, and triglyceride storage. The results confirmed the positive correlation between hippurate levels, particularly in the liver, and metabolic health, with a negative correlation for MASLD markers and genes related to steatosis and inflammation. More specifically, it was demonstrated that hippurate, through the inhibition of Mnk1 and Mnk2 kinases, inhibits translation in beta cells, particularly reducing proteins linked to inflammation while promoting those involved in energy regulation. Furthermore, hippurate, partially internalized by MCT1 and MCT2 transporters in hepatocytes, showed its capacity to directly alter hepatic metabolism, both in basal conditions and chronic hyperinsulinemia. It increases the relative abundance of metabolites involved in energy homeostasis and reduces those associated with inflammation and insulin resistance, acting as a subtle antagonist to chronic hyperinsulinemia. The observed phenotypes align with proteomic and metabolomic data, revealing that hippurate inhibits hepatic steatosis under basal, lipotoxic, or chronic hyperinsulinemic conditions, while also improving insulin secretion from beta cells. These findings provide new preclinical and cellular evidence, highlighting the proactive role of hippurate and paving the way for a better understanding of its mechanism of action, though many questions remain, reinforcing its potential as a beneficial agent for health.