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TTHHSSEE

En vue de l'obtention du

DDOOCCTTOORRAATT DDEE LLUUNNIIVVEERRSSIITT DDEE TTOOUULLOOUUSSEE

Dlivr par l'Universit Paul Sabatier Toulouse III

Discipline ou spcialit : Innovation Pharmacologique

JURY Professeur Pierre GOURDY - Prsident

Docteur Fabienne FOUFELLE - Rapporteur

Docteur Paul GRIMALDI - Rapporteur

Docteur Catherine POSTIC - Examinateur

Ecole doctorale Biologie Sant Biotechnologies Toulouse

Unit de recherche INSERM U858

Directeur(s) de Thse : Dr.CASTAN-LAURELL Isabelle et Pr. VALET Philippe

Cdric DRAY

Rle et Rgulation de l'Apeline au cours de la Rsistance

l'Insuline associe lObsit

Associe lobsit

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Rle et regulation de lapeline au cours de la rsistance linsuline

associe lobsit.

L'apeline est un peptide synthtis retrouv sous diffrentes formes de 36, 17 et

13 acides amins. Les travaux raliss au cours de ce doctorat ont permis de mettre en

vidence la rgulation et le rle de ce peptide au cours de linsulino-rsistance.

Dans un premier temps, nous avons montr que le TNF , une cytokine dorigine

inflammatoire implique dans les phnomnes de rsistance linsuline, augmentait

lexpression et la scrtion dapeline adipocytaire chez lhomme et la souris. Une autre

tude nous a permis de montrer que lexpression de lapeline et de son rcepteur variait

au cours des diffrentes phases dinstallation du diabte de type II. Ainsi, chez la souris

et chez lhomme, lexpression de lapeline et dAPJ au niveau du tissu adipeux est

sensible linsuline au cours de linsulino-rsistance mais cette sensibilit est perdue

au cours du diabte. Dans le muscle stri squelettique, cette rgulation semble moins

claire.

Paralllement la rgulation, des expriences ralises ex vivo et in vivo chez la

souris ont mis en vidence que l'apeline augmentait de faon dose dpendante le

transport de glucose dans les muscle et le tissu adipeux. De plus, l'tude de la

signalisation induite par l'apeline dans le muscle solaire isol a montr une activation

de l'AMPK, de la eNOS et dAkt. Chez des souris obses et insulino-rsistantes, nous

avons pu montrer que l'apeline amliorait la tolrance au glucose (OGTT) et, comme

chez la souris saine, augmentait l'utilisation de glucose dans les muscles squelettiques

et le tissu adipeux.

Mme si des travaux supplmentaires sont indispensables, l'apeline semble se

comporter comme une nouvelle hormone anti-diabtique.

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Role and regulation of apelin during obesity associated insulin-

resistance

Apeline is a peptide synthesized by adipocytes and present in plasma under

different forms such as 36, 17 and 13 aminoacids forms. During this doctoral, I have

studied the apelin regulation and role during insulin resistance and type II diabetes.

At first, we showed that TNF , an inflammatory cytokine involved in insulin

resistance, increased adipocyte apelin expression and secretion in mouse and human.

Another study allows us to show a wide-range expression of apelin and APJ during type

II diabetes development stages. In mouse and human, adipose tissue apelin and APJ

expression is insulin sensible during insulin resistance but fails to be sensible during

type II diabetes. In striated skeletal muscle, this kind of regulation is not clear and has to

be more studied.

At the same time, we also considered the metabolic role of apelin in mouse

model. Ex vivo and in vivo experiences realised in mouse highlighted that apelin

increased glucose uptake in muscle and adipose tissue. Furthermore, apelin-induced

signalling pathways studies in isolated soleus muscle showed AMPK, eNOS and Akt

activation. Interestingly, in high fat diet induced obese and insulin-resistant mice, we

showed that apelin effect was still effective to ameliorate glucose tolerance (OGTT) and,

as observed in healthy mouse, increased skeletal muscle and white adipose tissue

glucose utilization. Surprisingly, glucose utilization was also increased in hearts of

apelin-infused mice.

Even if supplemental data are necessary, apelin seems to behave as a new anti-

diabetic hormone and could be considered as a new potential target to fight metabolic

diseases.

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PARTIE I : CONTROLE DU METABOLISME GLUCIDIQUE PAR LINSULINE

I. Les mcanismes utilisateurs de glucose p.11

1) Le transport de glucose ..p.12 a) SGLT1 b) GLUT

2) Utilisation et stockage du glucose ..p.16 a) La glycolyse b) La voie des pentoses phosphate b) La glycognognse c) La lipognse de novo

II. Les mcanismes producteurs de glucose ...p.24

a) La glycognolyse b) La noglucognse

III. Les mcanismes molculaires rgulant le transport de glucose

1) Les voies insulino-dpendantes..p.29 a) Le rcepteur linsuline1 b) Les insulin receptor substrat (IRS) c) Cascade de signalisation des PI3K d) Cascade de signalisation des MAPK

2) Les voies non insulino-dpendantes: lAMPK...p.39 a) Gnralits b) Structure et rgulation c) Rgulation du mtabolisme nergtique d) LAMPK, mdiateur des effets des mdicaments anti-diabtique e) LAMPK hypothalamique et rgulation de la prise alimentaire

3) Le transporteur de glucose GLUT4.p.46 a) Rgulation de lexpression de glut4 b) Translocation de GLUT4 c) Activit intrinsque d) Surexpression de glut4 e) Invalidation gnique de glut4

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PARTIE II : DE LOBESITE A LA RESISTANCE A LINSULINE

I. LObsit et le tissu adipeux (TA)

1) Dfinition / Mesure.. 2) Epidmiologie.. 3) Le tissu adipeux...

a) Gnralits b) Distribution anatomique du tissu adipeux c) Structure du tissu adipeux - Adipocyte - Fraction stroma-vasculaire

II. Le syndrome mtabolique: focus sur la rsistance linsuline

1) Dfinition .. 2) Etiologie

a) Etiologie b) Pathognse c) Mcanismes molculaires de linsulino-rsistance

3) Quantification de linsulino-rsistance

III. De lobsit la rsistance linsuline

1) Modifications fonctionnelles du TA au cours de lobsit. a) Plasticit du tissu adipeux: avantage ou inconvenient? b) Inflammation du tissu adipeux c) Stress du rticulum endoplasmique d) Stress oxydant e) Flux lipidiques modifis

2) Consquences des modifications fonctionnelles du TA....

a) Distribution des depots adipeux: lhypothse portale b) Accumulation ectopique de lipids dans les tissues non adipeux - Muscle squelettique - Foie - Coeur - Pancras c) Les acides gras lorigine du phnomne de lipotoxicit d) Les adipokines - Gnralits

p.51

p.52

p.53

p.60

p.61

p.69

p.75

p.81

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- Les adipokines dltres pour la voie de signalisation de linsuline

- Les adipokines bnfiques

PARTIE III : LE SYSTEME APELINE/APJ

I. Le rcepteur APJ 1) Dcouverte 2) Distribution tissulaire 3) Structure 4) Rgulation

II. Lapeline .. 1) Dcouverte 2) Structure 3) Distribution tissulaire

III. Interaction apeline/APJ 1) Caractristiques de la liaison apeline/APJ 2) Fonctionnalit des linteraction apelin/APJ

IV. Rle de lapeline dans le systme cardiovasculaire . 1) Tonus vasculaire 2) Systme cardiaque 3) Apeline et rgulation centrale du systme cardiovasculaire 4) Apeline et physiopathologies cardiovasculaires 5) Apport des modles de souris transgniques

V. Rle de lapeline dans le systme nerveux central 1) Distribution du systme apeline/APJ dans le cerveau 2) Apeline et regulation de lquilibre hydrique 3) Apeline et prise alimentaire

VI. Apeline et angiognse 1) Implication de lapeline dans langiognse

a) Le xnope b) Le poisson zbre c) La souris

2) Rle de lapeline sur le dveloppement vasculaire

p.108

p.114

p.118

p.126

p.137

p.143

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3) Systme de regulation du complexe apeline/APJ au cours de langiognse

4) Apeline et angiognse tumorale

VII. Apeline et tissu adipeux ..

1) Rgulation de lapeline adipocytaire a) Hormonale b) Autres rgulations

2) Apeline et troubles mtaboliques 3) Implication de lapeline dans le mtabolisme nergtique

PARTIE IV : OBJECTIFS ET TRAVAUX DE THESE

I. Objectifs . II. Etude du rle mtabolique de lapeline ... ARTICLE I: Lapeline augmente lutilisation de glucose chez la souris normale et insulino-rsistante

1) Introduction 2) Article 3) Discussion

III. Etude de la regulation de lexpression lapeline et de son rcepteur APJ au cours de linsulino-resistance et du diabte de type II

ARTICLE II: Le TNF augmente lexpression et la scrtion de lapeline adipocytaire chez lhomme et la souris ..

1) Introduction 2) Article 3) Discussion

ARTICLE III: Rgulation de lexpression de lapeline et dAPJ chez lhomme et la souris au cours du diabte de type II .

1) Introduction 2) Article 3) Discussion

p.151

p.159

p.161

p.162

p.181

p.192

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PARTIE V : CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVES .

BIBLIOGRAPHIE

p.218

p.224

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Figures et Tables Fig. 1 : Le fonctionnement des transporteurs de glucose

Fig. 2 : Voie mtabolique de la glycolyse

Fig. 3 : Voie mtabolique de la glycognognse

Fig. 4 : Mcanismes cellulaire de la lipognse de novo

Fig. 5 : Contrle de la lipognse de novo par les facteurs de transcription SREBP et

ChREBP

Fig. 6 : Voie mtabolique de la glycognolyse

Fig. 7 : Voie mtabolique de la noglucognse