Rôle des sphingolipides endogènes dans les modifications de la prolifération des cellules mésangiales rénales en réponse aux produits avancés de glycation (AGE) : implication dans le développement de la néphropathie diabétique

par Karen Geoffroy

Thèse de doctorat en Biochimie

Sous la direction de Michel Lagarde et de Samer El Bawab.

Soutenue en 2005

à Villeurbanne, INSA .


  • Résumé

    Les modifications de prolifération (hyperplasie, arrêt du cycle cellulaire, et hypertrophie), sont associées à de nombreuses pathologies touchant le glomérule rénal, et sont des caractéristiques typiques de la néphropathie diabétique. La voie de la glycation (formation des produits avancés de glycation ou AGE) constitue une hypothèse biochimique majeure évoquée dans ce type d'altérations cellulaires liées aux complications microvasculaires du diabète. D'autre part, bien que les sphingolipides, notamment les céramides, sphingosine, et sphingosine-1-phosphate aient souvent été décrits pour intervenir dans la régulation de la croissance cellulaire, leur rôle potentiel dans les perturbations de prolifération caractéristiques de la néphropathie diabétique n'a quasiment pas été étudié. L'objectif de ce travail de thèse a été de déterminer les effets des AGE sur la prolifération et le métabolisme des sphingolipdies des cellules mésangiales de rat en culture (RMC), puis de définir et préciser l'implication des sphingolipides dans ces processus de régulation de la prolifération. Une approche ex vivo dans des modèles d'animaux diabétiques a par ailleurs été développée afin d'appuyer ces hypothèses dans un contexte de néphropathie diabétique. Nos résultats ont montré que les AGE, par une interaction spécifique avec le récepteur RAGE exprimé par les RMC, modulent de façon bimodale la prolifération de ces cellules. Ainsi, les AGE induisent une activation de prolifération à faibles concentrations (<1 µM), et inhibent au contraire la croissance des RMC à plus fortes concentrations (3-10 µM). D'autre part, les AGE se sont révélés capables de moduler, de façon bimodale là encore, le métabolisme de conversion des céramides, en augmentant -à faibles concentrations- ou inhibant -à fortes concentrations- notamment l'activité et ou/l'expression de deux enzymes, la céramidase et la sphingosine-kinase. Du jeu de ces modulations enzymatiques résulte l'accumulation de dérivés sphingolipidiques du céramide. Les faibles concentrations d'AGE induisent la production de sphingosine-1-phosphate aux effets pro-mitogéniques, les fortes concentrations, au contraire, l'accumulation de glycosphingolipides et de sphingosine, capables d'inhiber la prolifération des RMC. Enfin, nos expériences dans des modèles animaux (rat STZ) suggèrent qu'une variation du métabolisme des sphingolipides participant à l'accumulation locale de sphingosine-1-phosphate est impliquée dans l'augmentation de la prolifération des cellules mésangiales glomérulaires apparaissant transitoirement in vivo dans les premiers stades de la néphropathie diabétique. Ce travail est un des premiers à suggérer l'implication des sphingolipides comme un nouveau médiateur de l'action des AGE dans les cellules mesangiales, et permet de proposer la production des différents sphingolipides résultant notamment de la modulation des céramidases et sphingosine kinase, comme un mécanisme potentiel participant au développement de la néphropathie diabétique.

  • Titre traduit

    Role of endogenous sphingolipids in the modifications of renal mesangial cells proliferation exposed to advanced glycation end-products (AGE) : implication in the development of diabetic nephropathy


  • Résumé

    Advanced glycation end products (AGE) are generated by chronic hyperglycaemia and may cause cellular alteration leading to microvascular complications such as diabetic nephropathy (DN). Disregulation of mesangial cell proliferation is known to contribute to the development of DN. In this study, we investigated the effects of AGE on rat mesangial cells (RMC) proliferation. In addition, because sphingolipids (SPL), and in particular ceramide (Cer), sphingosine (Sph), and sphingosine-1-phosphate (S1P) play important roles in the regulation of cell proliferation and cell death, we evaluated the involvement of SPL metabolism in the AGE response. On the other hand, ex vivo experiments using the streptozotocin (STZ)-diabetic rat model were undertaken in order to investigate the pathophysiological relevance of the cell studies results in the context of diabetic nephropathy. Our results showed that AGE induce bimodal effects on mesangial cells proliferation through a specific interaction with their receptor RAGE. Thus, after 72 h of treatment, low AGE concentrations (<1µM) induced a significant increase of RMC proliferation, whereas higher AGE concentrations (3-10 µM) markedly reduced it. In parallel, AGE exerted biphasic effects on biosynthetic enzymes activities and/or expression, namely neutral ceramidase and sphingosine-kinase. Low AGE concentrations induced neutral ceramidase and sphingosine-kinase activation, whereas high AGE concentrations inhibited both activities. Surprisingly, neutral ceramidase activity inhibition by AGE did not result in changes of Cer levels. However, the AGE (10 µM)-inhibitory effect on RMC proliferation was accompained by increased sphingosine levels and was specifically prevented by blocking glucosylceramide synthesis, suggesting that Sph and/or glycolipids are involved in mediating the effects of AGE at high concentrations. On the other hand, treatment of cells with low AGE concentrations led to an increase of S1P production, presumably associated to the observed activation of neutral ceramidase and sphingosine kinase. Taken together, these results show that AGE regulate mesangial cell growth by modulating Cer conversion into other bioactive SPL, namely, S1P, Sph, and glycolipids. On the other hand, our ex vivo observations on STZ-diabetic rats supported our cell studies results and suggested that glomerular S1P accumulation is likely implicated in the early and transient promotion of mesangial cells proliferation during the very early stages of diabetic nephropathy. In conclusion, our results present SPL metabolism as a novel mechanism of action of AGE. Further, this work is one of the first to propose SPL metabolism, especially regulation of S1P and Sph/glycosphingolipides levels as a potential mechanism involved in the development of diabetic nephropathy.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (259 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 202-259

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  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(2920)
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