Régulation de la signalisation et de l'action de l'insuline par la protéine adaptatrice Hrs et par les microARN ciblant Fox01

par Larbi Kamal Hasseine

Thèse de doctorat en Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie

Sous la direction de Emmanuel Van Obberghen.


  • Résumé

    Dû à son développement très rapide, le diabète est devenu une menace de santé publique au niveau mondial. En effet, en 2005, l’Organisation Mondiale de la Santé estimait le nombre de diabétiques dans le monde à plus de 180 millions, et elle prévoit que ce nombre aura doublé d’ici 2030. Cette maladie métabolique se caractérise par un état d’hyperglycémie chronique, qui est responsable des complications micro-vasculaires au niveau de l’œil, du rein, et des nerfs. La plupart des patients diabétiques développent à long terme des complications microvasculaires, dont la rétinopathie diabétique proliférante qui est la cause principale de cécité de l’adulte dans le monde occidental. Le niveau d’expression du VEGF (Vascular Endothelial Growth Factor), facteur angiogénique et mitogène, est augmenté dans les yeux des patients diabétiques. L’insuline et l’IGF-1 ont également été impliqués dans l’angiogenèse dérégulée au cours du diabète. L’action de l’insuline et du VEGF est médiée par leurs récepteurs spécifiques respectifs, IR et VEGF-R2. L'un des principaux mécanismes utilisé par les cellules pour atténuer le signal induit par ces facteurs de croissance est l'endocytose et la dégradation des récepteurs. Au cours de la première partie de mon travail de thèse, je me suis intéressé à l’étude du rôle de la protéine adaptatrice Hrs (Hepatocyte growth factor-Regulated tyrosine kinase Substrate) dans le mécanisme d’internalisation et de dégradation d’IR et VEGF-R2. Nous avons montré que l'expression ectopique de Hrs a comme effet une augmentation du nombre des deux récepteurs et de leur phosphorylation sur tyrosine conduisant à une amplification des voies de signalisation en aval. A l’inverse de IR, pour induire cet effet sur VEGF-R2, Hrs requiert son domaine UIM (Ubiquitin Interaction Motif). De plus, Hrs est phosphorylée sur tyrosine en réponse à l'insuline et au VEGF. Le domaine UIM est nécessaire pour la phosphorylation de Hrs en réponse au VEGF, mais pas en réponse à l'insuline. Nous avons également observé que Hrs co-localise et co-immunoprécipite avec ces deux récepteurs indépendamment de son domaine UIM. Enfin, nous avons montré que Hrs inhibe la dégradation de VEGF-R2 induite par Nedd4 et agit de façon additive à Grb10. L’ensemble de ces résultats suggèrent que Hrs est un régulateur positif de la voie de signalisation du VEGF et de celle de l’insuline. Dans une deuxième partie de ma thèse, je me suis intéressé à la régulation du facteur de transcription FoxO1 par les microARN. FoxO1 est un des acteurs clefs des réponses transcriptionnelles à l’insuline, et joue un rôle central dans l’adaptation métabolique au jeûne. De plus, avec ses homologues, il est impliqué dans des fonctions cellulaires majeures telles que l'apoptose, le cycle cellulaire, la réparation des dommages de l'ADN ou encore la différenciation cellulaire. La modulation de l’activité transcriptionnelle de ce facteur fait appel à des modifications post-traductionnelles telles que la phosphorylation, l’ubiquitination et l’acétylation. Nous avons voulu savoir si FoxO1 est la cible d’une régulation post-transcriptionnelle par les microARN. Les microARN sont de petites séquences d’ARN non-codantes de 19-24 nucléotides, se caractérisant par une expression spatio-temporelle et par une distribution tissu-spécifique. Ces deux caractéristiques suggèrent leur implication dans la régulation de processus physiologiques cruciaux tels l’apoptose, le développement, le métabolisme des lipides, la différenciation adipocytaire et la physiologie des cellules β pancréatiques. Des publications récentes montrent que ces microARN interviennent également dans des conditions pathologiques comme le cancer. Nous avons démontré que, dans une lignée néonatale immortalisée d’hépatocytes de souris, le miR-139 peut réguler le niveau protéique de FoxO1 sans modifier le niveau d'expression de ses ARN messagers. Cette diminution du niveau protéique affecte les événements en aval de ce facteur de transcription tels que l'expression des gènes cibles (AdQR1, AdQR2 et Mttp), et la phosphorylation de PKB en réponse à l'insuline. En outre, dans ces cellules, l’expression du miR-139 est régulée négativement par l'insuline, mais positivement par le glucagon et par le glucose. Ce dernier résultat a également été observé dans le foie d’animaux injectés avec ces hormones ou avec le glucose. Enfin, nous avons trouvé qu’un régime riche en graisse et l’état de jeûne ne régulent pas l’expression du miR-139. L’ensemble de nos données révèle un nouveau mécanisme par lequel miR-139 régule la protéine FoxO1 et son activité transcriptionnelle en réponse à des facteurs environnementaux.

  • Titre traduit

    Regulation of insulin signaling and action by the adapter protein Hrs and by the microRNAs targeting Fox01


  • Pas de résumé disponible.


  • Résumé

    Due to its epidemic development, diabetes has become a threat to global public health. In 2005, the World Health Organization estimated the number of diabetics in the world to be over 180 millions and expects that this number will double by the year 2030. This metabolic disease is characterized by a chronic state of hyperglycemia, which is thought to be responsible for microvascular complications affecting kidneys, eyes and nerves. Over the years, most diabetic patients develop some microvascular complications including diabetic retinopathy, which is the leading cause of blindness of adults in the western world. The level of VEGF expression (Vascular Endothelial Growth Factor), a mitogenic and a angiogenic factor, is increased in the eyes of diabetic patients. Insulin and IGF-1 are also thought to be implicated in abnormal vassal growth. The action of insulin and VEGF is mediated by their respective specific receptors, IR and VEGF-R2. One of the major mechanisms used by cells to attenuate activation by growth factors is endocytosis and degradation of receptors. In the first part of my PhD work, I have been interested in the role of the adapter protein Hrs (Hepatocyte growth factor-regulated tyrosine kinase substrate) in the mechanism driving internalization and degradation of IR and VEGF-R2. We have shown that ectopic Hrs expression increases VEGF-R2 and IR number and tyrosine phosphorylation, leading to amplification of their downstream signaling. The UIM (Ubiquitin Interacting Motif) domain of Hrs is required for Hrs-induced increases in VEGF-R2, but not in IR. In addition, Hrs is tyrosine-phosphorylated in response to VEGF and insulin. We show that the UIM domain is required for Hrs phosphorylation in response to VEGF, but not to insulin. Importantly, Hrs co-localizes with both VEGF-R2 and IR, and co-immunoprecipitates with both in a manner independent of the Hrs-UIM domain. Finally, we demonstrate that Hrs inhibits Nedd4-mediated VEGF-R2 degradation and acts additively with Grb10. We conclude that Hrs is a positive regulator of VEGF-R2 and IR signaling, and that ectopic Hrs expression protects both VEGF-R2 and IR from degradation. In the second part of my PhD work, I have been interested in the regulation of the transcription factor FoxO1 by microRNAs. FoxO1 is a master regulator of insulin signaling, and plays a central role in metabolic adaptation to fasting. With its homologues, FoxO1 is involved in a wide range of events, including apoptosis, cell cycle, DNA repair and cell differentiation. The regulation of FoxO transcription factors is due to a complex series of post-translational modifications, including phosphorylation, ubiquitination and acetylation. We were interested to see whether FoxO1 could be regulated at the post-transcriptional level by microRNAs. MicroRNAs are short non-coding RNAs (19 to 24 nucleotides) characterized by a spatial-temporal expression and a tissue-specific distribution, heralding important biological functions in apoptosis, development, lipid metabolism, adipocyte differentiation and pancreatic β cell physiology. Recent data have shown that these microRNAs could be involved in pathological conditions such as cancer. We found, in immortalized neonatal mouse hepatocytes, that miR139 regulates FoxO1 protein levels without affecting its mRNA expression. This effect requires a direct interaction between miR-139 and the 3’UTR of FoxO1 mRNA. The decrease in FoxO1 protein results in a decrease in FoxO1-mediated regulation of target genes, such as AdQR1, AdQR2 and Mttp, and in insulin-stimulated PKB phosphorylation on Ser473. Moreover, we found, in these cultured neonatal hepatocytes, that mature miR-139 is negatively regulated by insulin, but positively by both glucose and glucagon. Importantly, this regulation was also observed in vivo in the liver of mice injected with insulin, glucagon and glucose. Finally, we found that a high fat diet and fasting do not appear to regulate the expression of miR-139. Our findings suggest a new mode of FoxO1 regulation by which miR-139 maintains the protein level of FoxO1 to preserve homeostatic regulation of its transcriptional activity in response to environmental stimuli.

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  • Détails : 1 vol. (145 f.)
  • Annexes : Bibliogr. f. 136-145. Résumé en français

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  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : 08NICE4081
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