Nutritional regulation of metabolic hormones implicated in the postnatal programming of obesity : the case of leptin and ghrelin

par Gustav Colldén

Thèse de doctorat en Neurosciences

Sous la direction de Sébastien Bouret.

Soutenue le 26-11-2014

à Lille 2 , dans le cadre de École doctorale Biologie-Santé (Lille) , en partenariat avec CRM J-P Aubert INSERM UMR 837 (laboratoire) .

Le jury était composé de Sébastien Bouret.

  • Titre traduit

    Hormones métaboliques dans la programmation postnatale de l'obésité


  • Résumé

    Il est désormais clairement établi que la vélocité de croissance dans les premiers mois de la vie influence le risque d’apparition de maladies métaboliques, telles que l’obésité à l’âge adulte. L’un des mécanismes sous-jacents à cette programmation néonatale pourrait mettre en jeu des perturbations de l’environnement hormonal périnatal pendant des périodes critiques du développement. Cette hypothèse repose sur des travaux réalisés au laboratoire montrant que pendant le développement postnatal, des hormones telles que la ghréline et la leptine peuvent influencer le développement des circuits neuronaux impliqués dans la régulation de la prise alimentaire à l’âge adulte. Dans ce contexte, l’objectif général de ce travail de thèse a été de définir les médiateurs hormonaux par lesquels l’environnement nutritionnel périnatal peut influencer le développement de maladies métaboliques à l’âge adulte. Une attention particulière a été portée à la contribution de la ghréline et de la leptine.Pour induire une surnutrition postnatale, nous avons utilisé un modèle murin de surnutrition postnatale induit par la réduction de la taille de portées. Au troisième jour de vie post-natale, les portées ont été réduites à 3 petits (SL) pour induire une suralimentation et les portées contrôles ont conservé 7 petits. Comparées aux souris NL, les souris SL présentent un gain de poids rapide pendant la lactation, et présentent un surpoids à l'âge adulte même sous régime de nourriture standard. A l’âge adulte, les souris SL ont une adiposité et une glycémie à jeun plus élevée. Sous régime « obésogène » les souris SL présentent également une prise de poids et de graisse plus importante que les souris NL. La première partie de ces travaux a été dédiée à l’étude de la nutrition périnatale sur le développement du système ghrélinergique. Les souris SL présentent des taux réduits de ghréline total et active pedant la troisième semaine de vie post-natale. Ces diminutions des taux de ghréline sont associées à une diminution de l’expression de ghreline dans l'estomac. La normalisation de la ghrélinémie ne parvient pas à restaurer un phénotype métabolique normale chez les souris SL ce qui suggère que les souriceaux SL présenteraient une résistance a la ghréline. En accord avec cette hypothèse, les souriceaux SL présente une atténuation de la réponse centrale suite à l’injection périphérique de ghréline. Les mécanismes sous-jacents à cette résistance à la ghréline semblent mettre en jeu un défaut de transport de l’hormone via les tanycytes de l’éminence médiane. La seconde partie de mon travail de thèse a consisté à étudier l’importance de la leptine dans la programmation nutritionnelle. Etant connu que les souris SL présent des taux anormalement élevés de leptine pendant la deuxième semaine de vie postnatale, nous avons émis l’hypothèse que le blocage partiel de la leptine chez les souris SL pourrait avoir des effets bénéfiques sur le métabolisme de ces souris. Les animaux injectés néonatalement avec l’antagoniste de la leptine ne présentent pas de différences de poids par rapport aux animaux contrôles. En revanche, l’injection de l’antagoniste de la leptine chez les souriceaux SL induit une amélioration de leur masse grasse et une normalisation de leur glycémie. Cette amélioration du phénotype métabolique des souris SL est associée à un rétablissement de la sensibilité centrale à l’hormone leptine.Ainsi, les travaux réalisés au cours de ce doctorat confortent l’importance de l’environnement hormonal périnatal, en particulier de la ghéline et de la leptine, dans la programmation nutritionnelle.


  • Résumé

    Rapid weight gain after birth is associated with increased risk of metabolic disease in adulthood. This metabolic malprogramming may be mediated by endocrine disturbances during critical periods of development. Several hormones that act on hypothalamic feeding circuits in adulthood to regulate energy homeostasis, such as leptin and ghrelin, are also involved in the postnatal development of these circuits. Previous studies have shown that leptin promotes the growth of axons from the arcuate nucleus of the hypothalamus(ARH), whereas ghrelin inhibits arcuate axon growth. The aim of this thesis was to study whether accelerated growth during early postnatal life is associated with alterations in the ghrelin and leptin systems during postnatal development. Our general objective was also to examine the relative contribution of ghrelin and leptin in the metabolic malprogramming associated with neonatal overnutrition. To manipulate nutrient intake specifically during postnatal (pre-weaning) life, we manipulated litter size on postnatal day 3 by randomly distributing pups among mothers such that small litters (overfed) had 3 pups and normal litters (normal fed) had 7 pups. SL pups gained substantially more weight than NL pups during lactation, and remained overweight throughout adulthood on a standard chow diet. Adult SL mice displayed increased adiposity and and elevated fasting glucose levels. Adult SL mice also gained more weight and fat when exposed to an obesogenic diet. During postnatal development, SL pups displayed reduced total and active circulating ghrelin levels compared to NL pups, particularly during the third week postnatal week. This was associated with decreased stomach expression of ghrelin in the third postnatal week. Normalization of hypoghrelinemia in overnourished pups is relatively ineffective in ameliorating metabolic outcomes, suggesting that SL pups may present ghrelin resistance. Consistent with this idea, pups raised in small litters displayed an impaired central response to peripheral ghrelin. The mechanisms underlying this ghrelin resistance include diminished ghrelin transport into the brain.In addition to marked changes in ghrelin levels, neonatally overnourished pups also display a marked increase in circulating leptin levels during early postnatal life. To investigate whether these abnormally high levels in circulating leptin levels might be causally involved in the central leptin resistance and metabolic programming, we used a competitive leptin antagonist to partially block leptin action in SL and NL mice between P6 and 16, i.e. when when endogenous leptin levels are high in SL mice. Neonatal injection of the leptin antagonist had no effect on postnatal growth or adult body weight. However, SL pups treated with the leptin antagonist displayed a marked reduction in adult fat mass and normalized glucose tolerance and insulin sensitivity. Previous studies reported that SL exhibit early central leptin resistance. Remarkably, pretreatment with leptin antagonist significantly increased leptin-induced pSTAT3 levels in the ARH of SL pups, suggesting that neonatal leptin antagonism may normalize metabolic programming in neonatally overnourished mice by enhancing central leptin sensitivity. Together our data show that early postnatal nutrition influence the pattern of secretion of metabolic hormones and their ability to act on hypothalamic regions involved in appetite regulation. These hormonal alterations may contribute to the metabolic defects observed in subject exposed to overnutrition during early life.


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  • Détails : 1 vol. (286 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 173-226

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  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 50.379-2014-56
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