La microalgue Odontella aurita prévient l'insulino-résistance et l'inflammation hépatiques induites par un régime hyper-lipidique : mise en évidence des mécanismes insulino-sensibilisateurs des acides gras polyinsaturés omega-3 au niveau neuronal.

The Microalgae Odontella Aurita Prevents Insulin Resistance and Liver Inflammation Induced by High Fat Diet : Identification of the Insulin-Sensitizing Mechanisms of Omega-3 Polyunsaturated Fatty Acids at the Neuronal Level

• Auteur / Autrice : Hamza Amine
• Direction : Mohammed Taouis, Nadia Meskini
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 03/03/2016
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE) en cotutelle avec Université Hassan II (Casablanca, Maroc). Faculté des Sciences
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Signalisations et réseaux intégratifs en biologie (Le Kremlin-Bicêtre, Val-de-Marne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Neuroendocrinologie moléculaire de la prise alimentaire (Université Paris-Sud - Paris11) - Institut des neurosciences Paris-Saclay (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Anne Guiochon-Mantel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mohammed Taouis, Nadia Meskini, Anne Guiochon-Mantel, Michèle Guerre-Millo, Ralf Jockers, Michel Lagarde, Hervé Le Stunff
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Michèle Guerre-Millo, Ralf Jockers

Mots clés

Mots clés contrôlés

Récepteur de type Toll-4

Acides gras

Résistine

Insulinorésistance

Mots clés libres

Résistance à l'insuline

Inflammation

Toll-Like receptor 4

Acides gras

Résistine

Microalgue

Insulin resistance

Inflammation

Toll-Like receptor 4

Fatty acids

Resistin

Microalga

Résumé

Le syndrome métabolique est caractérisé par un ensemble de perturbations métabolique. Il inclut la dyslipidémie, l’obésité abdominale, la résistance à l’insuline et l’hypertension. L’association de ces facteurs de risques est liée à une augmentation du risque de développer un diabète de type-2. Les acides gras polyinsaturés de la famille des oméga-3 ont plusieurs effets biologiques et modulent les facteurs de risques du syndrome métabolique par l’intermédiaire de multiples mécanismes. Cependant, leurs impacts sur la résistance à l’insuline et le diabète de type 2 sont encore inconnus.Au cours de ce travail, nous avons étudié l’effet d’Odontella aurita (OA), une microalgue riche en EPA (AGPI oméga-3) et antioxydants, sur la prévention de l’obésité et la résistance à l’insuline induites par un régime riche en acides gras saturés High-Fat (HF). En effet, nous avons montré que le régime HF soumis aux rats pendant 8 semaines conduit à une résistance à l’insuline qui se caractérise par une augmentation de l'insulinémie ainsi qu'à une diminution de l'expression protéique du récepteur de l'insuline. De plus, le régime HF provoque une diminution de la sensibilité du récepteur à l'insuline en inhibant son activité tyrosine kinase. Le régime HF conduit également à une augmentation de l'expression du récepteur TLR4, qui joue un rôle dans l'induction de la résistance à l'insuline par l'intermédiaire de l'activation des voies proinflammatoires par la résistine et le LPS. En effet, l'augmentation de l'expression de TLR4 est associée avec l'activation des MAPK proinflammatoires JNK et P38. Cependant, l'enrichissement du régime HF avec la microalgue normalise l'insulinémie et les niveaux d'expression du récepteur à l'insuline. Son activité tyrosine kinase est aussi restaurée. Et d'une manière intéressante, la supplémentation du régime HF avec la microalgue conduit à une réduction de l'expression du récepteur TLR4 ainsi qu'une inhibition des voies proinflammatoires prévenant ainsi la résistance hépatique à l’insuline.Le récepteur TLR4 et l’activation des voies pro-inflammatoires jouent un rôle important dans l’induction de la résistance à l’insuline. Afin d'explorer les mécanismes moléculaires impliqués dans la régulation de l’expression de TLR4 et déterminer les voies proinflammatoires impliquées dans l'induction de la résistance à l'insuline par les acides gras saturés, ainsi que la mise en évidence des mécanismes insulino-sensibilisateurs des AGPI oméga-3, nous avons utilisé les cellules SH-SY5Y (cellules de neuroblastome humain). En effet, les cellules SHSY5Y ont été exposées pendant 4h à l’acide palmitique (PA, acide gras saturé) ou au DHA (oméga-3) puis traitées avec la résistine. Tout d'abord, nous avons analysé l'effet de la résistine, le PA et le DHA sur les marqueurs de l'inflammation. Seule la résistine est capable d'activer NFkB et augmenter la phosphorylation d’Akt et de p38 MAPK. Toutefois, le prétraitement avec le PA augmente l'expression des cytokines inflammatoires (IL-6 et TNF-a), similaire à la résistine. D’une manière intéressante, le prétraitement au DHA supprime l’effet d PA et la résistine et prévient l’augmentation de l’expression d'IL-6 et TNF-α. Nous avons ensuite étudié la possibilité d'un effet synergique entre la résistine et le PA sur l’expression de TLR4. En effet, le prétraitement avec le PA augmente l'expression de TLR4 alors que le prétraitement au DHA n'a aucun effet. Nous avons montré aussi que le prétraitement au PA potentialise les effets de la résistine. En effet la résistine est le ligand de TLR4, et le PA, en augmentant l’expression de TLR4 favorise et amplifie les effets de la résistine.En conclusion, ces résultats montrent que les acides gras polyinsaturés oméga-3 préviennent l'inflammation et la résistance à l'insuline induite par les acides gras saturés via la régulation de la voie de signalisation de TLR4 empêchant ainsi l’installation du diabète de type 2 et du syndrome métabolique.

The metabolic syndrome is characterized by dyslipidemia, insulin resistance, abdominal obesity and hypertension, which are related to an elevated risk for type 2 diabetes mellitus. Omega-3 polyunsaturated fatty acids have extensive biological effects and modulate the risk factors for metabolic syndrome via multiple mechanisms. However their impact on insulin resistance and type 2 diabetes are still unknown.In the current study, we report that Odontella aurita, a microalga rich in the omega-3 polyunsaturated fatty acid eicosapentaenoic acid (EPA), prevents High saturated fat diet induced insulin resistance and inflammation in the liver of Wistar rats. High fat diet (HFD), given for 8 weeks, increased plasma insulin levels associated with the down-regulation of insulin receptor (IR) and the impairment of insulin-dependent IR phosphorylation. Furthermore, HFD increased toll-like receptor 4 (TLR4) expressions. Indeed, we have recently reported that TLR4 is implicated in resistin-induced inflammation and insulin resistance in the hypothalamus (Benomar et al, 2013). We also show that TLR4 up-regulation is concomitant with the activation of c-Jun N-terminal kinase (JNK) and p38 mitogen-activated protein kinase (p38). Importantly, Odontella aurita enriched HFD (HFOA, 12%) normalized body weight and plasma insulin levels, and restores IR expression at both protein and mRNA levels. In addition, HFAO improves insulin responsiveness as estimated by in vitro phosphorylation of hepatic plasma membrane IR. Furthermore, HFOA decreased TLR4 expression and JNK /p38 phosphorylation. In conclusion, we demonstrate, for the first time to our knowledge, that omega-3 fatty acids brought by Ondontella aurita overcomes HFD-induced insulin resistance through the inhibition of TLR4/JNK/p38 MAP kinase signaling pathways.To further explore the molecular process underlying the activation of TLR4 by fatty acids, we aim to decipher the mechanisms implicated in the regulation of TLR4 expression. For this purpose, human neuroblastoma cells (SHSY-5Y) were exposed during 4h to either palmitic acid (a saturated fatty acid) or the omega-3 polyunsaturated fatty acid docosahexaenoic acid (DHA). Cells were then treated with resistin. Firstly we analyzed the effect of resistin, palmitic acid and DHA on inflammation markers. We show that only resistin was able to activate NF-κB and to increase the phosphorylation of Akt and p38 MAPK. However, palmitic acid pretreatment increases the expression of inflammatory cytokines (IL-6 and TNF-α), similar to resistin. Interestingly, DHA pretreatment suppresses palmitic acid and resistin induced up-regulation of IL-6 and TNF-α. Secondly, we studied the possible synergistic interaction between resistin and palmitic acid on TLR-4 expression. We show that palmitic acid pretreatment increases TLR4 expression, at both protein and mRNA levels, while DHA pretreatment had no effect. Importantly, palmitic acid pretreatment potentiates resistin effects. In conclusion, we show for the first time, to our knowledge, that palmitic acid induces TLR4 expression and this leads to the amplification of resistin effects promoting then insulin resistance at the neuronal level.Taken together, these results demonstrate that omega-3 fatty acids prevent saturated fat-induced inflammation and insulin resistance through resistin/TLR4 signaling thereby preventing insulin resistance.