Effets du GSK773, un activateur de l'AMPK, sur le métabolisme et la différenciation de cellules musculaires déficitaires en carnitine palmitoyl tranférase 2 (CPT2)

par Fatima-Zohra Boufroura

Thèse de doctorat en Physiopathologie

Sous la direction de Fatima Djouadi.

Soutenue le 08-03-2018

à Sorbonne Paris Cité , dans le cadre de École doctorale Bio Sorbonne Paris Cité (Paris) , en partenariat avec Université Paris Descartes (1970-2019) (établissement de préparation) .

Le président du jury était Catherine Coirault.

Le jury était composé de Fatima Djouadi, Catherine Coirault, Renée Ventura-Clapier, Jean-Paul Bonnefont, Pascal Grondin.

Les rapporteurs étaient Catherine Coirault, Renée Ventura-Clapier.


  • Résumé

    Le déficit héréditaire en Carnitine Palmitoyl Transférase 2 (CPT2), l’un des déficits de l’oxydation mitochondriale des acides gras (OAG) les plus fréquents, est caractérisé dans sa forme adulte par une myopathie métabolique avec des épisodes récurrents de douleurs musculaires, de myoglobinurie et de rhabdomyolyse, habituellement déclenchés par un exercice prolongé ou un jeûne. A l’heure actuelle, il n’y a pas de traitement pharmacologique efficace pour la correction de ce déficit à l’exception de prise en charge nutritionnelle. Mon travail de thèse a porté sur l’étude du potentiel thérapeutique du composé GSK773 un activateur direct de l’AMP-activated Protein Kinase (AMPK), un senseur énergétique de la cellule, dans des myotubes de quatre patients déficitaires en CPT2. En effet, l'AMPK est considérée comme une cible thérapeutique potentielle dans de nombreux troubles métaboliques ou neurodégénératifs courants associés aux dysfonctionnements mitochondriaux. Nous montrons que le composé GSK773 est capable de stimuler les capacités résiduelles de l’OAG et de corriger le flux d’OAG dans des myotubes déficitaires en CPT2 (n=4) après un traitement par 30µM pendant 48h. L’étude par western-blot et par immunofluorescence montre que le GSK773 augmente la quantité de protéine mutante CPT2. L'analyse des intermédiaires C16-acylcarnitines montre que les myotubes déficients en CPT2 présentent, comme prévu, une accumulation de C16-acylcarnitines significativement diminuée après le traitement par le GSK773. De manière intéressante, l'IF et l’xCELLigence, une nouvelle technique basée sur la mesure de l’impédance électrique en temps réel, montrent un processus de différenciation altéré dans les myotubes de patients déficitaires en CPT2 par rapport aux cellules témoins, qui est corrigé par le GSK773. Nous avons également montré que le GSK773 induit une conversion des fibres musculaires vers les fibres de type I lentes/oxydatives, mais aussi une amélioration générale de la qualité du réseau mitochondrial accompagnée d’une biogenèse mitochondriale et une augmentation du niveau de ROS suggérant que le GSK773 agirait sur la plasticité musculaire. D’un point de vue mécanistique, nous avons montré que les effets du GSK773 passent par l’AMPK, PGC-1α, p38 MAPK et les ROS. Ainsi, ces résultats suggèrent que le GSK773 améliore les paramètres métaboliques et structuraux dans les myotubes déficients en CPT2 et que l'AMPK pourrait représenter une cible thérapeutique hautement pertinente pour la correction pharmacologique du déficit en CPT2.

  • Titre traduit

    Effects of GSK773, an AMPK activator, on metabolism and differentiation of carnitine palmitoyl transferase 2 (CPT2) deficient muscles cells


  • Résumé

    Carnitine Palmitoyl Transferase 2 (CPT2) deficiency is among the most common inherited defects of mitochondrial fatty acid oxidation (FAO). A frequent phenotype is an early adult-onset myopathy characterized by recurrent episodes of muscle pain, myoglobinuria and rhabdomyolysis usually triggered by prolonged exercise or fasting. To date, there is no treatment of this disorder other than dietary management. AMPK is considered as a potential therapeutic target in many common metabolic or neurodegenerative disorders associated to mitochondrial dysfunctions. Thus, we tested the therapeutic potential of the direct AMPK activator GSK773 in myotubes from four CPT2-deficient patients. We show that GSK773 is able to stimulate residual FAO capacities in a dose- and time-dependent manner. Correction of CPT2 defect is achieved after treatment with GSK773 at 30µM for 48h. Western-blots analysis and Immunostaining shows that GSK773 increases the amount of CPT2 mutant protein. Analysis of acylcarnitine intermediates in the culture media shows that CPT2-deficient myotubes exhibit, as expected, an accumulation of C16-acylcarnitines that is significantly decreased after GSK773 treatment. Surprisingly, immunofluorescence and xCELLigence (a real-time monitoring of cell culture technic) show an impaired differentiation process in CPT2-deficient myotubes that is corrected by GSK773. We also show that GSK773 induces a shift in myosin-heavy-chain isoforms toward slow oxidative fiber types, improves the quality of mitochondrial network with an induction of mitochondrial biogenesis and increases ROS levels, suggesting that GSK773 might induce muscle plasticity. Finally, from a mechanistic point of view, siRNAs experiments showed that the effects triggered by GSK773 implicate AMPK, PGC-1α, ROS and p38 MAPK. Altogether these results suggest that GSK773 improves metabolic and structural parameters in CPT2-deficient myotubes and that AMPK might represent a highly relevant therapeutic target for pharmacological correction of inborn CPT2 deficiency.

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