Le métabolisme des céramides hypothalamiques induit une résistance à l’insuline centrale et une dérégulation de l’homéostasie glucidique durant l’installation de l’obésité

Hypothalamic ceramide metabolism induces central insulin resistance and dysregulation of glucose homeostasis during installation of obesity

• Auteur / Autrice : Mélanie Campana
• Direction : Hervé Le Stunff
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie. Physiopathologie et nutrition
• Date : Soutenance le 29/09/2017
• Etablissement(s) : Sorbonne Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Bio Sorbonne Paris Cité (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Unité de biologie fonctionnelle et adaptative (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université Paris Diderot - Paris 7 (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Virginie Rouiller-Fabre
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hervé Le Stunff, Virginie Rouiller-Fabre, Mireille Cormont, Thierry Levade, Xavier Fioramonti, Guy Rutter
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mireille Cormont, Thierry Levade

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nerf vague

Obésité

Insulinorésistance

Hypothalamus

métabolisme

Céramides

Homéostasie

Nerf vague

sécrétion

Insuline

Cellules bêta

Obésité

Insulinorésistance

Hypothalamus

Métabolisme

Céramides

Mots clés libres

Lipotoxicité

Cellules β-pancréatiques

Lipotoxicity

Pancreatic β-cell

Résumé

Des études montrent que l’accumulation de lipides dans l’hypothalamus serait responsable de l’installation d’une lipotoxicité centrale : phénomène qui pourrait jouer un rôle dans l’apparition d’une insulino-résistance périphérique et du diabète de type II en dérégulant le contrôle nerveux de l’homéostasie glucidique. Il est connu que l'accumulation des céramides est impliquée dans le développement d’une lipotoxicité des tissus périphériques. L’objectif de cette étude est de déterminer le rôle du métabolisme des céramides au niveau hypothalamique dans l’installation d’une insulino-résistance centrale et d'en étudier les mécanismes impliqués. Nous avons également déterminé le rôle du métabolisme des céramides hypothalamiques dans la dérégulation de l’homéostasie glucidique induite par l’obésité.L’installation d'une insulino-résistance centrale est étudiée à l'aide d'approches in vitro, en utilisant des cellules hypothalamiques de souris GT1-7 traitées avec du palmitate pendant 24h. L'action de l’insuline est mesurée par la quantification d’Akt phosphorylée (western blot). Les céramides sont quantifiées par lipidomique, l'expression d’ARNm des gènes codant pour les enzymes de la voie de synthèse de novo des céramides par qRT-PCR. Des rats Zucker obèses sont perfusés avec la myriocine (inhibiteur de la synthèse de novo des céramides) en ICV pendant 21 jours. Des tests de sensibilité à l'insuline et de tolérance au glucose sont réalisés. A la fin du traitement, ils reçoivent une injection ICV d'insuline, la sensibilité à l’insuline ainsi que les taux de céramides sont quantifiés dans l’hypothalamus. Les îlots de Langerhans sont isolés pour des tests de sécrétion d'insuline.Nous avons mis en évidence une insulino-résistance dans la lignée hypothalamique GT1-7 traitées avec le palmitate qui s’accompagne d’une accumulation de céramides. En présence de myriocine, les céramides ne sont plus accumulés et le l’insulino-résistance induite par le palmitate est contre-carrée. En utilisant un inhibiteur de la PKCζ et un adénovirus codant pour un dominant-négatif de la PKCζ, nous avons montré que le palmitate n'est plus capable d'induire une insulino-résistance et ce malgré la présence d'une accumulation de céramides. Chez le rat Zucker obèse, nous avons mis en évidence une accumulation de céramides hypothalamiques qui est contre-carrée par la myriocine. Ceci est associé avec une amélioration de la sensibilité à l’insuline dans l’hypothalamus. De façon, intéressante, ces animaux améliorent leur tolérance au glucose qui est associée à une augmentation du tonus parasympathique conduisant à une augmentation de la sécrétion d’insuline. Les îlots de Langerhans isolés à partir de ces rats présentent une capacité sécrétoire augmentée lors du traitement avec la myriocine.Au final, notre étude révèle que la lipotoxicité hypothalamique est associée à une accumulation de céramides dans cette structure, responsable de l’installation d’une insulino-résistance. Ces résultats mettent également en évidence le rôle clé du métabolisme des céramides au niveau de l’hypothalamus dans la dérégulation du contrôle nerveux de l’homéostasie glucidique induit par l’obésité

Studies show that hypothalamic lipid accumulation is responsible for the development of central lipotoxicity, a phenomenon that could play a role in the installation of peripheral insulin resistance and type II diabetes by deregulating the nervous control of glucose homeostasis. It is known that the accumulation of ceramides is involved in the development of lipotoxicity of peripheral tissues. The objective of this study is to determine the role of the hypothalamic ceramide metabolism on the installation of a central insulin resistance and to study the mechanisms involved on this phenomenon. We also determined the role of hypothalamic ceramide metabolism in the deregulation of obesity-induced glucose homeostasis.The installation of a central insulin resistance is studied using in vitro approaches using hypothalamic GT1-7 mouse cells treated with palmitate for 24 hours. The action of insulin is measured by the quantification of phosphorylated Akt (western blot). The ceramides are quantified by lipidomic assay, mRNA expression of genes encoding enzymes of de novo synthesis pathway of ceramides by qRT-PCR. Obese Zucker rats were perfused with myriocin (an inhibitor of de novo synthesis of ceramides) in ICV for 21 days. Insulin sensitivity and glucose tolerance tests are performed. At the end of treatment, they receive an ICV injection of insulin, insulin sensitivity and ceramide levels are quantified in the hypothalamus. Islets of Langerhans are isolated for insulin secretion tests.We have demonstrated that palmitate is able to induce insulin resistance in the hypothalamic GT1-7, which is accompanied by an accumulation of ceramides. In the presence of myriocin, ceramides are no longer accumulated and the insulin resistance induced by palmitate is counteract. Using an inhibitor of PKCζ and an adenovirus encoding a dominant-negative of PKCζ, we have shown that palmitate is no longer able to induce insulin resistance despite the presence of an accumulation of ceramides. In the obese Zucker rat, we have demonstrated an accumulation of hypothalamic ceramides which is counteract by myriocin. This is associated with an improvement in insulin sensitivity in the hypothalamus. Interestingly, these animals improve their glucose tolerance which is associated with an increase in parasympathetic tone leading to an increase in insulin secretion. Islets of Langerhans isolated from these rats have increased secretory capacity when treated with myriocin.In conclusion, our study reveals that hypothalamic lipotoxicity is associated with an accumulation of ceramides in this structure, responsible for the installation of insulin resistance. These results also highlight the key role of ceramide metabolism at the hypothalamus level in the deregulation of nervous control of obesity-induced carbohydrate homeostasis