Caractérisation et régulation du métabolisme des acides gras dans l’hypothalamus

Un déséquilibre de la balance énergétique constitue la principale cause du développement des pathologies métaboliques telles que l’obésité et le diabète de type 2. Au sein du cerveau, l’hypothalamus joue un rôle primordial dans le contrôle de la prise alimentaire et du métabolisme périphérique via le système nerveux autonome. Ce contrôle, repose sur l’existence de différentes populations neuronales au sein de l’hypothalamus médio-basal (MBH), neurones à neuropeptide Y (NPY)/Agouti-related peptide (AgRP), et neurones a proopiomelanocortine (POMC), dont l’activité est directement modulée par les variations des taux circulants des nutriments tels que le glucose et les acides gras (FA). Alors que les mécanismes de détection et le métabolisme intracellulaire du glucose ont été largement étudiés, l’implication du métabolisme intracellulaire des FA dans leurs effets centraux, est très peu comprise. De plus, on ignore si le glucose, module le métabolisme intracellulaire des acides gras à longue chaine (LCFA) dans le MBH. Le but de notre première étude est, de déterminer l'impact du glucose sur le métabolisme des  LCFA, le rôle de  l’AMP-activated protein kinase (AMPK), kinase détectrice du statut énergétique cellulaire, et d'établir s’il y a des changements dans le métabolisme des LCFA en fonction de leur structure, du type cellulaire et de la région cérébrale.  Nos résultats montrent que le glucose inhibe l'oxydation du palmitate via l’AMPK dans les neurones et les astrocytes primaires hypothalamiques, in vitro, ainsi que dans les explants du MBH, ex vivo, mais pas dans les astrocytes et les explants corticaux. De plus, le glucose augmente l'estérification du palmitate et non de l’oléate dans les neurones et les explants du MBH, mais pas dans les astrocytes hypothalamiques.   Ces résultats décrivent le devenir métabolique de différents LCFA dans le MBH, ainsi que, la régulation AMPK - dépendante de leur métabolisme par le glucose dans les astrocytes et les neurones, et démontrent pour la première fois que le métabolisme du glucose et des LCFA est couplé spécifiquement dans les noyaux du MBH, dont le rôle est critique pour le contrôle de l'équilibre énergétique.  Le deuxième volet de cette thèse s’est intéressé à déterminer les mécanismes intracellulaires impliqués dans le rôle de la protéine de liaison ACBP dans le métabolisme central des FA. Nous avons démontré que le métabolisme de l’oléate et non celui du palmitate est dépendant de la protéine ACBP, dans les astrocytes hypothalamiques ainsi que dans les explants du MBH. Ainsi, nos résultats démontrent qu’ACBP, protéine identifiée originellement au niveau  central, comme un modulateur allostérique des récepteurs GABA, agit comme un régulateur du métabolisme intracellulaire des FA.  Ces résultats ouvrent de nouvelles pistes de recherche liées à la régulation du métabolisme des acides gras au niveau central, ainsi que, la nouvelle fonction de la protéine ACBP  dans la régulation du métabolisme des FA au niveau du système nerveux central. Ceci aiderait à identifier des cibles moléculaires pouvant contribuer au développement de nouvelles approches thérapeutiques de pathologies telles que l’obésité et le diabète de type 2. An imbalance of energy balance is the main cause of the development of metabolic diseases such as obesity and type 2 diabetes. Within the brain, the hypothalamus plays an important role in the control of food intake and peripheral metabolism, via the autonomic nervous system. This control relies on the existence of different neuronal populations in the medio-basal hypothalamus (MBH), including neuropeptide Y (NPY), agouti-related peptide (AgRP) and proopiomelanocortin (POMC) neurons, the activity of which, is directly modulated by changes in the circulating levels of nutrients such as glucose and fatty acids (FA). While mechanisms governing the detection and the intracellular metabolism of glucose have been extensively studied, the involvement of FA intracellular metabolism, in their central effects is poorly understood. It is currently unknown if glucose regulates long chain fatty acids (LCFA) metabolism in the MBH.  The aim of our first study was to determine the impact of glucose on LCFA metabolism, assess the role of AMP-activated Kinase (AMPK), a sensor of cellular energy status, and to establish if changes in LCFA metabolism, and its regulation by glucose, vary as a function of LCFA type, cell type and brain region.  We show that glucose inhibits palmitate oxidation via AMPK in hypothalamic neuronal cell lines, primary hypothalamic astrocyte cultures and MBH slices, ex vivo, but not in cortical astrocytes and slice preparations. In addition, our results show that glucose increases palmitate but not oleate esterification into neutral lipids, in neurons and MBH slices, but not in hypothalamic astrocytes.  These findings reveal the metabolic fate of different LCFA in the MBH, demonstrate AMPK-dependent glucose regulation of LCFA oxidation in both astrocytes and neurons and established for the first time the metabolic coupling of glucose and LCFA as a specific feature of the MBH, whose role is critical for the control of energy balance. During the second part of this thesis, we were interested to determine the intracellular mechanisms involved in the role of Acyl-CoA binding protein (ACBP), in the central metabolism of FA. We have shown that the metabolism of oleate but not palmitate is ACBP -dependent in hypothalamic astrocytes and MBH slices. Thus, our results demonstrate That ACBP, a protein originally identified as an allosteric modulator of GABA receptor peptide, acts as a regulator of intracellular metabolism of FA. These results open a new avenues of research related to the central regulation of fatty acid metabolism and the new function of ACBP protein in the regulation of FA metabolism in the central nervous system, which could help to identify molecular targets that may contribute to the development of new therapeutic approaches of diseases such as obesity and type 2 diabetes.

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