New roles for PGC-1α in diet-associated liver cancer and hepatic inflammation

Le diabète et/ou l’obésité sont associés à la stéatose hépatique non-alcoolique (SHNA). Cette maladie du foie affecte environ un tiers de la population nord-américaine. Elle peut progresser vers un stade d’inflammation, de stress oxydatif et de fibrose appelé la stéatohépatite pouvant éventuellement entraîner le développement d’un cancer primitif du foie comme le carcinome hépatocellulaire (CHC). Cependant, les mécanismes reliant la diète, les maladies métaboliques et le développement du cancer sont complexes et peu connus. Le coactivateur transcriptionnel PGC-1α est un important régulateur du métabolisme énergétique de la cellule et la perte de ce dernier mène à un métabolisme nutritionnel inefficace, ainsi qu’à des défauts mitochondriaux importants. Fait intéressant, une réduction de PGC-1α est retrouvée chez les patients atteints de la maladie du foie gras non-alcoolique (SHNA) et du carcinome hépatocellulaire (HCC). Nous avons précédemment démontré qu’une réduction de PGC- 1α dans le foie murin en combinaison avec une diète obésogène peut provoquer l’apparition de la stéatohépatite. Cependant, le rôle causal de PGC-1α dans le cancer du foie associé à la diète demeure inconnu. Ensuite, un variant génétique de PGC-1α (SNP rs8192678) modifie un résidu glycine en sérine à la position 482 (PGC-1α G482S) chez l’humain et mène à une perte de stabilité protéique dans des cellules hépatiques humaines. Ce polymorphisme est associé au développement de maladies métaboliques, mais son impact sur le cancer demeure inconnu. Enfin, le gène de PGC-1α (PPARGC1A) est régulé par deux promoteurs (proximal et alternatif) donnant naissance à différents isoformes (PGC-1α1-4) de fonctions inconnues. L’action indépendante de ces variants pourrait fournir des indices quant au paradoxe entourant les recherches sur PGC-1α. Nous posons l’hypothèse principale que la perte d’expression de PGC-1α dans le foie favorise le développement du cancer hépatique en réponse à une diète riche en gras/fructose et à l’agent carcinogène diéthylnitrosamine. Dans cette thèse, nous montrons que la perte de PGC-1α favorise le développement du cancer du foie dans un modèle murin combinant une diète obésogène et un carcinogène hépatique. En effet, PGC-1α est nécessaire au maintien de l’expression du marqueur épithélial E-cadhérine et à la réponse cellulaire (apoptose, yH2AX) face aux dommages hépatiques. Nous montrons également que le variant G481 stabilise PGC-1α au niveau protéique et a un effet protecteur contre le cancer du foie chez la souris. Enfin, à l’aide d’expériences in vivo et in vitro nous montrons que la forme canonique PGC-1α1 et le variant PGC-1α4 exercent des rôles distincts sur la mort des cellules hépatiques en réponse à l’inflammation. En conclusion, cette thèse apporte de nouvelles connaissances sur les fonctions de PGC-1α au sein des complications hépatiques associées aux maladies métaboliques et inflammatoires. Diabetes and obesity are associated to nonalcoholic fatty liver disease (NAFLD). This pathology affects approximately 30% of the population in North America. It ranges from simple steatosis to a more severe necro-inflammatory form called nonalcoholic steatohepatitis (NASH) that can ultimately lead to cirrhosis and primary liver cancer, such as hepatocellular carcinoma (HCC). However, the relationship between diet, metabolic disorders, and cancer development is poorly understood. PGC-1α is a transcriptional coactivator that regulates cellular energy metabolism. Loss of PGC-1α can lead to inefficient nutrient metabolism and severe mitochondrial defects. Interestingly, patients with NAFLD/NASH and HCC exhibit reduced levels of hepatic PGC-1α. We have previously shown that low hepatic PGC-1α combined with an obesogenic diet leads to hallmarks of NASH in mice. However, whether low hepatic PGC-1α reflects a cause or a consequence of liver cancer remains to be determined. Furthermore, a single nucleotide polymorphism within the PPARGC1A coding sequence (SNP rs8192678) leads to a switch between glycine to serine residue at position 482 (PGC-1α G482S) in humans and is associated with reduced protein stability in human liver cells. This SNP is associated with metabolic disorders, but its impact on liver cancer remains un- known. Lastly, the PGC-1α gene (PPARGC1A) is regulated by two promoters (proximal and alternative) that give rise to different isoforms (PGC-1α1-4) of unknown functions. Independent actions of these isoforms could provide a plausible explanation for the paradox observed in previous studies covering the role of PGC-1α. We proposed the general hypothesis that loss of hepatic PGC-1α promotes diet-associated liver cancer development in mice through increased susceptibility to hepatotoxicity. In this thesis, we show that loss of hepatic PGC-1α promotes diet-associated liver cancer in mice. Indeed, PGC-1α is essential to maintain E-cadherin expression and liver cell response (apoptosis, yH2AX) to damage. We also show that G481 variant stabilizes hepatic PGC-1α protein and protects against liver cancer development in mice. Finally, using in vivo and in vitro experiments we show that canonical PGC-1α1 and the PGC-1α4 variant differentially regulate liver cell apoptosis in response to inflammatory signaling. In conclusion, this thesis sheds new light on the role of PGC-1α in liver complications associated with metabolic disorders and inflammation.

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