mécanismes d`action de la contraction musculaire sur le

KATHLEEN LEMIEUX
MÉCANISMES D'ACTION DE LA CONTRACTION
MUSCULAIRE SUR LE TRANSPORT DU GLUCOSE
DANS LE MUSCLE SQUELETTIQUE DE RAT
Thèse
présentée
à la Faculté des études supérieures
de l’Université Laval
pour l’obtention du grade de Philosophiae Doctor (PhD)
Physiologie-Endocrinologie
FACULTÉ DE MÉDECINE
UNIVERSITÉ LAVAL
FÉVRIER 2003
© Kathleen Lemieux, 2003

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RÉSUMÉ
Chez les mammifères, le muscle squelettique constitue un tissu d'importance majeure dans la
régulation du transport et du métabolisme du glucose durant l'exercice physique ou en période
postprandiale. La captation musculaire de glucose induite par l'insuline et la contraction
musculaire s'effectue grâce à la translocation des transporteurs de glucose GLUT4 à la
membrane plasmique et aux tubules transversaux à partir d'un réservoir interne. La première
partie des travaux constituant cette thèse a été effectuée dans le but de clarifier si l'insuline et
la contraction musculaire activent la translocation de GLUT4 à partir de réservoirs internes
distincts. Par fractionnement et immunoadsorption membranaire, nous avons démontré que la
contraction musculaire recrutait GLUT4 à partir de deux compartiments distincts : un
compartiment associé au récepteur de la transferrine sélectivement mobilisé à la membrane
plasmique et insensible à l'insuline, et un second compartiment non associé à cette protéine
recruté au niveau des tubules transversaux. Cette étude a permis de déterminer que l'insuline et
la contraction musculaire recrutaient GLUT4 à partir de réservoirs distincts et que la
contraction musculaire induisait la translocation de GLUT4 à la surface cellulaire à partir d'au
moins deux différentes populations de vésicules GLUT4.
Les deux dernières parties des travaux faisant l'objet de cette thèse ont permis de déterminer
l'implication de certains médiateurs intracellulaires dans la stimulation du transport du glucose
induite par la contraction musculaire ou par le AICAR, un agent mimétique de la contraction.
Tout d'abord, nos travaux ont révélé que l'infusion de AICAR induit sélectivement la
translocation de GLUT4 à la membrane plasmique à partir d'un compartiment enrichi en
récepteur de la transferrine. De plus, nous avons démontré que la stimulation du transport du
glucose par le AICAR était dépendante de l'activation de la p38 MAPK, une kinase proposée
comme agent régulateur de l'activité intrinsèque de GLUT4. D'autre part, une dernière étude
nous a permis de déterminer que le AICAR active spécifiquement le transport du glucose au
niveau des muscles glycolytiques isolés et que le monoxyde d'azote n'est pas impliqué dans
l'effet stimulateur du AICAR sur la captation du glucose au niveau de ce type de muscle.
Toutefois, l'infusion de AICAR in vivo stimule le transport de glucose dans tous les types de
fibres musculaires ainsi que la production de monoxyde d'azote. De plus, l'injection de AICAR
stimule la phosphorylation et l'activation de eNOS, suggérant que l'activation du transport du

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glucose induite par le AICAR in vivo est dépendante de l'augmentation du flot sanguin via la
production de monoxyde d'azote. Globalement, ces études nous ont permis de mieux
comprendre les mécanismes intracellulaires par lesquels la contraction musculaire active le
transport du glucose in vitro et in vivo dans le muscle squelettique.

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REMERCIEMENTS
Au cours de mes études supérieures, beaucoup de personnes ont contribué à parfaire
ma formation scientifique à plusieurs niveaux. J'aimerais tout d'abord remercier mon directeur
de recherche, le Dr André Marette qui a grandement contribué à développer mon esprit et mes
connaissances scientifiques ainsi que mon sens critique par sa grande compétence scientifique,
son goût du dépassement, sa disponibilité exceptionnelle, son éternel optimisme et son
implication constante dans l'élaboration de mes projets de recherche. Merci André, je me
considère privilégiée d'avoir pu bénéficier de cette formation unique que tu transmets à tes
étudiants.
Je tiens également à remercier toutes les personnes qui ont participé à l'élaboration de
mes projets de recherche à titre de collaborateurs comme le Dr Arend Bonen ainsi que Xiao-
Xia Han de l'Université de Waterloo, le Dr Amira Klip ainsi que Daniel Konrad de
l'Université de Toronto. Un merci tout spécial à mes collègues Luce Dombrowski, Geneviève
Pilon, Van Diep Doan et Bruno Marcotte pour leur collaboration à mes études. Merci Luce
pour tes nombreux conseils et ton expertise appréciés à plusieurs niveaux. Merci Geneviève
pour ton écoute, ta joie de vivre et ta persévérance dans mon dernier projet. Merci Van Diep
pour ta contribution essentielle par la technique du clamp euglycémique à la réalisation de mes
travaux. Remerciements également au Dr Claude Côté et au Dr Benoît Lapointe ainsi qu'à
Julie Lefebvre pour l'enseignement du protocole de contraction. Je tiens finalement à
remercier tous les membres de mon équipe de recherche avec qui j'ai partagé de très bons
moments... et beaucoup de taquineries, ainsi que tous les membres des laboratoires de Claude
Côté, Jérôme Frenette, Benoît Lamarche, Jean-Pierre Després, Marie-Claude Vohl avec qui
j'ai eu beaucoup de plaisir au laboratoire et lors d'activités sociales et sportives.
Le soutien financier durant mes études doctorales a été assuré par les Instituts de
Recherche en Santé du Canada.

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AVANT-PROPOS
L'ensemble des travaux de recherche et des articles scientifiques présentés dans cette
thèse ont été réalisés dans le laboratoire du Dr André Marette du Centre de Recherche sur les
Maladies Lipidiques affilié au Centre de Recherche du Centre Hospitalier de l'Université
Laval. La rédaction des articles publiés ou non a été réalisée en collaboration avec mon
directeur de recherche, le Dr André Marette, figurant ainsi comme auteur correspondant.
Les travaux constituant le premier chapitre de cette thèse ont été effectués en
collaboration avec Xiao-Xia Han, membre du laboratoire du Dr Arend Bonen de l'Université
de Waterloo en Ontario ainsi qu'avec la contribution de Luce Dombrowski, membre de notre
laboratoire. Xiao-Xia Han a effectué la technique de perfusion in situ des muscles stimulés à
l'insuline ou contractés par stimulation électrique et les expériences d'immunoadsorption
membranaire ont été réalisées par Luce Dombrowski. Cet article scientifique a été publié dans
la revue Diabetes en février 2000 (Vol. 49, p. 183-189).
Le deuxième volet de mes études a été réalisé grâce à la collaboration du laboratoire du
Dr Amira Klip de l'Université de Toronto. Les mesures d'activités enzymatiques ont été
effectuées par Daniel Konrad, membre du laboratoire du Dr Amira Klip alors que la technique
du clamp euglycémique pour les études in vivo du second et du troisième chapitre a été
réalisée par mon collègue Van Diep Doan. Les deux derniers ouvrages scientifiques intégrés
dans cette thèse seront prochainement soumis pour publication dans les revues FASEB Journal
et Diabetes, respectivement.
L'ensemble des autres expériences couvrant ces trois chapitres ont été réalisées par
l'auteure de cette thèse. Celles-ci incluent principalement la technique de fractionnement
membranaire, la technique de captation du [3H] 2-désoxyglucose et de la [125I] transferrine, le
protocole de contraction in situ, l'injection de AICAR et l'analyse par immunobuvardage. J'ai
également mis au point une technique d'ablation endosomale dans le muscle squelettique qui a
fait l'objet d'études préliminaires rapportées dans la conclusion de cette thèse. Ce dernier
projet sera ultérieurement complété dans notre laboratoire.