Régulation de l`oxydation mitochondriale des acides gras
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Régulation de l’oxydation mitochondriale des acides gras Régulation hormonale et nutritionnelle Jean-Paul PEGORIER Département d’Endocrinologie, Métabolisme et Cancer 24, rue du Faubourg St Jacques 75014 PARIS U567 UMR 8104 Acides Gras Plasmatiques Acides gras Acides gras Acides gras Chaleur ATP ATP Acétyl-CoA CO2 Corps cétoniques Poumon, Cortex rénal Muscles, Cœur, Intestin Acétyl-CoA Corps cétoniques CO2 Foie Corps cétoniques Acétyl-CoA Lipides complexes Cerveau Acétyl-CoA CO2 CO2 Tissu adipeux brun Les corps cétoniques β-hyroxybutyrate Acétoacétate CH3 OH C Acétone CH3 CH2 H COONAD+ O C CH3 CH2 COO- O H+ NADH + H+ CO2 Les hypercétonémies chez l ’homme et chez le rat Situations Nourri A jeun 12 heures 72 heures 6 semaines Période post-exercice 3ème trimestre de la grossesse Période néonatale Régime hypocalorique Riche en lipides Riche ne glucides Hypoglycémie cétosique Coma acidocétosique Homme Rat 0,1 0,3 O,3 2à8 7à8 2 1 1 1à2 2 3 0,5 1à5 20 à 30 4à5 0,5 2 3 2 10 C CH3 Captage et devenir métabolique des acides gras dans le foie MICROSOME AGL FAT Triglycérides Phospholipides AGL- AGL- Albumine Acyl-CoA FABP Acyl-CoA Récepteur Albumine Acyl-CoA AGL Acétyl-CoA CC* AGL = Acides gras libres CC = Corps cétoniques CO2 MITOCHONDRIE FAT= Transporteur dAGCL (CD36, FATP, FABPpm) L ’oxydation mitochondriale des acides gras Acides gras à chaîne longue AGCL Acyl-CoA à chaîne longue membrane externe Acyl-CoA Synthétase Système de transfert Cytoplasme membrane interne Matrice Acyl-CoA ß-oxydation Acétyl-CoA Corps cétoniques CO2 Comparaison de l’oxydation de l ’oléate et du butyrate Cytoplasme Butyrate Oléate Oléate Système de transfert Acyl-CoA Synthétase Production de corps cétoniques Oléyl-CoA Matrice Oléyl-CoA ß-oxydation Corps cétoniques Butyryl-CoA 2 1 0 N Acétyl-CoA J Long-Chain Fatty Acids LCFA LCFAcyl-CoA Outer membrane Acyl-CoA Synthetase CoA-SH CPT I Carnitine Inner membrane Acyl-Carnitine TRANSLOCASE CPT II Matrix N J N = Nourri; J = à Jeun Mitochondrial transfer of Long-Chain Fatty Acids Cytosol Butyrate LCFAcyl-CoA ß-oxidation CoA-SH Evolution des activités enzymatiques et de l ’expression des gènes codant la CPT I et la CPT II CPT II J N 5 4 5 ARNm (Unités arbitraires) Activité (nmoles/min/mg prot.) CPT I J 3 2 1 0 N -1 0 1 15 21 50 jours J = à Jeun 4 J 3 2 J N N 1 0 -1 0 1 15 21 50 jours N = Nourri Production de corps cétoniques (µmoles/g/30 min.) Relation entre le contenu hépatique en carnitine et la capacité à oxyder les AGCL 7 200 6 5 100 3 1 4 2 0 0 250 Carnitine hépatique (nmoles/g) 500 1 Fœtus 2 Adulte nourri 3 Adulte nourri + AIS 4 Adulte nourri + Glucagon 5 Adulte à jeun 6 Nouveau-né 7 Adulte diabétique Effet d ’une perfusion de carnitine sur la production de corps cétoniques Nourri Nourri + Carnitine A jeun Production de corps cétoniques (µmoles/g/30 min.) 30 20 10 0 0 20 40 60 80 Minutes de perfusion Production de corps cétoniques (µmoles/100g) Relation entre le statut glucidique et lipidique du foie 160 140 120 100 80 60 40 20 0 10 20 30 40 Glycogène hépatique (mg/g) 50 Relation entre le métabolisme glucidique et lipidique dans le foie Palmitate Glycogène Synthase des acides gras Malonyl-CoA Acétyl-CoA Carboxylase Glucose Acétyl-CoA Pyruvate Acétyl-CoA Pyruvate OAA CO Lactate ATP citrate lyase cycle de Citrate Krebs Citrate 2 MITOCHONDRIE Mitochondrial transfer of Long-Chain Fatty Acids Cytosol Palmitate Outer membrane Acyl-CoA Synthetase Palmitoyl-CoA Palmitoyl-Carnitine Palmitoyl-CoA CoA-SH CPT I Carnitine Inner membrane Palmitoyl-Carnitine TRANSLOCASE CPT II Matrix Palmitoyl -CoA CoA-SH ß-oxidation Localisation du site d ’action du malonyl-CoA Concentration de malonyl-CoA Substrats 0µM 10 µM 20 µM % de la valeur contrôle [1-14C] Palmitate 100 15 4 [1-14C] Palmitoyl-CoA 100 20 6 [1-14C] Palmitoyl-carnitine 100 100 99 Définition de la sensibilité de la CPT I à l ’inhibition par le malonyl-CoA CPT I (% de l ’activité maximale) 100 Rat nourri Rat à jeun 50 0 0 15 30 45 Concentration de malonyl-CoA (µM) 60 Relation entre la sensibilité de la CPT I au malonyl-CoA et l ’oxydation des acides gras à chaîne longue Situations physiologiques ou pathologiques Oxydation des acides gras À chaîne longue Sensibilité de la CPT I au malonyl-CoA Naissance, allaitement Régime hyperlipidique Jeûne Diabète Sevrage Réalimentation Obésité Métabolisme des acides gras à chaîne longue dans le foie du rat nourri Glycogène Glucose Pyruvate Lactate AGCL Triglycérides (VLDL) Acyl-CoA Acyl-CoA CPT I Malonyl-CoA Acyl-CoA Pyruvate Acétyl-CoA Acétyl-CoA CC* OAA cycle de Citrate CO Krebs Citrate 2 MITOCHONDRIE * corps cétoniques Métabolisme des acides gras à chaîne longue dans le foie du rat à jeun Glucose AGCL Triglycérides Acyl-CoA Acyl-CoA CPT I Malonyl-CoA PEP OAA Acyl-CoA Malate Malate Acétyl-CoA Acétyl-CoA CC* OAA Pyruvate Citrate cycle de Citrate Krebs Pyruvate CO 2 MITOCHONDRIE Lactate * corps cétoniques Régulation hormonale de l ’oxydation des acides gras à chaîne longue AMPc + [malonyl-CoA] Sensiblité au malonyl-CoA + Acétyl-CoA CC CPT I Gène de la CPT I AGCL + AGCL 6 ARNm codant CPT I 3 600 300 0 N J 2 4 6 8 Age (heures) 100 0 Unités Arbitraires Gucagon Plasmatique (ng/ml) Insuline Plasmatique (ng/ml) Effets de l’environnement nutritionnel sur l’expression du gène codant la CPT I hépatique chez le rat Foetus N 80 60 40 20 0 0 J 10 Nouveau-nés de 6h Effet de la longueur de chaîne et du degré d ’insaturation de la chaîne carbonée des acides gras sur l ’expression des gènes codant la CPT I et la CPT II ARNm (Unités arbitraires) CPT II CPT I 4 3 2 1 0 Contrôle Octanoate C8:0 Palmitate C16:0 Oléate C18:1 Linoléate C18:2 Exemple de gènes contrôlés par les acides gras Acides Gras Poly-insaturés + Glut-4 Pyruvate Kinase Glucose-6-Phosphatase ATP Citrate Lyase Fatty Acid Syntase Spot 14 Stéaroyl-CoA Désaturase Leptine Saturés Mono-insaturés Poly-insaturés Fatty Acid Translocase CD36/FAT Fatty Acid Binding Protein Lipoprotéine Lipase Acyl-CoA Synthétase Acyl-CoA Oxydase Carnitine Palmitoyltransférase I Cytochrome P450A2 Phosphoénolpyruvate Carboxykinase (adipocytaire) Protéines Découplantes (UCP 2 et 3) Les métabolites et les voies de signalisation impliquées dans l’effet génique des acides gras Les métabolites Les acides gras libres (natifs) Les esters de CoA (Acyl-CoA) Les dérivés des voies des lipo- et cyclo-oxygénases (leucotriènes, prostacyclines, prostaglandines…) Les voies de signalisation Liaison directe des acides gras ou de leurs métabolites (PPAR, LXR, HNF-4, RXR, ROR, FXR…) Effets indirects liés à des changements dans l’activité ou dans l’abondance de facteurs de transcription (SREBP-1c, ChREBP, NF-κB, phosphorylation…) 1- Effet transcriptionnel des acides gras via la liaison à des récepteur nucléaires 2- Effet transcriptionnel des acides gras via des changements dans l’activité ou dans l’abondance de facteurs de transcription La famille des récepteurs nucléaires et leur structure protéique Récepteurs Endocrines Récepteurs Orphelins Adoptés Récepteurs Orphelins ERα, β, PR, AR, GR, MR, RARα, β, γ, TRα, β, VDR, EcR RXRα, β, γ , PPARα, β, γ LXRα, β, FXR, PXR/SXR, CAR, HNF-4α SF-1, LFRH-1, DAX-1, SHP, TLX, PNR, NGF-1α, β, γ, RORα, β, γ, ERRα, β, γ, RVRα, β, γ, GCNF, TR 2,4 COUP-TF Liaison du ligand Dimérisation N A/B C AF-1 Liaison à l ’ADN D E F AF-2 C Représentation schématique du mode d ’action des récepteurs nucléaires Complexe des Co-répresseurs HDAC Désacétylation des Histones RXR NR SMRT NRRE Ligand RXR NR Fixation du ligand Recrutement des co-activateurs SRC-1 Acétylation des Histones NRRE Transcription Dissociation des co-répresseurs Complexe des Co-activateurs HAT Ligand X Transcription Remodelage de la chromatine Distribution tissulaire et fonction des trois isoformes de PPAR PPARα PPARβ,δ PPARγ (NUC-1, FAAR) Expression Tissulaire Foie, Cœur, Rein BAT, Intestin, Muscle squelettique Ubiquitaire Tissus adipeux Macrophages Côlon Fonctions Principales Contrôle du métabolisme oxydatif des acides gras, Contrôle de l ’inflammation Différentiation (adipocyte et kératinocyte) Implantation de l ’embryon Différentiation adipocytaire Contrôle de l ’inflammation Ligands Naturels Leucotriène B4 PUFA PGI2 AG saturés et insaturés 15-OH PGJ2 PUFA Effets d’un régime riche en AGPI sur l’expression génique chez des souris PPARα(-/-) ACS, HMG-CoASynthase FABP, MCAD… (Unités arbitraires) +/+ Pyruvate kinase (Unités arbitraires) -/- +/+ Fatty Acid Synthase (Unités arbitraires) -/- +/+ 5 1 2,5 0,5 0,5 0 0 0 -/- 1 AGPI AGPI AGPI Rôle des récepteurs nucléaires dans l’effet transcriptionnel des acides gras Oxystérols Gènes cibles LXR ACC, FAS, SREBP-1c Apolipoprotéines Acides biliaires ROR ? + AGNE + Gènes cibles Acyl-CoA Insaturés Saturés + HNF-4α PPAR RXR Métabolisme des acides gras Transport Oxydation Protéines de liaison Cétogenèse FXR Gènes cibles Apolipoprotéines Pyruvate Kinase Glucose-6-phosphatase Transférine Acides biliaires 1- Effet transcriptionnel des acides gras via la liaison à des récepteur nucléaires 2- Effet transcriptionnel des acides gras via des changements dans l’activité ou dans l’abondance de facteurs de transcription Les Sterol Regulatory Element Binding Proteins (SREBP) Reticulum endoplasmique Gènes cibles 2 gènes SREBP-2 SREBP-1 SREBP-2 SREBP-1a SREBP-1c Ubiquitaire Lignées cellulaire, Rate, intestin Foie, Tissu adipeux Effets des AGPI sur l’expression de SREBP et de gènes cibles in vivo SREBP-1c (Unités arbitraires) Fatty Acid Synthase (Unités arbitraires) Pyruvate kinase (Unités arbitraires) 1 1 0,5 0,5 0,5 0 0 0 À jeun 1 Nourri HHCO Nourri HHCO + AG saturés Nourri HHCO +AGPI Régulation du facteur de transcription ChREBP Glucose 5 mM Glucose 25 mM Xylulose-5-P P4 P1 Xylulose-5-P P4 PP2A P3 N C ChREBP inactif PP2A P3 Noyau C C + C N ChREBP inactif N ChREBP actif P1 = Sérine 196 P4 = Sérine 568 P3 = Thréonine 666 Effet des acides gras sur le métabolisme du glucose Glucose-6-Phosphate déshydrogénase SREBP-1c mU/mg prot. INSULINE Glucose Glucokinase G 5 mM G 25 mM 1,6 G 25 mM+AGPI 0,8 0 Glucose-6-Phosphate Xylulose-5-Phosphate Shunt des Pentoses Phosphate Xylulose-5-Phosphate nmoles/106 cell. Frutose-6-Phosphate Pyruvate 1,2 0,6 0 Résumé de l’effet indirect des acides gras dans la régulation des gènes LXR SREBP-1c PUFA Glucose G6PDH P SREBP-1c ChREBP PP2A G6P X-5-P P P PP2A PEP ChREBP L-PK pyruvate FAS, ACC Nucleus Fatty acids
