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Transport, captage, métabolisme et mobilisation des acides gras dans le tissu adipeux de lhomme. Max LAFONTAN Directeur de Recherches Inserm Inserm Unité

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1 Transport, captage, métabolisme et mobilisation des acides gras dans le tissu adipeux de lhomme. Max LAFONTAN Directeur de Recherches Inserm Inserm Unité 858 IFR-31, Institut Louis Bugnard, I2MR BP TOULOUSE cedex 4, France

2 De ladipocyte isolé… à la physiologie Etudes sur le métabolisme des acides gras dans ladipocyte ont été effectuées in vitro sur: - des adipocytes murins issus des lignées cellulaires 3T3-L1, 3T3-F442A ou ob17, - des adipocytes matures isolés de rats, de souris et humains, - des précurseurs adipocytaires murins et humains issus de la fraction stroma-vasculaire du tissu adipeux ou des cellules souches (hMADS) et différenciés en adipocytes in vitro. Apport majeurs des études de transgenèse et dinvalidation de gènes chez la souris. Travaux de physiologie beaucoup plus rares chez lhomme (bilans des différences artério-veineuses, microdialyse, études cinétiques avec des isotopes stables….).

3 Foie Corps cétoniques et CO 2 VLDL Tissu adipeux TG LPL Intestin grêle Muscle, myocarde, cortex rénal, etc. CO 2 AGNE Chylomicrons ( via voie lymphatique ) Nutriments (lipides, protéines, glucides, micronutriments…) ATGL/LHS LPL TAG AG AGNE TG AGNE

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6 Flux transcapillaire des acides gras dans le tissu adipeux humain Efflux des acides gras (mobilisation des lipides) Influx des acides gras Changement rapide après le jeûne induit par la réalimentation Repas Mesure des différences artérioveineuses Frayn KN, Diabetologia, 2002, 45:

7 Acides gras Acides gras TG LIPASES Acides gras Glycérol Acides gras Glycérol Acides gras libres (AGNE) Albumine Dépôt de lipides (stimulé par linsuline) Mobilisation des lipides (supprimée par linsuline) Chylomicrons, Particules VLDL Lipoprotéine lipase Voies de stockage et de mobilisation des lipides dans le tissu adipeux humain LPL: Lipoprotéine lipase; HSL, lipase hormono-sensible; TG, triacylglycerol (triglycerides) TG Glucose estérification TG Stimulée par catécholamines et les peptides natriurétiques

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9 AG AGNE-Albumine TG ATGL LHS/LMG ADIPOCYTES TG LPL - Insuline + ASP (Acylation stimulating protein) + Insuline – Catécholamines + Peptides natriurétiques + (ANP et BNP) Echanges lipides plasmatiques / tissu adipeux Lipoprotéine lipase TG lipase de ladipocyte Lipase hormono-sensible Lipase des monoglycérides Chylomicrons TG Proteoglycans heparan sulfate (HSPG) Endothelium capillaire Lumière capillaire

10 Structure primaire du glycosylphosphatidylinositol-anchored high density lipoprotein binding protein 1 (GPIHBP1) Domaine chargé négativement (17-25 résidus sont des glutamates ou aspartates chez la souris Motif Ly6 UPAR contenant de multiples cystéines Motif hydrophobe carboxyterminal assurant lancrage avec un glycosylphosphatidylinositol UPAR:urokinase type plasminogen activator Young SG et al, Curr. Opin. Lipidol., 2007, 18:

11 Beigneux AP et al. Cell Metabolism, 2007, 5: Liaison de la lipoprotéine lipase et des particules de chylomicron par GPIHBP1- à la surface luminale de la cellule endothéliale capillaire Domaines structuraux de GPIHBP1 liant la LPL ou les chylomicrons ne sont pas connus. Proteoglycans heparan sulfate (HSPG) peuvent aussi lier LPL. contribution respective des deux structures reste à définir.

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13 Albumine VLDL Chylo microns FATP-1/4 FAT/ CD36 FABP pm ALBP ACBP CoA Acyl-CoA AG ACS AG CoA AG Oxydation/esterification/acylation Transduction du signal - Expression gènes Membrane plasmique Daprès Koonen DPY et al. BBA, 2005, 1736:163

14 Stump, D. D. et al. J. Lipid Res. 2001;42: Proportions relatives de [ 3 H]OA non-estérifié et esters tritiés (mono-, di-, triglycerides) dans des adipocytes de rat - Captage de lacide oléique linéaire (20-30s) et estérification rapide - Le captage seffectue par un mécanisme saturable et un flip-flop passif.

15 Pohl J. et al., Mol. Biol. Cell, 2005, 16: Localisation des protéines impliquées dans le captage des acides gras à longue chaîne dans ladipocyte. 4-7 membrane Plasmique 8-13: Golgi 14-18: reticulum endo. Fractionnement cellulaire

16 Captage des acides gras à longue chaîne (LCFA) et expression de FATP dans les préadipocytes et adipocytes 3T3-L1 Western blot FATP 1 et 4 Northern blot of Poly(A + ) mRNA Captage de lacide cis-parinaric adipocytes préadipocytes Stahl A. et al. Dev. Cell, 2002, 2:

17 Western blots FATP-1 et FATP-4 dans des fractions membranaires dadipocytes 3T3-L1- Effet dune stimulation insulinique PM: membrane plasmique LDM: membranes faible densité HDM: memebranes haute densité PEL: culot Membrane plasmique 3T3-L1 Adipocytes epididymaires PM- adipocytes epididymaires

18 Effet de linsuline sur le captage des acides gras par les adipocytes 3T3-L1 Stahl A. et al. Dev. Cell, 2002, 2: [14C]oleate

19 Topologie membranaire des FATP activité acyl-CoA synthase Lewis et al. JBC, 2001, 276: Influx couplé à lestérification « metabolic trapping » AMP-binding site

20 Effets de linsuline sur la régulation de GLUT4 et FATP-1/4

21 Pohl J. et al., Mol. Biol. Cell, 2005, 16: FAT/CD36 est localisée de façon exclusive dans les radeaux lipidiques (rad.lip.) (riches en sphingolipides et cholestérol). - Destruction des rad. Lip. (cyclodextrine) ou inhibition CD36 perturbent le captage de loléate marqué. - FAT-CD36 est impliqué dans le captage AGL médié par rad.lip. Autres fractions membranaires intracellulaires Membrane plasmique Membranes résistantes aux détergents Membranes solubles par détergents Translocase des acides gras FAT/CD36

22 Stahl et al, Trends in Endocrinol. Metab., 2001, 12:266 Acyl-CoA synthase (ligase) Acyl-CoA binding protéine Fatty acid binding protéine Systèmes protéiques impliqués dans le transport des AG à longue chaîne Radeaux lipidiques - cavéolines FAT/ CD36 FATP-1/-4

23 QUELQUES REMARQUES: Capacité lipogénique (néosynthèse dAG) réduite dans le tissu adipeux humain – différence avec les rongeurs. Devenir des acides gras captés par ladipocyte Estérification rapide des acides gras selon les voies bien identifiées. Captage des AG dans ladipocyte humain – Présence des mêmes transporteurs dAG que ceux identifiés dans les adipocytes 3T3-L1

24 Letexier, D. et al. J. Lipid Res. 2003;44: Western blot du précurseur SREBP-1c (A) et mature SREBP-1c (B), (intensité relative / mg de tissu) humain Rat Bas niveau dexpression de -fatty acid synthase (FAS), -acetyl-CoA carboxylase 1 - ChREBP: carbohydrate response element binding protein Autres gènes:

25 Voies de biosynthèse des triacylglycerol glycerol-3-phosphate acyltransferase 1-acylglycerol-3-phosphate acyltransferase (AGPAT) phosphatidate phosphohydrolase diacylglycerol acyltransferase monoacylglycerol- acyltransferase Monoacylglycerol Monoacylglycerol pathway

26 Chen HC et al.,Trends Cardiovasc. Med., 2000, 10: 188 DGAT ( acyl CoA:diacylglycerol acyltransferase ) est une enzyme-clé de la synthèse des TG, elle catalyse létape finale de la synthèse de TG dans ladipocyte. DGAT

27 Bower, J. F. et al. Am J Physiol Endocrinol Metab 290: E87-E Captage de l [ 3 H]oleate par les adipocytes issus du tissu adipeux omental de femmes afro-méricaines et caucasiennes

28 Bower, J. F. et al. Am J Physiol Endocrinol Metab 290: E87-E Western blots représentatifs des protéines transporteurs dacides gras FAT/CD36 et FATP-4 dans le tissu adiepux omental de femmes Afro-Americaines (AAW) et Caucasiennes (CAW)

29 Bower, J. F. et al. Am J Physiol Endocrinol Metab 290: E87-E

30 Shadid S. et al. Diabetes 56: , 2007 Différences dans le captage des AGNE dans le tissu adipeux selon la nature du dépôt et le sexe chez des patients normaux upper-body subcutaneous lower-body fat Captage des NEFAs différent selon le dépôt - Captage des NEFAs plus important chez la femme - Pas de différences selon le dépôt chez la femme

31 Shadid S. et al. Diabetes 56: , 2007 Expression des gènes des transporteurs dacides gras -Expression plus importante des trois transporteurs dans le tissu abdominal que dans le fémoral chez lhomme. -Expression plus importante de FAT/CD36 et FATP-4 dans le tissu abdominal et fémoral de la femme par rapport à lhomme. Pas de différences inter-dépôt.

32 Régulation de la lipolyse et mobilisation des acides gras non estérifiés. Les lipases du tissu adipeux (ATGL, LHS, LMG…) Les protéines péri-gouttelette lipidique (périlipines,CGI-58) Linsuline active la phosphodiestérase3B AMPc Les systèmes lipolytiques (système nerveux orthosympathique et peptides natriurétiques) et antilipolytiques (insuline, adénosine, prostaglandines E 1 /E 2, NPY/PYY, acide nicotinique…).

33 LA TG LIPASE DE LADIPOCYTE (ATGL) et LA LIPASE HORMONO-SENSIBLE (LHS) TriacylglycérolDiacylglycérolmonoacylglycérol glycérol AGL ou (Acides gras non estérifiés) AGL LHS LMG ATGL : triglycéride lipase de ladipocyte LHS : Lipase hormono-sensible, LMG : Lipase des mono-acylglycérides, AGL : Acide gras libre (acide gras non estérifié) Elle sont responsables de l'hydrolyse des triglycérides dans ladipocyte, l hydrolyse terminale est assurée par la LMG: ATGL

34 La lipase des triglycérides (ATGL) récemment identifiée hydrolyse exclusivement les triglycérides de ladipocyte génère des diglycérides Triolein hydrolysis (%) LHS BasalBAYBasalBAY ATGL P<0.05 Cellules Cos7 transfectées Structure chimique du BAY Inhibiteur spécifique de LHS Langin et al., Diabetes, 2005, 54:3190

35 ANPBay + ANP Bay + Iso BayIsoBasal P<0.05 Glycerol release Fatty acid release ANPBay + ANP Bay + Iso BayIsoBasal P<0.05 Inhibition de la lipolyse dans ladipocyte humain par le BAY Langin et al., Diabetes, 2005, 54:3190

36 Données en faveur dun rôle majeur de la LHS dans le tissu adipeux humain. Purification d une seule lipase de triglycérides active à pH neutre: la LHS Test d activité enzymatique en présence d anticorps anti LHS Inhibition à 95 % Forte corrélation entre la densité en LHS, l activité enzymatique et la lipolyse maximale

37 Non phosphorylée par la protéine-kinase A (PKA): Nécessaire à la rétention des lipides stockés dans la gouttelette lipidique du tissu adipeux. Phosphorylée par la PKA et la PKG: Nécessaire pour mobiliser les réserves lipidiques lors dune stimulation hormonale de la lipolyse: -Permet laccessibilité de la gouttelette lipidique à la LHS -Libère la protéine CGI-58 activatrice de lATGL. Périlipine : Rôle critique dans le métabolisme du tissu adipeux et la lipolyse Non phosphorylée, elle assure la rétention de la protéine CGI-58, régulatrice de lactivité de lATGL.

38 Effet dune stimulation des bêta-récepteurs dadipocytes 3T3-L1 Périlipine LHS Etat basal (non stimulé) 60 minutes après la stimulation Stimulation par isoproterenol Translocation de la LHS

39 1, 2 2 cAMP ATP 5'AMP LHS Triacylglycerol LMG ACAC Noradrénaline et adrénaline Gs LHS P FFA glycerol Membrane plasmique P Insuline PDE3B IRS-1 PI3K reg PI3K cat PKB PKA Peptides Natriurétiques (ANP & BNP) GC cGMP ATGL DiacylglycerolMonoacylglycerol Les signaux lipolytiques et antilipolytiques dans ladipocyte humain Gi Autres systèmes inhibiteurs: adénosine NPY/PYY, PGI 2 P PKG P NPR-A Réc-Ins récepteurs

40 PKA LHS AGNE + glycérol Triglycérides LHS AC Gs ATP AMPc Triglycérides PERILIPINE P P P P Gi PKG GMPc GTP NPR-A 1/2 -RA 2 -RA P P P GC Gouttelette lipidique ADIPOCYTE HUMAIN CGI-58 ATGL CGI-58 Peptides natriurétiques catécholamines PDE-3B ?

41 Membrane plasmique LHS Gouttelette lipidique FABP4 ATGL FABP4 captagelipolyse Esterification métabolisme signalisation Insulino-résistance Appelations: FABP-4 ALBP aP2 P422 p15 Transport intracellulaire des acides gras par FABP-4 Daprès Vogel Hertzel A and Bernlohr DA, TEM, 2000, 11:175

42 Relations entre la longueur de la chaîne et le niveau dinsaturation des acides gras Les acides gras sont mobilisés en fonction de la longueur de la chaîne carbonée et du niveau dinsaturation dans ladipocyte humain Relations entre le niveau dinsaturation des acides gras et la longueur de la chaîne. Mobilisation des acides gras dans ladipocyte humain Raclot et al., Biochem J., 1997, 324:

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44 Mittendorfer B. at al., 2004, AJP, 286:E354-E362 Taux dapparition du palmitate (Ra) induite par 90 min dexercice en fonction de la masse grasse. (comparé au repos) chez des sujets maigres et obèses

45 Nielsen S. et al., JCI, 2004, 113: Provenance [%] des AGNE systémiques chez lhomme et la femme. (TA jambe, TA splanchnique et TA abdominal non splanchnique) * P<0.05 vs. maigres TAV nest pas la source de la majorité des NEFA systémiques % de la libération des AGNE jambesplanchniquedépôts adipeux sc non-splanchnique ** * * * * Femmes maigres Hommes maigres Femmes obèses Hommes obèses

46 TRIGLYCERIDES AG Synthèse? Synthèse glycérolipides Albumine AG DG MG AG Glycérol MGAT DGAT ATGL LHS LMG Glycérol + AG périlipine CGI-58 Adipocyte humain Enzymes estérification Lipases FABPpm FAT/CD36 FATP-1/-4 AG AQP7 FABP-4

47 Bactéries, LPS Acides gras dérivés des bactéries (acide laurique) Alimentation et Acides gras saturés dérivés (acide palmitique) TLR4 Les acides gras seraient susceptibles de promouvoir linsulino-résistance via lactivation de récepteurs « Toll-like » tels que TLR4 (importants dans la médiation de la réponse immunitaire innée aux pathogènes bactériens). Cytokines pro-inflammatoires Adipokines & cytokines pro-inflammatoires Cytokines pro-inflammatoires Insulino-résistance Muscle-tissu adipeux-foie Daprès Shi H et al. J. Clin. Invest. 2006, 116: MACROPHAGES TLR4 Bactéries -Insaturés et ac. oléique moins deffets -Polyinsaturés 3 sans effet

48 Effets spécifiques des acides gras saturés sur la réponse lipolytique induite par les catécholamines dans le tissu adipeux humain. PROTOCOLE : -Adipocytes isolés incubés pendant deux heures avec des AG saturés (AGS) ou polyinsaturés réponse lipolytique avant-après. - Patients non-obèses ingérant ration hyperlipidique enrichie en AGS - Test de mobilisation des lipides induite par lexercice - Analyse des effets alpha 2 -adrénergiques inhibiteurs avant/après. - Patients obèses ingérant ration hyperlipidique enrichie en AGS - Test de mobilisation des lipides induite par lexercice - Analyse des effets alpha2-adrénergiques inhibiteurs avant/après. CONCLUSION: Perte de la réponse alpha 2 -adrénergique in vitro et in vivo. Mécanismes restent à décrypter.

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