ACIDE GRAS ET INSULINORESISTANCE Jean-François Tanti Directeur de Recherche CNRS INSERM U568, Signalisation Moléculaire et Obésité Faculté de Médecine, Nice Journées de la SFBBM, 13-14 Septembre 2007, Dijon

CAPTATION ET UTILISATION FACTEURS GENETIQUES FACTEURS ACQUIS (surpoids/obesité) INSULINORESISTANCE ADIPOCYTES MUSCLES FOIE PRODUCTION DE GLUCOSE CAPTATION ET UTILISATION DU GLUCOSE ANOMALIES CELLULES b PANCREATIQUES DIABETE TYPE 2

ROLE POTENTIEL DU TISSU ADIPEUX DANS LE DEVELOPPEMENT DE L ’INSULINORESISTANCE

DISLIPIDEMIE CHEZ LES DIABETIQUES Augmentation . Triglycerides . VLDL . LDL . Small, Dense LDL . Apo B Diminution . HDL . Apo A-I

AGL Plasmatiques (µmol/L) VARIATIONS DES CONCENTRATIONS D ’ACIDES GRAS LIBRES CHEZ DES SUJETS DIABETIQUES DE TYPE 2 ET TEMOINS 800 Diabétiques de type 2 Témoins 600 AGL Plasmatiques (µmol/L) 400 200 8 10 12 14 16 18 20 HEURES D’après Girard J, Médecine Sciences, 2003,19:827-833

LA LIPOLYSE EST AUGMENTEE LORS DE L’OBESITE

LE CONCEPT DE LIPOTOXICITE

LE CONCEPT D’INFLAMMATION leptine adiponectine resistine oestrogènes etc…. normal Tissu adipeux leptine Adiponectine TNFa IL-1 IL-6 MCP-1 obésité Insulin Resistance Tissu adipeux

ACCUMULATION ECTOPIC D’ACIDE GRAS SENSIBILITE A L’INSULINE ET SENSIBILITE A L’INSULINE

EFFET DE L’ INFUSION DE LIPIDE CHEZ DES VOLONTAIRES SAINS SUR LE METABOLISME DU GLUCOSE Roden & Shulman, J Clin Invest, 1996 Controle Lipides 0 60 120 180 240 300 360 Time (min) 0 60 120 10 240 300 360 Time (min) 0 60 120 180 240 300 360

RELATION ENTRE LE CONTENUE MUSCULAIRE EN TRIGLYCERIDE ET LA SENSIBILITE À L ’INSULINE 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Triglycerides associées au muscle (mmol/g de poids du tissu) 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 (clamp log10 mol/l) (mg/min.kg FFM+17.7 Sensibilité à l ’insuline r=-0.53 P<0.0006 D ’après Kelley DE et al Diabetes Care, 2001, 24:933-941

Taux d’infusion de glucose L’INACTIVATION DU TRANSPORTEUR D ’ACIDE GRAS FATP1 PROTEGE CONTRE L’INSULINORESISTANCE INDUITE PAR UN EXCES DE LIPIDE WT 300 100 200 300 400 Contrôles Infusion Régime lipides gras Contrôles Infusion Régime lipides gras FATP1- /- 200 Taux d’infusion de glucose (µmol/kg/min) Captation de glucose (nmol/g/min) 100 Kim JK et al, J.Clin.Invest, 2004,113, 756

LE CYCLE GLUCOSE-ACIDE GRAS: HYPOTHESE DE RANDLE

Roden & Shulman, J Clin Invest, 1996 UNE INFUSION DE LIPIDE CHEZ DES VOLONTAIRES SAINS DIMINUE LE TAUX DE GLUCOSE-6-PHOSPHATE Roden & Shulman, J Clin Invest, 1996

LES ACIDES GRAS INTERFERENT AVEC LA SIGNALISATION INSULINIQUE HYPOTHESE DE SHULMAN IRS-1/2 Glucose Transport PKB aPKC + P p110 p85 P + Anti-Lipolytic effects PDE 3B - - + Glycogen Synthesis (muscle, liver) mTOR GSK3 + Forkhead PEPCK 4EBP1 eIF2B Translational regulation Liver Glucose production

Tyrosine Phosphorylation d ’IRS-1 UNE INFUSION DE LIPIDE INHIBE LA TYROSINE PHOSPHORYLATION D’IRS-1 PAR L ’INSULINE DANS LES MUSCLES DE RATS 600 400 Tyrosine Phosphorylation d ’IRS-1 (% du Basal) 200 Basal Insuline Lipide + Insuline D ’après Griffin et al, Diabetes, 1999, 48,1270

MECANISMES MOLECULAIRES IMPLIQUES DANS L’ALTERATION DE LA SIGNALISATION INSULINIQUE INDUITE PAR LES ACIDES GRAS

EXCESSIVE PRODUCTION DE METABOLITES LIPIDIQUES TOXIQUES DANS LE MUSCLE ET LE FOIE D’OBESES Corcoran et al, Am J Clin Nutr, 2007, 85, 662

LES ACIDES GRAS SONT DES LIGANDS DES TOLL-LIKE RECEPTEUR 4 FFA

CONSEQUENCES DE L’ACTIVATION DES TOLL-LIKE RECEPTEURS-4 PAR LES ACIDES GRAS ERK

LA SERINE PHOSPHORYLATION D’IRS-1: UN MECANISME INHIBITEUR PARTAGE PAR LES ACIDES GRAS ET DIFFERENTS AGENTS DIABETOGENES

LA SERINE PHOSPHORYLATION D’IRS-1 INHIBE SA FONCTION

HYPERINSULINEMIE ET SERINE PHOSPHORYLATION D ’IRS-1 PI 3-Kinase P PH PTB S307 S612 S632 Y608 Y628

LES SERINES 307/612/632 D’IRS-1 SONT PHOSPHORYLEES EN REPONSE A L ’INSULINE Gual et al, Diabetologia, 2003, 46, 1532 IRS1 Blot anti-pSer612 Insuline : - + Blot anti-pSer307 IP anti-IRS1 Blot anti-pSer632

SITES ET SERINE KINASES IMPLIQUEES DANS LA SERINE PHOSPHORYLATION D’IRS-1 EN RESPONSE A L’INSULINE mTOR JNK Diminution de l’interaction IRS-1/PI3K Ser307 PH PTB PI3K binding sites IRS-1 Y608 Ser612 Y628 Ser632 Diminution de l’interaction IR-IRS1 Augmentation de sa dégradation ERK PKC z mTOR INSULINE

Le TNFa ou des stress cellulaires augmentent la serine phosphorylation d ’IRS-1 Osmotic stress mTOR Oxidative Gual et al, J Biol Chem 2003, 278, 26550 IKK ß JNK-1 IRS-1 Serine Phosphorylation T N F a R TNFa Plasma Glucose GT4 Glucose

UNE INFUSION DE LIPIDE AUGMENTE LA PHOSPHORYLATION DE LA SERINE 307 D ’IRS-1 U Yu et al, J. Biol.Chem, 2002, 277, 50230 8 6 4 2 GLYCEROL LIPIDE Phosphorylation Ser307 d ’IRS-1

LA SERINE PHOSPHORYLATION D ’IRS-1 PAR IKK ß OU JNK1 EST IMPLIQUEE DANS L ’EFFET INHIBITEUR DES ACIDE GRAS Osmotic stress mTOR Oxidative JNK-1 IRS-1 Serine Phosphorylation T N F a R TNFa IKK ß Plasma Glucose GT4 Glucose q PKC Fatty Acyl CoA Diacyglycerol ceramide Fatty Acids Hypothèse de Shulman

Bouzraki et al, Diabetes, 2003, 52, 1319 Tyrosine phosphorylation INHIBITION DE LA SIGNALISATION INSULINIQUE DANS LES CELLULES MUSCULAIRES DE PATIENTS DIABETIQUE Bouzraki et al, Diabetes, 2003, 52, 1319 Activité PI 3-kinase associée à IRS-1 Tyrosine phosphorylation d’ IRS-1 30 3 - insuline + insuline 2 20 1 10 Controle Diabetique Controle Diabetique

Bouzraki et al, Diabetes, 2003, 52, 1319 IRS-1 EST PHOSPHORYLE SUR LA SERINE 632 DANS LES CELLULES MUSCULAIRES DE PATIENTS DIABETIQUES Bouzraki et al, Diabetes, 2003, 52, 1319 arbitrary units 1 2 3 4 Control Diabetique Insuline : - + IB: a-pSer632 IP a -IRS-1

CONSEQUENCES DE L’INHIBITION DES VOIES DE SIGNALISATION ACTIVEES PAR LES ACIDES GRAS SUR LA SENSIBILITE A L’INSULINE APPORT DES MODELES D’ANIMAUX GENETIQUEMENT MODIFIES

ERK

L’INVALIDATION DES TOLL-LIKE RECEPTEURS 4 NE MODIFIE PAS LA PRISE DE POIDS Poggi et al, Diabetologia, 2007, 50, 1267 WT TLR4 -/- TLR4 -/- WT

L’INVALIDATION DES TOLL-LIKE RECEPTEURS-4 AMELIORE L’UTILISATION DU GLUCOSE PAR LE TISSU ADIPEUX Poggi et al, Diabetologia, 2007, 50, 1267 TLR4 -/- WT TLR4 -/- WT

L’INVALIDATION DES TOLL-LIKE RECEPTEURS-4 DIMINUE LA STEATOSE HEPATIQUE Poggi et al, Diabetologia, 2007, 50, 1267 TLR4 -/- WT TLR4 -/- WT WT TLR4-/- TLR4-/- WT

L’INVALIDATION DES TOLL-LIKE RECEPTEURS-4 PROTEGE DE L’INSULINORESISTANCE INDUITE PAR UNE INFUSION DE LIPIDE Maia et al, J Clin Invest, 2007, 11, 3015

ERK

IMPLICATION DES JNK DANS L’INSULINORESISTANCE - L ’activité JNK est augmentée dans le foie , les muscles, les adipocytes de souris obèses (ob/ob ou régime riche en graisse) ainsi que dans les adipocytes de patients diabétiques de Type 2 - Souris Jnk1 -/- sont partiellement protégées de l’obésité et de l’insulinorésistance induite par un régime riche en graisse. - La phosphorylation de la Ser307 d’ IRS-1 est augmentée dans le foie de souris WT obèses et sa tyrosine phosphorylation diminuée. Souris Jnk1-/- sous régime riche en graisse: pas d ’augmentation de phosphorylation de la Ser307 et tyrosine phosphorylation d’IRS-1 améliorée - Les souris ob/ob-Jnk1-/- sont protégées partiellement contre l ’obésité, la résistance à l’insuline et le diabète .

ERK

IkB KINASEs (IKKß) ET INSULINORESISTANCE - Les souris IKKß +/- sont protégées de l ’insulinorésistance induite par un régime riche en graisse. - L ’invalidation partielle du gène Ikkß chez les souris ob/ob améliore leur métabolisme lipidique et glucidique -Salicylate (120mg/kg/j) améliore la résistance à l ’insuline des rats ou des souris obéses. - Des doses élevées d’aspirine améliorent le métabolisme lipidique et glucidique de patients diabétiques de type 2 Salicylates

Aspirine 7g/jour pendant 2 semaines. EFFET DE 2 SEMAINES DE TRAITEMENT A L ’ASPIRINE SUR LE METABOLISME DU GLUCOSE CHEZ DES DIABETIQUES DE TYPE 2 Hundal et al, J Clin, Invest, 2002, 109, 1321). Protocole: 9 sujets (6M/3F) Age 48 ans BMI 37 Aspirine 7g/jour pendant 2 semaines.

Avant Aspirine Après Aspirine Glycémie à jeun (g/l) 1,64 1,25 (-24%) Triglycérides (g/l) 2,27 1,17 (- 48%) Cholesterol total (g/l) 2,12 1,81 (- 15%) HDL (g/l) 0,38 0,34 (-10%) C-reactive protein( mg/dl) 0,71 0,59 (-17%) AG plasmatique( µM) 727 379 (-50%) Production de glucose 2,1 1,6 (-25%) (mg/kg/min) Infusion glucose (clamp) 4,9 5,9 (+16%) (mg/min/kg) Oxydation du glucose Basal (mk/kg/min) 0,8 0,9 Clamp (mg/kg/min) 1,3 1,7

ERK

CONSEQUENCES METABOLIQUES DE L’INVALIDATION DE ERK1 CHEZ LES SOURIS GENETIQUEMENT OBESES erk1-/- ob/ob x erk1-/-, ob/ob

L’INVALIDATION DE ERK1 CHEZ LES SOURIS ob/ob N’EMPECHE PAS LE DEVELOPPEMENT DE L’OBESITE 45 ob/ob erk1-/- ob/ob wt 40 35 30 Poids des souris (g) 25 20 15 10 3 4 5 6 7 8 Semaines

L’ABSCENCE DE ERK1 AMELIORE LA TOLERANCE AU GLUCOSE ET A L’INSULINE DES SOURIS OBESES ob/ob

L’ABSCENCE DE ERK1 AMELIORE LES PARAMETRES METABOLIQUES DES SOURIS OBESES ob/ob

L’ABSCENCE DE ERK1 AMELIORE LA STEATOSE HEPATIQUE DES SOURIS OBESES ob/ob

CONCLUSION Deux mécanismes importants pour le développement de la résistance à l’insuline: la Lipotoxicité et l’Inflammation. L’expansion du tissu adipeux est à l’origine de ces deux phénomènes Les acides gras jouent un rôle importants dans ces deux phénomènes: . L’ accumulation de triglycerides dans le muscle/le foie entraîne la formation de métabolites qui inhibent la signalisation insulinique . Les acides gras en se liant au récepteurs TLR4 augmentent la réaction inflammatoire et créent un cercle vicieux inflammation-lipolyse - Les acides gras activent des serine kinases (IKK, JNK, ERK, PKC) qui inhibent la signalisation de l’insuline. Un des mécanismes important est la phosphorylation d’IRS-1 sur serine par ces kinases. - L’inhibition des voies de signalisations activées par les acides gras améliore la résistance à l’insuline

CNRS UMR 6543, Nice INSERM U 568, Nice J Jager P Gual T Grémeaux B Binétruy F Bost JF Tanti G Pagès J Pouysségur INSERM U 626, Marseille MC Alessi

Yannick LE MARCHAND-BRUSTEL COLLABORATIONS INSERM U449 LYON Karim BOUZAKRI Hubert VIDAL, INSERM U 568 Philippe GUAL Thierry GREMEAUX Teresa GONZALES Romain BARRES Jean-François TANTI Yannick LE MARCHAND-BRUSTEL