Les mécanismes de régulation du métabolisme lipidique par les peptides QRFP (pyroglutamylated RF-amide peptides)

Abstract

Plusieurs cibles thérapeutiques dans le développement de médicaments contre l’obésité visent une diminution de l’appétit et de la masse adipeuse et à augmenter la dépense énergétique. L’appétit et le métabolisme énergétique sont régulés par certains neuropeptides qui agissent au niveau du système nerveux central, notamment dans l’hypothalamus. Parmi ces neuropeptides, les peptides RF-amide ou QRFP (pyroglutamylated RF-amide peptides), ainsi nommés par la présence du motif conservé Arg-Phe-NH2 dans le domaine C-terminal, induisent une hyperphagie et une augmentation de la masse adipeuse lorsqu’administrés par voie centrale. Les formes bioactives de ces peptides comprennent principalement 43 (QRFP-43) et 26 (QRFP-26) acides aminés. Outre les peptides QRFP, leurs récepteurs, les GPR103 de la famille des récepteurs à 7 passages transmembranaires couplés aux protéines G, sont exprimés dans l’hypothalamus. Plus récemment, des études ont montré la sécrétion de ces neuropeptides, et la présence du GPR103, dans le tissu adipeux. Cependant, le rôle de la voie signalétique (QRFP/GPR103) dans la régulation du métabolisme lipidique au niveau périphérique est peu connu. Les travaux de cette thèse ont porté sur la caractérisation des effets adipogéniques périphériques des neuropeptides QRFP. En premier lieu, nos travaux ont montré que les adipocytes 3T3-L1 et les adipocytes murins isolés des dépôts adipeux blancs expriment le prépro-QRFP et uniquement le récepteur GPR103B, un des deux sous-types de récepteurs présents chez la souris. De plus, nous avons montré que l’expression du récepteur est régulée par une diète riche en lipides réduisant l’expression du prépro-QRFP, mais augmentant celle du GPR103B dans les dépôts lipidiques. Chez l’humain, les adipocytes de l’omentum expriment autant le GPR103 que le prépro-QRFP. Nous avons de plus étudié la fonctionnalité du GPR103B dans les adipocytes 3T3-L1 par l’utilisation d’ARN interférents. Nous avons observé que ce récepteur médie les effets adipogéniques des QRFPs en augmentant l’expression du récepteur nucléaire PPAR-gamma (peroxisome proliferator-activated receptor gamma) et le facteur de transcription C/EBP-alpha (CCAAT-enhancer binding protein alpha) résultant en une accumulation des triglycérides. Nous avons aussi mis en évidence les effets anti-lipolytiques des QRFPs. En effet, les QRFP inhibent fortement la lipolyse induite avec l’isoprotérénol. L’étude des mécanismes moléculaires à l’origine des effets anti-lipolytiques du QRFP-43 a montré l’activation de la voie de signalisation PI3-K/PKB (phosphatidylinositol 3-kinase/protéine kinase B) en réponse à la stimulation du GPR103B. La réponse anti-lipolytique induite par le QRFP-43 est associée à une diminution de la phosphorylation de la périlipine A (PLIN1a) et de la lipase hormono-sensible (HSL). Nos études ont élucidé les mécanismes conduisant à l’inhibition de la phosphorylation de la PLIN1a en réponse à l’activation du GPR103B, impliquant l’inhibition de la migration de la cavéoline 1 et de la sous unité catalytique de la protéine kinase A (PKA) au niveau des gouttelettes lipidiques, ainsi que l’inhibition de l’activité des Src kinases et de la protéine kinase C (PKC). En conclusion, nos travaux ont montré que les QRFP-43 et -26 exercent un effet adipogénique et anti-lipolytique dans les adipocytes, mettant ainsi en évidence le rôle des neuropeptides QRFPs dans la régulation du métabolisme lipidique au niveau adipocytaire.

Anti-obesity therapies mostly focused on development of centrally-acting drugs, which also promote weight loss properties. Many studies have documented the relevance of neuroendocrine peptides in the hypothalamus and their influence on the regulation of energy balance. Some neuropeptides have been reported to be expressed and secreted by the adipose tissue where they modulate lipid metabolism, reflecting the importance between hypothalamus and adipose tissue. Among neuropeptides that regulate appetite, QRFP (pyroglutamylated RF-amide peptides) was reported to have hyperphagic properties associated with an increase of adipose mass over lean mass in mice. Both QRFP and its receptor GPR103 are expressed in the hypothalamus of many spices. However, whether QRFP peptides and its receptor are involved in peripheral lipid metabolism is still unknown. This thesis focused on the peripheral effects of QRFP and the role of its receptor on adipose tissue. The results presented here show that QRFP-43 and -26 have direct adipogenic effects on both 3T3-L1 adipocytes and isolated adipocytes from white adipose tissue (WAT). Indeed, we found that prepro-QRFP and the GPR103B receptor, which is one of the two GPR103 sub-types found in mice, are expressed in 3T3-L1 adipocytes and in WAT isolated adipocytes. When mice are fed with high-fat diet, prepro-QRFP expression was reduced whilst GPR103B was increased in different WAT. In human omental adipocytes, both prepro-QRFP and GPR103 are expressed. QRFP treatment on 3T3-L1 adipocytes inhibits isoproterenol (ISO) induced-lipolysis and promotes adipognesis trought fatty acid uptake and expression of key adipogenic transcription factors, PPAR-gamma (peroxisome proliferator-activated receptor gamma) and C/EBP-alpha (CCAAT-enhancer binding protein alpha). The functionality of the GPR103B receptor was studied using short hairpin RNA to knock down its expression in 3T3-L1 adipocytes. Knockdown of GPR103B resulted in complete loss of QRFP peptides antilipolytic effects and fatty acid uptake. GPR103B signaling pathways in antilipolytic effects of QRFP-43 were investigated using 3T3-L1 adipocytes model. Stimulation of GRP103B induced PI3-K/PKB (phosphatidylinositol 3-kinase/protein kinase B) pathway. QRFP-43 attenuates lipolysis by inhibiting ISO induced-phosphorylation of perilipin A (PLIN1a) and hormone sensitive lipase (HSL). Moreover, we have underscored the mechanisms of GPR103B mediating inhibition of PLIN1a in 3T3-L1 adipocytes. Activation of GPR103B prevents the translocation of caveolin 1 and the catalytic subunit of PKA induced by ISO on lipid droplets. This latter mechanism is the result of the inhibition of Src kinases and PKC induced by ISO following QRFP-43 treatment in 3T3-L1 adipocytes. In conclusion, the work conducted in this thesis demonstrates a new role of QRFP peptides and the receptor GPR103B as modulator of lipid metabolism in adipose tissue. We have also underscored GPR103B signaling pathways leading to inhibition of lipolysis in adipocytes.