Rôle de la protéine phosphatase PPM1A dans l'homéostasie hépatique du glucose et des lipides

Abstract

L’insuline est une hormone essentielle qui induit des réponses complexes dans l’organisme pour maintenir l’homéostasie du glucose et des lipides. La résistance à son action est un phénomène pathologique observé dans un large éventail de situations, allant de l’obésité et du syndrome métabolique à la stéatose hépatique et au diabète de type 2, qui aboutissent au développement de l’athérosclérose et de la mortalité. Des avancées remarquables ont été réalisées dans notre compréhension des mécanismes moléculaires responsables du développement de la résistance à l’action de l’insuline. En particulier, l’induction d’un stress cellulaire par des taux élevés d’acides gras libres (AGL) et des cytokines, via l’activation des protéines Ser/Thr kinases, qui augmente la phosphorylation sur des résidus sérine, des molécules critiques impliquées dans la signalisation insulinique (p. ex. IR, IRS et p85) et conduit à la diminution de la réponse cellulaire à l’insuline. Cependant, la plupart des chercheurs ont limité leur travail dans l’investigation du rôle des protéines kinases susceptibles de modifier la réponse cellulaire à l’insuline. Donc, peu de données sont disponibles sur le rôle des Protéines Ser/Thr phosphatases (PS/TPs), même si il est bien établi que la phosphorylation de ces protéines est étroitement régulée par un équilibre entre les activités antagonistes des Ser/Thr kinases et des PS/TPs. Parmi les PS/TPS, PPM1A (également connu sous le nom PP2Cα) est une phosphatase particulièrement intéressante puisqu’il a été suggéré qu’elle pourrait jouer un rôle dans la régulation du métabolisme lipidique et du stress cellulaire. Ainsi, en se basant sur des résultats préliminaires de notre laboratoire et des données de la littérature, nous avons émis l’hypothèse selon laquelle PPM1A pourrait améliorer la sensibilité à l’insuline en diminuant l’activité des protéines kinases qui seraient activées par le stress cellulaire induit par l’augmentation des AGL. Ces effets pourraient finalement améliorer le métabolisme glucidique et lipidique dans l’hépatocyte. Ainsi, pour révéler le rôle physiologique de PPM1A à l’échelle d’un animal entier, nous avons généré un modèle animal qui la surexprime spécifiquement dans le foie. Nous décrivons ici notre travail afin de générer ce modèle animal ainsi que les premières analyses pour caractériser le phénotype de celui-ci. Tout d’abord, nous avons remarqué que la surexpression de PPM1A chez les souris C57BL/6J n’a pas d’effets sur le gain de poids sur une longue période. Deuxièmement, nous avons observé que PPM1A a peu d’effets sur l’homéostasie du glucose. Par contre, nous avons montré que sa surexpression a des effets significatifs sur l’homéostasie du glycogène et des triglycérides. En effet, nous avons observé que le foie des souris transgéniques contient moins de glycogène et de triglycérides que le foie de celles de type sauvage. De plus, nos résultats suggèrent que les effets de la surexpression de PPM1A pourraient refléter son impact sur la synthèse et la sécrétion des lipides hépatiques puisque nous avons observé que sa surexpression conduit à l’augmentation la triglycéridémie chez les souris transgéniques. En conclusion, nos résultats prouvent l’importance de PPM1A comme modulateur de l’homéostasie hépatique du glucose et des lipides. Des analyses supplémentaires restent cependant nécessaires pour confirmer ceux-ci et éclaircir l’impact moléculaire de PPM1A et surtout pour identifier ses substrats.

Insulin is a key hormone that elicits complex responses in the body to maintain glucose and lipid homeostasis. Impaired sensitivity to insulin is present throughout a spectrum of inter-related disorders ranging from obesity and metabolic syndrome to hepatic steatosis and type 2 diabetes, which promotes atherogenesis and mortality. Remarkable strides have been achieved in the molecular mechanisms responsible for the development of insulin resistance that has been associated with a chronic inflammatory state and an activation of cellular stress responses. In particular, the activation of cellular stress by elevated levels of free fatty acids (FFA) and cytokines, via upstream protein Ser/Thr kinases, increase the serine phosphorylation of critical molecules involved in insulin signaling pathway (e.g. IR, IRS and p85) and leads to decreased insulin response. However, most of the investigators have limited their works to stress-activated kinases capable of altering the cellular insulin responsiveness. Conversely, limited data are available on upstream Protein Ser/Thr phosphatases (PS/TPs), even if it is well established that the activity of stress-activated kinases is tightly regulated by a delicate balance between the opposing activities of both Ser/Thr kinases and PS/TPs. Among the PS/TPs associated with insulin resistance conditions, PPM1A (also known as PP2Cα) is of particular interest in the regulation of lipid metabolism and cellular stress. Based on our recent findings and preliminary data, we postulate that PPM1A plays a significant role in insulin resistance via dephosphorylation and lessening of FFA-activated stress kinases, mainly in the liver, an important organ in glucose and lipid metabolism. More specifically, we hypothesize that increasing PPM1A activity might improve the insulin responsiveness by down regulating the activity of stress-activated kinases and by improving lipid metabolism in the hepatocyte. Thus, to reveal the physiological role of PPM1A in whole animal, we generated an animal model that overexpresses PPM1A specifically in the liver. In the present research report, we describe our work to generate this animal model as well as the initial analyses to characterize the phenotype of these mice. Accordingly, we first noticed that overexpression of PPM1A in C57BL/6J mice has no effects on weight gain over a long period. Secondly, we observed that PPM1A has subtle effects on glucose homeostasis. However and more importantly, we showed that overexpression of PPM1A has a significant effect on both glycogen and triglycerides homeostasis. Indeed, we observed that the liver of PPM1A transgenic mice had less glycogen and triglycerides than their littermates’ wild type mice. Our results suggest that these effects might reflect the impact of PPM1A on lipids synthesis and secretion since we observed that overexpression of PPM1A leads to increase the triglyceridemia in the transgenic mice. En conclusion, our results pinpoint PPM1A as an important modulator of hepatic glucose and lipid metabolism. However, further analyses are needed to confirm these results, to decipher the molecular impact of PPM1A and particularity to identify its substrates.