Hypothalamic Kinetik Expression of MicroRNA in the Rat : Impact of Maternal High Fat Diet

Le concept de programmation métabolique repose sur les études épidémiologiques pionnières menées par David Barker à la fin des années 1980 : une sous-nutrition maternelle durant la grossesse est un contributeur majeur au faible poids de naissance d’une part, et au développement du syndrome métabolique à l’âge adulte d’autre part. Ces dernières années, le concept de programmation métabolique a été étendu de l’état physiopathologique à l’état de santé. Le concept « Developmental Origins of Health and Disease » (DOHaD) postule que l’environnement périnatal (grossesse et allaitement) conditionne la physiologie de la descendance à long terme. Au delà d’une sous-nutrition périnatale, de nombreuses études expérimentales menées chez l’animal ont montré qu’un régime maternel hyperlipidique périnatal pouvait également entrainer des modifications métaboliques chez les descendants adultes.Au niveau central, le noyau arqué hypothalamique (ARC) est un régulateur important du métabolisme. L’environnement périnatal altère-t-il certaines régulations moléculaires dans l’ARC ? Chez les mammifères, l’expression du génome est modulée par de petits ARN d’une vingtaine de nucléotides, les microARN (miARN), inhibiteurs de la traduction des ARNm en protéines ou initiateurs de leur dégradation. Les miARN participent-ils à la régulation de l’expression génique dans l’ARC ? Un régime hyperlipidique modifie-t-il leur expression ? C’est l’hypothèse que j’ai testée au cours de ma thèse.Mon travail de thèse a consisté d’une part à caractériser physiologiquement un modèle de programmation métabolique par un régime maternel hyperlipidique chez le rat, et d’autre part à étudier les populations de miARN dans l’ARC de la descendance. Pour cela, des mères ont été nourries avec un régime équilibré ou différents régimes hyperlipidiques (HF1 et HF2) durant les périodes de gestation et lactation.Le régime maternel hyperlipidique HF1 entraine une hyperinsulinémie attestant une insulino-résistance qu’il soit donné durant la période périnatale ou à l’âge adulte. La conjonction d’un régime HF durant la période périnatale et à l’âge adulte entraine en plus une hyperglycémie.J’ai étudié la descendance de mères nourries avec le régime HF1 (mères HF) à cinq stades postnataux (P4, P8, P14, P21 et P28), un stade juvénile (P75) et un stade adulte (P216). J’ai également étudié l’éventuel effet additif d’un régime hyperlipidique donné à l’âge adulte.J’ai étudié les profils d’expression de plus de 500 miARN pour chaque ARC par la technologie de séquençage haut-débit. J’ai tout d’abord établi la cinétique d’expression des miARN de chacune de ces descendances. 10% à 20% des miARN montrent une différence d’expression supérieure à trois fois stade à stade. Ceci est vrai que les descendants soient nés de mères nourries avec le régime équilibré ou HF1. Le régime maternel HF1 montre peu d’impact sur les profils d’expressions de miARN à ces stades de développement précoces. A chaque stade, seuls 3% à 7% des miARN ont une expression statistiquement supérieure à trois fois. Ces données démontrent que les miARN présentent une expression robuste au cours du développement post-natal, c’est à dire durant la période de maturation des circuits neuronaux de l’ARC.Aucune différence n’est observée durant la période juvénile. Cependant à l’âge adulte, 8% des miARN ont une expression statistiquement supérieure à trois fois chez les descendants HF1. L’ensemble de ces résultats démontre que l’expression des miARN chez l’adulte, après une période de latence, reflète le contexte lipidique périnatal. L’expression des miARN de l’ARC, tout comme la sensibilité à l’insuline, est soumis à une programmation par le régime alimentaire maternel.The concept of metabolic programming is based on the pioneering epidemiological studies realised by David Barker in the late 1980s : maternal undernutrition during pregnancy is a major contributor to low birth weight on one hand and the development of metabolic syndrome in adulthood on the other hand. In the last few years, the metabolic syndrom spreads to the“Developmental Origins of Health and Disease”(DOHaD) concept that postulates that the perinatal (pregnancy and lactation) environment influences the long term offspring’s physiology. Beyond the perinatal undernutrition impact, many experimental studies carried out on the animals have highlighted that a maternal perinatal high fat diet is responsible for metabolic disorders on the offspring.In the central nervous system, the arcuate nucleus (ARC) is an important regulator of metabolism. May an perinatal environment impares the molecular regulations in the ARC ? In the mammals, the genome expression is modulated by small RNAs of about twenty nucleotides, the microRNAs (miRNAs), that regulate, post-transcriptionnally, target mRNA degradation or translation. May the miARN participate to the gene expression regulation in the ARC ? May a high fat diet modify their expression ? This is the hypothesis tested in my thesis.My thesis work consisted on one hand to characterized a metabolic programming experimental model by a high fat maternal diet in the rat and on the other hand to study the miRNA populations of the ARC of the offspring. To this end, the dams were fed with a balanced or different high fat diet (HF1 and HF2) during gestation and lactation.The maternal HF1 diet lead to an hyperinsulinemia revealing the insulino-resistance when the diet is given during the perinatal periode or adulthood stages. The combination of a HF diet during the perinatal period and in adulthood leads to an hyperglycaemia.I have studied the offspring of dams fed HF1 (dams HF1) at five developmental stages (P4, P8, P14, P21 et P28), one juvenile stage (P75) and one adulthood stage (P216). I also studied the potential impact of an additionnal high fat diet given at adulthood stages.I have studied the expression pattern of over 500 miARN for each ARC by the high throughput sequencing technology. First of all, I have established the miARN expression kinetiks of each offspring. 10 percent to 20 percent of miARN have a fold-change more than 3 between stages. This is right for the offspring of HF dams or balanced dams. The maternal HF1 diet reveals few impacts on miRNA expression pattern during the early post-natal period. At each stages, only 3 percent to 7 percent of miARN have a fold-change more than 3. This results demonstating the high dynamics and robustness of miRNA populations in ARC at a time of maturation and circuitry organization of ARC neurons.No differences were observed during the juvenile period. However, in adulthood, 8% of miRNAs have a fold-change more than 3 in offspring HF1. All of these results demonstrating that the miARN expression of the adult, after a period of latence, reflects the perinatal lipidic context. The miARN expression of the ARC, as well as the insulin sensitivity, is submitted to a programming by a maternal diet