Étude sur les mécanismes moléculaires impliqués dans l’auto-renouvellement, la différenciation et la conversion thermogénique des cellules adipocytaires dans différentes situations pathologiques

There are two types of adipose tissues (AT). White adipose tissue stocks lipids in the form of triglycerides. Brown adipose tissue possesses a thermogenic signature through the protein UCP1 in order to generate heat by using lipids. Some adipocytes have brown-like adipocyte characteristics (beige adipocytes) and are localized in the white adipose tissue. AT also secrete hormones giving it an endocrine function. AT maintains energetic balance and can be altered in many ways, leading to metabolic dysfunctions: Important loss of AT in lipoatrophy are observed during highly active antiretroviral therapy against HIV (HAART therapy). This leads to severe metabolic modifications resulting in high levels of circulating fatty acids and systemic insulin resistance. The HAART therapy is composed of HIV protease inhibitors (PIs) or reverse transcriptase inhibitors (NRTI). PIs inhibitory effects on white adipocyte differentiation are well known. However, specific mechanisms distinctly altering different human adipose depots or brown adipocyte differentiation are less known. The pathology of cancer is characterized by upregulated proliferation of cells capable of metastasis. Tumor cells interact with their microenvironment, especially the AT surrounding numerous organs and can promote cancer progression (cancer-associated adipose tissue). AT induces cancer cells proliferation through secretion of adipocytokines. Furthermore, tumor cells modify the AT in order to gain energy from their lipids resulting in tumoral expansion and invasion. We have studied the interactions between adipocytes and breast cancer cells because AT is an integral part of the mammary gland. My thesis work consists of identifying new molecular mechanisms implicated in the physiopathological development and/or alteration of the AT. We have first studied the PIs effects on the loss of adipose progenitors (APs) self-renewal (1) and the metabolic modifications of adipocytes (2). We also studied the interactions between breast cancer cells and the adipose microenvironment (3). First, PIs inhibit self-renewal of APs by decreasing IER3 which disrupts the activin A autocrine loop downstream. PIs also block the differentiation of APs into adipocytes. The loss of both processes shows that PIs induce lipoatrophy observe during HAART therapy. After, we observed that PIs decrease the expression of thermogenic markers in beige and brown adipocytes through inhibition of UCP1 transcription. They also impair the expression of sirtuins, anti-aging enzymes. The use of a sirtuin 1 activator can partially reverse the PIs effects on UCP1 expression. Finally, our results show that breast cancer mammospheres increase UCP1 protein expression in adjacent adipocytes. Adrenomedullin is produced by the mammospheres and participated in this process and we were able to characterize its mechanism of action. In conclusion, the work done during my thesis have allowed us to better understand the mechanisms by which PIs inhibit self-renewal of APs as well as the impairment of the thermogenic signature through the loss of UCP1 in beige and brown adipocytes. Tumor cells, however, induce UCP1 expression resulting in the metabolic conversion of white adipocytes into brown adipocytes.Il existe deux types de tissus adipeux (TA). Le tissu adipeux blanc stocke les lipides sous forme de triglycérides. Le tissu adipeux brun possède une signature thermogénique via la protéine UCP1 utilisant les lipides pour former de la chaleur. Il existe aussi des adipocytes qui ont des caractéristiques similaires aux adipocytes bruns (adipocytes beiges) au sein du TA blanc. Le TA sécrète également des hormones lui conférant une fonction endocrinienne. Il maintient l’homéostasie énergétique et peut être altéré de différentes façons, ce qui conduit à des dysfonctionnements métaboliques : Une perte importante du TA dans les lipoatrophies est observée lors d’un traitement antirétroviral hautement actif contre le VIH (thérapie HAART). Ceci amène à des modifications métaboliques graves, dues à des niveaux élevés de lipides circulants et à une résistance à l’insuline systémique. Cette thérapie HAART est composée d’inhibiteurs de la protéase du VIH (IPs) ou de la transcriptase inverse (INTI). Les effets inhibiteurs des IPs sur le processus de différenciation adipocytaire blanche sont bien connus. Cependant, les mécanismes spécifiques qui affectent les différents dépôts adipeux humains distinctement ainsi que la différenciation adipocytaire brune le sont moins. Le cancer est une pathologie caractérisée par la prolifération dérégulée de cellules capables de former des métastases. Les cellules tumorales interagissent activement avec leur microenvironnement, notamment avec le TA qui est présent autour de nombreux organes et qui peut favoriser la progression tumorale (tissu adipeux associé au cancer). Le TA promeut la prolifération des cellules cancéreuses par la sécrétion d’adipocytokines. De plus, les cellules tumorales modifient le TA pour tirer leur énergie des lipides ce qui favorise leur expansion et leur dissémination. Nous avons étudié les interactions entre adipocytes et cellules tumorales de sein puisque le TA fait partie intégrante de la glande mammaire. Mon travail de thèse a consisté à identifier de nouveaux mécanismes moléculaires importants pour le développement physiopathologique et/ou l’altération du TA. Nous avons d’abord étudié les effets des IPs sur la perte de l’auto-renouvellement des progéniteurs adipeux (PAs) (1) et sur les modifications métaboliques des adipocytes (2). Nous étudions aussi les interactions entre les cellules de cancer du sein et le microenvironnement adipeux (3). Tout d’abord, les IPs inhibent l’auto-renouvellement des PAs en diminuant IER3 ce qui déstabilise en aval la boucle autocrine de l’Activine A. Les IPs bloquent la différenciation des PAs en adipocytes. La perte de ces deux processus indique que les IPs induisent des lipoatrophies retrouvées au cours de la thérapie HAART. Par la suite, nous observons que les IPs réduisent l’expression des marqueurs thermogéniques dans les adipocytes beiges et bruns par l’inhibition de la transcription d’UCP1. Ils altèrent aussi l’expression des sirtuines, enzymes antivieillissement. L’utilisation d’un activateur de la sirtuine 1 permet de renverser partiellement les effets des IPs sur l’expression d’UCP1. Enfin, nos résultats démontrent que des mammosphères de cancer de sein induisent la protéine UCP1 dans les adipocytes adjacents. L’adrénomedulline produite par les mammosphères participe à ce processus et nous avons pu caractériser son mécanisme d’action. En conclusion, les travaux réalisés pendant ma thèse ont permis de mieux comprendre les mécanismes par lesquels les IPs inhibent l’auto-renouvellement des progéniteurs adipeux ainsi que l’altération de la signature thermogénique via la perte d’UCP1 dans les adipocytes bruns. Les cellules tumorales, quant à elles, induisent l’expression d’UCP1 résultant en une conversion métabolique des adipocytes blancs en adipocytes bruns