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Bases moléculaires et physiologiques des interactions entre horloge circadienne et homéostasie métabolique – CHRONOMET

Bases moléculaires et physiologiques des interactions entre horloges circadiennes et homéostasie métabolique

Nous avons précédemment découvert que le facteur de transcription KLF10 est un lien moléculaire entre l'horloge circadienne et le métabolisme énergétique dans le foie. Nous postulons que ce facteur coordonne temporellement des voies métaboliques spécifiques via la régulation rythmique de cibles transcriptionnelles.

Rôle du facteur KLF10 dans la coordination circadienne du métabolisme

La perte de coordination circadienne est de plus en plus associée à l'émergence de troubles métaboliques chez l'homme. Du point de vue expérimental, de très nombreux travaux démontrent que l'altération de l'horloge circadienne conduit à des troubles métaboliques sévères. A l'inverse, les perturbations métaboliques engendrée notamment par une alimentation déséquilibrée et les troubles physiopathologiques associés ont des effets néfastes sur le système circadien. <br /> <br />L’objectif général de CHRONOMET est de comprendre les interactions entre le système circadien et l’homéostasie métabolique. Le projet est principalement focalisé sur le facteur de transcription Krüppel Like Factor 10 (KLF10) que nous avons identifié comme lien moléculaire entre l’horloge circadienne et le métabolisme énergétique. Pour répondre à cette question, nous combinons des approches de génétique, biologie moléculaire et cellulaire et de physiologie que nous mettons en œuvre dans le contexte des deux objectifs spécifiques suivants : <br />1. Définir le rôle du facteur de transcription KLF10 dans la régulation circadienne du métabolisme hépatique. <br />2. Déterminer les conséquences physiopathologiques résultant de l’altération des interactions horloge circadienne-métabolisme dépendante du facteur KLF10. En particulier, nous rechercherons comment la perte de coordination circadienne du métabolisme est lié à des effets physiopathologiques en générant des animaux portant une mutation conditionnelle de KLF10 dans le foie.

Méthodes génétique (KO conditionnel)
Méthodes de physiologie circadienne
Méthodes de physiologie métabolique
Hybridation in situ
Génomique fonctionnelle et Métabolomique

Modèle de délétion foie spécifique de KLF10. Nous avons en particulier importé grâce à notre collaboration avec le laboratoire de Thomas Spelsberg aux USA, des souris qui porte un allèle floxé du gène Klf10. Nous avons également importé du même laboratoire des animaux knockout pour le gène Klf11, lui aussi impliqué dans le métabolisme énergétique. L’IGBMC de Strasbourg nous a également fourni une lignée de souris exprimant une recombinase CRE conditionnelle spécifiquement dans le foie grâce au promoteur de l’albumine sérique (SA-CRE-ERT2). La première étape a consisté a confirmé que dans nos conditions expérimentales cette lignée était capable de générer une délétion dans le foie. Nous avons pour cela croisé ces souris avec une lignée reporter mTmG. Les animaux positifs pour le gène rapporteur et la CRE hépatique ont alors été injectés avec du tamoxifène et des coupes de tissus en été analysées en microscopie confocale une semaine après l’injection. Nous avons maintenant confirmation que l’injection d’une seule dose est suffisante pour déclencher excision de la séquence floxée et cela spécifiquement dans le foie. En parallèle, des animaux mutants pour l’allèle Klf10 floxés ont été générés et croisés avec des animaux SA-CRE-ERT2. Une seconde étape de croisement des doubles positifs issus de ces croisements a été réalisée avec des animaux homozygotes pour l’allèle floxé Klf10. Cette stratégie nous permet d’obtenir des animaux Klf10fl/fl SA-CRE-ERT2. Nous venons d’obtenir un premier lot expérimental avec lesquels les premières analyses du phénotype métabolique vont être réalisées.

Dans les 12 prochains mois, nous allons être en mesure de produire des groupes expérimentaux d'animaux chez les lesquels KLF10 sera absent spécifiquement dans le foie. Ces animaux vont être exploités pour déterminer leur phénotype métabolique et circadien. Nous prévoyons de réaliser les tests de tolérance fonctionnels classiques, des proflilage de RNA et d'initier une étude de métabolomique dans le cadre d'une collaboration avec une équipe Japonnaise experte dans le domaine.
Une autre partie des effort sera consacrée à la cartographie de l'expression de KLF10 dans le cerveau.
Enfin le volet ChIP-seq bien que retardé du à des aléas techniques, sera poursuivi.

1: Delezie J, Dumont S, Dardente H, Oudart H, Gréchez-Cassiau A, Klosen P, Teboul
M, Delaunay F, Pévet P, Challet E. The nuclear receptor REV-ERBa is required for
the daily balance of carbohydrate and lipid metabolism. FASEB J. 2012
Aug;26(8):3321-35. doi: 10.1096/fj.12-208751. Epub 2012 May 4. PubMed PMID:
22562834.


2: Teboul M, Delaunay F. [Nuclear receptors REVERBa and REVERBß set the clock].
Med Sci (Paris). 2012 Aug-Sep;28(8-9):689-92. doi: 10.1051/medsci/2012288005.
Epub 2012 Aug 22. French. PubMed PMID: 22920865.


3: Goumidi L, Grechez A, Dumont J, Cottel D, Kafatos A, Moreno LA, Molnar D,
Moschonis G, Gottrand F, Huybrechts I, Dallongeville J, Amouyel P, Delaunay F,
Meirhaeghe A. Impact of REV-ERB alpha gene polymorphisms on obesity phenotypes in
adult and adolescent samples. Int J Obes (Lond). 2013 May;37(5):666-72. doi:
10.1038/ijo.2012.117. Epub 2012 Jul 17. PubMed PMID: 22828941.

Les maladies métaboliques sont en constante augmentation. Cette progression est inquiétante car l’obésité et le diabète constituent en plus de ces pathologies graves un facteur de risque pour le développement de maladies cardiovasculaires et de certains cancers. De plus en plus d’arguments démontrent que le système circadien qui synchronise notre physiologie avec le rythme jour/nuit est intimement lié à l’homéostasie métabolique. Des données épidémiologiques montrent par exemple que des altérations du système circadien causées par le travail en horaires décalés (17 % de la population active en France) s’accompagnent de désordres métaboliques. Chez l’animal, des mutations des gènes de l’horloge circadienne conduisent à des anomalies métaboliques. Notre équipe s’attache à identifier les mécanismes moléculaires, cellulaires et physiologiques par lesquels l’horloge circadienne contrôle le métabolisme. Nous avons ainsi montré récemment que le répresseur transcriptionnel KLF10 a une expression fortement rythmique dans le foie de souris et est une cible directe l’horloge moléculaire. L’analyse de souris présentant une délétion systémique de ce gène a montré que les mâles mutants sont hyperglycémiques, que cette hyperglycémie était due à une augmentation de la néoglucogenèse hépatique, et que KLF10 régulait directement l’expression du gène de la PEPCK, enzyme limitante de la néoglucogenèse. Nous avons également montré que les femelles déficientes pour Klf10 sont hypertriglycéridémiques et que les gènes des enzymes de la lipogenèse hépatique ont une expression circadienne retardée. Nos résultats suggèrent donc que KLF10 serait un timer du métabolisme hépatique reliant l’horloge circadienne hépatique et le métabolisme. Pour mieux comprendre le rôle de régulateur circadien du métabolisme hépatique de ce facteur de transcription et son impact en termes de physiopathologie métabolique nous poursuivrons deux objectifs complémentaires : (1) déterminer le rôle de KLF10 dans le contrôle rythmique du métabolisme des glucides et de lipides spécifiquement dans le foie, qui est un organe majeur pour ces processus et (2) déterminer les conséquences physiopathologiques résultant de l’altération des liens horloge circadienne-métabolisme dépendants de KLF10. Pour atteindre ces objectifs, nous identifierons dans un premier temps à l’échelle du génome, les gènes directement régulés par KLF10 par une approche ChIP-seq. Cette étude sera complétée par l’analyse du transcriptome hépatique de souris ayant une mutation conditionnelle de Klf10 spécifique du foie que nous développerons. Parallèlement, nous établirons un deuxième modèle animal qui exprimera Klf10 dans le foie avec un décalage de 12 h et destiné à étudier l’importance du timing de l’expression de Klf10. L’analyse de la physiologie circadienne et métabolique de ces deux modèles animaux couplée à l’identification moléculaire des cibles de KLF10 nous permettra de comprendre d’un point vue mécanistique quelles sont les voies métaboliques dépendantes de ce facteur. Nous utiliserons ensuite avec ces deux modèles, différents challenges nutritionnels comme l’alimentation hyperlipidique et l’alimentation temporellement restreinte pour comprendre en quoi l’altération de la coordination circadienne liée à l’absence de KLF10 ou à son expression décalée constitue un facteur de vulnérabilité pour le développement d’anomalies métaboliques ou l’altération de la synergie entre les voies de synchronisation circadienne et alimentaire. Ce projet permettra de fournir des bases moléculaires et physiologiques fondamentales pour comprendre une interaction clé en physiologie et qui pourraient s’avérer très utiles pour le développement d’approches préventives ou thérapeutiques prenant en compte la coordination temporelle du métabolisme.

Coordinateur du projet

Monsieur Franck DELAUNAY (Institut de Biologie Valrose) – delaunay@unice.fr

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

IBV Institut de Biologie Valrose

Aide de l'ANR 261 019 euros
Début et durée du projet scientifique : décembre 2012 - 48 Mois

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