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Theses Year : 2010

Role of endozepines in the hypothalamic regulation of energy homeostasis

Rôle des endozépines dans la régulation hypothalamique de l’homéostasie énergétique

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Abstract

The term endozepine refers to a family of peptides including the diazepam-binding inhibitor (DBI) and its processing products, including the octadecaneuropeptide ODN (DBI33-50). Endozepins are true gliotransmitters since (i) DBI is expressed by CNS astroglial cells, (ii) their release is regulated by several neuropeptides, (iii) ODN decreases the expression of POMC and increases that of NPY at the arcuate nucleus, (iv) ODN exerts a strong anorectic effect in rodents. This effect is relayed by a metabotropic receptor distinct from the conventional benzodiazepine receptors. Some studies suggest that hypothalamic astroglial cells perceive certain circulating signals reflecting the energy status of the body. However, the nature of the signals involved in "glia-neuron" coupling remains unknown. All of these data suggest that the ODN could be a relay between the peripheral factors and the neuronal populations of the arcuate nucleus. We show for the first time that an acute 18-hour fast reduces the level of mRNAs encoding DBI in the astroglial cells of the medobasal hypothalamus. The insulin and leptin receptors are present on cells expressing DBI, however, the intraperitoneal injection of insulin or leptin is unable to reverse the effect of fasting. In a second step, we investigated the links that may exist between blood glucose and endozepines produced by astroglial cells. Central glucose injection increases the level of DBI-encoding transcripts at the periventricular zone of the hypothalamus of previously hungry rats, and the addition of glucose to the extracellular medium also stimulates the release of endozepines from hypothalamic explants. The anorexigenic effect of central or peripheral glucose injection in rats previously deprived of food is blocked by the icv injection of cyclo1-8 [DLeu5] OP, a metabotropic ODN antagonist analogue, while that the orexigenic effect of a central injection of 2-DG in normally fed rats is abolished by the co-injection of OP, an agonist analogue of this receptor. Finally, the anorexigenic effect of a central injection of glucose or OP is blocked by the co-injection of an MCR3 / 4 receptor antagonist, SHU-9119, demonstrating for the first time that endozepines, produced by glial cells, constitute an essential relay in the response of the melanocortic system to changes in blood glucose. Central injection of cyclo1-8 [dLeu5] OP results in increased blood glucose levels in normally fed rats while icv injection of ODN in hungry animals increases glucose tolerance, suggesting that the central endozepinergic system exerts an hypoglycemic tonic effect. Using the C6 cell line and the promoter / reporter strategy, we show the existence of a glucose response element in the proximal promoter of the DBI gene. Preliminary work conducted in vitro indicates that the activation of the DBI promoter by glucose is relayed via the hexosamine pathway, an ancillary pathway for glycolysis controlling the O-glycosylation of proteins. The immunohistochemical localization of O-glycosylated residues in the rat hypothalamus reveals the existence of intense labeling in glial cells expressing DBI, indicating that this pathway is functional in vivo. All of our work suggests that endozepines produced by hypothalamic glia play a key role in central glucose perception and participate in a feedback mechanism that controls glucose homeostasis in the body.
On désigne sous le terme endozépine une famille de peptides incluant le diazepam-binding inhibitor (DBI) et ses produits de maturation, dont l’octadecaneuropeptide ODN (DBI33-50). Les endozépines sont de véritables gliotransmetteurs puisque (i) le DBI est exprimé par les cellules astrogliales du SNC, (ii) leur libération est régulée par plusieurs neuropeptides, (iii) l’ODN diminue l’expression de la POMC et augmente celle du NPY au niveau du noyau arqué, (iv) l’ODN exerce un puissant effet anorexigène chez le rongeur. Cet effet est relayé par un récepteur métabotropique distinct des récepteurs classiques des benzodiazépines. Quelques travaux suggèrent que les cellules astrogliales hypothalamiques perçoivent certains signaux circulants reflétant le statut énergétique de l’organisme. Toutefois, la nature des signaux impliqués dans le couplage « glie-neurone » reste inconnue. L’ensemble de ces données suggère que l’ODN pourrait constituer un relais entre les facteurs périphériques et les populations neuronales du noyau arqué. Nous montrons pour la première fois qu’un jeûne aigu de 18 h réduit le taux des ARNm codant le DBI dans les cellules astrogliales de l’hypothalamus médiobasal. Les récepteurs de l’insuline et de la leptine sont présents sur des cellules exprimant le DBI, toutefois, l’injection intrapéritonéale d’insuline ou de leptine est incapable de reverser l’effet du jeûne. Dans un second temps, nous avons recherché les liens pouvant exister entre le glucose sanguin et les endozépines produites par les cellules astrogliales. L’injection centrale de glucose augmente le niveau des transcrits codant le DBI au niveau de la zone périventriculaire de l’hypothalamus de rats préalablement affamés, et l’ajout de glucose dans le milieu extracellulaire stimule également la libération d’endozépines à partir d’explants hypothalamiques. L’effet anorexigène d’une injection centrale ou périphérique de glucose, chez des rats préalablement privés de nourriture, est bloqué par l’injection icv de cyclo1-8[DLeu5]OP, un analogue antagoniste du récepteur métabotropique de l’ODN, tandis que l’effet orexigène d’une injection centrale de 2-DG chez des rats normalement nourris est aboli par la co-injection d’OP, un analogue agoniste de ce récepteur. Enfin, l’effet anorexigène d’une injection centrale de glucose ou d’OP est bloqué par la co-injection d’un antagoniste des récepteurs MCR3/4, le SHU-9119, démontrant pour la première fois que les endozépines, produites par les cellules gliales, constituent un relais essentiel dans la réponse du système mélanocortinique aux variations de la glycémie. L’injection centrale de cyclo1-8[dLeu5]OP entraîne une augmentation de la glycémie chez des rats normalement nourris tandis que l’injection icv d’ODN chez des animaux affamés augmente la tolérance au glucose, suggérant que le système endozépinergique central exerce un effet tonique hypoglycémiant. A l’aide de la lignée cellulaire C6 et de la stratégie promoteur/rapporteur, nous montrons l’existence d’un élément de réponse au glucose dans le promoteur proximal du gène DBI. Des travaux préliminaires menés in vitro indiquent que l’activation du promoteur DBI par le glucose est relayée par la voie des hexosamines, une voie annexe de la glycolyse contrôlant la O-glycosylation des protéines. La localisation immunohistochimique des résidus O-glycosylés dans l’hypothalamus de rat révèle l’existence d’un marquage intense dans les cellules gliales exprimant le DBI, indiquant que cette voie est fonctionnelle in vivo. L’ensemble de nos travaux suggère que les endozépines produites par les cellules gliales hypothalamiques jouent un rôle essentiel dans la perception centrale du glucose et participent à un mécanisme de rétroaction contrôlant l’homéostasie glucidique de l’organisme.
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tel-02295754 , version 1 (24-09-2019)

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Cite

Damien Lanfray. Rôle des endozépines dans la régulation hypothalamique de l’homéostasie énergétique. Sciences du Vivant [q-bio]. Université de Rouen Normandie, 2010. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-02295754⟩
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