Résultats complémentaire: effet de la déficience en protéines sur le métabolisme protéique

2.3.3.1. Méthodes

Les rats sont issus du protocole expérimental décrit précédemment (Article 1). Afin de mesurer la syn- thèse protéique, les 36 rats de l’étude ont été nourris avec un repas calibré de leur propre régime test (58.2 kJ) : P3, P5, P8, P12, P15 et P20. 1h30 après la distribution du repas, une injection de valine-13_C a été réalisée au niveau de la queue. Trente minutes plus tard, les rats ont été euthanasiés, le foie et le muscle gastrocnémien ont été prélevés. Des analyses de spectrométrie de masse ont permis d’étudier les vitesses de synthèse protéique, FSR et ASR. De plus, des analyses d’expression de gènes impliqués dans le métabolisme protéique ont été réalisées par qPCR, ainsi que des dosages d’AA dans la veine porte et la veine cave réalisés par UPLC.

2.3.3.2. Résultats

Tout d’abord, les résultats de l’Article 1 p.63 montrent qu’une déficience sévère (3% et 5%) et modérée (8%) en protéines entraine une diminution du gain de poids corporel dû à une diminution de la masse maigre (Tableau 2, p.81). Le poids du foie, des reins, du muscle et de la carcasse sont fortement dimi- nués. De plus, la déficience sévère en protéines (3%) diminue le FSR par rapport au contrôle (20%) dans le muscle, mais aucun impact n’a été observé au niveau du foie (Figure 1, p.90). Cependant, lorsque le taux de synthèse protéique est exprimé par organe, on observe que l’ASR est diminué dans le foie et dans le muscle dans le cas d’une déficience sévère de 3% et 5% en protéines.

Nous avons évalué les effets de l’apport protéique sur des marqueurs des différentes voies de la protéo- lyse, cathepsine D et ULK1, marqueurs de l’autophagie ; l’ubiquitine, marqueur de la voie ubiquitine- protéasome ; calpaïne 2, marqueur de la voie des calpaïnes ; et caspase 3, marqueur de la voie des cas- pases (Tableau 1, p.91). Dans le foie, l’expression des ARNm d’ULK1, de l’ubiquitine et de caspase 3 sont augmentés en cas de restriction sévère en protéine (3% et 5%), alors que l’expression des ARNm de la cathepsine D et de la calpaïne 2 n’est pas modifiée par l’apport protéique. Dans le muscle, la déficience sévère en protéines augmente l’expression des ARNm d’ULK1, de l’ubiquitine et de la cal- païne 2, mais n’a pas d’effet sur la cathepsine D, et la caspase 3.

Puis, nous avons évalués l’effet de la déficience en protéines sur l’état d’activation des voies GCN2 et mTOR, impliquées dans la signalisation des AA, et dans la régulation du métabolisme protéique (Ta-

bleau 1, p.91). Dans le foie, l’expression des ARNm d’eIF2α n’est pas modifiée par l’apport en pro-

téines, contrairement à l’expression d’ATF4 et CHOP qui est fortement augmentée en cas de déficience sévère en protéines (3% et 5%). L’expression des ARNm de 4EB-P1 est augmentée chez les rats P3. Dans le muscle, l’expression des ARNm d’eIF2α, ATF4, CHOP et 4EB-P1 est augmentée chez les rats soumis à un régime à 3% de protéines.

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Les analyses de la concentration des AA ont mis en évidence que, les régimes à 3%, 5% et 8% induisent une diminution de la concentration en AAI dans la veine porte, alors qu’aucune différence entre les groupes n’est observée dans la veine cave (Figure 2, p.90). En outre, nous observons une diminution des AA non indispensables dans la veine cave lorsque l’apport protéique augmente dans le régime.

Figure 1. Taux fractionnaire de synthèse protéique (FSR) et taux de synthèse absolue (ASR) dans le foie et le muscle gastrocnémien en réponse à différents niveaux de protéines dans le régime.

Les données sont présentées en moyenne ± SEM (n=6 per group). a, b, c, d _{Les données qui ne présentent pas la}

même lettre sont différentes avec p<0.05.

Figure 2. Concentration des acides aminés indispensables et non indispensable dans la veine porte et la veine cave.

Les données sont présentées en moyenne ± SEM (n=6 per group). a, b, c, d _{Les données qui ne présentent pas la}

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Tableau 1. Expression relative des ARNm de gènes impliqués dans la protéosynthèse et la protéolyse dans le foie et le muscle gastrocnémien.

Les données sont présentées en moyenne ± SEM (n=6 per group). a, b, c, d _{Les données qui ne présentent pas la même lettre sont différentes avec p<0.05.}

Régime P3 P5 P8 P12 P15 P20 Effet régime

eIF2α 1.56 ± 0.12 1.54 ±0.13 2.30 ±0.94 3.57 ±2.25 1.42 ± 0.15 1.00 ± 0.09 NS Foie ATF4 3.86 ± 1.09a _{2.48 ± 0.21}ab _{2.9 ± 0.85}ab _{1.54 ±0.17}ab _{1.48 ±0.16}ab _{1.00 ± 0.06}b _<0.05 CHOP 4.67 ± 0.35a _{3.66 ±0.55}a _{1.90 ± 0.25}b _{1.16 ± 0.14}b _{1.42 ± 0.32}b _{1.00 ± 0.09}b _{< 0.001} TRB3 44.24 ± 8.36a _{26.87 ± 3.45}ac _{13.53 ± 3.29}bc _{6.90 ± 1.68}b _{2.87 ± 0.51}b _{1.00 ± 0.28}b _<0.001 4E-BP1 2.82 ± 0.23a _{2.54 ± 0.33}ab _{3.14 ± 0.14}a _{2.44 ± 0.19}ab _{1.69 ± 0.24}bc _{1.00 ± 0.19}c _<0.001 Caspase 3 0.32 ± 0.05a _{0.51 ± 0.08}ac _{0.72 ±0.06}bc _{0.85 ±0.07}bc _{0.95 ± 0.08}b _{1.00 ± 0.14}b _<0.001 Calpaïne 2 1.44 ± 0.11 1.41 ± 0.15 1.21 ± 0.16 1.01 ± 0.06 1.03 ± 0.11 1.00 ± 0.08 <0.05 Cathespin D 1.63 ± 0.16 1.63 ± 0.41 1.40 ± 0.48 0.55 ± 0.24 0.89 ±0.27 1.00 ± 0.22 NS Ubiquitine 1.99 ± 0.16a _{1.97 ± 0.15}a _{1.65 ± 0.06}ac _{1.31 ± 0.11}bc _{1.31 ± 0.09}bc _{1.00 ± 0.11}b _<0.001 ULK1 1.66 ± 0.24ab _{1.92 ± 0.27}a _{1.54 ± 0.19}ab _{0.92 ± 0.10}b _{1.16 ± 0.18}ab _{1.00 ± 0.11}b _<0.01 eIF2α 1.71 ± 0.13a _{1.32 ± 0.10}ab _{1.05 ± 0.08}b _{1.12 ± 0.08}b _{1.17 ± 0.05}b _{1.00 ± 0.14}b _<0.001 Muscle ATF4 1.68 ± 0.15a _{1.30 ± 0.14}ab _{1.02 ± 0.08}b _{1.10 ± 0.12}b _{1.26 ± 0.12}ab _{1.00 ± 0.11}b _<0.01 CHOP 2.11 ± 0.13a _{1.57 ± 0.24}ab _{1.03 ± 0.08}b _{1.13 ± 0.05}b _{1.39 ±0.15}b _{1.00 ±0.12}b _<0.001 TRB3 6.04 ± 0.81a _{2.82 ± 0.48}b _{1.76 ± 0.24}bc _{1.55 ± 0.24}c _{1.75 ± 0.47}bc _{1.00 ± 0.15}c _<0.001 4E-BP1 2.11 ± 0.21a _{1.43 ± 0.10}b _{1.07 ± 0.08}b _{1.46 ± 0.08}b _{1.19 ± 0.10}b _{1.00 ± 0.11}b _<0.001 Caspase 3 0.92 ± 0.07 0.92 ±0.12 0.97 ± 0.15 1.13 ±0.04 1.19 ± 0.07 1.00 ± 0.04 NS Calpaïne 2 1.88 ± 0.39a _{1.18 ± 0.19}ab _{0.86 ± 0.05}b _{1.16 ± 0.06}ab _{1.43 ± 0.11}ab _{1.00 ± 0.06}b _<0.05 Cathespin D 1.46 ±0.16 1.09 ± 0.16 0.96 ± 0.09 1.13 ± 0.03 1.28 ± 0.20 1.00 ±0.11 NS Ubiquitine 1.66 ± 0.13a _{1.29 ± 0.10}ab _{1.01 ± 0.08}b _{1.17 ± 0.05}ab _{1.25 ± 0.15}ab _{1.00 ± 0.12}b _<0.01 ULK1 2.26 ± 0.29a _{1.53 ± 0.15}b _{1.15 ± 0.08}b _{1.25 ± 0.09}b _{1.44 ± 0.13}b _{1.00 ± 0.06}b _<0.001

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2.3.3.3. Discussion

La déficience sévère en protéines induit une diminution du taux de synthèse protéique dans le foie et dans le muscle. De façon contradictoire, la voie mTOR, via 4EBP-1, est activée pour 3% d’apport pro- téique, ce qui semble indiquer une activation de l’étape d’initiation de la traduction. Cependant, l’acti- vation des voies de signalisation étant régulée principalement par des mécanismes de phosphorylation, ces résultats sont en attente de confirmation par les analyses d’état de phosphorylation des protéines mesurées par western blot.En outre, nos résultats mettent en évidence une activation de la voie GCN2, via ATF4-CHOP-TRB3 aussi bien dans le foie que dans le muscle ce qui suggère que l’initiation de la traduction au niveau de la fixation de l’ARN de transfert portant la méthionine est inhibée. Les consé- quences sur le taux de synthèse protéique de l’équilibre de l’état d’activation des voies de signalisation mTOR et GCN2 restent méconnues.

Concernant la protéolyse, une augmentation de la voie ubiquitine-protéasome, du système caspase et de l’autophagie est observée dans le foie. Les dosages plasmatiques des AA suggèrent qu’en réponse à une déficience en protéines (3%, 5% et 8%), le catabolisme des protéines hépatique permet d’augmenter les AA plasmatiques afin de compenser la déficience de l’apport alimentaire. Dans le muscle, la voie ubi- quitine-protéasome, et l’autophagie sont également augmentée ainsi que le système calpaïne. La voie GCN2, via ATF4-CHOP-TRB3 est activée aussi bien dans le foie que dans le muscle, ce qui confirme l’activation de la dégradation des protéines par les voies ubiquitine-protéasome, et l’autophagie Ces résultats montrent que la déficience modérée en protéines n’entraine pas de modifications majeures du métabolisme protéique. En revanche, en cas de déficience sévère en protéines, il y a un catabolisme des protéines hépatiques afin de compenser la déficience en AAI du régime et fournir des AAI aux différents tissus de l’organisme et l’augmentation du catabolisme des protéines hépatiques et muscu- laires pourrait permettre l’approvisionner en AA non indispensables. Ces résultats confirment que le foie et le muscle jouent un rôle majeur pour approvisionner l’organisme en AA, dans l’adaptation de l’organisme à une restriction protéique.

2.4. Conséquences d’une déficience en acides aminés indispen-