Figure 1 : Représentation schématique du foie vue de face.
Figure 2 : Régulation du métabolisme glucido-lipidique hépatique en fonction des conditions
nutritionnelles.
Figure 3 : Régulation du métabolisme du glycogène hépatique.
Figure 4 : Représentation schématique de la néoglucogenèse au niveau du foie.
Figure 5 : Schéma représentant la régulation transcriptionnelle des gènes codant la PEPCK et
la G6Pase, deux enzymes clefs de la néoglucogenèse en fonction des conditions nutritionnelles.
Figure 6 : Lipolyse du tissu adipeux et transport des acides gras dans l’hépatocyte.
Figure 7 : β-oxydation mitochondriale et cétogenèse.
Figure 8 : Les différentes voies métaboliques du glucose.
Figure 9 : Représentation schématique des voies de la glycolyse et des pentoses phosphates.
Figure 10 : Schéma représentant la voie de la lipogenèse.
Figure 11 : Schéma représentant la biosynthèse des triglycérides et le devenir des acides gras
néosynthétisés.
Figure 12 : Représentation de l’activité de la GK et des hexokinases en fonction des
concentrations en glucose.
Figure 13 : Présentation des différentes conformations de la GK.
Figure 14 : Effet de l’hyperméthylation du promoteur de la GK dépendante de l’âge sur la
susceptibilité au diabète de type 2.
Figure 15 : Régulation de l’activité et de la localisation subcellulaire de la GK par son
interaction avec la GKRP.
Figure 16 : Régulation de la GK par le complexe PFK2/FBP2.
Figure 17 : Schéma général représentant les différents modes de régulation de la GK.
Figure 18 : Comparaison de l’organisation des différents domaines de la FAS.
Figure 19 : Représentation schématique de l’activité de la FAS.
Figure 20 : Mécanisme d’action de SREBP-1c.
Figure 21 : Régulation de la transcription de la FAS via USF en fonction des conditions
Figure 22 : Régulation de l’activité de ChREBP en fonction des conditions nutritionnelles.
Figure 23 : Régulation des facteurs de transcription régulant l’expression de la FAS en réponse
au glucose et à l’insuline.
Figure 24 : Mécanismes et voies métaboliques conduisant au développement de la stéatose
hépatique.
Figure 25 : Dynamique de la O-GlcNAcylation par le couple d’enzyme OGT/OGA et les
différents inhibiteurs ciblant ces enzymes.
Figure 26 : Représentation des conformations des glycosyltransférases GT-A et GT-B.
Figure 27 : Représentation schématique de la structure de l’OGT.
Figure 28 : Représentation de la séquence et de la structure des TPR de la hOGT.
Figure 29 : Clivage de la protéine HCF-1 par l’OGT.
Figure 30 : Représentation schématique de la structure de l’OGA.
Figure 31 : L’UDP-GlcNAc, un carrefour métabolique.
Figure 32 : Représentation schématique de la voie de biosynthèse des hexosamines.
Figure 33 : Les différentes fonctions cellulaires de la O-GlcNAcylation.
Figure 34 : Relation schématique entre la O-GlcNAcylation et la phosphorylation.
Figure 35 : Les différents rôles de la O-GlcNAcylation sur la dégradation protéique.
Figure 36 : Quelques exemples illustrant le lien entre O-GlcNAcylation et cancérisation.
Figure 37 : Régulation hormonale de la voie de l’insuline en fonction de l’état nutritionnel.
Figure 38 : Rôle de la O-GlcNAcylation sur la glucotoxicité, l’insulinorésistance et
l’hyperglycémie.
Figure 39 : Régulation hypothétique de la GK et de la FAS par O-GlcNAcylation.
Figure 40 : Localisation subcellulaire de la GK et de la GKRP dans différentes conditions de O-
GlcNAcylation.
Figure 41 : Modélisation moléculaire représentant la position du site potentiellement O-
GlcNAcylé sur la structure tridimensionnelle du complexe GK/GKRP.
Figure 42 : Dosage des triglycérides hépatiques chez les souris C57Bl6 contrôles (C57) ou chez
les souris obèses (ob/ob).
Figure 43 : Dosage des triglycérides hépatiques chez les souris soumises à un régime normal
(CD) ou à un régime riche en sucres (HCD).
Figure 44 : Incidence du régime riche en sucres sur la quantité d’acides gras hépatique et sur
l’expression transcriptionnelle d’une désaturase.
Figure 45 : Incidence de la O-GlcNAcylation sur l’expression de la FAS au niveau protéique et
sur l’accumulation de lipides dans des hépatocytes primaires de souris
Figure 46 : Effet de la O-GlcNAcylation sur l'expression de la FAS.
Figure 47 : Mise en évidence de la dégradation protéasomale de la FAS au niveau du foie.
Figure 48 : Représentation schématique de la séquence protéique de la FAS et modélisation
moléculaire de la position d’un site potentiellement O-GlcNAcylé sur la structure 3D de l’activité β-cétoacylsynthase de la FAS.
Figure 49 : Schéma hypothétique de la régulation de la GK et de la FAS en condition
pathologique d’hyperglycémie à jeun.
Figure 50 : Régulation de l’expression de la FAS par la voie PI3K/Akt et crosstalk
OGT/Akt/mTORC1.
Figure 51 : Effet de l’inhibition de mTOR sur l’expression de l’OGT et de la FAS.
Figure 52 : Etude de l’expression de la FAS au cours d’une cinétique de remise en sérum.
Figure 53 : Rôle de l’inhibition de l’OGT sur l’expression de la FAS au cours du cycle cellulaire.
Généralités
I. Régulation du métabolisme glucido-lipidique dans le foie _______________________ 3
A. Le foie : un organe multifonction _________________________________________ 3
1. Structure _________________________________________________________________________ 3 2. Régulation du métabolisme glucido-lipidique hépatique en fonction des conditions nutritionnelles_ 5
B. Rôle du foie dans le contrôle du métabolisme à jeun _________________________ 5
1. Régulation du métabolisme glucidique _________________________________________________ 5 a) La glycogénolyse _________________________________________________________________ 7 b) La néoglucogenèse _______________________________________________________________ 9 2. Régulation du métabolisme lipidique __________________________________________________ 15 a) Les acides gras __________________________________________________________________ 15 b) Le captage des acides gras issus de la lipolyse _________________________________________ 17 c) Activation des acides gras _________________________________________________________ 19 d) Entrée des acides gras dans la mitochondrie, β-oxydation et cétogenèse ___________________ 19
C. Rôle du foie dans le contrôle du métabolisme post-prandial __________________ 23
1. Régulation du métabolisme glucidique ________________________________________________ 23 a) L’entrée du glucose dans le foie ____________________________________________________ 23 b) La glycogénogenèse _____________________________________________________________ 25 c) La Glycolyse ____________________________________________________________________ 27 1) La glucokinase (GK) ____________________________________________________________ 29 2) La phosphofructokinase 1 (PFK1) _________________________________________________ 29 3) La liver pyruvate kinase (L-PK) ___________________________________________________ 31 d) La voie des pentoses phosphates ___________________________________________________ 31 2. Régulation du métabolisme lipidique __________________________________________________ 33 a) La lipogenèse ___________________________________________________________________ 33 1) L’acétyl-CoA carboxylase (ACC) __________________________________________________ 35 2) La Fatty Acid Synthase (FAS) _____________________________________________________ 37 3) Les élongases ________________________________________________________________ 37 4) La stéaroyl-CoA désaturase 1 (SCD1) ______________________________________________ 39 b) Synthèse des triglycérides _________________________________________________________ 39 c) Sécrétion des VLDL ______________________________________________________________ 41
II. La Glucokinase _________________________________________________________ 45
A. La glucokinase : une hexokinase à part ___________________________________ 45 B. Structure de la GK et régulation de son activité ____________________________ 45 C. Régulation transcriptionnelle de la GK ____________________________________ 47
1. HNF4/HIF1 _______________________________________________________________________ 49 2. SREBP1c _________________________________________________________________________ 51 3. Modèle proposé sur la régulation transcriptionnelle de la GK ______________________________ 51 4. L’insuline régule la transcription de la GK, mais ce n’est pas la seule _________________________ 51
D. Régulation de l’activité et de la localisation de la GK par la protéine régulatrice : GKRP __________________________________________________________________ 53 E. Régulation de la GK par le complexe PFK2/FBP2 ____________________________ 55
F. Inhibition allostérique de la GK par des acides gras à chaîne longue activés. _____ 57 G. La glucokinase et le diabète de la maturité chez le sujet jeune (MODY) _________ 57
III. La Fatty Acid Synthase __________________________________________________ 61
A. Caractéristiques générales _____________________________________________ 61 B. La FAS et ses sept activités _____________________________________________ 63 C. Régulation de l’expression de la FAS _____________________________________ 67
1. Régulation transcriptionnelle de la FAS ________________________________________________ 67 a) Sterol response binding protein (SREBP) _____________________________________________ 67 1) Régulation de l’activation de SREBP par le clivage protéolytique________________________ 67 2) Régulation de la translocation nucléaire de SREBP ___________________________________ 69 3) Régulation transcriptionnelle de SREBP-1c _________________________________________ 69 4) Le recrutement de SREBP-1c sur le promoteur de la FAS dépend des facteurs USFs ________ 71 b) Upstream stimulatory factor (USF) __________________________________________________ 71 c) Carbohydrates responsive element binding protein (ChREBP) ____________________________ 73 d) Liver X Receptor (LXR) ____________________________________________________________ 75 e) Farnesoid X receptor (FXR) ________________________________________________________ 77 2. Régulation de l’expression de la FAS par les microARNs ___________________________________ 77 3. Régulation de l’expression de la FAS par un remodelage de la chromatine ____________________ 79 4. Régulation post-traductionnelle de la FAS ______________________________________________ 81
D. Implications de la FAS dans le métabolisme hépatique et dans l’émergence de pathologies _____________________________________________________________ 81
IV. Physiologie de la stéatose hépatique _______________________________________ 85
A. Diagnostique et prévalence ____________________________________________ 87 B. Voies métaboliques conduisant à la stéatose hépatique _____________________ 87 C. Implication de la lipogenèse dans l’instauration de la stéatose hépatique _______ 89
a) L’adénosine triphosphate citrate lyase (ACL) __________________________________________ 89 b) L’acétyl-CoA Carboxylase (ACC) ____________________________________________________ 91 c) La Fatty Acid Synthase (FAS) _______________________________________________________ 91 d) La stéroyl-CoA désaturase 1 (SCD1) _________________________________________________ 91 e) Les enzymes d’élongation (ELOVL6) _________________________________________________ 93
D. Stéatose hépatique et insulinorésistance__________________________________ 93 E. Traitements _________________________________________________________ 95
V. La O-N acétylglucosaminylation (O-GlcNAcylation) ___________________________ 97
A. Caractéristiques générales _____________________________________________ 97 B. Les enzymes de la O-GlcNAcylation ______________________________________ 99
1. La β-O-N-acétylglucosaminyltransférase (OGT) __________________________________________ 99 a) Généralités sur les glycosyltransférases ______________________________________________ 99 b) Structure et mécanisme d’action de l’OGT __________________________________________ 101 c) Structure de l’OGT ___________________________________________ Erreur ! Signet non défini.
2) Le domaine C-terminal ________________________________________________________ 107 d) Régulation de l’OGT ____________________________________________________________ 107 1) Régulation par la disponibilité en substrat ________________________________________ 109 2) Régulation transcriptionnelle de l’OGT ___________________________________________ 109 3) Régulation post-traductionnelle de l’OGT _________________________________________ 109 e) L’autre visage de l’OGT : son activité protéolytique ___________________________________ 111 f) Localisation subcellulaire de l’OGT _________________________________________________ 111 g) Rôle de la EOGT (EGF-domain specific O-GlcNAc transferase) ___________________________ 111 h) L’inhibition de l’OGT ____________________________________________________________ 113 2. La β-N-acétylglucosaminidase (OGA) _________________________________________________ 115 a) Généralités ___________________________________________________________________ 115 b) Isoformes et localisation _________________________________________________________ 115 c) Structure de l’OGA _____________________________________________________________ 117 d) Régulation de l’OGA ____________________________________________________________ 117 1) Régulation post-traductionnelle de l’OGA _________________________________________ 117 2) Régulation de l’OGA par son interaction avec l’OGT _________________________________ 117 e) Inhibition de l’OGA _____________________________________________________________ 119
C. La voie de biosynthèse des hexosamines _________________________________ 121
1. Généralités ______________________________________________________________________ 121 2. La synthèse de l’UDP-GlcNAc _______________________________________________________ 121 a) La glutamine:fructose 6 phosphate amidotransférase (GFAT) ___________________________ 121 1) Structure ___________________________________________________________________ 121 2) Régulation __________________________________________________________________ 123 b) La glucosamine 6-phosphate N-acétyltransférase : GlcNAc 6P AT (Emeg 32) _______________ 123
D. La O-GlcNAcylation : un régulateur des propriétés protéiques ________________ 125
1. La O-GlcNAcylation et la phosphorylation _____________________________________________ 125 a) Dialogue phosphorylation/O-GlcNAcylation _________________________________________ 125 b) Dialogue entre OGT/OGA/kinases/phosphatases _____________________________________ 127 2. Rôle de la O-GlcNAcylation dans les interactions protéines/protéines _______________________ 129 3. Rôle de la O-GlcNAcylation sur la localisation subcellulaire _______________________________ 131 4. Rôle de la O-GlcNAcylation sur la dégradation protéasomale ______________________________ 131 a) La O-GlcNAcylation régule l’ubiquitinylation des protéines via leur phosphorylation _________ 131 b) La O-GlcNAcylation stabilise les protéines via le recrutement de déubiquitinases. ___________ 133 c) La O-GlcNAcylation facilite la monoubiquitinylation ___________________________________ 135 d) La O-GlcNAcylation module l’activité protéasomale ___________________________________ 135
E. Rôle de la O-GlcNAcylation dans les processus physiologiques _______________ 135
1. Rôle de la O-GlcNAcylation dans la régulation de la transcription et de la traduction ___________ 135 a) Transcription __________________________________________________________________ 135 b) Traduction ____________________________________________________________________ 137 2. Rôle de la O-GlcNAcylation dans la régulation épigénétique_______________________________ 139 a) La O-GlcNAcylation nous fait tourner la « Tet » _______________________________________ 139 b) La O-GlcNAcylation et les histones _________________________________________________ 139 3. Rôle de la O-GlcNAcylation dans la réponse au stress ____________________________________ 141 4. Rôle de la O-GlcNAcylation dans la régulation du cycle circadien ___________________________ 141 5. Rôle de la O-GlcNAcylation dans la régulation du cycle cellulaire ___________________________ 143
F. O-GlcNAcylation et pathologies ________________________________________ 145
2. O-GlcNAcylation et cancer__________________________________________________________ 147 3. Rôle de la O-GlcNAcylation sur le métabolisme glucidique en condition physiologique et
hyperglycémique _____________________________________________________________________ 153 a) Rôle de la O-GlcNAcylation en condition physiologique ________________________________ 153 1) A jeun _____________________________________________________________________ 153 2) En période postprandiale ______________________________________________________ 153 b) Rôle de la O-GlcNAcylation sur la glucotoxicité et de l’insulinorésistance en condition
hyperglycémique ___________________________________________________________________ 155 1) Diminution de l’absorption du glucose par O-GlcNAcylation __________________________ 157 2) Rôle de la O-GlcNAcylation sur la néoglucogenèse et la glycogénogenèse _______________ 157 3) Régulation de la synthèse de l’insuline par O-GlcNAcylation __________________________ 159 4) Rôle de la O-GlcNAcylation dans la dérégulation de la voie de signalisation de l’insuline ___ 159