ACIDE GRAS ET INSULINORESISTANCE

Jean-François TantiDirecteur de Recherche CNRS

INSERM U568, Signalisation Moléculaire et Obésité

Faculté de Médecine, Nice

Journées de la SFBBM, 13-14 Septembre 2007, Dijon

FOIE

CAPTATION ET UTILISATION DU GLUCOSE

INSULINORESISTANCE

FACTEURS ACQUIS(surpoids/obesité)

FACTEURS GENETIQUES

MUSCLESADIPOCYTES

DIABETE TYPE 2

ANOMALIESCELLULES

PANCREATIQUES

PRODUCTION DE GLUCOSE

ROLE POTENTIEL DU TISSU ADIPEUX DANS LE DEVELOPPEMENT DE L ’INSULINORESISTANCE

DISLIPIDEMIE CHEZ LES DIABETIQUES

Augmentation

. Triglycerides

. VLDL

. LDL

. Small, Dense LDL

. Apo B

Diminution

. HDL

. Apo A-I

20

800

8 10 12 14 16 18HEURES

AG

L P

las

ma t

iqu

e s

(µm

ol/

L)

0

200

400

600

Diabétiques de type 2

Témoins

VARIATIONS DES CONCENTRATIONS D ’ACIDES GRAS LIBRES

CHEZ DES SUJETS DIABETIQUES DE TYPE 2 ET TEMOINS

D’après Girard J, Médecine Sciences, 2003,19:827-833

II I

I

I

I

G

G

GG

G

GG

GI

G

G

G

Acides gras

Acides gras

Augmentationtissu adipeux

Augmentationlipolysis

Augmentation tissu adipeuxTissu AdipeuxSous Cutané

Tissu AdipeuxVisceral

GG

GG

GG

G

LA LIPOLYSE EST AUGMENTEE LORS DE L’OBESITE

LE CONCEPT DE LIPOTOXICITE

Tissu adipeux

normal

obésité

Tissu adipeux

leptine

Adiponectine

TNFIL-1IL-6MCP-1

leptineadiponectineresistineoestrogènes etc….

LE CONCEPT D’INFLAMMATION

Insulin Resistance

ACCUMULATION ECTOPIC D’ACIDE GRAS ET

SENSIBILITE A L’INSULINE

EFFET DE L’ INFUSION DE LIPIDE CHEZ DESVOLONTAIRES SAINS SUR LE METABOLISME DU

GLUCOSERoden & Shulman, J Clin Invest, 1996

Controle Lipides

0 60 120 180 240 300 360

0 60 120 10 240 300 360

0 60 120 180 240 300 360

Time (min)

Time (min)

1

2

3

4

5 6 7 8 9 10Triglycerides associées au muscle

(mmol/g de poids du tissu)

0.9

0.8

0.7

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

Sen

sib

ilité

à l 

’insu

line

(cla

mp

log

10 m

ol/l

) (m

g/m

in.k

g F

FM

+17

.7r=-0.53 P<0.0006

RELATION ENTRE LE CONTENUE MUSCULAIRE EN TRIGLYCERIDE ET

LA SENSIBILITE À L ’INSULINE

D ’après Kelley DE et al Diabetes Care, 2001, 24:933-941

0

100

200

300

400

Contrôles Infusion Régime lipides gras

Tau

x d

’infu

s io

n d

e g

l uco

se( µ

mo

l/ kg

/ mi n

)

Contrôles Infusion Régime lipides gras

Cap

tati

on d

e g

luco

se(n

mo

l/g/m

in)

0

100

200

300

L’INACTIVATION DU TRANSPORTEUR D ’ACIDE GRAS FATP1 PROTEGE CONTRE L’INSULINORESISTANCE

INDUITE PAR UN EXCES DE LIPIDE

Kim JK et al, J.Clin.Invest, 2004,113, 756

WT

FATP1- /-

LE CYCLE GLUCOSE-ACIDE GRAS: HYPOTHESE DE RANDLE

UNE INFUSION DE LIPIDE CHEZ DES VOLONTAIRES SAINS DIMINUE LE TAUX DE GLUCOSE-6-

PHOSPHATE Roden & Shulman, J Clin Invest, 1996

IRS-1/2

p110p85P P

PDE 3B

mTOR GSK3

GlucoseTransport

PKBaPKC

Anti-Lipolyticeffects

4EBP1

Translationalregulation

eIF2B

Glycogen Synthesis(muscle, liver)Forkhead

PEPCK

-

LiverGlucose production

-

+

++

+

LES ACIDES GRAS INTERFERENT AVEC LA SIGNALISATION INSULINIQUE

HYPOTHESE DE SHULMAN

200

400

600

0Basal Insuline Lipide

+Insuline

Ty

ros

ine

Ph

osp

ho

ryla

tio

n d

 ’IR

S-1

(% d

u B

asa

l)

UNE INFUSION DE LIPIDE INHIBE LA TYROSINE PHOSPHORYLATION D’IRS-1 PAR L ’INSULINE DANS

LES MUSCLES DE RATS

D ’après Griffin et al, Diabetes, 1999, 48,1270

MECANISMES MOLECULAIRES IMPLIQUES

DANS L’ALTERATION DE LA SIGNALISATION INSULINIQUE

INDUITE PAR LES ACIDES GRAS

Corcoran et al, Am J Clin Nutr, 2007, 85, 662

EXCESSIVE PRODUCTION DE METABOLITES LIPIDIQUESTOXIQUES DANS LE MUSCLE ET LE FOIE D’OBESES

LES ACIDES GRAS SONT DES LIGANDS DES TOLL-LIKE

RECEPTEUR 4

FFA

CONSEQUENCES DE L’ACTIVATION DES TOLL-LIKE RECEPTEURS-4 PAR LES ACIDES GRAS

ERK

LA SERINE PHOSPHORYLATION D’IRS-1:UN MECANISME INHIBITEUR PARTAGE PAR LES ACIDES GRAS ET DIFFERENTS AGENTS

DIABETOGENES

GLUCOSE TRANSPORT

S/T KINASES

INSULINORESISTANCE NORMALES

Okadaic acid

Y-

P

P

P

P

P

PP

P

P

P

P

IRS-1Y Y

YY

YY

PP

P

PP

P

Y-

P

P

P

P

P

PP

P

P

P

P

IRS1IRS-1S S

SS

SY

PP

P

PP

P

X

PDGFR

Tanti et al, JBC, 1994, 269, 6051, Ricort et al, JBC, 1997, 272, 19814

GLUCOSE TRANSPORT

S/T KINASESS/T KINASES

INSULINORESISTANCE NORMALES

Okadaic acid

Y-

P

P

P

P

P

PP

P

P

P

P

IRS-1Y Y

YY

YY

PP

P

PP

P IRS-1Y Y

YY

YY

PPPP

PP

PPPP

PP

Y-

P

P

P

P

P

PP

P

P

P

P

IRS1IRS-1S S

SS

SY

PP

P

PP

PIRS1IRS-1S S

SS

SY

PPPP

PP

PPPP

PP

X

PDGFR

Tanti et al, JBC, 1994, 269, 6051, Ricort et al, JBC, 1997, 272, 19814

LA SERINE PHOSPHORYLATION D’IRS-1 INHIBE SA FONCTION

PP

PH PTBS307

P

S612 S632Y608 Y628

PI 3-KinaseY-

P

P

P

P

P

PP

P

P

P

P

HYPERINSULINEMIE ET SERINE PHOSPHORYLATION D ’IRS-1

LES SERINES 307/612/632 D’IRS-1 SONT PHOSPHORYLEES EN REPONSE A

L ’INSULINE

IRS1Blot anti-pSer612

Insuline : - +

Blot anti-pSer307 IRS1

IP anti-IRS1

Blot anti-pSer632IRS1

Gual et al, Diabetologia, 2003, 46, 1532

Ser307

Ser612 Ser632

mTOR

INSULINE

PH PTB

Y608 Y628

PI3K binding sites IRS-1

JNK

mTOR ERK

INSULINE

SITES ET SERINE KINASES IMPLIQUEES DANS LA SERINE PHOSPHORYLATION D’IRS-1 EN RESPONSE

A L’INSULINE

PKC

Diminution de l’interaction IR-IRS1 Augmentation de sa dégradation

Diminution de l’interactionIRS-1/PI3K

PlasmaGlucose

Y-

P

P

P

P

P

PP

P

P

P

P

IRS-1

Y Y

YY

YY

PP

P

PP

P

p110p85

GlucoseGT4

Le TNFa ou des stress cellulaires augmentent la serine

phosphorylation d ’IRS-1Osmotic

stressmTOR

Oxidative stress

Gual et al, J Biol Chem 2003, 278, 26550

IKK ß JNK-1

IRS-1 Serine Phosphorylation

TNFR

TNF

8

6

4

2

0GLYCEROL LIPIDE

Ph

osp

ho

ryl a

t io

n S

er30

7 d

  ’IR

S-1

U UNE INFUSION DE LIPIDE AUGMENTE LA PHOSPHORYLATION DE LA SERINE 307

D ’IRS-1Yu et al, J. Biol.Chem, 2002, 277, 50230

PlasmaGlucose

Y-

P

P

P

P

P

PP

P

P

P

P

IRS-1

Y Y

YY

YY

PP

P

PP

P

p110p85

GlucoseGT4

LA SERINE PHOSPHORYLATION D ’IRS-1 PAR IKK ß OU JNK1 EST IMPLIQUEE DANS L ’EFFET INHIBITEUR

DES ACIDE GRAS

JNK-1

IRS-1 Serine Phosphorylation

TNFR

TNF

Fatty Acyl CoADiacyglycerolceramide

IKK ß

PKC

Osmotic stress

mTOR

Oxidative stress

FattyAcids

Hypothèse de Shulman

INHIBITION DE LA SIGNALISATION INSULINIQUE DANS LES CELLULES MUSCULAIRES DE PATIENTS

DIABETIQUE

Controle Diabetique

0

10

20

30

0

1

2

3

Controle Diabetique

Activité PI 3-kinase associée à IRS-1

Tyrosine phosphorylation d’ IRS-1

+ insuline- insuline

Bouzraki et al, Diabetes, 2003, 52, 1319

IRS-1 EST PHOSPHORYLE SUR LA SERINE 632 DANS LES CELLULES MUSCULAIRES DE

PATIENTS DIABETIQUES

arb

itra

ry u

nit

s

0

1

2

3

4

Control Diabetique

Insuline : - + - +

IB: -pSer632

IP -IRS-1

Bouzraki et al, Diabetes, 2003, 52, 1319

CONSEQUENCES DE L’INHIBITION DES VOIESDE SIGNALISATION ACTIVEES PAR LES ACIDES GRAS

SUR LA SENSIBILITE A L’INSULINE

APPORT DES MODELES D’ANIMAUX GENETIQUEMENT MODIFIES

ERK

L’INVALIDATION DES TOLL-LIKE RECEPTEURS 4NE MODIFIE PAS LA PRISE DE POIDS

Poggi et al, Diabetologia, 2007, 50, 1267

WT

TLR4 -/-

TLR4 -/-

WT

L’INVALIDATION DES TOLL-LIKE RECEPTEURS-4AMELIORE L’UTILISATION DU GLUCOSE

PAR LE TISSU ADIPEUXPoggi et al, Diabetologia, 2007, 50, 1267

TLR4 -/-

WTTLR4 -/-

WT

L’INVALIDATION DES TOLL-LIKE RECEPTEURS-4DIMINUE LA STEATOSE HEPATIQUE

Poggi et al, Diabetologia, 2007, 50, 1267

WTTLR4-/-

WT TLR4-/-

TLR4 -/-

WT

TLR4 -/-

WT

L’INVALIDATION DES TOLL-LIKE RECEPTEURS-4PROTEGE DE L’INSULINORESISTANCE INDUITE PAR

UNE INFUSION DE LIPIDE Maia et al, J Clin Invest, 2007, 11, 3015

ERK

- L ’activité JNK est augmentée dans le foie , les muscles, les adipocytes de souris obèses (ob/ob ou régime riche en graisse) ainsi que dans les adipocytes de patients diabétiques de Type 2

- Souris Jnk1 -/- sont partiellement protégées de l’obésité et de l’insulinorésistance induite par un régime riche en graisse.

- La phosphorylation de la Ser307 d’ IRS-1 est augmentée dans le foie de souris WT obèses et sa tyrosine phosphorylation diminuée. Souris Jnk1-/- sous régime riche en graisse: pas d ’augmentation de phosphorylation de la Ser307 et tyrosine phosphorylation d’IRS-1 améliorée

- Les souris ob/ob-Jnk1-/- sont protégées partiellement contre l ’obésité, la résistance à l’insuline et le diabète

.

IMPLICATION DES JNK DANS L’INSULINORESISTANCE

ERK

Salicylates

IkB KINASEs (IKKß) ET INSULINORESISTANCE

- Les souris IKKß +/- sont protégées de l ’insulinorésistance induite par un régime riche en graisse.

- L ’invalidation partielle du gène Ikkß chez les souris ob/ob améliore leur métabolisme lipidique et glucidique

-Salicylate (120mg/kg/j) améliore la résistanceà l ’insuline des rats ou des souris obéses.

- Des doses élevées d’aspirine améliorent le métabolisme lipidique et glucidique de patients diabétiques de type 2

EFFET DE 2 SEMAINES DE TRAITEMENT A L ’ASPIRINE SUR LE METABOLISME DU GLUCOSE

CHEZ DES DIABETIQUES DE TYPE 2

Hundal et al, J Clin, Invest, 2002, 109, 1321).

Protocole:9 sujets (6M/3F)

Age 48 ans

BMI 37

Aspirine 7g/jour pendant 2 semaines.

Avant Aspirine Après Aspirine

Glycémie à jeun (g/l) 1,64 1,25 (-24%)

Triglycérides (g/l) 2,27 1,17 (- 48%)

Cholesterol total (g/l) 2,12 1,81 (- 15%)

HDL (g/l) 0,38 0,34 (-10%) C-reactive protein( mg/dl) 0,71 0,59 (-17%)

AG plasmatique( µM) 727 379 (-50%)

Production de glucose 2,1 1,6 (-25%)(mg/kg/min)

Infusion glucose (clamp) 4,9 5,9 (+16%)(mg/min/kg)

Oxydation du glucoseBasal (mk/kg/min) 0,8 0,9Clamp (mg/kg/min) 1,3 1,7

ERK

ob/ob

erk1-/-, ob/ob

erk1-/-

x

CONSEQUENCES METABOLIQUES DE L’INVALIDATION

DE ERK1 CHEZ LES SOURIS GENETIQUEMENT OBESES

L’INVALIDATION DE ERK1 CHEZ LES SOURIS ob/ob N’EMPECHE PAS LE DEVELOPPEMENT DE L’OBESITE

45

10

15

20

25

30

35

3 4 5 6 7 8

Semaines

Po

ids

de

s s

ou

ris

(g

)

ob/ob erk1-/-

ob/ob

wt

40

L’ABSCENCE DE ERK1 AMELIORE LA TOLERANCE AU GLUCOSE ET A L’INSULINE DES SOURIS OBESES

ob/obob/ob

ob/ob-Erk1-/-

ob/+

0

50

100

150

200

250

300

ob/ob ob/ob-Erk1-/-

AU

C G

TT

(%

ob

/+) *

0

50

100

150

200

250

300

ob/ob ob/ob-Erk1-/-

AU

C G

TT

(%

ob

/+) *

Time after insulin (min)

Blo

od

Glu

cose

(m

g/d

l)

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 30 60 90

Time after glucose (min)

Blo

od

Glu

cose

(m

g/d

l)

0

100

200

300

400

500

-30 0 30 60 90 120

Time after glucose (min)

Blo

od

Glu

cose

(m

g/d

l)

0

100

200

300

400

500

-30 0 30 60 90 1200

100

200

300

400

500

-30 0 30 60 90 120

0

50

100

150

200

250

300

AU

C IT

T (

% o

b/+

)

ob/ob ob/ob-Erk1-/-

*

0

50

100

150

200

250

300

AU

C IT

T (

% o

b/+

)

ob/ob ob/ob-Erk1-/-

*

0

50

100

150

200

250

Glu

cose

(m

g/d

l)

0

5

10

15

20

Insu

line

(ng

/ml)

wt ob/oberk1-/-

ob/obwt ob/oberk1-/-

ob/ob

25

1.40

ob/ob ob/oberk1-/-

Tri

gly

céri

des

(g/l) 1.20

1.00

0.80

0.60

0.40

00.20

1.40

ob/ob ob/oberk1-/-

Tri

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des

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0.60

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00.20

wt ob/oberk1-/-

ob/ob

L’ABSCENCE DE ERK1 AMELIORE LES PARAMETRES METABOLIQUES DES SOURIS

OBESES ob/ob

0

2

4

6

8

10

wt ob/ob ob/oberk1 -/-

Liv

erw

eig

ht

(g/1

00g

)

0

2

4

6

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wt ob/ob ob/oberk1 -/-

Liv

erw

eig

ht

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0

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30

40

50

wt ob/ob ob/oberk1-/-

Liv

erT

G (

mg

/g)

0

10

20

30

40

50

0

10

20

30

40

50

wt ob/ob ob/oberk1-/-

Liv

erT

G (

mg

/g)

L’ABSCENCE DE ERK1 AMELIORE LA STEATOSE

HEPATIQUE DES SOURIS OBESES ob/ob

CONCLUSION- Deux mécanismes importants pour le développement de la résistance à l’insuline: la Lipotoxicité et l’Inflammation.

- L’expansion du tissu adipeux est à l’origine de ces deux phénomènes

- Les acides gras jouent un rôle importants dans ces deux phénomènes:

. L’ accumulation de triglycerides dans le muscle/le foie entraîne la formation de métabolites qui inhibent la signalisation insulinique

. Les acides gras en se liant au récepteurs TLR4 augmentent la réaction inflammatoire et créent un cercle vicieux inflammation-lipolyse

- Les acides gras activent des serine kinases (IKK, JNK, ERK, PKC) qui inhibent la signalisation de l’insuline. Un des mécanismes important est la phosphorylation d’IRS-1 sur serine par ces kinases.

- L’inhibition des voies de signalisations activées par les acides gras améliore la résistance à l’insuline

INSERM U 568, Nice

J JagerP GualT GrémeauxB Binétruy F BostJF Tanti

G Pagès J Pouysségur

CNRS UMR 6543, Nice

INSERM U 626, Marseille MC Alessi

INSERM U 568Philippe GUAL

Thierry GREMEAUXTeresa GONZALESRomain BARRES

Jean-François TANTIYannick LE MARCHAND-BRUSTEL

COLLABORATIONSINSERM U449 LYON

Karim BOUZAKRIHubert VIDAL,