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Thèse Année : 2019

Role of microRNAs and their machinery in hepatocytes and pancreatic beta cells

Rôle des microARNs et de leur machinerie dans les hépatocytes et les cellules béta pancréatiques

Résumé

In an adult healthy liver, hepatocytes are in a quiescent stage unless a physical injury, such as ablation, or a toxic attack occurs. However, to maintain their important organismal homeostatic role, the damaged or remaining hepatocytes will start proliferating to restore their functional mass. One of the limiting conditions for cell proliferation is amino acid (aa) availability, necessary both for the synthesis of proteins important for cell growth and division, and for the activation of the mTOR pathway, known for its considerable role in the regulation of cell proliferation. The aim of my main PhD project was to investigate the role of amino acids in the regulation of the switch between quiescence and growth of adult hepatocytes. To do so I used non-confluent primary adult rat hepatocytes as a model of partially ablated liver. I discovered that the absence of aa induces in primary rat hepatocytes the entrance in a quiescence state together with an increase in Drosha protein, which does not involve the mTOR pathway. Conversely, knockdown of Drosha allows the hepatocytes to proliferate and this effect appears to be independent of miRNAs, the canonical downstream partners of Drosha. Taken together, these observations reveal an intriguing non-canonical effect of Drosha in the control of growth regulation of adult hepatocytes responding to a nutritional strain, and they may help to design novel preventive and/or therapeutic approaches for hepatic failure. A side project of my PhD involved the role of microRNA-375 in the regulation of glucose-induced insulin secretion in rat and human pancreatic islets. Enhanced β-cell glycolytic and oxidative metabolism are necessary for glucose-induced insulin secretion. While several microRNAs modulate β-cell homeostasis, microRNA-375 stands out as it is highly expressed in β-cells where it regulates β-cell function, proliferation and differentiation. As glucose metabolism is central in all aspects of β-cell functioning, we investigated the role of microRNA-375 in this process using human and rat islets; the latter being an appropriate model for in depth investigation. We used forced expression and repression of microRNA-375 in rat and human primary islet cells followed by analysis of insulin secretion and metabolism. Additionally, microRNA-375 expression and glucose-induced insulin secretion were compared in islets from rats at different developmental ages. We found that overexpressing of microRNA-375 in rat and human islet cells blunted insulin secretion in response to glucose, but not to α-ketoisocaproate or KCl. Further, microRNA-375 reduced O2 consumption related to glycolysis and pyruvate metabolism, but not in response to α-ketoisocaproate. Concomitantly, lactate production was augmented suggesting that glucose-derived pyruvate is shifted away from mitochondria. Finally, reduced microRNA-375 expression was associated with maturation of fetal rat β-cells and acquisition of glucoseinduced insulin secretion function. Altogether our findings identify microRNA-375 as an efficacious regulator of β-cell glucose metabolism and of insulin secretion and could be determinant to functional βcell developmental maturation.
Dans le foie normal de l’adulte les hépatocytes sont dans un état de quiescence, sauf lors d’une situation d’agression physique ou toxique. Dans ces cas-là, afin de pouvoir maintenir leur rôle dans l’homéostasie de l’organisme les hépatocytes endommagés ou sauvegardés vont proliférer. Un des facteurs limitants pour la prolifération est la présence d’acides aminés, qui sont nécessaires pour la synthèse des protéines au cours de la prolifération et division cellulaire, et pour l’activation de la voie mTOR, qui joue un rôle clef dans la régulation de la prolifération cellulaire. Le but de mon projet de thèse était d’étudier dans des hépatocytes adultes le rôle des acides aminés dans la régulation de la transition entre l’état de quiescence et la croissance cellulaire. Pour cela nous avons utilisé comme modèle de foie partiellement reséqué des hépatocytes de rats adultes en culture primaire non-confluente. J’ai découvert que l’absence d’acides aminés induit l’entrée des hépatocytes dans un état de quiescence couplée à une augmentation de la protéine Drosha; cet accroissement étant indépendant de la voie mTOR. Inversement, la réduction de Drosha permet aux hépatocytes de proliférer, et cet effet semble indépendant des microARNs, qui sont les partenaires classiques de Drosha. L’ensemble de nos résultats révèlent dans les hépatocytes adultes l’existence d’effets non-classiques de Drosha dans le contrôle de la régulation de la croissance suite un stress nutritionnel. Un tel mécanisme pourrait être ciblé pour la prévention et/ou le traitement de l’insuffisance hépatique. Le second projet de ma thèse concerne le rôle du microARN-375 dans la régulation de la sécrétion de l’insuline en réponse au glucose dans les îlots de Langerhans de rats et d’origine humaine. Le métabolisme glycolytique et oxydatif sont nécessaires pour la réponse sécrétoire au glucose. Alors que plusieurs microARNs sont connus pour moduler l’homéostasie des cellules béta, le microARN-375 se démarque par sa forte expression dans les cellules béta dans lesquelles il régule le fonctionnement, la prolifération et la différentiation. Sachant que le métabolisme du glucose est au centre de toutes les fonctions de la cellule béta, nous avons étudié son impact sur le métabolisme dans des îlots humains et murins. Notre approche a fait appel soit à la surexpression du microARN-375, soit à sa réduction dans de îlots humains ou murins. Ensuite nous avons analysé la sécrétion de l’insuline et le métabolisme. De plus, nous avons regardé l’expression du microARN-375 et la réponse sécrétoire au glucose dans des îlots de rats à différents stades de leur développement. Nous avons trouvé que la surexpression du microARN-375 dans les îlots murins et humains diminuait la sécrétion de l’insuline en réponse au glucose, mais pas celle au α-cétoisocaproate ou au KCl. De plus, le microARN-375 réduit la consommation d’O2 engendrée par la glycolyse et le métabolisme du pyruvate, mais pas celle en réponse au α-cétoisocaproate. En même temps, la production de lactate est augmentée suggérant que le pyruvate est détourné des mitochondries. Enfin, la réduction du niveau du microARN-375 est associée à la maturation des cellules béta de rat foetal et l’apparition d’une réponse sécrétoire au glucose. Pris dans leur ensemble nos résultants identifient le microARN-375 comme étant un régulateur central du métabolisme du glucose et de la sécrétion de l’insuline, et ainsi il pourrait être un rouage déterminant pour la maturation fonctionnelle de cellules béta.
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  • HAL Id : tel-02855053 , version 1

Citer

Gaia Fabris. Role of microRNAs and their machinery in hepatocytes and pancreatic beta cells. Cell Behavior [q-bio.CB]. COMUE Université Côte d'Azur (2015 - 2019), 2019. English. ⟨NNT : 2019AZUR4030⟩. ⟨tel-02855053⟩
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