Déterminants mitochondriaux de l'oxydation des acides gras : modulation par l'entraînement, l'hypoxie et un agoniste PPAR-·, Mitochondrial factors involved in fatty acid oxydation : alteration induced by endurance training, hypoxia and a PPAR-delta agoniste treatment

Alexandra Henrionnet

Description

Sous la direction de Xavier Bigard
Thèse soutenue le 27 avril 2011: Grenoble
La plasticité mitochondriale à l'égard de l'oxydation de substrats, et sa participation à la transition métabolique ont été étudiées dans deux conditions: l'exposition chronique à l'hypoxie et l'entraînement en endurance, connues comme modulatrices de la préférence de substrats. Ainsi l'affinité pour le palmitoyl carnitine est augmentée par l'hypoxie et la restriction calorique alors qu'au contraire le flux maximal de palmitoyl CoA (PCoA) semble freiné par l'hypoxie. Quant aux effets de l'entraînement, malgré une amélioration du temps limite de course à intensité sous-maximale et une augmentation des capacités oxydatives globales, nous ne retrouvons pas de facilitation de l'oxydation du PCoA. Par ailleurs, on observe une augmentation des messagers PPAR-delta et d'UCP-3 en réponse à une exposition aigue à l'hypoxie. Le rôle de PPAR-delta sur la modulation de l'utilisation de substrats par la mitochondrie a aussi été envisagé en utilisant un agoniste pharmacologique de PPAR-delta, le GW 742. Celui-ci, permet d'améliorer l'efficacité catalytique du complexe enzymatique CPT-1 tout en limitant l'oxydation du pyruvate, également diminuée dans les muscles oxydatifs au cours de la restriction calorique. Le traitement par GW 742, s'il limite l'altération de l'efficacité catalytique de CPT-1 observée en hypoxie, ne permet pas de rétablir, un niveau d'oxydation en PCoA similaire à celui observé en situation contrôle. Le GW 742 s'est aussi montré capable de restaurer le flux en PCoA altéré par l'entraînement, même si la fonction du transport CPT-1 reste limitante devant l'augmentation du potentiel oxydatif induit par l'entraînement. Par ailleurs, nous n'avons pas retrouvé de relation étroite entre les variations d'affinité en PCoA et la performance aérobie sous-maximale, pourtant influencée par la capacité à oxyder préférentiellement les lipides. Enfin, la diminution du flux en pyruvate associée à l'augmentation de l'utilisation des acides gras à longue chaîne observée lors du traitement par GW 742 ou au cours de la restriction calorique pose la question du rôle joué par une cible particulière de PPAR-delta sur la mitochondrie, la protéine découplante UCP-3.
-Hypoxie
-Muscle squelettique
-Entraînement aérobie
-Mitochondrie
-PPAR delta
Substrate oxidation and its contribution to metabolic shift, as markers of muscle plasticity have been studied under two specific condition, the prolonged exposure to ambient hypoxia, and endurance training, two conditions known as leading to changes in substrate use. Our result show that the affinity for palmitoyl carnitine is increased by both hypoxia and food restriction, whereas in contrast exposure to hypoxia slow down the palmitoyl CoA (PCoA) maximal use. On the other hand, endurance training led to enhanced physical performance and increased muscular oxidative capacities, but failed to enhance PCoA oxidation. The transcripts for PPAR-delta and UCP-3 increased in response to aucte exposure to hypoxia. Moreover, we studied the role played by PPAR-delta on the substrate use modulation, using new PPAR-delta agonist known as GW 742. In the present study, this new pharmacological substance has been shown to enhance the catalytic efficiency of CPT-1 and decrease the pyruvate oxidation. Moreover, GW 742 administration limits the hypoxia-induced decrease of CPT-1 activity, but failed to recover levels of PCoA oxidation similar to those observed in control conditions. GW 742 administration was able to suppress the effects of training on maximal PCoA oxidation, even if the functional CPT-1 activity remains limiting regarding the training-induced increase in oxidative capacity. On the other hand, we failed to show strong relationship between PCoA affinity and physical performance. Finally, the concomitant increase in long chain fatty acid oxidation and decrease in pyruvate oxidation resulting from either GW 742 use or food restriction, addresses the issue of the role played by the uncoupling protein UCP-3 on mitochondrial function
-Skeletal muscle
-Long chain fatty acid
-Hypoxia
-Endurance training
-PPAR delta
-Mitochondria
Source: http://www.theses.fr/2011GRENV013/document

Sujets

• Hypoxie
• Muscle squelettique
• Mitochondrie

Informations

• Publié par: Thesee
• Nombre de lectures: 83
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 3 Mo

Extrait

tel-00624381, version 1 - 16 Sep 2011
Je tiens à remercier :


M. X. BIGARD de m'avoir accueillie au sein de son laboratoire pour réaliser ce travail, de
m’avoir fait partager son goût pour la recherche, et de m’avoir toujours encouragée à donner
le meilleur de moi même. Je veux aussi le remercier pour la bonne humeur, et les
encouragements continuels dont il a fait preuve tout au long de ma thèse.

Mme N. KOULMANN pour l’ensemble de ses précieux conseils et de son soutien tout au
long de la réalisation de mon travail de thèse.

Mme R. VENTURA-CLAPIER pour nos échanges toujours fructueux et remplis
d’optimisme, mais aussi pour avoir accepté d’examiner cette thèse.

Mme C. PRIP BUUS d'avoir accepté de juger cette thèse et d'en être le rapporteur.

Mme D. DESPLANCHES d'avoir accepté de juger cette thèse et d'

M. D. RIVIERE d'avoir accepté d'examiner cette thèse.

M. H. BENOIT d'exam

Tous les membres de l'unité de l’unité de Physiologie des Activités Physiques Militaires de
l’Institut de Recherche Biomédicale des Armées, dont l’aide, le soutien et la bonne humeur
m’auront permis de mener à bien cette thèse.

Hervé sans qui, je ne serais jamais arrivée au bout de cette thèse. Bien sûr pour ton aide dans
les manip mais plus encore pour la confiance que tu m’as toujours témoigné. Tu as cru en moi
au moment où je n’y croyais plus moi-même. Si tu as déjà remporté de belles victoires dans le
coaching sportif, tu as réussi à me donner confiance et cela est un bien inestimable. J’ai petit à
petit appris à marcher avec toi mais j’espère que nous ferons encore un bout de chemin
ensemble. Soit ici remercié pour ta patience, ta bienveillance, tes conseils et ton humour.

Julia, cette année passée ensemble a été une bouffée d’oxygène. Je serai toujours en
admiration devant ta capacité à oser, à te lancer dans des combats qui paraissaient pourtant
perdus d’avance.

Thomas, outre tes coups de mains précieux; je sais que maintenant mes questionnements
parfois incongrus sont au moins partagés par une personne sur terre. A toi de jouer maintenant
mais le résultat ne fait aucun doute pour moi.

Nadine, malgré les inquiétudes actuelles, tu as toujours répondu présente à chaque fois que
j’avais besoin d’aide.

Bernard, tu m’as fait découvrir les dosages d’activités enzymatiques, toujours soulagée pour
2
tel-00624381, version 1 - 16 Sep 2011
le travail ingrat des commandes mais surtout tu as été une épaule sur laquelle m’appuyer,
verser une larme et sans jamais être jugée.

Sébastien, ton ironie m’a parfois déstabilisée mais tu m’as aussi fait comprendre que la
confiance en soi était à trouver en soi et pas dans le regard des autres.

Rachel, qui m’a initiée au travail de laboratoire au moment où une pipette était pour moi un
outil au maniement inconnu. Que de chemin parcouru depuis…

Adélie, ton sens de l’esprit collectif est un vrai bonheur pour une équipe.

Corinne, qui s’est toujours proposée pour les coups de main même les plus rébarbatifs.

Clovis et Alexandre, nos étudiants de master 2 avec lesquels j’ai découvert les joies de
l’encadrement.

Toutes les personnes qui m'ont aidée de près ou de loin afin de mener à terme ma thèse.

André, dont le bureau m’a toujours été ouvert. Merci pour tes interrogations, tes idées, tes
discussions sur les enfants… J’espère continuer à travailler longtemps avec toi.

Antonia, tu as toujours pris soin de moi dans les moments difficiles. Soit ici remerciée pour
ton empathie spontanée et profonde.

Josiane, la travailleuse de l’ombre mais sans qui nos dosages de routine seraient irréalisables.

Les relecteurs qui se sont proposés et Patrick que j’ai sollicité largement et qui a toujours
répondu malgré des délais plus qu’indécents.

Mon mari et mes enfants qui ont été particulièrement patients durant cette période de
rédaction. Merci pour la sérénité que vous avez instaurée et sans laquelle un tel travail aurait
été impossible. Votre tolérance a été grande et votre intolérance m’a permis de retrouver la
clairvoyance nécessaire dans ce travail où l’on pourrait se perdre. Restez toujours ce garde-
fou.












3
tel-00624381, version 1 - 16 Sep 2011




































A mes parents.
A papi Raymond.
4
tel-00624381, version 1 - 16 Sep 2011
RESUME


Mots clés : muscle squelettique, mitochondrie, acide gras longue chaîne, agoniste PPAR-δ,
hypoxie, entraînement aérobie.

La plasticité mitochondriale à l’égard de l’oxydation de substrats, et sa participation à la
transition métabolique ont été étudiées dans deux conditions: l’exposition chronique à
l’hypoxie et l’entraînement en endurance, connues comme modulatrices de la préférence de
substrats.
Ainsi l’affinité pour le palmitoyl carnitine est augmentée par l’hypoxie et la restriction
calorique alors qu’au contraire le flux maximal de palmitoyl CoA (PCoA) semble freiné par
l’hypoxie. Quant aux effets de l’entraînement, malgré une amélioration du temps limite de
course à intensité sous-maximale et une augmentation des capacités oxydatives globales, nous
ne retrouvons pas de facilitation de l’oxydation du PCoA.
Par ailleurs, on observe une augmentation des messagers PPAR-δ et d’UCP-3 en réponse à
une exposition aigue à l’hypoxie. Le rôle de PPAR-δ sur la modulation de l’utilisation de
substrats par la mitochondrie a aussi été envisagé en utilisant un agoniste pharmacologique de
PPAR-δ, le GW 742. Celui-ci, permet d’améliorer l’efficacité catalytique du complexe
enzymatique CPT-1 tout en limitant l’oxydation du pyruvate, également diminuée dans les
muscles oxydatifs au cours de la restriction calorique. Le traitement par GW, s’il limite
l’altération de l’efficacité catalytique de CPT-1 observée en hypoxie, ne permet pas de
rétablir, un niveau d’oxydation en PCoA similaire à celui observé en situation contrôle. Le
GW 742 s’est aussi montré capable de restaurer le flux en PCoA altéré par l’entraînement,
même si la fonction du transport CPT-1 reste limitante devant l’augmentation du potentiel
oxydatif induit par l’entraînement. Par ailleurs, nous n’avons pas retrouvé de relation étroite
entre les variations d’affinité en PCoA et la performance aérobie sous-maximale, pourtant
influencée par la capacité à oxyder préférentiellement les lipides.
Enfin, la diminution du flux en pyruvate associée à l’augmentation de l’utilisation des acides
gras à longue chaîne observée lors du traitement par GW 742 ou au cours de la restriction
calorique pose la question du rôle joué par une cible particulière de PPAR-δ sur la
mitochondrie, la protéine découplante UCP-3.

5
tel-00624381, version 1 - 16 Sep 2011
ABSTRACT



Key words : Skeletal muscle, mitochondria, long chain fatty acid, PPAR- δ agonist, hypoxia,
endurance training.

Substrate oxidation and its contribution to metabolic shift, as markers of muscle plasticity
have been studied under two specific condition, the prolonged exposure to ambient hypoxia,
and endurance training, two conditions known as leading to changes in substrate use.
Our result show that the affinity for palmitoyl carnitine is increased by both hypoxia and food
restriction, whereas in contrast exposure to hypoxia slow down the palmitoyl CoA (PCoA)
maximal use. On the other hand, endurance training led to enhanced physical performance
and increased muscular oxidative capacities, but failed to enhance PCoA oxidation.
The transcripts for PPAR-δ and UCP-3 increased in response to aucte exposure to hypoxia.
Moreover, we studied the role played by PPAR-δ on the substrate use modulation, using new
PPAR-δ agonist known as GW 742. In the present study, this new pharmacological substance
has been shown to enhance the catalytic efficiency of CPT-1 and decrease the pyruvate
oxidation. Moreover, GW 742 administration limits the hypoxia-induced decrease of CPT-1
activity, but failed to recover levels of PCoA oxidation similar