Rev-erbα et homéostasie mitochondrialemeetochondrie.fr/meetochondrie/IMG/pdf/lancel.compressed.pdf · Rev-erbα et homéostasie mitochondriale Steve Lancel INSERM UMR1011 (B Staels)

Rev-erbα et

homéostasie mitochondriale

Steve Lancel

INSERM UMR1011 (B Staels)

Institut Pasteur de Lille, Université de Lille

Meetochondrie - Pornichet, 27-30 mai 2018

Les horloges circadiennes physiologiques

ACTH

Glucocorticoïdes

Noradrénaline

Adrénaline

Reins

Surrénales

Cœur Rate Moelle

osseuse

Estomac Foie

OeilCerveau

SNS

SNP

Horloge centraleNoyau suprachiasmatique

(SCN)

Horloges périphériques

Hypus – SCNHypyse

Dibner C et al., Ann Rev Phys 2010Dia : B Pourcet

Physiologie et horloges biologiques

Vaisseaux

Fréquencecardiaque

Pressionsanguine

Sommeil

Immunité

Températurecorporelle

Métabolisme

Cyclecellulaire

Système reproducteur

Contraction intestinale

Activité cérébrale

Bass J Nature 2012

Dia : B Pourcet

Crohn

Pathologies et troubles de l’horloge

Diabète type 2

AthéroscléroseAlzheimer

Polyarthrite rhumatoïde

Goutte

Obesité

Cancer

Curtis AM et al., Immunity 2014; Videnovic A et al., Nat Rev Neur 2014

Allergie

Dia : B Pourcet

ClockBmal1 CryPer

Lumière

SCN

Déterminants moléculaires de l’horloge circadienne

Repas/Exercice

Organes périphériques

Rev-erba/β

Répercussions métaboliques

Modifié d’aprèsGoede et al., J Mol Endocrinol, 2018.

de Goede et al., J Mol Endocrinol, 2018.

Rev-erbα : un répresseur transcriptionnel

Gène cible

Répressiontranscriptionnelle(Rev-erbα)2

NCoR

RevRE/ROREAGGTCA(X)2/AGGTCA

Homodimère/Monomère

Harding and Lazar. MCB, 1995 ; Kojetin and Burris. Nat Rev Drug Discovery, 2014 ; Zhang et al., Science, 2015

Ligand naturelHème

Ligands synthétiquesGSK4112SR9009SR9011

GSK2945

AntagonistesSR8278

Rev-erb-α module le métabolisme

Adipogenèse

Foie

Muscle squelettique

Métabolisme oxydatif

Dérégulation de l’horloge

Kojetin & Burris, Nature Reviews, 2014, Duez & Staels, J Appl Physiol, 2009

Métabolisme des lipoprotéines (APOC3)Néoglucogenèse(G6Pase, PEPCK)Métabolisme des acides biliaires (CYP7A1)

T. adipeux blanc

T. adipeux brun

Thermogenèse

Mitochondrie et thermogenèse

Betz MJ et Enerbäck S, Nature Reviews – Endocrinology, 2018

Rev-erbα et thermogénèse

BAT of WT/KOL’absence de Rev-erbα augmente la résistance au froid

BAT of WT/KO



UCP1 : gène cible de Rev-erbα ?

Rev-erb-α module le métabolisme

Adipogenèse

Foie

Muscle squelettique

Métabolisme oxydatif

Dérégulation de l’horloge

Kojetin & Burris, Nature Reviews, 2014, Duez & Staels, J Appl Physiol, 2009

Métabolisme des lipoprotéines (APOC3)Néoglucogenèse(G6Pase, PEPCK)Métabolisme des acides biliaires (CYP7A1)

T. adipeux blanc

T. adipeux brun

Thermogenèse

Rev-erbαActin

Quadric

eps

Soleus

Gastroc

nemius

Diaphrag

m

EDL Tibialis

Anterio

r

Rev

-erb

α/ac

tin

Qua Sol Gas Dia0

EDL TA

0.51.0

1.5

2.0

2.53.0

control exercised

ActinRev-erbα

Sole

us R

ev-e

rbα/

actin

prot

ein

leve

ls *

0

50

100

150

200

control exercised

Woldt E, Sebti y, et al., Nature Medicine, 2013

Rev-erbα est exprimé dans les muscles oxydatifs et augmente après exercice

Maximal oxygen consumption

0

20

40

60

80

100

120

140

Rest exercise

VO

2 (m

l/kg

/min

)

*

Rev-erbα +/+Rev-erbα -/-

Endurance capacity

010

20

30

40

5060

7080

90

(min

ute

)

*

Running timeRunning distance

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

(met

er)

*

Per

cen

t ru

nn

ing

Time to exhaution (min)0 50 100 150

0

20

40

60

80

100 Rev-erbα +/+Rev-erbα -/-

Les souris Rev-erbα-/- ont une performance à l’exercice réduite

Complex I : NADH-ubiquinone reductase

mR

NA

/ cyc

lop

hili

n

020406080

100120140

**

Nd1

mR

NA

/ cyc

lop

hili

n

0

20

40

60

80

100

120

**

Cox10

20406080

100

120140

**

Cox2

Complex IV : Cytochrome oxidase

complex 1

complex 3

complex 4

actin

Rev-erbα +/+ Rev-erbα -/-


Mitochondrial DNA content

0

20

40

60

80

100

120

*

MtD

NA

ND

1 / g

eno

mic

cy

clo

ph

illin

DN

A

Réduction du contenu mitochondrial au niveau des muscles des souris Rev-erbα-/-

SIRT1

*

NAMPT

020406080

100120140

**m

RN

A/ c

yclo

phili

n

AMPK-P

AMPK

GAPDH


AMPK P

NAMPT

PGC1αP

NAD+/NADH

SIRT1

acetyl

PGC1αP

Mitochondrial biogenesis

ExerciseRestricted

feeding

020406080

100120 TFAM

*

mR

NA

/cyc

loph

ilin


[NA

DH

] (%

of W

T)

020406080100120250

NADH

0

50

100

150

200

NAD+

*

[NA

D+] (%

of WT)

PGC

1α/G

APD

H

*

00.10.20.30.40.50.6

Reverbα -/-PGC1α

GAPDH

Reverbα +/+

IB:Ac-Lys


acet

ylat

ed/to

tal

PGC

1α

0

*

50100150200250

ip PGC1α

Diminution de la signalisation AMPK et de la biogenèse mitochondriale chez les souris Rev-erbα-/-


Malate

Glutamate

KREBS Cycle

ADP

Succinate

FADH2

Succinate

Rotenone

pmol

O2/s

/mg

fiber

State 20

12

34

5*

State 30

10203040506070

*

0102030405060

*

State 3 + Succ+ Rot

State 3 + Succ

020406080

100120

**

**

**

0

2000

4000

6000

8000

pmol

O2/s

/mg

mt p

rote

ins

State 3 + Succ+ Rot

State 2 State 3 State 3 +

Succ

Isolated mitochondriaPermeabilized fibers

Réduction de la respiration mitochondriale chez les souris Rev-erbα-/-

Mitotracker Green10 0 101 10

210

310

40

20

40

60

80

100

% o

f Max

0

20

40

60

80

100

% o

f Max

10 0 101 102

103

104

Mitotracker Red

C2C12 DMSO

C2C12 pbabeC2C12 Rev-erbα

Total mitochondria Functionnal mitochondria

Fluo

resc

ence

mea

n

0100200300400500600700800900

pbabe Rev-erbα pbabe Rev-erbαGreen Red

**

C2C12 020406080

100120140

Routine Leak OXPHOS

*

Oxy

gen

cons

umpt

ion

(pm

ol/s

/mill

ion)

*

pBabehReverbα

Augmentation de la capacité respiratoire des cellules surexprimant REV-ERBα

PGC1α

0

500

1000

1500

2000

mR

NA

/cyc

loph

ilin *

pBabehReverbα

TFAM

0

1

2

3*

NAMPT

0

1

2

3

4

SIRT1

0

2

4

6 **

OXPHOS (3U)

50

100

150

*

*

CCDMSO0p

mol

O2/s

/106

cells

si CTL

si AMPKα1/2

0

50

100

150

200*** *

MFI

as

% o

f con

trol

MT Green

Augmentation de la biogenèse mitochondriale des cellules surexprimant REV-ERBα

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Routine Leak OXPHOS

*

**

sh CTLsh Rev-erbα

MTGreen

Perc

enta

ge o

f max

100 101 102 103 1040

20

40

60

80

100

100 101 102 103 104

sh CTLsh Rev-erbα

MTRed

MFI

MT Green MT Red0

50100150200250300350400

*

*

sh CTLsh Rev-erbα

pmol

O2/

s/10

6 ce

lls

Diminution de la capacité respiratoire des cellules exprimant un shRNA dirigé contre Rev-erbα


Rev-erbα -/- Rev-erbα -/-

Morphologie anormale des mitochondries des muscles de souris Rev-erbα-/-

Autophagosome

Lysosome

fusion

- L’autophagie est un procédé catabolique impliqué dans la dégradation de constituants cellulaires par la machinerie lysosomale- Intérêts :

- Générer des acides gras, acides aminés, … pour la production d’énergie- Eliminer les proteines ou organites (mitochondries) endommagés

Autophagie

Rev-erbα régule l’autophagie du muscle squelettique

Rev-erbα +/+

LC3 III

GAPDH

Rev-erbα -/-

0

0.5

1.0

1.5

2.0

LC3

II/I

*

mR

NA

/cyc

loph

ilin

0

50

100

150

200

250

Beclin

1

*

BNIP3

**

ULK1

*

Cath

LAT

G5

*****

Parki

n


GAPDH

ParkinRev-erbα +/+ Rev-erbα -/-

BNIP3

0

0.5

1.0

1.5

2.0

Parkin BNIP3

prot

ein/

GA

PD

H

***

*

mR

NA

/cyc

loph

ilin

ATG5ULK1 Parkin Atp6v1b2

Cath L0

20

40

60

80

100

120

* * **

BNIP3

**

pBabe hReverbα

sh CTLsh Rev-erbα

MT green: mitochondria content

MFI

(%)

3-MA CQ 0

20406080

100120140160

***

Vehicle(H O)

2

***

DMSO

***

Bafilomycin

20406080

100120140160

*

NH Cl 40

Rev-erbα régule l’autophagie du muscle squelettique

Chip- Rev-erbα

0

2

4

6

CathLBeclin

Fold

enr

ichm

ent

ATG5BNIP3ULK1

Rev-erbα

Rev-erbα se lie aux promoteurs des gènes de l’autophagie pour réprimer leur expression

vehicleSR9009

Run

ning

tim

e (m

inut

es) *80

70

60

50

40

30

20

100 R

unni

ng d

ista

nce

(met

ers) *

200

400

600

800

1000

1200

1400

00

20

40

60

80

State 2 State3 State3 +Succ

State3 +Succ +Rot

pmol

O2/s

/mg

fiber

*

*

**

*

controlAAV-Rev-erbα

La surexpression ou l’activation pharmacologique de Rev-erbαaméliorent la fonction mitochondriale et la capacité à l’exercice

Autophagie Biogenèse mitochondriale

(AMPK-SIRT1-PGC1a)

Contenu et fonction mitochondriales

Capacité oxydative Woldt, Sebti et al,. Nature Medecine

(2013)

Cible thérapeutiqueLigands synthétiquesAgonistes/AntagonistesSpécifiques …

Autres processus mitochondriaux régulés par Rev-erb-α ?Autres

de Goede et al., J Mol Endocrinol, 2018.

Impact sur les organes à haute activité métabolique

Remerciements

Maastricht University, NL

Patrick Schrauwen Matthijs Hesselink

The Scripps Institute, Florida, USA

Thomas Burris Laura Solt

INSERM U1011Université de Lille

Institut Pasteur de Lille

Estelle WoldtYasmine Sebti

Christian DuhemStéphane DelhayeCharlotte Paquet

Jérome EeckhoutePhilippe Lefebvre

Alicia Mayeuf-LouchartQuentin ThorelBenoit Pourcet

Mathilde ZecchinJustine Beauchamp

Lise FerriAlexis Boulinguiez

Hélène DuezBart Staels

Documents

Rev-erbα et homéostasie mitochondrialemeetochondrie.fr/meetochondrie/IMG/pdf/lancel.compressed.pdf · Rev-erbα et homéostasie mitochondriale Steve Lancel INSERM UMR1011 (B Staels)