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
Rev-erbα et thermogénèse
Rev-erbα et thermogénèse
UCP1 : gène cible de Rev-erbα ?
Rev-erbα et thermogénèse
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 -/-
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
Rev-erbα +/+ Rev-erbα -/-
AMPK P
NAMPT
PGC1αP
NAD+/NADH
SIRT1
acetyl
PGC1αP
Mitochondrial biogenesis
ExerciseRestricted
feeding
020406080
100120 TFAM
*
mR
NA
/cyc
loph
ilin
Rev-erbα +/+Rev-erbα -/-
[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
Rev-erbα +/+ Rev-erbα -/-
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-/-
Rev-erbα +/+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 -/-
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
Rev-erbα +/+ Rev-erbα -/-
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