Offre de thèse (contrat CIFRE), Université Bourgogne Franche-Comté AgroSup, Dijon

Descriptif du projet de thèse

• Titre de la thèse : Mécanismes cellulaires et moléculaires hypothalamiques impliqués dans la détection hypothalamique du glucose: rôle de la protéine de fission mitochondriale DRP1, conséquences de son invalidation conditionnelle sur le contrôle de la prise alimentaire et du métabolisme énergétique.

• Contexte général du projet : L’hypothalamus participe au contrôle de l’homéostasie énergétique en détectant les signaux circulants tels que le glucose. Le glucose circulant est en effet une information particulièrement importante de par la précision de sa régulation et sa rapidité d’action (quelques minutes). Ainsi, le glucose est une molécule prédictive en termes de signal de faim (initiation du repas) et de rassasiement (terminaison du repas). L’hypothalamus constitue une zone où est présente la majorité des neurones gluco-excités, neurones répondant à l’hyperglycémie. Nous avons montré la nécessité de la production d’espèces actives de l’oxygène mitochondriales (mEAOs) en réponse à une hyperglycémie pour produire une réponse adaptée, chez le rat normal et, inadaptée, chez l’obèse. Nous avons étudié si cette production de mEAOs en réponse au glucose impliquait la morphologie des mitochondries. Celle-ci est contrôlée par des forces de fission et de fusion, dont les acteurs principaux sont Drp1 (dynamin related protein) et Fis1 pour la fission, OPA1 et les mitofusines 1 et 2 pour la fusion. On parle de dynamique mitochondriale, qui suivant l’état d’équilibre entre ces forces, détermine la forme du réseau mitochondrial, la capacité énergétique et les signaux émis par la mitochondrie, dont les mEAOs. Nous avons pour la première fois montré chez le rat in vivo que l’injection de glucose dans l’hypothalamus permet de déclencher la fission des mitochondries en déclenchant l’adressage de Drp1 (cytosolique) à la mitochondrie. L’hypothalamus médiobasal (MBH) en particulier, est capable de détecter une hyperglycémie afin d’initier des réponses physiologiques adaptées, comme par exemple la sécrétion d’insuline via le système nerveux autonome (par un contrôle vagal). Récemment, l’étude de modèles génétiques ont permis de faire un lien entre ces évènements dynamiques dans le MBH et le développement de pathologies métaboliques.

• Objectifs du projet : Plus particulièrement, des données très récentes montrent que la fission, via la translocation de DRP1 à la mitochondrie en réponse au glucose, affecte une population neuronale particulière : les neurones SF1 (steroidogenic factor 1) du noyau hypothalamique ventro- médian (VMN), démontrant que ces neurones sont particulièrement importants dans la détection cérébrale de l’hyperglycémie, alors que leur étude avait été restreinte, jusqu’à présent, à l’étude de l’hypoglycémie et la contre-régulation. Toutefois, il n’existe pas de preuve directe que ce soit spécifiquement le défaut d’adressage de DRP1 en réponse au glucose dans ces neurones SF1 qui soit seul responsable des altérations métaboliques. L’objectif de cette thèse est donc de démontrer l’importance possible de ce mécanisme en utilisant des animaux Sf1-cre Tomato (avec fluorescence des neurones SF1) croisés avec des animaux drp1-lox, ce qui permettra de répondre directement à 2 questions majeures : 

• Stratégie scientifique prévue pour atteindre les objectifs : Ce projet de recherche sera réalisé en utilisant plusieurs techniques complémentaires : l’électrophysiologie sur tranches de cerveau de souris SF1-cre Tomato croisées avec les souris drp1-lox pour déterminer la sensibilité au glucose des neurones SF1; l’expérimentation animale afin de mesurer la prise alimentaire et le contrôle des axes hypothalamo-pancréatique et hépatique (a minima). Ceci nécessitera l’apprentissage de la chirurgie vasculaire et cérébrale, l'injection hypothalamique de différents composés pharmacologiques. L'ensemble de ces techniques sera associé à des techniques de biochimie et biologie moléculaire plus classiques telles que le western blot, la PCR, les tests ELISA et l'immunohistochimie, la microscopie électronique. (stratégie de repli : les neurones POMC, dont partie est gluco-excitée, seront étudiés en alternative des neurones SF1 (animaux POMC-cre)).

• Originalité des résultats attendus : La réalisation de ce projet permettra de mieux comprendre les mécanismes cellulaires et moléculaires impliqués dans la détection cérébrale du glucose et les nombreux mécanismes de contrôles énergétiques qui en dépendent. L'originalité de ce projet tient à la complémentarité des techniques utilisées. L’étudiant sera formé à un panel de techniques de pointe in vitro (électrophysiologie) et in vivo (chirurgie) nécessaire à l’étude complète des mécanismes cellulaires et moléculaires impliqués dans la régulation hypothalamique du métabolisme énergétique au sens large.

Principales références :