REGULATION DE l’AMPkinase Fabrizio Andreelli CHU Bichat et INSERM U 695

1. REGULATION DE l’AMPkinaseFabrizio AndreelliCHU Bichat et INSERM U 695

2. L’énergie…c’est la vie !!

3. Lipolyse (à jeun) Lipogenèse (nourri)

4. TG alimentaires AGL TG AGL + glycérol

5. Au moins deux phénomènes Résistance à l’insuline Altération de l’insulinosécrétion

6. Un phénotype stéréotypé… Production hépatique de glucose Stéatose hépatique Insulinorésistance Lipolyse accrue AGL Glycérol Insulinorésistance

7. C.Tour de taille J Vague 1947

8. Stéatose AGL Lipotoxicité et TAV Muscle Cellule  insulinorésistance AGL TG insulinosécrétion

9. Relations TAV et NASH Nature 2006

10. Dépôts lipidiques extra-adipocytaires: muscle Greco AV et al. Diabetes 2002

11. Dépôts lipidiques extra-adipocytaires: foie

12. Dépôts lipidiques extra-adipocytaires: beta cell Rat OLEFT Jia MD et al, Diabetes 2000

13. Cancello R et al. Diabetes 2005

14. Miyazaki Y et al. AJP 2002

17. Syndrome métabolique

18. Obésité - répartition • Tour de taille mesuré • En position debout et en expiration douce • A mi-hauteur entre • rebord costal inférieur • crête iliaque Risque Risque élevé Homme  94 cm  102 cm Femme  80 cm  88 cm d’après Lean (1995)

19. Conséquences du syndrome métabolique Insulinorésistance Diabète de type 2 Sd métabolique Risque cardio-vasculaire

20. 1 Intra-abdominal adiposity and glucose metabolism Glucose Insulin 1,2 15 1200 1,2 1,2 Area Area 12 1 1,2 1,2 1 1 1,2 800 9 1,2 mmol/L 1 1 pmol/L 1 1,2 1 1,2 1 6 400 1,2 3 1,2 0 0 0 60 120 180 0 60 120 180 Time (min) Time (min) Non-obese Obese low IAA Obese high IAA IAA: intra-abdominal adipositySignificantly different from 1non-obese, 2obese with low intra-abdominal adiposity levels Pouliot et al 1992

21. AGL Tissu adipeux abdominal

22. Changements métaboliques AMPKinase Environnement hormonal Effets enzymatiques Effets géniques

23. Structure de l'AMP-kinase regulatory SU  1, 2, 3 catalytic SU regulatory SU 1, 2   1, 2, 3 1, 2

24. LKB1 CaMKK Structure of AMP-activated protein kinase AMPK kinase Catalytic subunit  1, 2 C Thr172 N Catalytic domain  binding C N 1, 2 Glycogen binding  binding Regulatory subunit mutations 2 H383R T400N R302Q N488I R531G 1, 2, 3 N C CBS2 CBS4 CBS1 CBS3 AMPK AMP/ATP binding mutation 3 R225Q

25. fatty acid synthesis fatty acid oxidation AMP is signal of energy depletion

26. Regulation of AMP-activated protein kinase • glucose deprivation • metabolic poisons • ischemia • hypoxia  AMP/ATP Adenylate kinase ATP ATP ADP AMP physical exercise   AMP   AMP AMP   Pi ATP LKB1 CaMKK AMPK Phosphatases ADP  H2O   ADP   AMP  ATP-consuming AMP ATP = -AMPK AMP   ATP-generation AMP ADP

27. CaMKK LKB1 P Regulation of AMP-activated protein kinase g inactive AMPK CBS4 a AMPKK b  AMP ATP T172 active AMPK AMP CBS4 : Catalytic subunit : Scaffold/glycogen-binding : Regulatory (AMP-binding)

28. AICAR AMPK + Insuline P IRS-1 PI-3 kinase Glut4 Glucose Glucose Ox Stockage

29. Bergeron R et al. AJP 1999

30. Bergeron R et al. Diabetes 2001

31. Le traitement de rongeur par AICAR -augmente la captation intramusculaire de glucose même en présence d’une insulinorésistance *rongeur sain *rongeur obèse

32. Winder WW. J Appl Physiol 2001

33. Mu J et al. Mol Cell 2001

34. Mu J et al. Mol Cell 2001

35. Mu J et al. 2003

36. La réduction spécifique de l’activité de l’AMPK dans les muscles -s’associe à une diminution de la captation de glucose contraction dépendante -réduit la synthèse de glycogène -altère sa re-synthèse post-exercice physique -n’altère pas la signalisation de l’insuline musculaire -n’altère pas la sensibilité à l’insulinein vivo ni la glycémie

37. Les mutations activatrices des sous-unités  de l’AMPK entraînent une accumulation de glycogène intramusculaire (muscle squelettique 3 et cœur 2) et participent à la physiopathologie des syndromes de pré-excitation cardiaque (WPW).

38. Arad M et al. Circulation 2003

39. L’activation de l’AMPK musculaire par la contraction ou l’AICAR augmente la synthèse de glycogène musculaire Les mutations activatrices de l’AMPK dans le muscle ou le cœur provoquent l’accumulation de glycogène et favorisent des troubles de conduction

40. Le traitement de rongeur par AICAR -augmente la captation intramusculaire de glucose -réduit la production hépatique de glucose et la stéatose hépatique *rongeur sain *rongeur obèse

41. Bergeron R et al. Diabetes 2001

42. Zhou G et al. J Clin Invest 2001

43. Glucose Glucose-6P Pyruvate Citrate Krebs Metformine FFA FFA + Acyl-CoA AMPK CPT-1 Acétyl-CoA - -Oxydation Acétyl-CoA carboxylase (ACC) Acétyl-CoA Malonyl-CoA

44. L’activation pharmacologique de l’AMPK -augmente la captation intramusculaire de glucose -réduit la production hépatique de glucose -réduit la lipogenèse hépatique *rongeur sain *rongeur obèse Intérêt thérapeutique dans le diabète de type 2 !!

45. Phenotypic analysis of AMPK KO mice AMPK1-/- AMPK2-/- AMPK1-/- AMPK2-/- KO is embryonic lethal

46. Cre-loxP Strategy Recombinase from bactériophage P1 + CRE = 34bp sequence = LoxP DNA LoxP LoxP Activity in vitro + CRE - without DNA replication Recombinase - without topo activity - without cofactors +

47. Total inactivation of 2 AMPK x EIIA promoter ( zygote) CRE mice harbouring a complete inactivation of 2

48. Characterization of AMPK KO mice  2 KO  1 KO Southern blot Southern blot +/- +/+ -/- +/- +/+ -/- 2 wt 1 wt 2 ko 1 ko Western blot Western blot +/+ -/- +/+ -/- +/+ -/- +/+ -/- AMPK1 AMPK1 AMPK2 AMPK2 liver liver muscle muscle Viollet, JCI2003 Jorgensen, JBC2004

49. a1a2 KO -> embryonic lethality around 10.5 dpc. Control a1-/- a2-/- E9.5 dpc Alive no morphological differences E11.5 dpc Dead morphological aspect of E10.5 AMPK complexes play an essential role during embryonic development.