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Le diabète est en croissance à un rythme alarmant. Sa fatalité la plus importante provient de ses effets sur le système cardiovasculaire. Effectivement, le diabète est un facteur de risque majeur pour la maladie coronarienne et l’hypertension artérielle. En plus, les diabétiques courent le risque de développer une cardiomyopathie diabétique (DCM) qui est présente indépendamment de l’athérosclérose et de l’hypertension. Les causes exactes de cette maladie cardiaque ne sont pas encore définies complètement mais une anomalie du métabolisme lipidique a émergé comme étant un facteur contributeur clé. Il est intéressant de noter qu’une caractéristique commune de la DCM est l’accumulation des lipides intracellulaires ce qui est connu comme la stéatose cardiaque. Cette dernière est probablement causée par un déséquilibre entre l’absorption et la clairance cellulaires des lipides. En tant que tel, nous nous sommes concentré nos études sur l’élucidation des mécanismes de lipotoxicité dans le contexte de la DCM. Nous avons donc investigué le rôle du métabolisme lipidique sur des voies de signalisation reliées à la DCM telles que le stress du réticulum endoplasmique (ERS), l’activité du Récepteur activé par les proliférateurs de peroxysomes (PPAR), l’inflammation et la dysfonction mitochondriale avec un intérêt spécifique sur l’oxydation des acides gras. Nous avons caractérisé l’ERS et l’apoptose induits par les lipides; nous avons confirmé que le palmitate, un acide gras lipotoxique, induit l’ERS et la mort des cardiomyocytes primaires. Ensuite, on a démontré que la lipotoxicité médiée par cet acide gras est associée à un degré d’inflammation significatif qui peut être dû à une régulation à la baisse des récepteurs de PPAR. La stéatose cardiaque et la lipotoxicité peuvent altérer des voies de signalisation ce qui conduit à la dysfonction mitochondriale. On a découvert que la toxicité du palmitate est associée à une déficience de l’oxydation complète des acides gras (FAO). Spécifiquement, le palmitate atténue la β-oxydation et le cycle de l’acide citrique sans toucher à l’activité de Cpt1b qui est l’étape cinétiquement déterminante dans la FAO. Il est intéressant de noter que l’augmentation de la FAO atténue les effets toxiques du palmitate, alors que l’atténuation de la FAO de l’oléate, qui est normalement un acide gras non toxique, induit la mort cellulaire. Ces résultats suggèrent que l’augmentation de la FAO peut avoir des effets cliniques utiles comme être une cible pour le traitement de la DCM. Nous avons également cherché à savoir si la déficience en FAO contribue à la DCM in vivo. Des études précédentes ont démontré que la FAO augmente chez les souris diabétiques. Cependant, les souris diabétiques montrent une absorption élevée des acides gras ce qui pourrait contribuer significativement à l’augmentation de la FAO dans leurs tissus cardiaques. Par la suite, nous avons tenté d’évaluer la FAO directement des mitochondries au lieu des tissus cardiaques complets afin d’éviter le facteur de confusion, qui est l’augmentation de l’absorption des acides gras. Nous avons démontré alors que les souris atteintes de diabète chronique présentent une déficience en FAO accompagnée d’une dysfonction cardiaque. En revanche, les souris atteintes de diabète aigu possédaient des fonctions cardiaques normales associées de taux normaux de FAO. Ensemble, ces études ont amélioré notre compréhension des mécanismes de lipotoxicité associée à la DCM et ils soulignent l’importance de l’ERS, de l’inflammation et de la dysfonction mitochondriale comme des facteurs clefs dans la promotion de la lipotoxicité dans la DCM., Diabetes is growing at an alarming rate in North America. The biggest killer of patients with diabetes is heart disease. Indeed, diabetes is a major risk factor for both coronary artery disease and hypertension. However, patients with diabetes are also at risk for developing diabetic cardiomyopathy (DCM), which is characterized as heart disease in the absence of atherosclerosis and hypertension. The exact causes of this diabetic heart disease has not been completely elucidated but abnormal lipid metabolism has emerged as a key contributing factor. Interestingly, a common characteristic of DCM is the accumulation of intra cellular lipids otherwise known as cardiac steatosis. Cardiac steatosis is likely caused by a mismatch between lipid uptake and lipid clearance from the cells. As such, we focused on elucidating the mechanisms of lipotoxicity in the context of diabetic cardiomyopathy. To this end, we investigated the role of lipid metabolism on key pathways related to diabetic cardiomyopathy including Endoplasmic Reticulum (ER) stress, Peroxisome proliferator-activated receptors (PPARs) activity, inflammation, and mitochondrial dysfunction with a specific focus on fatty acid oxidation. We characterized lipid induced ER stress and apoptosis in vitro, using primary neonatal cardiomyocytes. We were able to confirm that palmitate, a lipotoxic fatty acid, induces ER stress and cell death in primary cardiomyocytes. We also demonstrated that palmitate mediated lipotoxicity is associated with a significant degree of inflammation which may be due to down-regulation of PPAR receptors. Cardiac steatosis and lipotoxicity can alter metabolic signaling pathways leading to mitochondrial dysfunction. We discovered that palmitate toxicity is associated with an impairment of complete fatty acid oxidation (FAO). Specifically, palmitate impairs β-oxidation and citric acid cycle simultaneously with no effect on Cpt1b activity, the rate limiting step in FAO. Interestingly enhancing FAO attenuated the toxic effects of palmitate while inhibiting FAO caused oleate, which is normally non-toxic, to induce cell death. These results suggest that enhancing FAO might have some clinical utility as a therapeutic target for the treatment of diabetic cardiomyopathy. As such, we have investigated whether impaired fatty acid oxidation might contribute to DCM pathology in vivo. Previous studies have shown that FAO is actually increased in diabetic mice. However, diabetic mice also exhibit elevated fatty acid uptake which could significantly contribute to the elevated FAO rates in these hearts. Therefore, we aimed to assess FAO rates directly from isolated mitochondria instead of whole hearts to exclude the potentially confounding factor of enhanced fatty acid uptake. We found that older (chronic) diabetic mice exhibited impaired fatty acid oxidation rates and this was associated with ER stress and impaired cardiac function. In contrast, acutely diabetic mice had normal cardiac functions which was associated with normal FAO rates. Taken together, these studies have furthered our understanding of lipotoxic mechanisms in the context of diabetic cardiomyopathy and they accentuated the importance of ER stress, inflammation, and impaired mitochondrial function as key factors promoting lipotoxicity in diabetic cardiomyopathy.

La cardiomyopathie diabétique est associée à une accumulation des lipides au niveau du muscle cardiaque. Afin de comprendre l'effet de la lipotoxicité on a voulu savoir quelles sont les voies de signalisation du métabolisme lipidique qui sont perturbées dans les maladies cardiaques. Nous avons précédemment montré que le palmitate, un acide gras saturé toxique, induit fortement l’expression de l’IL-6 dans les cardiomyocytes primaires. Par contre, le co-traitement de ces cellules avec de l'oléate, un acide gras mono-insaturé non-toxique cause une diminution de l’expression de IL-6 et de la toxicité due au palmitate. Ceci suggère que la lipotoxicité du palmitate pourrait être due à l'IL-6. Pour confirmer cela, nous avons testé l'effet de l'IL-6 knockdown (KD) de façon préliminaire, utilisant deux différents siARNs ciblant différentes séquences du gène IL-6. Nous avons constaté que la diminution du taux d’IL-6 avec les siARNs n’a pas atténué la mort cellulaire induite par le palmitate, mais au contraire l’a accentuée. Dans les cellules traitées avec l’oléate qui est normalement non toxique, le KD de l’IL-6 a provoqué une mort cellulaire. Ces résultats nous ont mené aux travaux de cette maitrise qui avait pour but d’évaluer comment l’IL-6 pouvait affecter le métabolisme lipidique. Tout d’abord, nous avons mesuré le taux d’IL-6 sécrété par les cardiomyocytes primaires suite aux traitements avec l’oléate et le palmitate. Ensuite nous avons évalué l’effet de l’IL-6 recombinante sur les cardiomyoblastes H9C2, d’une part sur la viabilité et d’une autre part sur la lipotoxicité en utilisant la chromatographie sur couche mince. Nos résultats préliminaires supportent l’idée que l’IL-6 serait nécessaire pour le métabolisme lipidique et aurait un effet cardioprotecteur à une certaine dose. Ainsi, elle protégerait les cardiomyocytes contre la lipotoxicité et cela en favorisant la β-oxydation (dégradation des acides gras) au niveau des mitochondries. Il reste à valider les travaux sur un modèle animal. L’ensemble des résultats constituent une ébauche pour comprendre le rôle que pourrait jouer l’IL-6 dans le métabolisme lipidique de la cardiomyopathie diabétique., Diabetic cardiomyopathy is associated with an accumulation of lipids in the heart muscle and to understand the effect of lipotoxicity, we wanted to know what are the signaling pathways of lipid metabolism that are disrupted in heart disease. We have previously shown that palmitate, a toxic saturated fatty acid, induces IL-6 in primary cardiomyocytes. In contrast, co-treatment of these cells with oleate, a non-toxic monounsaturated fatty acid, promotes a decrease in IL-6 expression and palmitate toxicity. This suggests that the lipotoxicity of palmitate may be caused by the IL-6. To confirm this, we tested the effect of IL-6 knockdown (KD), using two different siRNAs targeting the sequences of the IL-6 gene. Interestingly, the decrease of IL-6 with siRNAs did not attenuate the palmitate-induced cell death, but on the contrary accentuated it. In addition, the KD of IL-6 in cells treated with oleate, which is normally nontoxic, caused cell death. This last finding had led to the work of this master. Our objective was to evaluate the effect of IL-6 on lipid metabolism. Firstly, we measured the level of exogenous IL-6 secreted by primary cardiomyocytes treated with oleate or palmitate. Then, we tested the effect of IL6-Recombinant in cardiomyocytes, using the cardiomioblasts H9C2, on viability and on lipotoxicity using thin layer chromatography. Our preliminary results support that IL-6 could be necessary for lipid metabolism, with a cardioprotective effect at a certain dose by protecting cardiomyocytes against lipotoxicity by promoting β-oxydation (degradation of fatty acids) in the mitochondria. This results should be validated using an animal model. All of our results is a rough sketch to understand the role that IL-6 could play in the lipid metabolism of diabetic cardiomyopathy.

L’accumulation des lipides dans le réticulum endoplasmique (ER) perturbe ses fonctions et altère son homéostasie ce qui déclenche une voie de signalisation reconnue par le stress de l’ER (ERS). Cette voie a pour objectif initial de récupérer le fonctionnement de l’ER et de reprendre son homéostasie, mais une fois prolongée et chronique, elle aboutit à l’activation de la cascade apoptotique. On croit que les acides gras absorbés par les cardiomyocytes sont dirigés à l’ER où ils seront convertis en diacylglycérol (DAG) puis en triacylglycérol (TAG). Ces derniers bourgeonnent de la membrane de l’ER sous forme d’un cœur riche en TAG et entouré d’une monocouche phospholipidique : la gouttelette lipidique (LD). Dans notre laboratoire, nous sommes intéressés d’investiguer le mécanisme de toxicité associée aux acides gras saturés et celui protecteur associé aux acides gras mono-insaturés. Nous avons démontré que le palmitate, l’acide gras saturé le plus abondant dans la diète humaine, conduit au stress de l’ER dans une lignée de cardiomyoblastes embryonnaires- H9C2. Ce stress est accompagné d’une déficience en LDs et d’une accumulation des DAG dans l’ER et suivi d’une haute mortalité des cellules suite à l’activation des voies apoptotiques. En plus, le palmitate provoque la dégradation de Plin2, réduit partiellement l’expression de Plin3 alors que Plin5 est intacte. Par contre, l’oléate, l’acide gras mono-insaturé le plus abondant dans la diète humaine, ne provoque pas l’ERS ni l’accumulation des DAG dans l’ER ni l’apoptose alors qu’il induit la formation des LDs dans le cytosol. La dégradation de Plin2 est encore causée par des inducteurs de l’ERS indépendants du mécanisme associé aux lipides comme la tunicamycine et la thapsigargine. L’absence de Plin2 dans les dernières conditions n’avait pas un effet remarquable sur la formation des LDs ni la synthèse des TAG. De l’autre côté, l’inhibition du protéasome par MG132 récupère Plin2 légèrement et réduit l’ERS et la mortalité des cellules qui sont associés au palmitate. En plus, la co-administration de l’oléate avec le palmitate réduit la mortalité des cellules et induit l’expression de Plin2 d’une façon dépendante de la dose co-administrée. Enfin, la surexpression de Plin2 réduit l’ERS et la mortalité cellulaire associés au palmitate. En bref, Plin2 joue un rôle protecteur contre l’ERS. Ce mécanisme semble être partiellement indépendant des lipides, celle-ci est une nouvelle fonction et un nouveau domaine référés aux Plins., The accumulation of lipids in the ER alter its functions and homeostasis which triggers a signalling pathway called ER stress (ERS). This pathway is initially programmed to recover ER homeostasis, but prolonged, it triggers an apoptosis cascade. Absorbed lipids are routed to the ER where they are converted to diacylglycerides (DAGs) and triacylglycerides (TAGs) which are packaged into lipid droplets. Lipid droplets contain a core of TAG and cholesterol esters which are converted by a phospholipid monolayer with associated proteins. In our laboratory, we are interested in investigating the mechanisms of lipotoxicity in the setting of diabetic cardiomyopathy. We demonstrated that palmitate, the most abundant saturated fatty acid in the human diet, triggers ERS in H9c2, a cardiomyoblast cell line. This stress is accompanied with a lack of lipid droplets, accumulation of DAGs in the ER, and followed by a high mortality of cells via the activation of an apoptotic pathway. Moreover, palmitate causes the degradation of Plin2, a partial reduction of Plin3 expression, while Plin5 is intact. In contrast, oleate, the most abundant mono-unsaturated fatty acid in human diet, induces the formation of abundant lipid droplets but does not cause ERS nor DAG accumulation in the ER compartments. Plin2 degradation is also a result of ERS inducers that are independent of lipids associated mechanisms like tunicamycin and thapsigargin. The lack of Plin2 in these two conditions has no effect on the lipid droplets formation nor on the TAG synthesis. On the other hand, inhibition of proteasome slightly protected Plin2 and reduced the palmitate-associated cell death. Moreover, the co-administration of oleate with palmitate reduced the cell death and induced Plin2 expression, both in an oleate dose-dependant way. Finally, overexpressing Plin2 reduces palmitate-associated ERS and cell death. In brief, Plin2 plays a protective role against ERS. This mechanism seems partially independent of lipids which is a novel function of Plin2.