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Additional file 3: Figure S1. LMCD1 induces small changes in gene expression of genes related with sarcoplasmic reticulum (SR) stress and muscle structural proteins. Figure S2. Silencing Lmcd1 does not change gene expression. Figure S3. LMCD1 has mainly cytosolic location and induces small changes in gene expression in differentiated primary mouse myotubes.

Oxidative stress damages multiple cellular components including DNA, lipids, and proteins and has been linked to pathological alterations in nonalcoholic fatty liver disease (NAFLD). Reactive oxygen species (ROS) emission, resulting from nutrient overload and mitochondrial dysfunction, is thought to be a principal mediator in NAFLD progression, particularly toward the development of hepatic insulin resistance. In the context of insulin signalling, ROS has a dual role, as both a facilitator and inhibitor of the insulin signalling cascade. ROS mediate these effects through redox modifications of cysteine residues affecting phosphatase enzyme activity, stress-sensitive kinases, and metabolic sensors. This review highlights the intricate relationship between redox-sensitive proteins and insulin signalling in the context of fatty liver disease, and to a larger extent, the importance of reactive oxygen species as primary signalling molecules in metabolically active cells.

La stéatose hépatique non alcoolique (SHNA) est maintenant une des principales causes de cancer du foie. Cependant, les mécanismes physiopathologiques contribuant à son développement ou à la progression de la maladie sont peu connus. Il a été démontré que le niveau d’expression du coactivateur transcriptionnel PGC-1α est inversement proportionnel avec la sévérité de la stéatose hépatique le stress oxydatif et la résistance à l’insuline dans les foies de souris. Chez l’humain, on observe aussi une diminution de PGC-1α dans les foies de patients atteints de SHNA. De plus, il a été démontré que les souris avec une réduction de 50% des niveaux hépatique de PGC-1α mène à une sensibilité à l’insuline et à une tolérance au glucose altérée dans les tissus périphériques. Ces découvertes suggèrent qu’en plus d’être associés au développement de la SHNA, les niveaux hépatiques de PGC-1α altèrent l’expression de facteurs sécrétoires du foie afin d’influencer la régulation métabolique de tout le corps. Nous proposons qu’une réduction de l’expression de PGC-1α dans le foie influence les protéines sécrétées par le foie en situation de stress métabolique, révélant l’importance de PGC-1α dans la réponse adaptative du foie. L’analyse du sécrétome hépatique effectuée par spectrométrie de masse sur le milieu conditionné d’hépatocytes primaires a identifié SERPINA3N, une protéine sécrétée, dont les niveaux corrèlent avec les niveaux hépatiques de PGC-1α et sont influencés par la diète obésogène. Dans ce projet, les niveaux sanguins de cette protéine ont été quantifiés par western blot chez des souris mâles et femelles, sauvages ou hétérozygotes pour PGC-1α dans le foie et nourris avec une diète control ou riche en gras et en fructose. Nos résultats démontrent que les niveaux circulatoires de SERPINA3N augmentent avec la diète et corrèlent avec les niveaux hépatiques de PGC-1α de manière dépendante à la diète et le sexe. De plus, les niveaux sanguins de SERPINA3N diminuent avec la progression de la maladie. L’expression hépatique de SERPINA3N est grandement influencée par les niveaux de PGC-1α, mais indépendamment du facteur transcriptionnel NF-κB. Nous avons montré que les glucocorticoïdes augmentent les niveaux protéiques et circulatoires de SERPINA3N dans les hépatocytes primaires. De plus, cette augmentation par les glucocorticoïdes est influencée par les niveaux de PGC-1α. Ces résultats révèlent une nouvelle interaction entre PGC-1α et le récepteur des glucocorticoïdes sur l’expression hépatique et la sécrétion de SERPINA3N. Pour conclure, l’identification de protéines circulatoires régulées par PGC-1α nous aidera à mieux comprendre comment la perte d’expression de PGC-1α dans le foie affecte le métabolisme de tout le corps dans le contexte de la SHNA., Non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD) is becoming a serious public health problem and is now one of the leading causes of liver cancer. Although NAFLD is known to be associated with obesity, insulin resistance, metabolic syndrome and type II diabetes, the mechanisms contributing to its development are not fully understood. It is shown that hepatic PGC-1α levels correlate negatively with NAFLD development, oxidative liver damage and hepatic insulin resistance in murine models. In humans, decrease PGC-1α expression in NAFLD and NASH patients. Moreover, liver-specific PGC-1α reduction in mice also disrupts glucose tolerance and insulin sensitivity in muscle and adipose tissue, likely due to altered secretion of hepatic hormones. These findings suggest that in addition to contributing to NAFLD development, the hepatic disruption of PGC-1α alters the liver secretome, thereby influencing the whole-body energy metabolism. We hypothesize that decreased expression of PGC-1α in the liver alters the expression of hepatokines under metabolic challenges, revealing a potential novel role for PGC-1α in the adaptive response of the liver. The hepatocyte-specific secretome was analyzed by mass spectrometry (iTRAQ) in conditioned media from primary hepatocytes. We identified SERPINA3N, a secreted protein whose secreted levels correlated with hepatic PGC-1α levels in a diet-dependent manner. This hepatokine was measured in serum from male, female, wildtype and liver-specific PGC-1α heterozygote mice fed chow or high-fat, high-fructose diet using western blot. SERPINA3N circulating levels increased with the western diet and correlated with hepatic PGC-1α levels in a diet and sex-dependent manner. Its serum levels decreased with the progression of the disease. The hepatic SERPINA3N expression was greatly influenced by PGC-1α levels independently of NF-κB transcription factor. We showed that glucocorticoids increased SERPINA3N protein and secreted levels in primary hepatocytes. This increase was influenced by PGC-1α levels, revealing a novel interaction of PGC-1α and the glucocorticoid receptor on SERPINA3N expression and secretion. In conclusion, this project reveals a novel impact of hepatic PGC-1α levels on the liver secretome during NAFLD development. This work will provide insights on the role of hepatic PGC-1α levels on the regulation of hepatokines and how it influences the whole-body energy homeostasis in a context of NAFLD.

Le diabète et/ou l’obésité sont associés à la stéatose hépatique non-alcoolique (SHNA). Cette maladie du foie affecte environ un tiers de la population nord-américaine. Elle peut progresser vers un stade d’inflammation, de stress oxydatif et de fibrose appelé la stéatohépatite pouvant éventuellement entraîner le développement d’un cancer primitif du foie comme le carcinome hépatocellulaire (CHC). Cependant, les mécanismes reliant la diète, les maladies métaboliques et le développement du cancer sont complexes et peu connus. Le coactivateur transcriptionnel PGC-1α est un important régulateur du métabolisme énergétique de la cellule et la perte de ce dernier mène à un métabolisme nutritionnel inefficace, ainsi qu’à des défauts mitochondriaux importants. Fait intéressant, une réduction de PGC-1α est retrouvée chez les patients atteints de la maladie du foie gras non-alcoolique (SHNA) et du carcinome hépatocellulaire (HCC). Nous avons précédemment démontré qu’une réduction de PGC- 1α dans le foie murin en combinaison avec une diète obésogène peut provoquer l’apparition de la stéatohépatite. Cependant, le rôle causal de PGC-1α dans le cancer du foie associé à la diète demeure inconnu. Ensuite, un variant génétique de PGC-1α (SNP rs8192678) modifie un résidu glycine en sérine à la position 482 (PGC-1α G482S) chez l’humain et mène à une perte de stabilité protéique dans des cellules hépatiques humaines. Ce polymorphisme est associé au développement de maladies métaboliques, mais son impact sur le cancer demeure inconnu. Enfin, le gène de PGC-1α (PPARGC1A) est régulé par deux promoteurs (proximal et alternatif) donnant naissance à différents isoformes (PGC-1α1-4) de fonctions inconnues. L’action indépendante de ces variants pourrait fournir des indices quant au paradoxe entourant les recherches sur PGC-1α. Nous posons l’hypothèse principale que la perte d’expression de PGC-1α dans le foie favorise le développement du cancer hépatique en réponse à une diète riche en gras/fructose et à l’agent carcinogène diéthylnitrosamine. Dans cette thèse, nous montrons que la perte de PGC-1α favorise le développement du cancer du foie dans un modèle murin combinant une diète obésogène et un carcinogène hépatique. En effet, PGC-1α est nécessaire au maintien de l’expression du marqueur épithélial E-cadhérine et à la réponse cellulaire (apoptose, yH2AX) face aux dommages hépatiques. Nous montrons également que le variant G481 stabilise PGC-1α au niveau protéique et a un effet protecteur contre le cancer du foie chez la souris. Enfin, à l’aide d’expériences in vivo et in vitro nous montrons que la forme canonique PGC-1α1 et le variant PGC-1α4 exercent des rôles distincts sur la mort des cellules hépatiques en réponse à l’inflammation. En conclusion, cette thèse apporte de nouvelles connaissances sur les fonctions de PGC-1α au sein des complications hépatiques associées aux maladies métaboliques et inflammatoires., Diabetes and obesity are associated to nonalcoholic fatty liver disease (NAFLD). This pathology affects approximately 30% of the population in North America. It ranges from simple steatosis to a more severe necro-inflammatory form called nonalcoholic steatohepatitis (NASH) that can ultimately lead to cirrhosis and primary liver cancer, such as hepatocellular carcinoma (HCC). However, the relationship between diet, metabolic disorders, and cancer development is poorly understood. PGC-1α is a transcriptional coactivator that regulates cellular energy metabolism. Loss of PGC-1α can lead to inefficient nutrient metabolism and severe mitochondrial defects. Interestingly, patients with NAFLD/NASH and HCC exhibit reduced levels of hepatic PGC-1α. We have previously shown that low hepatic PGC-1α combined with an obesogenic diet leads to hallmarks of NASH in mice. However, whether low hepatic PGC-1α reflects a cause or a consequence of liver cancer remains to be determined. Furthermore, a single nucleotide polymorphism within the PPARGC1A coding sequence (SNP rs8192678) leads to a switch between glycine to serine residue at position 482 (PGC-1α G482S) in humans and is associated with reduced protein stability in human liver cells. This SNP is associated with metabolic disorders, but its impact on liver cancer remains un- known. Lastly, the PGC-1α gene (PPARGC1A) is regulated by two promoters (proximal and alternative) that give rise to different isoforms (PGC-1α1-4) of unknown functions. Independent actions of these isoforms could provide a plausible explanation for the paradox observed in previous studies covering the role of PGC-1α. We proposed the general hypothesis that loss of hepatic PGC-1α promotes diet-associated liver cancer development in mice through increased susceptibility to hepatotoxicity. In this thesis, we show that loss of hepatic PGC-1α promotes diet-associated liver cancer in mice. Indeed, PGC-1α is essential to maintain E-cadherin expression and liver cell response (apoptosis, yH2AX) to damage. We also show that G481 variant stabilizes hepatic PGC-1α protein and protects against liver cancer development in mice. Finally, using in vivo and in vitro experiments we show that canonical PGC-1α1 and the PGC-1α4 variant differentially regulate liver cell apoptosis in response to inflammatory signaling. In conclusion, this thesis sheds new light on the role of PGC-1α in liver complications associated with metabolic disorders and inflammation.

L’incapacité du foie à répondre aux stress métaboliques comme la suralimentation en gras provoque le développement de la stéatose hépatique non alcoolique (SHNA). C ‘est une maladie du foie qui touche 25% de la population des pays industrialisés. Cette maladie peut progresser à un stade plus sévère : la stéatohépatite, caractérisée par de l’inflammation, du stress oxydatif et de la fibrose. La stéatose hépatique non alcoolique est fortement associée avec le développement de l’insulino-résistance, c’est-à-dire, l’incapacité du corps de répondre à l’insuline, et avec le diabète de type 2. La SHNA est difficile à diagnostiquer de manière précoce et nous manquons d’outils pour élucider les mécanismes moléculaires sous-jacents au développement de la maladie. Peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator 1-alpha (PGC1A) est un co-activateur transcriptionnel, capable de se lier à des facteurs de transcriptions pour réguler leur fonction en réponse à des stress métaboliques. La perte d’expression de PGC1A dans le foie a été associée avec le développement d’insulino-résistance et de SHNA. De plus, un variant génétique de PGC1A est aussi associé avec le développement du diabète de type et de la SHNA. Cependant, le rôle causal de PGC1A dans le développement de ces maladies, et son rôle dans les mécanismes moléculaires hépatiques de réponse à l’insuline n’est pas clair. Nous avons fait l’hypothèse que le manque d’expression de PGC1A dans le foie aggrave la progression de la SHNA vers la stéatohépatite et affecte la réponse du foie à l’insuline. Dans cette thèse, nous montrons que PGC1A est nécessaire pour la réponse hépatique au stress oxydatif- notamment chez les souris femelles. En effet, PGC1A est capable de se lier au récepteur à l’œstrogène pour induire la réponse antioxydante de la cellule. L’absence de PGC1A provoque d’importantes lésions hépatiques l’apparition de stéatohépatite sévère. Nous montrons également que PGC1A contrôle la réponse hépatique à l’insuline lors du jeûne, en modifiant les protéines adaptatrices Insulin Receptor Substrate 1 et Insulin Receptor Substrate 2. Enfin, par des méthodes de protéomique, nous avons découvert des biomarqueurs potentiels de la SHNA. Cela permettrait le développement d’un diagnostic précoce de la maladie dans une population à risque. En conclusion, cette thèse apporte une nouvelle lumière sur l’activité de PGC1A dans le foie en réponse au stress métabolique et sur son importance pour la santé du foie., The inability of the liver to respond to metabolic stresses such as high fat diets causes the development of non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD). It is a liver disease that affects 25% of the population of industrialized countries. It can progress to a more severe stage: steatohepatitis, characterized by inflammation, oxidative stress and fibrosis. Non-alcoholic fatty liver disease is strongly associated with the development of insulin resistance, that is, the body's inability to respond to insulin, and with type 2 diabetes. NAFLD is difficult to diagnose early and we lack tools to understand molecular mechanisms underlying its progression. Peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator 1-alpha (PGC1A) is a transcriptional coactivator, able to bind to transcription factors to regulate their function in response to metabolic stresses. Reduction of PGC1A expression in the liver has been associated with the development of insulin resistance and NAFLD. Moreover, genetic variants of PGC1A are also associated with the development of type diabetes and NASH. However, the causal role of PGC1A in the development of these diseases, and its role in molecular mechanisms of hepatic insulin response are unclear. We hypothesized that lack of PGC1A expression in the liver aggravates the progression of NAFLD to steatohepatitis and affects the liver's response to insulin. In this thesis, we show that PGC1A is necessary for the hepatic response to oxidative stress - especially in female mice. Indeed, PGC1A is able to bind to the estrogen receptor to induce the cellular antioxidant response. Lack of PGC1A causes liver damage and the appearance of severe steatohepatitis. We also show that PGC1A controls the hepatic response to insulin during fasting by modifying the adapter proteins Insulin Receptor Substrate 1 and Insulin Receptor Substrate 2. Finally, by proteomic methods, we have discovered potential biomarkers of NAFLD. This would allow the development of an early diagnosis method of the disease. In conclusion, this thesis sheds new light on the activity of PGC1A in the liver in response to metabolic stress and its importance for liver health.