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Hepatic circadian clock oscillators and nuclear receptors integrate microbiome-derived signals

Authors :
Yi-Chun Yen
Arnaud Polizzi
Yuna Blum
Hervé Guillou
Marie Tremblay-Franco
Gilles Mithieux
Alexandra Montagner
Agata Korecka
Rémy Burcelin
Amandine Gautier-Stein
Sven Pettersson
Walter Wahli
Maha Al-Asmakh
Cécile Canlet
Hyunsoo Shawn Je
Sandrine Lagarrigue
Velmurugesan Arulampalam
Yannick Lippi
ToxAlim (ToxAlim)
Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Vétérinaire de Toulouse (ENVT)
Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole d'Ingénieurs de Purpan (INPT - EI Purpan)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées
Department of Microbiology, Tumor and Cell Biology (MTC)
Stockholm University
Toxicologie Intégrative & Métabolisme (ToxAlim-TIM)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Transcriptomic impact of Xenobiotics (E23 TRiX)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Plateforme Génome & Transcriptome (GET)
Génopole Toulouse Midi-Pyrénées [Auzeville] (GENOTOUL)
Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Génopole Toulouse Midi-Pyrénées [Auzeville] (GENOTOUL)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)
Department of Medicine, Division of Cardiology
University of California [Los Angeles] (UCLA)
University of California (UC)-University of California (UC)
Analyse de Xénobiotiques, Identification, Métabolisme (E20 Metatoul-AXIOM)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-MetaboHUB-MetaToul
U855, Nutrition et cerveau
Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)
Institut des Maladies Métaboliques et Cardiovasculaires (I2MC)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)
Department of Physiology, Yong Loo Lin School of Medicine
National University of Singapore (NUS)
Molecular Neurophysiology Laboratory, Signature Program in Neuroscience and Behavioral Disorders
Duke-NUS Medical School [Singapore]
Karolinska Institute
Department of Health Sciences, College of Arts and Sciences
Qatar University
Physiologie, Environnement et Génétique pour l'Animal et les Systèmes d'Elevage [Rennes] (PEGASE)
Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-AGROCAMPUS OUEST
Université Européenne de Bretagne (UEB)
Lee Kong Chian School of Medicine
Nanyang Technological University [Singapour]
SCELSE microbiome centre
Center for Integrative Genomics - Institute of Bioinformatics, Génopode (CIG)
Swiss Institute of Bioinformatics [Lausanne] (SIB)
Université de Lausanne = University of Lausanne (UNIL)-Université de Lausanne = University of Lausanne (UNIL)
Region Midi-Pyrenees
Swiss National Science Foundation
Bonizzi-Theler-Stiftung
7th EU program TORNADO
Etat de Vaud
Nanyang Technological University Start-Up Grants
Merieux Foundation
Swedish Medical Research Council
SCELCE Microbiome Centre at NTU, Singapore
CIFAR Institute, Canada
ProdInra, Archive Ouverte
Lee Kong Chian School of Medicine (LKCMedicine)
Singapore Centre for Environmental Life Sciences Engineering
University of California-University of California
Duke-NUS Graduate Medical School
AGROCAMPUS OUEST-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)
Center for Integrative Genomics
Université de Lausanne
Guillou, Hervé
Pettersson, Sven
Wahli, Walter
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-MetaToul-MetaboHUB
Université de Lausanne (UNIL)-Université de Lausanne (UNIL)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Vétérinaire de Toulouse (ENVT)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole d'Ingénieurs de Purpan (INPT - EI Purpan)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)
Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Ecole Nationale Vétérinaire de Toulouse (ENVT)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Génopole Toulouse Midi-Pyrénées [Auzeville] (GENOTOUL)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)
Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)
Nanyang Technological University (NTU)
Source :
Scientific Reports, Scientific Reports, 2016, 6 (1), pp.1-14. ⟨10.1038/srep20127⟩, Scientific Reports, Nature Publishing Group, 2016, 6 (1), pp.1-14. ⟨10.1038/srep20127⟩, Scientific Reports (6), 1-14. (2016), Scientific reports, vol. 6, pp. 20127
Publication Year :
2016
Publisher :
Nature Publishing Group, 2016.

Abstract

The liver is a key organ of metabolic homeostasis with functions that oscillate in response to food intake. Although liver and gut microbiome crosstalk has been reported, microbiome-mediated effects on peripheral circadian clocks and their output genes are less well known. Here, we report that germ-free (GF) mice display altered daily oscillation of clock gene expression with a concomitant change in the expression of clock output regulators. Mice exposed to microbes typically exhibit characterized activities of nuclear receptors, some of which (PPARα, LXRβ) regulate specific liver gene expression networks, but these activities are profoundly changed in GF mice. These alterations in microbiome-sensitive gene expression patterns are associated with daily alterations in lipid, glucose, and xenobiotic metabolism, protein turnover, and redox balance, as revealed by hepatic metabolome analyses. Moreover, at the systemic level, daily changes in the abundance of biomarkers such as HDL cholesterol, free fatty acids, FGF21, bilirubin, and lactate depend on the microbiome. Altogether, our results indicate that the microbiome is required for integration of liver clock oscillations that tune output activators and their effectors, thereby regulating metabolic gene expression for optimal liver function. Région Midi-Pyrénées to HG (Mathusalem) and to WW (Chaire d’Excellence Pierre de Fermat). This work was also supported by grants from the Swiss National Science Foundation (individual grants to WW), the Bonizzi-Theler-Stiftung (WW), the 7th EU program TORNADO (WW, SP), and by the Etat de Vaud and the Lee Kong Chian School of Medicine, Nanyang Technological University Start-Up Grants. SP is also supported by grants from the Merieux Foundation, Swedish Medical Research Council, the SCELCE Microbiome Centre at NTU, Singapore, and CIFAR Institute, Canada.

Details

Language :
English
ISSN :
20452322
Database :
OpenAIRE
Journal :
Scientific Reports, Scientific Reports, 2016, 6 (1), pp.1-14. ⟨10.1038/srep20127⟩, Scientific Reports, Nature Publishing Group, 2016, 6 (1), pp.1-14. ⟨10.1038/srep20127⟩, Scientific Reports (6), 1-14. (2016), Scientific reports, vol. 6, pp. 20127
Accession number :
edsair.doi.dedup.....2e8d7bfe3e90db10639f65e591c2f9fe