Rôle de l'activité phosphatase de l'époxyde hydrolase soluble dans la régulation de l'homéostasie métabolique et cardiovasculaire.
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Abstract EN:
Nearly 40 years after its initial discovery in 1972, soluble epoxide hydrolase (sEH), encoded by the EPHX2 gene, was shown in 2003 to be a bifunctional protein that exhibits not only an epoxide hydrolase activity on its C-terminal domain but also a lipid phosphatase activity on its N-terminal domain. Indeed, the hydrolase activity metabolizes epoxides of polyunsaturated fatty acids. In particular, sEH converts the vasodilator and anti-inflammatory epoxyeicosatrienoic acids converts, generated by cytochromes P450, into dihydroxyeicosatrienoic acids, which are less biologically active. This activity is now the target of a new class of pharmacologicla inhibitors. Unlike the biological function of the hydrolase activity, the biological function of sEH phosphatase activity remains, this time, unknown. Although shown originally to contribute to the stabilization of hydrolase activity or dimerization of the protein, some recent data indicate that the sEH phosphatase metabolizes also important lipid mediators, such as intracellular lysophosphatidic acids, involved in a wide range of biological functions such as vascular tone and inflammation, into monoacylglycerols. In addition, in vitro studies also suggested that the two activities of sEH have a complementary role in cholesterol regulation and vascular homeostasis. Although recombinant mice that do not express the EPHX2 gene have been around for some time, they do not allow to specifically study the phosphatase activity because both activities are eliminated. However, studies examining the differences between the effects of the genetic deletion of sEH and those of the pharmacological inhibition of its hydrolase activity indicate that the phosphatase activity of sEH probably has also a distinct physiological role. In our study, to assess the role of sEH phosphatase activity in absence of an inhibitor of this activity usable in vivo, original transgenic rats expressing sEH without phosphatase activity were generated using the CRISPR/Cas9 method. A thorough metabolic and cardiovascular phenotyping was performed on these animals. The results of this study showed that Knock-In (KI) rats for the sEH phosphatase have a decrease in body weight and fat mass compared to wild type rats of the same age. In addition, their sensitivity to insulin is increased. This beneficial metabolic profile is explained on one hand by a decrease in food consumption and, on the other hand, by an increase in fat oxidation, potentiating thermogenesis in brown adipose tissue enhancing energy expenditure. In addition, when KI rats were fed a high fat diet, weight gain remains lower than that of the wild type rats. In addition, they do not develop insulin resistance or hepatic steatosis. Finally, at the cardiac level, KI rats have higher basal mitochondrial activity associated with increased left ventricular contractility. In addition, KI animals are protected against cardiac ischemia-reperfusion lesions and the development of pulmonary arterial hypertension. Our study thus reveals that the phosphatase activity of sEH is a key player in lipid and energy metabolism, thus contributing, like the sEH hydrolase activity, to the regulation of cardiometabolic homeostasis.
Abstract FR:
Près de 40 ans après sa découverte initiale en 1972, il a été montré en 2003 que l'époxyde hydrolase soluble (sEH), codée par le gène EPHX2, est une protéine bifonctionnelle qui présente non seulement une activité époxyde hydrolase au niveau de sa partie C-terminale mais également une activité lipidophosphatase sur son domaine N-terminal. En effet, au niveau de sa partie C-terminale, l’activité hydrolase métabolise des époxydes d'acides gras polyinsaturés. Notamment, elle transforme les acides époxyeicosatriénoïques, facteurs vasodilatateurs et anti-inflammatoires biologiquement actifs générés par les cytochromes P450, en acides dihydroxyeicosatriénoïques qui sont des composés biologiquement moins actifs. Cette activité, est aujourd’hui la cible d’une nouvelle classe pharmacologique d’inhibiteurs. Contrairement à la fonction biologique de l’activité hydrolase, celle de l’activité phosphatase de la sEH reste, à ce jour, peu connue. Bien qu’à l’origine, il ait été montré que cette activité participait à la stabilisation de l’activité hydrolase ou à la dimérisation de l’enzyme, certaines données récentes révèlent que l’activité phosphatase de la sEH métabolise d'autres médiateurs lipidiques importants, comme les acides lysophosphatidiques intracellulaires, qui sont impliqués dans un large éventail de fonctions biologiques telles que le tonus vasculaire et l'inflammation, en monoacylglycérols. De plus, des études in vitro ont également suggéré que les deux activités de la sEH possèdent un rôle complémentaire dans la régulation du taux de cholestérol ainsi que dans l’homéostasie vasculaire. Même si les souris recombinantes qui n'expriment pas le gène EPHX2 existent depuis un certain temps, elles ne permettent pas d'étudier spécifiquement l’activité phosphatase car les deux activités de l’enzyme sont éliminées. Toutefois, des études portant sur les différences entre les effets de la délétion génétique de la sEH et ceux de l'inhibition pharmacologique de son activité hydrolase indiquent que l'activité phosphatase de la sEH possède probablement un rôle physiologique. Dans notre étude, afin de pouvoir étudier le rôle de l’activité phosphatase de la sEH et en raison de l’absence d’inhibiteur de cette activité utilisable in vivo, des rats transgéniques originaux exprimant une sEH sans activité phosphatase ont été générés grâce à la méthode CRISPR/Cas9. Un phénotypage métabolique et cardiovasculaire approfondi a été effectué sur ces animaux. Les résultats de cette étude ont mis en évidence que les rat Knock-In (KI) pour la sEH phosphatase présentent une diminution de leur poids corporel et de leur masse grasse comparativement à des rats sauvages du même âge. De plus, leur sensibilité à l’insuline est augmentée. Ce profil métabolique bénéfique est expliqué d’une part par une diminution de la consommation alimentaire et, d’autre part, par une augmentation de l'oxydation des graisses, potentialisant la thermogenèse dans le tissu adipeux brun, et de la dépense énergétique. Par ailleurs, lorsque les rats KI sont nourris avec un régime riche en graisses saturées, la prise de poids reste inférieure à celle des rats sauvages. De plus, ils ne développent pas d’insulino-résistance ou de stéatose hépatique. D’autre part, au niveau cardiaque, les rats KI présentent une activité mitochondriale basale plus élevée associée à une contractilité ventriculaire gauche accrue. Par ailleurs, les animaux KI sont protégés contre les lésions cardiaques d’ischémie-reperfusion et contre le développement de l'hypertension artérielle pulmonaire. Notre étude révèle ainsi que l’activité phosphatase de la sEH est un acteur clé du métabolisme lipidique et énergétique contribuant ainsi, comme l’activité hydrolase, à la régulation de l'homéostasie cardiométabolique.