Contrôle de l’homéostasie de la barrière épithéliale intestinale par la protéine kinase activée par l’AMP (AMPK)

La barrière épithéliale intestinale présente une double fonction au sein de l’organisme, elle permet l’absorption des nutriments mais assure également une protection contre les pathogènes et les toxines. La monocouche de cellules épithéliales tapissant l’intestin constitue une véritable barrière physique grâce au réseau des protéines de jonction reliant ces cellules entre-elles. Parmi ces protéines, ce sont notamment celles impliquées dans la formation des jonctions serrées qui régulent la perméabilité paracellulaire. Des dysfonctions de la barrière intestinale sont observées dans certaines pathologies comme les maladies inflammatoires chroniques de l’intestin ou l’obésité. La protéine kinase activée par l’AMP (AMPK) est principalement connue pour sa fonction de senseur de l’état énergétique cellulaire, cependant cette kinase contrôlerait également l’assemblage des jonctions serrées, comme démontré pour les cellules épithéliales rénales. Les fonctions de l’AMPK dans l’intestin ont été peu étudiées, et dans ce cadre nous nous sommes intéressés à son rôle dans l’homéostasie de la barrière intestinale.

Pour répondre à notre problématique, nous avons travaillé sur des modèles in vivo et in vitro présentant des altérations de la barrière épithéliale intestinale. Deux modèles pathologiques ont été utilisés in vivo: l’un étant un modèle d’obésité induit par un régime hyperlipidique, l’autre un modèle de colite mimant les maladies inflammatoires chroniques de l’intestin par un traitement au DSS (Dextran Sulfate Sodium). Sur ces modèles, nous avons notamment étudié : 1) les conséquences de l’absence de l’AMPK en utilisant un modèle de souris présentant une délétion de l’AMPK spécifiquement au niveau de l’épithélium intestinal (Vil-AMPK KO), et 2) l’impact d’une activation pharmacologique de l’AMPK sur la perméabilité intestinale au cours de l‘induction de la colite. Enfin, nous avons généré des cellules intestinales Caco-2 invalidées pour l’AMPK (KO) par la technologie CRISPR/Cas9 afin de mieux caractériser in vitro le rôle de l’AMPK dans le processus de réassemblage des jonctions serrées en réponse à un challenge en calcium (calcium switch).

Dans notre modèle animal, nous avons tout d’abord montré que les souris Vil-AMPK KO présentaient une augmentation de la perméabilité intestinale au niveau du côlon distal par rapport aux souris contrôles, suggérant un rôle de l’AMPK dans le maintien de la barrière. Dans un modèle d’obésité, cette perméabilité est exacerbée chez les souris Vil-AMPK KO, mais cette altération n’est pas suffisante pour entraîner des défauts métaboliques majeurs. En revanche, suite à un traitement au DSS, l’absence de l’AMPK entraîne une ré-épithélisation de la barrière intestinale plus lente par rapport à des souris contrôles. En condition basale, un traitement à la metformine diminue la perméabilité intestinale par un mécanisme AMPK-dépendant. De manière similaire, dans notre modèle de colite, la metformine améliore la perméabilité et atténue également l’inflammation. Au cours d’expériences de calcium switch menées sur les cellules Caco-2, nous avons démontré que l’activation pharmacologique de l’AMPK par l’activateur 991 stimulait le réassemblage des jonctions serrées ainsi que leur relocalisation à la membrane plasmique. L’utilisation des cellules KO a notamment permis de définir qu’il s’agissait d’un processus AMPK-dépendant.

Nos résultats montrent que l’AMPK joue un rôle important dans la régulation de la barrière intestinale, notamment au niveau du côlon. L’activation pharmacologique de l’AMPK assure une meilleure ré-épithélisation de la barrière intestinale dans un modèle de colite et un réassemblage plus rapide des jonctions serrées dans les cellules Caco-2. Toutefois, d’autres études sont nécessaires pour définir les cibles directes de l’AMPK dans ce contexte. Ainsi, ces résultats mettent en évidence le potentiel thérapeutique de l’AMPK pour limiter les défauts de la barrière intestinale.

Mots clés : AMPK ; intestin ; jonctions serrées ; obésité ; colite ; Caco-2 ; metformine ; composé 991