Insuline

Nature volume 614, pages 118–124 (2023)Citer cet article

37 000 accès

7 Citations

264 Altmétrique

Détails des métriques

Le diabète représente un éventail de maladies dans lesquelles un dysfonctionnement métabolique endommage plusieurs systèmes organiques, notamment le foie, les reins et les nerfs périphériques1,2. Bien que l'apparition et la progression de ces comorbidités soient liées à la résistance à l'insuline, à l'hyperglycémie et à la dyslipidémie3,4,5,6,7, le métabolisme aberrant des acides aminés non essentiels (NEAA) contribue également à la pathogenèse du diabète8,9,10. La sérine et la glycine sont des NEAA étroitement apparentés dont les niveaux sont systématiquement réduits chez les patients atteints du syndrome métabolique10,11,12,13,14, mais les moteurs mécanistes et les conséquences en aval de ce métabotype restent flous. La sérine et la glycine systémiques faibles apparaissent également comme une caractéristique des troubles des nerfs maculaires et périphériques, en corrélation avec une acuité visuelle altérée et une neuropathie périphérique15,16. Ici, nous démontrons que l'homéostasie aberrante de la sérine entraîne des carences en sérine et en glycine chez les souris diabétiques, qui peuvent être diagnostiquées avec un test de tolérance à la sérine qui quantifie l'absorption et l'élimination de la sérine. L'imitation de ces altérations métaboliques chez les jeunes souris par une restriction alimentaire en sérine ou en glycine associée à un apport élevé en graisses accélère nettement l'apparition de la neuropathie des petites fibres tout en réduisant l'adiposité. La normalisation de la sérine par la supplémentation alimentaire et l'atténuation de la dyslipidémie avec la myriocine atténuent toutes deux la neuropathie chez les souris diabétiques, liant la neuropathie périphérique associée à la sérine au métabolisme des sphingolipides. Ces résultats identifient le déficit systémique en sérine et la dyslipidémie comme de nouveaux facteurs de risque de neuropathie périphérique qui peuvent être exploités à des fins thérapeutiques.

Pour explorer comment l'obésité et le diabète influencent le métabolisme de la sérine, de la glycine et du carbone unique (SGOC), nous avons quantifié la sérine, la glycine et la méthionine à travers les tissus dans un modèle murin établi d'obésité morbide, de résistance à l'insuline et d'hyperglycémie (souris db/db déficientes en récepteurs de leptine sur un fond de Kaliss noir (BKS-db/db)) et a comparé les résultats avec des témoins C57BL/6J de type sauvage appariés selon l'âge. Les souris db / db ont montré des réductions d'environ 30% des niveaux de sérine hépatiques et rénaux par rapport aux souris de type sauvage (Fig. 1a et données étendues Fig. 1a), et les pools de glycine plus abondants ont été réduits de 30 à 50% dans le foie , rein, tissu adipeux blanc inguinal (iWAT) et plasma (Fig. 1a et Extended Data Fig. 1a – c). La méthionine est liée à la sérine par le métabolisme à un seul carbone et a également été réduite dans le foie, l'iWAT et le plasma (Fig. 1a et données étendues Fig. 1b, c), ce qui suggère que le diabète diminue les niveaux de sérine et de glycine dans les tissus importants pour le glucose. et l'homéostasie lipidique.

a, Niveaux de glycine, sérine et méthionine dans le foie de souris de type sauvage et BKS-db/db après un jeûne de 6 h (n = 6 par groupe). b, Schéma des voies biosynthétiques et cataboliques de la sérine et de la glycine. Les gènes hépatiques régulés positivement chez les souris BKS-db/db sont en violet et les gènes régulés négativement sont en bleu. 10-formylTHF, 10-formyltétrahydrofolate; 3-PG, 3-phosphoglycérate ; 5,10-meTHF, 5,10-méthylènetétrahydrofolate; dTMP, désoxythymidine monophosphate; f-Met, N-formylméthionine; PEP, pyruvate de phosphoénol; TCA, acide tricarboxylique ; THF, tétrahydrofolate. c, expression de l'ARNm des gènes des enzymes hépatiques régulant le métabolisme du SGOC chez les souris de type sauvage et BKS-db/db (n = 6 par groupe). d, Fraction plasmatique de sérine, de glucose, de glycine et de marquage à la méthionine (1 - M0) chez des souris de type sauvage ayant reçu de la [U-13C3]sérine par gavage oral après une nuit de jeûne (n = 4 par point dans le temps). e, Fraction de marquage tissulaire à la glycine chez des souris de type sauvage 15 min après l'administration de [U-13C3]sérine par gavage oral (n = 4 par tissu) après un jeûne nocturne. f, Fraction de marquage tissulaire au pyruvate chez des souris de type sauvage 15 min après l'administration de [U-13C3]sérine par gavage oral (n = 4 par tissu) après une nuit de jeûne. g, OGTT et STT combinés chez des souris de type sauvage et BKS-db/db (n = 6 par groupe) après un jeûne nocturne. h, STT AUC chez les souris de type sauvage et BKS-db/db (n = 6 par groupe). i, OGTT et STT combinés chez des souris C57BL/6J traitées avec le véhicule (n = 7) et STZ (n = 6) après une nuit de jeûne. j, STT AUC chez les souris C57BL/6J traitées avec le véhicule (n = 7) et STZ (n = 6). Les données sont moyennes ± sem et ont été analysées à l'aide d'un test t indépendant bilatéral (a, c, h, j) et d'une ANOVA bidirectionnelle avec le test post hoc de la différence la moins significative de Fisher (g, i). Le schéma de la Fig. 1b a été préparé dans BioRender.

Les mammifères obtiennent la sérine à partir de l'alimentation, la synthèse de novo à partir du glucose et via le métabolisme de la glycine et d'un carbone, le foie et les reins servant de sites majeurs pour le métabolisme postprandial des NEAA (Fig. 1b). Pour mieux comprendre la base mécaniste de la réduction de la sérine et de la glycine hépatiques chez les souris db / db, nous avons quantifié l'expression de gènes associés au métabolisme du SGOC après un jeûne de 6 heures (Fig. 1c). Les gènes codant pour les enzymes clés responsables du catabolisme ou de l'élimination de la sérine et de l'unité à un carbone ont été significativement régulés à la hausse chez les souris db / db, notamment la sérine déshydratase (Sds), la sérine hydroxyméthyltransférase 1 (Shmt1), Shmt2 et la 10-formyltétrahydrofolate déshydrogénase (Aldh1l1). L'expression de deux gènes codant pour les composants du système de clivage de la glycine - la glycine décarboxylase (Gldc) et la dihydrolipoamide déshydrogénase (Dld) - a été augmentée dans le foie db/db, tandis que l'expression de la 3-phosphoglycérate déshydrogénase (Phgdh) et de la méthylènetétrahydrofolate déshydrogénase 2 (Mthfd2 ) étaient tous deux significativement réduits, ce qui indique que la synthèse de sérine de novo peut également être limitée chez les souris diabétiques. Ces résultats sont cohérents avec la modélisation métabolique à l'échelle du génome des données de transcription du foie diabétique humain17. Le rein est un autre centre du métabolisme du SGOC18 et l'expression rénale de Shmt1 et plusieurs gènes codant pour des enzymes associées au métabolisme à un carbone ont été augmentées chez les souris db / db (Extended Data Fig. 1d).

Les variations circadiennes et postprandiales des acides aminés et du glucose rendent difficile le diagnostic des défauts métaboliques. Nous avons donc émis l'hypothèse qu'un «test de tolérance à la sérine» (STT) pourrait mieux évaluer le métabolisme des SGOC chez les souris et identifier celles dont l'élimination de la sérine est élevée. En appliquant des dosages similaires à ceux utilisés dans les essais cliniques humains (ClinicalTrials.gov : NCT03062449) (400 mg kg-1), nous avons administré de la sérine par voie orale à des souris de type sauvage à jeun pendant la nuit et quantifié la pharmacocinétique de la sérine plasmatique pour évaluer la dynamique de la clairance de la sérine, avec des niveaux revenant à la ligne de base en environ 2 h (données étendues Fig. 1e). Pour identifier les principales voies impliquées dans l'élimination de la sérine, nous avons administré par voie orale de la [U-13C3]sérine à des souris de type sauvage à jeun pendant la nuit et quantifié l'enrichissement des métabolites en aval. Nous avons observé que le glucose était marqué dans la même mesure que la glycine tout au long du test (Fig. 1d) et que le [U-13C3] carbone dérivé de la sérine était significativement incorporé dans les pools hépatiques de glycine, de pyruvate et de citrate (Fig. 1e, f et Extended Données Fig. 1f, g), démontrant que la gluconéogenèse hépatique est une voie majeure d'élimination de la sérine dans certains contextes et reliant sa régulation à l'insuline et au glucagon, qui sont tous deux élevés chez les souris db / db (données étendues Fig. 2a – c). Pour tester si la résistance à l'insuline affecte l'absorption et l'élimination de la sérine, nous avons administré à la fois du glucose (2 g kg-1) et de la sérine (400 mg kg-1) à des souris de type sauvage et db/db à jeun pendant la nuit. Nous avons observé une réduction significative de l'aire STT sous la courbe (AUC) chez les souris db / db (Fig. 1g, h et Extended Data Fig. 2d), malgré la dose plus élevée administrée. Notamment, la provocation aiguë à la sérine n'a eu pratiquement aucun effet sur les concentrations de glycine en circulation (données étendues Fig. 2e), malgré les preuves de leur interconversion rapide (Fig. 1d, e). À l'inverse, il n'y avait aucune différence dans l'ASC du STT entre les souris de type sauvage et db / db lorsque la sérine était administrée sans glucose (données étendues Fig. 2f).

Pour déterminer si l'élimination élevée de la sérine est spécifique aux souris db/db déficientes en récepteurs de leptine ou est plus généralement attribuable à une altération de la signalisation de l'insuline, nous avons traité des souris C57BL/6J avec un véhicule ou de la streptozotocine (STZ) pour induire une carence en insuline, une hyperglycémie et une perte de graisse ( Données étendues Fig. 2g–i). La glycine plasmatique et les acides aminés à chaîne ramifiée (mais pas la sérine) ont été modifiés une semaine après le traitement à la STZ (Extended Data Fig. 2j). Deux semaines après l'injection, la co-administration de glucose et de sérine a révélé une élimination élevée de la sérine chez les souris diabétiques STZ par rapport aux témoins (Fig. 1i, j et données étendues Fig. 2k), ce qui suggère que la résistance ou la carence à l'insuline peuvent contribuer à réduire la circulation sanguine. sérine chez la souris diabétique.

Des études cliniques ont impliqué une carence en sérine dans la régulation de la maladie maculaire et de la neuropathie périphérique15,16. Compte tenu de l'homéostasie de la sérine altérée chez les souris db / db, nous avons ensuite confirmé que le métabolisme aberrant de la sérine coïncide avec la neuropathie périphérique dans ce modèle. Des souris db / db âgées de quatorze semaines présentaient une hypoalgésie thermique et tactile ainsi qu'une diminution de la vitesse de conduction nerveuse motrice (MNCV) (Extended Data Fig. 2l – n). Ces résultats suggèrent que l'homéostasie aberrante de la sérine est associée à la neuropathie périphérique diabétique.

La restriction de la sérine et de la glycine est largement utilisée pour moduler les résultats de santé chez les souris et est relativement bien tolérée pendant plusieurs mois16,19,20,21,22. Pour modéliser l'effet d'une carence systémique en sérine dans le contexte de l'obésité induite par l'alimentation, nous avons nourri des souris avec des régimes pauvres en graisses (10 % de kcal) (LFD) ou riches en graisses (60 % de kcal provenant des graisses) (HFD) et avons comparé leurs phénotypes. à des souris nourries avec des régimes isoazotés dépourvus de sérine et de glycine (-SG LFD ou -SG HFD) (tableau supplémentaire 1). Les deux régimes −SG réduisaient efficacement les teneurs en sérine et en glycine circulantes et hépatiques pendant l'état nourri, mais pas pendant l'état à jeun (Fig. 2a, b et Extended Data Fig. 3a, b). Le HFD seul a réduit les niveaux de glycine hépatique, mais dans une moindre mesure que le retrait alimentaire de sérine et de glycine (données étendues Fig. 3b). D'autres métabolites hépatiques dérivés de la sérine et de la glycine, y compris le glutathion, n'ont pas été fortement affectés par leur restriction (Extended Data Fig. 3b). Il convient de noter que le gain de poids causé par HFD a été atténué par la restriction alimentaire en sérine et en glycine, tandis que l'apport alimentaire, calorique et hydrique, l'absorption calorique et l'activité physique n'ont pas été affectés (Fig. 2c et Extended Data Fig. 3c – h). À l'aide de l'imagerie par résonance magnétique écho (échoIRM), nous avons quantifié les masses maigres et grasses dans tous les groupes et observé que la restriction alimentaire en sérine réduisait de manière significative la masse grasse mais n'avait aucun effet sur la masse maigre par rapport au groupe HFD (Fig. 2d). Conformément à ces changements d'adiposité, nous avons observé que l'alimentation HFD augmentait, alors que la restriction de la sérine et de la glycine diminuait, la taille des adipocytes blancs épididymaires (données étendues Fig. 3i).

a, Niveaux plasmatiques de sérine chez des souris nourries et à jeun pendant la nuit nourries avec LFD, -SG LFD, HFD ou -SG HFD pendant 18 semaines (n = 10 par groupe). b, Taux plasmatiques de glycine chez des souris nourries avec LFD, -SG LFD, HFD ou -SG HFD pendant 18 semaines (n = 10 par groupe). c, poids corporel des souris nourries avec LFD, -SG LFD, HFD ou -SG HFD (n = 13 par groupe). d, Composition corporelle chez la souris 18 semaines après alimentation avec LFD (n = 10), -SG LFD (n = 12), HFD (n = 13) ou -SG HFD (n = 13). e, Test de tolérance au glucose (GTT) AUC 18 semaines après une alimentation avec LFD, -SG LFD, HFD ou -SG HFD (n = 13 par groupe). f, ASC du test de tolérance à l'insuline (ITT) 18 semaines après une alimentation avec LFD, -SG LFD, HFD ou -SG HFD (n = 15 par groupe). g, Diversité alpha phylogénétique chez les souris nourries avec LFD, -SG LFD, HFD ou -SG HFD (n = 10 par groupe). h, Fraction logarithmique des espèces issues de la voie de synthèse des acides gras chez des souris nourries avec LFD (n = 10), −SG LFD (n = 10), HFD (n = 9) ou −SG HFD (n = 9) pendant 18 semaines . i, Synthèse hépatique de novo de palmitate chez des souris nourries avec LFD (n = 3), -SG LFD (n = 4), HFD (n = 5) ou -SG HFD (n = 5) pendant 18 semaines. j, Détection thermique chez des souris nourries avec LFD (n = 15), -SG LFD (n = 15), HFD (n = 14) ou -SG HFD (n = 15 par groupe). Les données sont moyennes ± sem et minimales et maximales (g, h), et ont été analysées à l'aide d'une ANOVA à deux facteurs avec le test post hoc de la différence la moins significative de Fisher (a–j).

Pour déterminer comment l'alimentation avec -SG HFD influence l'homéostasie du glucose, nous avons analysé des souris à l'aide de GTT et d'ITT standard. Alors que −SG HFD a atténué l'obésité, les souris sont restées intolérantes au glucose et à l'insuline (Fig. 2e, f et données étendues Fig. 3j, k), ce qui suggère que la restriction de la sérine et de la glycine et la réduction consécutive de l'adiposité n'empêchent pas l'intolérance au glucose induite par HFD. et la résistance à l'insuline. Pour tester si l'utilisation altérée du substrat systémique des glucides de préférence aux lipides était à l'origine des changements d'adiposité, nous avons placé des souris qui avaient consommé chaque régime pendant 18 semaines dans des cages métaboliques et quantifié le taux d'échange respiratoire (RER). Alors que le HFD a modifié le RER comme prévu, aucun changement n'a été observé avec la restriction alimentaire en sérine / glycine (données étendues Fig. 3l).

Ensuite, nous avons effectué une analyse métagénomique du microbiote fécal pour comprendre comment les régimes ci-dessus affectaient la composition et la diversité du microbiome, qui sont en corrélation avec et peuvent amortir les carences alimentaires23. L'alimentation soutenue en HFD ou -SG HFD a réduit la diversité phylogénétique alpha par rapport aux souris nourries au LFD, tandis que l'alimentation -SG LFD a augmenté la diversité alpha (Fig. 2g). À l'inverse, les tests PERMANOVA des distances d'Aitchison à partir d'une analyse en composantes principales robuste ont révélé des différences significatives de diversité bêta entre les souris nourries au −SG HFD et d'autres groupes, soulignant l'effet distinct de ce régime pauvre en glucides, riche en graisses, en sérine et en glycine sur le microbiome fécal (Extended Data Fig. 4a). De plus, les rapports logarithmiques des souches de micro-organismes exprimant les voies complètes de biosynthèse de la sérine et de clivage de la glycine ont été augmentés et diminués, respectivement, par -SG HFD (données étendues Fig. 4b, c), et ce régime a réduit le rapport logarithmique des souches exprimant une complète voie de synthèse des acides gras (Fig. 2h). Les principales souches présentant les altérations les plus fortes sont répertoriées dans les données étendues de la figure 4d. Notamment, l'alimentation -SG LFD n'a pas modulé les souches de cette manière, probablement en raison de la teneur plus élevée en glucides, ce qui pourrait faciliter la synthèse de la sérine.

Ensuite, pour étudier directement comment la carence en sérine affecte la lipogenèse hépatique, des souris nourries avec les régimes ci-dessus pendant 18 semaines ont reçu de l'eau lourde (D2O) pendant 18 h, et les lipides ont été extraits pour quantifier l'enrichissement isotopique, l'abondance molaire et la synthèse24. La restriction alimentaire en sérine et en glycine a fortement réduit la synthèse de palmitate hépatique d'environ 70% par rapport aux régimes témoins riches en sérine (Fig. 2i et Extended Data Fig. 5a). La synthèse hépatique du cholestérol a été augmentée dans -SG HFD par rapport à HFD (Extended Data Fig. 5b). Conformément à ces changements, l'expression hépatique de l'ATP-citrate lyase (ACLY), de l'acétyl-CoA carboxylase (ACC2) et de la stéaroyl-CoA désaturase (SCD1) a été fortement réduite (environ 50 %) par la restriction de la sérine alimentaire, alors que l'expression de la biosynthèse du cholestérol les enzymes étaient inchangées ou augmentées (données étendues Fig. 5c – e). Les modifications de la phosphorylation de l'AKT au niveau de Ser473 et de Thr308 étaient corrélées à la teneur en graisses et en glucides alimentaires plutôt qu'aux niveaux de sérine et de glycine, ce qui suggère en outre que la restriction de la sérine entraîne des modifications du métabolisme des acides gras indépendantes de la signalisation de l'insuline (données étendues, Fig. 5c).

La carence systémique en sérine a récemment été associée à divers troubles neurodégénératifs16,25,26,27,28. Les personnes atteintes de diabète qui ont une élimination élevée de la sérine pourraient donc être plus sensibles aux comorbidités neurologiques rappelant la neuropathie périphérique associée à la sérine. Pour déterminer si une carence chronique en sérine à long terme est suffisante pour provoquer une neuropathie périphérique, nous avons nourri des souris avec des régimes alimentaires témoins ou sans sérine et glycine (19,2 % de l'énergie provenant des lipides) pendant jusqu'à 12 mois. La quantification temporelle de la réponse thermique à la chaleur a révélé une progression vers l'hypoalgésie après 12 mois d'intervention diététique (données étendues Fig. 6a), conformément aux observations précédentes16. À ce moment-là, nous avons également détecté une réduction de la densité des fibres nerveuses intraépidermiques (IENF) dans la peau des pattes (Extended Data Fig. 6b), qui est également une mesure clinique de la dégénérescence des petites fibres sensorielles29. Il convient de noter que les souris nourries avec -SG HFD pendant seulement trois mois ont présenté une hypoalgésie thermique marquée (Fig. 2j), indiquant qu'une combinaison de faible sérine systémique et de HFD accélère l'apparition de la neuropathie périphérique chez la souris.

La sérine est essentielle à la biosynthèse des sphingolipides canoniques, qui s'enrichissent dans le système nerveux. Lorsque la sérine devient limitée, la sérine palmitoyltransférase (SPT) incorpore d'autres acides aminés, dont l'alanine, pour former des désoxysphingolipides non canoniques30,31. Compte tenu de l'importance des céramides canoniques et des 1-désoxy(dihydro)céramides dans l'obésité et la neuropathie, respectivement15,32, nous avons émis l'hypothèse que l'inhibition du SPT pourrait influencer les phénotypes observés d'obésité et de neuropathie. Nous avons donc administré de la myriocine (0, 3 mg kg -1 tous les deux jours), un inhibiteur de SPT ou un véhicule à des souris nourries avec les régimes ci-dessus pendant 6 mois et quantifié la diversité des sphingolipides et la détection thermique. Conformément aux rapports précédents32, le traitement à la myriocine a atténué la prise de poids induite par le HFD sans affecter les taux plasmatiques de sérine et de glycine (données étendues Fig. 6c – f). qu'une réduction de l'activité SPT réduisait la neuropathie périphérique associée à la sérine.

a, Latence thermique chez les souris nourries avec LFD plus véhicule (veh) (n = 10), LFD plus 0,3 mg kg−1 myriocine (myr) (n = 10), −SG LFD plus véhicule (n = 10), −SG LFD plus myriocine (n = 9), HFD plus véhicule (n = 10), HFD plus myriocine (n = 10), −SG HFD plus véhicule (n = 10) ou −SG HFD plus myriocine (n = 9). b, Stack plot du désoxyDHCer hépatique chez des souris nourries avec LFD plus véhicule (n = 10), LFD plus myriocine (n = 10), −SG LFD plus véhicule (n = 10), −SG LFD plus myriocine (n = 9) , HFD plus véhicule (n = 10), HFD plus myriocine (n = 10), −SG HFD plus véhicule (n = 10) ou −SG HFD plus myriocine (n = 9). c, Évolution de la latence thermique chez des souris nourries avec LFD plus véhicule (n = 12), HFD plus véhicule (n = 12), −SG HFD plus véhicule (n = 12) ou −SG HFD plus myriocine (n = 11). d, densité d'IENF chez les souris nourries avec LFD plus véhicule (n = 10), HFD plus véhicule (n = 7), −SG HFD plus véhicule (n = 12) ou −SG HFD plus myriocine (n = 8). e, distribution de Paw skin deoxyDHCer chez des souris nourries avec LFD plus véhicule (n = 12), HFD plus véhicule (n = 12), −SG HFD plus véhicule (n = 12) ou −SG HFD plus myriocine (n = 11). Les données sont moyennes ± sem et ont été analysées à l'aide d'une ANOVA unidirectionnelle avec le test post hoc de différence la moins significative de Fisher (a, b, d, e) ou d'une ANOVA bidirectionnelle avec le test post hoc de différence la moins significative de Fisher (c). Les analyses statistiques en b, e ont été effectuées en utilisant les abondances sommées de désoxyDHCer.

Pour mieux comprendre les moteurs métaboliques de ce phénotype de neuropathie périphérique, nous avons ensuite quantifié les céramides et les désoxydihydrocéramides (deoxyDHCer) dans le foie et le nerf sciatique. La restriction de la sérine et de la glycine a augmenté le désoxyDHCer dans les paramètres LFD et HFD et réduit les céramides canoniques dans le fond HFD, tandis que la myriocine a généralement réduit l'abondance des sphingolipides (Fig. 3b et Extended Data Fig. 6g – i). En revanche, les niveaux de céramide et de 1-désoxysphingolipide n'étaient pas modifiés ou n'étaient pas corrélés au phénotype de neuropathie périphérique dans le nerf sciatique, potentiellement en raison des importants dépôts lipidiques présents dans la myéline (données étendues Fig. 6h, i). Notamment, la restriction de la sérine dans un contexte LFD n'a pas induit d'hypoalgésie thermique après six mois (Fig. 3a), indiquant que l'accumulation de 1-désoxysphingolipides à elle seule est insuffisante pour conduire ce phénotype et conforme aux rapports récents d'un modèle de souris Sptlc1C133W33. Ensuite, nous avons mesuré la densité IENF, la densité nerveuse cornéenne et les lipides tissulaires dans une cohorte distincte de souris nourries LFD, HFD, -SG HFD ou -SG HFD plus myriocine pendant six mois. La myriocine a atténué l'apparition de l'hypoalgésie thermique chez les souris nourries avec -SG HFD (Fig. 3c), et ce traitement a également protégé la densité nerveuse des petites fibres dans l'épiderme et la cornée (Fig. 3d et données étendues Fig. 7a, b) sans affecter la détection tactile. ou MNCV (Extended Data Fig. 7c, d), suggérant que ce phénotype précoce est spécifique aux petites fibres sensorielles et aux 1-désoxysphingolipides, contrairement aux autres nœuds du métabolisme des sphingolipides34. Les souris nourries avec -SG HFD présentaient une augmentation des 1-désoxysphingolipides hépatiques et de la sphingomyéline, tandis que la myriocine réduisait fortement les niveaux de sphingolipides ainsi que de triglycérides et de diacylglycérides (Extended Data Fig. 7e), soulignant davantage les effets pléiotropes de cette molécule sur le lipidome32,35. Enfin, la peau des pattes présentait une augmentation significative du désoxyDHCer qui a été réduite avec le traitement à la myriocine (Fig. 3e), ce qui suggère que le microenvironnement lipidique entourant les petites fibres peut influencer la fonction sensorielle.

Nous avons ensuite évalué si la suppression de l'activité SPT pouvait atténuer la neuropathie chez les souris db / db, qui présentaient une augmentation de la désoxySA circulante ainsi qu'une augmentation des céramides hépatiques et de la désoxyDHCer (données étendues Fig. 8a, b). Conformément aux résultats du modèle de neuropathie périphérique induite par le régime −SG HFD, l'administration de myriocine à l'âge de six semaines a empêché la progression vers l'hypoalgésie thermique et restauré la sensation tactile chez les souris db / db (données étendues Fig. 8c, d). La densité d'IENF a également augmenté chez les souris db / db recevant pendant huit semaines de la myriocine (données étendues Fig. 8e). Bien que la myriocine n'ait pas affecté le gain de poids corporel, l'hyperglycémie ou les niveaux de sérine plasmatique (données étendues Fig. 8f – h), elle a fortement réduit les sphingolipides canoniques dans le foie mais a montré des effets limités sur les 1-désoxysphingolipides et les céramides de la peau des pattes (données étendues Fig. 8i -n). Ainsi, la myriocine agit probablement par des mécanismes directs et indirects ciblant le foie et d'autres tissus, ce qui explique également sa toxicité35.

Compte tenu de la carence chronique en sérine des souris diabétiques, nous avons ensuite nourri les souris db/db avec un régime enrichi en sérine à 3 % à partir de l'âge de 6 semaines et quantifié les phénotypes de neuropathie. La sensation thermique a été mesurée à 6, 10 et 14 semaines d'âge et la sensation tactile au moment du sacrifice, moment auquel les souris présentaient des niveaux élevés de sérine plasmatique et hépatique, mais pas de glycine (Fig. 4a, b). Nous n'avons observé aucun changement de poids corporel et une légère augmentation des taux de glucose circulant dans cette cohorte (données étendues Fig. 9a, b). Cependant, l'hypoalgésie thermique et tactile a été réduite chez les souris nourries avec ce régime enrichi en sérine (Fig. 4c, d). Il convient de noter qu'aucun changement dans les sphingolipides canoniques n'a été observé dans les tissus, mais les 1-désoxysphingolipides ont été fortement diminués dans la peau du foie et des pattes (Fig. 4e, f et Extended Data Fig. 9c – f). Collectivement, ces données suggèrent que la supplémentation en sérine peut ralentir la progression de la neuropathie périphérique diabétique.

a, Niveaux plasmatiques d'acides aminés à l'état nourri chez des souris BKS-db/db nourries avec un régime témoin (n = 8) ou supplémenté en sérine (n = 9) pendant 8 semaines. b, Teneur en acides aminés du foie à l'état nourri chez des souris BKS-db/db nourries avec un régime témoin ou supplémenté en sérine pendant 8 semaines (n = 8 par groupe). c, Évolution de la latence thermique chez des souris BKS-db/db nourries avec un régime témoin (n = 8) ou supplémenté en sérine (n = 9). d, Détection tactile 8 semaines après avoir nourri des souris BKS-db/db avec un régime témoin (n = 8) ou supplémenté en sérine (n = 9). e, Niveaux de désoxyDHCer dans le foie chez des souris BKS-db/db nourries avec un régime témoin ou supplémenté en sérine pendant 8 semaines (n = 8 par groupe). f, Niveaux de désoxyDHCer dans la peau des pattes de souris BKS-db/db nourries avec un régime témoin ou supplémenté en sérine pendant 8 semaines (n = 8 par groupe). Les données sont moyennes ± sem et ont été analysées à l'aide d'un test t indépendant bilatéral (a, b, d – f) ou d'une ANOVA bidirectionnelle avec le test post hoc de la différence la moins significative de Fisher (c). Des analyses statistiques en e, f ont été effectuées en utilisant les abondances sommées de désoxyDHCer.

Nous décrivons ici comment l'induction directe ou indirecte d'une carence chronique et systémique en sérine modifie l'homéostasie lipidique et contribue à la neuropathie périphérique diabétique. La modulation de la dyslipidémie avec la myriocine ou la biosynthèse des 1-désoxysphingolipides avec une supplémentation en sérine atténue à la fois l'hypoalgésie thermique et tactile chez les souris diabétiques obèses. Ces résultats mettent en évidence comment la carence en sérine peut agir en synergie avec la dyslipidémie pour modifier les phénotypes neurologiques à la fois dans des contextes de maladies rares16,25,26 et indirectement via une maladie chronique répandue comme le diabète de type 2, où elle se manifeste comme une comorbidité subie par un sous-ensemble de les patients. La réduction de la sérine et de la glycine circulantes chez les souris diabétiques peut être due à un flux accru via la gluconéogenèse, le métabolisme à un carbone, la rétention rénale18,36 et/ou l'élimination sous forme d'acylglycines37, qui sont également influencées par la dyslipidémie38.

Un STT, analogue à un test oral de tolérance au glucose (OGTT), pourrait identifier les patients qui présentent une élimination postprandiale élevée de la sérine et qui pourraient être particulièrement sensibles à la neuropathie sensorielle. La normalisation des niveaux de sérine circulante via une supplémentation alimentaire retarde l'apparition et la progression de la neuropathie sensorielle chez les souris db/db. En effet, la supplémentation en sérine et en vitamines B améliore la neuropathie périphérique dans certains modèles précliniques et fait l'objet d'essais cliniques pour divers troubles neurodégénératifs39,40,41 (ClinicalTrials.gov : NCT03062449). Nos résultats mettent en évidence des liens moléculaires physiologiquement pertinents entre l'homéostasie de la sérine et de la glycine, le métabolisme des sphingolipides et les comorbidités diabétiques. Les phénotypes métaboliques et neuropathiques des modèles murins de diabète et d'obésité varient selon les souches et les génotypes42,43, et les souris C57BL6/J sont particulièrement sensibles aux conséquences métaboliques du HFD en raison de mutations dans Nnt44 et d'autres gènes. Cependant, nos données chez les souris diabétiques db / db et chez les souris C57BL / 6J nourries avec -SG HFD démontrent qu'une carence en sérine associée à une dyslipidémie peut entraîner une neuropathie périphérique dans différents contextes génétiques.

Plusieurs questions clés demeurent, notamment pourquoi la privation de sérine et de glycine supprime la synthèse hépatique des acides gras et l'expression des gènes dans le foie. De plus, diverses espèces de sphingolipides et/ou leur mauvaise localisation contribuent à la neuropathie21,45,46,47,48, mais leurs mécanismes exacts de toxicité restent incertains. Nous avons développé et validé un modèle alimentaire de neuropathie sensorielle associée à la sérine qui développe un phénotype en trois mois, ce qui pourrait aider à comprendre comment la dyslipidémie neurotoxique peut être gérée. Divers changements génétiques peuvent influencer la sérine et la glycine circulantes, y compris les polymorphismes communs à un seul nucléotide et les événements de codage rares25,28,49, ou de telles déficiences pourraient être induites par le métabolisme hépatique recâblé induit par le diabète. Ainsi, en modifiant à la fois la diversité des sphingolipides et en compromettant la capacité du foie à gérer la surcharge lipidique nutritionnelle, la carence systémique en sérine apparaît comme un modificateur des neuropathies associées à l'âge et au diabète.

Toutes les expériences sur les souris ont été approuvées et menées conformément au Comité institutionnel de protection et d'utilisation des animaux (IACUC) de l'Université de Californie à San Diego et du Salk Institute for Biological Studies. Les souris ont été logées dans la même pièce assurant une exposition à la même température (21 ° C), à l'humidité (humidité ambiante 65%) et à un cycle lumière: obscurité de 12 h (06 h 00 à 18 h 00). Dans la figure 1, des souris C57BL/6J (JAX 000664) ou BKS-db/db (JAX 000642) âgées de 14 à 16 semaines et des souris C57BL/6J traitées avec un véhicule ou STZ âgées de 10 à 12 semaines (JAX 000664) les souris ont été mises à jeun pendant 6 h avant la collecte des tissus. Les animaux ont été anesthésiés à l'isoflurane, décapités et les tissus ont été rapidement collectés à l'aide de pinces Wollenberger pré-refroidies à la température de l'azote liquide et stockées à -80 ° C jusqu'à l'analyse. Pour la Fig. 2, des C57BL/6J (JAX 000664) âgés de 8 semaines ont été nourris avec des régimes obtenus auprès d'Envigo. La composition alimentaire est détaillée dans le tableau supplémentaire 1. Dans les expériences alimentaires, les tissus ont été prélevés entre 07h00 et 10h00, c'est-à-dire à l'état nourri, sauf indication contraire. À partir d'une cohorte distincte d'animaux, des échantillons de plasma ont été prélevés 18 semaines après l'intervention alimentaire à l'état nourri (07 h 00-10 h 00) et à jeun (jeûne nocturne de 18 h). Dans des expériences sur des souris db/db, les tissus ont été prélevés après un jeûne de 6 h. Pour la figure 3, des C57BL / 6J (JAX 000664) âgés de 8 semaines ont été nourris avec des régimes obtenus auprès d'Envigo. La collecte des tissus a eu lieu entre 07h00 et 10h00. Les animaux ont été anesthésiés à l'isoflurane, décapités et les tissus ont été rapidement collectés à l'aide de pinces Wollenberger pré-refroidies à la température de l'azote liquide et stockées à -80 ° C jusqu'à l'analyse. Pour la figure 4, des souris BKS-db/db âgées de 6 semaines (JAX 000642) ont été nourries avec un régime témoin ou supplémenté en sérine (fourni par Envigo) pendant une période de 8 semaines. La collecte de tissus a eu lieu entre 07h00 et 10h00, sauf indication contraire. Les animaux ont été anesthésiés à l'isoflurane, décapités et les tissus ont été rapidement collectés à l'aide de pinces Wollenberger pré-refroidies à la température de l'azote liquide et stockées à -80 ° C jusqu'à l'analyse.

Des souris C57BL/6J (JAX 000664) de type sauvage et BKS-db/db, et de 10 à 12 semaines, traitées avec un véhicule et STZ, appariées selon l'âge, ont jeûné pendant la nuit avec accès à l'eau fourni ad libitum. Pour un STT, les animaux ont été pesés et de la sérine et/ou du glucose ont été administrés par gavage oral à une dose de 400 mg kg-1 et 2 g kg-1, respectivement, avec des échantillons de sang de l'extrémité de la queue prélevés dans des tubes de microvette recouverts d'EDTA ( Sarstedt) avant, et 15, 30, 60, 120 et 180 min après un gavage oral. Des microvettes EDTA ont été centrifugées à 2 000 g à 4 ° C pendant 5 min pour obtenir du plasma et des échantillons stockés à -80 ° C jusqu'à l'analyse. Les concentrations de glucose sanguin et de sérine ont été quantifiées à l'aide du glucomètre Contour Next (Bayer) et de la chromatographie en phase gazeuse-spectrométrie de masse comme décrit ci-dessous, respectivement. La pharmacocinétique de la sérine plasmatique a été déterminée pour une dose de 400 mg kg-1 à l'aide du PK solver50.

Pour qualifier le devenir en aval de la sérine, des souris de type sauvage ont été mises à jeun pendant la nuit, pesées le matin et de la [U-13C3]sérine administrée par gavage oral à une dose de 400 mg kg-1, avec des tissus prélevés, à l'aide de pinces de Wollenberger pré- refroidi à la température de l'azote liquide, avant et 15, 30, 45, 60 et 120 min après le gavage oral, et les échantillons stockés à -80 ° C jusqu'à l'analyse.

Des kits disponibles dans le commerce ont été utilisés pour déterminer l'insuline sérique (Mouse Insulin ELISA 10-1247-01, Mercodia) et le glucagon (Glucagon ELISA 10-1271-01, Mercodia) après un jeûne de 6 h chez la souris selon les instructions du fabricant.

Des souris C57BL/6J nourries pendant 18 semaines ont reçu une injection intrapéritonéale de D2O (dans du NaCl à 0,9 %) à une dose de 0,027 ml par g de poids corporel avec de l'eau potable remplacée par une solution enrichie en D2O à 6 % pendant une période d'environ 18 h. Le matin (07h00-10h00), les tissus ont été rapidement collectés à l'aide de pinces Wollenberger pré-refroidies à la température de l'azote liquide et stockées à -80 ° C jusqu'à l'analyse.

L'enrichissement plasmatique en D2O a été déterminé en utilisant le protocole d'échange deutérium-acétone comme décrit précédemment24. En bref, 5 µl de plasma ont été incubés avec 4 µl d'acétone à 5 % dans une solution d'acétonitrile et 4 µl de NaOH 10 M pendant 24 h. Ensuite, 500 mg de Na2SO4 et 600 µl de chloroforme ont été ajoutés et les échantillons mélangés au vortex. Après 2 min de centrifugation à 3 000 g, 80 µl ont été transférés en triple dans des flacons de chromatographie en phase gazeuse-spectrométrie de masse (GC-MS), et l'enrichissement plasmatique en D2O a été quantifié à partir d'une courbe d'étalonnage externe sur une colonne Agilent DB-35MS (30 m sur 0,25 mm de diamètre interne × 0,25 μm, Agilent J&W Scientific) installé dans un chromatographe en phase gazeuse (GC) Agilent 7890 A interfacé avec un spectromètre de masse Agilent 5975 C avec le programme de température suivant : 60 °C initial, augmenter de 20 °C min−1 à 100 °C, augmenter de 50 °C min-1 à 220 °C et maintenir pendant 1 min.

Pour quantifier le marquage D2O des tissus, environ 20 mg de tissu congelé ont été homogénéisés avec 250 µl de méthanol à -20 ° C, 250 µl de solution saline glacée et 500 µl de chloroforme à -20 ° C additionnés d'étalons internes palmitate-d31 (Cambridge Isotope Laboratories, DLM -215-PK) et le coprostanol (Sigma, 7578). Après une rotation de 5 min à 4 ° C à 21 000 g, la fraction de chloroforme a été collectée, séchée et remise en suspension avec 500 µl de H2SO4 à 2 % dans du méthanol pendant 2 h à 50 ° C. Ensuite, 100 µl de NaCl saturé et 500 µl d'hexane ont été ajoutés, les échantillons mélangés au vortex et la phase supérieure d'hexane collectée et transférée dans un flacon GC – MS. Les esters méthyliques d'acides gras ont été analysés à l'aide d'une colonne Select FAME (100 m × 0,25 mm de diamètre interne) installée dans un Agilent 7890 A GC interfacé avec un Agilent 5975 C MS en utilisant le programme de température suivant : 80 °C initial, augmentation de 20 °C min-1 à 170 °C, augmenter de 1 °C min-1 à 204 °C, puis 20 °C min-1 à 250 °C et maintenir pendant 10 min. Le pourcentage de distribution isotopologique de chaque acide gras et métabolite polaire a été déterminé et corrigé pour l'abondance naturelle à l'aide d'algorithmes internes adaptés d'un rapport précédent51.

Pour GTT et ITT, les souris C57BL/6J nourries avec les régimes pendant 18 semaines ont jeûné pendant la nuit avec de l'eau fournie à volonté. Le matin, les animaux ont été pesés et la glycémie à jeun a été déterminée à partir d'un saignement de la queue en utilisant un glucomètre Contour Next (Bayer). Pour le GTT, les animaux ont reçu une injection intrapéritonéale d'un bolus de glucose à une dose de 2 g kg-1 de poids corporel, et la glycémie a été déterminée à 15, 30, 60, 120 et 180 min post-injection. Pour l'ITT, les animaux ont reçu une injection intrapéritonéale d'un bolus d'insuline (100 UI ml−1 Humulin Insulin, Eli Lilly) à une dose de 0,5 UI kg−1, et la glycémie a été quantifiée à 15, 30, 60 et 90 min post -injection comme décrit précédemment52.

Les masses maigres et grasses ont été déterminées à l'aide d'un instrument EchoMRI 3 en 1 (système d'imagerie quantitative par résonance magnétique nucléaire (qNMR)). Le système complet de surveillance des animaux de laboratoire (CLAMS) (Oxymax, Columbus Instruments) a été utilisé pour quantifier les taux métaboliques systémiques chez des souris hébergées individuellement pendant une période de 6 jours. L'apport en eau, en nourriture et en calories a été calculé à partir d'animaux hébergés individuellement sur une période de 6 jours lorsqu'ils ont été soumis à CLAMS. Les taux de consommation d'oxygène (VO2) et de dioxyde de carbone (VCO2) du corps entier ont été normalisés en fonction du poids corporel total correspondant, et le RER a été calculé comme le rapport de VCO2 à VO2.

Environ 1 g de matières fécales a été séché pendant la nuit et broyé à l'aide d'un mortier et d'un pilon. L'échantillon en poudre a été reconstitué en un culot avec 300 µl de ddH2O et pesé. Le culot a été placé dans un cylindre de bombe entouré de 2 000 ml de ddH2O (Parr 6100 Compensated Jacket Calorimeter). La chaleur produite par la combustion a été mesurée par le changement de température de l'eau. L'équivalent énergétique du calorimètre, W (Cal °C−1), a été calculé avec de l'acide benzoïque normalisé. Le contenu énergétique final de chaque pastille a été calculé comme suit :

L'absorption calorique a été calculée en soustrayant l'énergie brute (extraction de calories fécales) de l'apport calorique.

L'ADN a été extrait de 10 à 30 mg de selles à l'aide du kit d'isolement d'ADN MoBio PowerFecal (12830-50). L'ADN extrait a été quantifié à l'aide d'un Nanodrop (ThermoFisher Scientific). Les données brutes de séquençage du génome entier ont été téléchargées sur Qiita53, où nous avons suivi leur flux de travail de traitement par défaut. En résumé, les lectures brutes ont été filtrées par adaptateur à l'aide des paramètres de détection automatique dans fastp version 2054 et l'hôte (souris) filtré à l'aide de minimap2 version 2.1755. Les séquences résultantes ont été alignées à l'aide de Bowtie 2 version 2.4.256 sur la base de données de référence Web of Life (WoL)57 via l'application Web of Life Toolkit (https://github.com/qiyunzhu/woltka) ; cette étape a généré des tableaux par genre, espèce, par génome et par gène. Pour toutes les analyses, nous avons utilisé le tableau par génome ; ensuite, pour la diversité alpha, nous avons supprimé tous les échantillons inférieurs à 1 273 062 séquences par échantillon et pour l'analyse de la diversité bêta, nous avons raréfié à la même valeur. Les analyses en aval ont été réalisées dans QIIME 2 version 2020.1158. Pour évaluer les altérations globales du microbiote, une analyse de la diversité alpha a été réalisée via le PD59 de Faith et la diversité bêta via une analyse en composantes principales robuste (RPCA)60 et les distances d'Aitchison résultantes ont été évaluées via une analyse de variance multivariée permutationnelle (PERMANOVA)61.

Nous avons ensuite conçu un modèle hiérarchique bayésien d'abondance différentielle incorporant le type de régime alimentaire comme effet fixe et la cage comme effet aléatoire. Nous modélisons le processus de génération de comptage sous la forme d'une distribution binomiale négative pour tenir compte de la surdispersion. En raison de la rareté des données sur le microbiome, nous avons également pris en compte l'inflation zéro en attribuant à chaque microbe une probabilité de ne pas être observé séparément du processus de génération de comptage :

Nous avons écrit ce modèle à l'aide du langage de programmation probabiliste Stan62 et ajusté le modèle à l'aide de BIRDMAn (https://github.com/gibsramen/BIRDMAn). Pour tenir compte de la compositionnalité, nous ajustons ce modèle en utilisant le premier microbe du tableau comme référence de rapport logarithmique additif et convertissons les changements de pli logarithmique en coordonnées de rapport logarithmique centrées après l'ajustement. Nous avons utilisé les distributions suivantes comme distributions a priori pour les paramètres cibles :

dans laquelle i est l'échantillon, j est la caractéristique, y est le nombre microbien, θ est l'indicateur du zéro non biologique, η est le nombre moyen de caractéristiques, x est la covariable, β est les coefficients de régression à estimer (log -fold changes), π est la probabilité de zéro non biologique, z est la variable d'identification de la cage, u est l'effet aléatoire de la cage et ϕ est le paramètre de surdispersion. Afin de comparer les changements fonctionnels associés aux abondances différentielles au niveau de la souche, une approche comparative de l'exhaustivité des voies génomiques a été adoptée. Tout d'abord, chaque génome a été évalué via l'exhaustivité de la voie MetaCyc63, une proportion allant de zéro à un, en cartographiant les gènes caractérisés aux réactions et enfin aux voies. Chaque voie a ensuite été corrélée par la corrélation de rang de Spearman à l'abondance différentielle bêta déterminée à partir du modèle ci-dessus. La biosynthèse de la sérine, le clivage de la glycine et les voies de synthèse des acides gras étaient significativement corrélés aux bêtas. Pour valider ces corrélations, le rapport logarithmique de la somme de l'abondance des génomes avec des voies complètes (complétude = 1) par rapport à ceux sans (complétude < 1) a été évalué entre les groupes de traitement.

La fonction de la petite fibre C sensorielle a été quantifiée par les réponses comportementales à la chaleur à l'aide d'un dispositif de test de nociception thermique (UARD) comme décrit précédemment64. En bref, la surface de l'appareil a été réchauffée à 30 ° C et les animaux ont été placés dans des chambres de test individuelles pendant 20 à 30 minutes avant le test. Quatre mesures de latence de réponse distinctes ont été effectuées, et la moyenne du dernier triple pris pour représenter la latence de réponse pour chaque animal. Toutes les mesures ont été effectuées sur des animaux codés par un observateur ignorant les groupes de traitement.

Les animaux ont été placés sur le support von Frey et laissés s'acclimater pendant 20 à 30 min. La gamme de filaments manuels von Frey a été utilisée : 2.44, 2.83, 3.22, 3.61, 3.84, 4.08, 4.31, 4.56, 4.74 (Kom Kare). Les tests ont commencé avec le filament 3.84 et la pression appliquée a été répétée cinq fois. Si une réponse positive était observée, le filament de poids inférieur suivant était utilisé dans la séquence. Dans le cas d'une réponse négative, le filament de poids supérieur suivant a été appliqué. Toutes les mesures ont été effectuées sur des animaux codés par un observateur ignorant les groupes de traitement.

La conduction d'un nerf moteur a été quantifiée chez des souris anesthésiées à l'aide du système EZ Anesthesia Versaflex (Braintree Scientific, Z-7150). En bref, des souris légèrement anesthésiées ont été transférées sur un tampon chauffé à l'eau avec une anesthésie maintenue via un masque facial. Deux électrodes de platine d'enregistrement ont été insérées entre les deuxième, troisième et quatrième orteils de l'animal, et une électrode de mise à la terre dans la peau au niveau du cou. Le stimulateur PowerLab a délivré un stimulus carré de 200 mV, 50 µs toutes les 2 s. L'électrode de stimulation a été insérée dans la cheville près du tendon d'Achille, puis dans l'échancrure sciatique de la hanche, et les ondes M ont été enregistrées. La latence entre le tendon d'Achille et l'échancrure sciatique a été utilisée pour calculer la vitesse de conduction nerveuse comme décrit64. Toutes les mesures ont été effectuées sur des animaux codés par un observateur ignorant les groupes de traitement.

La quantification des nerfs cornéens a été réalisée chez des souris anesthésiées (à l'aide du système EZ Anesthesia Versaflex, Braintree Scientific, Z-7150) à l'aide du Retina Tomograph 3 avec Rostock Cornea Module (Heidelberg Engineering) équipé de Tomocap (Heidelberg Engineering, 0220-001) comme décrit précédemment64. En bref, des souris légèrement anesthésiées ont été transférées sur une plate-forme pour petits animaux avec une anesthésie maintenue via un masque facial. Quarante images séquentielles de grossissement et de taille uniformes ont été recueillies et celles contenant des nerfs du plexus sous-basal ont été identifiées. Le logiciel ImageJ (ImageJ 1.53e Java 1.8.0_172) a été utilisé pour quantifier la zone du nerf cornéen dans chaque image, avec des données présentées en pixels/image. Toutes les mesures ont été faites sur des animaux codés et des images par un observateur ignorant les groupes de traitement.

La quantification de l'innervation épidermique a été réalisée dans des échantillons de peau de patte par immunomarquage pour la protéine pan-neuronale PGP9.5, comme décrit précédemment en détail64. En bref, des échantillons de peau de patte ont été prélevés dans du paraformaldéhyde tamponné à 4 % (Thermo Scientific, J19943-K2). La coloration des nerfs épidermiques a été réalisée à l'aide d'un anticorps anti-PGP9.5 (ProteinTech, 14730-1-AP; dilution 1:500). À l'aide d'un grossissement 40 × d'un microscope optique, le nombre de profils positifs pour PGP9.5 présents dans l'épiderme a été calculé, la longueur de la section de peau calculée et la densité de profil IENF exprimée en profils mm-1. Toutes les mesures ont été faites sur des lames codées par un observateur ignorant les groupes de traitement.

Les métabolites polaires plasmatiques ont été extraits de 3 µl de plasma additionné d'une quantité connue d'étalons marqués au 13C et au 15N (Cambridge Isotope Laboratories, MSK-A2-1.2). L'extraction des métabolites tissulaires a été réalisée comme décrit précédemment21. En bref, environ 20 mg de tissu ont été homogénéisés pendant 2 min à l'aide de billes Precellys avec 500 µl de méthanol à -20 °C, 400 µl de solution saline glacée et 100 µl d'eau glacée et dopés avec des étalons de métabolites polaires 13C/15N (Cambridge Isotope Laboratories, MSK-A2-1.2), 20 pmol de sphinganine-d7 (Avanti Polar Lipids, 860658), 2 pmol de désoxysphinganine-d3 (Avanti Polar Lipids, 860474), 100 pmol de 13C-dihydroceramide-d7 (Avanti Polar Lipids, 330726), 200 pmol de C15-céramide-d7 (Avanti Polar Lipids, 860681), 10 pmol de d18:1-d7 glucosylsphingosine (Avanti Polar Lipids, 860695), 100 pmol de d18:1-d7/15:0 glucosylcéramide ( Avanti Polar Lipids, 330729), 100 pmol de lactosylcéramide d18:1-d7/15:0 (Avanti Polar Lipids, 330727), 200 pmol de sphingosine-d7 (Avanti Polar Lipids, 860657) et 200 pmol de d18:1/ Sphingomyéline 18:1-d9 (Avanti Polar Lipids, 791649). L'identification des 1-désoxydihydrocéramides a été confirmée par l'appariement des temps de rétention et l'analyse des normes m18:0/24:1 deoxyDHCer (Avanti Polar Lipids, 860464) et m18:0/16:0 deoxyDHCer (Avanti Polar Lipids, 860462), et la normalisation pour les 1-désoxydihydrocéramides a été réalisée avec l'étalon 13C-dihydrocéramide-d7. Une aliquote d'homogénat de 50 µl a été prélevée pour déterminer la teneur en protéines tissulaires à l'aide du test de protéines BCA (Lambda Biotech, G1002). L'homogénat restant a été transféré dans un tube Eppendorf de 2 ml et 1 ml de chloroforme à -20 ° C a été ajouté. Les échantillons ont été mélangés au vortex pendant 5 min et centrifugés pendant 5 min à 4 ° C à 15 000 g. La phase organique a été recueillie et 2 μl d'acide formique ont été ajoutés à la phase polaire restante qui a été réextraite avec 1 ml de chloroforme à -20 ° C. Les phases organiques combinées ont été séchées et le culot a été remis en suspension dans 100 µl de tampon contenant 100 % de méthanol, 1 mM de formiate d'ammonium et 0,2 % d'acide formique. Les données représentent le nombre d'ions normalisé par des normes internes spécifiques à la classe et la teneur en protéines tissulaires, avec des tracés empilés pour représenter la distribution de la chaîne acyle.

La quantification des métabolites polaires a été déterminée après dérivation avec 2 % (p/v) de chlorhydrate de méthoxyamine (Thermo Scientific) dans de la pyridine (37 °C pendant 60 min) et avec du N-tertbutyldiméthylsilyl-N-méthyltrifluoroacétamide (MTBSTFA) avec 1 % de tert-butyldiméthylchlorosilane (tBDMS) (Regis Technologies) (37 °C pendant 30 min). Les dérivés polaires ont été analysés par GC-MS à l'aide d'une colonne DB-35MS (30 m × 0,25 mm de diamètre interne × 0,25 μm, Agilent J&W Scientific) installée dans un chromatographe en phase gazeuse Agilent 7890 A interfacé avec un spectromètre de masse Agilent 5975 C comme décrit précédemment65. L'enrichissement plasmatique en glucose a été déterminé en utilisant la dérivation de l'anhydride propionique comme décrit précédemment66. L'abondance des isotopes naturels a été corrigée à l'aide d'un script interne51.

La quantification des métabolites sphingolipidiques a été déterminée à l'aide d'une plate-forme de chromatographie liquide triple quadripôle-spectrométrie de masse (Agilent 6460). Les espèces de sphingolipides ont été séparées sur une colonne C8 (Spectra 3 μm C8SR 150 × 3 mm de diamètre intérieur, Peeke Scientific) comme décrit précédemment67. La phase mobile A était composée de 100 % d'eau de qualité HPLC contenant 2 mM de formiate d'ammonium et 0,2 % d'acide formique et la phase mobile B était composée de 100 % de méthanol contenant 0,2 % d'acide formique et 1 mM de formiate d'ammonium. Le débit était de 0,5 ml min-1. Le programme d'élution par gradient consistait en le profil suivant : 0 min, 82 % B ; 3 min, 82 % B ; 4 min, 90 % B, 18 min, 99 % B ; 25 min, 99 %, 27 min, 82 % B, 30 min, 82 % B. Le rééquilibrage de la colonne a suivi chaque échantillon et a duré 10 min. La tension capillaire était réglée sur 3,5 kV, la température du gaz de séchage était de 350 °C, le débit du gaz de séchage était de 10 l min-1 et la pression du nébuliseur était de 60 psi. Les espèces de sphingolipides ont été analysées par surveillance sélective de la réaction (SRM) de la transition des ions précurseurs aux ions produits aux énergies de collision optimisées associées et aux tensions de fragmenteur (tableau supplémentaire 2). La quantification des espèces de sphingolipides a été réalisée à l'aide d'étalons deutérés enrichis.

Environ 10 à 20 mg de tissu congelé ont été extraits avec 800 µl d'acétonitrile à -20 °C 5:3:2 acétonitrile : méthanol : solution d'eau avec une concentration connue de norvaline comme étalon interne à l'aide de l'homogénéisateur Precellys Evolution (Bertin Technologies)68 . Après extraction, une aliquote de 50 µl a été prélevée pour la quantification des protéines à l'aide du dosage des protéines BCA (Lambda Biotech, G1002), et l'extrait restant a été centrifugé pendant 10 min à 21 000 g à 4 °C. Le surnageant a ensuite été transféré dans un flacon en verre, et la séparation chromatographique et l'identification des composés ont été effectuées à l'aide de Q Exactive Orbitrap MS avec un système Vanquish Flex Binary UHPLC (ThermoFisher Scientific) sur un iHILIC-(P) Classic, 150 mm par 2,1 mm, 5- particules mm, colonne de 200 Å (Hilicon) à 45 °C. La chromatographie a été réalisée à l'aide d'un gradient de carbonate d'ammonium 20 mM, ajusté à pH 9,4 avec une solution d'hydroxyde d'ammonium à 0,1 % (25 %) (phase mobile A) et 100 % d'acétonitrile (phase mobile B), les deux à un débit de 0,2 ml min −1. Le gradient de chromatographie liquide est passé linéairement de 80 à 20 % B de 2 à 17 min puis de 20 à 80 % B de 17 à 18 min puis maintenu à 80 % B de 18 à 25 min.

Les échantillons de foie ont été extraits dans 400 µl de méthanol à -20 ° C à l'aide de l'homogénéisateur Precellys Evolution (Bertin Technologies) dopé avec l'étalon marqué EquiSPLASH (Avanti Polar Lipids, 330731) et de la norvaline. Après extraction, une aliquote de 50 µl a été prélevée pour quantifier la teneur en protéines à l'aide du test de protéine BCA (Lambda Biotech, G1002), et à l'extrait restant ont été ajoutés 400 µl de chloroforme à -20 ° C et 400 µl d'eau glacée. Après vortex pendant 5 min, les échantillons ont été centrifugés pendant 5 min à 4 ° C à 15 000 g et la phase organique a été collectée. Deux microlitres d'acide formique ont été ajoutés à la phase polaire restante qui a été réextraite avec 400 µl de chloroforme à -20 ° C, les échantillons ont été mélangés au vortex et centrifugés comme décrit ci-dessus. Les phases organiques combinées ont été séchées et le culot a été remis en suspension dans 100 µl d'isopropanol.

La séparation chromatographique et l'identification des espèces lipidiques ont été réalisées à l'aide du spectromètre de masse orbitrap Q Exactive avec un système Vanquish Flex Binary UHPLC (Thermo Scientific) équipé d'une colonne Accucore C30, 150 × 2,1 mm, 2,6 µm (Thermo) à 40 °C. Cinq microlitres d'échantillon ont été injectés. La chromatographie a été réalisée en utilisant un gradient de 40:60 v/v eau : acétonitrile avec 10 mM de formiate d'ammonium et 0,1 % d'acide formique (phase mobile A) et 10 :90 v/v acétonitrile : propan-2-ol avec 10 mM de formiate d'ammonium et 0,1% d'acide formique (phase mobile B), tous deux à un débit de 0,2 ml min-1. Le gradient de chromatographie liquide est passé de 30 % à 43 % B de 3 à 8 min, puis de 43 % à 50 % B de 8 à 9 min, puis de 50 à 90 % B de 9 à 18 min, puis de 90 à 99 % B de 18 à 26 min, puis maintenu à 99 % B de 26 à 30 min, avant de revenir à 30 % B en 6 min et maintenu pendant 4 min supplémentaires.

Les lipides ont été analysés en mode positif en utilisant une tension de pulvérisation de 3,2 kV. Le débit de gaz de balayage était de 1 unité arbitraire, le débit de gaz auxiliaire de 2 unités arbitraires et le débit de gaz gaine de 40 unités arbitraires, avec une température capillaire de 325 °C. La spectrométrie de masse complète (gamme de balayage de 200 à 2 000 m/z) a été utilisée à une résolution de 70 000 avec un contrôle de gain automatique de 106 et un temps d'injection maximal de 100 ms. Le mode MS2 dépendant des données (Top 6) à une résolution de 17 500 avec un contrôle de gain automatique réglé sur 105 avec un temps d'injection maximum de 50 ms a été utilisé. Les données ont été analysées à l'aide du logiciel EI-Maven et les pics ont été normalisés selon la norme interne Avanti EquiSPLASH. Les fragments spécifiques aux espèces lipidiques utilisés pour l'identification et la quantification sont présentés dans le tableau supplémentaire 3.

Les sphingolipides plasmatiques ont été traités comme décrit précédemment avec des modifications mineures69. En bref, 50 µl de plasma ont été mélangés avec 0,5 ml de méthanol et additionnés d'étalons internes, sphinganine-d7, sphingosine-d7 et désoxysphinganine-d3 (lipides Avanti). Les échantillons ont été placés sur un mélangeur pendant 1 h à 37 ° C, centrifugés à 2 800 g et le surnageant collecté et hydrolysé à l'acide pendant une nuit à 65 ° C avec 75 µl de HCl méthanolique (HCl 1N, H2O 10 M dans du méthanol). Ensuite, 100 ul de KOH 10 M ont été ajoutés pour neutraliser. 625 µl de chloroforme, 100 µl de NH4OH 2N et 500 µl d'eau alcaline ont été ajoutés, les échantillons mélangés au vortex et centrifugés pendant 5 min à 16 000 g. La phase organique inférieure a été lavée trois fois avec de l'eau alcaline et séchée à l'air. L'analyse LC-MS a été réalisée sur un Agilent 6460 QQQ LC-MS/MS. La séparation des métabolites a été réalisée avec une colonne C18 (Luna 100 × 2,1 mm, 3 µm, Phenomenex). La phase mobile A était composée d'un rapport 60:40 de méthanol: eau et la phase mobile B consistait en 100% de méthanol avec 0,1% d'acide formique avec 5 mM de formiate d'ammonium ajouté aux deux phases mobiles. Le programme d'élution en gradient consistait à maintenir à 40 % de B pendant 0,5 min, à augmenter linéairement jusqu'à 100 % de B en 15 min et à le maintenir pendant 9 min, suivi d'un rééquilibrage à la condition initiale pendant 10 min. La tension capillaire était réglée sur 3,5 kV, la température du gaz de séchage était de 350 °C, le débit du gaz de séchage était de 10 l min-1 et la pression du nébuliseur était de 60 psi. Les bases sphingoïdes ont été analysées par SRM de la transition des ions précurseurs aux ions produits aux énergies de collision optimisées associées et aux tensions de fragmenteur16. Les bases sphingoïdes ont ensuite été quantifiées à partir d'étalons internes dopés de concentration connue.

Des échantillons de foie et de rein congelés ont été extraits dans un tampon glacé contenant 50 mM de KH2PO4, 1 mM de Na2EDTA et 1 mM de DTT, pH 8,0 à l'aide d'un homogénéisateur en verre. L'activité enzymatique maximale a été déterminée en utilisant une réaction enzymatique couplée avec la lactate déshydrogénase (Sigma 10127230001) en présence de sérine 200 mM, NADH 0,25 mM, phosphate de pyridoxal 0,17 mM et DTT 1 mM pendant 3 min. La quantification des protéines de l'homogénat tissulaire a ensuite été déterminée à l'aide du dosage des protéines BCA (Lambda Biotech, G1002) et de l'activité enzymatique maximale exprimée en unités internationales (U) par mg de protéine.

L'ARN a été extrait d'environ 20 mg de tissu hépatique à l'aide du kit Direct-Zol RNA (kit Direct-Zol RNA Miniprep Plus, Zymo Research) conformément aux instructions du fabricant. La synthèse d'ADNc a été réalisée en utilisant iScript Reverse Transcription Supermix pour RT–PCR (iScript Reverse Transcription Supermix, Bio-Rad) selon les instructions du fabricant en utilisant le protocole suivant : 5 min à 25 °C, 20 min à 46 °C, 1 min à 95 ° C Les réactions de PCR ont été réalisées à l'aide de plaques à 96 puits sur un système de PCR en temps réel Applied Biosystems ViiA 7 en utilisant les paramètres suivants : 95 °C pendant 20 s, 40 cycles de 95 °C pendant 1 s et 60 °C pendant 20 s . Le volume final (10 µl) de la réaction PCR SYBR-Green consistait en 5 µl de Fast SYBR-Green Master Mix (Applied Biosystems), 2 µl d'ADNc, 1 µl d'amorces sens et antisens 5 µM et 1 µl d'eau.

Les amorces utilisées sont les suivantes. 18s avant : AGTCCCTGCCCTTTTGTACACA, 18s arrière : CGATCCGAGGGCCTCACTA ; Acc1 vers l'avant : AATGAACGTGCAATCCGATTTG, Acc1 vers l'arrière : ACTCCACATTTGCGTAATTGTTG ; Acc2 vers l'avant : CGCTCACCAACAGTAAGGTGG, Acc2 vers l'arrière : GCTTGGCAGGGAGTTCCTC ; Acly vers l'avant : AATCCTGGCTAAAACCTCGCC, Acly vers l'arrière : GCATAGATGCACACGTAGAACT ; actine avant : GGCTGTATTCCCTCCATCG, actine inverse : CCAGTTGGTAACAATGCCATGT ; Aldh1l1 vers l'avant : AGCCACCTATGAGGGCATTC, Aldh1l1 vers l'arrière : TGAGTGTCGAGTTGAAAAACGTC ; Aldh1l2 vers l'avant : ACCAGCCGGGTTTATTTCAAA, Aldh1l2 vers l'arrière : ACTCCCACTACTCGGTGGC ; Dgat1 vers l'avant : CTGATCCTGAGTAATGCAAGGTT, Dgat1 vers l'arrière : TGGATGCAATAATCACGCATGG ; Dgat2 vers l'avant : GCGCTACTTCCGAGACTACTT, Dgat2 vers l'arrière : GGGCCTTATGCCAGGAAACT ; Dhcr7 vers l'avant : AGGCTGGATCTCAAGGACAAT, Dhcr7 vers l'arrière : GCCAGACTAGCATGGCCTG ; Dhcr24 vers l'avant : CTCTGGGTGCGAGTGAAGG, Dhcr24 vers l'arrière : TTCCCGGACCTGTTTCTGGAT ; Dld vers l'avant : AGCTGGAGTCGTGTGTACC, Dld vers l'arrière : GAACCTATCACTGTCACGTCA ; Fasn vers l'avant : GGAGGTGGTGATAGCCGGTAT, Fasn vers l'arrière : TGGGTAATCCATAGAGCCCAG ; Fdft1 vers l'avant : GTTTGAAGACCCCATAGTTGGTG, Fdft1 vers l'arrière : CACATCTACGTTCTCTGGCTTAG ; Fdps vers l'avant : GGGAGGTCCTAGAGTACAATGCC, Fdps vers l'arrière : AAGCCTGGAGCAGTTTCTACAC ; Ggps1 vers l'avant : TTCACAGGCATTTAATCACTGGC, Ggps1 vers l'arrière : ACCACGTCGGAGCTTTGAAC ; Gldc vers l'avant : CTCCTGCCCAGACACGAT, Gldc vers l'arrière : GGGACCGTCTTCTCGATGAG ; Gpat1 vers l'avant : CTTGCCGATGTAAACACACC, Gpat1 vers l'arrière : CTTCCGGCTCATAAGGCTCTC ; Gpat4 vers l'avant : TCAAAGAAATTCGTCGAAGTGGT, Gpat4 vers l'arrière : CCTTTCCGGCAAAAGTAGAAGAT ; Hmgcs1 vers l'avant : AACTGGTGCAGAAATCTCTAGC, Hmgcs1 vers l'arrière : GGTTGAATAGCTCAGAACTAGCC ; Hmgcr vers l'avant : AGCTTGCCCGAATTGTATGTG, Hmgcr vers l'arrière : TCTGTTGTGAACCATGTGACTTC ; Lss vers l'avant : TCGTGGGGGACCCTATAAAAC, Lss vers l'arrière : CGTCCTCCGCTTGATAATAAGTC ; Mthfd1 vers l'avant : CTCCTGTCCCAAGTGACATTG, Mthfd1 vers l'arrière : TAGCCTTCGTTTCCCCGTACA ; Mthfd2 vers l'avant : AGTGCGAAATGAAGCCGTTG, Mthfd2 vers l'arrière : GACTGGCGGGATTGTCACC ; Mthfd1l vers l'avant : GCATGGCCTTACCCTTCAGAT, Mthfd1l vers l'arrière : GTACGAGCTTCCCCAGATTGA ; Mthfd2l vers l'avant : AAGGACGTTGATGGATTTCACAT, Mthfd2l vers l'arrière : GATGATTTCCCAAACGGCACT ; Mthfr vers l'avant : AGATGAGGCGCAGAATGGAC, Mthfr vers l'arrière : CATCCGGTCAAACCTGGAGAT ; Mtr vers l'avant : TCCTCCTCGGCCTATCTTTATTT, Mtr vers l'arrière : GGTCCGAATGAGACACGCT ; Mvk vers l'avant : GGTGTGGTCGGAACTTCCC, Mvk vers l'arrière : CCTTGAGCGGGTTGGAGAC ; Mvd vers l'avant : ATGGCCTCAGAAAGCCTCAG, Mvd vers l'arrière : TGGTCGTTTTAGCTGGTCCT ; Pmvk vers l'avant : CCTATGGGGCTGTGATACAGA, Pmvk vers l'arrière : TCTCCGTGGTTCTCAATGACC ; Psat vers l'avant : CAGTGGAGCGCCAGAATAGAA, Psat vers l'arrière : CCTGTGCCCCTTCAAGGA ; Psph vers l'avant : TGAGTACGCAGGTTTTTGATGAG, Psph vers l'arrière : TGAGTACGCAGGTTTTTGATGAG ; Phgdh vers l'avant : ATGGCCTTGCAAATCTGC, Phgdh vers l'arrière : AGTTCAGCTATCAGCTCCTCC ; Scd1 vers l'avant : TTCTTGCGATACACTCTGTGGC, Scd2 vers l'arrière : CGGGATTGAATGTTCTTGTCGT ; Scd2 vers l'avant : GATCTCTGGCGCTTACTCAGC, Scd2 vers l'arrière : CTCCCCAGTGGTGAGAACTC ; Sds vers l'avant : GAAGACCCCACTTCGTGACAG, Sds vers l'arrière : TCTTGCAGAGATGCCCAATGC ; Shmt1 vers l'avant : CAGGGCTCTGCTTGATGC, Shmt1 vers l'arrière : CGTAACGCGCTCTTGTCAC ; Shmt2 vers l'avant : TGGCAAGAGATACTACGGAGG, Shmt2 vers l'arrière : AGATCCGCTTGACATCAGACA ; Sqle vers l'avant : ATAAGAAATGCGGGGATGTCAC, Sqle vers l'arrière : ATATCCGAGAAGGCAGCGAAC ; Srebp1a vers l'avant : TAGTCCGAAGCCGGGTGGGCGCCGG, Srebp1a vers l'arrière : GATGTCGTTCAAAACCGCTGTGTGTC ; Srebp1c vers l'avant : AAGCAATCACTGAAGGACCTGG, Srebp1c vers l'arrière : AAAGACAAGCTACTCTGGGAG ; Srebp2 vers l'avant : GGATCCTCCCAAAGAAGGAG, Srebp2 vers l'arrière : TTCCTCAGAACGCCAGACTT ; Tyms avant : GGAAGGGTGTTTTGGAGGAGT, Tyms arrière : GCTGTCCAGAAAATCTCGGGA.

Pour comparer les niveaux de protéines tissulaires, environ 20 mg de tissu ont été homogénéisés dans un tampon RIPA additionné d'une solution d'EDTA 5 mM (Thermo Scientific), d'un cocktail d'inhibiteurs de protéase (cOmplete, Roche) et d'un cocktail d'inhibiteurs de phosphatase (PhosSTOP, Roche), et placés sur de la glace pendant 30 minutes. Le lysat tissulaire a été centrifugé à 13 000 g pendant 10 min à 4 ° C et le surnageant a été stocké à -80 ° C. La teneur en protéines de l'homogénat a été déterminée en utilisant le dosage de l'acide bicinchoninique (Thermo Scientific). Des échantillons de protéines ont été préparés dans un tampon Laemmli (NuPAGE LDS Sample Buffer, Life Technologies) et ont été exécutés sur un gel prémoulé à 4–15 % (Mini-PROTEAN TGX, Bio-Rad) pendant 2 h à 100 V constant et transférés sur un polyvinylidènedifluorure (PVDF) pendant 2 h à 250 mA constant dans une cuve de transfert glacée. La membrane a été bloquée avec du lait à 5 % et incubée pendant une nuit à 4 °C avec un anticorps primaire dirigé contre ACLY (Cell Signaling 13390, 1:1 000), ACC (Cell Signaling 3662, 1:2 000), p-AKT Ser473 (Cell Signaling 9271 , 1:1 000), p-AKT Ser308 (Cell Signaling 9275, 1:1 000), AKT (Cell Signaling 75692, 1:1 000), SCD1 (Cell Signaling 2794, 1:1 000), GAPDH (Cell Signaling 5174, 1 : 4 000) et vinculine (Cell Signaling 4650, 1:1 000). Après lavage avec du TBS-T, les membranes ont été incubées avec un anticorps secondaire conjugué à la peroxydase de raifort (Cell Signaling 7074, 1:5 000) pendant 1 h à température ambiante et incubées avec un liquide de chimiluminescence amélioré (Clarity Western ECL Substrate, Bio-Rad) pendant 5 min. La quantification par densitométrie a été réalisée à l'aide du logiciel Image Lab (Bio-Rad). Pour les analyses brutes avec des marqueurs de poids moléculaire, voir la Fig. 1 supplémentaire.

Les données sont exprimées en moyenne ± sem sauf indication contraire. L'analyse statistique a été effectuée avec le logiciel Prism (GraphPad Prism 9.3.1) en utilisant un test t indépendant bilatéral pour comparer deux groupes, une ANOVA unidirectionnelle avec le test post hoc de la différence la moins significative de Fisher pour comparer plus de deux groupes, une ANOVA bidirectionnelle avec le test post-hoc de la différence la moins significative de Fisher pour comparer la conception de l'étude à deux facteurs et l'analyse PERMANOVA pour explorer les parcelles RPCA. Pour tous les tests, P < 0,05 était considéré comme significatif. Tous les points de données du manuscrit représentent des répliques biologiques individuelles. Aucune méthode statistique n'a été utilisée pour prédéterminer la taille de l'échantillon.

De plus amples informations sur la conception de la recherche sont disponibles dans le résumé des rapports sur le portefeuille Nature lié à cet article.

Les données sources pour les algorithmes de microbiome et les immunoblots sont fournies en tant qu'informations supplémentaires. Les données brutes de séquençage du génome du microbiome entier ont été téléchargées sur Qiita53, où nous avons suivi le flux de travail de traitement par défaut. Des données de spectrométrie de masse à haute résolution et ciblées sont disponibles sur le site Web du National Metabolomics Data Repository (NMDR) du NIH Common Fund, le Metabolomics Workbench, https://www.metabolomicsworkbench.org où il a été attribué l'ID de projet M8JD81 (https:/ /doi.org/10.21228/M8JD81). Les données sont accessibles directement via l'ID de projet M8JD81. Des données supplémentaires à l'appui des résultats sont disponibles auprès de l'auteur correspondant sur demande raisonnable.

Feldman, EL et al. Neuropathie diabétique. Nat. Rév. Dis. Amorces 5, 41 (2019).

Article Google Scholar

Forbes, JM & Cooper, ME Mécanismes des complications du diabète. Physiol. Rév. 93, 137–188 (2013).

Article CAS Google Scholar

Newgard, CB Interaction entre les lipides et les acides aminés à chaîne ramifiée dans le développement de la résistance à l'insuline. Cellule Metab. 15, 606–614 (2012).

Article CAS Google Scholar

Yang, Q., Vijayakumar, A. & Kahn, BB Métabolites en tant que régulateurs de la sensibilité et du métabolisme de l'insuline. Nat. Rév. Mol. Cell Biol. 19, 654–672 (2018).

Article CAS Google Scholar

Spiegelman, BM & Flier, JS L'obésité et la régulation de l'équilibre énergétique. Cellule 104, 531-543 (2001).

Article CAS Google Scholar

Zochodne, DW Neurodégénérescence sensorielle dans le diabète : au-delà de la glucotoxicité. Int. Rév. Neurobiol. 127, 151-180 (2016).

Article CAS Google Scholar

Eid, S. et al. Nouvelles connaissances sur les mécanismes des complications du diabète : rôle des lipides et métabolisme des lipides. Diabetologia 62, 1539-1549 (2019).

Article Google Scholar

Felig, P., Marliss, E. & Cahill, GF Jr. Niveaux plasmatiques d'acides aminés et sécrétion d'insuline dans l'obésité. Nouvel angl. J. Med. Rév. 281, 811–816 (1969).

Article CAS Google Scholar

Huffman, KM et al. Relations entre les intermédiaires métaboliques circulants et l'action de l'insuline chez les hommes et les femmes obèses et inactifs. Soins du diabète 32, 1678–1683 (2009).

Article CAS Google Scholar

Newgard, CB et al. Une signature métabolique liée aux acides aminés à chaîne ramifiée qui différencie les humains obèses et maigres et contribue à la résistance à l'insuline. Cellule Metab. 9, 311–326 (2009).

Article CAS Google Scholar

Bervoets, L. et al. Profilage métabolique du diabète sucré de type 1 chez les enfants et les adolescents : une étude cas-témoin. Diabétol. Métab. Syndr. 9, 48 (2017).

Article Google Scholar

Thalacker-Mercer, AE et al. L'IMC, le QR, le diabète et le sexe affectent les relations entre les acides aminés et les mesures de serrage de l'action de l'insuline chez l'homme. Diabète 63, 791–800 (2014).

Article Google Scholar

Gaggini, M. et al. Altération des concentrations d'acides aminés dans la NAFLD : impact de l'obésité et de la résistance à l'insuline. Hépatologie 67, 145-158 (2018).

Article CAS Google Scholar

Laidlaw, SA et al. Modèles de niveaux d'acides aminés plasmatiques à jeun dans l'insuffisance rénale chronique : résultats de la phase de faisabilité de l'étude sur la modification du régime alimentaire dans les maladies rénales. Suis. J. Kidney Dis. 23, 504-513 (1994).

Article CAS Google Scholar

Fridman, V. et al. Des profils altérés de sérine plasmatique et de 1-désoxydihydrocéramide sont associés à la neuropathie diabétique dans le diabète de type 2 et l'obésité. J. Complications du diabète 35, 107852 (2021).

Article CAS Google Scholar

Gantner, ML et al. Métabolisme de la sérine et des lipides dans la maladie maculaire et la neuropathie périphérique. Nouvel angl. J. Med. 381, 1422-1433 (2019).

Article CAS Google Scholar

Mardinoglu, A. et al. La modélisation métabolique à l'échelle du génome des hépatocytes révèle une carence en sérine chez les patients atteints de stéatose hépatique non alcoolique. Nat. Commun. 5, 3083 (2014).

Annonces d'article Google Scholar

Lowry, M., Hall, DE & Brosnan, JT Synthèse de la sérine dans le rein de rat: études avec des reins perfusés et des tubules corticaux. Suis. J. Physiol. 250, F649–F658 (1986).

CAS Google Scholar

LeBoeuf, SE et al. L'activation de la réponse au stress oxydatif dans le cancer génère une dépendance médicamenteuse aux acides aminés exogènes non essentiels. Cellule Metab. 31, 339–350.e334 (2020).

Article CAS Google Scholar

Maddocks, OD et al. La privation de sérine induit un stress et un remodelage métabolique dépendant de p53 dans les cellules cancéreuses. Nature 493, 542–546 (2013).

Article ADS CAS Google Scholar

Muthusamy, T. et al. La restriction de la sérine modifie la diversité des sphingolipides pour limiter la croissance tumorale. Nature 586, 790–795 (2020).

Article ADS CAS Google Scholar

Gheller, BJ et al. La sérine et la glycine extracellulaires sont nécessaires au fonctionnement des cellules souches et progénitrices du muscle squelettique humain et de la souris. Mol. Métab. 43, 101106 (2021).

Article CAS Google Scholar

Ridaura, VK et al. Le microbiote intestinal de jumeaux discordants pour l'obésité module le métabolisme chez la souris. Sciences 341, 1241214 (2013).

Article Google Scholar

Wallace, M. et al. La promiscuité enzymatique entraîne la synthèse d'acides gras à chaîne ramifiée dans les tissus adipeux. Nat. Chim. Biol. 14, 1021-1031 (2018).

Article CAS Google Scholar

Eade, K. et al. Le défaut de biosynthèse de la sérine dû à l'haploinsuffisance de PHGDH provoque une maladie rétinienne. Nature Metab. 3, 366–377 (2021).

Article CAS Google Scholar

Bonelli, R. et al. La dérégulation systémique des lipides est un facteur de risque de maladie neurodégénérative maculaire. Sci. Rep. 10, 12165 (2020).

Article ADS CAS Google Scholar

Le Douce, J. et al. L'altération de la production de l-sérine dérivée de la glycolyse dans les astrocytes contribue aux déficits cognitifs dans la maladie d'Alzheimer. Cellule Metab. 31, 503–517.e508 (2020).

Article Google Scholar

Scerri, TS et al. Des analyses à l'échelle du génome identifient des variantes communes associées à la télangiectasie maculaire de type 2. Nat. Genet. 49, 559-567 (2017).

Article CAS Google Scholar

Kennedy, JM & Zochodne, DW Neuropathie diabétique expérimentale avec récupération spontanée : existe-t-il des dommages irréparables ? Diabète 54, 830–837 (2005).

Article CAS Google Scholar

Esaki, K. et al. La carence en l-sérine provoque une accumulation intracellulaire de désoxysphingolipides cytotoxiques et la formation de corps lipidiques. J. Biol. Chim. 290, 14595–14609 (2015).

Article CAS Google Scholar

Lone, MA, Santos, T., Alecu, I., Silva, LC et Hornemann, T. 1-Déoxysphingolipides. Biochim. Biophys. Acta 1864, 512–521 (2019).

Article CAS Google Scholar

Chaurasia, B. et al. Les céramides adipocytaires régulent le brunissement adipeux sous-cutané, l'inflammation et le métabolisme. Cellule Metab. 24, 820–834 (2016).

Article CAS Google Scholar

Hines, TJ et al. Modèles murins de précision de Yars/maladie de Charcot-Marie-Tooth intermédiaire dominante de type C et Sptlc1/neuropathie sensorielle et autonome héréditaire de type 1. J. Anat. 241, 1169-1185 (2022).

Article CAS Google Scholar

Hill, RZ, Morita, T., Brem, RB & Bautista, DM S1PR3 médie les démangeaisons et la douleur via des voies distinctes dépendantes du canal TRP. J. Neurosci. 38, 7833–7843 (2018).

Article CAS Google Scholar

Johnson, VJ, He, Q., Osuchowski, MF & Sharma, RP La perturbation de l'homéostasie des sphingolipides par la myriocine, une mycotoxine, réduit les populations de lymphocytes T thymiques et spléniques. Toxicologie 201, 67–75 (2004).

Article CAS Google Scholar

Lowry, M., Hall, DE, Hall, MS & Brosnan, JT Métabolisme rénal des acides aminés in vivo : études sur les flux de sérine et de glycine. Suis. J. Physiol. 252, F304–F309 (1987).

CAS Google Scholar

Leung, KY et al. Régulation du métabolisme de la glycine par le système de clivage de la glycine et la voie de conjugaison dans des modèles murins d'hyperglycinémie non cétosique. J. Héritage. Métab. Dis. 43, 1186-1198 (2020).

Article CAS Google Scholar

Floegel, A. et al. Identification des métabolites sériques associés au risque de diabète de type 2 à l'aide d'une approche métabolomique ciblée. Diabète 62, 639–648 (2013).

Article CAS Google Scholar

Fridman, V. et al. Essai randomisé de la l-sérine chez des patients atteints de neuropathie sensorielle et autonome héréditaire de type 1. Neurology 92, e359–e370 (2019).

Article CAS Google Scholar

Othman, A. et al. La diminution des 1-désoxysphingolipides plasmatiques améliore la neuropathie chez les rats diabétiques. Diabète 64, 1035–1045 (2015).

Article CAS Google Scholar

Jolivalt, CG et al. Les vitamines B atténuent les indices de douleur neuropathique chez les rats diabétiques. EUR. J. Pharmacol. 612, 41-47 (2009).

Article CAS Google Scholar

Anderson, NJ, King, MR, Delbruck, L. & Jolivalt, CG Rôle de l'altération de la signalisation de l'insuline, de l'adiponectine et de la dyslipidémie dans la neuropathie périphérique et centrale chez la souris. Dis. Modèles méc. 7, 625–633 (2014).

Google Scholar

Parcs, BW et al. Architecture génétique de la résistance à l'insuline chez la souris. Cellule Metab. 21, 334–347 (2015).

Article CAS Google Scholar

Nicholson, A. et al. Obésité induite par l'alimentation chez deux sous-souches C57BL/6 avec gène intact ou mutant de la nicotinamide nucléotide transhydrogénase (Nnt). Obésité 18, 1902–1905 (2010).

Article CAS Google Scholar

Clark, AJ et al. Un modèle iPSC de neuropathie sensorielle héréditaire-1 révèle des déficits sensibles à la l-sérine dans la composition des gangliosides neuronaux et les interactions axogliales. Cell Rep. Méd. 2, 100345 (2021).

Article CAS Google Scholar

Truman, JP et al. La régulation négative de la sphingosine kinase 1 est nécessaire pour s'adapter à la privation de sérine. FASEB J. 35, e21284 (2021).

Article CAS Google Scholar

Mohassel, P. et al. Sclérose latérale amyotrophique de l'enfant causée par un excès de synthèse de sphingolipides. Nat. Méd. 27, 1197-1204 (2021).

Article CAS Google Scholar

Clarke, BA et al. Les gènes Ormdl régulent la voie de synthèse des sphingolipides pour assurer une myélinisation et une fonction neurologique appropriées chez la souris. eLife 8, e51067 (2019).

Article CAS Google Scholar

Bonelli, R. et al. Identification des facteurs génétiques influençant la dérégulation métabolique et le soutien rétinien de MacTel, un trouble rétinien. Commun. Biol. 4, 274 (2021).

Article CAS Google Scholar

Zhang, Y., Huo, M., Zhou, J. & Xie, S. PKSolver : un programme complémentaire pour l'analyse des données pharmacocinétiques et pharmacodynamiques dans Microsoft Excel. Calcul. Méthodes Programmes Biomed. 99, 306–314 (2010).

Annonces d'article Google Scholar

Fernandez, CA, Des Rosiers, C., Previs, SF, David, F. & Brunengraber, H. Correction des distributions d'isotopomères de masse 13C pour l'abondance d'isotopes stables naturels. J. Spectre de masse. 31, 255-262 (1996).

3.0.CO;2-3" data-track-action="article reference" href="https://doi.org/10.1002%2F%28SICI%291096-9888%28199603%2931%3A3%3C255%3A%3AAID-JMS290%3E3.0.CO%3B2-3" aria-label="Article reference 51" data-doi="10.1002/(SICI)1096-9888(199603)31:33.0.CO;2-3">Article ADS CAS Google Scholar

Heikkinen, S., Argmann, CA, Champy, MF et Auwerx, J. Évaluation de l'homéostasie du glucose. Courant. Protocole Mol. Biol. https://doi.org/10.1002/0471142727.mb29b03s77 (2007).

Gonzalez, A. et al. Qiita : méta-analyse rapide du microbiome en ligne. Nat. Méthodes 15, 796–798 (2018).

Article CAS Google Scholar

Chen, S., Zhou, Y., Chen, Y. & Gu, J. fastp : un préprocesseur FASTQ tout-en-un ultra-rapide. Bioinformatique 34, i884–i890 (2018).

Article Google Scholar

Li, H. Minimap2 : alignement par paires pour les séquences de nucléotides. Bioinformatique 34, 3094–3100 (2018).

Article CAS Google Scholar

Langmead, B. & Salzberg, SL Alignement rapide en lecture lacunaire avec Bowtie 2. Nat. Méthodes 9, 357–359 (2012).

Article CAS Google Scholar

Zhu, Q. et al. La phylogénomique de 10 575 génomes révèle une proximité évolutive entre les domaines Bacteria et Archaea. Nat. Commun. 10, 5477 (2019).

Article ADS CAS Google Scholar

Bolyen, E. et al. Science des données reproductible, interactive, évolutive et extensible sur le microbiome utilisant QIIME 2. Nat. Biotechnol. 37, 852–857 (2019).

Article CAS Google Scholar

Faith, DP Évaluation de la conservation et diversité phylogénétique. Biol. Conserv. 61, 1–10 (1992).

Article Google Scholar

Martino, C. et al. Une nouvelle technique de composition clairsemée révèle des perturbations microbiennes. mSystems 4, e00016–e00019 (2019).

Article Google Scholar

Anderson, MJ Analyse multivariée permutationnelle de la variance (PERMANOVA) https://doi.org/10.1002/9781118445112.stat07841 (2017).

L'équipe de développement de Stan. Guide de l'utilisateur et manuel de référence du langage de modélisation Stan, version 2.27 https://mc-stan.org/docs/2_27/stan-users-guide/ (2021).

Caspi, R. et al. La base de données MetaCyc des voies métaboliques et des enzymes. Nucleic Acids Res. 46, D633–d639 (2018).

Article ADS CAS Google Scholar

Jolivalt, CG et al. Neuropathie périphérique dans des modèles murins de diabète. Courant. Protocole Souris Biol. 6, 223-255 (2016).

Article Google Scholar

Cordes, T. & Metallo, CM Quantification du métabolisme intermédiaire et de la lipogenèse dans des cellules de mammifères en culture à l'aide du traçage des isotopes stables et de la spectrométrie de masse. Méthodes Mol. Biol. 1978, 219-241 (2019).

Article CAS Google Scholar

Antoniewicz, MR, Kelleher, JK & Stephanopoulos, G. Mesure de l'enrichissement en deutérium des atomes d'hydrogène de glucose par chromatographie en phase gazeuse/spectrométrie de masse. Anal. Chim. 83, 3211–3216 (2011).

Article CAS Google Scholar

Bielawski, J. et al. Analyse quantitative complète des sphingolipides bioactifs par chromatographie liquide haute performance-spectrométrie de masse en tandem. Méthodes Mol. Biol. 579, 443–467 (2009).

Article CAS Google Scholar

Lim, EW et al. Des altérations progressives du métabolisme des acides aminés et des lipides sont en corrélation avec la neuropathie périphérique chez les souris Polg(D257A). Sci. Adv. 7, eabj4077 (2021).

Article ADS CAS Google Scholar

Othman, A. et al. Les 1-désoxysphingolipides plasmatiques sont des biomarqueurs prédictifs du diabète sucré de type 2. BMJ op. Diabète Rés. Soins 3, e000073 (2015).

Article Google Scholar

Télécharger les références

Nous remercions tous les membres du laboratoire Metallo pour des discussions utiles ainsi que M. Friedlander, E. Holmes et A. Tayerani pour leur contribution. Ce travail a été soutenu par le NIH (R01CA234245 à CMM, NIDDK MICROMouse Funding DK076169 à MKH et R01AG065993 à AC), un Camille and Henry Dreyfus Teacher–Scholar Award (à CMM), Lowy Medical Research Institute (à CMM) et l'American Heart Association (18CDA34110292 à AC). Ce travail a également été soutenu par la subvention du centre de recherche sur les maladies digestives de San Diego financée par le NIDDK (P30 DK120515).

Laboratoire de biologie moléculaire et cellulaire, The Salk Institute for Biological Studies, La Jolla, Californie, États-Unis

Michal K. Handzlik, Jivani M. Gengatharan, Grace H. McGregor, Courtney R. Green, Patrick Tseng et Christian M. Metallo

Département de bioingénierie, Université de Californie à San Diego, La Jolla, Californie, États-Unis

Michal K. Handzlik, Jivani M. Genghatharan, Grace H. McGregor, Ana M. Moreno, Courtney R. Green, Prashant Mali, Rob Knight et Christian M. Metallo

Département de pathologie, École de médecine, Université de Californie à San Diego, La Jolla, Californie, États-Unis

Katie E. Frizzi, Lucie S. Guernesey et Nigel A. Calcutt

Département de pédiatrie, École de médecine, Université de Californie à San Diego, La Jolla, Californie, États-Unis

Cameron Martino, Gibraan Rahman, Antonio Gonzalez et Rob Knight

Programme de bioinformatique et de biologie des systèmes, Université de Californie à San Diego, La Jolla, Californie, États-Unis

Cameron Martino, Gibraan Rahman et Rob Knight

Center for Microbiome Innovation, Université de Californie à San Diego, La Jolla, Californie, États-Unis

Cameron Martino et Rob Knight

Laboratoire de biologie réglementaire, The Salk Institute for Biological Studies, La Jolla, Californie, États-Unis

Terry Lin & Satchidananda Panda

Scripps Research, La Jolla, Californie, États-Unis

Yoichiro Ideguchi

Institut de recherche médicale Lowy, La Jolla, Californie, États-Unis

Regis J. Fallon et Marin L. Gantner

Département de nutrition et de physiologie intégrative, Université de l'Utah, Salt Lake City, UT, États-Unis

Amandine Chaix

École d'agriculture et des sciences alimentaires, University College Dublin, Dublin, Irlande

Martine Wallace

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

MKH et CMM ont conçu l'étude. MKH, JMG, AMM, YI, KEF, LSG, PT et RJF ont effectué des tests comportementaux, des GTT et des ITT. MKH, GHM et CRG ont généré et analysé des traceurs d'isotopes stables et des données métabolomiques et lipidomiques ciblées. CM, GR et AG ont effectué une analyse du microbiome, y compris la diversité phylogénétique alpha et bêta et l'analyse des voies. TL et AC ont effectué des expériences de calorimétrie à la bombe fécale. Conception et analyse expérimentales guidées SP, MW, PM, RK, MLG, NAC et CMM. MKH et CMM ont rédigé le manuscrit avec la contribution de tous les auteurs.

Correspondance à Christian M. Metallo.

CMM est conseiller scientifique pour Faeth Therapeutics. Les autres auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

Nature remercie le(s) relecteur(s) anonyme(s) pour leur contribution à la relecture par les pairs de ce travail.

Note de l'éditeur Springer Nature reste neutre en ce qui concerne les revendications juridictionnelles dans les cartes publiées et les affiliations institutionnelles.

( a ) Niveaux de glycine, de sérine et de méthionine chez les souris WT et BKS-db / db dans le rein (n = 6 par groupe). ( b ) Niveaux de glycine, de sérine et de méthionine chez les souris WT et BKS-db / db dans le tissu adipeux inguinal (iWAT) (n = 6 par groupe). ( c ) Niveaux de métabolites plasmatiques chez les souris WT et BKS-db / db (n = 6 par groupe). ( d ) Expression de l'ARNm des enzymes rénales régulant la sérine, la glycine et le métabolisme à un carbone chez les souris WT (n = 6) et BKS-db / db (n = 5). ( e ) Test de tolérance à la sérine (STT) chez des souris C57BL / 6J après un jeûne nocturne (n = 4 par dose). ( f ) Fraction de marquage de sérine tissulaire chez des souris WT 15 min après l'administration de sérine [U-13C3] par gavage oral (n = 4 par tissus) après un jeûne d'une nuit. ( g ) Fraction de marquage au citrate tissulaire chez des souris WT 15 min après l'administration de [U-13C3] sérine par gavage oral (n = 4 par tissus) après une nuit de jeûne. Les données sont la moyenne ± erreur standard de la moyenne (SEM) et ont été analysées à l'aide d'un test t indépendant bilatéral (a–d). * P < 0,05, ** P < 0,01, *** P < 0,001, **** P < 0,0001 par rapport au groupe WT.

( a ) Activité sérine déshydratase déterminée dans le foie et les reins chez des souris C57BL / 6J à l'état nourri (n = 5 par tissus). ( b ) Insuline sérique chez les souris WT et BKS-db / db quantifiée après un jeûne de 6 h (n = 6 par groupe). ( c ) Glucagon sérique chez les souris WT (n = 5) et BKS-db / db (n = 6) quantifié après un jeûne de 6 h. ( d ) Pharmacocinétique du glucose plasmatique et aire sous la courbe (AUCGLC) chez les souris WT et BKS-db / db après GTT / STT avec du glucose dosé à 2 g / kg (n = 6 par groupe) après un jeûne nocturne. ( e ) Pharmacocinétique de la glycine plasmatique et aire sous la courbe (AUCGLY) chez les souris WT et BKS-db / db après GTT / STT avec du glucose dosé à 2 g / kg (n = 6 par groupe) après un jeûne nocturne. ( f ) Test de tolérance à la sérine (STT) et aire sous la courbe (AUCSER) chez les souris WT et BKS-db / db (n = 6 par groupe) dosées à la sérine (400 mg / kg) uniquement après un jeûne nocturne. ( g ) Taux d'insuline plasmatique à jeun (6 h) chez des souris C57BL / 6J traitées avec un véhicule ou de la streptozotocine (STZ) 1 semaine après l'injection (n = 9 par groupe). ( h ) Glycémie à jeun (6 h) chez des souris C57BL / 6J traitées avec un véhicule ou de la streptozotocine (STZ) 1 semaine après l'injection (n = 9 par groupe). (i) Teneur en masse grasse corporelle chez les souris C57BL/6J traitées avec le véhicule ou la streptozotocine (STZ) 1 semaine après l'injection (n = 9 par groupe). ( j ) Concentration plasmatique d'acides aminés à jeun (6 h) chez des souris C57BL / 6J traitées avec un véhicule (n = 9) ou de la streptozotocine (STZ, n = 10) 1 semaine après l'injection. ( k ) Pharmacocinétique du glucose plasmatique et aire sous la courbe (AUCGLC) après un jeûne nocturne pendant GTT / STT chez des souris C57BL / 6J traitées avec un véhicule (n = 7) ou de la streptozotocine (STZ, n = 6) 2 semaines après les injections de glucose dosé à 2 g/kg. ( l ) Latence thermique chez des souris WT et BKS-db / db âgées de 14 semaines (n = 6 par groupe). ( m ) Détection tactile chez des souris WT et BKS-db / db âgées de 14 semaines (n = 6 par groupe). ( n ) Vitesse de conduction nerveuse motrice chez des souris WT et BKS-db / db âgées de 14 semaines (n = 6 par groupe). Les données sont la moyenne ± l'erreur standard de la moyenne (SEM) et ont été analysées à l'aide d'un test t indépendant bilatéral (b–n) et d'une ANOVA à deux voies avec le test post hoc LSD de Fisher (e–f, k expériences sur le cours du temps ).

( a ) Niveau d'acides aminés plasmatiques à l'état nourri chez des souris nourries avec un régime pauvre en graisses (LFD, n = 5), LFD sans sérine / glycine (-SG LFD, n = 8), régime riche en graisses (HFD, n = 8) et HFD sans sérine/glycine (-SG HFD, n = 8) pendant 18 semaines. (b) Teneur en métabolites hépatiques chez des souris nourries avec un régime pauvre en graisses (LFD, n = 10), un LFD sans sérine/glycine (-SG LFD, n = 10), un régime riche en graisses (HFD, n = 10), et HFD sans sérine/glycine (-SG HFD, n = 10) pendant 18 semaines. (c) Gain de poids corporel 18 semaines après l'intervention diététique (n = 13 par groupe). ( d ) Apport alimentaire en réponse à une alimentation diététique de 18 semaines chez des souris avec un régime pauvre en graisses (LFD, n = 10), LFD sans sérine / glycine (-SG LFD, n = 12), régime riche en graisses (HFD , n = 13) et HFD sans sérine/glycine (-SG HFD, n = = 13). ( e ) Apport calorique en réponse à une alimentation diététique de 18 semaines chez des souris avec un régime pauvre en graisses (LFD, n = 10), LFD sans sérine / glycine (-SG LFD, n = 12), régime riche en graisses (HFD , n = 13) et HFD sans sérine/glycine (-SG HFD, n = 13). ( f ) Absorption calorique en réponse à une alimentation diététique de 18 semaines chez des souris avec un régime pauvre en graisses (LFD, n = 10), LFD sans sérine / glycine (-SG LFD, n = 12), régime riche en graisses (HFD , n = 13) et HFD sans sérine/glycine (-SG HFD, n = 13). ( g ) Apport d'eau en réponse à une alimentation diététique de 18 semaines chez des souris avec un régime pauvre en graisses (LFD, n = 10), LFD sans sérine / glycine (-SG LFD, n = 12), régime riche en graisses (HFD , n = 13) et HFD sans sérine/glycine (-SG HFD, n = 13). ( h ) Activité physique en réponse à une alimentation diététique de 18 semaines chez des souris avec un régime pauvre en graisses (LFD, n = 10), LFD sans sérine / glycine (-SG LFD, n = 12), régime riche en graisses (HFD , n = 13) et HFD sans sérine/glycine (-SG HFD, n = 13). (i) Images représentatives et quantification de la taille des adipocytes en réponse à une alimentation diététique de 18 semaines chez des souris avec un régime pauvre en graisses (LFD, n = 10), LFD sans sérine/glycine (-SG LFD, n = = 12) , régime riche en graisses (HFD, n = 13) et HFD sans sérine/glycine (-SG HFD, n = 13). (j) Test de tolérance au glucose IP 18 semaines après une alimentation avec un régime pauvre en graisses (LFD) ou un régime riche en graisses (HFD) rempli ou déficient en sérine et glycine (n = 13 par groupe). (k) Test de tolérance à l'insuline IP 18 semaines après une alimentation avec un régime pauvre en graisses (LFD) ou un régime riche en graisses (HFD) rempli ou déficient en sérine et glycine (n = 15 par groupe). ( l ) Évolution du rapport d'échange respiratoire 18 semaines après avoir nourri des souris avec un régime pauvre en graisses (LFD, n = 10), LFD sans sérine / glycine (-SG LFD, n = 12), régime riche en graisses (HFD, n = 13) et HFD sans sérine/glycine (-SG HFD, n = = 13). Les données sont la moyenne ± l'erreur standard de la moyenne (SEM) et ont été analysées à l'aide d'une ANOVA à deux voies avec le test post hoc LSD de Fisher (a–k). * P < 0,05, ** P < 0,01, *** P < 0,001, **** P < 0,0001 par rapport à LFD. # P < 0,05 vs groupe HFD.

( a ) Analyse robuste en composantes principales de la diversité bêta du microbiome 18 semaines après avoir nourri des souris avec un régime pauvre en graisses (LFD, n = 10), LFD sans sérine / glycine (-SG LFD, n = 10), régime riche en graisses (HFD, n = 9) et HFD sans sérine/glycine (-SG HFD, n = 9). ( b ) Rapport logarithmique des espèces avec des voies complètes et incomplètes pour la biosynthèse de la L-sérine 18 semaines après avoir nourri des souris avec un régime pauvre en graisses (LFD, n = 10), LFD sans sérine / glycine (-SG LFD, n = 10), régime riche en graisses (HFD, n = 9) et HFD sans sérine/glycine (-SG HFD, n = 9). ( c ) Rapport logarithmique des espèces avec des voies complètes et incomplètes pour le clivage de la glycine 18 semaines après avoir nourri des souris avec un régime pauvre en graisses (LFD, n = 10), LFD sans sérine / glycine (-SG LFD, n = 10) , régime riche en graisses (HFD, n = 9) et HFD sans sérine/glycine (-SG HFD, n = 9). ( d ) Changement de pli logarithmique des espèces de microbiome 18 semaines après avoir nourri des souris avec un régime pauvre en graisses (LFD, n = 10), LFD sans sérine / glycine (-SG LFD, n = 10), régime riche en graisses (HFD, n = 9) et HFD sans sérine/glycine (-SG HFD, n = 9). Les données sont présentées sous forme de minimum/maximum (b–c) et ont été analysées à l'aide d'un test PERMANOVA (a) et d'une ANOVA à deux voies avec le test post hoc LSD de Fisher (b–c).

( a ) Enrichissement plasmatique en eau lourde (D2O) chez des souris nourries avec un régime pauvre en graisses (LFD, n = 3), LFD sans sérine / glycine (-SG LFD, n = 4), un régime riche en graisses (HFD, n = 5) et HFD sans sérine/glycine (-SG HFD, n = 5). ( b ) Synthèse de novo du cholestérol chez des souris nourries avec LFD (n = 3), -SG LFD (n = 4), HFD (n = 5) et -SG HFD (n = 5) pendant 18 semaines. ( c ) Expression protéique hépatique de l'ATP-citrate lyase (ACLY), de l'acétyl-CoA carboxylase (ACC) et de la stéroyl-CoA désaturase 1 (SCD1), P-AktS473 et P-AktT308 (n = 3 par groupe). ( d ) Expression de l'ARNm hépatique de l'ATP-citrate lyase (Acly), de l'acétyl-CoA carboxylase (Acc2) et de la stéroyl-CoA désaturase 1 (Scd1) chez des souris nourries avec un régime pauvre en graisses (LFD, n = 8), sérine / LFD sans glycine (-SG LFD, n = 11), régime riche en graisses (HFD, n = 13) et HFD sans sérine/glycine (-SG HFD, n = 10). (e) Expression hépatique d'ARNm d'enzymes impliquées dans la synthèse des acides gras et du cholestérol chez des souris nourries avec un régime pauvre en graisses (LFD, n = 8), LFD sans sérine/glycine (-SG LFD, n = 11), régime riche en graisses (HFD, n = 13) et HFD sans sérine/glycine (-SG HFD, n = 10). Les données sont la moyenne ± l'erreur standard de la moyenne (SEM) et ont été analysées à l'aide d'une ANOVA à deux voies avec le test post hoc LSD de Fisher (a–e). * P < 0,05, ** P < 0,01, *** P < 0,001, **** P < 0,0001 par rapport à LFD. # P < 0,05 vs groupe HFD.

( a ) Quantification de la latence thermique chez des souris C57BL / 6J nourries avec un régime témoin (n = 10) ou sans sérine / glycine (-Ser / Gly, n = 10) pendant 12 mois. ( b ) Images représentatives de la densité des fibres nerveuses intraépidermiques (IENF) et quantification de l'IENF dans la peau des pattes chez des souris nourries avec un régime témoin (n = 2) ou sans sérine / glycine (n = 3) pendant 12 mois. La coloration PGP9.5 de IENF est indiquée par des flèches. ( c ) Évolution du poids corporel chez des souris nourries avec un régime pauvre en graisses + véhicule (LFD + Veh, n = 10), LFD + 0, 3 mg / kg de myriocine (LFD + Myr, n = 10), LFD sans sérine / glycine + véhicule (-SG LFD+Veh, n = 10), -SG LFD + myriocine (-SG LFD+Myr, n = 9), régime riche en graisses + véhicule (HFD+Veh, n = 10), HFD + myriocine ( HFD + Myr, n = 10), HFD sans sérine/glycine + véhicule (-SG HFD + Veh, n = 10) et -SG HFD + myriocine (-SG HFD + Myr, n = 9). ( d ) Gain de poids corporel 6 mois après l'intervention alimentaire chez des souris nourries avec un régime pauvre en graisses + véhicule (LFD + Veh, n = 10), LFD + 0, 3 mg / kg de myriocine (LFD + Myr, n = 10), sérine / LFD sans glycine + véhicule (-SG LFD+Veh, n = 10), -SG LFD + myriocine (-SG LFD+Myr, n = 9), régime hyperlipidique + véhicule (HFD+Veh, n = 10), HFD + myriocine (HFD+Myr, n = 10), HFD sans sérine/glycine + véhicule (-SG HFD+Veh, n = 10) et -SG HFD + myriocine (-SG HFD+Myr, n = 9) . ( e ) Taille du tissu adipeux 6 mois après l'intervention alimentaire chez des souris nourries avec un régime pauvre en graisses + véhicule (LFD + Veh, n = 9), LFD + 0, 3 mg / kg de myriocine (LFD + Myr, n = 10), sérine / LFD sans glycine + véhicule (-SG LFD+Veh, n = 10), -SG LFD + myriocine (-SG LFD+Myr, n = 9), régime hyperlipidique + véhicule (HFD+Veh, n = 10), HFD + myriocine (HFD+Myr, n = 10), HFD sans sérine/glycine + véhicule (-SG HFD+Veh, n = 10) et -SG HFD + myriocine (-SG HFD+Myr, n = 9) . ( f ) Concentration plasmatique en acides aminés 6 mois après l'intervention alimentaire chez des souris nourries avec un régime pauvre en graisses + véhicule (LFD + Veh, n = 10), LFD + 0, 3 mg / kg de myriocine (LFD + Myr, n = 10), sérine /LFD sans glycine + véhicule (-SG LFD+Veh, n = 10), -SG LFD + myriocine (-SG LFD+Myr, n = 9), régime riche en graisses + véhicule (HFD+Veh, n = 10) , HFD + myriocine (HFD+Myr, n = 10), HFD sans sérine/glycine + véhicule (-SG HFD+Veh, n = 10) et -SG HFD + myriocine (-SG HFD+Myr, n = 9 ). ( g ) Stack plot de céramides hépatiques chez des souris nourries avec un régime pauvre en graisses + véhicule (LFD + Veh, n = 10), LFD + 0, 3 mg / kg de myriocine (LFD + Myr, n = 10), sans sérine / glycine LFD + véhicule (-SG LFD+Veh, n = 10), -SG LFD + myriocine (-SG LFD+Myr, n = 9), régime riche en graisses + véhicule (HFD+Veh, n = 10), HFD + myriocine (HFD + Myr, n = 10), HFD sans sérine/glycine + véhicule (-SG HFD + Veh, n = 10) et -SG HFD + myriocine (-SG HFD + Myr, n = 9). ( h ) Stack plot de céramides du nerf sciatique chez des souris nourries avec un régime pauvre en graisses + véhicule (LFD + Veh, n = 10), LFD + 0, 3 mg / kg de myriocine (LFD + Myr, n = 10), sérine / glycine- LFD libre + véhicule (-SG LFD+Veh, n = 10), -SG LFD + myriocine (-SG LFD+Myr, n = 9), régime riche en graisses + véhicule (HFD+Veh, n = 10), HFD + myriocine (HFD + Myr, n = 10), HFD sans sérine/glycine + véhicule (-SG HFD + Veh, n = 10) et -SG HFD + myriocine (-SG HFD + Myr, n = 9). (i) Stack plot du nerf sciatique désoxydihydrocéramide (deoxyDHCer) chez des souris nourries avec un régime pauvre en graisses + véhicule (LFD+Veh, n = 10), LFD + 0,3 mg/kg de myriocine (LFD+Myr, n = 10), sérine /LFD sans glycine + véhicule (-SG LFD+Veh, n = 10), -SG LFD + myriocine (-SG LFD+Myr, n = 9), régime riche en graisses + véhicule (HFD+Veh, n = 10) , HFD + myriocine (HFD+Myr, n = 10), HFD sans sérine/glycine + véhicule (-SG HFD+Veh, n = 10) et -SG HFD + myriocine (-SG HFD+Myr, n = 9 ). Les données sont la moyenne ± l'erreur standard de la moyenne (SEM) et ont été analysées à l'aide d'une ANOVA à deux voies avec le test post hoc LSD de Fisher (a et c) et d'une ANOVA à une voie avec le test post hoc LSD de Fisher (d–i). Des analyses statistiques en gi ont été effectuées en utilisant des abondances de sphingolipides additionnées.

( a ) Images représentatives de la densité des fibres nerveuses intraépidermiques (IENF) chez des souris nourries avec un régime pauvre en graisses + véhicule (LFD + Veh, n = 10), un régime riche en graisses + véhicule (HFD + Veh, n = 7), sérine / HFD sans glycine + véhicule (-SG HFD + Veh, n = 12) et -SG HFD + myriocine (-SG HFD + Myr, n = 8). ( b ) Images représentatives et quantification des nerfs cornéens chez des souris nourries avec un régime pauvre en graisses + véhicule (LFD + Veh, n = 12), un régime riche en graisses + véhicule (HFD + Veh, n = 12), sans sérine / glycine HFD + véhicule (-SG HFD + Veh, n = 12) et -SG HFD + myriocine (-SG HFD + Myr, n = 11). ( c ) Détection tactile chez des souris nourries avec un régime pauvre en graisses + véhicule (LFD + Veh, n = 12), un régime riche en graisses + véhicule (HFD + Veh, n = 12), HFD sans sérine / glycine + véhicule (- SG HFD + Veh, n = 12) et -SG HFD + myriocine (-SG HFD + Myr, n = 11). ( d ) Vitesse de conduction nerveuse motrice chez des souris nourries avec un régime pauvre en graisses + véhicule (LFD + Veh, n = 12), un régime riche en graisses + véhicule (HFD + Veh, n = 12), HFD sans sérine / glycine + véhicule (-SG HFD+Veh, n = 12), et -SG HFD + myriocine (-SG HFD+Myr, n = 11). (e) Analyse lipidomique haute résolution du foie à l'état nourri chez des souris nourries avec un régime pauvre en graisses + véhicule (LFD + Veh, n = 12), régime riche en graisses + véhicule (HFD + Veh, n = 12), sérine / HFD sans glycine + véhicule (-SG HFD + Veh, n = 12) et -SG HFD + myriocine (-SG HFD + Myr, n = 11). Les données sont la moyenne ± l'erreur standard de la moyenne (SEM) et ont été analysées à l'aide d'une ANOVA unidirectionnelle avec le test post hoc LSD de Fisher (b–e).

a) Concentration de désoxysphinganine plasmatique hydrolysée (désoxySA) chez des souris WT et BKS-db/db âgées de 16 semaines (n = 6 par groupe). b) Détermination des sphingolipides ciblés hépatiques Souris WT et BKS-db/db âgées de 16 semaines (n = 6 par groupe). c) Évolution temporelle de la latence thermique chez des souris BKS-db/db traitées avec un véhicule (n = 10) ou de la myriocine (0,3 mg/kg tous les deux jours, n = 9) pendant 8 semaines. d) Détection tactile chez des souris BKS-db/db traitées soit avec un véhicule (n = 10) soit avec de la myriocine (n = 9) pendant 8 semaines. e) Densité des fibres nerveuses intra-épidermiques chez des souris BKS-db/db traitées avec un véhicule (n = 10) ou de la myriocine (n = 9) pendant 8 semaines. f) Évolution du poids corporel chez les souris BKS-db/db traitées soit avec le véhicule (n = 10) soit avec la myriocine (n = 9) pendant 8 semaines. g) Évolution dans le temps de la glycémie à jeun (6 h) chez des souris BKS-db/db traitées avec le véhicule (n = 10) ou la myriocine (n = 9) pendant 8 semaines. h) Évolution dans le temps de la sérine plasmatique à jeun (6 h) chez des souris BKS-db/db traitées avec le véhicule (n = 10) ou la myriocine (n = 8) pendant 8 semaines. i) Sphingolipides hépatiques sommés chez des souris BKS-db/db traitées avec le véhicule (n = 10) ou la myriocine (n = 9) pendant 8 semaines. j) Somme des sphingolipides de la peau des pattes chez les souris BKS-db/db traitées avec le véhicule (n = 10) ou la myriocine (n = 9) pendant 8 semaines. k) Stack plot d'espèces de désoxydihydrocéramide hépatique (désoxyDHCer) chez des souris BKS-db/db traitées avec un véhicule (n = 10) ou de la myriocine (n = 9) pendant 8 semaines. l) Stack plot d'espèces de désoxydihydrocéramide de peau de patte (deoxyDHCer) chez des souris BKS-db/db traitées avec le véhicule (n = 10) ou la myriocine (n = 9) pendant 8 semaines. m) Stack plot d'espèces de sphingomyéline (SM) du foie chez des souris BKS-db/db traitées avec le véhicule (n = 10) ou la myriocine (n = 9) pendant 8 semaines. n) Stack plot d'espèces de sphingomyéline (SM) de peau de patte chez des souris BKS-db/db traitées avec un véhicule (n = 10) ou de la myriocine (n = 9) pendant 8 semaines. Les données sont la moyenne ± l'erreur standard de la moyenne (SEM) et ont été analysées à l'aide d'un test t indépendant bilatéral (a–b,d–e, i–n) et d'une ANOVA à deux voies avec le test post hoc LSD de Fisher (c ,f–h). Des analyses statistiques en kn ont été effectuées en utilisant des abondances de sphingolipides additionnées.

a) Évolution du poids corporel chez les souris BKS-db/db nourries soit avec un régime témoin (n = 8) soit avec un régime supplémenté en sérine (n = 9) pendant 8 semaines. b) Évolution dans le temps de la glycémie à jeun (6 h) chez des BKS-db/db nourris avec un régime témoin (n = 8) ou supplémenté en sérine (n = 9) pendant 8 semaines. c) Somme des sphingolipides hépatiques chez des souris BKS-db/db nourries avec un régime témoin ou supplémenté en sérine pendant 8 semaines (n = 8 par groupe). d) Somme des sphingolipides de la peau des pattes chez des souris BKS-db/db nourries avec un régime témoin ou supplémenté en sérine pendant 8 semaines (n = 8 par groupe). e) Niveaux d'espèces de sphingomyéline (SM) dans le foie de souris BKS-db/db nourries avec un régime témoin ou supplémenté en sérine pendant 8 semaines (n = 8 par groupe). f) Niveaux d'espèces de sphingomyéline (SM) dans la peau de la patte chez des souris BKS-db/db nourries avec un régime témoin ou supplémenté en sérine pendant 8 semaines (n = 8 par groupe). Les données sont la moyenne ± l'erreur standard de la moyenne (SEM) et ont été analysées avec une ANOVA à deux voies avec le test post hoc LSD de Fisher (a–b) et un test t indépendant bilatéral (c–f). Des analyses statistiques dans ef ont été effectuées en utilisant des abondances sommées.

La Fig. 1 supplémentaire contient les images brutes de western blot.

Composition alimentaire.

Transitions LC–MS/MS.

Transitions de spectrométrie de masse à haute résolution.

Libre accès Cet article est sous licence Creative Commons Attribution 4.0 International, qui permet l'utilisation, le partage, l'adaptation, la distribution et la reproduction sur n'importe quel support ou format, à condition que vous accordiez le crédit approprié à l'auteur ou aux auteurs originaux et à la source, fournir un lien vers la licence Creative Commons et indiquer si des modifications ont été apportées. Les images ou tout autre matériel de tiers dans cet article sont inclus dans la licence Creative Commons de l'article, sauf indication contraire dans une ligne de crédit au matériel. Si le matériel n'est pas inclus dans la licence Creative Commons de l'article et que votre utilisation prévue n'est pas autorisée par la réglementation légale ou dépasse l'utilisation autorisée, vous devrez obtenir l'autorisation directement du détenteur des droits d'auteur. Pour voir une copie de cette licence, visitez http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Réimpressions et autorisations

Handzlik, MK, Gengatharan, JM, Frizzi, KE et al. Le métabolisme de la sérine et des lipides régulé par l'insuline entraîne une neuropathie périphérique. Nature 614, 118-124 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-022-05637-6

Télécharger la citation

Reçu : 20 décembre 2021

Accepté : 07 décembre 2022

Publié: 25 janvier 2023

Date d'émission : 02 février 2023

DOI : https://doi.org/10.1038/s41586-022-05637-6

Toute personne avec qui vous partagez le lien suivant pourra lire ce contenu :

Désolé, aucun lien partageable n'est actuellement disponible pour cet article.

Fourni par l'initiative de partage de contenu Springer Nature SharedIt

Nature (2023)

Nature Reviews Endocrinologie (2023)

Métabolisme naturel (2023)

En soumettant un commentaire, vous acceptez de respecter nos conditions d'utilisation et nos directives communautaires. Si vous trouvez quelque chose d'abusif ou qui ne respecte pas nos conditions ou directives, veuillez le signaler comme inapproprié.