Nutritionnal regulation of hepatic metabolism of amino acids in growing ruminant

356 Pages·2017·5.96 MB·French

by  Guillaume Kraft

Nutritionnal regulation of hepatic metabolism of amino
acids in growing ruminant: consequences on supply of
nitrogenous nutrients to the muscle.
Guillaume Kraft
To cite this version:
Guillaume Kraft. Nutritionnal regulation of hepatic metabolism of amino acids in growing ruminant:
consequences on supply of nitrogenous nutrients to the muscle.. Life Sciences [q-bio]. AgroParisTech,
2009. English. ￿NNT: 2009AGPT0001￿. ￿pastel-00004957￿
HAL Id: pastel-00004957
https://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00004957
Submitted on 23 Apr 2009
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abroad, or from public or private research centers. publics ou privés.
N°/__/__/__/__/__/__/__/__/__/__/
THÈSE
pour obtenir le grade de
Docteur
de
l’Institut des Sciences et Industries du Vivant et de l’Environnement
(Agro Paris Tech)
Spécialité :
Sciences de la vie et santé
présentée et soutenue publiquement
le 9 Janvier 2009
par
Guillaume KRAFT
RÉGULATION NUTRITIONNELLE DU MÉTABOLISME HEPATIQUE DES
ACIDES AMINÉS CHEZ LE RUMINANT EN CROISSANCE
CONSÉQUENCES SUR L’APPORT DES NUTRIMENTS AZOTÉS AUX MUSCLES
Devant le jury :
M. Daniel SAUVANT, Professeur, AgroParisTech Paris Président
Mme Sophie TESSERAUD, Directeur de Recherches, INRA Tours Rapporteur
Mme Carole THIVIERGE, Chercheur, Rowett Institute Aberdeen (Ecosse) Rapporteur
Mme Hélène FOUILLET, Chargée de Recherches, INRA Paris Examinateur
M. Dominique BAUCHART, Directeur de Recherches, INRA Theix Examinateur
Mme Isabelle ORTIGUES-MARTY, Chargée de Recherches, INRA Theix Examinateur
Mme Isabelle SAVARY- AUZELOUX, Chargée de Recherches, INRA Theix Examinateur

Directeur de thèse : Dominique Bauchart et Isabelle Ortigues-Marty
Encadrant de thèse : Isabelle Savary-Auzeloux

Laboratoire d’accueil :
INRA, UR 1213 Unité de Recherches sur les Herbivores,
Equipe Nutriments et Métabolismes,
F-63122 St Genès Champanelle Unité de Recherches
sur les Herbivores
1
2
Remerciements

À Messieurs Jean-François Hoquette, Directeur de l’Unité de Recherches sur les Herbivores
et Dominique Bauchart, Responsable de l’Equipe Nutriments Et Métabolismes pour m’avoir permis
de réaliser mon travail de thèse au sein de l’INRA.

A Madame Isabelle Ortigues-Marty, nouvelle Responsable de l’Equipe Nutriments Et
Métabolismes, pour avoir assuré l’encadrement scientifique de ce travail et pour ses conseils
toujours pertinents.

A Madame Isabelle Savary-Auzeloux, Chargée de Recherches à l’INRA, pour avoir
brillamment assuré l’encadrement scientifique et technique de ce travail, pour avoir fait grandir ce
projet. Merci pour nos discussions scientifiques et pour ta présence au quotidien. Je t’exprime toute
mon amitié et bravo pour m’avoir supporté.

A Monsieur Daniel Sauvant, Professeur de Zootechnie à AgroParisTech, pour avoir accepté
de présider le jury de cette thèse

A Mesdames Carole Thivierge, Chercheur au Rowett Institute d’Aberdeen (Ecosse) et
Sophie Tesseraud, Directeur de Recherches à l’INRA (Unité de Recherches Avicoles, Tours) pour
avoir accepté d’assurer la fonction de rapporteur de cette thèse.

A Madame Hélène Fouillet, Chargée de Recherches à l’INRA (UMR Physiologie et
Comportement de la Nutrition AgroParisTech-INRA, Paris) pour avoir accepté d’assurer la fonction
d’examinatrice pour cette thèse.

A Mesdames Céline Cossoul, Anne-Sophie Bage pour leur précieuse aide technique tout au
long de ma thèse. Elles ont toujours été présentes pour m’aider à préparer une expé, faire un dosage,
analyser des résultats ou prendre un café.

A Mesdames Dominique Gruffat et Françoise Duboisset pour leur aide durant les
expérimentations ex vivo. Mais comment faites-vous pour supporter de travailler dans la boite à
gant ?
3
A Mesdames Cécile Bos, et Catherine Lapierre, ainsi que Messieurs Jaap Van Milgen,
Dominique Dardevet et Didier Rémond pour avoir fait partie de mon comité de thèse. Nos
discussions ont toujours contribué à faire avancer ce travail et me faire avancer personnellement.

A l’ensemble du personnel des Installations Expérimentales (l’Annexe, l’Abattoir
Expérimental et les Intrabois) et en particulier à Messieurs Daniel Thomas et Philippe Gaydier pour
leur réactivité et leur aide dans les décisions concernant l’alimentation des animaux. Ca n’a pas été
facile tous les jours de gérer les changements de dernières minutes mais on est arrivé à quelque
chose de bien au final.

A Messieurs Jean-Pierre Chaise et Joël Ferreira de l’Atelier de l’Unité de Recherches sur les
Herbivores, les « Mac Gyver » des systèmes d’incubations. Vous avez toujours trouvé les meilleurs
systèmes pour répondre à nos demandes plus ou moins farfelues.

A l’ensemble du personnel titulaire et des nombreux stagiaires qu’a comptée l’équipe NEM
(et même l’ensemble du bâtiment Arche) durant ces trois années. Votre aide, vos conseils et les
moments de détente partagés avec vous, ont été très importants à la réalisation de cette thèse.

A mes colocataires (d’appartement ou de laboratoire) qui ont supportés mon rangement et
mon organisation…

A mes camarades de galères qui sont aussi en thèse ici où ailleurs, notamment aux membres
du bureau ASICT de 2006-2007, mais aussi à tous les joueurs de Volley de l’équipe ADAS INRA
(même l’équipe 1) pour m’avoir fait passer des super bons moments à Clermont (balades sur le Puy
de Dôme, déplacement au fin fond de la Haute-Loire, terrasses ensoleillées de Clermont, sorties ski,
matchs de rugby, de foot, concerts et autres réjouissances…).

A mes parents, mon frère et le reste de ma famille qui m’ont soutenu pendant ces années, ont
accepté mon manque de disponibilité et le peu de nouvelles que j’ai pu donner par moments.
4
Listes des publications

Articles scientifiques

[1] Kraft G., Ortigues-Marty I., Durand D., Remond D., Jarde T., Bequette B., Savary-Auzeloux
I.(2008) Role of the splanchnic tissues in the utilization of the nitrogenous nutrients in lambs
fed a diet imbalanced in nitrogen or energy. Accepté avec modifications par Animal

[2] Savary-Auzeloux I., Kraft G., Bequette B., Papet I., Calder A.G., Ortigues-Marty I. (2008)
Plasticity of the portal drained viscera and the liver amino acid metabolism in response to a
nitrogen or energy deficiency in the diet of growing lambs. A Soumettre à Journal of Animal
Science

[3] Kraft G., Gruffat D., Dardevet D., Rémond D., Ortigues-Marty I., Savary-Auzeloux I.
(2008) Mise au point de la mesure de la synthèse protéique, de la néoglucogenèse et de
l’oxydation des acides aminés dans des explants de foie incubés ex vivo en utilisant des
concentrations physiologiques en nutriments dans le milieu d’incubation. A Soumettre au
Cahier des Techniques INRA

[4] Kraft G., Gruffat D., Dardevet D., Rémond D., Ortigues-Marty I., Savary-Auzeloux I.
(2008) Nitrogen and energy imbalanced diets differentially affected hepatic protein synthesis
and gluconeogenesis in growing lambs. Accepté avec modifications à Journal of Animal
Science

[5] Kraft G., Wester T.J., Dardevet D., Rémond D., Ortigues-Marty I., Savary-Auzeloux I.
(2008) Nutritional regulation of the anabolic fate of amino acids with the liver (protein synthesis
and neoglucogenesis): a cross-specie study. A Soumettre Nutrition Research Review.

Communications orales à des congrès

[6] Kraft G., Ortigues-Marty I., Savary-Auzeloux I. (2007) Métabolisme splanchnique des
acides amines en réponse à un déséquilibre alimentaire chez l’agneau par infusion de traceurs.
2ème Journées d’Animation Scientifique du Département PHASE, Tours, Octobre 2007

[7] Savary-Auzeloux I., Kraft G.,Ortigues-Marty I. (2007) Contribution of the digestive tract
and the liver to the whole body metabolism of phenylalanine and leucine in growing lambs. In
Proceedings of the 2nd International Symposium on Energy and Protein Metabolism and
Nutrition, Vichy, France. Septembre 2007.

[8] Kraft G., Gruffat D., Dardevet D., Rémond D., Ortigues-Marty I., Savary-Auzeloux I.
Protein synthesis in the liver is differently altered by the dietary supply of nitrogen.energy ratio
in lambs. In 59th Annual meeting of the European Association for Animal Production. Vilnius,
Lithuanie. Août 2008.
5
Posters

[9] Kraft G., Ortigues-Marty I., Savary-Auzeloux I. (2007) Splanchnic net release and body
retention of nitrogen in growing lambs fed diets unbalanced for energy and protein. In
Proceedings of the 2nd International Symposium on Energy and Protein Metabolism and
Nutrition, Vichy France, Septembre 2007.

[10] Savary-Auzeloux I., Kraft G., Dardevet D., Rémond D., Loncke C., Ortigues-Marty I.
2008. Liver protein synthesis regulation by energetic and nitrogenous nutrient supply. Amino
Acid/Protein Metabolism in Health and Disease: mechanisms and pathways controlling protein
expression and turnover, Padoue, Italie, Juillet 2008.

6
Abbréviations

4EBP1 Eukaryotic initiation factor 4E binding protein
A Artère
AA Acide aminé
AACR Acide aminé à chaîne ramifiée
AAI Acide aminé indispensable
AANI Acide aminé non-indispensable
AAT Acides aminés totaux
AGV Acides gras volatils
AL Arginosuccinate lyase
ARG Arginase
ARN Acide ribonucléique
ARN m Acide ribonucléique messager
AS Arginosuccinate synthase
ASAT Aspartate Amino-Transférase
CPS-I Carbamoyl-Phosphate Synthase
EIF2α Eukaryotic initiation factor 2 α
F-1,6-biPase Fructose 1-,6-bisphosphatase
G-6-Pase Glucose-6-Phosphatase
GDH Glutamate Deshydrogénase
GH Growth hormone (Hormone de croissance)
IGF-1 Insulin-like growth factor 1
mGCN2 Kinase phsophorylant eIF2a
mTOR Mammalian target of rapamycin
OTC Ornithine transcarbamylase
PC Pyruvate carboxylase
PEPCK Phosphoenol pyruvate carboxykinase
S6K1 Ribosomal protein S6 kinase 1
T3 3.5.3’-triiodothyronine
T4 Thyroxine
VP Veine Porte
VSH Veine Sus-Hépatique
7
Sommaire

Sommaire
Remerciements ................................................................................... 3

Listes des publications ...................................................................... 5

Abbréviations .................................................................................... 7

Sommaire ........................................................................................... 8

Liste des figures .............................................................................. 11

Liste des tableaux ........................................................................... 16

Liste des annexes ............................................................................. 18

Introduction .................................................................................... 21

Etude bibliographique ..................................................................... 29

1. Méthodes d’étude du métabolisme des acides aminés ........................................................... 29
1.1. Méthodes de mesure de l’utilisation nette des acides aminés au niveau du corps entier,
d’un tissu ou groupe de tissus. ................................................................................................... 29
1.1.1. Bilan azoté au niveau du corps entier .................................................................... 29
1.1.2. Bilan net en nutriments au niveau d’un tissu ou groupe de tissus ......................... 30
1.1.2.1. Préparations chirurgicales .................................................................................. 32
1.1.2.2. Mesure des débits sanguins ................................................................................ 32
1.1.2.3. Mesure des concentrations plasmatiques en AA ................................................ 33
1.2. Méthodes de mesure de la synthèse/dégradation des protéines et oxydation des AA ... 34
1.2.1. Au niveau du corps entier ...................................................................................... 34
1.2.2. Au niveau d’un tissu ou groupe de tissus ............................................................... 37
1.2.2.1. Mesure indirecte de la synthèse et dégradation protéique et oxydation sur tissus
cathétérisés ......................................................................................................................... 37
1.2.2.2. Mesure directe de la synthèse protéique par prélèvement tissulaire .................. 37
1.2.2.3. Approches non quantitatives .............................................................................. 40
1.3. Méthodes d’étude de la néoglucogenèse ........................................................................ 41
1.3.1. Quantité de glucose néosynthétisé ......................................................................... 43
1.3.2. Contribution des différents précurseurs à la néoglucogenèse ................................ 44
1.3.3. Approches non quantitatives .................................................................................. 45
1.4. Méthodes d’étude de l’uréogenèse ................................................................................. 45
1.4.1. Synthèse d’urée par le foie et recyclage ................................................................. 45
1.4.2. Méthodes non quantitatives ................................................................................... 48
2. Absorption et métabolisme des acides aminés dans les tissus de l’aire splanchnique ........... 49
2.1. Les tissus drainés par la veine porte............................................................................... 49
2.1.1. Digestion ruminale ................................................................................................. 49
2.1.1.1. Physiologie des estomacs du ruminant .............................................................. 49
2.1.1.2. Digestion des composés glucidiques.................................................................. 49
2.1.1.3. Digestion des composés azotés .......................................................................... 51
2.1.1.4. Absorption ammoniacale et recyclage de l’urée ................................................ 53
2.1.2. L’absorption intestinale : la disparition luminale .................................................. 58
2.1.2.1. Particularités physiologiques de l’intestin ......................................................... 58
2.1.2.2. L’absorption intestinale : la disparition luminale des protéines et des AA ....... 58
2.1.3. Résultante : apparition des nutriments azotés en veine porte ................................ 63
8
Sommaire

2.1.3.1. Ratio entre AA totaux et ammoniaque ............................................................... 63
2.1.3.2. Profil en AA apparaissant en veine porte........................................................... 64
2.1.3.3. Apparition nette portale en peptides .................................................................. 65
2.1.3.4. Devenir de l’urée recyclée ................................................................................. 65
2.1.4. Voies d’utilisation des nutriments azotés par le tube digestif ................................ 66
2.1.4.1. Oxydation complète ou partielle des AA ........................................................... 66
2.1.4.2. Synthèse des protéines dans les TDVP .............................................................. 69
2.2. Le foie ............................................................................................................................ 72
2.2.1. Anatomie et physiologie hépatique ........................................................................ 72
2.2.2. Utilisation/émission nette hépatique des nutriments azotés ................................... 75
2.2.2.1. Aspects quantitatifs ............................................................................................ 75
2.2.2.2. Données qualitatives .......................................................................................... 76
2.2.3. Synthèse protéique hépatique................................................................................. 77
2.2.3.1. Synthèse des protéines totales ............................................................................ 77
2.2.3.2. Les protéines particulières ................................................................................. 78
2.2.4. Néoglucogenèse hépatique chez le Ruminant ........................................................ 79
2.2.4.1. Néoglucogenèse : spécificités du Ruminant ...................................................... 79
2.2.4.2. Utilisation des AA dans la néoglucogenèse ....................................................... 79
2.2.5. Catabolisme des AA et uréogenèse à partir des AA et de l’ammoniaque ............. 80
2.2.5.1. Utilisation des AA et de l’ammoniaque pour l’uréogenèse ............................... 81
2.2.5.2. Oxydation des AA : devenir de la chaîne carbonée et spécificité entre AA ..... 83
3. Régulation nutritionnelle de l’utilisation des acides aminés par l’aire splanchnique ............ 85
3.1. Emission nette splanchnique d’ AA, urée et ammoniaque ............................................ 85
3.1.1. Niveau d’alimentation ............................................................................................ 85
3.1.2. Niveau d’apport protéique dans la ration ............................................................... 88
3.1.3. Impact de la nature du régime et dégradabilité de l’azote de la ration .................. 90
3.1.3.1. Fourrage vs concentré ........................................................................................ 90
3.1.3.2. Impact de la dégradabilité de l’azote ................................................................. 91
3.1.4. Impact d’une supplémentation énergétique ........................................................... 92
3.2. Synthèse protéique par les tissus splanchniques ............................................................ 93
3.2.1. Tissus drainés par la veine porte ............................................................................ 93
3.2.2. Foie ........................................................................................................................ 95
3.3. Oxydation des AA dans les tissus splanchniques .......................................................... 97
3.3.1. Tissus drainés par la veine porte ............................................................................ 97
3.3.2. Foie ........................................................................................................................ 98
3.4. Néoglucogenèse hépatique ............................................................................................. 99
4. Régulation de l’utilisation des acides aminés dans l’aire splanchnique par la demande en
nutriments des tissus périphériques (mamelle et muscle) ............................................................ 101
4.1. Emission nette et catabolisme splanchnique des AA ................................................... 101
4.2. Synthèse protéique splanchnique ................................................................................. 103
4.3. Néoglucogenèse ........................................................................................................... 104
5. Mecanismes de régulation de l’impact des facteurs nutritionnels sur le métabolisme
splanchnique des acides aminés ................................................................................................... 106
5.1. Régulations hormonales ............................................................................................... 106
5.1.1. Synthèse et prélèvement d’hormones par les tissus splanchniques, impact sur les
bilans nets en AA ................................................................................................................. 106
5.1.2. Impact sur le métabolisme protéique splanchnique ............................................. 108
5.1.3. Impact sur la néoglucogenèse .............................................................................. 110
5.2. Les nutriments « signaux » .......................................................................................... 111
5.2.1. Notion de nutriment signal ................................................................................... 111
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