2. Obésité: physiopathologie complexe Afferent Ghreline PYY Insuline Amyline IL6 Leptine Adiponectine Efferent SN Sympathique Parasympathique Hormones thyroidiennes Candidate genes? Inserm U755 Hypothalamus

5. Energy balance Human mutations Les obésité monogéniques affectent la voies leptine/mélanocortine Mutch & Clement, Plos Genetics2006 Inserm U755 Leptin Insulin Ghrelin POMC PC1 PC2 α - MSH β - MSH Arcuate Nucleus Paraventricular Nucleus MC4-R AGRP NPY AGRP LepR LepR IR GHR Adipose tissue Pancreas Stomach IR α - MSH β - MSH (?) + + - - + - HYPOTHALAMUS SIM1 BDNF TKRB ? Ventromedial Nucleus

6. Niveaux de leptine inappropriés par rapport à la corpulence (I) Inserm U755 Serum leptin concentration (ng ml -1 ) Ob1 and Ob2 heterozygote sibling normal siblings heterozygote mothers heterozygote fathers 95% confidence intervals of the mean normal children normal adults

7. Nature, 387, pp 903-908 June 26, 1997 Homozygous G del codon 133

8. Niveaux de leptine inappropriés par rapport à la corpulence (II) *Clément, Vaisse et al, Nature 1998 Inserm U755 100 80 60 40 20 0 0 200 400 600 800 BMI (kg/m 2) leptin ng/ml ? LEPR

9. Courbe d’IMC chez 3 sœurs déficientes en récepteur leptine Consanguineous family *Clément, et al, Nature 1998 Inserm U755

12. Modified by Coll et al., 2004 POMC “processing” post-transcriptionnel PC1 site clivage Hypothalamus PC2 site clivage Hypophyse NH 2 COOH N-teminal JP ACTH Β -LPHl γ 3 -MSH γ 1 -MSH α -MSH CLIP γ -LPH β -MSH β -end 1-27

13. Rôle de l’  MSH dérivée de POMC MC1-R MC4-R MC2-R Surrenale Hypothalamus peau Pigment Eumelanine Inhibition PA Glucorticoïdes POMC MSH s s

18. Récepteur aux Melanocortines de type 4 MC4R Vaisse, Clément ( Nat Genet 1998, JCI 2000) Yeo & Farooqi ( Nat Genet 1998, JCI 2000) and B Dubern J Pediatr (2001) Mutations MC4R identifiées chez 2 à 4% des sujets obèses Très rares dans les populations non obèses Inserm U755

19. Plus de 90 mutations dans MC4R ….. 2-3% des obésités Inserm U755 305 E V F V T L G V I S L L E N I L V I V A I A N K N L S C I L L T I I I T E S G N S V S V L M D A V A F F Y D N V I D S V I C S S L L A S I C S L L S I A D R Y F F T I I T M F F T M L A L M A S L Y V H M F L M A R L H I K R I I G S V T C A A W I C S I I I G V R K V T L F F P A W C V V F V G I L I T L T I A G K M N A G Q R I L N Y A L F N L Y L I L I M C N S I I D P L I Y A H S P M S T T V N I A L Q Y H N M I I I S S Y D A S V I I C L V L P G T A G C P Q N P Y C V C F M S H Y P N S V F L E A S H L R Y S S Q F R S Q E L R K T F K E I I C C L P G L L G C D L S S R Y H L W N R G M H T S L V N S T H R M K G G L S E S C Y G G D S Y D S T F Q A D I L H S I Y F 5 249 10 15 20 25 151 131 120 127 70 63 42 80 90 97 105 137 145 163 174 168 195 179 211 253 242 260 281 298 55 185 267 235 201 216 30 35 40 K V 100 290 308 312 320 H S H L C F* M C S M L I D T P L T D I P W Q -- V T P S E I S S* Y S P H T W S T Q A V* S L K T S R K V L L C R N S S N R NH2 COOH Extracellular Intracellular

22. Mutations MC4R MC4R homozygote (  AG 346-347) MC4R homozygote (I166V) MC4R heterozygote (13) Enfants Obeses (40) Clement Nature 1998 ; Dubern, J Pediatr 2001 and new data Mutation LEPR Inserm U755 97P 1 2 3 4 5 6 97P 50P LepR Mutation LepR Mutation

24. Mutations MC4R et croissance osseuse Farooqi, NEJM, 2003 Augmentation de la densité osseuse Baisse de la résorption Eleftriou Nature 2005 Ahn & Dubern Endocrinology 2006 Inserm U755

26. Pre-POMC NH 2 COOH JP PC2 ß-MSH ß-Endo CLI P α -MSH  -LPH  -MSH ACTH N-terminal peptide ß-LPH Asp53Gly Pro132Ala Phe144Leu Ala195Thr Glu214Gly Arg236Gly Phe87Leu Gly96Cys Leu209Pro Enfant Obèses: 3,7% Témoins; 2,2 % Dubern, soumis, 2006 Inserm U755 PC1 PC2 PC1 PC1 PC2 PC2 PC2 PC2

27. Conséquences fonctionnelles de la mutation Phe144Leu chez une enfant obèse ? Dubern et al, 2006, soumis Inserm U755 Altération de l’activation de hMC4R en réponse à L144αMSH Défaut de liaison de L144αMSH à hMC4R

28. 12 ans Zscore IMC 2,7 DS Evolution du poids chez une patiente porteuse de la mutation fonctionnelle Phe144Leu Dubern et al, 2006, soumis Tanner 4 Leptine 20 ng/ml (N) Gly t0, Ins t0 et HGPO N Axe corticotrope N Pigmentation N Inserm U755 97P POMC

29. Traitement du déficit en leptine before S Farooqi & S O’Rahilly Enfants déficients en leptine after 8 ans, 86 kg Homozygous G del codon 133 Montague, Nature, 1997

30. Traitement leptine chez les adultes homozygotes Cys105Thr (Licino, PNAS, 2004) C B A Y 40 35 27 Bmi 55 47 51 before WL 76 47.5 60 kg after 18 months treatment rmetHuLeptin (0.01_0.04 mg/kg) daily evening

31. ENPP1 GAD2 SLC6A14 272 études (+) 40 études (-) 208 QTL - 90 candidats 22 retrouvées dans 5 études independentes Obésités polygéniques Human Obesity Gene Map, 2006 SNP Insig2 Inserm U755

32. Interaction alimentation-Genotype Role de la mutation Pro12Ala de PPAR  Luan Diabetes 2001 24 25 26 27 ?0.39 ?0.51 ?0.66 >0.66 PPARG PPARG Pro Pro 12 12 Ala Ala BMI Provided by C Junien Ratio: Unsaturated fatty acids Saturated fatty acids

35. Polymorphismes et facteurs de risque Inserm U755 1.27-1.35 (Boutin, 2004) Obesity SLC6A14 (risk haplotype) 1.4 (Clément, 1996) High weight gain UCP1 (-3826 A/G)* 3-4 (Clément, 1996) High weight gain UCP1+  3-AR 1.30 (Boutin, PLOS, 2003) Morbid obesity GAD2 (risk haplotype) 1.49 (Coudreau, 2004) Obesity dyslipidemia PTP1b (risk haplotype) Odd ratios Phenotype Gene 1.7 (Clément, 1995) High weight gain  3-AR (Trp64Arg)* 1.53 (Eberlé, 2004) Morbid obesity Diabetes dyslipidemia SREBP (risk haplotype) 1.37 ( Meyre et al, 2005) Diabetes ENPP1 (risk haplotype) 1.5-1.6* (meta-analysis) Diabetes PPAR  (Pro12Ala)

36. Interactions complexes dans l’obésité polygénique Mutch D & Clement K, Plos genetics 2006 Inserm U755

37. Obésité: histoire naturelle weight Interaction Gene & Gene Genes & Environement years Pathologie des systèmes Constitution Chronicité Aggravation Resistance/Reprise adaptation Tissus Type cellules & densité Phenotypes Biologie

38. INSERM U755 Nutriomique Génétique C Lubrano, M Mencarelli, A Legall G Bonhomme Génomique : R Cancello, C Poitou, S Taleb , C Rouault, V Pelloux Etudes cellulaires : D Lacasa, M Guerre-Millo BioInformatique JD Zucker, M Courtine, A Benis, B Hanczar, C Henegar, R Temanni Equipes Cliniques Hôtel-Dieu A Basdevant JM Oppert, C Poitou, B Guy Grand, M Gouillon Trousseau B Dubern P Tounian Biochimie C Coussieu, JM Lacorte Supports : INSERM, AFERO, Alfédiam, APHP, Agnece Nationale de Recherche Institut de Recherche Servier MC4R : C Vaisse , C Lubrano (UCSF) Expression G Barsh (Stanford), Analyse de données S Dudoit (Berkeley) Integragen : H Hager E Rochman Institut Pasteur : Ph Boutin P Froguel