Les macrophages jouent un rôle clé dans l'athérosclérose. Après la captation massive des LDL oxydées (oxLDL), les macrophages sous-endothéliaux sont chargés en cholestérol et se transforment ainsi en cellules spumeuses qui contribuent à la formation de la plaque d'athérome. Les oxystérols, produits d'oxydation du cholestérol, sont retrouvés en quantité importante dans les oxLDL. Au niveau cellulaire, ils sont impliqués dans la régulation de l'homéostasie du cholestérol, l'induction du stress oxydatif cellulaire et de la cytotoxicité. Notre travail montre que le cholestérol, associé aux LDL et d'origine cellulaire, est fortement oxydé par les macrophages lors d'une exposition aux oxLDL. Les principaux produits d'oxydation sont le 7-cétocholesterol et 7α/β-hydroxycholestérol. De plus, nous démontrons que ces oxystérols sont exportés hors des macrophages via les HDL, mais pas l'apoA1. Nous avons aussi caractérisé les oxystérols formés dans les HDL suite à des modifications oxydatives et les HDL issues de patients diabétiques. Nous avons en outre montré que ces modifications sont associées à une diminution de la capacité des HDL à exporter les oxystérols. / Macrophages play a key role in atherosclerosis. After massive uptake of oxidized LDL (oxLDL), subendothelial macrophages are overloaded with cholesterol thereby leading to the formation of foam cells, which is one characteristic of atherogenesis. Oxysterols, the oxidation products of cholesterol, are one of major components of oxLDL; they are involved in the regulation of cholesterol homeostasis, induction of cellular oxidative stress and cytotoxicity. Our works show that both LDL derived-cholesterol and cellular cholesterol can be strongly oxidized in human THP1 and murine RAW macrophages, especially during exposure of oxLDL. The major oxidative products are 7-ketocholesterol and 7α/β-hydroxycholesterol. Moreover, we demonstrate that both oxysterols derived from LDL cholesterol and cellular cholesterol can be exported to HDL, whereas not to apoA1. Then, we studied the functionality of modified HDL and diabetic HDL on oxysterols efflux. A decrease of oxysterols efflux was observed with oxidized and glycoxidized HDL. Compared to the HDL of healthy controls, the HDL of diabetic subjects are less efficient to efflux oxysterols. Taken together, the increased production of oxysterols in presence of oxLDL and their lower efflux by modified HDL support the detrimental role of these oxidative compounds in pathophysiological conditions like diabetes.

La phospholipase D (PLD) hydrolyse la phosphatidylcholine des membranes cellulaires, libérant le messager acide phosphatidique. La capacité de la PLD à influer sur la voie de signalisation de mTOR, acteur central dans le contrôle du tissu musculaire, nous a incités à étudier son rôle dans ce tissu. Mes travaux de thèse ont pour but d'étudier les mécanismes par lesquels la PLD intervient dans la différenciation myogénique et dans la régulation de la masse musculaire. Dans un premier temps, nous avons montré que le contrôle de la différenciation des myoblastes L6 par la PLD met en jeu l'activation des deux complexes de mTOR (mTORC1 et mTORC2). mTORC2 active la différenciation, probablement via son effecteur PKCalpha, alors que mTORC1 la réprime via son effecteur S6K1, en induisant la phosphorylation de rictor, un composant de mTORC2, et l'inhibition de ce complexe. Nous avons par ailleurs montré que l'extinction de PLD par interférence de I'ARN induit l'atrophie de myotubes L6 en culture, ainsi qu'une baisse de la phosphorylation de S6K1 et 4E-BP1, effecteurs de mTORC1. Inversement, la surexpression de PLD à l'aide de vecteurs adénoviraux induit une hypertrophie des myotubes, associée à une activation de la voie mTORC1, et de Akt, effecteur de mTORC2. De plus, la surexpression de PLD atténue l'atrophie induite par la dexaméthasone. Ces résultats mettent en évidence un rôle hypertrophique et anti-atrophique de la PLD, qui pourrait s'exercer par stimulation de la voie mTOR. Nos résultats suggèrent que la PLD est susceptible de jouer un rôle clé dans le muscle squelettique, en agissant tant au niveau de la régénération du tissu qu'au niveau de la régulation de sa masse. / Phospholipase D (PLD) hydrolyzes phosphatidylcholine of cell membranes, releasing the lipid messenger phosphatidic acid. The ability of PLD to affect mTOR signaling pathway, a central actor in the control of muscle tissue, prompted us to study its role in this tissue. My thesis aims at investigating how PLD is involved in myogenic differentiation, and how it regulates muscle mass. We first showed that the mechanism by which PLD controls differentiation of L6 myoblasts involves the activation of the two mTOR complexes (mTORC1 and mTORC2). mTORC2 activates differentiation, probably via its effector PKCalpha, whereas mTORC1 represses differentiation via its effector S6K1, by inducing the phosphorylation of Rictor, a component of mTORC2, and the inhibition of this complex. Besides, we showed that extinction of PLD by RNA interference induces the atrophy of L6 myotubes, and decreases the phosphorylation of the mTORC1 effectors S6K1 and 4E-BP1. Conversely, overexpression of PLD using adenoviral vectors induces the hypertrophy of myotubes and the activation of both mTORC1 pathway and the mTORC2 effector Akt. Furthermore, PLD overexpression attenuates atrophy induced by dexamethasone. These results highlight a hypertrophic and anti-atrophic role of PLD, which could be achieved through stimulation of the mTOR pathway. Our results suggest that PLD is likely to play a key role in skeletal muscle homeostasis, by acting at both the tissue regeneration and mass regulation levels.

Les sphingolipides sont une famille de lipides membranaires dotés d'un rôle structural, influant sur les propriétés de la bicouche lipidique, mais ils agissent aussi comme des molécules effectrices au rôle essentiel dans de nombreux aspects de la biologie cellulaire. Les sphingolipides céramide, sphingosine et S1P ont des effets opposés: le céramide et la sphingosine inhibent la prolifération et promeuvent la réponse apoptotique à différents stimulus de stress, la S1P est un stimulateur de la prolifération et de la survie cellulaires. Le céramide peut être produit par la voie de synthèse de novo, et l'hydrolyse de la sphingomyéline membranaire catalysée par les sphingomyélinases. Ces deux voies peuvent être activées par la cytokine pro-inflammatoire TNFa, capable d’induire une perte musculaire et jouant un rôle crucial dans le développement de la cachexie. Nous avons fait l'hypothèse que le céramide, ou un de ses métabolites, peuvent être des médiateurs de la perte musculaire tumeur-induite. Nous avons examiné le rôle du céramide dans l'atrophie induite in vitro par le TNFa chez les myotubes, en utilisant des analogues de céramide et des inhibiteurs du métabolisme sphingolipidique. L'apport de céramides exogènes est capable de reproduire l'effet atrophique du TNFa, ce qui suggère que le céramide peut participer à l'atrophie musculaire. Pour vérifier si les céramides sont les médiateurs de l'atrophie induite par le TNFa, nous avons analysé l'effet d'inhibiteurs ciblant différentes étapes du métabolisme: l'inhibition de la voie de synthèse de novo est incapable de rétablir la taille des myotubes en présence de TNFa, alors que les inhibiteurs de sphingomyélinase neutre suppriment l'atrophie TNFa-induite. L’accumulation de céramide et de sphingosine augmente l’effet pro-atrophique, tandis que la S1P a un effet protecteur. Ces observations montrent que, dans les myotubes, le céramide, ou un métabolite produits par la voie de la sphingomyélinase neutre en réponse à une stimulation par le TNFa, participent à l'atrophie des cellules. Pour évaluer le rôle in vivo des sphingolipides, nous avons traité la souris BalbC porteuse d’un carcinome C26 avec myriocine, inhibiteur de la synthèse de novo, capable d'induire une déplétion du muscle en sphingolipides, Ce traitement protège partiellement les souris contre la perte de poids corporel et de poids des muscles induite par la tumeur, sans affecter la taille de celle-ci. De plus, la myriocine réverse significativement la perte de taille des fibres musculaires et réduit l'expression des atrogenes, ce qui montre qu'elle protège le muscle contre l'atrophie. Ces résultats suggèrent fortement que le céramide, ou un métabolite sphingolipidique en aval, est impliqué dans l'atrophie musculaire tumeur-induite. La voie des sphingolipides apparaît donc comme une nouvelle cible potentielle d'interventions pharmacologiques visant à protéger le tissu musculaire contre l'atrophie. / The sphingolipids are a family of membrane lipids with only a structural role, influencing lipid bilayer properties, but they also act as effector molecules with essential roles in many aspects of cell biology. The sphingolipids ceramide, sphingosine and S1P have shown opposite effects: whereas ceramide and sphingosine usually inhibit proliferation and promote apoptotic responses to different stress stimuli, S1P is known to stimulate cell growth, and promote cell survival. Ceramide can be produced through the de novo synthesis pathway, and by membrane sphingomyelin hydrolysis catalyzed by sphingomyelinases. Both pathways can be activated by the pro-inflammatory cytokine TNFa. Because this cytokine has been shown to promote muscle loss and seems to be crucial in the development of cachexia, we hypothesized that the formation of ceramide, or a metabolite, can be involved in tumor-induced muscle wasting. We investigated the role of ceramide in the in vitro atrophic effects of TNFa on differentiated C2C12 myotubes, by using cell permeant ceramides and inhibitors of sphingolipid metabolism. We observed that TNFa atrophic effects, as evaluated by the reduction in myotube area, are mimicked by exogenous ceramides, supporting the idea that ceramide can participate in muscle atrophy. To verify if ceramide is a mediator of TNFa-induced atrophy, and to identify the metabolites potentially involved, we analyzed the effects of drugs able to block sphingolipid metabolism at different steps: the inhibition of de novo synthesis pathway was unable to restore myotube size in the presence of TNFa whereas the inhibitors of neutral sphingomyelinases reversed TNFa-induced atrophy. Moreover, an accumulation of ceramide and sphingosine induced pro-atrophic effects, whereas sphingosine-1-phosphate had a protective effect. These observations establish that in C2C12 myotubes, ceramide or other downstream metabolites such as sphingosine, produced by the neutral sphingomyelinase pathway in response to TNFa stimulation, participate in cell atrophy. To evaluate the in vivo role of sphingolipids, we treated BalbC mice carrying C26 adenocarcinoma woth Myriocin, an inhibitor of the de novo pathway of ceramide synthesis, that is able to deplete muscle tissue in all sphingolipids, was administered daily to the animals. This treatment partially protected animals against tumor-induced loss of body weight and muscle weight, without affecting the size of tumors. Moreover, myriocin treatment significantly reversed the decrease in myofiber size associated with tumor development, and reduced the expression of atrogenes Foxo3 and Atrogin-1, showing that it was able to protect against muscle atrophy. These results strongly suggest that ceramide, or a downstream sphingolipid metabolite, is involved in tumor-induced muscle atrophy. The sphingolipid pathway thus appears as a new potential target of pharmacological interventions aiming at protecting muscle tissue against atrophy.

L’acide docosahexaénoïque (DHA, 22:6n-3) est le principal acide gras oméga-3 des tissus cérébraux et est essentiel au développement et aux fonctions du cerveau. Une diminution de la concentration cérébrale du DHA est observée chez les patients souffrant de maladies neurodégénératives telles que les maladies d'Alzheimer et de Parkinson. Un apport ciblé du DHA au cerveau pourrait compenser ces carences. Le DHA sanguin est transporté à travers la barrière hémato-encéphalique (BHE) plus efficacement lorsqu’il est estérifié en position sn-2 de la lysophosphatidylcholine (lysoPC). Nous produisons au laboratoire une phosphatidylcholine structurée pour mimer la 2-docosahexaénoyl-lysoPC (lysoPC-DHA), nommée AceDoPC (1-acétyl,2-docosahexaénoyl-glycérophosphocholine), qui peut être considérée comme une forme stabilisée de la lysoPC-DHA physiologique et qui est neuroprotectrice dans l’accident ischémique cérébral. Le premier objectif de ce travail a été de comparer le passage du DHA marqué non estérifié ou estérifié dans l’AceDoPC ou dans une phosphatidylcholine (PC-DHA), lié au plasma, à travers un modèle in vitro de la BHE. Nous montrons un passage préférentiel à travers la monocouche endothéliale et une captation préférentielle par les cellules gliales de l’AceDoPC comparativement au DHA non estérifié et à la PC-DHA. Le deuxième objectif de ce travail a été de confirmer si cette préférence pour la forme AceDoPC était également observée in vivo. Nous avons donc étudié, chez des rats âgés de 20 jours, la captation cérébrale des différentes formes d’apport du DHA précédemment utilisées (DHA, AceDoPC, PC-DHA). Nous démontrons que l’AceDoPC apporte le DHA au cerveau plus efficacement que les autres formes d’apport de DHA et que cette préférence pour l’AceDoPC est spécifique au cerveau puisqu’elle n’est pas observée pour les autres organes étudiés. L’AceDoPC est trouvée, en partie, sous forme intacte dans le cerveau. L’autoradiographie ex vivo du cerveau de rat révèle que le DHA provenant de l’AceDoPC est localisé dans des régions cérébrales spécifiques jouant un rôle important dans la mémoire et les fonctions cognitives. Enfin, en utilisant des approches de modélisation moléculaire, nous démontrons que les potentiels électrostatiques et hydrophobes sont distribués de manière très similaire au niveau des surfaces de l’AceDoPC et de la lysoPC-DHA. En conclusion, nos études montrent que l’AceDoPC est un transporteur privilégié et spécifique du DHA au cerveau. En considérant les rôles essentiels du DHA pour le cerveau, cette nouvelle approche de ciblage cérébral du DHA offre des perspectives prometteuses dans le développement de stratégies préventives et thérapeutiques pour les maladies neurologiques. / Docosahexaenoic acid (DHA, 22:6n-3) is the main essential omega-3 fatty acid in brain tissues required for normal brain development and function. A decrease in the cerebral concentration of DHA is observed in patients suffering from neurodegenerative diseases such as Alzheimer’s and Parkinson’s. Targeted intake of DHA to the brain could compensate for these deficiencies. Blood DHA is transported across the blood-brain barrier (BBB) more efficiently when esterified at the sn-2 position of lysophosphatidylcholine (lysoPC). We produce in the laboratory a structured phosphatidylcholine to mimic 2-docosahexaenoyl-lysoPC (lysoPC-DHA), named AceDoPC (1-acetyl,2-docosahexaenoyl-glycerophosphocholine), that may be considered as a stabilized form of the physiological lysoPC-DHA and that is neuroprotective in experimental ischemic stroke. The first objective of this work was to compare the passage of either labeled unesterified DHA or DHA esterified in AceDoPC or in phosphatidylcholine (PC-DHA), bound to plasma, through an in vitro model of the BBB. This model is constituted of a co-culture of bovine brain capillary endothelial cells and glial cells from newborn rats. We show a preferential passage through the endothelial monolayer and a preferential uptake by glial cells of AceDoPC compared to unesterified DHA and PC-DHA. We also show that AceDoPC is hydrolyzed, partly, into lysoPC-DHA and that phosphatidylcholine (PC) and phosphatidylethanolamine (PE) are the most labeled lipid classes in endothelial cells and glial cells. AceDoPC is found, partly, as a whole molecule in the cells. The second objective of this work was to confirm whether this preference for AceDoPC was also observed in vivo. We studied, in 20 days old rats, the brain uptake of different forms of DHA previously used (DHA, AceDoPC, PC-DHA). We demonstrate that AceDoPC provided the brain with DHA more efficiently than the other forms of DHA and that this preference for AceDoPC is specific for the brain because it is not observed for other studied organs. AceDoPC is found, partly, intact in the brain. Ex vivo autoradiography of rat brain reveals that DHA provided from AceDoPC is localized in specific brain regions playing key roles in memory and cognitive functions. Finally, by using molecular modelling approaches, we demonstrate that electrostatic and hydrophobic potentials are distributed very similarly at the surfaces of AceDoPC and lysoPC-DHA. In conclusion, our studies demonstrate that AceDoPC is a privileged and specific carrier of DHA to the brain. Considering the essential roles of DHA for the brain, this new approach to target the brain with DHA offers promising perspectives in the development of preventive and therapeutic strategies for neurological diseases.

L'acide docosahexaénoïque (DHA, 22:6n-3) est un acide gras polyinsaturé (AGPI) oméga-3. Il est particulièrement abondant dans le cerveau et la rétine et est nécessaire pour le bon développement et fonctionnement du cerveau. Tandis qu'une déficience en DHA a été montrée être liée à l'émergence de maladies cérébrales (i.e. maladie d'Alzheimer ou maladie de Parkinson), des études ont également montré qu'un apport alimentaire en AGPI oméga-3 pouvait empêcher ou atténuer les perturbations neurologiques liées au vieillissement ou aux maladies neurodégénératives. Il est alors primordial de transporter efficacement le DHA au cerveau. Le laboratoire français a synthétisé auparavant une forme stabilisée de la lysophosphatidylcholine-DHA, qui est le vecteur principal d'apport de DHA au cerveau, de structure 1-acétyl,2-docosahexaénoyl-glycérophosphocholine, brevetée et nommée AceDoPC®. L'injection d'AceDoPC ou de DHA après un accident vasculaire cérébral ischémique provoqué expérimentalement a montré que ces deux molécules étaient neuroprotectrices. Ces effets sont supposés être dus en partie à la conversion du DHA en métabolites oxygénés. Notre étude vise à examiner les effets du DHA et de ses métabolites dérivés, estérifiés ou non dans des phospholipides structurés sur un modèle de neurogenèse in vitro en conditions physiologiques ou pathologiques. Le premier objectif de ce travail a été de synthétiser le phospholipide structuré contenant du DHA, l’AceDoPC®, la protectine DX (métabolite oxygéné du DHA), et un nouveau phospholipide structuré contenant la protectine: 1-acétyl,2-protectine DX-glycérophosphocholine (AceDoxyPC). Le second objectif était d’étudier les effets du DHA, de l'AceDoPC et de la PDX sur la neurogenèse en utilisant un modèle in vitro de neurogenèse, constitué de cultures de cellules souches progénitrices neurales (NSPCs) dérivées de cerveaux de souris adultes, dans des conditions physiologiques ou pathologiques (ischémiques ici). Enfin, le troisième objectif de cette thèse a été d'identifier les mécanismes impliqués dans la réponse des cellules aux conditions ischémiques. La synthèse du phospholipide structuré AceDoxyPC a été réalisée avec succès par une double lipoxygénation enzymatique de l'AceDoPC, et l'identification du produit a été possible grâce à l'utilisation de techniques avancées de chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse (LC/ESI/MS). De futures études sur ce transporteur de molécule neuroprotectrice potentielle doivent être réalisées prochainement. Les cellules incubées en présence d’AceDoPC présentent une augmentation de neurogenèse comparativement à celles cultivées avec addition de DHA non estérifié ou du véhicule contrôle, notamment sous conditions pathologiques. Les études préliminaires des mécanismes potentiellement impliqués dans la neuroprotection indiquent que les effets neuroprotecteurs et régénératifs de l'AceDoPC pourraient être en partie dus à des effets anti-oxidants. / Docosahexaenoic acid (DHA, 22:6n-3) is an essential omega-3 polyunsaturated fatty acid (PUFA). It is specifically enriched in the brain and the retina and it is required for visual acuity, proper brain development and cerebral functions. While DHA deficiency in the brain was shown to be linked to the emergence of cerebral diseases (i.e. Alzheimer’s disease or Parkinson’s disease), studies showed that a dietary intake of omega-3 PUFA could prevent or attenuate neurologic disturbances linked with ageing or neurodegenerative diseases. In this context, it is primary to deliver DHA efficiently to the brain. Targeting the brain with DHA might offer great promise in developing new therapeutics for neurodegenerative diseases. The French host laboratory previously synthesized a stabilized form of lysophosphatidylcholine-DHA, which is main vector of DHA transportation to the brain, of structure 1-acetyl,2-docoshexaenoyl-glycerophosphocholine, patented and named AceDoPC®. Injection of AceDoPC or DHA after experimental ischemic stroke showed that both molecules also had neuroprotective effects. These potential neuroprotective effects are expected to be due, in part, to DHA conversion into oxygenated metabolites. This study aims to investigate the beneficial effects of DHA and its derived metabolites either unesterified or esterified within structured phospholipids on a model of neurogenesis in vitro under physiological or pathological conditions. The first objective of this work was then to synthesize the DHA-containing structured phospholipid AceDoPC®, DHA oxygenated derivative protectin DX (PDX) and a novel structured phospholipid of protectin: 1-acetyl,2-protectinDX-glycerophosphocholine (AceDoxyPC). The second objective was to investigate the effects of DHA, AceDoPC and PDX on neurogenesis using an in vitro model of neurogenesis, namely cultures of neural stem progenitor cells (NSPCs) derived from the adult mouse brain under physiological or pathological conditions (ischemic conditions). Following this, the third objective of this work was to identify the mechanisms involved in such response to stress induced under pathological conditions. Synthesis of the novel structured phospholipid AceDoxyPC was successfully performed by double enzymatic lipoxygenation of AceDoPC and identification of the product was possible using advanced techniques of liquid chromatography (LC)/electrospray ionization (/ESI)/mass spectrometry (/MS). Future studies on this potential neuroprotective molecule transporter are to be investigated in the near future. Neurogenesis study of cell cultures with AceDoPC showed enhanced neurogenesis compared to addition of unesterified DHA or vehicle control, especially under pathological conditions. Preliminary studies of the potential mechanisms involved in neuroprotection hinted that AceDoPC neuroprotective and regenerative effects might be due in part to its anti-oxidative effects.

L'insuffisance rénale chronique (IRC) est une affection caractérisée par une perte progressive de la fonction rénale. L’IRC est associée à l'accumulation de diverses toxines urémiques. Les toxines urémiques ou solutés de rétention de l'urémie sont des composés qui s'accumulent chez les patients atteints d'IRC en raison d'un défaut de clairance rénale et qui exercent des effets biologiques délétères. Les hémodialyses éliminent mal les toxines urémiques liées aux protéines (PBUT), en raison de leur liaison aux protéines plasmatiques, en particulier la sérumalbumine humaine. En conséquence, les toxines urémiques liées aux protéines s'accumulent chez les patients atteints d'IRC et leur concentration ne peut que difficilement être diminuée chez les patients atteints d'insuffisance rénale terminale (IRT). Mes travaux sont principalement centrés sur les toxines urémiques, en particulier les toxines urémiques liées aux protéines, comme l’indoxyl-sulfate (IS), l'acide phénylacétique (PAA) et le p-crésyl-glucuronide (p-CG); et la zinc-alpha2-glycoprotéine (ZAG) qui est une « middle molécule ». Nous avons étudié le rôle de l'IS dans le développement de la résistance à l'insuline et d'autres troubles métaboliques associés à l'IRC, ainsi que ses effets sur l'inflammation et le stress oxydant. Nous avons exploré les propriétés de liaison du PAA et du p-CG à la sérumalbumine, qui est la plus abondante protéine dans le plasma humain. Enfin, nous avons essayé de développer une nouvelle stratégie d'élimination des PBUT, à l’aide de déplaceurs/compétiteurs chimique. / Chronic kidney disease (CKD) is a condition characterized by progressive loss of kidney function. CKD is associated with the accumulation of various uremic toxins. Uremic toxins or uremic retention solutes are compounds that accumulate in patients with CKD due to impaired renal clearance and exert deleterious biological effects. Protein-bound uremic toxins (PBUT) is poorly removed by hemodialysis because of its binding to plasma proteins, particularly human serum albumin. As a result, protein-bound uremic toxins accumulate in patients with CKD and their concentration can hardly be reduced in patients with end-stage renal disease (ESRD). My work focuses mainly on uremic toxins, particularly protein-bound uremic toxins such as indoxyl-sulfate (IS), phenylacetic acid (PAA) and p-cresyl-glucuronide (p-CG); and zinc-alpha2-glycoprotein (ZAG) which is a "middle molecule". We investigated the role of IS in the development of insulin resistance and other metabolic disorders associated with CKD, as well as its effects on inflammation and oxidative stress. We have investigated the binding properties of PAA and p-CG to serum albumin, which is the most abundant protein in human plasma. Finally, we tried to develop a new strategy to eliminate PBUTs, using chemical displacers / competitors.

L’Insuffisance Rénale Chronique (IRC) résulte de la destruction progressive et irréversible des reins. Elle est associée à une rétention de toxines urémiques à l’origine des nombreuses complications de la maladie rénale chronique (cardiovasculaires, osseuses ou métaboliques). Nos travaux se sont focalisés sur l’impact de la dysfonction rénale et de l’urémie sur la fonction barrière de l’intestin et la motilité intestinale. Deux modèles d’IRC ont été implémentés : un modèle animal, chez la souris, par néphrectomie chimique (régime alimentaire enrichi en adénine) et un modèle cellulaire d’urémie en incubant des cellules coliques Caco-2 avec 10% de plasma de patients hémodialysés (HD). Le transit, la motilité, la perméabilité intestinale et la régulation des protéines des jonctions serrées ont été explorés. Les animaux urémiques présentent un transit gastro-intestinal ralenti et une perméabilité intestinale augmentée associés à une dérégulation de l’expression et de l’abondance des protéines des jonctions serrées dans le côlon (surexpression de la Claudine 1). La perméabilité de la monocouche cellulaire de Caco-2 incubées avec du plasma HD est significativement augmentée et est associée à une augmentation de l’expression et de l’abondance de la Claudine-1. En IRC, la motilité digestive et la fonction barrière de l’intestin sont significativement altérées. Ces dysfonctions pourraient contribuer à la production intestinale et l’absorption des toxines urémiques accélérant ainsi la progression du syndrome urémique et installant un véritable « cercle vicieux ». / Chronic Kidney Disease (CKD) result from a progressive kidney dysfunction. CKD is associated with an increase in the concentration of uremic toxins inducing CKD-associated metabolic alterations. Our work focused on the impact of renal dysfunction on gut permeability and gut motility. In vivo, CKD was induced in mice by chemical nephrectomy (adenine-enriched diet); In vitro, Caco-2 cells were incubated for 24h with 10% (v/v) of uremic plasma to mimic the uremic environment. Gastrointestinal transit time, gut motility, intestinal permeability and expression of tight junction proteins were explored. In vivo, kidney failure was associated with an impaired gastrointestinal transit and an increased intestinal permeability associated with a dysregulation of tight junction proteins (mainly claudine-1 overexpression). The Caco-2 monolayer permeability was significantly increased in cell monolayers incubated with uremic plasma. Claudine-1 expression and abundance was increased. In CKD, gut motility and gut permeability (e.g. « leaky » gut) are significantly impaired. Generally speaking, these gut dysfunctions could promote the production and the absorption of uremic toxins contributing to the uremic syndrom.

Ce travail de doctorat porte sur la synthèse et utilisation de bicyclolactones glycidiques, de façon à accéder des dérivés de sucres contenant un système carbonylé α,β-insaturé. Trois types de bicyclolactones ont été étudiés: butenolides liés à des cycles furanose, butenolides fusionnés à des cycles pyranose, comprenant S- et NH-analogues et carboxyméthyle glycosides lactones (CMGLs). La méthodologie de synthèse de butenolides sur motif sucre est basée sur l’oléfination de Wittig de 3 ou 5-cétosucres et lactonisation intramoléculaire spontanée de gamma-hydroxyesters α,β-insaturés intermédiaires. Pour la synthèse des systèmes fusionnés, des furano-3-uloses protégés ont été convertis en 3-C-(éthoxycarbonyl)méthylène furanoses. Une hydrolyse acide finale permet la transestérification intramoléculaire et aussi l’isomérization du cycle en forme pyranose. Des précurseurs 5-S et 5-aminofuranosidiques ont conduit à des analogues thiosucres ou à des dérivés glycidiques ayant une fonction amide et un système carbonylé α,β-insaturé, respectivement. Les CMGLs ont été converties en 3-enopyranosid-2-uloses par l’ouverture de la lactone avec une amine et oxydation/élimination du 2-hydroxy pyranoside tri-O-acétylé obtenu. L’oléfination de Wittig subséquente a conduit aux diènes conjugués pyranosidiques ramifiés en C-2. Les glycosides contenant un groupement propargyle ont permis de préparer des 1,2,3-triazoles par ‘click’ chemistry. Quelques molécules ont été soumises à évaluation antimicrobienne et les énulosides de (N-dodécylcarbamoyl)méthyle ont montré les meilleures activités. Le composé le plus actif est l’énuloside-α qui a montré un très fort effet contre des espèces de Bacillus et une forte activité contre Enterococcus faecalis et Penicillium aurantiogriseum. Les diènepyranosides ont révélé une activité forte et sélective contre E. faecalis. Les dérivés triazolés n'ont montré aucune activité. Parmi les composés bioactifs, trois sont avérés peu toxiques chez les cellules eucaryotes. / This PhD work was focused on the synthesis and the uses of carbohydrate bicyclic lactones for the access to sugar derivatives comprising an alpha, beta-unsaturated carbonyl function. Three types of bicyclic lactones were investigated: furanose C-C-Iinked butenolides, pyranose-fused butenolides, including S-or NH-analogues and carboxymethyl glycoside lactones (CMGLs). The synthetic methodology for butenolide containing-sugars was based on the Wittig olefination of 3- or 5-keto sugars and spontaneous intramolecular lactonization of the intermediate gamma-hydroxy axy alpha,beta-unsaturated esters. In the case of the fused systems, protected furanos-3-uloses were converted into 3-C-(ethoxycarbonyl)methylene furanoses. Further acid hydrolysis elicited both intramolecular transesterification and isomerization to the pyranose ring. Introduction of a sulfur or a nitrogen function at C-5 of the furanose precursors led to thiosugar analogues or to carbohydrate derivatives comprising both an amide function and an alpha,beta-unsaturated system, respectively. CMGLs were converted into 3-enopyranosid-2-uloses by a sequence involving opening of the lactone moiety by amines and oxidation/elimination of the resulting tri-0-acetylated 2-hydroxy pyranosides. Further Wittig olefination afforded 2-C-branched-chain conjugated dienepyranosides. Glycosides bearing a propargyl moiety were engaged in "click" chemistry reactions leading to 1,2,3-triazoles. Some of the new molecules were submitted to antimicrobial evaluation and (N-dodecylcarbamoyl)methyl enulosides proved to display the best efficacy. The most active one was the a-enuloside which showed very strong effect towards Bacillus species and strong activity against Enterococcus faecalis and the fungal pathogen Penicillium aurantiogriseum. Dienepyranosides exhibited a strong activity selectively towards E. faecalis. Triazole derivatives were virtually ineffective. Three of the bioactive compounds showed low acute toxicity in eukaryotic cells.

Les aliments riches en acides gras polyinsaturés (AGPI) à longue chaîne (LC) de la série n-3 sont recommandés pour leurs effets bénéfiques sur la santé humaine et en particulier dans la prevention du développement des maladies métaboliques. Or, la biodisponibilité de ces AGPI et leur impact métabolique pourraient être modulés par la nature chimique des molécules qui les véhiculent dans les aliments (triacylglycérols, TG ou phospholipides, PL). De plus, ces AGPI sont sensibles à la peroxydation lipidique. S’ils ne sont pas protégés de l’oxydation, ils peuvent former des espèces réactives toxiques comme le 4-hydroxy-hexénal (4-HHE). Dans ce contexte, le but de notre étude a été d’évaluer l’impact de l’enrichissement de régimes hyperlipidiques en AGPI n-3 (i) portés par des TG ou des PL et (ii) sous forme non-oxydée ou oxydée, sur l’inflammation et le stress oxydant métaboliques et d’en comprendre certains mécanismes liés à l’absorption intestinale et la réactivité du 4-HHE. D’une part, notre étude a confirmé que la consommation d’AGPI-LC n-3 empêche l’induction du stress oxydant et de l’inflammation lors d’un régime hyperlipidique chez la souris. Cependant, par rapport aux TG, les PL vecteurs d’AGPI n-3 permettent de réduire la taille des adipocytes et de stimuler le système antioxydant. D’autre part, notre étude a montré que la consommation d’AGPI n-3 oxydés de manière modérée aboutit à une élévation des concentrations plasmatiques de 4-HHE et des marqueurs inflammatoires. De plus, une activation des voies inflammatoires ainsi que du stress du réticulum endoplasmique ont été détectées au niveau de l’intestin grêle. Nos résultats in vivo et in vitro sur cellules intestinales Caco-2/TC7 indiquent que cela peut être dû en partie à une absorption au niveau intestinal du 4-HHE, produit d’oxydations des AGPI n-3. Dans le contexte du développement des aliments contenant des AGPI-LC n-3, nos résultats contribuent à identifier les structures vectrices de ces acides gras les plus efficaces du point de vue métabolique. En santé publique et en pratique clinique, nos résultats constituent une nouvelle base de réflexion pour la mise en place de bonnes pratiques de production et de conservation des aliments et des compléments nutritionnels enrichis en AGPI-LC n-3 pour éviter leur oxydation et ses possibles effets délétères. / Dietary intake of n-3 long chain (LC) polyunsaturated fatty acids (PUFA) are recommended for their beneficial effects on human health, especially to prevent the development of metabolic diseases. However, the bioavailability of these PUFAs and their metabolic impact could be modulated by their chemical carriers (triacylglycerols, TG or phospholipids, PL). In addition, these PUFA are susceptible to lipid peroxidation. If they are not protected from oxidation, they can form toxic reactive species such as 4-hydroxy-hexenal (4-HHE). In this context, the aim of our study was to evaluate the impact of enriching high-fat diets with n-3 PUFA (i) bound to TG or PL and (ii) in unoxidized or oxidized form on the generation of inflammation and oxidative stress, and to understand some underlying mechanisms associated with intestinal absorption and reactivity of 4-HHE. On the one hand, our study confirmed in mice that the consumption of n-3 PUFA protects against oxidative stress and inflammation induced by high-fat diets. However, compared to TG, n-3 PUFA in the form of PL reduce the size of adipocytes and stimulate the antioxidant system. On the other hand, our study showed that the consumption of moderately oxidized n-3 PUFA results in increased plasma concentrations of 4-HHE and of inflammatory markers. In addition, activation of inflammatory pathways as well as endoplasmic reticulum stress were detected in the small intestine. Our results in vivo and in vitro, using intestinal Caco-2/TC7 cells, indicate that this can be partly due to the intestinal absorption of the end-product of n-3 PUFA oxidation, 4-HHE. In the context of the development of foods containing LC n-3 PUFA, our results contribute to identify the most effective PUFA carriers on a metabolic standpoint. Regarding public health and clinical practice, our results provide new basis for the set up of best practices regarding production and storage of food and supplements enriched with LC n-3 PUFA to avoid their lipid oxidation and its possible deleterious effects.

Les acides gras de la série n-3 et notamment l’acide docosahexaénoïque (DHA) jouent un rôle important dans la prévention des maladies cardiovasculaires. Un de ses métabolites, la protectine DX (PDX), qui est un isomère de la protectine D1 (PD1), inhibe l’agrégation des plaquettes sanguines. D’autres composés similaires appelés "poxytrins", qui possèdent aussi un triène conjugué avec une géométrie E,Z,E, ont également été synthétisés à partir d'autres acides gras polyinsaturés (AGPI) via la lipoxygénase de soja. Ces composés présentent des propriétés anti-agrégantes en inhibant la cyclo-oxygénase plaquettaire et le récepteur du thromboxane A2. Dans cette thèse, nous décrivons de nouveaux composés dihydroxylés synthétisés par la 15-lipoxygénase de soja à partir de l’acide alpha-linolénique (18:3n-3), un acide gras polyinsaturé indispensable consommé au niveau du gramme chez l’Homme adulte. Il est converti en acides gras monohydroxylés et dihydroxylés. Ces composés ont été séparés par HPLC en phase inverse et caractérisés par GC-MS après dérivation adéquate. Un acide gras monohydroxylé, majoritaire, l’acide 13(S)-octadécatriénoïque et quatre acides gras dihydroxylés ont été détectés. Ces derniers présentent tous un spectre UV caractéristique avec une absorption maximale à 270 nm et deux épaulements à 260 et 280 nm. Les spectres UV de deux d'entre eux sont superposables à celui de la PDX, ce qui suggère une géométrie E,Z,E des doubles liaisons de leur triène. La caractérisation complète de ces composés a été réalisée par RMN à haut champ et par GC-MS. Ce sont les acides 9(R),16(S)-dihydroxy-octadéca-10E,12E,14E-triénoïque, 9(S),16(S)-dihydroxy-octadéca-10E,12E,14E-triénoïque, 9(S),16(S)-dihydroxy-octadéca-10E,12Z,14E-triénoïque et 9(R),16(S)-dihydroxy-octadéca-10E,12Z,14E-triénoïque. Ils sont également synthétisés par la 15 lipoxygénase recombinante humaine de type 2. Ces composés dihydroxylés 9,16-diHOTEs ont été testés sur les plaquettes isolées à partir du sang humain. Nous avons observé que seules les molécules ayant la géométrie E,Z,E du triène conjugué inhibent l'agrégation plaquettaire induite par le collagène et inhibent la cyclooxygénase-1 (COX-1) de mouton. Les propriétés anti-inflammatoires de ces produits ont également été étudiés. Tous les isomères 9,16-diHOTEs, possédant un triène conjugué avec une géométrie E,Z,E, inhibent la COX-2 recombinante humaine et seul l’acide 9(R),16(S)-dihydroxy-octadéca-10E,12Z,14E-triénoïques inhibe la 5-lipoxygénase des leucocytes, siège de la synthèse des leucotriènes issus de l’acide arachidonique. En conclusion, les composés dihydroxlés possédant un triène conjugué E,Z,E, issus du 18:3n-3, ainsi que la PDX, inhibent l’activité des COX-1 et 2, et seraient anti-agrégants et anti-inflammatoires. Ces résultats donnent des perspectives pharmacologiques aux recommandations nutritionnelles promouvant la consommation d’acide alpha linolénique. / N-3 fatty acids, especially docosahexaenoic acid (DHA), play an important role in the prevention of cardiovascular diseases. One metabolite of DHA, protectin DX (PDX), an isomer of protectin D1 (PD1) (Chen P et al., 2009),possesses inhibits blood platelet aggregation. Similar compounds called "poxytrins", which have a conjugated triene with a E,Z,E geometry have also been synthesized from other polyunsaturated fatty acids (PUFA) by soybean lipoxygenase. They have anti-aggregating properties by inhibiting platelet cyclooxygenase and thromboxane A2 receptor (Chen P et al., 2011). In this thesis, we describe new dihydroxy compounds synthesized by the soybean 15-lipoxygenase from alpha-linolenic acid (18:3n-3), an essential PUFA that is consumed in the gram range in human adults . It is converted into monohydroxylated and dihydroxylated derivatives. These compounds were separated by reverse phase high performance liquid chromatography (HPLC) and characterized by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) after appropriate derivatization. A main monohydroxylated fatty acid, 13(S)-octadecatrienoic acid (13(S)-OH-18:3) and four dihydroxylated fatty acids were detected. The last ones have all a characteristic UV spectrum with a maximum absorbance at 270 nm with two shoulder peaks at 260 and 280 nm. The UV spectra from two of them are superimposable to that of PDX, suggesting a E,Z,E geometry for their conjugated triene. The complete characterization of these compounds was performed by high field nuclear magnetic resonance (NMR) and by GC-MS. These are the 9(R),16(S)-dihydroxy-octadeca-10E,12E,14E-trienoic, 9(S),16(S)-dihydroxy-octadeca-10E,12E,14E-trienoic, 9(S),16(S)-dihydroxy-octadeca-10E,12Z,14E-trienoic and 9(R),16(S)-dihydroxy-octadeca-10E,12Z,14E-trienoic acids. They can also be synthesized by the (type 2) 15 human recombinant lipoxygenase. These dihydroxylated compounds (9,16-diHOTEs)were tested on isolated human blood platelets. We observed that only molecules containing a conjugated triene with a E,Z,E geometry are able to inhibit platelet aggregation induced by collagen, and inhibit sheep cyclooxygenase-1 (COX-1). The anti-inflammatory properties of these products were also studied. All 9,16-diHOTEs isomers having a conjugated triene with a E,Z,E geometry, inhibit human recombinant cyclooxygenase-2 (COX-2) and only 9(R),16(S)-dihydroxy-octadeca-10E,12Z,14E-trienoic acid inhibits polymorphonuclear leukocytes (PMN) 5-lipoxygenase which is involved in the leukotriene synthesis from arachidonic acid. In conclusion, the E,Z,E dihydroxlated compounds from 18:3n-3, as well as PDX, inhibiting the COX-1 and 2 activities appear to be anti-aggregatory and anti-inflammatory agents. These results provide pharmacological perspectives to nutritional recommendations promoting the intake of alpha-linolenic acid.