De nombreuses pathologies psychiatriques, telles que la schizophrénie, les troubles bipolaires ou la dépression majeure, bien que très différentes, ont en commun une dysfonction du système de récompense et de motivation en lien avec une altération de la transmission dopaminergique. Par ailleurs, ces pathologies s’accompagnent de modifications du métabolisme lipidique et en particulier d’une diminution des taux en acide docosahexaenoic (DHA), le principal acide gras polyinsaturé (AGPI) n-3 dans le système nerveux central. Cependant, bien que certaines études cliniques décrivent des effets bénéfiques de supplémentations en AGPI n-3 sur certains symptômes psychiatriques, ces résultats restent controversés, et l’implication de la modification du statut lipidique dans l’étiologie de ces pathologies reste très peu étudiée. Le but de ce travail a été d’établir s’il existe un lien causal entre une déficience en AGPI n-3 et certains endophénotypes neurobiologiques et comportementaux caractéristiques de pathologies psychiatriques. En particulier, nous avons fait l’hypothèse que la déficience en AGPI n-3 pourrait conduire à un dysfonctionnement de la transmission dopaminergique mésolimbique. Dans cette étude, des tâches de conditionnement opérant chez la souris nous ont permis de mettre en évidence un déficit motivationnel à l’âge adulte induit par une déficience développementale en AGPI n-3 qui est partiellement prévenu par une supplémentation en AGPI n-3 à la naissance, mais pas au sevrage. Ce déficit motivationnel s’accompagne d’une altération de la transmission dopaminergique comme le suggère la réduction de la sensibilité au psychostimulant, l’amphétamine. Plus précisément, nous avons pu montrer que la déficience en AGPI n-3 conduit à une dysfonction des propriétés électrophysiologiques des neurones épineux moyens (medium spinyneurons ou MSN) dans le noyau accumbens (NAc), population neuronale centrale pour la modulation de la motivation. En effet la carence en AGPI n-3 induit une réduction de l’excitabilité des MSNs de la voie directe (dMSNs) qui expriment le récepteur dopaminergique de type D1, associée à une augmentation de la transmission inhibitrice reçue par ces neurones. Ces modifications sont restaurées par l’application de l’agoniste des récepteurs dopaminergiques D2 (RD2), le quinpirole. Ces données nous ont amené à faire l’hypothèse que la diminution d’excitabilité des dMSNs sous déficience en AGPI n-3 résulte de l’augmentation de la transmission GABA issue des MSNs de la voie indirecte (iMSNs) exprimant le RD2. En accord avec ces résultats, par utilisation d’un transgène Cre-dépendant permettant l’expression de l’acide gras désaturase FAT1, nous démontrons que la normalisation des taux d’AGPI dans les iMSN sélectivement, est suffisante pour restaurer les propriétés électrophysiologiques des dMSNs. Par ailleurs, l’expression de la FAT1 dans les neurones exprimant le D2R – mais pas ceux exprimant le D1R - est suffisante pour normaliser le déficit motivationnel en situation de carence. Nos résultats montrent donc un lien causal entre des modifications de taux d’AGPI dans une sous-population neuronale spécifique et une altération comportementale. Par ailleurs, notre étude suggère que la diminution des taux d’AGPI décrite dans plusieurs pathologies psychiatriques pourrait directement participer à l’expression de certains symptômes tels que l’avolition ou l’apathie. / Various, though distinct psychiatric disorders, such as Schizophrenia, bipolar disorder or major depression are associated with a dysfunction of the reward system linked to an alteration of dopamine transmission. Furthermore, these pathologies are also accompanied by changes in lipid metabolism and in particular a decrease in the brain content of docosahexaenoic acid (DHA), the main n-3 polyunsaturated fatty acid (PUFA) in the nervous system. However, despite that n-3 PUFA supplementation seems to improve or prevent some psychiatric symptoms, these results are still controversial and the implication of brain lipid composition in the etiology of psychiatric endophenotypes has been overlooked. The aim of this study was to investigate a potential causal link between n-3 PUFA deficiency and common neurobiological and behavioral endophenotypes of psychiatric disorders. In particular, the hypothesis was that n-3 PUFA deficiency could lead to dysfunctions of mesolimbic dopamine transmission and associated behaviors. Using operant conditioning tasks in mice, we showed that developmental n-3 PUFA deficiency leads to a motivational deficit at adulthood, that is partially reversed by n-3 PUFA supplementation starting at birth, but not at weaning. This motivational deficit was associated with an alteration of dopaminergic transmission as revealed by the reduced sensitivity to the psychostimulant amphetamine. More precisely, we showed that n-3 PUFA deficiency leads to alterations in electrophysiological properties of medium spiny neurons (MSNs) in the nucleus accumbens (NAc), main actors in motivational processes. Indeed, MSNs from the direct pathway (dMSNs), that express dopaminergic D1 receptors, displayed a decrease in neuronal excitability in parallel with an increase of inhibitory input onto these neurons. These alterations were reversed by the dopaminergic D2 receptor (D2R) agonist quinpirole. These data led us to hypothesize that the decreased dMSN excitability induced by n-3 PUFA deficiency could result from an increase of the inhibitory input of MSNs from the indirect pathway (iMSNs that expresses D2R), called lateral inhibition. Accordingly, using a transgenic approach that allows the expression of the fatty acid desaturase FAT1 in a credependent manner, we showed that rescuing appropriate PUFA levels in D2R-expressing neurons selectively (including iMSNs), was sufficient to reverse alterations in electrophysiological properties of MSNs induced by n-3 PUFA deficiency. Moreover, the selective expression of FAT1 in D2-expressing neurons – but not in D1-expressing neurons – reversed the motivational deficit observed in n-3 PUFA deficient mice. We demonstrated the existence of a causal link between modifications in PUFA levels in a discrete neuronal population and behavioral alterations. Overall, this study suggests that altered PUFA levels, observed in some psychiatric disorders, could directly participate in the development of symptoms such as avolition or apathy.

L’obésité est associée à un état inflammatoire chronique de bas grade ainsi qu’à descomplications métaboliques secondaires telles que l’insulino-résistance, l’intolérance au glucose etla stéatose hépatique. La composition bactérienne intestinale semble tenir une place importantedans l’apparition de ces complications. Il a en effet été montré qu’une altération du microbiote parun régime obésogène était associée à une endotoxémie métabolique caractérisée par uneaugmentation des concentrations circulantes de lipopolysaccharides bactériens. Les AGPI enn-3 possèdent des propriétés anti-obésogènes et anti-inflammatoires qui pourraient passer par unemodulation du microbiote intestinal et une prévention de l’endotoxémie métabolique. Nous avonsmontré que des souris transgéniques fat-1, présentant des teneurs tissulaires en AGPI enn-3 élevées, soumises durant 18 semaines à un régime obésogène, étaient résistantes à l’obésité etaux troubles métaboliques associés. Ces animaux présentent un maintien de la fonction barrièreintestinale et une prévention de l’endotoxémie métabolique. De plus, une analyse du microbiotecaecal révèle une augmentation du phylum Akkermansia. Enfin, nous avons montré qu’un transfertde matériel fécal de souris fat-1 à des souris sauvages maintenues sous régime obésogène protègeces dernières du développement d’une obésité et des comorbidités associées. Ainsi, uneaugmentation de la teneur en Akkermansia au niveau intestinal par les AGPI en n-3, peutreprésenter une stratégie intéressante de prévention de l’obésité, ainsi que de l’insulino-résistance,l’intolérance au glucose et la stéatose hépatique qui lui sont associées. / Obesity is associated with chronic low-grade inflammatory state and secondary metabolicdisorders, such as insulin-resistance, glucose intolerance and hepatic steatosis. Gut microbiotaseems to play an important role in these obesity features. Moreover, microbiota dysbiosis has beenshown to be associated with increased systemic lipopolysaccharides levels, called metabolicendotoxemia. N-3 PUFAs are anti-obesity and anti-inflammatory molecules able to modulate gutmicrobiota and prevent metabolic endotoxemia. We showed that fat-1 transgenic mice,endogenously synthetizing n-3 PUFAs, resist to obesity development and comorbidities whensubmitted to diet-induced obesity for 18 weeks. These mice exhibit a maintained intestinal barrierfunction and a prevention of metabolic endotoxemia. Moreover, cecal microbiota analysis revealedan increase of Akkermansia phylum. Microbiota transplantation of fat-1 mice to wild type micewas shown to exert protective effects against diet-induced obesity and associated disorders. Thus,increasing gut microbiota Akkermansia population by appropriate n-3 PUFAs may represent apromising strategy to prevent obesity, insulin-resistance, glucose intolerance and hepatic steatosis.

Notre étude a montré l'implication de la déficience de PPARα dans la modulation de latranscription des gènes de l'insuline et de l'inflammation des adipocytes chez les sourisadultes C57BL/6J (WT) et PPARα-null. A jeun, les souris PPARα-null sont hypoglycémiquespar rapport aux animaux témoins WT. La concentration en insuline et l'expression de sesARNm pancréatiques, par rapport aux animaux témoins, sont diminuées chez les sourisPPARα-null, suggérant que la suppression du gène de PPARα contribuait à la faibletranscription de ces gènes. De plus, la suppression du gène de PPARα aboutit à la diminutiondes facteurs de transcription des gènes de l'insuline comme Pdx-1, Nkx6.1 et MafA. En outre,la capacité pancréatique fonctionnelle est aussi détériorée par la suppression du gène dePPARα puisque le pancréas des souris PPARα-null exprime de faibles taux de Glut2 et deglucokinase. Les souris PPARα-null expriment des taux élevés d'adiponectine et de leptinecomparées aux souris témoins. Dans les tissus adipeux, les souris PPARα-null présentent uneaugmentation de l'expression de CD14 et CD68 généralement exprimés par les macrophages.La suppression du gène de PPARα diminue, au niveau des adipocytes, l'expression de MCP-1, TNFα, IL-1β, IL-6 et RANTES, alors que l'expression de TLR-2 et de TLR-4 (récepteurspro-inflammatoires) était élevée dans les tissus adipeux. Ces résultats suggèrent qu'encondition normale, la déficience en PPARα, chez les souris est impliquée dans la modulationde la transcription des gènes de l'insuline et le statut inflammatoire du tissu adipeux.En outre, l'invalidation du gène de PPARα dans les cellules T a abouti àl'augmentation de T-bet et la diminution de GATA-3 tant aux niveaux de la protéine que del'ARNm. Comme prévu, l'acide Docosahexaénoïque (DHA) a exercé non seulement un effetinhibiteur sur la prolifération des cellules T, mais aussi a diminué la sécrétion d'IFN-γ etstimulé la sécrétion de l'IL-4 dans les deux types cellulaires. Le DHA a aussi diminué T-bet etaugmenté GATA-3 tant au niveau de la transcription qu'au niveau de la protéine. Quoique lescellules T des souris PPARα-null ont exprimé un plus fort niveau de phosphorylation de p38MAP kinase que les cellules T de WT, le DHA a diminué la phosphorylation des MAPkinases (p38 et ERK1/2) dans tous les deux les types cellulaires. Les inhibiteurspharmacologiques des MAP kinases ont aussi diminué T-bet et augmenté GATA-3 dans lescellules T. Ces résultats démontrent que le DHA, via son action sur les MAP kinases, modulel'expression des facteurs de transcription. Ces résultats expliquent aussi le mécanisme d'actionde cet acide gras sur la différenciation des cellules T dans la maladie et la santé

Au cours des dernières années, l'augmentation de la production aquacole a nécessité un changement dans la composition des aliments pour poissons, pour remplacer la farine (FP) et l’huile de poisson (HP) par des sources végétales plus disponibles. Dans ce contexte, le travail de ma thèse avait pour but d'analyser les effets d’une substitution totale et concomitante de la FP et HP par des ingrédients végétaux dans les aliments distribués pendant tout le cycle de vie de la truite arc-en-ciel, de la première alimentation jusqu’à la reproduction. Ce travail a montré pour la première fois que la truite peut survivre, se développer et avoir une descendance viable, lorsqu’elle est nourrie tout au long de son cycle de vie avec un régime 100% végétal. Un tel remplacement alimentaire a entraîné des changements radicaux dans le profil en acides gras des tissus des femelles. Cependant, nous avons constaté que la truite était capable de synthétiser des acides gras polyinsaturés à longue chaîne n-3 (AGPI-LC n-3) à partir de précurseurs présents dans l'aliment, et de stocker dans les ovules une partie de ces acides gras néosynthétisés dans le foie , permettant ainsi une reproduction efficace. Nous avons également étudié les possibles effets trans-générationnels d’une alimentation 100% végétale des géniteurs, sur la survie et la croissance de la descendance et sur sa réponse à différents régimes aux stades précoces, en nous appuyant sur des analyses du transcriptome des alevins entiers. Aucun effet significatif de l’alimentation maternelle avec des régimes à base de végétaux n’a été observé sur les descendants avant leur première alimentation, à l'exception d'un poids corporel légèrement inférieur (-13%) à celui des descendants de femelles nourries avec un aliment contenant des FP et HP. En revanche, des effets significatifs de l'alimentation maternelle sur le transcriptome des alevins sont apparus après 3 semaines d'alimentation. L'histoire nutritionnelle de la mère a affecté principalement des gènes impliqués dans la croissance/contraction musculaire et dans les métabolismes énergétique et glucidique. Quelle que soit l'origine maternelle, l’alimentation des alevins avec des aliments contenant des ingrédients végétaux conduit à une régulation positive des gènes impliqués dans le métabolisme des AA/protéines et le métabolisme du cholestérol, ainsi qu’à des changements dans l'expression des gènes impliqués dans le métabolisme glucidique. Enfin, les effets à long-terme de régimes à base de matières premières végétales chez la truite arc-en-ciel ont également été étudiés chez les juvéniles (10g) et les poissons «en croissance» (250-350g), en se focalisant principalement sur l’expression des gènes dans l’intestin et le foie. Cette étude à long-terme a mis en évidence chez les juvéniles des effets subtils sur des gènes intestinaux et hépatiques (transcriptome), avec principalement une augmentation de l’expression des gènes impliqués dans les voies de synthèse des AGPI-LC et du cholestérol chez les poissons nourris avec des régimes à base de plantes. Ces changements d’expression ont été maintenus chez les poissons «en croissance». L'expression de gènes impliqués dans le catabolisme des protéines, le métabolisme des glucides et dans le transport intracellulaire a également été modifiée par les régimes à base de plantes chez les juvéniles, mais ces résultats ne sont pas entièrement confirmés chez les poissons «en croissance». L'ensemble des résultats de cette thèse fournissent des informations originales sur l'utilisation de régimes alimentaires avec des taux de remplacement élevés de FP et d’HP pendant l'ensemble du cycle de vie des poissons, y compris les reproducteurs et les stades précoces, car la majorité des études précédentes avaient concerné la phase de grossissement. Des ajustements de la formule alimentaire sont encore nécessaires pour continuer à optimiser les performances de reproduction et la croissance des poissons d’élevage. / In the last years, the increase in aquaculture production has forced a change in fish feed composition, with increasing substitution of fish meal and fish oil by more available plant sources. In this context, the present PhD work aimed at analyzing the effects of different levels of concomitant dietary replacement of fish meal and fish oil by plant ingredients during the whole life cycle of rainbow trout (from first feeding to reproduction). This work showed for the first time that rainbow trout was able to survive, grow and produce viable offsprings, when fed a totally plant-based diet throughout the whole life cycle. Such dietary replacement resulted in drastic changes in tissues fatty acid profile of broodstock females. However, we found that trout was capable to synthetize n-3 long chain- polyunsaturated fatty acids (LC-PUFA) from dietary precursors and to transfer large amounts of these fatty acids in ova, so that an efficient reproduction can occur. We also studied the potential carry over generation effects of feeding broodstock a totally plant-based diet on progeny and their response to different diets at early stages, using molecular approaches, including the study of the whole body transcriptome. Considering the effects on progeny, the present study confirmed the capability of trout to survive and grow on a plant-based diet, but with slight differences in terms of weight. While no effects of maternal dietary background were observed before first feeding, except slightly lower body weight (-13%), significant effects on the transcriptome of whole body alevins appeared after 3 weeks of feeding. These effects of maternal nutritional history were mainly related to muscle growth/contraction and carbohydrate and energy metabolism. Irrespective of the maternal origin of progeny, first feeding diets containing plant ingredients resulted in up-regulation of genes involved in AA/protein and cholesterol metabolism, as well as in changes in the expression of genes involved in carbohydrate metabolism. Finally, the effects of long-term feeding trout plant-based diets were also studied in juveniles (10g) and ongrowing fish (250-350g), mainly focusing on intestine and liver gene expression. The long term trial in juveniles highlighted subtle effects on both intestinal and hepatic gene expression (transcriptome), mainly related to LC-PUFA and cholesterol biosynthetic pathways, which were enhanced in fish fed the plant based diets. This transcriptional pattern was maintained in ongrowing fish. Genes involved in protein catabolism, carbohydrate metabolism and trafficking were also affected by plant-based diets in juveniles, but these results were not fully confirmed in ongrowing fish. Overall, the results of the present thesis allowed extending the use of diets with high replacement rates of fish meal and fish oil to the whole life cycle of fish, including broodstock and early stages. Adjustments of the feed-formula are still needed to further optimize reproductive and growth performance.