Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdorales, 2014-2015 / Les objectifs de cette thèse étaient d’évaluer les effets d’un supplément combiné d’acide folique et de vitamine B12 sur les performances zootechniques en fermes laitières (première étude) et sur la cinétique du glucose en début de lactation (deuxième étude). Les traitements suivants ont été donnés par injections intramusculaires hebdomadaires de trois semaines avant le vêlage jusqu’à huit ou neuf semaines postpartum : pour la première étude 1) saline ou 2) acide folique et vitamine B12 et pour la deuxième étude 1) saline; 2) acide folique; 3) vitamine B12; ou 4) acide folique et vitamine B12. Pour la première étude, 805 vaches dans 15 troupeaux ont été impliquées. L’incidence de dystocie a été plus basse et la première insémination postpartum a eu lieu plus tôt pour les vaches multipares recevant le supplément que pour les vaches multipares ne le recevant pas. Le supplément n’a pas eu d’effet sur la production laitière. Toutefois, la concentration en gras du lait a diminué et celle en protéines a augmenté pour les vaches recevant le supplément. De plus, ces vaches ont perdu moins de poids corporel en début de lactation suggérant un effet du supplément sur la répartition de l’énergie. L’analyse économique a indiqué que ce supplément a été rentable pour la moitié des fermes à l’étude. Le supplément a augmenté la concentration en vitamine B12 du lait dans tous les troupeaux. Pour la deuxième étude, 24 vaches multipares ont été utilisées. Les concentrations plasmatiques de folates et de vitamine B12 des animaux témoins étaient plus élevées que ce qui a été rapporté dans la littérature. Étonnamment, le supplément d’acide folique a diminué le taux d’apparition du glucose à la neuvième semaine postpartum. L’ingestion, la concentration en glycogène hépatique et le pourcentage de glucose synthétisé provenant du propionate étaient semblables entre les traitements. Les résultats de ces études indiquent que, sous certaines circonstances, les apports d’acide folique et de vitamine B12 par la microflore du rumen semblent adéquats pour optimiser les performances des vaches. Cependant, il n’existe actuellement aucun moyen de prédire les apports en ces vitamines pour l’animal selon la ration reçue. / The objectives of this thesis were to evaluate the effects of a combined supplement of folic acid and vitamin B12 on performance in commercial dairy herds (first study) and on glucose kinetic in early lactation (second study). The following treatments were given by weekly intramuscular injections from three weeks before calving until eight or nine weeks postpartum: for the first study 1) saline or 2) folic acid and vitamin B12 and for the second study 1) saline; 2) folic acid; 3) vitamin B12 or; 4) folic acid and vitamin B12. For the first study, 805 cows in 15 herds were involved. The incidence of dystocia was lower and the first breeding postpartum occurred at an earlier time for multiparous cows receiving the vitamin supplement than for multiparous cows that did not. Vitamin supplement did not affect milk production. However, milk fat concentration decreased and milk protein concentration increased for dairy cows receiving the supplement. Moreover, these cows lost less body weight in early lactation suggesting an effect of the vitamin supplement on energy partitioning. The economic analysis showed that this supplement was profitable for half of the studied herds. The vitamin supplement increased vitamin B12 concentration in milk within each herd. For the second study, 24 multiparous cows were involved. Plasma concentrations of folates and vitamin B12 from controls were higher than previously reported in the literature. Surprisingly, the folic acid supplement decreased whole-body glucose rate of appearance at week nine postpartum. However, dry matter intake, liver glycogen concentration, and percentage of glucose synthesized from propionate were similar among treatments. Results from these two studies highlighted that, under some circumstances, supplies of folic acid and vitamin B12 from ruminal microflora seem to be adequate to optimize cow performance. However, it is not possible under the actual state of knowledge to predict supplies of these vitamins for the animal according to the diet.

L'environnement et les habitudes de vie du père peuvent avoir une incidence sur la qualité de ses spermatozoïdes. De récents rapports ont démontré que la santé des générations futures peut également être altérée lorsque la santé reproductive du père est diminuée. De nombreux polluants organiques persistants (POPs) sont des perturbateurs endocriniens présents dans l'environnement et pourraient avoir un effet sur la fertilité masculine. De plus, il a été rapporté que l'acide folique (AF) pourrait, quant à lui, améliorer la production spermatique. Considérant ces éléments, nous avons émis l'hypothèse qu'une exposition prénatale aux POPs représentatifs de l'environnement affecte la santé reproductive masculine sur plusieurs générations et que l'AF pourrait potentiellement protéger la santé reproductive du père de ces effets néfastes. L'objectif général de cette thèse est donc de déterminer si l'exposition prénatale à des POPs a des effets sur la santé reproductive et la fertilité masculine sur plusieurs générations et si, une supplémentation en acide folique avant et pendant la grossesse permet de contrer ces effets. Afin de vérifier nos hypothèses, nous avons reproduit la transmission paternelle sur plusieurs générations en utilisant un modèle animal sur quatre générations en exposant seulement les mâles de première génération pendant leur croissance fœtale. Les femelles fondatrices Sprague-Dawley F0 ont reçu un mélange de POPs représentatif de l'environnement ou de l'huile de maïs avant l'accouplement et jusqu'à parturition. Leurs régimes alimentaires contenaient également des niveaux standard ou supplémenté d'AF. Par la suite, les générations F1-F4 ont reçu les régimes alimentaires standards sans POPs ni supplémentation en AF. Les paramètres de fertilité et la santé reproductive ont été évalués chez les mâles des générations F1 à F4. Nous avons remarqué que l'exposition prénatale aux POPs a diminué la viabilité et la motilité spermatiques sur 3 générations. La qualité du sperme a été partiellement améliorée par la supplémentation en AF en F1 et F2, avec des effets protecteurs minimes en F3 et F4. La fertilité n'a pas été affectée en F1 et F2, mais les POPs ancestraux et/ou la supplémentation en AF ont induit les pires issues de grossesse générées par les pères F3 (portées F4). Nous avons observé moins de fœtus issus de lignées exposées aux POPs et la combinaison de POP et supplémentation en AF a diminué le taux de fertilité en plus d'augmenter les pertes préimplantatoires. L'exposition prénatale aux POPs semble nuire aux paramètres reproducteurs masculins. Bien que la supplémentation en AF ait amélioré de nombreux paramètres, elle n'a pas atténué certains effets des POPs sur les 4 générations à l'étude. Néanmoins, la supplémentation en AF et le développement masculin méritent une enquête plus approfondie étant donné que chez les hommes, une altération de la qualité du sperme semble de plus en plus être associée à un prédicteur précoce de la maladie dans un sens plus large. / The father's environment and lifestyle can affect the quality of his sperm. Recent reports have shown that the health of future generations can also be impaired when the reproductive health of the father is diminished. Many persistent organic pollutants (POPs) are known environmental endocrine disruptors that may affect male fertility. Folic acid (FA) has been reported to improve sperm production. Considering these elements, we hypothesized that prenatal exposure to environmentally-relevant POPs affects male reproductive health over three generations and FA could potentially protect the father's sperm from the adverse effects. The general objective of this thesis is therefore to determine whether prenatal exposure to POPs has effects on reproductive health and male fertility over several generations and whether FA supplementation before and during pregnancy counteracts these effects. Hence, we reproduced paternal transmission over generations using a four-generation animal model by exposing only the first generation of males during their fetal growth. Founder Sprague-Dawley females F0 received corn oil or a mixture of POPs representative of that observed in the environment before mating and until parturition. Their diets also contained standard or supplemented levels of FA. Subsequently, the F1-F4 generations received standard diets without POPs or FA supplementation. Fertility parameters and reproductive health were assessed in males of the F1 to F4 generations. Prenatal POPs exposure of F1 males decreased sperm viability and motility across 3 generations. Sperm quality was partly rescued by FA supplementation in F1-F2, with minimal protective effects in F3-F4. Fertility was not affected in F1 and F2, but ancestral POPs and/or FA supplementation induced poorest pregnancy outcomes of F3 fathers (F4 litters). We observed fewer fetuses from POPs-exposed lineages and the combination of ancestral POP with FA supplementation decreased fertility rate and increased the preimplantation losses. Ancestral POPs exposure harms male reproductive parameters. Although FA supplementation improved many parameters it only mitigated several POPs effects across 4 generations. Nonetheless, FA supplementation and male development merit further investigation, especially considering recent reports that, in men, impaired semen quality is an early predictor of disease.

La phosvitine du jaune d’œuf(JO) présente des propriétés techno-fonctionnelles d’intérêt. Des études récentes ont montré le transfert de l’acide folique et de la phosvitine de la granule vers le plasma du jaune d’œuf, après un traitement de pressurisation (HPH) (400 MPa/5 min). Ainsi, ce projet vise à optimiser les paramètres de pressurisation afin de déstabiliser la granule du JO et de maximiser l’extraction de la phosvitine. Une granule générée après centrifugation du JO a été pressurisée à 400et 600 MPa pendant 5et 10 min. Les granules contrôle et pressurisées ont été centrifugées de nouveau, générant une deuxième granule et un surnageant. Les profils protéiques des fractions ont été obtenus par électrophorèse sur gel de polyacrylamide en mode dénaturé et réduit (SDS-PAGE). L’empreinte massique de la bande correspondant potentiellement à la phosvitine a été analysée par spectrométrie de masse. Le contenu en minéraux et en acide folique a été obtenu par spectrométrie d'émission atomique à plasma à couplage inductif (ICP-OES) et par chromatographie liquide à haute performance (HPLC), respectivement. Les taux de purification et de concentration en phosvitine ont été calculés à partir d’analyses chromatographiques(FPLC). Les résultats générés par SDS-PAGE ont démontré une corrélation entre la sévérité du traitement HPH et l’intensité des bandes de phosvitine observées sur gel pour les plasmas pressurisés. La même tendance a été observée pour la teneur en fer et en phosphore, confirmant l’augmentation de la teneur en phosvitine, cette phosphoprotéine liant le fer dans le JO. Les taux de purification et de concentration maximaux en phosvitine dans le plasma étaient respectivement de 40,05 % et de 33,3 %, après un traitement HPH à 600 MPa pendant 10 min. Le mécanisme de transfert de la phosvitine vers le plasma et son potentiel lien avec l’acide folique devront être étudiés dans le cadre de travaux plus fondamentaux. / Phosvitin, present in egg yolk, has demonstrated interesting functional and technological properties. Recent studies have showed that high hydrostatic pressure (HHP) induced the transfer of folic acid and phosvitin from the granule to the plasma of egg yolk at 400 MPa for 5 min. This project aims to optimize the pressurization parameters and destabilization of egg yolk granule to maximize the phosvitin extraction. For that purpose, a granule generated after egg yolk centrifugation was firstly pressurized at 400 and 600 MPa during 5 and 10 min. The control and pressure-treated granules were centrifuged to generate a second precipitate and supernatant. The protein profiles of egg yolk fractions were obtained by par sodium dodecyl sulfate–polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE). The peptide mass fingerprint of phosvitin bands was obtained by mass spectrometry. The mineral and acid folic content was obtained by induction couples plasma-optic emission spectrofluorimetry (ICP-OES) and high protein liquid chromatography (HPLC), respectively. Finally, the extraction/yield rate was calculated after fast protein liquid chromatography (FPLC) analysis. Results obtained by SDS-PAGE showed that the band intensity corresponding to the phosvitin in pressured-treated plasma fractions increased according to the HHP treatment severity. This was further confirmed by an increase of iron and phosphorus content in these same fractions since phosvitin is an iron-binding phosphoprotein. The highest phosvitin concentration and purity rate were 33.3% and 40.05%, respectively at 600 MPa for 10 min. The potential mechanism resulting to the transfer of phosvitin from granule to plasma and the potential interaction of phosvitin with folic acid need further investigations.

Les polluants organiques persistants (POPs) sont très préoccupants dans les écosystèmes arctiques car ils sont résistants à la dégradation, semi-volatils et lipophiles. En raison des courants océaniques et atmosphériques naturels, l'Arctique est constamment contaminé par des POPs. Une fois dans l'Arctique, les POPs affectent non seulement la faune (par exemple les ours polaires), mais aussi la population autochtone, en particulier en raison de leur dépendance à leur régime alimentaire traditionnel. De multiples disparités de santé sont liées aux POPs, il n'est donc pas surprenant qu'il existe de grandes différences de santé entre les Canadiens autochtones et non autochtones. À l'échelle moléculaire, les POPs ont été associés à des changements épigénétiques suite à une exposition in utero et adulte. L'hérédité épigénétique paternelle a été décrite dans des cohortes humaines et des modèles animaux allant du ver à la souris. L'exposition aux contaminants environnementaux au cours des moments clés du développement a été corrélée avec des changements physiologiques chez la progéniture future qui s'étendent souvent sur plusieurs générations. Malgré ces observations, les mécanismes moléculaires sous-jacents de l'hérédité non génétique (épigénétique) restent inconnus. Ici, nous émettons l'hypothèse que l'exposition in utero à un mélange de POPs représentatif de l'environnement induit des épimutations dans la lignée germinale paternelle qui sont ensuite transmises à travers la lignée paternelle compromettant ainsi le développement embryonnaire précoce sur plusieurs générations (non) exposées. Nous émettons en outre l'hypothèse qu'une intervention nutritionnelle, utilisant une supplémentation en acide folique alimentaire (vitamine B9), atténue et / ou réduit les épimutations spermatiques induites parles POPs et les phénotypes embryonnaires précoces générationnels associés. Pour tester ces hypothèses, les rates Sprague-Dawley fondatrices (F0) ont été gavées avec un mélange de POPs représentatif de l'environnement (500 μg de BPCs plus les autres POPs / kg de poids corporel) ou de l'huile de maïs et ont reçu un régime d'acide folique 1X ou 3X représentant l'apport des aliments enrichis ± prise d'une multivitamine. Les traitements ont été administrés cinq semaines avant la reproduction et jusqu'à la mise bas. Seules les femelles fondatrices F0 ont été directement exposées au mélange de POPs et / ou au régime d'acide folique 3X. Les descendants F1-F4 suivants ont reçu un régime d'acide folique 1X. À 90 jours, les mâles F1 ont été reproduits avec des femelles non traitées pour obtenir les portées F2. Similairement, les descendants des générations F3 et F4 ont été générés. Pour chaque génération, les spermatozoïdes des mâles (âgés de 150 jours) ont été prélevés et des embryons au stade deux cellules ont été collectés des femelles. Cette thèse démontre que de multiples mécanismes épigénétiques spermatiques, à savoir les miARN, la méthylation de l'ADN et la marque d'histone H3K4me3, sont significativement affectés par l'exposition in utero aux POPs et sont partiellement sauvés par la supplémentation en acide folique de manière inter- (F1, F2) et parfois transgénérationnelle (F3, F4). Bien que la lignée paternelle F3 n'ait pas montré de paramètres spermatiques altérés, elle a produit les pires résultats de grossesse par rapport à toutes les autres générations. Ceci est particulièrement intéressant car l'expression des gènes des embryons à deux cellules F4 a révélé le plus grand nombre de gènes exprimés différentiellement en raison de tous les traitements. Ces altérations précoces du développement pourraient être le fondement de résultats phénotypiques défavorables ultérieurs. En plus de ce qui précède, dans un chapitre complémentaire, nous démontrons que l'exposition aux POPs environnementaux est associée à l'expression du gène du tissu adipeux de la mère ours polaire sauvage et de ses oursons. Ceci peut être lié à un dysfonctionnement métabolique, mettant ainsi en évidence les différences physiologiques de réponse entre les adultes et leurs petits. Les résultats de cette thèse servent de preuves pour des concepts essentiels qui ont des implications majeures pour les populations humaines et fauniques. / Paternal epigenetic inheritance has been described in human cohorts and animal models ranging from worm to mouse. Exposure to environmental contaminants during key developmental time points has been correlated with physiological changes in future offspring that oftentimes last over multiple generations. Despite these observations, the underlying molecular mechanisms of nongenetic (epigenetic) inheritance remain unknown. Persistent organic pollutants (POPs) are of great concern in Arctic ecosystems as they are resistant to degradation, semi-volatile and lipophilic. Due to naturally-occurring ocean and atmospheric currents, the Arctic is persistently contaminated with POPs. Once in the Arctic, POPs affect wildlife (e.g. polar bears) and also the Indigenous human population particularly through their reliance on the traditional diet. Multiple adverse health outcomes are related to POPs, and an increasing body of evidence showed big health discrepancies between Indigenous and non-Indigenous Canadians. On a molecular scale, POPs cause epigenetic changes following in utero and adult exposure. Here we hypothesize that in utero exposure to an environmentally-relevant Arctic POPs mixture induces epimutations in the paternal germline that are subsequently transmitted through the paternal lineage thereby compromising early-embryonic development in multiple (un)exposed generations. We further hypothesize that a nutritional intervention, using dietary folic acid (Vitamin B9) supplementation, mitigates and/or reduces the POPs induced sperm epimutations and associated generational early-embryonic phenotypes. Folic acid's potential protective role against environmental pollutants, such as BPA, DDT and air pollutants, has been demonstrated multiple times. Folic acid functions as a methyl donor in the methyl cycle, a cycle that is of high importance during prenatal development as rapid cell division and epigenetic reprogramming occur. To test these hypotheses, founder Sprague-Dawley rat dams (F0) were gavaged with an environmentally-relevant POPs mixture (500 μg PCBs plus remaining POPs/kg body weight) or corn oil and were fed a 1X or 3X folic acid diet representing intake from fortified foods ± additional supplementation. Treatments were administered five weeks before reproduction and until parturition. Only F0 founder females were directly exposed to the POPs mixture and/or 3X folic acid diet. Subsequent F1-F4 offspring received a 1X folic acid diet. At 90 days of age, F1 males were bred with untreated females to obtain F2 offspring. Likewise, F3 and F4 generation offspring were generated. For each generation, sperm were collected from males (150 days of age) and two cell embryos from females. This thesis demonstrates that multiple epigenetic mechanisms in sperm, specifically non-coding micro RNAs (miRNAs), DNA methylation and histone mark H3K4me3, are significantly affected by in utero POPs exposure and are partially restored by folic acid supplementation in an inter- (F1,F2), sometimes, transgenerational (F3, F4) manner. Although the F3 paternal lineage did not show altered sperm parameters, it did display the worst pregnancy outcomes compared to all other generations. This is particularly interesting as F4 two-cell embryo gene expression revealed the highest number of differentially expressed genes due to all treatments. These early developmental alterations could be the foundation for later adverse phenotypic outcomes. In a complementary chapter, we hypothesized that exposure to POPs differentially alters genome-wide gene transcription in the adipose tissue from mother polar bears and their cubs, highlighting molecular differences in response between adults and young. Results confirm that environmental POPs exposure is associated to wild polar bear mother and cub adipose tissue gene expression, which may be linked to metabolic dysfunction; thereby highlighting physiological differences in response between adults and their young. The outcomes of this thesis serve as essential proof-of concept that has major implications for human and wildlife populations.

Au cours du développement, les modifications du métabolisme des monocarbones liées à une malnutrition peuvent être délétères autant pour la mère que pour le nouveau-né. De plus, les conséquences à long terme d'une carence en période gestationnelle et périnatale sont mal connues, notamment en ce qui concerne les pathologies cardiaques et hépatiques. Nous avons mis en oeuvre un modèle nutritionnel de rates adultes carencées en donneurs de groupements méthyles (vitamines B12, folates et choline) avant la gestation. Ces micronutriments participent à la régulation de différentes enzymes impliquées dans le métabolisme de l'homocystéine. Afin de se placer dans un contexte de physiopathologie, proche de la situation clinique évaluée, nous avons choisi d'alimenter les rates avec un régime carencé un mois avant la mise en accouplement et de poursuivre ce régime pendant la période d'allaitement. Nous avons évalué les répercussions métaboliques et fonctionnelles du régime sur les tissus myocardique et hépatique, chez le nouveau né à 21 jours. Nous avons étudié l'effet de cette carence en groupements méthyles sur le métabolisme énergétique lipidique et sur la carnitine. Conséquences de la carence au niveau myocardique : Le régime carencé en donneurs de méthyles induit une hypertrophie cardiaque avec une augmentation de l'épaisseur du myocarde et un agrandissement des cardiomyocytes. L'étude protéomique du myocarde et l'analyse des données par bioinformatique identifient PGC-1[alpha], PPAR[alpha] et ERR[alpha] comme principaux déterminants des variations d'expression des protéines du métabolisme oxydatif mitochondrial. Nous avons observé une diminution d'expression de PPAR[alpha] et ERR[alpha] et une inactivation de PGC1[alpha] par hypométhylation et hyperacétylation, en lien avec une diminution d'expression de PRMT1 et de SIRT1 et une augmentation de SAH. Conséquences de la carence au niveau du foie : La carence s'accompagne de l'apparition d'une stéatose hépatique microvésiculaire, avec une élévation des taux tissulaires de lipides et de triglycérides. De plus, nous avons observé une augmentation des marqueurs pro inflammatoires sans augmentation des marqueurs de fibrose. A cet égard, nos résultats ont montré qu'un déficit de synthèse de carnitine, impliquée dans la bêta-oxydation et le stockage des acides gras, jouerait un rôle déterminant dans la pathogenèse de la stéatose chez le nouveau-né. Il existe également une dérégulation du métabolisme oxydatif des acides gras, avec diminution d'activité des complexes I et II de la chaîne respiratoire, qui résulte d'une hypométhylation de PGC1 et d'une diminution d'expression de PPAR[alpha], ER[alpha] et ERR[alpha]. En conclusion, nos résultats montrent que la carence maternelle en donneurs de méthyles, induit des modifications sur la fonction de PGC-1[alpha]. Ces modifications sont associées à des altérations de l'oxydation des acides gras et sur la fonction mitochondriale pendant la période néonatale, ce qui entraîne l'accumulation de lipides dans les tissus myocardique et hépatique. Le lien entre la carence en donneurs de méthyles et l'altération de la méthylation de PGC-1[alpha] modifie les activités des enzymes impliquées dans la méthylation et l'acétylation de PGC-1. Ces enzymes sont aussi liées à des modifications épigénomiques qui modulent la fonction et l'expression des protéines. Nos résultats sont en accord avec les études de population de Barker et al, qui suggèrent que la nutrition maternelle pendant les étapes précoces de la vie est corrélée avec le risque de maladies cardio-vasculaires dans la vie adulte indépendamment des autres facteurs de risque / During development, changes in carbon metabolism related to malnutrition may be deleterious for both the mother and the newborn. In addition, long-term consequences of a methyl deficiency gestational and prenatal are poorly understood. We are particularly interested in studying these effects on the heart and liver. We have used a nutritional model of adult rats deficient in methyl donors (vitamin B12, folate and choline) before pregnancy. To be placed in a context of pathophysiology, close to the clinical situation, we chose to feed the rats with a methyl deficient diet one month before mating and continue this diet during the suckling period. We evaluated the metabolic and functional effects of this diet on myocardial and hepatic tissues, in the newborn pups in 21 days old. We studied the effects of methyl deficient diet on lipid and energy metabolism and carnitine. Consequences of the deficiency at the myocardial: The diet deficient in methyl donors induces cardiac hypertrophy with an increase in myocardial thickness and enlargement of cardiomyocytes. The proteomics analysis of the bioinformatics data identifies PGC-1[alpha], ERR[alpha] and PPAR[alpha] as major determinants of changes in protein expression of mitochondrial oxidative metabolism. We observed a decreased expression of PPAR[alpha] and ERR[alpha] and an inactivation of PGC1[alpha] by hypomethylation and hyperacetylation, in conjunction with a decrease in the expression of PRMT1 and SIRT1 and increased the level of SAH. Consequences of the deficiency at liver: Deficiency is accompanied by the appearance of microvesicular hepatic steatosis, with elevated tissue levels of lipids and triglycerides. Increase of inflammation was observed in this model with no changes in fibrosis score. In this respect, our results showed a deficiency of carnitine synthesis, involved in the beta-oxidation and storage of fatty acids, play a role in the pathogenesis of hepatic steatosis in the newborn. There is also a deregulation of the oxidative metabolism of fatty acids, with decreased activity of complex I and II of the respiratory chain, resulting in hypomethylation of PGC1 and decreased expression of PPAR[alpha], ER[alpha] and ERR[alpha]. In conclusion, our results show that maternal deprivation in methyl donors impaired the function of PGC-1[alpha]. These changes are associated with alterations in fatty acid oxidation and mitochondrial function during the neonatal period, with lipid accumulation in myocardial tissue and liver. The link between the methyl donor deficiency and impaired methylation of PGC-1[alpha] alters the activities of enzymes involved in methylation and acetylation of PGC-1[alpha]. These enzymes are also associated with epigenetic changes and the function and gene expression. Our results are consistent with population studies by Barker and colleagues, who suggest that maternal nutrition during early stages of life is correlated with the risk of cardiovascular disease in adult, independent of other risk factors

Le but du présent travail était de déterminer si les effets d’une supplémentation en acide folique sur les performances de lactation étaient dus à une amélioration de la méthylnéogénèse et si l’apport en vitamine B12 pouvait interférer avec cette voie métabolique. Dans cette éventualité, la supplémentation en méthionine, une importante source de groupements méthyles préformés, devrait réduire les besoins en ces vitamines. Soixante vaches multipares recevaient soit une alimentation calculée pour couvrir 76% des besoins en méthionine (M-) soit la même alimentation supplémentée avec 18g de méthionine protégée de la dégradation ruminale (M+). À l’intérieur de chaque niveau de méthionine, les vaches recevaient soit aucun supplément vitaminique (B9-B12-), soit des injections intramusculaires hebdomadaires de 160mg d’acide folique seules (B9+B12-) ou combinées avec 10mg de vitamine B12 (B9+B12+), de 3 semaines avant jusqu’à 16 semaines après le vêlage. À 12 semaines de lactation, des cinétiques de glucose et de méthionine ont été mesurées par dilution d’isotopes en infusant du D-[U13-C]glucose, [13C]NaHCO3 et de la L-[1-13C, 2H3]méthionine à 24 vaches des traitements M-B9-B12-, M-B9+B12+, M+ B9-B12- et M+B9+B12+. Des échantillons de lait, de sang et de foie ont été collectés pour mesurer les performances de lactation, différents métabolites et l’expression génique d’enzymes clés du métabolisme énergétique et du cycle des méthylations. Parallèlement à une augmentation des concentrations en folates et en vitamine B12 dans le lait, le plasma et le foie, l’administration conjointe de ces vitamines augmentait la production laitière. Les suppléments de méthionine ont modifié l’abondance en ARNm d’enzymes clés du cycle des méthylations alors que la supplémentation en acide folique diminuait les concentrations plasmatiques d'homocystéine sans effet sur les performances des animaux. Le supplément d’acide folique et de vitamine B12 augmentait les flux corporels de glucose d’une amplitude quantitativement similaire à l’augmentation du rendement en lactose ainsi que l’expression du gène de la méthylmalonyl-CoA mutase, une enzyme essentielle pour l’entrée du propionate dans le cycle de Krebs. Les effets du supplément d'acide folique et vitamine B12 sur les performances de lactation étaient probablement dus à une augmentation de l’efficacité du métabolisme du glucose plutôt qu’à un effet sur la méthylnéogénèse. / The aim of the present study was to determine if the effects of supplementary folic acid on lactational performance were due to improved methylneogenesis and if the supply in vitamin B12 could interfere with this metabolic pathway. In this eventuality, supplementary methionine, a major source of preformed methyl groups, should reduce the requirement for these vitamins. Sixty multiparous cows were fed either a diet calculated to supply 76% of methionine requirement (M-) or the same diet supplemented with 18 g of rumen-protected methionine (M+). Within each level of methionine, cows received either no vitamin supplement (B9-B12-), weekly intramuscular injections of 160 mg of folic acid alone (B9+B12-) or combined with 10 mg of vitamin B12 (B9+B12+), from 3 wk before to 16 wk after calving. At 12 week of lactation, glucose and methionine kinetics were measured by isotope dilution using infusions of D-[U13C]glucose, [13C]NaHCO3 and L-[1-13C, 2H3]methionine on 24 cows in treatments M-B9-B12-, M-B9+B12+, M+ B9-B12- et M+B9+B12+. Milk, blood and liver samples were collected to measure lactational performance, different metabolites and gene expression of key enzymes of energy metabolism and methylation cycle. The results showed that, in parallel with an increase in folates and vitamin B12 concentrations in milk, plasma and liver, administration of folic acid and vitamin B12 together increased milk production. The supplements of methionine affected methylation cycle by acting on mRNA abundance of key enzymes of this cycle whereas supplementary folic acid decreased plasma concentrations of homocysteine without any effect on animal performance. Intramuscular injections of folic acid and vitamin B12 increased whole body flux of glucose with a similar quantitative magnitude as the observed increment in milk lactose yield. Vitamin supplements increased also gene expression of the methylmalonyl-CoA mutase, an essential enzyme for the entry of propionate in the Krebs cycle. These results indicate that the effects of the combined supplements of folic acid and vitamin B12 on lactational performance are probably due to an improved efficiency of glucose metabolism rather than an effect on methylneogenesis.

L'objectif de ce projet était de déterminer l'effet d'un supplément combiné d'acide folique (320 mg) et de vitamine B12 (10 mg) sur le développement du follicule dominant ovarien chez la vache laitière en période postpartum. Des injections intramusculaires hebdomadaires de vitamines ont été données à partir de la troisième semaine prévêlage jusqu'à la neuvième semaine postvêlage. Suite à la ponction transvaginale d'un follicule dominant, le volume de liqueur folliculaire récolté était plus grand chez les vaches ayant reçu des injections de vitamines. L'analyse de l'expression génique des cellules de la granulosa des follicules dominants (diamètre > 12 mm) menée sur la biopuce bovine d'EmbryoGENE indique que le traitement entraîne une faible expression des gènes associés au cycle cellulaire et une expression plus élevée des gènes associés à l'ovulation. Enfin, les résultats suggèrent que les cellules de la granulosa étaient plus différenciées en raison d'une probable amélioration du métabolisme énergétique au cours de la période postpartum chez les vaches traitées.

En dépit des progrès réalisés ces dernières décennies, le cancer demeure un problème majeur de santé publique. La plupart des chimiothérapies conventionnelles exploitent les propriétés cytotoxiques d'agents non sélectifs qui affectent les cellules à division rapide, qu'elles soient cancéreuses ou non, ce qui peut aboutir à une toxicité importante et de sévères effets secondaires. Pour pallier à ce problème, l'utilisation de ligands de ciblage pour délivrer spécifiquement l'agent cytotoxique aux cellules malignes tout en épargnant les tissus sains est une approche prometteuse. Parmi les différents ligands exploités, l'acide folique fait l'objet d'une attention particulière due à la surexpression préférentielle de son récepteur par de nombreux types de cellules cancéreuses. Cependant, les essais cliniques menés sur des molécules reposant sur cette stratégie indiquent que leur efficacité dépend surtout du niveau d'expression du récepteur ciblé. Dans ce contexte, j'ai développé deux approches permettant d'augmenter l'efficacité du ciblage des récepteurs à l'acide folique. D'une part, j'ai réalisé la validation biologique de nouveaux conjugués conçus pour délivrer conjointement deux agents anticancéreux. D'autre part, j'ai mis au point un traitement capable d'augmenter, in vitro et in vivo, l'expression des récepteurs à l'acide folique à la surface des cellules tumorales. Cela aboutit à l'internalisation d'une plus grande quantité de vecteur, qui se traduit in vivo, par une inhibition plus importante de la croissance tumorale, sans toxicité sur les cellules saines. / Despite significant advances obtained during the last decades, cancer is still lack of effective treatments. Indeed, most conventional chemotherapies relies on non-selective agents that kill indifferently healthy and tumor cells with high rate of division. This can lead to elevated toxicity and severe side effects. In this context, therapeutic approaches that exploit targeting ligands to selectively deliver cytotoxic drugs to malignant cells are currently promising. Among these different ligands, folate conjugates are subject to special attention due to the preferential overexpression of the folate receptor on several human cancer cell types that can mediate specific attachment and internalization of folate-derived imaging and therapeutic agents. However, clinical trials carried on such molecules revealed that their efficiency is mainly governed by folate receptor expression level on tumor cells. In this respect, I developed two approaches to increase efficacy of folate receptor targeting. On one hand, I realized biological validation of new targeting devices designed for the simultaneous delivery of two therapeutic agents. On the other hand, I developed a treatment to enhance in vitro and in vivo folate receptor expression at the surface of malignant cells. This treatment allows the internalization of a larger amount of a folic acid conjugate, previously synthesized and validated in our laboratory. That results in a drastically improvement of the in vivo tumor growth inhibition, without toxicity toward healthy cells.

Une altération du métabolisme de l'homocystéine constitue un facteur de risque pour la survenue des maladies neurodégénératives. Par ailleurs, alors que les effets délétères d'une hypoxie néonatale sévère sont bien connus, il a été récemment montré qu'un épisode hypoxique modéré exerçait une neuroprotection via une stimulation de la neurogenèse. Notre objectif fut l'étude des conséquences cérébrales d'une carence précoce en donneurs de méthyles (folates, vitamine B12) combinée ou non à une stimulation hypoxie modérée. Un modèle in vivo de rats nés de mères carencées en donneurs de méthyles fut utilisé. Il a été étudié les mécanismes impliqués dans un modèle de progéniteurs neuronaux carencés. Les résultats ont montré des atteintes de l'intégrité tissulaire et fonctionnelle de l'hippocampe et du cervelet associée à des déficits comportementaux, à différents stades de la vie chez les animaux carencés malgré le retour à une alimentation standard au sevrage. Ces perturbations sont liées aux processus épigénétiques et à l'homocystéinylation de protéines neuronales. De plus, un dimorphisme sexuel est apparu en lien avec le récepteur nucléaire ER alpha. La neurogenèse issue de l'hypoxie a engendré des conséquences bénéfiques à long terme sur le vieillissement cérébral des rats mâles, avec un maintien de l'intégrité hippocampique. Enfin, la combinaison de la carence et de l'hypoxie, a montré que le conditionnement hypoxique améliorait le devenir tissulaire et fonctionnel du cerveau des animaux carencés. Les mécanismes clés surviendraient au cours de périodes critiques de maturation des différentes structures cérébrales, soulignant l'importance des processus de la programmation foetale / The alteration of homocysteine metabolism has been shown to constitute a risk factor for neurodegenerative diseases. Furthermore, whereas deleterious effects of severe neonatal hypoxia have been well documented, it was shown that a moderate episode of hypoxia can exert a neuroprotection with neurogenesis stimulation. Our main goal was to study the consequences on the brain of an early deficiency of methyl donors (folate, vitamin B12) with or without a hypoxia-related stimulation of neurogenesis. The effects of deficiency were investigated in rats born from dams fed a deficient diet until weaning. In vitro neuroprogenitors were additionally used for the study of cell mechanisms involved. Data showed alterations of tissue integrity in the hippocampus and the cerebellum, with associated behavioural deficits at various ages, despite a return to normal diet at weaning. Brain alterations were shown to be mainly related to epigenetic mechanisms and to homocysteinylation of specific neuronal proteins. Moreover, a sexual dimorphism was depicted, with the participation of ER alpha receptor. Neurogenesis induced in germinative zones by a brief neonatal hypoxia led to long term beneficial effects on brain aging in male rats, with preserved hippocampus integrity, in terms of cell density, synaptic plasticity, and related cognitive functions. Finally, the combination of deficiency and hypoxia revealed that brain conditioning by brief neonatal hypoxia was able to improve tissular and functional brain outcome in deficient rats. The key mechanisms involved would occur at critical periods during the maturation of the various brain structures, thus highlighting the role of fetal programming.

L’objectif de cette thèse a été de synthétiser, caractériser et évaluer l’efficacité de photosensibilisateurs (PS) activables par excitation mono- et bi-photonique pour la thérapie photodynamique (PDT). Les PSs sont des dérivés de porphyrines qui ont été associés à différents composés incluants des sondes d’imagerie, des vecteurs, ou des nanoparticules, dans le but d’améliorer l’efficacité du traitement. Un PS a ainsi été relié à deux complexes de Gd(III) pour former un agent moléculaire théranostique afin de pouvoir suivre l’évolution de la PDT par imagerie par résonance magnétique (IRM). Cet agent théranostique conserve les bonnes propriétés photophysiques du PS et sa relaxivité remarquable permet l’imagerie à des concentrations plus faibles que les agents de contraste commerciaux. L’association d’un PS avec un vecteur, l’acide folique ou la biotine, a permis d’augmenter la sélectivité envers les cellules cancéreuses. L’augmentation de la phototoxicité envers des cellules HeLa pour ces deux PSs par rapport au PS non vectorisé montre le potentiel de ces deux PSs vectorisés pour la PDT par excitation mono et bi-photonique. Enfin, plusieurs PS ont été liés ou incorporés dans des cubosomes pour améliorer leur biodistribution et leurs phototoxicités ont été étudiées. Ces études montrent pour la première fois la possibilité d’utiliser des cubosomes comme formulation pour les PSs. / The aim of this thesis was to synthesize, characterize and evaluate the efficiency of new photosensitizers (PS) for Photodynamic Therapy (PDT) activated by a one- or two-photon absorption. Theses PSs are composed of π-extended porphyrins linked to imaging probes, targeting moieties or nanoparticles to improve the treatment efficiency. A PS was linked to two Gd(III) complexes to form a molecular theranostic agent allowing the monitoring of the PDT outcome by Magnetic Resonance Imaging (MRI). This molecular theranostic agent retains the good photophysical properties of the PS and its high relaxivity allows the imaging at a lower concentration than the commercial contrast agents. In order to increase the selectivity towards cancer cells a PS was linked to folic acid or biotin, two targeting compounds. The increase of the phototoxicity towards HeLa cells of these two targeted PSs compared to a non-targeted PS reveals the potential for one- and two-photon PDT. Finally, several PSs have been linked to cubosomes to increase the biodistribution and their phototoxicity has been investigated. This study shows for the first time that cubosomes can be used as a formulation for PSs.