L’accumulation de biopolymère de réserve (PolyHydroxyAlcanoates ou PHA) par la souche Cupriavidus necator, à partir de substrats de type acides gras volatils (acide butyrique, acide propionique et acide acétique) a été étudiée. Elle est induite par une limitation phosphore. Les performances atteintes lors des cultures se situent parmi les meilleures de la littérature pour ce type de substrat : jusqu’à 66 g.L-1 de biomasse totale avec un pourcentage d’accumulation massique de 88% en PHB –PolyHydroxyButyrate- ou en PHB-co-HV -PolyHydroxyButyrate-co-HydroxyValerate- comportant jusqu’à 52% de motifs d’HV.Pour chaque source carbonée, une caractérisation cinétique et stœchiométrique de la souche a été réalisée en l’absence d’effets inhibiteurs dus aux substrats acides grâce à des cultures de type Fed-Batch avec des apports non limitants et non inhibiteurs en carbone. Il a été dégagé :- un taux de croissance maximal de la souche de 0,33 h-1 pour les trois acides étudiés- une relation entre vitesse spécifique de production de PHA et taux de croissance fixée par la disponibilité et les flux de production de NADPH2 avec un découplage inverse pour les taux de croissance supérieurs à 0,05 h-1 et un couplage partiel pour les taux de croissance inférieurs- un optimum de 0,35 Cmole.Cmole-1.h-1, associé à un taux de croissance de l’ordre de 0,05 h-1.- une amélioration de la production de PHB en termes de vitesses spécifiques mais également en termes de rendements si une faible croissance résiduelle est maintenueLa réponse de la souche à un excès de substrat acide a été caractérisée via l’étude de régimes transitoires induits par des pulses sur des cultures continues préalablement stabilisées en régime permanent. Il a été montré qu’en excès de phosphore, face à un brusque excès de substrat, la souche est incapable d’adapter rapidement son taux de croissance. L’excès est donc dirigé vers la production de PHA dont les voies sont plus rapidement mobilisables. En conditions limitantes de phosphore, le substrat excédentaire est utilisé pour la production de PHA. L’inhibition par les acides se traduit par une diminution des capacités de biosynthèse de la biomasse et des PHA entrainant une réduction de l’assimilation du carbone puis une diminution des rendements de conversion. D’autre part la sensibilité d’un système continu à un excès de substrat dépend du point de fonctionnement choisi : plus il est optimal en termes de vitesse, moins le système est robuste. L’acide propionique est très inhibiteur comparé aux autres acides étudiés (dès 3-4 mM contre 30-40 mM). Il n’agit pas simplement via une accumulation excessive dans le cytoplasme mais il exerce également une inhibition spécifique des voies métaboliques.Un antagonisme entre les substrats (acide acétique et butyrique) a été constaté et expliqué grâce à une analyse des flux métaboliques. L’acide acétique est assimilé préférentiellement pour produire la biomasse, l’énergie et les cofacteurs nécessaires à la production de PHA, alors que l’acide butyrique est utilisé pour la synthèse de PHB. La proportion maximale d’acide acétique admise dans l’alimentation en fonction des conditions fixées en régime permanent est calculée et peut être limitée à 40% du carbone.Enfin il a été déterminé que si une croissance résiduelle est assurée grâce à un apport en phosphore, le pourcentage maximal d’HV dans le polymère dépend du taux d’acide propionique dans l’alimentation et ne peux dépasser 33 ± 5% sur acide propionique pur. Par contre, si aucune croissance résiduelle n’est assurée, il est possible de convertir l’acide propionique en motifs d’HV uniquement / Reserve Biopolymer (PolyHydroxyAlkanoates or PHA) accumulation by the strain Cupriavidus necator, from Volatile Fatty Acids (VFA, like butyric acid, propionic acid and acetic acid) was investigated. This production is induced by a phosphorus limitation. For this type of substrates, performances reached during cultures are among the best listed in the literature: up to 66 g.L-1 of total biomass with 88% (w/w) of PHB –PolyHydroxyButyrate- or PHB-co-HV -PolyHydroxyButyrate-co-HydroxyValerate- with a HV content up to 52 Mole%.For each carbon source, kinetic and stoechiometric characterization has been carried out thanks to Fed-Batch cultures with non-limiting and non-inhibitory carbon feed. It has been established:- a maximal growth rate of 0,33 h-1 for the three acid investigated- a relationship between specific PHA production rate and growth rate which is set by the availability and production flux of NADPH2. For growth rate above 0,05 h-1, there is an inverse coupling. For growth rate under 0,05 h-1, there is a partial coupling.- an optimum of 0,35 Cmole.Cmole-1.h-1 is associated with a growth rate of 0,05 h-1.- if a low residual growth rate is maintained, an improvement of PHB production is recorded in terms of specific production rate and yieldsThe response of the strain to an excess of acid substrate was characterized through the investigation of transient state induced by pulsed addition of substrate during continuous cultures stabilized in steady state. It was shown that in excess of phosphorus, when there is a substrate excess, the strain is unable to quickly adapt its growth rate, so the excess is directed to PHA production whose ways seem to be more easily mobilized. Under phosphorus limitation, an excess of substrate is used for PHA production. Acid inhibition results in a decrease in biomass and PHA production capacity which leads to a decrease in carbon assimilation and conversion yields. The sensitivity of a continuous system to an excess of substrate depends on the chosen operating point: the more it is optimal in terms of specific production rate, the less the system is robust. Propionic acid is highly inhibitory compared to the other acids studied (from 3-4 mM versus 30-40 mM). It does not act only via an excessive accumulation in the cytoplasm but also exerts a specific inhibition of metabolic pathways.An antagonism between substrates (acetic and butyric acid) has been established and explained thanks to the Metabolic Flux Analysis. Acetic acid is preferentially used to produce biomass, energy and cofactors for PHA synthesis, whereas butyric acid is used to product PHB. According to the conditions set during steady state, maximal content of acetic acid admitted in the feed can be calculated. It can be limited to 40% of the carbon in the feed.Finally if a growth rate is maintained thanks to a phosphorus supply, the maximal HV content in polymer is function of propionic acid in the feed and cannot exceed 33 ± 5 Mole% on pure propionic acid. Conversely, if there is no residual growth, a total conversion of propionic acid into HV is allowed

Dans l'alimentation des pays industrialisés, l'apport en protéines est bien supérieur à l'apport nutritionnel conseillé (ANC). De plus, cet apport peut être encore supérieur lors de la consommation de régimes riches en protéines utilisés à des fins de perte de poids par des personnes obèses ou en surpoids. Cependant, les conséquences des régimes riches en protéines au niveau de l'écosystème du gros intestin sont encore très mal connues. Dans la première partie de cette thèse, nous avons étudié l'impact d'un régime hyperprotéique sur le microbiote, le contenu endoluminal du gros intestin et le métabolisme des colonocytes. Les rats ont consommé pendant 15 jours soit un régime hyperprotéique (53% de protéines) soit un régime normoprotéique (14% de protéines). Nous avons observé que le régime hyperprotéique réduit la quantité des groupes bactériens majeurs comme Clostridium coccoides et Clostridium leptum, ainsi que Faecalibacterium prausnitzii dans le microbiote du gros intestin avec conjointement des modifications sur sa biodiversité. En même temps, les quantités des produits finaux de la fermentation des acides aminés par le microbiote, les acides gras à chaîne courte (AGCC) et les acides gras à chaîne branchée sont fortement augmentées. Cependant, l'expression des transporteurs des acides monocarboxyliques et l'oxydation du butyrate par les colonocytes ne sont pas modifiés en lien avec des modifications mineures des concentrations en AGCC dues à une augmentation des contenus du gros intestin après l'ingestion du régime hyperprotéique. Il en résulte une augmentation de l'excrétion des AGCC dans les fèces. Ces phénomènes permettraient une homéostasie du métabolisme du butyrate dans les colonocytes, en lien avec le rôle crucial de cet AGCC sur l'épithélium du côlon. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous avons testé l'effet d'un mélange d'acides aminés (Thr, Met et Glu) sur la cicatrisation de la muqueuse colique après une colite induite par le DSS (dextran sodium sulfate) ; un modèle d'étude des maladies inflammatoires intestinales souvent utilisé. Une optimisation de la cicatrisation de la muqueuse intestinale émerge comme une cible thérapeutique, dans la prise en charge de ces maladies. La colite a été induite chez le rat avec 5% (w/v) de DSS pendant 6 jours, puis, à l'arrêt du traitement DSS, les animaux ont soit reçu le mélange d'acides aminé soit l'Ala comme témoin iso-azoté, pendant 3, 7 et 10 jours. Nous avons observé que 10 jours de complément en mélange d'acides aminés améliorent la cicatrisation post-colite, avec des modifications sur le taux de synthèse protéique dans la muqueuse colique, sans toutefois modifier la résolution de l'inflammation. Nos résultats suggèrent que l'utilisation des mélanges d'acides aminés améliore la cicatrisation de la muqueuse colique après colite chimio-induite. / In industrialized countries, protein intake is largely higher than the recommended dietary allowance (RDA). Furthermore, high protein diets are used for their slimming effect by obese or overweight people. However, little is known regarding to the consequences of a high protein diet on the large intestinal ecosystem. We thus study the influence of a high protein diet on the microbiota, on the endoluminal composition of the large intestine and on the butyrate metabolism by isolated colonocytes. Rats received during 15 days either a high protein diet (53% of proteins) or a normo protein diet (14% of proteins). We observed that the quantity of major bacterial groups Clostridium coccoides and Clostridium leptum, but also Faecalibacterium prausnitzii was reduced in the microbiota of the large intestine together with modifications of its biodiversity. In the same time, the quantities of short-chain fatty acids (SCFA) and branched-chain fatty acids, final products of bacterial fermentation of amino acids, were increased. However, the expression of monocarboxylic acid transporters and butyrate oxidation in colonocytes remained unchanged, in association with minor changes of the SCFA concentrations due to marked increase of the weight of the large intestine content. We then observed an increase in the amount of SCFA in the feces. These phenomena would allow homeostatic metabolism of butyrate in colonocytes, in relationship with its crucial role on the colonic epitheliumIn. In the second part of this thesis, we have tested the effects of a mixture of amino acids (Thr, Met and Glu) on the colonic mucosa healing after colitis induced by DSS (dextran sodium sulphate); a model to study intestinal inflammatory bowel diseases largely used. Optimization of intestinal mucosa healing is more and more considered as a therapeutic goal. Colitis was induced in rats by 5% (w/v) DSS during 6 days, then at the end of the treatment with DSS, animals received either the amino acid mixture or Ala as iso-nitrogenous control, during 3, 7 or 10 days. We observed that 10 days amino acid mixture supplementation was able to improve the colonic mucosal healing, with modification of the protein synthesis rate, without however changes in the resolution of inflammation. Our results suggest that the supplementation with the amino acid mixture improve the mucosal healing after experimental colitis.

O. oeni est une bactérie lactique responsable de la fermentation malolactique des vins. Un des mécanismes impliqués dans la survie de O. oeni dans ce milieu requière la synthèse de la protéine de stress de faible masse moléculaire (sHsp) Lo18. Cette sHsp exerce une activité de chaperon sur des substrats protéiques et lipidiques.Des variations de pH (5 à 9) ont permis de moduler l’oligomérisation de Lo18 in vitro et de démontrer que sa plasticité oligomérique est un élément clé pour ses activités. Des observations de la sHsp par microscopie électronique ont montré que Lo18 s’organise à pH 5 en un 16-mère composé de deux anneaux superposés ayant comme structure de base probable un dimère.La réponse adaptative de O. oeni a également été caractérisée suite à des stress fluidifiant sa membrane plasmique. Une étude transcriptomique a révélé une augmentation du taux de transcrits pour des gènes dont les produits interviennent dans la biosynthèse des acides gras membranaires saturés et insaturés lors d’un stress à l’alcool benzylique. Des approches physiologique, moléculaire et structurale ont permis de proposer un modèle décrivant l’action chronologique de Lo18 en lien avec ses deux activités de chaperon en réponse à un stress éthanol. Dès l’application du stress, Lo18 est fortement synthétisée et agit préférentiellement à la membrane sous une forme quaternaire simplifiée. O. oeni modifie alors sa composition en acides gras membranaires, affectant ainsi l’affinité de Lo18 pour la membrane ainsi que ses activités.Les résultats obtenus permettent non seulement, de mieux comprendre le fonctionnement et le rôle de Lo18 dans la réponse au stress de O. oeni mais aussi de mettre en exergue les mécanismes d’adaptation préservant l’intégrité de sa membrane cellulaire, élément essentiel dans la survie et la performance des ferments malolactiques dans le vin / Oenococcus oeni is a lactic acid bacterium which is able to perform malolactic fermentation in wine. The synthesis of the small heat-shock protein (sHsp) Lo18 is one of the mechanisms involved in O. oeni survival in wine. Lo18 possess a chaperone activity on both protein and lipid substrates. pH variations in the range 5-9 were used to modulated Lo18 oligomerization in vitro and indicated that oligomer plasticity is essential for its activities. Electron microscopy studies showed that Lo18 is organised in a double-ring of stacked octamers to form a 16-mer structure at pH 5. The dimer observed at basic pH is thought to be the building block leading to oligomerization.The adaptive response of O. oeni to stress fluidizing its cytoplasmic membrane was also investigated. A transcriptomic study indicated an increase of the transcript level of genes involved in biosynthesis of saturated and unsaturated membrane fatty acids during benzylalcohol stress. On the basis of physiological, molecular and structural approaches, a model describing the first steps of O. oeni response to ethanol stress was proposed. In the early steps of the stress, Lo18 is synthesised and addressed to the membrane under a simplified structure. During the course of adaptation to the presence of ethanol, changes of the phospholipids content occur. This affects Lo18 activities and its affinity for O. oeni membrane.The results allow us to better understand the activities and the role of Lo18 in stress response of O. oeni and highlight the mechanisms involved in the maintenance of membrane integrity, a crucial event for malolactic starter performance in wine

L’obésité s’accompagne de pathologies comme le diabète de type 2 et les maladies cardiovasculaires, liées à des dérégulations métaboliques et endocriniennes du tissu adipeux blanc (TAB). Au cours du vieillissement, la perte de masse musculaire peut être associée à l’obésité et définit le concept d’obésité sarcopénique. Les traitements mis en œuvre pour contrecarrer ces pathologies n’ont qu’un succès très partiel. Il est donc opportun de développer des stratégies alternatives originales qui pourraient aboutir à des thérapeutiques ciblées. Notre équipe étudie les régulations métaboliques du TAB, source majeure de stockage de l’énergie de l’organisme. Les triglycérides stockés sont libérés à jeun grâce à la lipolyse qui libère les acides gras non-estérifiés (AGNE) et le glycérol dans le sang, comme source d’énergie des autres tissus. En plus de la β-oxydation des AGNE, leur ré-estérification partielle intervient pour limiter leur libération lors de la lipolyse. La glycéronéogenèse est nécessaire à la ré-estérification en situation de jeûne. Des études préalables ont montré que l'administration de citrulline (CIT) pendant trois mois à des rats vieillissants induit une diminution d’environ 40% de la masse viscérale du TAB. Cet acide aminé non protéique est un complément alimentaire donné au cours du vieillissement ou à des sportifs pour augmenter la masse musculaire. Nous avons étudié les effets de la CIT sur des cultures d’explants de TAB de rats. Dans la première partie de ce travail, nous montrons que la CIT a un effet direct lipolytique et anti-glycéronéogénique sur les explants des rats qu’ils soient jeunes ou âgés. Cependant, la libération des AGNE du TAB des rats jeunes est limitée par une augmentation de la capacité oxydative du tissu. Avec l’âge, la masse du TAB augmente en parallèle à l’augmentation d’un état pro-inflammatoire. Afin de comprendre l’influence de ces deux paramètres indépendamment de l’âge, nous avons étudié dans la deuxième partie de ce travail, les effets de la CIT sur les explants de TAB de rats jeunes soumis à un régime contrôle (CD) ou hyperlipidique (HFD). Nous observons une augmentation, induite par la CIT, de la lipolyse et de la capacité ß-oxydative du TAB des rats quel que soit le régime, alors que la glycéronéogenèse est diminuée. Toutefois, les AGNE sont sélectivement libérés par le TAB de rats HFD, en relation avec une réduction drastique de leur ré-estérification. Le NO est un médiateur de ces effets. Dans une troisième partie, nous démontrons que la CIT agit directement sur le TAB de rats CD et HFD pour induire l'expression de la protéine découplante, UCP1, en lien avec le « brunissement » potentiel du TAB par cet acide aminé. Ces effets ne sont pas observés au sein du TAB des rats âgés. L’ensemble de nos résultats établit les bases pour de futures investigations visant à élucider les mécanismes par lesquels la CIT réduit la masse adipeuse et ouvre de nouvelles perspectives thérapeutiques pour lutter contre le surpoids et l’obésité sarcopénique. / Obesity is frequently associated with type 2 diabetes and cardiovascular diseases, related to metabolic and endocrine dysregulation of white adipose tissue (WAT). During aging, the loss of muscle mass may be associated with obesity and defines the concept of sarcopenic obesity. Treatments implemented to counteract these conditions showed a very partial success. It is therefore appropriate to develop original alternative strategies that could lead to targeted therapies. Our team studies the metabolic regulation of WAT, the major source of energy storage in the body. Non-esterified fatty acids (NEFA) and glycerol are released in the blood from stored triglycerides through lipolysis and used as a source of energy for other tissues. In addition to their β-oxidation, NEFA are re-esterified in part, a process that limits their release in the blood. Glyceroneogenesis is the pathway necessary to NEFA re-esterification in the fasting state. Previous studies showed that administration of citrulline (CIT) for three months to aging rats induced a decrease of approximately 40% of the visceral WAT mass. This non-protein amino acid is given as a dietary supplement during aging or sports to increase muscle mass. We studied the effects of CIT on explant cultures of rat WAT. In the first part of this work, we show that CIT exerts a direct lipolytic and anti-glyceroneogenic effect on explants from rats whether young or old. However, the release of NEFA from the explants of young rats is limited by an increase in the oxidative capacity of the tissue. During aging, WAT mass augments in parallel to the increase in a pro-inflammatory state. To understand the influence of these two parameters regardless of age, we studied in the second part of this work, the effects of CIT on WAT explants from young rats fed a control (CD) or high fat (HFD) diet. We show an CIT-induced increase in lipolysis and beta-oxidative capacity of WAT from rats whatever the diet, while glyceroneogenesis is reduced. However, NEFA are selectively released from WAT of HFD rats, in connection with a drastic reduction of their re-esterification. NO is a mediator of these effects. In the third part of this work, we show that CIT acts directly on WAT from CD and HFD rats to induce the expression of uncoupling protein, UCP1, in line with the potential "browning" of WAT by this amino acid. These effects were not observed in explants from old rats. Altogether our results establish the basis for future investigations aimed at elucidating the mechanisms by which CIT reduces body fat and open new therapeutic perspectives to fight overweight and sarcopenic obesity.

Les lagunes côtières sont des écosystèmes semi-fermés à l'interface de la terre et des océans et sous l'influence de ces deux compartiments. De par ces caractéristiques, elles sont soumises à de fortes variations spatiales et saisonnières de leurs ressources trophiques. De par leur nature fermée et peu profonde, elles vont amplifier la force des processus qui conditionnent la disponibilité des ressources alimentaires et par conséquent l'écophysiologie des organismes benthiques qui composent les assemblages associés. Ce travail de thèse se propose de caractériser l'écophysiologie trophique de deux espèces de bivalves filtreurs (Nodipecten subnodosus et Spondylus crassisquama) au sein d'une lagune du Pacifique Nord-est (Basse Californie, Mexique). Une approche mufti-tissus et multi-traceurs (isotopes stables, acides gras, stérols et analyse isotopique sur acides gras) a été adoptée afin de pouvoir caractériser l'écologie trophique des espèces, mais aussi leurs régulations physiologiques face aux variations environnementales. Deux facteurs clés se sont révélés largement explicatifs de la variabilité spatio-temporelle observée dans le régime alimentaire : la période (hiver vs été) et la localisation dans la lagune par rapport à l'embouchure. L'importance des apports de phytoplancton océanique a été démontrée dans l'ensemble de la lagune, avec une contribution plus importante de diatomées océaniques notamment en période estivale pour les individus à proximité de l'embouchure. Par ailleurs, les bivalves en fond de lagune semblaient davantage dépendre de la matière organique locale, en particulier issue du recyclage bactérien, voire de la production des herbiers de phanérogames. Ces contrastes spatiaux se reflétaient également dans la composition des membranes cellulaires, mettant en évidence les interactions entre apports trophiques et régulations métaboliques des compositions en acides gras chez ces deux bivalves. Cette thèse présente une approche intégrée dédiée à la compréhension des variations spatiales et saisonnières des ressources trophiques d'un écosystème lagunaire, ainsi que leurs répercutions trophiques et physiologiques sur les assemblages benthiques. / Coastal lagoons are semi-enclosed ecosystems at the interface between land and ocean and under the influence of these two compartments. Owing to these characteristics these ecosystems are submitted to spatial and seasonal variations in their trophic resources. Because of their enclosed and shallow nature, lagoons amplify the intensity of processes conditioning the availability of food resources and consequently the ecophysiology of the benthic organisms which compose associated assemblages. This thesis aims to characterize the trophic ecophysiology of two species of suspension feeding bivalves (Nodipecten subnodosus and Spondylus crussisquomo) within a lagoon of Northeast Pacific (Baja California, Mexico). A mufti-tissue and multi-tracer approach (stable isotopes, fatty acids, sterols, and isotope analysis on fatty acids) was used in order to characterise the trophic ecology of both species, as well as their physiological regulations against environmental variations. Two key factors have been found to explain the observed spatio-temporal variability: the period (winter vs summer), and the location in the lagoon with respect to the distance from the mouth. The importance of oceanic phytoplankton inputs has been highlighted throughout the lagoon, with a greater contribution of oceanic diatoms particularly during the summer period for individuals near the mouth. Bivalves from the inner lagoon seemed more dependent of local organic matter, in particular resulting from bacterial recycling, or even from the production of eelgrass. These spatial contrasts were also reflected in the composition of cell membranes, highlighting the interactions between trophic contributions and metabolic regulation of fatty acid composition in both bivalves. This thesis presents an integrated approach to understand spatial and seasonal variations of the trophic resources of a lagoon ecosystem, as well as their trophic and physiological repercussions on benthic assemblages.

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 données de la littérature rapportent la supériorité de la chirurgie bariatrique sur le traitement médical optimisé concernant la perte pondérale et l'amélioration du diabète de type 2. Les facteurs prédictifs de bons résultats en terme pondéral et métabolique restent encore méconnus et des échecs sont constatés. Le phénotypage de l'obésité et de son retentissement métabolique semble essentiel afin d'adapter la procédure chirurgicale au cas par cas et améliorer les résultats. Dans ce travail de thèse, par une approche clinique, nous avons cherché à identifier les facteurs prédictifs d'amélioration des paramètres métaboliques et de succès pondéral après chirurgie bariatrique. Nous avons démontré le rôle majeur de la perte de poids après chirurgie dans l'amélioration du métabolisme glucidique et des paramètres métaboliques. Nous avons également montré l'impact positif de la masse musculaire initiale sur la perte pondérale, facteur également déterminant dans le contrôle du métabolisme glucidique. Les marqueurs du dysfonctionnement cellulaire Beta sont également apparus déterminants pour prédire la rémission du diabète de type 2 après chirurgie. Ainsi, l'efficacité de la chirurgie dans le contrôle du syndrome métabolique, au-delà de la technique opératoire, apparaît très dépendante de la perte de poids mais aussi du terrain, confirmant l'importance du phénotypage de l'obésité en préopératoire. Par une approche expérimentale, nous avons cherché à identifier l'impact du tissu adipeux sur les organes sièges de l'insulino-résistance (muscle et foie) impliqués dans le syndrome métabolique. La constitution de la tissuthèque DioMede et l'obtention de milieux conditionnés de tissu adipeux nous ont permis d'étudier l'impact des sécrétions de ce tissu sur les tissus insulino-sensibles en se rapprochant des conditions physiologiques. Nous avons identifié un effet direct du tissu adipeux sur le métabolisme musculaire des acides gras (AG) par la régulation négative du facteur de transcription SREBP-1c. Nos résultats identifient les acides gras insaturés comme les médiateurs de l'inhibition de SREBP-1, conduisant à une diminution de la lipogenèse par l'intermédiaire des gènes cibles de ce facteur de transcription. La composition et les proportions respectives d'AG mono ou poly insaturés et d'AG saturés dans le tissu adipeux, leur niveau de sécrétion, et leur taux circulant apparaissent donc déterminants dans la régulation de la lipogenèse des tissus insulino-sensibles (foie et muscle), et pourraient être un marqueur des obésités avec désordres métaboliques / Literature data reported the superiority of bariatric surgery on optimized medical treatment concerning weight loss outcomes and improvement of type 2 diabetes. Predictive factors of good weight loss results and metabolic control are still unrecognized and failures are recorded. Phenotyping obesity and its metabolic consequences seem essential to tailor the surgical procedure to each patient and to improve the outcomes. In this work, by a clinical approach, we have tried to identify predictive factors of metabolic control and weight loss after bariatric surgery. We have demonstrated the major role of weight loss to achieve glucose homeostasis and metabolic control. We have also reported the positive impact of initial Fat Free Mass on weight loss outcomes and glucose metabolism control. Beta cell dysfunction markers appeared to also have a major impact on Type 2 Diabetes remission after surgery. Thus, the efficacy of surgery on metabolic control, beyond the surgical technique, seems highly related to weight loss and patients history, which underlines the importance of phenotyping obesity before surgery. By an experimental approach, we have tried to identify the impact of adipose tissue on muscle and liver, organs that are involved in the metabolic syndrome. By means of a tissue collection (Diomede) and the use of conditioned media of adipose tissue, we studied the impact of adipose tissue secretions on insulin sensitive tissues, close to physiological conditions. We found a direct effect of adipose tissue on fatty acid metabolism in muscle through SREBP-1c down regulation. Unsaturated Fatty Acids were identified as the mediators of SREBP-1 inhibition, leading to a decrease in lipogenesis through target genes of this transcriptional factor. The composition and the respective proportion of mono or poly unsaturated fatty acids and saturated fatty acids in adipose tissue, their level of secretion, and their circulation rate appear to be determinant in lipogenesis regulation in insuline sensitive tissues (muscle and liver), and could be markers of metabolic disorders in obese patients

Le diabète de type 2 (DT2) est associé à un risque athéro-thrombotique élevé, en partie dû à l'hyperactivation plaquettaire et aux dyslipoprotéinémies. Les lipoprotéines de haute densité (HDL) possèdent des propriétés anti-athérogènes et subissent des modifications glycoxydatives lors du DT2. Notre objectif a été de déterminer les effets d'HDL glycoxydées in vitro ou de DT2 sur les plaquettes sanguines humaines et de déterminer leur contenu en lipides oxydés. Les HDL glycoxydées possèdent des proportions moindres d'acides linoléique et arachidonique dans les phospholipides (PL) et esters de cholestérol, des concentrations plus élevées de dialdéhyde malonique et des principaux acides gras hydroxylés (AGOH) dont les 9-HODE, 13- HODE et 15-HETE dans toutes les classes lipidiques, en particulier dans les PL ainsi que des concentrations très faibles de vitamine E comparativement aux HDL contrôles. Les HDL glycoxydées in vitro et de patients DT2 inhibent de façon dose-dépendante l'agrégation plaquettaire induite par le collagène via le récepteur SR-BI. Ces HDL glycoxydées diminuent la phosphorylation des p38 MAPK et cPLA2 plaquettaires. D'autre part, des HDL contrôles enrichies avec le PC(16:0/13-HODE) inhibent fortement l'agrégation comparativement aux HDL contrôles. De plus, les effets des sous-classes d'HDL, HDL 2 & 3, de DT2 et de témoins ont été testés sur l'agrégation plaquettaire. Les HDL2 de DT2 possèdent des concentrations d'AGOH plus élevées que les HDL3 de DT2 et tendent à inhiber plus l'agrégation plaquettaire. En conclusion, nos résultats montrent que les HDL glycoxydées de patients diabétiques ne perdent pas leurs propriétés anti-agrégantes, qui pourraient être médiées par certaines PL oxydés / Type 2 diabetes (T2D) is associated with a high athero-thrombotic risk, partly due to platelet hyperactivation and dyslipoproteinemia. High-density lipoproteins (HDL) possess antiatherogenic properties and undergo glycoxidation changes in T2D. Our objective was to determine the effects of glycoxidized HDL in vitro or from T2D patients on human blood platelets and to identify their oxidized lipid species. Compared to control HDL, glycoxidized HDL have lower proportions of linoleic and arachidonic acids in phospholipids (PL) and cholesteryl esters, higher concentrations of malondialdehyde and main hydroxylated fatty acid (HOFA) including 9-HODE, 13-HODE and 15-HETE in all lipid classes, especially in PL, and very low concentrations of vitamin E. In vitro glycoxidized and T2D HDL dose-dependently inhibit platelet aggregation induced by collagen via the SR-BI receptor. Glycoxidized HDL decrease the phosphorylation of platelet p38 MAPK and cPLA2. On the other hand, control HDL enriched with oxidized phospholipids i.e. PC(16:0/13-HODE) strongly inhibit platelet aggregation compared to controls. Moreover, the effects of HDL subclasses, HDL 2 & 3, from T2D patients and healthy controls were tested on platelet aggregation. T2D HDL2 have higher concentrations of HOFA than T2D HDL3 and tend to inhibit platelet aggregation to a greater extent. In conclusion, our results show that T2D glycoxidized HDL do not lose their anti-aggregatingproperties and are even more effective than control HDL. These anti-aggregatory effects could be partly due to some oxidized PL species

La spectroscopie RMN 2D du deutérium en abondance naturelle (DAN) en utilisant les cristaux liquides chiraux comme solvant de RMN est une méthodologie efficace pour deux raisons: i) l’interaction quadrupolaire (interaction RMN sensible à l’ordre orientationnel des molécules et spécifique aux noyaux de spin I>1/2) n’est plus nulle en moyenne comme dans les liquides; ii) la chiralité du milieu permet de discriminer spectralement des énantiomères (molécule chirale) ou des directions énantiotopes (molécule prochirale). L'objectif principal de ce travail de Thèse était d'explorer le potentiel analytique de cette technique pour analyser le fractionnement isotopique naturel deutérium dans le cas d’ester d’acides gras saturés (AGS) et (poly)insaturés (AGI). Le but ultime de ce travail est de fournir de nouvelles informations (de nature stéréochimique) pour améliorer la compréhension de certains mécanismes enzymatiques impliqués au cours de leur biosynthèse. Dans ce contexte, nous avons montré que l'utilisation de solutions organiques orientées de polypeptides (mésophases chirales) utilisant des co-solvants polaires comme le DMF ou la pyridine (Py) fournissait les meilleurs résultats en termes d’(énantio)discrimination spectrale (nombre de sites et amplitude) sur la base des déplacements chimiques et des éclatements quadrupolaires du deutérium. Ainsi, la mésophase chirale (PBLG/Py) a été utilisée avec succès pour analyser les AGI comme le linoléate de méthyle (C18), pour lequel nous avons pu mesurer l'excès énantio-isotopomèrique (eei) au niveau de chaque site méthylène de la molécule. Pour la première fois, d'importantes informations relatives à la stéréochimie des mécanismes enzymatiques, inaccessibles par la méthode conventionnelle SNIF-NMR®, ont été déterminées. La même méthodologie impliquant la mésophase achirale (PBG/Py) et chirale (PBLG/Py) s’est révélée également être un excellent outil pour l'analyse des SAFA sous leur forme libre (C14 à C18) ou sous leur forme de triglycérides (3*C4 et 3*C14). L'attribution des doublets 2H détectés sur les spectres RMN 2D anisotropes des SAFA a été confirmée par l'élaboration d'un modèle théorique capable de prédire le comportement orientationnel de ces molécules flexibles. Comme exemple illustratif, la méthode a été appliquée pour étudier les mécanismes enzymatiques convertissant le linoléate en vernoléate dans deux plantes différentes. Enfin, pour améliorer la compréhension des interactions «soluté-polypeptide» impliquées dans les mécanismes d'orientation et d’énantio-discrimination, nous avons étudié par RMN 2D DAN, l'évolution des paramètres d'ordre (matrice de Saupe) de deux molécules prochirales, rigides et apolaires dissoutes dans une mésophase chirale préparée en mélangeant deux polypeptides de même stéréochimie (L), mais dont la nature chimique des chaînes latérales est différente, en fonction de leur proportion massique respective. / Natural abundance deuterium (NAD) 2D-NMR spectroscopy using (a)chiral liquid crystals as NMR solvent is a powerful method for two reasons: i) the quadrupolar interaction (an order-sensitive NMR interaction specific to spins I > ½) is not averaged to zero anymore as in liquids; ii) the chirality of medium allows enantiomers (chiral molecule) or enantiotopic directions (prochiral molecule) to be spectrally discriminated. The main objective of this Thesis work was to explore the analytical potential of this technique to analyze the natural distribution of deuterium in the case of esters of saturated fatty acids (SAFA) and (poly)unsaturated fatty acids (PUFA). The ultimate goal of this research is to collect new (stereochemical) information to improve the understanding of some enzymatic mechanisms involved during their biosynthesis. In this context, we have shown that the use of oriented solutions of polypeptide (chiral mesophases) using polar co-solvents such as DMF or pyridine (py) provided better results in terms of spectral (enantio)discrimination (number of sites and magnitude) on the the basis of chemical shifts and deuterium quadrupole splittings. Thus, the chiral mesophase (PBLG/py) has been applied successfully to analyse PUFA’s like the methyl linoleate (C18) for which we could measure the enantio-isotopomeric excess (eie) at each methylen site of the molecule. For the first time, important information related to the stereochemistry of enzymatic mechanisms, inaccessible by the conventional method SNIF-NMR®, have been determined. The same methodology using achiral (PBG / py) and chiral (PBG / py) mesophases, revealed also to be an excellent tool for analysing SAFA in their free form (C14 to C18), or in triglyceride forms (3*C4 and 3*C14). The assignment of 2H doublets detected on 2D-NMR spectra of SAFA’s was confirmed by developing a theoretical model predicting the orientational ordering behavior of these flexible molecules. As illustrative exemple, the method was applied for investigating the enzymatic mechanisms converting the linoleate into vernoleate in two different plants. Finally, to improve the understanding of “solute/polypeptide" interactions involved in the orientation and enantiodiscrimination mechanisms, we have investigated by NAD 2D-NMR the evolution of the order parameters (Saupe matrix) of two apolar, rigid prochiral molecules dissolved in a chiral mesophase made by mixing two polypeptides having the same stereochemistry (L) but different type of side chains, versus their respective mass proportion.

Le palmier à huile est la première culture oléagineuse, avec environ 40% de la production mondiale, et son fruit accumule deux huiles de composition très différente dans le mésocarpe et l’amande. Chez les plantes, les acides gras sont assemblés en huile dans le réticulum endoplasmique, ceci par la voie dite de Kennedy à laquelle s’ajoutent des mécanismes d’édition impliquant le métabolisme de la phosphatidylcholine. Nous avons utilisé les outils de la lipidomique pour analyser la variabilité au sein de différentes populations de palmier ainsi que pour caractériser l’accumulation d’huile durant le développement du mésocarpe et de l’amande. Puis, nous avons entrepris de tester, dans le système du double hybride de levure, les interactions entre toutes les enzymes de la voie de Kennedy et celles responsables des mécanismes d’édition, et mis en évidence 241 interactions, dont 132 sont fortes, 73 moyennes et 36 faibles. Ces résultats suggèrent que ces enzymes pourraient s’assembler en complexes supra-moléculaires susceptibles de former des métabolons. Certaines isoformes d’une même enzyme ont des profils d’interaction distincts, ce qui ouvre des perspectives pour de futures recherches. De plus, nous avons caractérisé, par expression fonctionnelle dans un mutant de levure dépourvu de TAG, une acyltransférase présumée (EgWSD1-like) ainsi que les trois formes majeures de diacylglycérol acyltransférases du mésocarpe. EgWSD1-like ne restaure que l’activité de synthèse d’esters de cire dans le mutant, tandis que les trois DGAT complémentent toutes la déficience en TAG du mutant, avec d’apparentes spécificités distinctes vis-à-vis des acides gras. / Oil palm is the highest oil-yielding crop-plant, accounting for approximately 40% of the total world vegetable oil production. The fruit accumulates oil, made of triacylglycerol (TAG) molecules, in both mesocarp and kernel with totally different fatty acid profiles. Fatty acids are assembled into oil through Kennedy pathway in the endoplasmic reticulum, which is complicated by editing processes involving phosphatidylcholine metabolism. To investigate oil assembly in oil palm, we use lipidomics as a tool to analyze different populations of palm to search for TAG structural diversity, and to further characterize changes in lipid content and composition in mesocarp and kernel during fruit ripening. We used yeast two-hybrid system (split ubiquitin) to test protein-protein interactions for almost all the enzymes (32) involved in oil assembly pathway, and we demonstrated 241 interactions, including 132 strong interactions, 73 medium interactions and 36 weak interactions. Our results suggest that all enzymes might assemble into one or several complexes that may form metabolons. In addition, different isoforms of enzymes showed distinct interaction profiles, providing hints for future studies. Moreover, we also characterized the in vivo function of a putative acyltransferase (designated EgWSD1-like) possibly involved in oil assembly and the three major diacylglycerol acyltransferase (DGAT) isoforms of palm mesocarp in the mutant yeast H1246, which is devoid of neutral lipid synthesis. EgWSD1-like only shows wax ester synthase activity in yeast, while three EgDGATs all can restore TAG biosynthesis in yeast with different substrate specificities.