Titre de l'écran-titre (visionné le 24 novembre 2023) / L'objectif de ce travail était d'étudier l'effet d'une réduction de la teneur en protéine brute (PB) dans les aliments des poulets de chair sur le rendement et la qualité de la viande de poitrine dans une optique de réduction des émissions d'azote dans l'environnement. Pour ce faire, un total de 1,269 poussins mâles de la souche Ross 308 ont été placés dans un design expérimental en blocs complets randomisés et nourris d'un de trois régimes : un témoin (20,4 et 19,5 % de PB en croissance et en finition, respectivement), un régime réduit de 1,5 % (PB-1,5 %) et un régime réduit de 3,0 % (PB-3,0 %) en PB en phase de croissance et de finition, respectivement. À 35 jours, 108 oiseaux (36 poulets/groupe) ont été abattus et découpés pour évaluer le rendement de la carcasse et la qualité de la viande de poitrine. Les résultats ont montré que les régimes expérimentaux n'avaient d'impact significatif ni sur le poids corporel ni sur l'efficacité alimentaire. Cependant, ils significativement ont réduit (P < 0,001) l'ingéré total d'azote (-7,46 et -11,9 % pour PB-1,5 % et PB-3,0 %, respectivement). En termes de qualité de la viande de poitrine, les régimes expérimentaux n'étaient associés qu'à une tendance (P = 0,07) du pH ultime à augmenter (5,75, 5,79 et 5,81 pour le témoin, PB-1,5 % et PB-3,0 %, respectivement). Les filets de poitrine des groupes PB-1,5 % et PB-3,0 % présentaient des valeurs de l'indice de jaune et de perte d'eau après cuisson significativement (P < 0,001) inférieures à celles du témoin. De plus, la solubilité, l'index de l'activité et de la stabilité d'émulsion des fractions sarcoplasmiques et myofibrillaires des protéines musculaires n'ont pas été influencés par les régimes alimentaires. Par ailleurs, la baisse de PB était associée à une augmentation (P < 0,01) du rendement en poitrine (18,39, 19,21 et 19,61 % pour le témoin, PB-1,5 % et PB-3,0 %, respectivement). De plus, la teneur de la viande en protéines et en lipides intramusculaires n'a pas été affectée par les régimes expérimentaux. En conclusion, ce projet a démontré que la teneur en PB des régimes de croissance et de finition des poulets de chair pouvait être réduite de 3,0 % sans effets négatifs sur les performances ou sur la qualité de la viande tant que les besoins en acides aminés sont adéquatement couverts. / The objective of this work was to investigate the effect of reducing dietary crude protein (CP) content in broilers' diets to reduce nitrogen emissions on breast meat yield and quality. To achieve this, a total of 1,269 male chicks of the Ross 308 were placed in a randomized complete block design and fed one of three diets: a control (20.4 and 19.5% CP in the grower and finisher phase, respectively), a diet with 1.5% reduction (CP-1.5%) and a diet with a 3.0% reduction (CP-3.0%) of CP content in both, the grower and finisher phases. At 35 days, a total of 108 birds (36 chickens/group) was slaughtered and butchered to evaluate carcass yield and breast meat quality. The results showed that the experimental diets had no significant impact on body weight or feed efficiency. However, they significantly reduced (P < 0.001) total nitrogen intake (-7.46 and -11.9% for CP-1.5% and CP-3.0%, respectively). In terms of breast meat quality, the experimental diets were only associated with a tendency (P = 0.07) of the ultimate pH to increase (5.75, 5.79 and 5.81 for control, CP-1.5% and CP-3.0%, respectively). Breast fillets from the CP-1.5% and CP-3.0% groups showed lower yellowness and lower cooking loss values in comparison to the control group (P < 0.001). In addition, the solubility, the emulsion activity and stability indices of the sarcoplasmic and myofibrillar fractions of muscle proteins were not influenced by the experimental diets. Also, the reduction in CP was associated with a significant increase (P < 0.01) in breast yield (18.39, 19.21 and 19.61% for control, CP-1.5% and CP-3.0%, respectively). Moreover, the meat content of protein and lipid was not affected by the experimental diets. In conclusion, this study showed that the CP content in the grower and finisher diets of broiler chickens can be reduced by up to 3.0% without negative effects on performance or on meat quality as long as amino acid requirements are adequately met.

La soie d’araignée, notamment la soie produite par la glande ampullacée majeure (Am), est reconnue comme ayant une ténacité élevée, une bonne résistance mécanique tout en demeurant extensible. Sa structure moléculaire et ses propriétés sont influencées par des facteurs externes comme l’humidité relative et la vitesse de filage. La fibre, par exemple, se contracte de près de la moitié de sa longueur lorsqu’elle est exposée à une humidité élevée, un phénomène nommé supercontraction. Cette étude vise à mieux connaître les propriétés de la soie naturelle et à développer éventuellement une fibre synthétique équivalente. Nous avons caractérisé les fibres de soie Am par spectromicroscopie Raman en lumière polarisée et par résonance magnétique nucléaire (RMN) à l’état solide. La première technique permet de quantifier l’orientation des protéines de soie et de caractériser leur structure secondaire. La RMN permet de déterminer la structure secondaire et la dynamique de relaxation des acides aminés. Les fibres Am de deux espèces d’araignées, Nephila clavipes et Araneus diadematus, ont été obtenues par filage forcé à différentes vitesses (de 0,3 à 2,0 cm/s) et soumises à des taux d’humidité relative supérieurs à 90%. Deux groupes d’araignées ont été marqués isotopiquement avec des solutions de 1-13C-Gly et 1-13C-Ala afin d’analyser la structure et la dynamique d’acides aminés particulièrement importants. Les résultats montrent que l’amplitude de la supercontraction augmente avec la vitesse de filage. Les données indiquent qu’à 1,0 cm/s, l’orientation moléculaire est maximale et qu’elle diminue au-dessus et au-dessous de cette vitesse. Ceci suggère qu’il existe une vitesse de filage pour laquelle les propriétés sont optimales. Les temps de relaxation T1 et T1r des échantillons marqués concordent avec les résultats de spectromicroscopie Raman et suggèrent que les microcristaux de feuillets b de la soie subissent une contraction qui renforce les liaisons intermoléculaires en présence d’eau. / Spider silk, especially the silk produced by the major ampullate glands (Am), is known to have high tenacity, good resistance, and yet remains extensible. Its molecular structure and properties are influenced by external factors such as relative humidity and spinning speed. Fibers, for example, shrink by almost half their length when exposed to high humidity, a phenomenon called supercontraction. This study is intended to better understand the properties of natural spider silk and therefore aid the development of an equivalent synthetic fiber. We characterized Am silk fibers by polarized-light Raman spectromicroscopy and solid-state nuclear magnetic resonance (NMR). The first technique allows for quantification of the orientation of the protein chains and characterization of their secondary structure. Solid-state NMR is used to determine the secondary structure and dynamics of amino acids. The silk of two spider species, Nephila clavipes and Araneus diadematus, was obtained by forced spinning at different speeds (from 0.3 to 2.0 cm/s) and subjected to relative humidity levels greater than 90%. Two groups of spiders were isotopically labeled with 1-13C-Gly and 1-13C-Ala solutions in order to analyze the structure and dynamics of particularly important amino acids. The supercontraction results show that the amplitude of the supercontraction increases with the reeling speed. The data show that at a reeling speed of 1.0 cm/s, the molecular orientation is maximum and decreases above and below this value. This suggests that there is a spinning speed where the properties are optimal. The measurements of the relaxation times T1 and T1r of the labelled samples are consistent with Raman spectromicroscopy results and suggest that b-sheet microcrystals of silk undergo a contraction which strengthens the intermolecular bonds in the presence of water.

Si l’objectif est d’optimiser l’utilisation des protéines par les volailles, l'utilisation d’un système d’acides aminés digestibles est probablement supérieure à la quantité totale d’acide aminé (tAA) présente dans le régime. Avec la quantité considérable d’informations présentes sur les valeurs nutritives d’acides aminés (AA) utilisées dans les régimes alimentaires de volailles, l’objectif de cette étude est de prédire la digestibilité d’AA basée sur une analyse proximale via une méta-analyse. Deux modèles ont été testés : 1) Y = digestibilité apparente des AA (AAdig, % diet) ; X = protéine brute (CP) (%) et 2) Y = AAdig (g/kg de DM) ; X = AA totaux analysés (tAA, g/kg de DM) dans lequel l’ordonnée à l’origine du graphique est la perte d’endogène (EL). Une base de données de 49 publications a été divisée en 5 sous-sections 1) céréales (orge, sorgho, blé et maïs), 2) tourteau de soja (SBM), 3) farines de viande et d’os (MBM) 4) La sous-section 1) ainsi que des fèves de faba et de pois pour étudier EL et 5) seulement des fèves de faba et des pois. L’étude et les ingrédients ont été inclus dans le modèle comme effets fixes. Pour les céréales, la prédiction des AAdig par CP est précise (R² de 0.68 pour Thr et de 0.92 pour Ala). La pente est différente selon le type de céréales (céréale x CP ; P &lt; 0.05) pour la majorité des AA sauf pour le maïs qui n’a pas eu de relation significative avec CP (P > 0.05). Dans le SBM et MBM, l’effet étude améliore la précision des modèles. Des ordonnées à l’origine négatives, et significativement différent de 0 (P&lt; 0.002), sont obtenus systématiquement avec les fèves de faba, les pois ainsi que l’orge. Ces derniers ont une haute EL probablement due à son contenu élevé en fibres ainsi qu’en facteurs antinutritionnels. Parmi les AA, les ordonnées à l’origine étaient plus élevées pour Glu, Leu, Ser, Thr, qui sont prédominants dans les digesta iléaux. En conclusion, la CP peut être un indicateur pour les AA digestibles dans la plupart des AA présents dans les céréales, mais pas pour les SBM et MBM. La perte endogène basale semble être influencée par les fibres brutes ainsi que les facteurs antinutritionnels. / The use of digestible amino acid system is certainly superior to total amino acids (tAA) in feed formulation, if the objective is optimizing protein use by birds. With considerable information reporting AA digestible values of ingredients used in broiler diets, the objective of this study was to predict amino acid (AA) digestibility based on proximal analysis of ingredient using a meta-analysis approach. Two models were performed: 1) Y = apparent digestible AA (AAdig, % diet); X = dietary CP (%) and 2) Y = AAdig (g/kg of DM); X = total analyzed AA (tAA, g/kg of DM) in which the intercept is the endogenous losses (EL). A database of 49 publications was divided in 5 sub-databases: 1) cereals (barley, sorghum, wheat and corn), 2) soybean meal (SBM), 3) meat and bone meal (MBM), 4) database 1 plus faba beans and peas to study El and 5) only peas and faba beans. The study and ingredient were included as fixed effects. In cereals, prediction of AAdig by CP was accurate (R² from 0.68 for Thr to 0.92 for Ala). The slope was different between cereals (cereal x CP; P &lt; 0.05) for most AA, where corn did not respond to CP (P > 0.05). In SBM and MBM, the study effect improved the precision of the models. More negative intercepts, and significantly different from 0 (P&lt; 0.002), were systematically obtained for faba beans, peas and barley indicating higher EL probably due to its high content of fiber and anti-nutritional factors. Among AA, intercepts were higher for Glu, Leu, Ser and Thr, which are predominant in the ileal digesta. In conclusion, CP can be a predictor of digestible AA of most AA for cereals, but not for SBM and MBM. Basal EL seems to be influenced by crude fiber and anti-nutritional factors.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2018-2019. / Chez l’abeille domestique, il est impératif d’avoir accès à une diversité florale pour combler les besoins en acides aminés essentiels via le pollen. Ainsi, dans les régions où la diversité florale est limitante, certains apiculteurs ont recours à des suppléments protéiques pour éviter les carences. Cependant, il est important et parfois difficile de quantifier les effets de ces produits sur des colonies commerciales. Les objectifs du projet étaient : 1) comparer la santé des colonies d’abeilles supplémentées à celles non supplémentées; 2) comparer deux types de suppléments commerciaux quant à leur taux de consommation et leurs effets sur la santé des colonies; 3) évaluer l’impact du paysage sur le statut nutritionnel des colonies. Cinquante colonies réparties sur trois sites en Montérégie ont été échantillonnées de mai à septembre 2016. Des trappes à pollen ont permis de placer certaines colonies en conditions simulées de manque de pollen. Les résultats démontrent que fournir des suppléments aux colonies en période de pénurie de pollen permet aux abeilles de maintenir leur production de couvain, ainsi qu’un taux de protéines plus élevé. Cependant, les abeilles supplémentées démontrent une longévité réduite, ce qui suggère que les produits testés ne sont pas optimaux. Le supplément Global PattiesMD, contenant du pollen, a été davantage consommé que le Ultra BeeMD, sans pollen. Il semble également convenir mieux aux colonies, les abeilles y étant exposées présentant un effort de récolte de pollen inférieur (lorsque limitées dans leur accès au pollen), un taux de protéines généralement plus élevé par rapport au témoin et une meilleure longévité. Enfin, les ruches du site présentant la plus grande proportion de terres agricoles dans un rayon de 5 km performaient mieux qu’aux autres sites en fin de saison, ce qui pourrait s’expliquer par la présence de certaines plantes nutritionnellement intéressantes retrouvées en milieu agricole. / The honeybees (Apis mellifera L.) must have access to a diversity of pollen sources to meet their nutritional requirements. In regions where floral resources are scarce, beekeepers sometimes provide protein supplements to their colonies to avoid nutritional deficiencies. However, it is important and sometimes difficult to quantify the effects of these products on commercial colonies. The goals of this study were to 1) compare the health of commercial honeybee colonies supplemented or not with a protein supplement, 2) compare the consumption and impact on honey bee health of two commercial protein supplements and 3) evaluate the impact of surrounding landscape on the nutritional status of colonies. Fifty colonies located in three apiaries in Montérégie, Québec, were monitored from May to September 2016. Pollen traps placed certain colonies in simulated pollen shortage conditions. We found that supplemented colonies limited in pollen collection were able to raise the same amount of brood than the control colonies. Nurse bees in supplemented colonies also had a higher body protein content compared to control bees. However, bees of supplemented colonies displayed shorter lifespan, which casts a doubt on the suitability of these products for honey bee nutrition. The supplement containing pollen, Global Patties, was more consumed than the supplement containing no pollen, Ultra Bee. It also seemed more suitable, colonies consuming it displaying a lower pollen foraging effort (in pollen shortage conditions), nurse bees with a higher protein compared to the control and bees with a longer lifespan. Finally, colonies from the apiary surrounded by the highest proportion of cultivated land in a 5-km radius performed better overall compared to the other apiaries toward the end of the season. This could be explained by the presence of nutritionally interesting plants present in the agricultural landscape at that time of the year

La maladie d'Alzheimer (MA) se distingue par l'apparition progressive de troubles de la mémoire et un déficit cognitif pour lequel l'âge est un facteur aggravant. Ces symptômes apparaissent longtemps après que la neuropathologie est installée, soit des dépôts amyloïdes (Aβ) et enchevêtrements neurofibrillaires de la protéine tau. La souris triple transgénique (3xTg-AD) modélise la neuropathologie de la MA en combinant à la fois l'accumulation des peptides Aβ40 et Aβ42, et l'hyperphosphorylation de la protéine tau dont les niveaux respectifs augmentent avec l'âge de l'animal. Bien qu'il n'existe aucun traitement pour la MA plusieurs pistes thérapeutiques subsistent. Les interventions nutritionnelles indiquent que la consommation de composés bioactifs - issus de produits marins - jouerait un rôle tant bénéfique que néfaste sur la pathologie. Les océans représentent un réservoir de composés naturels dont le potentiel thérapeutique n'a pas encore totalement été élucidé. D'abord par la présence de microalgues vertes contenant des acides gras polyinsaturés oméga-3 (AGPI n-3), ensuite par celle des macro-algues rouges riches en acides aminés de type mycosporine (MAA). Dans ce sens, et en plus des effets sur la santé cardiovasculaire ou encore métabolique qui ont été largement rapportés, les études chez l'animal montrent qu'une alimentation riche en AGPI n-3 améliore les capacités cognitives et réduit la neuropathologie de la MA. Un intérêt grandissant a été porté à l'acide docosahexaénoïque (DHA) pour son action neuroprotectrice tandis que son homologue, l'acide eicosapentaénoïque (EPA), a été moins étudié pour la santé cérébrale bien qu'il soit associé à des fonctions anti-inflammatoires plus prononcés que le DHA. Puisque ces deux AGPI n-3 traversent tous deux la barrière hémato-encéphalique de façon non-saturable et peuvent agir au cerveau localement, nous nous sommes penchés sur les effets différentiels et les mécanismes qui leurs sont propres. En parallèle, les MAA sont des composés hautement bioactifs principalement étudiés pour leurs propriétés photo protectrices. Certains indices *in vitro* indiquent un potentiel antioxydant et neuroactif des MAA mais il n'existe pas d'étude *in vivo* rapportant une biodistribution ou une neuroactivité de ces composés. Afin de combler ce vide, nous nous sommes intéressés de près aux propriétés biologiques des MAA. Nous avons émis l'hypothèse que l'administration chronique de régimes alimentaires supplémentés par des composés bioactifs tels que l'EPA, le DHA et les MAA contribuait à contrer et corriger la neuropathologie de la MA via des mécanismes différents. L'objectif général de cette thèse était de déterminer par quels mécanismes les interventions nutritionnelles permettaient de diminuer la neuropathologie de la MA dans le modèle murin 3xTg-AD. Plus spécifiquement, il s'agissait d'abord d'élucider les différences entre les mécanismes d'actions du DHA et de l'EPA - à travers leurs dérivés - dans le cerveau ainsi que leur impact sur les niveaux d'acides gras cérébraux et les marqueurs principaux de la MA (Aβ et tau). Puis, d'étudier les propriétés biologiques de MAA afin d'apporter des données *in vivo* sur leur distribution et leur activité. De plus, notre étude visait à démontrer les effets des MAA sur la santé cognitive notamment par leur capacité à traverser la BHE, diminuer les marqueurs de la MA et moduler l'abondance de bactéries présentes dans le microbiote intestinal des animaux. Dans un premier temps, nous avons administré durant trois mois - et en parallèle d'un régime témoin - des régimes enrichis soit en EPA (pauvre en DHA) soit en DHA (pauvre en EPA) à des souris 3xTg-AD âgées de seize mois. Nous avons montré que l'EPA et le DHA traversaient la BHE de façon similaire. Toutefois le régime riche en EPA conduisait à l'augmentation d'EPA et à l'apparition de prostaglandines de classe III au cerveau. Nous avons mis en lumière une différence entre l'impact du DHA et de l'EPA sur les niveaux de la protéine tau totale et ses formes phosphorylées (pSer202 et pSer396), dans les fractions solubles et insolubles du cortex. Nos résultats suggèrent alors que le DHA et l'EPA agissent lors de l'hyperphosphorylation de tau (DHA) et lors de la formation des agrégats toxiques (EPA). Dans un second temps, nous avons gavé des souris Balb/c - qui ne présentent pas de troubles cognitifs - âgées de deux mois avec deux doses (0.375 g et 0.75 g) d'extraits de *Palmaria palmata* riches en MAA, suivi par une euthanasie à 5, 15, 30, 60 et 1800 minutes après le gavage. Nos résultats ont montré qu'à 5, 15, 30 et 60 minutes quatre MAA - palythine, porphyra-334, asterina-330 et palythinol - étaient présents dans la circulation sanguine indépendamment de la dose, alors que la palythine était détectée jusqu'à 1800 minutes (30 heures). La palythine, majoritairement présente dans le plasma était le seul MAA distribué dans le foie et le rein des animaux. Ces résultats sont les premiers à montrer que les MAA sont biodisponibles rapidement après une administration aigue. Par la suite, nous avons administré un régime enrichi en extraits de *Palmaria palmata* pendant huit semaines à des souris 3xTg-AD et non transgéniques âgées de 19 mois. Le traitement a permis de distribuer la palythine dans le plasma, le rein, le foie, le cœur et le cerveau des animaux. Après avoir évalué la mémoire des animaux, nous n'avons pas observé de changement. Cependant, cette intervention nutritionnelle montrait une baisse des niveaux de peptides Aβ40 et Aβ42 chez les femelles transgéniques, mais aussi de la forme phosphorylée de la protéine tau (pThr217) dans la fraction insoluble du cortex des mâles et femelles. En outre, le traitement a réduit la diversité bactérienne dans le microbiote des animaux, tout en augmentant l'abondance relative du genre *Erysipelatoclostridium*. En somme, ces résultats apportent une meilleure compréhension des mécanismes d'action des composés bioactifs marins particulièrement dans le cerveau. Ils montrent également que l'utilisation d'aliments naturels spécifiques permet de diminuer la neuropathologie de la MA dans un modèle murin. Finalement, nos résultats ont mis en lumière les propriétés des MAA comme nouveaux composés neuroactifs et apportent des preuves de leur bio distribution. Une utilisation adéquate de l'EPA, du DHA et des MAA permettrait de développer de nouvelles stratégies nutritionnelles afin de prévenir et/ou ralentir la progression de la MA. / Alzheimer's disease (AD) is characterized by the progressive onset of memory impairment and cognitive deficit, for which age is an aggravating factor. These symptoms appear long after the neuropathology has set in, i.e. amyloid deposits (Aβ) and neurofibrillary tangles of the tau protein. The triple transgenic mouse (3xTg-AD) models the neuropathology of AD, combining both the accumulation of Aβ40 and Aβ42 peptides, and the hyperphosphorylation of tau protein, whose respective levels increase with the age of the animal. Although there is no cure for AD, several therapeutic avenues remain open. Nutritional interventions indicate that the consumption of bioactive compounds - derived from marine products - may play both a beneficial and detrimental role in the pathology. The oceans represent a reservoir of natural compounds whose therapeutic potential has yet to be fully elucidated. Firstly, through the presence of green microalgae containing omega-3 polyunsaturated fatty acids (n-3 PUFAs), and secondly through the presence of red macroalgae rich in mycosporine-like amino acids (MAAs). In this context, and in addition to the widely reported effects on cardiovascular and metabolic health, animal studies show that a diet rich in n-3 PUFAs improves cognitive capacity and reduces the neuropathology of AD. There has been growing interest in docosahexaenoic acid (DHA) for its neuroprotective action, while its precursor, eicosapentaenoic acid (EPA), has been less studied for brain health, although it is associated with more pronounced anti-inflammatory functions than DHA. Since these two n-3 PUFAs both cross the blood-brain barrier in an unsaturable way and can act locally in the brain, we investigated their differential effects and mechanisms. In parallel, MAAs are highly bioactive compounds, mainly studied for their photoprotective properties. While some *in vitro* evidence points to the antioxidant and neuroactive potential of MAAs, there are no *in vivo* studies reporting biodistribution or neuroactivity of these compounds. To fill this gap, we took a close look at the biological properties of MAAs. We hypothesized that chronic administration of diets supplemented with bioactive compounds such as EPA, DHA and MAAs would help counteract and correct AD neuropathology via different mechanisms. The overall aim of this thesis was to determine the mechanisms by which nutritional interventions diminished AD neuropathology in the 3xTg-AD mouse model. More specifically, the aim was first to elucidate the differences between the mechanisms of action of DHA and EPA - through their derivatives - in the brain, as well as their impact on brain fatty acid levels and the main markers of AD (Aβ and tau). Then, to study the biological properties of MAA to provide *in vivo* data on their distribution and activity. In addition, our study aimed to demonstrate the effects of MAAs on cognitive health, notably through their ability to cross the BBB, decrease AD markers and modulate the abundance of bacteria present in the animals' intestinal microbiota. Firstly, we administered diets enriched with either EPA (low in DHA) or DHA (low in EPA) to sixteen-month-old 3xTg-AD mice for three months, alongside a control diet. We showed that EPA and DHA crossed the BBB in a similar fashion. However, the EPA-rich diet led to an increase in EPA and the appearance of class III prostaglandins in the brain. We highlighted a difference between the impact of DHA and EPA on levels of total tau protein and its phosphorylated forms (pSer202 and pSer396), in the soluble and insoluble fractions of the cortex. Our results suggest that DHA and EPA act during tau hyperphosphorylation (DHA) and during the formation of toxic aggregates (EPA). In a second step, we administered two-month-old Balb/c mice - which show no cognitive impairment - with two oral doses (0.375 g and 0.75 g) of MAA-rich *Palmaria palmata* extracts, followed by euthanasia at 5, 15, 30, 60 and 1800 minutes after gavage. Our results showed that at 5, 15, 30 and 60 minutes four MAAs - palythine, porphyra-334, asterina-330 and palythinol - were present in the bloodstream independently of dose, while palythine was detected up to 1800 minutes (30 hours). Palythine, which was predominantly present in plasma, was the only MAA distributed in the liver and kidney of animals. These results are the first to show that MAAs were rapidly bioavailable after acute administration. Subsequently, we administered a diet enriched with *Palmaria palmata* extracts for eight weeks to 19-month-old 3xTg-AD and non-transgenic mice. The treatment distributed palythine in the plasma, kidney, liver, heart, and brain of animals. After assessing behavioral tests on memory, we observed no change. However, this nutritional intervention did show a decrease in the levels of Aβ40 and Aβ42 peptides in transgenic females, but also of the phosphorylated form of tau protein (pThr217) in the insoluble fraction of the cortex of both males and females. In addition, treatment reduced bacterial diversity in the animals' microbiota, while increasing the relative abundance of *Erysipelatoclostridium* genus. In sum, these results provide a better understanding of the mechanisms of action of natural bioactive compounds particularly in the brain. They also show that the use of specific natural foods reduces AD neuropathology in a mouse model. Finally, our results shed light on the properties of MAAs as novel neuroactive compounds and provide evidence of their biodistribution. Appropriate use of EPA, DHA and MAAs would enable the development of new nutritional strategies to prevent and/or slow the progression of AD.

La nécessité de valoriser les co-produits laitiers, dans un souci de croissance économique dans ce secteur, a conduit à l'émergence de nouveaux ingrédients. Par exemple, les hydrolysats de protéines lactosériques constituent une source importante de peptides potentiellement bioactifs. Toutefois, l'isolation et la purification de telles molécules semblent nécessaires afin d'améliorer leur bioefficacité. Les peptides peuvent être dessalés par électrodialyse (ED) mais leur colmatage sur les membranes échangeuses d'anions (MEA) et de cations (MEC) diminue l'efficacité du procédé. Dans cette optique, la présente étude a pour objectifs (1) d'identifier, caractériser et quantifier les séquences peptidiques responsables du colmatage des MEA et MEC, (2) de mieux comprendre les mécanismes sous-jacents au colmatage et (3) d'évaluer l'impact des différents régimes de courant en ED quant-à l'éventuelle prévention du colmatage. Dans un premier temps, le colmatage a été généré en condition statiques sans application de courant puis caractérisé. Dans un second temps, les phénomènes de dissociation d'eau et d'électroconvection ont été étudiés afin d’optimiser le procédé in-situ avec courant. Ainsi, en conditions statiques, les MEA chargées positivement (N+(CH3)3), présentaient un colmatage plus élevé à pH 6 et 10 qu’à pH 2. Les analyses HPLC-MS ont révélé que les peptides VLVLDTDYK, TPEVDDEALEK et IDALNENK (chargés négativement à pH 6 et 10) constituaient 86% du colmatage à ces pH alors qu’aucun peptide n’a été détecté à pH 2. Par conséquent, des interactions électrostatiques entre les charges peptidiques (COO-) et les groupements des MEA se sont établies. Concernant les MEC chargées négativement (SO3-), le colmatage était plus important à pH 6 qu'à pH 2 et 10. En outre, les analyses HPLC-MS ont révélé qu'à pH 6, les séquences ALPMHIR et TKIPAVFK chargées positivement (NH3+) ont établit des interactions (1) électrostatiques peptide/MEC créant une première couche puis (2) hydrophobes peptide/peptide via leurs résidus hydrophobes respectifs générant une seconde couche. Néanmoins à pH 2, le colmatage était moindre alors que ces peptides portaient théoriquement davantage de charges positives. Il est possible qu'à pH acide, les charges membranaires des MEC aient été protonnées (HSO3) et donc non chargées contrecarrant ainsi l'établissement d'interactions électrostatiques. Dans la seconde partie avec application de courant, le colmatage respectif des MEA et MEC a été réduit de 62 et 36 % en conditions électroconvectives. Les résultats démontrent que travailler à pH acide ou en régime post-limite permettrait de limiter voire d'éviter totalement le colmatage des membranes augmentant ainsi leur durée de vie et l'efficacité du procédé. Cette thèse propose différents mécanismes de colmatage en fonction de la nature de la MEI et des caractéristiques physico-chimiques des peptides. L'utilisation future de séquences peptidiques modèles, connues et synthétiques permettrait d'améliorer davantage les connaissances de ces mécanismes. / In the dairy industry, the economical growth led to the necessity of creating high added-value products from low commercial value by-products. For example, whey proteins hydrolysates (WPH) are an important source of peptides potentially bioactive. However, bioactive peptides need to be isolated and purified in order to enhance their bioactivities. The WPH demineralization by conventional electrodialysis (ED) may lead to peptide fouling on anion (AEM) and cation-exchange membranes (CEM) and decrease the process efficiency. Therefore, this study aimed (1) to identify, characterize and quantify the peptide sequences responsible for membrane fouling, (2) to better understand the mechanisms involved in peptide fouling and (3) to evaluate the impact of non-conventional ED modes on fouling. In a first phase, peptide fouling was generated and characterized in static conditions and without applying current. In a second phase, fouling was carried-out in real hydrodynamic conditions using ohmic, limiting and overlimiting currents in order to optimize the demineralization process. Results showed that in static conditions for AEMs, fouling was important at pH 6 and 10 and absent at pH 2. Based on HPLC-MS results, the VLVLDTDYK, TPEVDDEALEK and IDALNENK sequences (negatively charged at pH 6 and 10) represented 86% of the total fouling at these pH values whereas no peptide was detected at pH 2. Consequently, electrostatic interactions were established between the negative peptide charges (COO-) and positive AEM charges (N+(CH3)3). Concerning the CEMs, fouling was more important at pH 6 than 2 and 10. At pH 6, ALPMHIR and TKIPAVFK sequences firstly established electrostatic interactions with the negative CEM charges (SO3-) through their positive residues (NH3+) creating a first layer. Secondly, peptide/peptide interactions occurred through their respective hydrophobic residues creating a second layer. Nonetheless at pH 2, fouling was twice lower whereas peptides carried more positive charges. It is possible that for acidic pH values, CEM charges were partially protonated (HSO3) and consequently neutralized and unable to establish electrostatic interactions. Finally during a demineralization step in hydrodynamic conditions, fouling of AEM and CEM was reduced using overlimiting current by 62 and 36 %, respectively. According to these results, working at acidic pH values or using overlimiting conditions would hamper nay avoid fouling on membranes which would increase their lifetime and effectiveness. Different fouling mechanism models depending on the nature of IEM and the physicochemical characteristics of peptides are suggested in this thesis. In the future, the use of synthetic and well-characterized peptide sequences would enable to improve the knowledge of these mechanisms.

Une des références les plus utilisées dans l’évaluation de la composition en acides aminés (AA) du flux de protéines microbiennes (MCP) du duodénum nous provient de Clark et al. (1992, JDS : 2304). Néanmoins, cette référence comporte uniquement la composition en AA des bactéries associées à la phase liquide (BAL) du rumen, dont 7 des 18 études présentées ont été réalisées chez le mouton. Le présent travail propose d’investiguer plus en détails les protéines microbiennes, incluant les bactéries associées à la phase solide (BAS) et les protozoaires chez le bovin laitier. En effet, il a été démontré que moins de 40 % de la MCP duodénale pouvait provenir des BAL et que la composition en AA des BAS et des protozoaires diffère de celle des BAL (Jouany, 1996). Les objectifs sont dès lors de : Effectuer une mise à jour de la composition en AA des bactéries du rumen ; Ajouter à la base de données les compositions en AA des protozoaires du rumen ; Mettre en lumière les différences de composition en AA des protozoaires et des différents types de bactéries. Sur base de recherches préliminaires et d’une révision approfondie de la littérature scientifique traitant du présent sujet, 26 publications ont été sélectionnées afin de construire une base de données repertoriant les bactéries plus 10 publications concernant les protozoaires. Les valeurs rapportées pour les bactéries ont été réparties selon le type de bactéries, soit les BAL ou les BAS. La composition en AA des bactéries et des protozoaires a été comparée par une analyse de variance incluant l'effet du type de microorganisme en utilisant les contrastes orthogonaux suivant : 1) bactéries vs protozoaires, 2) BAL vs BAS. Les résultats obtenus ont été analysés et plusieurs conclusions ont pu être tirées. Notamment, en ce qui concerne le rapport entre la composition en AA essentiels des bactéries et celle des protozoaires. Le Trp (1,76 g/100 g AA) a montré le rapport le plus élevé tandis que la Lys (0,78 g/100 g AA) a montré le plus faible. Ces données suggèrent une importance particulière dans l’identification de la présence de protozoaires dans le flux de protéines duodénales afin de prédire correctement le flux duodénal en AA. En effet, l’inclusion des protozoaires dans le flux duodénal de MCP apporte une variation de plus de 4% dans l’estimation de ce flux pour tous les AA sauf pour Arg et Leu, comparativement à l’utilisation de la composition des bactéries rapportée par Clark et al. (1992, JDS: 2304). / One of the most used references in the evaluation of the amino acid composition (AA) of the duodenum microbial protein (MCP) flow is from Clark et al. (1992, JDS : 2304). Nevertheless, this reference only includes the AA composition of the bacteria associated with the liquid phase (BAL) of the rumen, of which 7 of the 18 studies presented were carried out in sheep. The present work proposes to investigate in more detail microbial protein, including bacteria associated with the solid phase (BAS) and protozoa in dairy cattle. It has been shown that less that 40 % of duodenal MCP can be derived from BAL (Jouany, 1996). The objectives are therefore : Updating the AA composition of rumen bacteria ; Add to the database the AA composition of the rumen protozoa ; Highlight differences in the composition of protozoa and different types of bacteria in AA. Based on preliminary research and a thorough review of the scientific literature on the subject, 26 publications were selected to construct a database of bacteria plus 10 publications on protozoa. The values reported for the bacteria were distributed according to the type of bacteria, i.e. BAL or BAS. The AA composition of bacteria and protozoa was compared by an analysis of variance including the effect of the microorganism type using the following orthogonal contrasts: 1) Bacteria vs protozoa, 2) BAL vs BAS. The results obtained were analyzed and several conclusions were drawn. In particular, as regards to the ratio between the essential AA composition of bacteria and that of protozoa. Trp (1.76 g/100g AA) showed the highest ration while Lys (0.78 g/100 g AA) showed the lowest. These data suggest a particular importance in the identification of the presence of protozoa in the duodenal protein flow in order to correctly predict the duodenal flow in AA. Indeed, the inclusion of protozoa in the duodenal MCP flow contributes a variation of more than 4 % in the estimation of this flow for all AA except for Arg and Leu, compared to the use of the composition of the bacteria reported by Clark et al. (1992, JDS: 2304)

En alimentation animale, l’utilisation adéquate des aliments nécessite une connaissance précise des valeurs nutritionnelles de leurs composantes, dont celle en acides aminés. Cependant, ces valeurs nutritionnelles dépendent de la teneur en acides aminés essentiels (AAE) totaux et de la digestibilité iléale standardisée (DIS) de ces AAE. Cette dernière varie en fonction de plusieurs facteurs, dont l’origine botanique des graines, les conditions de culture des récoltes, le stockage des aliments, les traitements physico-chimiques appliqués aux grains, les facteurs antinutritionnels (FANs) et les techniques expérimentales utilisées pour le dosage et l’estimation de la digestibilité des AAE. Une approche par méta-analyse a permis d’établir des modèles de prédiction de la valeur nutritionnelle en AAE des ingrédients à partir de leur composition chimique en considérant la protéine brute (PB), les AAE totaux, la teneur en fibre (Acid Detergent Fiber (ADF), Neutral Detergent Fiber (NDF) et Fibre Brute (FB)) et les FANs comme les inhibiteurs de la trypsine. En se référant à l’analyse graphique et statistique, les données ont été réparties en 4 groupes : 1) les tourteaux (tourteau de soja, colza/canola et coton); 2) les légumineuses (féveroles, lupins, pois et soja); 3) les céréales (blé, orge, avoine, sorgho et maïs); 4) les drêches de distilleries (blé et maïs). Ainsi, un modèle général ajusté en fonction du type d’ingrédients a été généré et les facteurs de variation de la digestibilité en AAE ont été identifiés. Pour les tourteaux, la DIS des AAE est réduite par un accroissement de la teneur en NDF, tandis que la DIS des AAE de la féverole, pois et lupin est principalement influencée par la teneur en PB et en FANs. Concernant les graines de soja la DIS des AAE est réduite par une hausse de la teneur en fibre (FB et ADF). Enfin pour les céréales et les sous- produit de céréales telles que les drêches, la PB et les fibres (ADF ou NDF) étaient les meilleurs nutriments pour prédire la DIS des AAE. Ces résultats démontrent que la DIS des AAE peut être prédite avec précision à partir de la composition chimique pour la plupart des ingrédients. / The use of feed in animal nutrition requires a precise knowledge of the nutritional value of their components, but these values depend on the content of total essential amino acids (EAA) and standardized ileal digestible contents of the AAE, which is dependent upon the standardized ileal digestibility (SID) of EAA. These values could vary depending on several factors including botanical origin, growing, harvesting and storage conditions of the crops, physicochemical treatments applied to seeds, concentrations of antinutritional factor (ANF) and experimental techniques used for the determination and estimation of digestibility. Thus, the approach by meta-analysis allowed to establish predictive models of nutritional values of EAA for ingredients from their chemical composition such as crude protein (CP), the total EAA, fibers (Acid Detergent Fiber (ADF), Neutral Detergent Fiber (NDF) and Crude Fiber (CF)) and ANF such as trypsin inhibitors. Referring to the graphical and statistical analysis, data were divided in 4 groups: 1) oilseed meals (soybean, rapeseed and cottonseed meals); 2) legume seeds (faba beans, lupins, peas and soybeans); 3) cereals (wheat, barley, oats, sorghum, corn); 4) Dried distiller grains with soluble (DDGS) (distiller’s dried grains with soluble from corn and wheat). A general model adjusted for the kind of ingredients was generated and factors of variation of the digestibility of EAA were identified. For oilseed meals, the digestibility of AAE is reduced by increasing NDF while SIDs of EAA for faba beans, peas and lupins are influenced by CP and ANFs contents. Regarding soybean, SID of EAA is reduced by increasing fiber content (CF and ADF). Finally in the case of cereals and cereal by-products such as DDGS, CP and fibers (ADF and NDF) were the best predictors of the SID of EAA. These results demonstrate that the SID of EAA may be accurately predicted from the chemical composition for most of the ingredients.

Au cours de ma thèse, nous avons utilisé la truite arc-en-ciel, un poisson carnivore et modèle potentiellement pertinent du diabète, pour étudier des mécanismes de régulation du métabolisme intermédiaire hépatique par les nutriments (acides aminés (AA) et le glucose). Nous nous sommes plus particulièrement intéressés aux voies de signalisation de l’insuline et des acides aminés (Akt et mTORC1). Grâce à l’utilisation de rapamycine, un inhibiteur pharmacologique de mTORC1, nous avons montré que l'activation de mTORC1 stimule l'expression de gènes de la lipogenèse, de la glycolyse et du catabolisme des acides aminés, tandis que la voie de signalisation Akt inhibe celle des gènes impliqués dans la néoglucogenèse. Ces études ont été conduites dans le foie de truite ou en culture primaire d’hépatocytes de truite arc-en-ciel. En outre, nous avons démontré lors de stimulations à court terme in vivo et in vitro que l'expression hépatique des gènes de la lipogenèse est plus sensible à l'apport de protéines alimentaires ou d’AA qu’à l'apport de glucides ou de glucose. De plus, nous avons observé que des taux élevés d’AA conduisent, par le biais de l’activation de la voie de signalisation mTORC1, à une augmentation de l'expression des gènes lipogéniques mais surtout à une répression de l’inhibition de l’expression des gènes de la néoglucogenèse induite par l’insuline. Cet effet s’accompagne d’une augmentation de la phosphorylation de IRS-1 sur le résidu Ser302 qui pourrait être responsable de la baisse de phosphorylation d'Akt et par conséquent d’une inhibition de l’action de l'insuline. Enfin, en réalisant un test de tolérance au glucose chez des truites préalablement traitées avec de la rapamycine, nous avons conclu que la néoglucogenèse hépatique joue un rôle probablement majeur dans le contrôle de l'homéostasie glucidique chez la truite. Ainsi, une absence d’inhibition de la néoglucogenèse pourrait contribuer au maintien de l'hyperglycémie prolongée et au phénotype d’intolérance au glucose caractéristique des poissons carnivores. Cette thèse met en avant le rôle des protéines/AA dans la régulation du métabolisme intermédiaire de la truite et identifie certaines voies de signalisation cellulaire sollicités par les acides aminés pour réguler le métabolisme. Elle permet ainsi d’éclaircir certaines particularités nutritionnelles de la truite. / During my doctoral study, we used rainbow trout, a representative carnivorous fish and relevant diabetic model, to study the mechanisms underlying the regulation of hepatic intermediary metabolism by nutrients (amino acids (AAs) and glucose), and determine the potential involvement of insulin/Akt and mTORC1 signaling pathways in these regulations. Using acute administration of rapamycin, a pharmacological inhibitor of TOR, we first identified that mTORC1 activation promotes the expression of genes related to fatty acid biosynthesis, glycolysis and amino acid catabolism, while Akt negatively regulates gluconeogenic gene expression in rainbow trout liver and primary hepatocytes. Furthermore, we demonstrated hepatic fatty acid biosynthetic gene expression is more responsive to dietary protein intake/AAs than dietary carbohydrate intake/glucose during acute stimulations in vivo and in vitro. Moreover, we further showed that high levels of AAs up-regulate hepatic fatty acid biosynthetic gene expression through an mTORC1-dependent manner, while excessive AAs attenuate insulin-mediated repression of gluconeogenesis through elevating IRS-1 Ser302 phosphorylation, which in turn impairs Akt phosphorylation and dampens insulin action. Finally, using glucose tolerance test and acute inhibition of rapamycin, we concluded that hepatic gluconeogenesis probably plays a major role in controlling glucose homeostasis, which maybe account for the prolonged hyperglycemia and glucose intolerance phenotype of carnivorous fish. The present thesis brings forward our understandings about the roles of protein/AAs in the regulation of hepatic intermediary metabolism in trout and identifies relevant cellular signaling pathways mediating the action of amino acids on metabolism. It also clarifies some nutritional characteristics of the trout.

Cette thèse est consacrée à la synthèse et à l'étude structurale de peptides-beta/gamma, contenant en alternance des acides aminés-beta et -gamma, conçus pour mimer l'hélice-alpha (ou hélice-13), structure secondaire des protéines. Nous avons ainsi élaboré une stratégie de design « bottom-up » pour des peptides-beta/gamma devant se replier sous forme d'hélice-13. Ces peptides comportent un acide aminé-beta, le (1S,2S)-trans-2-aminocyclobutanecarboxylique, qui joue un rôle clé de brique constitutive en apportant des contraintes conformationnelles. Dans un premier temps, la synthèse énantiomériquement pure du trans-ACBC basée sur une étape clé de photocycloaddition [2+2] a été optimisée. Il a alors été possible de synthétiser des peptides-beta/gamma incorporant en alternance le trans-ACBC et le GABA, qui est un acide aminé-gamma dépourvu de toute contrainte. Des études expérimentales et théoriques fines de ces peptides-beta/gamma ont révélé une structuration inédite sous forme de rubban-9/8, en solution. Il a été démontré que ces nouveaux foldamères adoptent une forme plus ou moins courbe gouvernée par un code combinant configuration et conformation des acides aminés constitutifs de ces peptides. Dans un deuxième temps, des contraintes sur l'acide aminé-gamma ont été introduites par la préparation de peptides-beta/gamma alternant le trans-ACBC et des acides aminés-gamma4. Des études expérimentales et théoriques de ces peptides-beta/gamma en solution ont révélé une préférence conformationnelle sous forme d'hélice-13. La stabilité de cette structure hélicoïdale augmente avec la longueur de la chaîne peptidique. Ces hélices-13 sont en effet fortement stabilisées à partir de 5 liaisons hydrogènes inter-résidus. Enfin, des peptides-alpha/beta/gamma capables de mimer l'hélice-alpha du peptide p53(15-31) ont été conçus et synthétisés, afin de vérifier expérimentalement leur hélicité prédite par modélisation moléculaire. Une fois leur résistance à la dégradation protéolytique démontrée, ces peptides-alpha/beta/gamma ont été testés comme inhibiteur de l'interaction p53/hDM2. Un candidat a particulièrement été capable d'inhiber cette interaction en se liant au site naturel de fixation avec la protéine hDM2. Ce résultat illustre la réussite de notre stratégie de construction de mimes de l'hélice-alpha. / This thesis is devoted to the synthesis and the structural characterisation of beta/gamma-peptides, constructed from beta- and gamma-amino acids in alternation, designed to mimic the alpha-helix secondary structure which is present in many native proteins. The alpha-helix can be defined as a 13-helix and a bottom-up foldamer design strategy to target a 13-helical structure was examined, whereby beta/gamma-peptides were proposed in which (1S,2S)-trans-2-aminocyclobutanecarboxylic acid (trans-ACBC) was incorporated as a conformationally-restricted beta-amino acid component. The scalable synthesis of enantiomerically pure trans-ACBC using a [2+2] photocycloaddition strategy was successfully optimized. beta/gamma-Peptides incorporating trans-ACBC and GABA, the latter being the gamma-amino acid component devoid of any constraint, were then synthesised. Experimental and theoretical investigations of their solution-state folding behaviour revealed an unprecedented 9/8-ribbon foldamer structure that adopts curved shapes governed by a combined configuration-conformation code. Additional constraints on the gamma-amino acid component were then considered and beta/gamma-peptides incorporating trans-ACBC and gamma4-amino acids were synthesised. Experimental and theoretical investigations of these beta/gamma-peptides in solution unveiled a preference for 13-helix folding behaviour, which increased commensurately with the peptide chain length; robust 13-helices were stabilised by a minimum of five intramolecular hydrogen bonds. In the last part of this thesis, molecular modelling was used to design helical alpha/beta/gamma-peptides intended to reproduce as closely as possible the hot-spot residues of the known alpha-helical peptide sequence p53(15-31). These peptides were synthesised and their predicted helical folding was verified experimentally along with their resistance to proteolytic enzymes. The alpha/beta/gamma-peptides were tested as inhibitors of the p53/hDM2 interaction. One peptide was found to behave as potent inhibitor and to bind to the native peptide binding pocket of the hDM2 protein, providing a successful proof of concept of the alpha-helix mimetic design strategy.