Titre de l'écran-titre (visionné le 11 avril 2023) / Introduction: Les acides biliaires, en plus de posséder diverses fonctions digestives, présentent également des propriétés endocrines. En se liant au récepteur nucléaire farnésoïde X, ils jouent un rôle important dans la régulation du métabolisme des acides biliaires, ainsi qu'au niveau de l'inflammation intestinale et du foie, la triglycéridémie et la glycémie hépatique. Les acides biliaires sont susceptibles aux réactions de glucuronidation et de sulfatation, soit des réactions de phase II qui leur ajoutent un groupement polaire. Quoi que l'on accorde généralement à ces réactions un effet d'inactivation et de détoxification des molécules, quelques études ont illustré des exceptions à ce phénomène. Objectif : Chercher à valider la perte de fonction et la neutralité des métabolites glucuronidés (-G) ou sulfatés (-S) et identifier des possibles exceptions qui maintiennent leur activité en dépit des réactions de phase II. Méthodologie : La fonction agoniste et antagoniste de plusieurs acides biliaires et leurs métabolites -G/-S ont été testés en utilisant la trousse LanthaScreen TR-FRET FXR produite par ThermoFisher. Lorsqu'un effet était noté, des courbes doses réponses furent produites afin de caractériser davantage cet effet. Résultats : Une quasi-totalité des métabolites testés ne présentaient pas d'activité agoniste, ou antagoniste avec FXR. L'acide chénodésoxycholique 24-acyl-β-D-glucuronide (CDCA-24G) antagonise FXR en co-incubation avec l'acide chénodésoxycholique (CDCA), l'acide obéticholique (OCA), cilofexor et GW4064 alors que l'acide obéticholique 24-acyl-β-D-glucuronide (OCA-24G) ne démontait qu'un effet mesurable en présence d'OCA, ne pouvant pas produire d'IC50 calculable en présence des autres agonistes. Conclusions : Ce projet illustre une fonction antagoniste précédemment inconnue in vitro du CDCA-24G et de l'OCA-24G. Puisque des tests utilisant un modèle cellulaire ont été tentés, mais sans succès, il serait important que ces observations soient validées dans un modèle cellulaire fonctionnel, et ce, afin d'assurer qu'il ne s'agit pas d'une interaction observable seulement in-vitro. De plus, une validation à l'aide de tests utilisant un modèle animal serait aussi nécessaire. / Introduction: Bile acids present endocrine properties as well as their documented digestive functions. By binding to farsenoid X receptor (FXR), they play an important part in regulating their metabolism, as well as effecting intestinal and liver inflammation, triglyceridemia and hepatic glycemia. Bile acids, alongside multiple endogenous and exogenous compounds, can be conjugated by two phase II reactions, glucuronidation and sulfation, which add a polar group to non-polar molecules. While it is usually understood that these reactions inactivate and detoxify their targets, some exceptions have previously been identified in previous studies. Objective: Validate loss of function and neutrality of glucuronide (-G) and sulfate (-G) metabolites and identify possible exceptions that remain active following phase II reactions. Methodology: Agonist and antagonist function of various bile acids and their -G/-S metabolites were tested using a ThermoFisher LanthaScreen TR-FRET FXR assay kit. Noted effects were further characterised through production of dose-response curves. Results: Almost all tested metabolites did not display either agonist or antagonist functions on FXR. However, chenodeoxycholic acid 24-acyl-β-glucuronide (CDCA-24G) antagonises FXR in co-incubation with obeticholic acid (OCA), chenodeoxycholic acid (CDCA), cilofexor and GW4064, while obeticholic acid 24-acyl-β-glucuronide (OCA-24G) only displayed a measurable effect against FXR when co-incubated with OCA, being unable to produce measurable IC50s in presence of other agonists. Conclusions: This project highlights previously unknown functions of CDCA-24G and OCA-24G to antagonise FXR. Tests using cellular models were attempted but failed. Nonetheless, these observations should be validated in a functional cellular model, as well as in animal models, to ensure that they are not exclusive to in vitro conditions.

**Problématique :** L'accumulation excessive des acides biliaires (AB) est incriminée dans la pathogénie de plusieurs maladies hépatiques et intestinales. Il a été démontré que la β-glucuronidation hépatique favorise l'élimination et la détoxification des AB. Cependant, l'action des enzymes β-glucuronidase (GUS) de la flore intestinale contrecarre ce processus d'inactivation. **Objectif :** Mettre en évidence l'action des enzymes GUS du microbiote intestinal sur les acides biliaires glucuronoconjugués (AB-G) et la possibilité du moduler cette action par des interventions nutritionnelles et pharmacologiques. **Méthodes :** Des essais enzymatiques *in vitro* dans des conditions expérimentales adaptées ont été réalisés sur différents groupes d'échantillons de fèces humaines, incluant des individus sains, des individus atteints de maladies hépatiques, ainsi que des échantillons de selles et contenus intestinaux de souris axéniques et conventionnelles, et des crottes de rats après diverses chirurgies bariatriques. De plus, deux molécules amoxapine et inhibiteur 1 de la β-glucuronidase ont été utilisés pour explorer *in vitro* leurs effets en tant qu'inhibiteurs GUS sur la réaction GUS-AB-G. En outre, l'effet d'une supplémentation de 50g/j de poudre de bleuet lyophilisée (PBL) pendant 8 semaines chez des adultes humains (n=24) sur cette réaction a également été caractérisé. **Résultats :** Le microbiote intestinal GUS (β-glucuronidase), provenant des échantillons testés, a la capacité de déconjuguer les AB-G avec des variations entre individus, entre genres et entre espèces. Les acides biliaires glucuronidés en position 24 (AB-24G) sont déconjugués de manière plus efficace que leurs analogues en position 3 et 6 (AB-3G, AB-6G). *In vitro* l'amoxapine a montré une inhibition plus marquée des enzymes GUS *d'E.coli*, humains et murins que l'inhibiteur 1 de la β-glucuronidase, avec une IC50 de 34.74 ±1.09 µM (IC50 ± SD) pour GUS d'*E.coli* envers β-MCA-24G. La supplémentation par PBL a diminué de manière significative (p<0.01) l'activité GUS envers les AB-G mais uniquement chez les hommes avec des changements dans les valeurs de Km et Vmax. **Conclusion :** Nos résultats confirment le rôle des enzymes GUS du microbiote intestinal dans la retoxification des AB et révèlent la possibilité de moduler cette activité. Cette modulation pourrait contribuer à établir ces enzymes comme une nouvelle cible pour potentialiser l'effet détoxifiant de la glucuronidation envers les AB et réduire leur toxicité. / **Background:** Excessive accumulation of bile acids (BA) is implicated in the pathogenesis of many hepatic and intestinal diseases. Hepatic glucuronidation has been shown to promote the elimination and detoxification of BA. However, the action of β-glucuronidase (GUS) enzymes in the intestinal flora counteracts this inactivation process. **Objective:** To demonstrate the action of GUS enzymes in the intestinal microbiota on bile acid glucuronides (BA-G) and the possibility of modulating this action through nutritional and pharmacological interventions. **Methods:** *In vitro* enzymatic assays under adapted experimental conditions were performed on different groups of human fecal samples, including healthy individuals, individuals with liver diseases, as well as stool samples and intestinal contents from germ-free and conventional mice, and rats fecal samples after various bariatric surgeries. Additionally, two molecules, amoxapine and β-glucuronidase inhibitor 1, were used to explore *in vitro* their effects as GUS inhibitors on the GUS-BA-G reaction. Furthermore, the impact of a supplementation of 50g/day of freeze-dried highbush blueberry powder (BBP) for 8 weeks in adult humans (n=24) on this reaction was also characterized. **Results:** The GUS (β-glucuronidase) enzymes of intestinal microbiota from the samples tested efficiently deconjugate BA-G with variations between individuals, genera, and species. Bile acid glucuronides at position 24 (BA-24G) are deconjugated more efficiently than their analogues at positions 3 and 6 (BA-3G, BA-6G). *In vitro*, amoxapine showed more marked inhibition of human, murine and *E.coli* GUS enzymes than β-glucuronidase inhibitor 1, with an IC50 of 34.74 ±1.09 µM (IC50 ± SD) for *E.coli* GUS towards β-MCA-24G. BBP supplementation significantly (p<0.01) decreased GUS activity towards BA-G but only in males with changes in Km and Vmax values. **Conclusion:** Our results confirm the role of β-glucuronidase (GUS) enzymes from the intestinal microbiota in the re-toxification of BA and reveal the potential to modulate this activity. This modulation could help establish these enzymes as a new target to enhance the detoxifying effect of glucuronidation towards BA and reduce their toxicity.

Thèse ou mémoire avec insertion d’articles. / Les maladies cardiométaboliques affectent de nombreuses populations à l'échelle mondiale, notamment les populations autochtones qui résident dans le nord du Canada. Des travaux scientifiques récents suggèrent que ces maladies peuvent avoir été causées en partie par des perturbations du microbiote intestinal. Le profilage métabolique d'acides biliaires (AB) est un moyen reconnu pour analyser le microbiote. Cependant, ces analyses sont principalement effectuées a posteriori sur des échantillons fécaux et ne fournissent aucune information spatiale ou temporelle sur les variations métaboliques au sein du tractus gastro-intestinal. Le présent projet vise à développer une méthode de détection sélective aux AB basée sur la spectroscopie Raman exaltée en surface (SERS), une technique d'identification moléculaire. Les capteurs développés à partir de cette méthode permettront une étude en temps réel du microbiote avec une résolution spatiale et temporelle inégalée. La spectroscopie Raman est une technique d'identification moléculaire non invasive et non destructive qui produit un spectre hautement spécifique avec diverses bandes corrélées à la structure moléculaire de l'échantillon. Il est possible d'améliorer sa sensibilité de détection en utilisant une surface métallique nanostructurée amplificatrice de signal, ce qui permet de mesurer différentes espèces moléculaires dans des concentrations réduites et un temps de mesure relativement court. La combinaison du SERS avec des méthodes d'apprentissage machine permet dans certains cas d'augmenter davantage les capacités de détection et de classification. Afin de détecter les AB, un microscope confocal Raman à balayage laser a été construit en laboratoire. Des substrats actifs en SERS et sélectifs aux AB ont par la suite été développés en immobilisant des nanoétoiles d'or sur des lamelles de verre. Afin de réaliser une analyse approfondie avec des algorithmes d'apprentissage machine, une base de données spectrales a été conçue en mesurant plusieurs spectres SERS provenant d'AB individuelles ou de mélanges d'AB, et ce dans diverses matrices moléculaires. Un modèle du type « réseau de neurones convolutif » a été entraîné et jumelé à plusieurs techniques de traitement spectral et d'augmentation des données afin d'effectuer la classification de différentes espèces d'AB à partir de leur spectre. Le modèle résultant a été appliqué avec succès sur cinq espèces d'AB et validé à différentes concentrations. / Cardiometabolic diseases are affecting many populations worldwide, including indigenous populations residing in northern Canada. Recent scientific evidence suggests that these diseases may be caused in part by disorders of the gut microbiota. Bile acid (BA) metabolic profiling is a recognized method for analyzing the gut microbiota. However, these analyses are mostly performed on fecal samples and do not provide any spatial or temporal information on metabolic variations in the gastrointestinal tract. The present project aims to develop an AB-selective sensing method based on Surface Enhanced Raman Spectroscopy (SERS), a molecular identification technique. The resulting sensors will allow a real time study of the microbiota with an unmatched spatial and temporal resolution. Raman spectroscopy is a non-invasive and non-destructive molecular identification technique that produces a highly specific spectrum with various bands correlated to the molecular structure of the sample. Its detection sensitivity can be improved using a signal enhancing nanostructured metal surface, which allows the measurement of various chemical species at lower concentrations and/or shorter measurement times. Combining SERS with machine learning methods can, in some cases, increase even further detection and classification capabilities. In order to detect ABs, a confocal laser scanning Raman microscope was built in the laboratory. AB-selective SERS active substrates were developed by immobilizing gold nanostars on glass coverslips. In order to perform an extensive analysis with machine learning algorithms, a database of spectra was developed by measuring several SERS spectra from individual ABs or mixtures of ABs in various molecular matrices. A convolutional neural network model was trained and combined with several spectral processing and data augmentation techniques to perform classification of different BA species based on their spectra. The resulting model was successfully applied to five species of BA and validated at different concentrations.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2005-2006 / Les acides biliaires sont des détergents naturels jouant un rôle crucial dans le maintien de l'homéostasie du cholestérol. Cependant, leur cytotoxicité rend nécessaire un contrôle strict de leurs concentrations intracellulaires, afin d'éviter diverses pathologies comme la cholestase. La glucuronidation hépatique, catalysée par les enzymes UDPglucuronosyltransférases (UGT), permet l'excrétion urinaire des acides biliaires. Dans la présente étude, nous avons identifiée 11JGT1A3 comme l'enzyme majeure pour l'inactivation de l'acide chenodeoxycholique sous forme de dérivés glucuronides (CDCA-G). D'autre part nous avons pu démontrer que l'activation de différents récepteurs nucléaires comme le « pregnane-X-receptor » (PXR) ou le « Liver X-receptor » (LXR)a induisait l'expression et l'activité de TUGT1A3, en stimulant l'activité transcriptionnelle du gène codant pour cette enzyme. Ces observations indiquent que les activateurs synthétiques des récepteurs PXR et LXRa peuvent être considérés comme des molécules ayant un potentiel pharmacologique pour stimuler l'expression hépatique de 1TJGT1A3 et ainsi favoriser l'élimination des acides biliaires chez le patient choie statique.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / Problématique : La glucurono-conjugaison (glucuronidation) métabolise de nombreux composés exogènes et endogènes, notamment les acides biliaires (AB). Malgré leurs propriétés physiologiques, les AB sont cytotoxiques à concentration élevée, tel qu'observé dans le foie de patients souffrant de maladies cholestatiques. En catalysant le transfert du groupement glucuronosyle sur le substrat, les enzymes UDP-glucuronosyltransférases (UGT) facilitent l'élimination de ces molécules. Cette réaction est modulable, régulant ainsi la formation d'AB-glucuronides (AB-G). La glucuronidation des AB serait donc une potentielle cible anticholestatique. Cependant, son étude est limitée par l'absence d'un modèle animal caractérisé. Hypothèse :Nous posons l'hypothèse que, "comme chez l'Humain, la glucurono-conjugaison est une voie importante de détoxification des acides biliaires chez la souris, qu'elle intervient dans les organes du tractus digestif, qu'elle fait intervenir des enzymes spécifiques et qu'elle peut être modulée par des facteurs environnementaux et nutritionnels". Ainsi, les travaux de ce mémoire vise à valider la souris comme modèle adéquat afin d'investiguer le potentiel de cette réaction dans le cas des maladies cholestatiques auto-immunes du foie. Objectif : Ce mémoire vise à combler le manque de modèle animal en explorant la glucuronidation des AB chez la souris et en déterminant les contributions enzymatiques et tissulaires, ainsi que sa modulation par des facteurs diététiques et environnementaux. Méthodes : Un profilage d'AB-G a été effectué sur le foie, les contenus intestinaux et les fèces de souris de souche CD1-Elite. Des essais enzymatiques ont été réalisés en incubant les AB en présence de microsomes de cellules embryoniques rénales humaines (HEK)293 exprimant chacune des Ugt2b murines (Ugt2b1, 2b5, 2b34, 2b35, 2b36, 2b37, 2b38) ou d'homogénats de foie ou d'intestins de souris conventionnelles. Les modulations environnementales (diète et température) ont ensuite été déterminées par le traitement des souris C3H/HeJ par une diète faible en lipides ou hyperlipidique, avec des variations de température. Les AB-G ont été quantifiés par spectrométrie de masse. Résultats : L'acide β-muricholique-24G (β-MCA-24G) est l'AB-G le plus fréquemment retrouvé, et sa formation fait intervenir notamment le foie et le colon, principalement via l'isoforme Ugt2b37. La glucuronidation du β-MCA est augmentée dans le foie par une diète hyperlipidique et par une température d'hébergement élevée, alors que l'inverse est observé dans le colon. Conclusion : Ces analyses démontrent la contribution des Ugt2b, ainsi que le foie et le colon dans la glucuronidation des AB chez la souris, avec la modulation de la diète et température. Les résultats suggèrent que la souris pourrait servir de modèle adéquat pour l'étude de la glucuronidation des AB en tant que cible thérapeutique dans les maladies cholestatiques auto-immunes. / Background: The glucuronidation is a phase II reaction that metabolizes numerous exogenous and endogenous compounds, such as bile acids (BAs). Their amphipatic properties enhance intestinal lipid absorption, but renders them cytotoxic in high concentrations, as observed in cholestatic liver diseases where bile flow is impaired. By catalyzing the transfer of glucuronosyl group on the substrate, UDP-glucuronosyltransferases (UGT) enzymes allow elimination. This reaction can be modulated, thereby regulating BA-glucuronide (BA-G) formation. However, its understanding is limited by the lack of an adequate, fully characterized animal model. Objective: This MSc thesis aims to characterize enzymatic and tissular contributions to murine BA glucuronidation and its regulation through dietetic and environmental modulators. Hypothesis: Despite the fact that this reaction is well known in humans, the absence of a characterized animal model limits the exploitation of this reaction. Thus, the hypothesis of this thesis aims to validate the mouse as a suitable model to investigate the potential of BA glucuronidation as a therapeutic target in autoimmune cholestatic liver diseases. Methods: BA-G profiling was achieved on murine liver, intestinal contents, and feces. Enzymatic assays were performed by incubating BA-G precursors with microsomal fractions of human embryonic kidney (HEK)293 cells expressing each murine Ugt2b (Ugt2b1, 2b5, 2b34, 2b35, 2b36, 2b37, 2b38) or liver or intestinal homogenates from conventionally raised or treated mice. Environmental modulators (diet and temperature) were then determined by treating mice with a low-fat diet (LFD) or high-fat diet (HFD), exposing them to different temperatures. BA-G were quantified by mass spectrometry. Results: β-muricholic acid-24G (β-MCA-24G) was the most frequently detected BA-G, and its formation involves the liver and the colon, mainly from the Ugt2b37 enzyme. β-MCA glucuronidation increased with a HFD and with a higher captivity temperature. Conclusion: Our results assess the contribution of Ugt2bs, as well as liver and colon, to murine BA glucuronidation, and that diet and captivity temperature strongly regulate BA-G formation. The present study reveals that the mouse is a potential suitable model for the study of BA glucuronidation as a therapeutic trget for cholestatic liver disease.

Titre de l'écran-titre (visionné le 22 novembre 2023) / Problématique : La glucuronidation métabolise de nombreux composés exogènes et endogènes, notamment les acides biliaires (AB). Leur propriété amphipathique facilite l'absorption lipidique intestinale, mais les rend cytotoxiques à haute concentration, comme dans les maladies cholestatiques du foie où le flux biliaire est réduit. En catalysant le transfert du groupement glucuronosyle sur le substrat, les enzymes UDP-glucuronosyltransférases (Ugt) facilitent l'élimination. Cette réaction est modulable, permettant ainsi réguler la formation d'AB-glucuronides (-G); la glucuronidation des AB serait donc une cible anticholestatique pour réduire leur concentration intrahépatique. Cependant, son étude est limitée par l'absence d'un modèle animal caractérisé. Hypothèse : La souris constitue un modèle potentiel pour l'étude de la glucuronidation des AB. Objectif : Ce mémoire vise à pallier ce manque en déterminant les contributions enzymatique et tissulaire de la glucuronidation des AB chez la souris et de sa modulation par une diète hyperlipidique et par la température. Méthodes : Un profilage bilacidomique-G a été effectué sur le foie, les contenus intestinaux et les fèces murins. Des essais enzymatiques ont été réalisés en incubant les AB libres en présence de microsomes de cellules embryoniques rénales humaines (HEK)293 exprimant chacune des Ugt2b murines (Ugt2b1, 2b5, 2b34, 2b35, 2b36, 2b37, 2b38) ou d'homogénats de foie ou d'intestin de souris de 4 souris/sexe. Les 7-8 souris/traitement étaient nourries d'une diète normale ou hyperlipidique durant 8 semaines et hébergées à une basse température (10 °C) ou plus élevée (30 °C) durant 4 semaines. Les AB-G ont été quantifiés par chromatographie liquide couplée à de la spectrométrie de masse. Résultats : L'acide β-muricholique-24G (β-MCA-24G) est l'AB-G le plus fréquemment retrouvé, et sa formation proviendrait notamment au foie et au côlon, principalement via l'isoforme Ugt2b37. La glucuronidation du β-MCA est augmentée par une diète hyperlipidique et par une température d'hébergement supérieure. Conclusion : Ces analyses démontrent la contribution des Ugt2b, ainsi que du foie et du côlon, pour la glucuronidation des AB chez la souris. La diète et la température d'hébergement régulent leur glucuronidation par des Ugt spécifiques. Les résultats indiquent que la souris est un modèle animal potentiel pour l'étude de cette cible anticholestatique. / Background: The glucuronidation reaction metabolizes numerous exogenous and endogenous compounds, such as bile acids (BAs). Their amphipathic property enhances intestinal lipid absorption, but renders them cytotoxic in high concentrations, as observed in cholestatic liver diseases where bile flow is impaired. By catalyzing the transfer of the glucuronosyl group on the substrate, UDP-glucuronosyltransferases (Ugt) enzymes allow elimination. This reaction can be modulated, thereby regulating BA-glucuronide (BA-G) formation. However, its understanding is limited by the lack of an animal model fully characterized. Hypothesis: Mouse could serve as a potential model for the study of BA glucuronidation. Objective: This MSc thesis aims to characterize enzymatic and tissular contributions to murine BA glucuronidation and its regulation through dietetic and environmental modulators. Methods: BA-G profiling was achieved on murine liver, intestinal contents, and feces. Enzymatic assays were performed by incubating BA-G precursors with microsomal fractions of human embryonic kidney (HEK)293 cells expressing each murine Ugt2b (Ugt2b1, 2b5, 2b34, 2b35, 2b36, 2b37, 2b38) or liver or intestinal homogenates from conventionally raised or treated mice. Evaluated treatments included a high-fat diet and temperature modulation. BA-Gs were quantified by liquid chromatography coupled with tandem mass spectrometry. Results: β-muricholic acid-24G (β-MCA-24G) was the most frequently detected BA-G, and its formation involves the liver and the colon, mainly from the Ugt2b37 enzyme. β-MCA glucuronidation increased with a high-fat diet and with a higher captivity temperature. Conclusion: Our results assess the contribution of Ugt2bs, as well as liver and colon, to murine BA glucuronidation, and that diet and captivity temperature strongly regulate BA-G formation. The present study reveals that the mouse is a potentially suitable model for studying BA glucuronidation as a therapeutic target for cholestatic liver diseases.

Fibroblast Growth Factor 19 (FGF19 chez l’humain ; FGF15 chez la souris) est un régulateur central du métabolisme hépatique. Cette molécule a un impact important au niveau de la différentiation neurologique et de l’oreille interne au stade foetal. À l’âge adulte, le patron d’expression est restreint au système gastro-intestinal. Contrairement aux autres membres de la superfamille des FGFs, FGF19/15 agit de manière endocrine car il n’est pas retenu par la matrice extracellulaire et peut rejoindre la circulation sanguine. L’expression de FGF19/15 est induite par les acides biliaires au niveau de l’intestin grêle, plus précisément l’iléon. Les acides biliaires lient le récepteur nucléaire Farnesoid-XReceptor (FXR) qui peut ensuite s’hétérodimériser avec Retinoid-X-Receptor (RXR) pour se lier au promoteur de FGF19/15, ce qui enclenche son expression. Une fois dans le sang, l’hormone rejoint le foie et son action est médiée par le complexe de récepteur Fibroblast Growth Factor Receptor 4 (FGFR4) et β-Klotho (BKL). Une fois les récepteurs activés, FGF19/15 module la glycémie en inhibant la néoglucogenèse hépatique et en activant la synthèse du glycogène, le flux protéique en activant eIF4B et la lipémie en inhibant les enzymes clefs de la lipogénèse. FGF19/15 joue aussi un rôle majeur au niveau du métabolisme biliaire. Ce dernier permet de réduire la production d’acide biliaire en inhibant la Cholesterol 7-α oxygenase (CYP7A1). Les travaux présentés dans ce mémoire portent dans un premier temps sur la caractérisation des conséquences amenées par l’infection sur l’axe endocrine FGF15/FGFR4. Un premier manuscrit traite de l’expression des différents gênes clefs du système et de leur perte lors d’une infection à Salmonella typhimurium, l’agent pathogène causant la fièvre typhoïde chez la souris, et des conséquences sur l’homéostasie biliaire. Il est possible de remarquer une perte de l’expression de FGF15 au niveau de l’intestin et de FGFR4 et β-Klotho au niveau du foie, en plus de plusieurs transporteurs responsables d’amener différents composants clefs de la bile à la vésicule biliaire ou à la circulation sanguine. Le deuxième volet du travail consistait à déterminer le mécanisme derrière la perte du complexe de récepteurs FGFR4/β-Klotho. Les résultats préliminaires démontrent que la perte de β-Klotho semble être médiée seulement par le processus inflammatoire normal et la perte de FGFR4 semble être Salmonella dépendante, par le biais de la voie c- Jun N-terminal kinases (JNK) et le facteur de transcription Hepatic Nuclear Factor 1 alpha (HNF1α)

Thèse de doctorat : Sciences du Vivant. Aspects moléculaires et cellulaires de la Biologie : Strasbourg 1 : 2007. / Thèse soutenue sur un ensemble de travaux. Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 21 p.

Introduction : La glucuronidation a pour effet de rediriger l’élimination des acides biliaires (AB) vers l’urine. En état cholestatique, caractérisé par une interruption du flux biliaire, ce métabolisme pourrait représenter une cible pharmacologique car il peut être stimulé par certains agonistes de récepteurs nucléaires. Le rein exprime aussi toutes les protéines œuvrant cette voie biologique, donc, cet organe est suspecté comme étant un joueur prédominant dans l’homéostasie des AB lors de cholestase. Objectif 1 : Évaluer l’effet de la glucuronidation sur la toxicité des AB. Après avoir déterminé la toxicité différentielle des AB dans le modèle cellulaire hépatique HepG2 en utilisant des tests moléculaires classiques (mesure de l’activité de la caspase 3, évaluation de la nécrose et de l’apoptose par FACS et mesure de la prolifération cellulaire par MTS et BCA), nous avons démontré que la glucuronidation des AB diminuait leurs propriétés pro-nécrotique et pro-apoptotique, ainsi que leur toxicité générale. Objectif 2 : Caractériser la glucuronidation hépatique et rénale des AB. L’expression (protéine et ARNm) des UGT a été quantifiée dans le foie et le rein humain. Ensuite, les constantes cinétiques de la glucuronidation rénale et hépatique des AB ont été déterminées, ce qui a mené à l’exposition des propriétés allostériques de ces réactions. Objectif 3 : Caractériser la glucuronidation des AB effectuées par les membres de la famille des UGT2A. Des microsomes surexprimant soit l’UGT2A1, l’UGT2A2 ou l’UGT2A3 ont été utilisés en essais enzymatiques afin d’extrapoler leurs constantes cinétiques de la glucuronidation des AB. Les enzymes UGT2A1 et UGT2A2 ont démontrées une excellente activité de glucuronidation des AB. Conclusion : La glucuronidation des AB diminue leur toxicité et semble être effectuée par un complexe oligomérique. Le mécanisme enzymatique catalysant la glucuronidation des AB dans le foie et le rein présente des différences majeures, mais offre un rendement similaire en état physiologique normal. Cependant, le rein possède une meilleure capacité d’adaptation à une surcharge d’AB. En somme, les résultats présentés indiquent que la glucuronidation rénale et hépatique des AB est une cible thérapeutique pour le traitement de la cholestase, cependant, elle doit être mieux caractérisée afin d’être optimisée et utilisée. / Introduction: Glucuronidation redirect bile acids (BA) elimination toward the urine. During cholestasis, a condition characterized by a bile flow interruption, this metabolism may represent a pharmacological target, because it can be stimulated by numerous nuclear receptor agonists. The kidney also expresses all proteins involved in this biological pathway, therefore, this organ is suspected as a predominant player in BA homeostasis during cholestasis. Objective 1: Evaluate the effect of glucuronidation on BA toxicity. After determining the differential BAs toxicity in the selected liver model cell (HepG2) using molecular tests (caspase 3 activity measurement, necrosis and apoptosis evaluation by FACS and proliferation assessment using MTS reduction and total protein content evaluated by BCA), we have demonstrated that BA glucuronidation decreased their pro-necrotic and pro-apoptotic properties, and, therefore, their general toxicity. Objective 2: Characterizing the hepatic and renal BA glucuronidation. The expression (protein and mRNA) of various UGT was quantified in human liver and kidney. Then, the kinetic constants for BA glucuronidation in human kidney and liver extracts were determined, which led to the exposure of the allosteric properties of these reactions. Objective 3: Characterizing BA glucuronidation carried out by UGT2As. Microsomes over-expressing either UGT2A1, UGT2A2 or UGT2A3 have been used in enzyme assays to extrapolate the kinetic constants for BA glucuronidation by these enzymes. UGT2A1 and UGT2A2 Glucuronidation decreases BAs toxicity and seems to be performed by a oligomeric enzyme complex. Major differences have been observed between the liver and kidney enzymatic mechanism of BA glucuronidation, but they offers similar performance in normal physiological state. However, the kidney has a better ability to adapt to an overload of BA. In sum, the results presented in this thesis indicate that renal and hepatic BA glucuronidation is a therapeutic target for the treatment of cholestasis, however, it must be better characterized and optimized in order to be used.

La cholestase (altération du flux biliaire altéré) est caractérisée par la rétention des acides biliaires (AB) toxiques dans les cellules du foie: hépatocytes. Comme cette accumulation d’AB peut conduire à la cirrhose, la fibrose et finalement à l'insuffisance hépatique, la réduction de leurs niveaux et de leur toxicité est une cible importante pour les thérapies anti-cholestatiques. Le but de notre projet était donc d'identifier de nouvelles approches pharmacologiques qui stimuleraient la détoxification des AB dans les maladies cholestatiques du foie telles que la cholangite biliaire primitive (CBP) et la cholangite sclérosante primitive (CSP), 2 maladies auto-immunes du foie avec une indication commune pour une transplantation hépatique. Les activités de recherche ont porté sur le rôle des acides gras polyinsaturés oméga-3 (AGPI n-3) tels que l’acide docosahexaénoïque (ADH) et l’acide eicosapentaénoïque (AEP) dans la détoxification des AB. Ces études ont été soutenues par des techniques in vitro et in vivo pour caractériser les signatures moléculaires, cellulaires et métaboliques pertinentes à l'état cholestatique. Dans les expériences in vitro, nous avons démontré que dans le foie, les AGPI n-3 mènent d’une part, à l’inhibition de l'expression des gènes impliqués dans la synthèse et d'absorption des AB, et d’autre part à l'activation de ceux codant pour le métabolisme et l'excrétion des AB dans le foie, l'intestin et les reins. Le prétraitement à l’AEP et/ou à l’ADH atténuait de façon significative l’apoptose induite par les AB dans le foie et pourrait donc être efficace dans la protection des cellules hépatiques contre les dommages du foie induits par les AB lors de la cholestase. De plus, l’administration d’une diète riche en ADH à des souris sauvages a mené à une diminution des niveaux circulants d’AB totaux, favorisant ainsi la formation d’un profil moins toxique d’AB. Le profil transcriptomique des gènes liés aux AB a été affecté par une intervention nutritionnelle chez la souris, puisque l'expression de gènes codant pour la synthèse et de l'absorption des AB ont été inhibée, tandis que l’expression de ceux codant pour l'export et le métabolisme a été augmentée dans le foie, l’intestin et les reins. La variation interindividuelle observée dans la réponse à ces traitments limite malheureusment la portée e ces observations, mais pris dans un contexte plus large, nos données suggèrent cependant que ces effets contribuent aux effets hépato-protecteurs de l’AEP et de l’ADH contre les dommages hépatiques induits par les AB comme observé lors de situations cholestatiques. Dans la deuxième partie du projet de recherche, nous avons développé une méthode de spectrométrie de masse en mode d’acquisition « multiple reaction monitoring » (MRM-MS) pour la détection sélective et sensible de l’enzyme CYP3A4 dans les microsomes et homogénats de foies humains (normal ou provenant de patients présentant une lésion hépatique, tels que chez la CBP et la CSP). Ces études proposent de nouvelles approches pharmacologiques, qui assurent la régulation de l'homéostasie des AB dans les pathologies et des traitements cholestatiques, en plus du développement de nouveaux outils pour la quantification protéomique impliquée dans le métabolisme xéno- et endobiotique comme un indicateur de maladies du foie. / Cholestasis (impaired bile flow) is characterized by the retention of toxic bile acids (BAs) in hepatocytes. Since the BA accumulation can lead to cirrhosis, fibrosis and further to liver failure, the reduction of BA levels and toxicity is an important target for anti-cholestatic therapies. The aim of the project was therefore to identify novel pharmacological approaches stimulating BA detoxification for cholestatic liver diseases such as primary biliary cholangitis (PBC) and primary sclerosing cholangitis (PSC), 2 autoimmune liver diseases with a common indication for liver transplantation. The research activities were focused on the role of omega 3 polyunsaturated fatty acids (n-3 PUFAs) such as docosahexaenoic (DHA) and eicosapentaenoic (EPA) acids in BA detoxification. Those studies were supported by the use of in vitro and in vivo techniques to characterize molecular and cellular signatures relevant to cholestatic condition. Using in vitro experiments, we demonstrated that in the liver n-3 PUFAs inhibit the expression of genes involved in BA synthesis and uptake, while activating those encoding the proteins for BA detoxification and excretion in the liver, intestine and kidneys. EPA and/or DHA pretreatment significantly attenuated BA-induced liver apoptosis and thus could be efficient in protecting liver cells from BA-induced liver damages in cholestasis. Moreover, in mice fed a DHA-enriched diet, circulating abundance of total BAs was reduced, favoring the formation of a less toxic BA profile. The transcriptomic profile of BA-related genes was affected by nutritional intervention in mice, since the expression of genes coding for the BA synthesis and absorption was inhibited, while of those encoding for the BA export and metabolism was increased in the liver, intestine and kidneys. While the interpretation of these results remains limited due to a large inter-individual variability in the response to DHA, we hypothesize that those effects may contribute to the hepatoprotective effects of EPA and DHA against BA-induced liver damages as observed in cholestatic situation. In the second part of the research project, we developed a novel multiple reaction monitoring mass spectrometry method (MRM-MS) for the selective and sensitive detection of CYP3A4 in human liver microsomes and homogenates for CYP3A4 quantification in normal liver samples or from the patients with hepatic injury, such as PBC and PSC specimens. Overall, these studies provide novel pharmacological approaches, which ensure the regulation of BA homeostasis for cholestatic pathologies and treatments, in addition to the development of new tools for the quantification of protein involved in the xeno- and endobiotic metabolism as an indicator of liver diseases.