Les lipides représentent non seulement la forme d'énergie la plus dense qui est transférée lors des interactions trophiques en milieu marin, mais comprennent également des acides gras essentiels (AGE) que les herbivores ne peuvent pas synthétiser de novo et doivent assimiler par alimentation pour assurer leur croissance, leur survie et leur reproduction. Puisque la croissance des microalgues qui produisent la grande majorité des AGE est conditionnée par de nombreuses propriétés physico-chimiques de l'eau (p. ex., température, lumière, nutriments, pH), la variabilité environnementale et les changements climatiques en cours pourraient affecter significativement la synthèse d'acides gras, soit directement en induisant une réponse physiologique des microalgues, soit indirectement en favorisant des changements taxinomiques. Ces modifications pourraient alors se répercuter sur les herbivores et l'ensemble du réseau alimentaire. Cette thèse a étudié ces possibilités au moyen d'approches empiriques et expérimentales combinant un échantillonnage inédit à grande échelle dans les eaux arctiques et subarctiques du Canada et une expérience de croissance en microcosme. Malgré une grande variabilité des propriétés physico-chimiques à travers l'aire d'étude, la composition taxinomique des assemblages phytoplanctoniques s'est imposée comme principal déterminant de la composition lipidique de la matière organique. Au sein des communautés dominées soit par des flagellés ou des diatomées, le pH et de façon inattendue, la salinité, ont influencé la synthèse d'omega-3 et de l'acide eicosapentaénoïque (EPA) en particulier. Cette étude souligne également l'importance des maximums subsuperficiels de chlorophylle a (SCM) qui perdurent durant tout l'été et fournissent une source persistante de matière organique à forte teneur en acides gras polyinsaturés. L'examen de marqueurs trophiques caractéristiques des diatomées suggère que la majeure partie du contenu en acide gras des copépodes a été acquise par broutage récent au SCM plutôt que par accumulation antérieure lors de l'efflorescence printanière en surface. Au-delà du couplage observé dans les teneurs de certains AGE chez les copépodes et le phytoplancton sur de courtes échelles de temps, des différences notables dans la composition lipidique des animaux étaient attribuables à l'espèce et au stade de développement. L'approche expérimentale visant à simuler le développement d'une floraison de diatomées a démontré que leur composition lipidique était davantage affectée par la température que par la lumière ou le pH, et que le signe de la réponse pouvait s'inverser selon l'acide gras considéré. Cependant, les changements observés peuvent être considérés comme modestes étant donné les perturbations fortes et soudaines imposées par le protocole expérimental. Dans l'ensemble, la thèse montre que l'impact principal du forçage physico-chimique sur le contenu en acides gras des organismes à la base des réseaux alimentaires des eaux canadiennes arctiques et subarctiques se produit par la sélection environnementale des différents groupes de phytoplancton et de copépodes. Bien que les profils lipidiques de ces organismes puissent également être affectés directement par les propriétés physico-chimiques, que ce soit in situ ou in vitro, ces réponses sont généralement faibles et suggèrent un haut degré de résistance physiologique de ces espèces. / In addition to being the densest form of energy that can be transferred during trophic interactions in the marine environment, lipids include essential fatty acids (EFA) that herbivores cannot synthesize de novo and must acquire from their diet in order to ensure growth, survival and reproduction. Since the growth of the microalgae that produce the vast majority of these EFA is conditioned by a host of physicochemical water properties (e.g., temperature, light, nutrients, pH), environmental variability and ongoing climate change could significantly alter their fatty acid composition, either directly by inducing physiological responses or indirectly by promoting changes in species assemblages. These alterations could then propagate to herbivores and, presumably, the upper food web. This thesis investigated these possibilities using empirical and experimental approaches combining large-scale sampling across Canadian Arctic and sub-Arctic waters with a microcosm experiment simulating a diatom bloom. Despite high variability in physicochemical properties across the sampling area, the taxonomic composition of phytoplankton assemblages emerged as the primary determinant of their lipid composition. Within communities dominated by either flagellates or diatoms, pH and surprisingly, salinity then modulated the synthesis of omega-3 and eicosapentaenoic acid (EPA) in particular. The results underscore how the maintenance of long-lived subsurface chlorophyll maxima (SCM) during summer and fall provide copepods with a persistent source of elevated organic matter with a high content of polyunsaturated fatty acids. An analysis of trophic markers that are characteristic of a diatom diet suggested that a major portion of the fatty acid content of copepods was acquired by recent grazing on SCM rather than prior feeding on spring blooms at the surface. Beyond this tight coupling of copepod and phytoplankton EFA content at short time scales, notable differences in the lipid composition of the animals were attributable to species and developmental stage. The microcosm experiments showed that the lipid composition of diatoms that dominate SCM communities was more impacted by temperature than by light or pH, and that the sign of the response was different depending on the specific EFA considered. However, the changes observed can generally be considered as modest given the strong and sudden perturbations imposed by the experimental protocol. Overall, the thesis shows that the main impact of physicochemical forcing on the fatty acid content of organisms in the lower food webs of Eastern Canadian Arctic and sub-Arctic seas occurs through the environmental selection of different phytoplankton groups and copepod species. While the lipid profiles of these organisms can also be affected directly by physicochemical conditions, either in situ or in vitro, these responses are generally small and imply a high degree of physiological resistance.

"Thèse en cotutelle, Doctorat en médecine moléculaire, Université Laval, Québec, Canada, Philosophiæ doctor (Ph. D.) et AgroParisTech - Institut des sciences et industries du vivant et de l'environnement Paris, France" / L'épidémie d'obésité qui sévit à travers le monde, est liée à une augmentation de la prévalence des maladies métaboliques, telles que le diabète de type 2, les maladies cardiovasculaires ou encore la stéatose hépatique non alcoolique. Au cours des dernières décennies, la recherche s’est tournée vers l’analyse du microbiote intestinal et de nombreuses publications ont démontré un rôle important de la dysbiose microbienne dans le développement des maladies métaboliques. En effet, le tractus gastro-intestinal et le microbiote intestinal représentent une interface importante entre l'alimentation et l'organisme hôte. Dans ce contexte, l'utilisation de traitements d’origine alimentaire afin d’améliorer la santé gastro-intestinale pourrait prévenir le développement des désordres métaboliques liés à l'obésité. Dans une première étude, nous avons tenté de comprendre le rôle du microbiote intestinal dans les effets bénéfiques des acides gras oméga-3 sur la santé métabolique de l'hôte. Pour cela, nous avons réalisé un protocole animal afin de comparer les mécanismes d’action liés à la supplémentation orale d’huile de poisson riche en oméga-3, en contact direct avec le tractus gastro-intestinal, avec les mécanismes induits dans un modèle transgénique de souris fat-1 qui sont capables de convertir les oméga-6 en oméga-3 de manière endogène. Nos résultats démontrent que les souris gavées avec l’huile de poisson, étaient totalement protégées contre le développement de la stéatose hépatique induite par la diète riche en gras. En parallèle, la résistance à l’insuline et l’intolérance au glucose ont été fortement diminuées chez les animaux transgéniques fat-1. Malgré des effets métaboliques différents, les deux modèles ont significativement réduit le taux de cholestérol circulant, ce qui pourrait être associé à l’augmentation importante du genre Allobaculum dans les fèces. Cependant, l’étude plus poussée du microbiote intestinal, ainsi que l’analyse prédictive de ses fonctions, démontrent des modulations bénéfiques plus importantes chez les souris gavées aux oméga- 3. Cela suggère un rôle de l’axe-intestin foie dans les effets des oméga-3 contre le développement de la stéatose hépatique, qui pourraient notamment s’expliquer par l’augmentation de la production de propionate au niveau intestinal, pouvant être ensuite transporté jusqu’au foie par la veine porte. La seconde étude présentée dans ce manuscrit fait partie d’un vaste projet dont le but final est de sélectionner une nouvelle souche bactérienne présentant des propriétés antiobésité, afin de l’incorporer dans des fromages et des yaourts, qui seront ensuite commercialisés. Les différents résultats obtenus démontrent que les souches Lb102, Bf141 et P35 ont significativement prévenu le gain de poids corporel induit par la diète riche en gras et en sucre, sans altérer la quantité de calories ingérées. Ces traitements ont également engendré une diminution de l’inflammation du tissu adipeux viscéral, de la résistance à l’insuline ainsi qu’une augmentation de la tolérance au glucose. Malgré des effets métaboliques similaires et importants, l’analyse du microbiote intestinal et de l’expression des gènes du côlon suggèrent des mécanismes d’action souche-dépendants. Il faut également noter que ces trois souches, présentant un fort potentiel probiotique, ont induit des effets métaboliques importants en affectant très peu la composition du microbiote intestinal. L’analyse du côlon et du statut inflammatoire intestinal suggèrent des modulations de la fonction du microbiote, en particulier pour la souche P35, connue pour ses propriétés antiinflammatoires, qui a démontré le plus d’améliorations au niveau intestinal. / The obesity epidemic reaches alarming rate throughout the world. Obesity development is related to an increase in the prevalence of metabolic diseases, such as type 2 diabetes, cardiovascular diseases and non-alcoholic fatty liver disease. In the past decades, research turns into the analysis of the intestinal microbiota and many papers demonstrated an important role of microbial dysbiosis in the development of metabolic diseases. Indeed, the gastro-intestinal tract and gut microbiota represent a vast interface between diet and host organism. Gut dysbiosis is linked to metabolic inflammation and altered metabolism in obesity. In this context, the use of food-based treatments to improve gastro-intestinal health may help prevent obesity-linked metabolic syndrome. In a first study, we attempted to understand the role of the gut microbiota in the beneficial effects of omega-3 fatty acids in host’s metabolic health. Thus, we performed an in vivo protocol in order to compare the mechanisms related to a long-term oral supplementation of omega-3-rich fish oil, with mechanisms induced in a transgenic model of mice able to convert omega-6 into omega-3, endogenously. Our results demonstrated that mice gavaged with fish oil were totally protected against the development of liver steatosis induced by the high-fat diet. In parallel, insulin resistance and glucose intolerance were decreased in fat-1 transgenic animals. Despite different metabolic effects, both models also significantly reduced cholesterol level in plasma, and based on the literature, it may be associated with a significant increase in proportions of the genus Allobaculum in faeces. However, further investigation of gut microbiota and predictive analysis of its functions, demonstrated that oral omega-3 supplemented mice showed more modulations that fat-1 mice. It suggests a role of the gut-liver axis in the beneficial effects of omega-3 in prevention of hepatic steatosis development. It could be also explained by the increase in the production of propionate in the gut, which can then reach the liver through the portal vein. The second protocol reported in this manuscript, is a part of an important project whose final aim is to select a new bacterial strain presenting anti-obesity properties, in order to be incorporated into dairy products. Results showed that Lb102, Bf141 and P35 significantly prevented the body weight gain induced by the diet high-fat high-sucrose diet, without altering the amount of ingested calories. These treatments also resulted in a decrease of visceral adipose tissue inflammation, insulin resistance and an increase of glucose tolerance. Despite similar but important metabolic effects, analysis of the gut microbiota and gene expression in colon, suggest strain-dependent mechanisms. It should also be noted that these three strains demonstrated potent probiotic effects in prevention of obesity and related metabolic disorders without (or slightly) affecting the composition of gut microbiota. However, analysis of tissue and gut inflammatory status suggest modulations of microbial functions, especially for the P35 strain, known for its anti-inflammatory properties, which demonstrated more beneficial effects in the gastro-intestinal tract than other strains

Le développement des follicules, des ovocytes et des embryons sont des processus biologiques qui contrôlent la possibilité de devenir un organisme vivant. La maturation des ovocytes est un événement tout à fait unique avec deux divisions asymétriques, la méiose, mais également caractérisée par l'arrêt de la transcription et le stockage des transcrits et des protéines nécessaires au développement embryonnaire précoce. Comme nous le savons, le liquide folliculaire forme partie du micro environnement autour de l'ovocyte et influence la compétence de l'ovocyte. Cependant, la composition du liquide folliculaire peut changer sous divers statuts nutritionnels, tels que l'obésité chez l'homme et un bilan énergétique négatif chez les vaches et les truies. Ces modifications moléculaires du liquide folliculaire induites par les conditions métaboliques maternelles peuvent affecter la qualité des ovocytes, le développement embryonnaire et peuvent par la suite provoquer des troubles métaboliques et autres maladies chez les prochaines générations. Ces dernières années, de nouvelles études se sont concentrées sur les effets de contextes nutritionnels anormaux, p.ex., niveaux élevés d'acides gras non estérifiés (AGNE), sur les cellules de la granulosa, les cellules du cumulus, les ovocytes et le développement précoce de l'embryon chez diverses espèces, notamment chez l'homme, la souris et le bétail. Dans cette thèse, le porc a été utilisé comme modèle expérimental. Le porc est un excellent modèle pour étudier l'impact de la nutrition sur la fonction ovarienne chez l'homme, puisqu'il existe de nombreuses similitudes entre les porcs et l'homme telles que la physiologie digestive et la durée approximative de la maturation in vitro (IVM). En outre, les niveaux élevés d'AGNE induits par la nutrition existent également pendant la lactation chez les porcs. Enfin, les embryons de porc peuvent être générés in vitro et leur étude n'est pas soumise aux mêmes limitations éthiques que les humains. Pour mieux comprendre les effets de niveaux élevés d'AGNE au cours de la maturation des ovocytes chez le porc, des ovocytes porcins ont été exposés au milieu de maturation in vitro contenant une combinaison de niveaux élevés d'AGNE. Des puces à ADN ont été utilisées pour obtenir des informations globales sur les schémas transcriptomiques et de méthylation de l'ADN des blastocystes provenant des ovocytes exposés aux AGNE. Afin de mieux mimer un environnement folliculaire fonctionnel lors de la maturation, des ovocytes exposés aux AGNE ont été co-cultivés ou non avec des cellules de la granulosa porcine issues de follicules de taille moyenne (diamètre entre 3 et 5 mm). Pour capturer la réponse des cellules de la granulosa aux AGNE, les informations transcriptomiques des cellules de la granulosa co-cultivées ont également été étudiées. Le travail réalisé dans cette thèse nous a permis de mettre en évidence et d'expliquer les impacts de niveaux élevés d'AGNE folliculaires sur les blastocystes issus d'ovocytes exposés aux AGNE et les cellules de la granulosa co-cultivées. Les ovocytes exposés aux AGNE ont moins de potentiel de se développer en blastocystes, et les blastocystes dérivés ont montré une inflammation, plus d'apoptose, et des changements métaboliques des schémas transcriptomiques et de méthylation de l'ADN. La méthylation différente de l'ADN ouvre la possibilité de transmettre les impacts induits par les AGNE aux générations suivantes. Lorsque les voies affectées des blastocystes provenant d'ovocytes avec coculture de cellules de la granulosa ont été comparées à celles sans coculture, davantage de voies anti-inflammatoires ont été observées dans des conditions de coculture, suggérant le rôle protecteur des cellules de la granulosa dans la diminution des effets néfastes des AGNE sur les ovocytes. En examinant le transcriptome des cellules de la granulosa avec ou sans AGNE, nous avons observé que les cellules de la granulosa étaient capables d'atténuer les effets néfastes des AGNE sur les ovocytes par la régulation du métabolisme, des facteurs anti-inflammatoires et l'inhibition de la transition épithéliale-mésenchymateuse. Le dernier chapitre résume le métabolisme des acides gras dans les ovocytes, les cellules folliculaires et les embryons, et traite également des effets néfastes de l'exposition aux AGNE pendant la maturation in vitro sur les ovocytes, les cellules folliculaires et les embryons. Les informations dérivées des résultats mettent en évidence les effets néfastes des niveaux élevés d'AGNE dans le liquide folliculaire induits par l'état nutritionnel maternelle avec un aperçu global des schémas transcriptomiques et de méthylation de l'ADN chez les porcs. Ensuite, le rôle des cellules de la granulosa dans la protection des ovocytes envers l'environnement défavorable des acides gras en excès est proposé. Les connaissances acquises donnent une idée du métabolisme du niveau élevé d'acides gras dans les follicules et suggèrent l'importance d'une concentration appropriée d'acide gras pendant la folliculogenèse et la maturation des ovocytes. / The development of follicles, oocytes, and embryos are the biological processes that control the possibility to become a living organism. The oocyte maturation is a quite unique event with two asymmetric cleavages, the meiosis, but also characterized by the arrest of transcription and the storage of transcripts and proteins required for early embryonic development. As we know, the follicular fluid is part of the microenvironment surrounding the oocyte and influences the oocyte competence. However, the composition of follicular fluid may change under various nutrition statuses, such as obesity in humans and negative energy balance in cows and sows. These maternal metabolic conditions induce follicular fluid changes may affect oocyte quality, embryonic development, and subsequently cause metabolic problems and diseases in the next generations. In recent years, new studies focused on the effects of abnormal nutrition contexts, e.g., elevated levels of non-esterified fatty acids (NEFAs), on granulosa cells, cumulus cells, oocytes, and early embryo development in various species including humans, mice, and cattle. In this thesis, the pig was used as the experimental model. The pig is an excellent model to study the impacts of nutrition on human ovarian function since there are many similarities between pigs and humans, such as digestive physiology and approximate length of in vitro maturation (IVM). Besides, the nutrition-induced elevated levels of NEFA also exist during the lactation in pigs. Finally, porcine embryos can be generated in vitro and are not subjected to the same ethical limitations as human embryos. To better understand the effects of elevated levels of NEFAs during oocyte maturation in pigs, porcine oocytes were exposed to an in vitro maturation medium containing a combination of high level of NEFAs. Microarrays were used to draw global information of the transcriptomic and DNA methylation patterns of blastocysts originated from NEFAs' exposed oocytes. To better mimic a functional follicular environment during maturation, oocytes exposed to NEFAs were co-cultured or not with porcine granulosa cells from medium size follicles (diameter between 3 and 5 mm). To capture the response of granulosa cells to NEFAs, the transcriptomic information of the cocultured granulosa cells was also investigated. The work completed in this thesis allowed us to highlight and explain the impacts of elevated levels of follicular NEFAs on the blastocysts originated from NEFAs-exposed oocytes and the cocultured granulosa cells. NEFAs-exposed oocytes have less potential to develop into blastocysts, and the derived blastocysts showed inflammation, more apoptosis, and metabolic changes both in transcriptomic and DNA methylation patterns. The altered DNA methylation opens the possibility of transmitting the NEFAs-induced impacts to subsequent generations. When the affected pathways of blastocysts originated from oocytes cocultured with granulosa cells were compared to those without coculture, more anti-inflammatory pathways were observed in coculture condition, suggesting the protective role of granulosa cells in decreasing the detrimental effects of NEFAs on oocytes. Looking at the granulosa cell transcriptome with or without NEFAs, we observed that the granulosa cells were able to attenuate the adverse effects of NEFAs on oocytes through regulation of metabolism, anti-inflammatory factors, and inhibition of the epithelial-mesenchymal transition. The last chapter summarizes the metabolism of fatty acids in oocytes, follicular cells, and embryos, and also discusses the adverse impacts of exposure to NEFAs during IVM on oocytes, follicular cells, and embryos. The information derived from the results highlights the detrimental impacts of maternal nutrition-induced elevated NEFAs levels in follicular fluid with a global overview of the transcriptomic and DNA methylation patterns in pigs. Then the role of granulosa cells in protecting the oocytes from the adverse environment of excess fatty acids is proposed. The acquired knowledge provides the idea about the metabolism of the high level of fatty acids in follicles and suggests the importance of a suitable concentration of fatty acids during folliculogenesis and oocyte maturation.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2007-2008. / Les acides gras trans (AGT) sont formés lors d'un processus industriel d'hydrogénation des huiles végétales insaturées, mais aussi de façon naturelle par les bactéries présentes dans le rumen des ruminants. Alors que la consommation d'AGT d'origine industrielle a été associée à une augmentation du risque de maladies cardiovasculaires (MCV), les effets de la consommation d'AGT d'origine naturelle demeurent inconnus. L'objectif de ce mémoire de maîtrise est de mieux comprendre les effets de la consommation d'AGT de source naturelle sur les facteurs de risque de MCV. L'objectif de l'étude était de comparer les effets de différentes quantités d'AGT naturels et industriels sur les lipoprotéines plasmatiques chez l'humain. Les résultats de cette étude suggèrent que la consommation d'AGT naturels pourrait avoir des effets néfastes sur le profil lipidique, mais que des apports correspondant à la limite maximale pouvant être consommée par la population semblent avoir des effets neutres sur les lipoprotéines plasmatiques

La réponse postprandiale suite à une prise alimentaire serait reliée au risque cardiovasculaire. Le type de lipides alimentaires pourrait influencer cette réponse, entre autres via leurs effets sur les chylomicrons et la lipémie postprandiale, mais également via des effets potentiels sur le métabolisme lipidique global. Aucun consensus n'existe sur les effets postprandiaux aigus des différents lipides alimentaires, nécessitant d'investiguer les mécanismes sous-jacents potentiels. L'objectif de ce mémoire est donc d'étudier les effets différentiels aigus des gras saturés et trans et des gras monoinsaturés et polyinsaturés sur la lipémie postprandiale, mais également sur l'expression de gènes clés impliqués dans le métabolisme lipidique. Les résultats indiquent qu'un seul repas riche en gras saturés+trans diminue la lipémie postprandiale et induit une régulation à la baisse d'un gène impliqué dans l'absorption intestinale des lipides alimentaires.

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.

Le projet de recherche sous forme d’intervention nutritionnelle dont fait l’objet ce mémoire de maîtrise avait pour principal objectif de comparer la réponse lipidique à une supplémentation en acides gras polyinsaturés oméga-3 chez des porteurs et des non-porteurs du polymorphisme PPAR L162V. Quatorze hommes porteurs et quatorze non-porteurs du polymorphisme PPAR L162V ont été appariés pour l’âge et l’indice de masse corporelle. Chaque sujet recevait une supplémentation quotidienne en acides gras oméga-3 de 5g d’huile de poissons, et ce, pour une durée de six semaines. Avant l’intervention, les variables anthropométriques et les concentrations de lipoprotéines/lipides n’étaient pas associées au polymorphisme. Indépendamment du génotype, la supplémentation en acides gras oméga-3 fut reliée à la diminution significative des taux de triglycérides plasmatiques, de la concentration de glucose à jeun, de la pression artérielle diastolique et finalement de l’augmentation du taux d’apolipoprotéine B. Une interaction gène-diète significative a également été observée pour la protéine C-réactive . Les résultats de cette étude suggèrent que des variations du gène PPAR puissent contribuer à la variabilité interindividuelle des concentrations plasmatiques de la protéine C-réactive en réponse aux acides gras polyinsaturés oméga-3. / The main objective of this master degree project was to examine whether omega-3 polyunsaturated fatty acids induced changes in cardiovascular disease risks factors are influenced by the PPAR L162V polymorphism. A total of 14 men carriers of the V162 allele and 14 L162 homozygotes were matched according to age and body mass index. All men were supplemented daily with 5g of fish oil during a 6-week period. At screening, both genotype groups were similar for anthropometric indices and plasma lipoprotein/lipid concentrations. Independently of the genotype, the supplementation was associated with a significant decrease in plasma triglyceride and fasting glucose concentrations, diastolic blood pressure and with an increase in total Apolipoprotein B concentrations. A significant genotype-by-diet interaction effect was observed for plasma C-reactive protein concentrations. The PPAR L162V polymorphism may contribute to the interindividual variability in the cardiovascular disease risk factor response to omega-3 polyunsaturated fatty acids.

Diverses fractions d'huiles marines hydrolysées ont été concentrées en certains acides gras grâce à une méthode multi-étape de fractionnement par urée utilisant le méthanol comme solvant. Ces fractions incluent les acides gras saturés (AGS), les mono insaturés (AGMI) et les polyinsaturés à longues chaînes (AGPI) tels que les acides eicosapentaénoïque (AEP), docosapentaénoïque (ADP) et docosahexaénoïque (ADH). Ainsi le but de cette étude était de vérifier les effets du ratio urée/acides gras/méthanol et de la procédure multi-étapes sur les produits finaux. Les données sur la composition en acides gras indiquent que le fractionnement multi-étape par urée est une méthode efficace pour la séparation des fractions d'huiles marines et que cette méthode produit des fractions AGS, AGMI et AGPI fortement concentrées. Après complexion des AGSet des acides gras libres (AGL) à faible insaturation, des concentrations (Cm) de AGPI allant jusqu'à 93,2%, 88,4% et 73,4% ont été obtenues avec les huiles de maquereau, de phoque et d'hareng, respectivement; les ratios AGLlUréelMéthanol étant de 1:3:10 à 3:5:20 à une température de 4°C. Les cristaux formés ont été enrichis en AGS et AGMI. Des valeurs Cm pour les SA de 70,0 59,5 et 50,5% ont été obtenues avec des ratios AGL/Urée/Méthanol de 1:3:10 à 3:5:20 à une température de 4°C; alors que la seconde étape du fractionnement a fourni des valeurs de Cm pour les AGMI de 51,6%, 73,2% et 69,6% pour les huiles de maquereau, phoque et harengs, respectivement, avec des ratios AGL/Urée/Méthanol de 2:1:5 à 3:2:10 à une température de 4°C. L'approche multi-étape développée s'avère donc prometteuse pour la valorisation intégrale des huiles marines.

Le cancer de la prostate (CaP) est le cancer le plus fréquemment diagnostiqué chez les hommes canadiens, avec 21 300 nouveaux cas et est la troisième cause de mortalité par cancer au Canada avec 4100 décès en 2017. Des études épidémiologiques ont montré que les populations ayant un régime riche en acides gras oméga (ω) 3 (e.g. les populations asiatiques côtières) ont une faible incidence de CaP alors que les populations des pays occidentaux ayant une diète riche en acides gras ω6 ont une incidence plus élevée (près de 60 fois) de CaP. Les graisses alimentaires influencent de nombreux processus biologiques, dont l'inflammation associée au développement et à la progression du CaP. Notamment, les acides gras ω6 à longues chaînes (LCω6) ont des propriétés pro-inflammatoires et pourraient contribuer à la progression du CaP. À l'inverse, les LCω3, tels que l'acide eicosapentaénoïque (EPA) et l'acide docosahexanénoïque (DHA), ont des propriétés anti-inflammatoires et pourraient inhiber la progression du CaP. J'ai donc émis l'hypothèse que les acides gras ω3 seraient bénéfiques contre la croissance et la progression du CaP principalement par leurs propriétés anti-inflammatoires. En utilisant le modèle murin de CaP TRAMP-C2, j'ai constaté qu'un régime enrichi en acides gras ω3 réduisait la croissance du CaP par rapport à un régime enrichi en acide gras ω6 chez les souris non-dépourvues et dépourvues d'androgènes, en induisant une réponse immune antitumorale locale de type Th1-, Th2- et associée aux éosinophiles. Dans le but d’étudier plus en détails les effets de différents sous-types d’acides gras ω3, j’ai constaté que la supplémentation alimentaire en monoacylglycéride (MAG)-EPA réduisait la croissance tumorale en inhibant le facteur de croissance endothélial vasculaire (VEGF) et le gène du récepteur 2 de ce facteur de croissance (VEGFR2), ainsi que la taille des vaisseaux sanguins dans les tumeurs TRAMP-C2. J'ai également observé un effet similaire sur le système vasculaire tumoral des patients participant à un essai clinique visant à analyser les effets de la supplémentation en MAG-EPA sur le CaP avant une prostatectomie radicale. Enfin, dans le but d'analyser l'inflammation et de découvrir des biomarqueurs de la progression du CaP, j'ai analysé les effets d'une intervention alimentaire enrichie en acides gras ω3 versus un traitement avec un inhibiteur de la 5α-réductase (5ARI) sur des patients atteints deCaP de faible risque sous surveillance active. J'ai observé que 6 mois de régime alimentaire riche en acides gras ω3 ont entraîné une réduction des taux plasmatiques de cytokines pro-inflammatoires et pro-angiogeniques, ainsi que des cytokines liées à la réponse immunitaire Th2 et Th17. Afin d'évaluer les effets de ces interventions sur les protéines du tissu prostatique, j'ai effectué des dosages de cytokines et des analyses par spectrométrie de masse (MS) dans l'urine clarifiée obtenue après un toucher rectal (urine TR). Je n'ai pas réussi à identifier des variations significatives dans la teneur en protéines, mais j'ai conclu que l’urine TR non clarifiée, contenait deux fois plus de protéines que l'urine clarifiée, suggérant que ce type d’échantillon devrait être utilisé pour les prochaines analyses. Dans l'ensemble, mes résultats confirment l'importance des acides gras ω3 pour la prévention de la progression du CaP et appuient une étude plus approfondie de leurs effets sur la réponse immunitaire, l'angiogenèse et la progression tumorale chez les patients atteints de CaP. / Prostate cancer (PCa) is the most frequently diagnosed cancer in Canadian men with 21,300 new cases and is the third-largest cause of cancer mortality with 4100 deaths in 2017. Epidemiological studies have shown that populations with a diet rich in omega (ω)-3 fatty acids(FA) (e.g. coastal Asian populations) have a low incidence of PCa while populations in Western countries with a diet rich in ω6 FA have higher (almost 60 times) incidence of PCa. Dietary fats influence many biological processes including inflammation which is associated with PCa development and progression. Notably, long-chain ω6 FA (LCω6) have pro-inflammatory properties and could contribute to PCa progression. On the opposite, LCω3 such as eicosapentaenoic acid (EPA) and docosahexanenoic acid (DHA) have anti-inflammatory properties and could inhibit PCa progression. I hypothesized that dietary ω3 FA are beneficial against PCa growth and progression mainly via their anti-inflammatory properties. Using the TRAMP-C2 mouse model of PCa, I found that an ω3 FA-enriched diet reduced PCa growth compared to an ω6 FA-enriched diet in both androgen-deprived and non-deprived mice by inducing local antitumor Th1-, Th2-and eosinophil-related immune response. In the quest to further study the effects of individual ω3 FA subtype, I found that dietary supplementation with monoacylglyceride (MAG)-EPA reduced tumor growth by inhibiting vascular endothelial growth factor (VEGF)and vascular endothelial growth factor receptor-2gene (VEGFR2)expression as well as reducing the size of blood vessels in TRAMP-C2 tumors. I also observed that higher level of EPA reduced the size of blood vessels in prostate in a clinical trial testing MAG-EPA supplementation on PCa patients undergoing radical prostatectomy. Finally, I analyzed the effects of an ω3 FA-rich diet intervention versus treatment with a 5α- reductase inhibitor (5ARI) on low-risk PCa patients under active surveillance. I found that 6 months of ω3 FA-rich diet intervention resulted in a reduction of plasma level of pro-inflammatory and pro-angiogenesis cytokines as well as Th2 and Th17 immune response-related cytokines. In order to assess the effects of these interventions on the prostate tissue, I used cytokines assay and mass spectrometry (MS ) assay to analyze proteins in clarified urine obtained after digital rectal examination (DRE urine). I did not succeed at identifying significant variation in protein levels following the interventions in this sample type but I found that crude (non-clarified) DRE urine contained twice the amount of proteins compared to clarified urine, suggesting that this type of sample should be used for further analysis. Overall, my results confirmed the importance of ω3 FA for prevention of PCa progression and provide the rationale to further investigate their effects on immune response, tumor vasculature and tumor progression in PCa patients.

La maladie de Parkinson (MP) est une maladie neurodégénérative incurable affectant l’intégrité du système dopaminergique des patients. Plusieurs études montrent que le mode de vie ainsi que les habitudes alimentaires influencent l’apparition et la progression de la maladie. Une alimentation riche en acide polyinsaturé oméga-3 (AGPI n-3) montre une protection du système dopaminergique et une diminution de la dégénérescence des neurones présents dans la substance noire (SNpc). L’hypothèse que nous proposons, est qu’une alimentation enrichie en AGPI n-3 permettrait de ralentir la progression de la maladie dans un modèle de souri 6-hydroxydopamine (6-OHDA) ainsi qu’influencer la présence d’agrégats d’alpha-synucléine (αSyn) au cerveau dans un modèle de souris transgénique surexprimant l’αSyn humaine le modèle Thy1-αSyn. Nos résultats présentent une neurorécupération partielle du système dopaminergique avec une alimentation enrichie. Les AGPI n-3 montrent peu d’influence sur les niveaux d’αSyn exprimés. Ils semblent, cependant, moduler les niveaux de différentes protéines synaptiques chez la souris transgénique et permettent d’accroitre la longévité de la vie des souris. / Parkinson's disease (PD) is an incurable neurodegenerative disease affecting the integrity of the dopaminergic system of patients. Several studies suggest that lifestyle and eating habits influence the onset and progression of the disease. A diet rich in omega-3 polyunsaturated acid (n-3 PUFA) shows protective effects on the dopaminergic system and a decrease of the neuronal degeneration in the substancia nigra (SNpc). The hypothesis that we propose is that a diet enriched in n-3 PUFA would slow the progression of the disease in a 6-hydroxydopamine (6-OHDA) mice model and influence the presence of alpha-synuclein aggregates (αSyn) in the brain of a transgenic mice overexpressing the human αSyn, Thy1-αSyn mice. Our results show partial neurorecuperation of the dopaminergic system with an enriched diet. The n-3 PUFAs show little influence on the expression of αSyn levels. Altough, they seem to modulate the levels of different synaptic proteins in transgenic mice and increase mice longevity.