Reproduction de : Thèse d'exercice : Médecine vétérinaire : Toulouse 3 : 2008. / Titre provenant de l'écran titre. Bibliogr. p. 119-128.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Le carbonate de potassium (K₂CO₃) est un additif alimentaire disponible sur le marché souvent recommandé dans l'alimentation des bovins laitiers pour limiter l'acidité du rumen à la suite d'une ingestion importante de glucides rapidement fermentescibles et prévenir la baisse du taux de matière grasse du lait qui en résulte. Chez la chèvre laitière, les effets du K₂CO₃ sont méconnus. L'objectif de ce projet de recherche vise à évaluer l'utilisation du K₂CO₃ comme traitements préventif et/ou curatif, pouvant empêcher la chute des matières grasses du lait chez des chèvres laitières en début de lactation recevant une ration riche en concentrés. Chez des chèvres de race Alpine, l'apport d'une ration riche en concentrés en début de lactation (rapport fourrage : concentrés de 45:55) a eu à long terme, des répercussions sur les performances et a provoqué une inversion des composantes du lait, c.-à-d. que le taux de matière grasse était inférieur au taux de protéines au terme des 56 jours de traitement. Dans les conditions de l'expérience actuelle, l'ajout du K₂CO₃ comme traitement préventif et/ou curatif n'a pas permis d'éviter le risque d'une chute des matières grasses laitières chez des chèvres en début de lactation recevant une ration riche en concentrés. / The objective of this study was to verify the use of potassium carbonate (K₂CO₃) as a preventive and/or a recovery treatment to prevent a low milk fat production when early-lactating dairy goats are receiving a diet rich in concentrates. A commercially available supplement of K₂CO₃ is often recommended for dairy cattle in early lactation to limit the rumen acidity following the intake of diets high in rapidly fermentable carbohydrates. In dairy goats, the effects of K₂CO₃ are unknown. In this experiment conducted in Alpine dairy goats, high intake in concentrates (forage: concentrate ratio 45:55) had long-term effects on lactation performances, and caused a reversal in the proportion of major components of the milk, i.e., the fat content was lower than the protein content after 56 days of treatment. Under the conditions of this current experiment, the addition of K₂CO₃ as a preventive and/or a recovery treatment did not affect milk fat production when early lactating dairy goats were receiving a high-concentrate diet.

Le syndrome de Leigh version canadienne-française (LSFC) est une maladie autosomale récessive causée par une mutation du gène LRPPRC. Le rôle principal de la protéine LRPPRC est la traduction des gènes mitochondriaux qui encodent certains complexes de la chaine respiratoire. La mutation provoque une diminution de l’expression de LRPPRC, qui induit un déficit tissu spécifique du cytochrome c oxydase (COX). Principalement dans le foie et le cerveau, cette diminution provoque un retard de développement global et la survenue de crises d’acidose souvent fatales chez des enfants atteints avant l’âge de 3-4 ans. L’impact de LRPPRC sur les cellules du système immunitaire est peu étudié aujourd’hui. Cependant les infections, et donc l’activation du système immunitaire, font partie des stress induisant les crises d’acidose métabolique. Afin d’étudier la relation entre LRPPRC et les cellules immunitaires, nous avons tiré profit de sérum de patients récolté dans une étude précédente, nous permettant de quantifier la réponse au vaccin des patients LSFC. Nous avons également développé deux nouveaux modèles murins à délétion conditionnelle permettant d’étudier l’impact de l’absence de LRPPRC et de sa mutation sur la composition du système immunitaire. Lors de mes travaux de doctorat, j’ai montré que certains patients atteints du LSFC ne répondaient pas au vaccin contre la rougeole, la rubéole et les oreillons, semblant indiquer une atteinte de la réponse humorale. Lors de la caractérisation des modèles murins développés au laboratoire, j’ai mis en évidence une forte altération du développement des lymphocytes B, dû, entre autres à un défaut de prolifération. La mise en place et la validation des modèles murins permettant d’étudier la mutation de LRPPRC dans tous les organes des souris est une avancée majeure pour la recherche sur le LSFC. L’étude de la réponse immunitaire dans ces modèles permettra de mieux comprendre le rôle du système immunitaire dans le déclenchement des crises d’acidose métabolique afin de pouvoir envisager des pistes de traitements préventifs. / The French-Canadian version of Leigh syndrome (LSFC) is an autosomal recessive disease caused by a mutation in the LRPPRC gene. The main role of the LRPPRC protein is the translation of mitochondrial genes that encode certain complexes of the respiratory chain. The mutation results in a decrease in LRPPRC expression, which induces a tissue-specific deficiency of cytochrome c oxidase (COX). Mainly in the liver and brain, this decrease causes an overall developmental delay and the onset of often fatal acidotic crises in affected children before the age of 3-4 years. The impact of LRPPRC on immune system cells is poorly studied. However, infections, and therefore activation of the immune system, are among the stresses inducing metabolic acidotic crises. In order to study the relationship between LRPPRC and immune cells, we took advantage of serum from patients collected in a previous study, allowing us to quantify the vaccine response of LSFC patients. We have also developed two new conditional knockout mouse models to study the impact of the absence of LRPPRC and its mutation on the composition of the immune system. During my doctoral work, I showed that some LSFC patients did not respond to the measles, mumps and rubella vaccine, suggesting an impairment of the humoral response. During the characterization of the mouse models developed in the laboratory, I highlighted a strong alteration in the development of B lymphocytes, due, among other things, to a proliferation defect. The establishment and validation of mouse models to study the role of the LRPPRC mutation in all organs of mice is a major advance for LSFC research. The study of the immune response in these models will help to better understand the role of the immune system in triggering metabolic acidotic crises in order to consider preventive treatment options.

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L’acidose lactique du Saguenay-Lac-St-Jean, ou syndrome de Leigh de forme canadienne-française (LSFC), est une maladie mitochondriale neurodégénérative causée par des mutations du gène LRPPRC et caractérisée par des crises d’acidose menant au décès en bas âge. On ne comprend pas encore les causes exactes de ces crises, et aucun traitement n’est actuellement disponible. L’objectif de cette étude a été de comparer le profil des métabolites sanguins et urinaires chez des sujets LSFC et des témoins, avant et après un repas, par une approche métabolomique ciblée. Le projet s’inscrit dans une démarche à long terme visant l’identification de biomarqueurs prédictifs des crises, permettant d'intervenir plus rapidement afin d’éviter le décès. Les échantillons biologiques ont été prélevés chez 9 sujets atteints du LSFC et 9 témoins appariés, à jeun et 90 minutes après un repas standardisé. Les analyses incluent un bilan biochimique et hormonal, un profil des acides aminés, des acides gras, des acides organiques et des acylcarnitines. Les métabolites significativement modifiés chez les patients peuvent être classés en deux catégories : (i) le reflet d’une dysfonction mitochondriale, et plus particulièrement de l’accumulation d’équivalents réduits en amont de la chaîne respiratoire, et (ii) des indices de risque cardiométabolique, qui s’observent davantage chez les patients adultes malgré leur jeune âge. Ainsi, il serait intéressant d’inclure au traitement des stratégies visant la diminution des facteurs de risque cardiométabolique, notamment par une modification des habitudes de vie. Notre étude démontre la pertinence d’avoir recours à la métabolomique dans l’étude des désordres de la phosphorylation oxydative. / L’acidose lactique du Saguenay-Lac-St-Jean, ou syndrome de Leigh de forme canadienne-française (LSFC), est une maladie mitochondriale neurodégénérative causée par des mutations du gène LRPPRC et caractérisée par des crises d’acidose menant au décès en bas âge. On ne comprend pas encore les causes exactes de ces crises, et aucun traitement n’est actuellement disponible. L’objectif de cette étude a été de comparer le profil des métabolites sanguins et urinaires chez des sujets LSFC et des témoins, avant et après un repas, par une approche métabolomique ciblée. Le projet s’inscrit dans une démarche à long terme visant l’identification de biomarqueurs prédictifs des crises, permettant d'intervenir plus rapidement afin d’éviter le décès. Les échantillons biologiques ont été prélevés chez 9 sujets atteints du LSFC et 9 témoins appariés, à jeun et 90 minutes après un repas standardisé. Les analyses incluent un bilan biochimique et hormonal, un profil des acides aminés, des acides gras, des acides organiques et des acylcarnitines. Les métabolites significativement modifiés chez les patients peuvent être classés en deux catégories : (i) le reflet d’une dysfonction mitochondriale, et plus particulièrement de l’accumulation d’équivalents réduits en amont de la chaîne respiratoire, et (ii) des indices de risque cardiométabolique, qui s’observent davantage chez les patients adultes malgré leur jeune âge. Ainsi, il serait intéressant d’inclure au traitement des stratégies visant la diminution des facteurs de risque cardiométabolique, notamment par une modification des habitudes de vie. Notre étude démontre la pertinence d’avoir recours à la métabolomique dans l’étude des désordres de la phosphorylation oxydative.

La forme canadienne-française du syndrome de Leigh (LSFC) est une maladie métabolique associée à une déficience en cytochrome oxydase (COX) et caractérisée par des crises d’acidose lactique, menant à une mort prématurée. Les mécanismes qui sous-tendent l’induction des crises restent inconnus et il n’existe aucune thérapie efficace pour les prévenir. Cette étude vise à caractériser l'effet de facteurs métaboliques périphériques potentiellement altérés chez les patients LSFC sur la mort de lignées cellulaires issues de ces patients et de témoins puis, à identifier des agents thérapeutiques pouvant la prévenir. Nous postulons que (i) ces facteurs métaboliques induiront une mort prématurée des cellules de patients et que (ii) les interventions susceptibles de la prévenir pallieront les conséquences de la déficience en COX, soit la diminution des taux d’adénosine triphosphate (ATP) et l’augmentation du stress oxydant, du nicotinamide adénine dinucléotide (NADH) et des lipides toxiques. Un criblage de 8 facteurs sanguins et 10 agents thérapeutiques a été réalisé. Les paramètres mesurés incluent la nécrose, l’apoptose, l’ATP et l’activité de la COX. Les fibroblastes LSFC sont plus susceptibles à la mort par nécrose (39±6%) induite par du palmitate plus lactate, un effet associé à des niveaux d’ATP diminués (53±8%). La mort cellulaire est réduite de moitié par l’ajout combiné d’agents ciblant le NADH, l’ATP et les lipides toxiques, alors que l’ajout d’antioxydants l’augmente. Ainsi, un excès de nutriments pourrait induire la mort prématurée des cellules LSFC et, pour atténuer cette mort, il serait important de combiner plusieurs interventions ciblant différents mécanismes. / Leigh syndrome French-Canadian variant (LSFC) is a metabolic disease associated with cytochrome c oxidase (COX) deficiency and characterized by episodes of lactic acidosis, referred to as “crisis”, leading to death at an early age. The mechanisms underlying a crisis and its cellular consequences remain elusive, and there is no effective therapy. The aim of this study was to characterize the effect of peripheral metabolic factors that are potentially altered in patients with LSFC on their cells death and to identify therapeutic agents able to prevent them using cell-lineage from LSFC patients and controls. The hypothesis are that (i) these metabolic factors can induce premature death in patient cells, and (ii) interventions that could rescue these cells may target potential consequences of COX deficiency, namely low adenosine triphosphate (ATP), high nicotinamide adenine dinucleotide (NADH) and toxic lipids, as well as oxidative stress. A screening of 8 blood factors and 10 therapeutic agents was conducted in fibroblasts. Parameter measured included cell death by necrosis and apoptosis, as well as ATP level and COX activity. LSFC fibroblasts were more susceptible to necrosis (39±6%) induced by high palmitate plus lactate and this was associated with a lower ATP (53±8%). Cell death decreased 2-fold with combined interventions, which presumably act on NADH, ATP, and the accumulation of toxic lipids, but increased with antioxidants. Collectively, our results emphasize the importance of nutrient overload as a factor eliciting premature cell death in LSFC cells and of combining interventions acting through various mechanisms for cell death rescue.

La forme canadienne-française du syndrome de Leigh (LSFC) est une maladie métabolique associée à une déficience en cytochrome oxydase (COX) et caractérisée par des crises d’acidose lactique, menant à une mort prématurée. Les mécanismes qui sous-tendent l’induction des crises restent inconnus et il n’existe aucune thérapie efficace pour les prévenir. Cette étude vise à caractériser l'effet de facteurs métaboliques périphériques potentiellement altérés chez les patients LSFC sur la mort de lignées cellulaires issues de ces patients et de témoins puis, à identifier des agents thérapeutiques pouvant la prévenir. Nous postulons que (i) ces facteurs métaboliques induiront une mort prématurée des cellules de patients et que (ii) les interventions susceptibles de la prévenir pallieront les conséquences de la déficience en COX, soit la diminution des taux d’adénosine triphosphate (ATP) et l’augmentation du stress oxydant, du nicotinamide adénine dinucléotide (NADH) et des lipides toxiques. Un criblage de 8 facteurs sanguins et 10 agents thérapeutiques a été réalisé. Les paramètres mesurés incluent la nécrose, l’apoptose, l’ATP et l’activité de la COX. Les fibroblastes LSFC sont plus susceptibles à la mort par nécrose (39±6%) induite par du palmitate plus lactate, un effet associé à des niveaux d’ATP diminués (53±8%). La mort cellulaire est réduite de moitié par l’ajout combiné d’agents ciblant le NADH, l’ATP et les lipides toxiques, alors que l’ajout d’antioxydants l’augmente. Ainsi, un excès de nutriments pourrait induire la mort prématurée des cellules LSFC et, pour atténuer cette mort, il serait important de combiner plusieurs interventions ciblant différents mécanismes. / Leigh syndrome French-Canadian variant (LSFC) is a metabolic disease associated with cytochrome c oxidase (COX) deficiency and characterized by episodes of lactic acidosis, referred to as “crisis”, leading to death at an early age. The mechanisms underlying a crisis and its cellular consequences remain elusive, and there is no effective therapy. The aim of this study was to characterize the effect of peripheral metabolic factors that are potentially altered in patients with LSFC on their cells death and to identify therapeutic agents able to prevent them using cell-lineage from LSFC patients and controls. The hypothesis are that (i) these metabolic factors can induce premature death in patient cells, and (ii) interventions that could rescue these cells may target potential consequences of COX deficiency, namely low adenosine triphosphate (ATP), high nicotinamide adenine dinucleotide (NADH) and toxic lipids, as well as oxidative stress. A screening of 8 blood factors and 10 therapeutic agents was conducted in fibroblasts. Parameter measured included cell death by necrosis and apoptosis, as well as ATP level and COX activity. LSFC fibroblasts were more susceptible to necrosis (39±6%) induced by high palmitate plus lactate and this was associated with a lower ATP (53±8%). Cell death decreased 2-fold with combined interventions, which presumably act on NADH, ATP, and the accumulation of toxic lipids, but increased with antioxidants. Collectively, our results emphasize the importance of nutrient overload as a factor eliciting premature cell death in LSFC cells and of combining interventions acting through various mechanisms for cell death rescue.

La protéine mitochondriale LRPPRC (leucine-rich pentatricopeptide repeat motif containing), codée par le gène nucléaire du même nom, est impliquée dans la stabilisation des ARNm mitochondriaux, particulièrement les ARNm codants pour l’assemblage du complexe IV (COX) de la chaîne respiratoire mitochondriale (OXPHOS). Le syndrome de Leigh de type canadien français (LSFC) est une maladie mitochondriale neurodégénérative caractérisée par une mutation spécifique A354V du gène Lrpprc, et par une déficience de l’activité de COX. Les organes les plus affectés sont le foie et le cerveau mais, les mécanismes associés à la progression de la maladie restent encore peu compris. Un modèle murin à délétion hépato-spécifique en LRPPRC (H-LRPPRC KO) a été créé dans le but d’étudier l’aspect hépatique du LSFC caractérisé par des dommages et une stéatose hépatique. Représentant l’objectif 1 de ce mémoire, le modèle H-LRPPRC KO a été utilisé pour une étude de caractérisation de la stéatose hépatique non-alcoolique (SHNA) sans obésité dans laquelle nous avons pu mettre en évidence une progression plus avancée de la pathologie hépatique chez les souris mâles associée à la présence d’une dysfonction cardiaque diastolique. L’objectif 2 de ce mémoire a pour but la caractérisation d’un nouveau modèle murin plus représentatif du LSFC pour ultimement trouver de nouvelles signatures/approches thérapeutiques. Nous utilisons cette fois un modèle murin développé par nos collaborateurs, à délétion inductible (KI), par le tamoxifène, de Lrpprc sur un allèle tandis que le deuxième exprime la mutation A354V spécifique au LSFC pour ainsi caractériser la maladie d’un point de vue biochimique et moléculaire. Nos premiers résultats montrent des signatures et caractéristiques comparables à celles observées chez les patient(e)s LSFC et dans le modèle H-LRPPRC KO avec une perte de poids drastique, une diminution des niveaux de la protéine LRPPRC et de COX et plusieurs perturbations du profil lipidomique dans le foie, le plasma et le cerveau. Ces résultats posent les bases biochimiques et moléculaires de ce modèle pour justifier son utilisation ultérieure pour l’évaluation des manifestations cliniques comme les atteintes musculaires et encore cognitives tel qu’observé chez les personnes atteintes de LSFC. / The mitochondrial protein LRPPRC (leucine-rich pentatricopeptide repeat motif containing), encoded by the nuclear gene of the same name, is involved in the stabilization of mitochondrial mRNAs, particularly those coding for the assembly of complex IV (COX) of the mitochondrial respiratory chain (OXPHOS). Leigh syndrome French Canadian type (LSFC) is a mitochondrial neurodegenerative disease characterized by a specific A354V mutation in the Lrpprc gene as well as a deficiency in COX activity. The most affected organs are the liver and brain, but the mechanisms associated with disease progression remain poorly understood. A hepato-specific knockout of LRPPRC mouse model (H-LRPPRC KO) was created to study the hepatic aspect of LSFC which includes liver damage and steatosis. Defined as the first objective of this master’s thesis, the H-LRPPRC KO model was used for the characterization of non-alcoholic hepatic steatosis (NAHS) without obesity in which we were able to highlight a more advanced progression of liver pathology in male mice associated with the presence of cardiac diastolic dysfunction. Furthermore, the second objective of this master’s thesis aims to characterize a new mouse model more representative of LSFC to ultimately find new therapeutic signatures/approaches. Here, we use a mouse model developed by our collaborators with tamoxifen-inducible deletion (KI) of Lrpprc on one allele, while the second one expresses the LSFC-specific A354V mutation, to characterize the disease from a biochemical and molecular perspective. Our initial results show signatures and characteristics comparable to those observed in LSFC patients as well as in the H-LRPPRC KO model, with drastic weight loss, reduced protein levels of LRPPRC and COX, and several disturbances of the lipidomic profile in liver, plasma and brain. These results lay the biochemical and molecular foundations of this model, justifying its future use in the evaluation of clinical manifestations such as muscular and cognitive impairment as observed in LSFC patients.