Cette thèse montre que le GHB et les neurostéroïdes protègent efficacement contre la mort neuronale induite par les facteurs étiologiques de la maladie d'Alzheimer, notamment la sur-expression de l'amyloid precursor protein et le stress oxydant. Nous avons identifié un effet additif du GHB et de l'alloprégnanolone qui pourrait résulter de la combinaison des stimulations partielles évoquées par ces molécules sur l'expression des protéines anti-apoptotiques. L'effet du GHB est bloqué par un inhibiteur de l'aromatase, suggérant que le GHB induirait la neuroprotection via la stimulation de la neurostéroïdogenèse. Pour étudier les effets du GHB et des neurostéroïdes sur l’activité des MMP-2 et MMP-9, qui dégradent les peptides amyloïdes, nous avons optimisé un test enzymatique basé sur l’expression de ces protéases dans la levure. Nos résultats préliminaires ne permettent pas encore de conclure mais leur amélioration et combinaison avec des données de RT-qPCR contribueront à déterminer l'action du GHB et des neurostéroïdes sur l'activité et/ou l'expression des MMP. Notre travail suggère que le GHB et les neurostéroïdes pourraient être associés pour élaborer des stratégies neuroprotectrices contre les pertes neuronales provoquées par la maladie d'Alzheimer. / This PhD work showed that GHB and neurosteroids efficiently protect against nerve cell death caused by Alzheimer's disease etiological factors including amyloid precursor protein overexpression and oxidative stress. Interestingly, we identified an additive action of GHB and allopregnanolone that may result from the combination of partial stimulations of anti-apoptotic protein expression induced by both compounds. GHB protective effect was blocked by aromatase inhibitor, suggesting that GHB may also induce neuroprotection via the activation of neurosteroidogenesis. Finally, we have used a yeast-based MMP activity assay to check whether GHB and neurosteroids regulate MMP-2 and MMP-9 activities which control Aβ peptide degradation. We cannot yet conclude from our preliminary results but their improvement and combination with RT-qPCR analyzes will help to determine the modulatory action of GHB and neurosteroids on MMP activity and/or expression. Together, our data suggest that GHB and neurosteroids may be used to develop combined neuroprotective strategies against neuronal loss in AD.

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

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

L’Uranium (U) est un métal lourd radioactif dispersé dans l’environnement. Du fait de cette présence naturelle mais aussi de ses applications civiles et militaires, la population générale peut être exposée à l’U par ingestion d’eau de boisson ou d’aliments contaminés. Le système pro/anti-oxydant est un système de défense fréquemment impliqué lors d'une exposition aiguë à l'uranium. L’objectif de cette thèse est d’étudier le rôle du système pro/anti-oxydant après contamination chronique à l’U dans le foie et les reins. Après contamination chronique de rats à différentes concentrations d’U, une accumulation dose dépendante de l’U dans les organes -jusqu'à 6 µg/g dans les reins- ainsi qu’une localisation préférentielle de l’U dans le noyau des cellules du tube contourné proximal sont observées. L’absence de néphrotoxicité observée, même à la plus forte concentration, pourrait s’expliquer par le renforcement du système anti-oxydant et notamment l’augmentation du taux de glutathion. L’étude des effets de la contamination à l’U chez un modèle déficient pour Nrf2, facteur de transcription cytoprotecteur impliqué dans la défense anti-oxydante, a mis en évidence une accumulation d’U plus importante chez les animaux Nrf2 -/-. Néanmoins, les effets biologiques de l’U sur le système pro/anti-oxydant ne semblent pas impliquer Nrf2. Par ailleurs, il existe une corrélation entre la localisation de l’U dans des cellules HepG2 en culture et les effets biologiques sur ce système après exposition à de faibles concentrations d’U. Ce radionucléide se localise dans les noyaux sous forme soluble et l’apparition de précipités est corrélée à la mise en place de mécanismes d’adaptation qui sont ensuite débordés au cours du temps et de la concentration, laissant apparaître une toxicité cellulaire. L’ensemble de ces résultats suggèrent que le renforcement du système anti-oxydant serait un mécanisme d’adaptation après exposition chronique à faible concentration d’U. / Uranium is a radioactive heavy metal found in the environment. Due to its natural presence and to civil and militaries activities, general population can be exposed to U throughout drinking water or contaminated food. The pro/anti-oxidative system is a defense system which is often implicated in case of acute exposure to U. The aim of this thesis is to study the role of the pro/anti-oxidative system after chronic exposure to U in the liver and the kidney. After chronic exposure of rats to different U concentrations, this radionuclide accumulated in the organs in proportion to U intake; until 6 µg.g-1 of kidney tissues. U is localized in nucleus of the proximal tubular cells of the kidney. No nephrotoxicity was described even for the higher U level in drinking water and a reinforcement of the pro/anti-oxidative system with an increase in glutathione is observed. The study of U internal contamination in Nrf2 deficient mice, a cytoprotective transcription factor involved in the anti-oxidative defense has been realized. U accumulate more in Nrf2 -/- mice than in WT mice but the biologic effects of U on the pro/anti-oxidative system did not seem to implicate Nrf2. At the cell level, a correlation between U distribution in HepG2 cells and the biological effects on this system is observed after U exposure at low concentrations. Soluble distribution of U is observed in cell nucleus. The apparition of U precipitates is correlated to the establishment of the adaptive mechanisms overtime which are overwhelmed and lead to a cellular toxicity at higher U level. In conclusion, these results suggest that the reinforcement of pro/anti-oxidative system could be an adaptive mechanism after chronic exposure at low U concentration.

L'Uranium (U) est un métal lourd radioactif dispersé dans l'environnement. Du fait de cette présence naturelle mais aussi de ses applications civiles et militaires, la population générale peut être exposée à l'U par ingestion d'eau de boisson ou d'aliments contaminés. Le système pro/anti-oxydant est un système de défense fréquemment impliqué lors d'une exposition aiguë à l'uranium. L'objectif de cette thèse est d'étudier le rôle du système pro/anti-oxydant après contamination chronique à l'U dans le foie et les reins. Après contamination chronique de rats à différentes concentrations d'U, une accumulation dose dépendante de l'U dans les organes -jusqu'à 6 µg/g dans les reins- ainsi qu'une localisation préférentielle de l'U dans le noyau des cellules du tube contourné proximal sont observées. L'absence de néphrotoxicité observée, même à la plus forte concentration, pourrait s'expliquer par le renforcement du système anti-oxydant et notamment l'augmentation du taux de glutathion. L'étude des effets de la contamination à l'U chez un modèle déficient pour Nrf2, facteur de transcription cytoprotecteur impliqué dans la défense anti-oxydante, a mis en évidence une accumulation d'U plus importante chez les animaux Nrf2 -/-. Néanmoins, les effets biologiques de l'U sur le système pro/anti-oxydant ne semblent pas impliquer Nrf2. Par ailleurs, il existe une corrélation entre la localisation de l'U dans des cellules HepG2 en culture et les effets biologiques sur ce système après exposition à de faibles concentrations d'U. Ce radionucléide se localise dans les noyaux sous forme soluble et l'apparition de précipités est corrélée à la mise en place de mécanismes d'adaptation qui sont ensuite débordés au cours du temps et de la concentration, laissant apparaître une toxicité cellulaire. L'ensemble de ces résultats suggèrent que le renforcement du système anti-oxydant serait un mécanisme d'adaptation après exposition chronique à faible concentration d'U.

L’obésité et le diabète de type 2 s’accompagne généralement d’un stress oxydant chronique, participant à l’installation et la progression du diabète, mais également à l’apparition de nombreuses complications dont les macro- et micro-angiopathies. Certains aliments, comme les fruits et légumes naturellement riches en molécules anti-oxydantes, représentent ainsi un réel potentiel de prévention dans ce contexte. Cette étude s’est intéressée au pouvoir anti-oxydant des fruits et légumes. Nous avons démontré que la majorité des fruits et légumes doivent leur capacité anti-radicalaire a des composés polaires. Leur étude par une méthode séparative (HPLC) couplée à une détection spécifique de capacité anti-radicalaire, a permis de révéler quelles sont les molécules réellement actives. Le chou rouge a été révélé comme aliment à fort potentiel anti-oxydant, de par la présence de nombreuses cyanidines dotés de capacités anti-radicalaires. L’étude in vitro sur un modèle cellulaire (RINm5F) a confirmé l’action anti-radicalaire des polyphénols des fruits et légumes. L’extrait de chou rouge a ainsi permis la suppression du stress oxydant induit par un hyperinsulinisme. Enfin, une étude in vivo, sur le modèle de rat diabétique, a permis de confirmer les effets anti-oxydants et anti-diabétiques du chou rouge, même lorsque sa consommation est associée à un régime hypercalorique. Cependant, le chou rouge doit être associé à une alimentation équilibrée afin d’être bénéfique à long terme. / Obesity and type 2 diabetes is generally accompanied by a chronic state of oxidative stress, implicated in the development of complications such as macro- and micro-angiopathies. Food, and particularly fruit and vegetables naturally rich in radical scavenging compounds, represent a real preventive potential. This study was focused on the antioxidant capacity of fruit and vegetables. We demonstrated that the majority of fruit and vegetables owe their anti-oxydant capacity to a class of polar compounds. The study by means of a separative technique (HPLC) hyphenated with specific radical scavenging capacity detection, allowed to reveal the real active compounds. Red cabbage has shown amongst the highest antioxidant potential through the presence of numerous radical scavenging cyanidins. In vitro studies, using the RINm5f cell line, confirmed the radical scavenging activity of fruit and vegetables polyphenols. The red cabbage extract suppressed the hyperinsulinemic-induced oxidative stress. Finally, an in vivo study, using a diabetic rat model, confirmed the antioxidant and antidiabetic effects of red cabbage, even when its consumption is associated to a hypercaloric diet. However, the red cabbage must be associated with an equilibrated diet in order offer beneficial effects in the long term.

Le bleuet démontre un potentiel thérapeutique dans le traitement du cancer et des maladies cardiovasculaires et neurodégénératives. Ces effets bénéfiques sont attribuables aux composés phénoliques abondants dans le bleuet, tels que les anthocyanines et les flavonoïdes. La biotransformation du jus de bleuet avec les bactéries Serratia vaccinii augmente sa teneur en composés phénoliques et son activité anti-oxydante, et modifie ses activités physiologiques. L’objectif de la présente étude est d’évaluer l’activité neuroprotectrice et le potentiel antidiabétique du jus de bleuet biostranformé (BJ). Le BJ est étudié dans différents tests dont : 1) La protection des neurones (N2a) contre le stress oxydatif (SO) induit par le peroxyde d’hydrogène; 2) La stimulation de la prise de glucose par les cellules musculaires (C2C12) et adipeuses (3T3-L1); 3) L’activité anti-hyperglycémique chez les souris obèses diabétiques KKAy. En effet, tandis que le jus de bleuet normal n’a aucun effet, le BJ augmente l’activité des enzymes anti-oxydantes, comme la catalase et la SOD (Superoxide Dimutase) et protège les neurones contre les changements de la signalisation des MAPKs et contre la toxicité induite par le peroxyde d’hydrogène. Le BJ augmente aussi la prise de glucose de 48% dans les cellules C2C12 et de 142% dans les cellules 3T3-L1. Cette augmentation n’est pas expliquée par une augmentation du calcium cytosolique mais plutôt par une stimulation de la phosphorylation de l’AMPK. De plus, le BJ inhibe l’adipogenèse chez les 3T3-L1. Le BJ diminue également l’hyperglycémie chez les souris obèses diabétiques KKAy et protège les jeunes souris pré-diabétiques contre le développement de l’obésité et du diabète. L’activité anti-hyperglycémique du BJ pourrait impliquer les adipokines puisque le BJ augmente le niveau d’adiponectine chez les souris diabétiques. Le BJ représente ainsi une approche prometteuse pour le traitement du diabète et les maladies neurodégénératives et une source de nouveaux agents thérapeutiques contre ces maladies. / Blueberry demonstrates therapeutic potential against cancer, cardiovascular and neurodegenerative diseases. These desirable effects are thought to involve abundant phenolic compounds in blueberry such as anthocyanins and flavonoids. Blueberry juice biotransformation by Serratia vaccinii bacteria increases its phenolics content, its antioxidant activity and modifies its physiological properties. The purpose of the present study was to evaluate the neuroprotection activity and the antidiabetic potential of biostranformed blueberry juice (BJ). BJ was studied for: 1) Protection of neurons (N2a) against oxidative stress caused by hydrogen peroxide; 2) Stimulation of glucose uptake by muscle cells (C2C12) and adipocytes (3T3-L1); 3) Anti-hyperglycemic activity in diabetic obese KKAy mice. Indeed, whereas normal blueberry juice did not show any effect, BJ increased antioxidant enzymes activities (catalase, SOD) and protected neurons against modifications in MAPKs pathways and toxicity induced by hydrogen peroxide. BJ also increased glucose uptake by 48% in C2C12 cells and by 142% in 3T3-L1 cells. Enhanced glucose uptake could not be explained by an increase of cytosolic calcium but was related to the stimulation of AMPK phosphorylation. Moreover, BJ inhibited 3T3-L1 adiopogenesis. BJ also reduced hyperglycemia of obese diabetic KKAy mice and protected pre-diabetic young mice against the development of obesity and diabetes mellitus. The anti-hyperglycemic effect of BJ may involve adipokine pathways since BJ increased adiponectin levels in diabetic mice. Thus, BJ represents a promising approach for the prevention and treatment of diabetes mellitus and possibly neurogenerative diseases as well as a source of novel therapeutic agents against these disorders.

Ce mémoire de thèse confidentiel porte sur la valorisation phytochimique et biologique de plantes tropicales. Il s’inscrit dans le cadre d’une procédure de validation des acquis de l’expérience et retrace 14 ans de travaux de recherche appliquée pour la mise sur le marché de nouveaux actifs végétaux destinés à l’industrie dermo cosmétique ainsi que des recherches fondamentales. Ce travail a permis le développement de nouveaux actifs, à forte valeur ajoutée, issus de plantes de Madagascar par la valorisation de nombreux métabolites secondaires tels que les polyphénols (flavonoïdes, tannins, dérivés d’acide chlorogénique) et les triterpènes pentacycliques. Cette activité centrale de recherche s’accompagne d’activités essentielles liées à la maitrise de la ressource végétale en lien avec les actions de développement durable, de la recherche phytochimique, du développement de procédé et du positionnement biologique. Il est illustré entre autre le développement d’extraits issus de Buddleja axillaris, Vernonia appendiculata et les derniers travaux sur la plante Centella asiatica. / This confidential memory thesis focuses on phytochemical and biological enhancement of tropical plants. It is part of a process of validation of experience and retraces 14 years of applied research for the development of new plant extract for cosmetics industry and elemental research.This work enabled the development of new actives, with high value, from Madagascar plants by enhancement of secondary metabolites such as polyphenols (flavonoids, tannins, chlorogenic acid derivatives) and pentacyclic triterpenes. This important activity goes along with essential activities related to the mastery of plant resources in line with the sustainable development actions, phytochemical research, process development and biological positioning. It is illustrated, among other developing, extracts from Buddleja axillaris, Vernonia appendiculata and the latest work on the plant Centella asiatica.

Le bleuet démontre un potentiel thérapeutique dans le traitement du cancer et des maladies cardiovasculaires et neurodégénératives. Ces effets bénéfiques sont attribuables aux composés phénoliques abondants dans le bleuet, tels que les anthocyanines et les flavonoïdes. La biotransformation du jus de bleuet avec les bactéries Serratia vaccinii augmente sa teneur en composés phénoliques et son activité anti-oxydante, et modifie ses activités physiologiques. L’objectif de la présente étude est d’évaluer l’activité neuroprotectrice et le potentiel antidiabétique du jus de bleuet biostranformé (BJ). Le BJ est étudié dans différents tests dont : 1) La protection des neurones (N2a) contre le stress oxydatif (SO) induit par le peroxyde d’hydrogène; 2) La stimulation de la prise de glucose par les cellules musculaires (C2C12) et adipeuses (3T3-L1); 3) L’activité anti-hyperglycémique chez les souris obèses diabétiques KKAy. En effet, tandis que le jus de bleuet normal n’a aucun effet, le BJ augmente l’activité des enzymes anti-oxydantes, comme la catalase et la SOD (Superoxide Dimutase) et protège les neurones contre les changements de la signalisation des MAPKs et contre la toxicité induite par le peroxyde d’hydrogène. Le BJ augmente aussi la prise de glucose de 48% dans les cellules C2C12 et de 142% dans les cellules 3T3-L1. Cette augmentation n’est pas expliquée par une augmentation du calcium cytosolique mais plutôt par une stimulation de la phosphorylation de l’AMPK. De plus, le BJ inhibe l’adipogenèse chez les 3T3-L1. Le BJ diminue également l’hyperglycémie chez les souris obèses diabétiques KKAy et protège les jeunes souris pré-diabétiques contre le développement de l’obésité et du diabète. L’activité anti-hyperglycémique du BJ pourrait impliquer les adipokines puisque le BJ augmente le niveau d’adiponectine chez les souris diabétiques. Le BJ représente ainsi une approche prometteuse pour le traitement du diabète et les maladies neurodégénératives et une source de nouveaux agents thérapeutiques contre ces maladies. / Blueberry demonstrates therapeutic potential against cancer, cardiovascular and neurodegenerative diseases. These desirable effects are thought to involve abundant phenolic compounds in blueberry such as anthocyanins and flavonoids. Blueberry juice biotransformation by Serratia vaccinii bacteria increases its phenolics content, its antioxidant activity and modifies its physiological properties. The purpose of the present study was to evaluate the neuroprotection activity and the antidiabetic potential of biostranformed blueberry juice (BJ). BJ was studied for: 1) Protection of neurons (N2a) against oxidative stress caused by hydrogen peroxide; 2) Stimulation of glucose uptake by muscle cells (C2C12) and adipocytes (3T3-L1); 3) Anti-hyperglycemic activity in diabetic obese KKAy mice. Indeed, whereas normal blueberry juice did not show any effect, BJ increased antioxidant enzymes activities (catalase, SOD) and protected neurons against modifications in MAPKs pathways and toxicity induced by hydrogen peroxide. BJ also increased glucose uptake by 48% in C2C12 cells and by 142% in 3T3-L1 cells. Enhanced glucose uptake could not be explained by an increase of cytosolic calcium but was related to the stimulation of AMPK phosphorylation. Moreover, BJ inhibited 3T3-L1 adiopogenesis. BJ also reduced hyperglycemia of obese diabetic KKAy mice and protected pre-diabetic young mice against the development of obesity and diabetes mellitus. The anti-hyperglycemic effect of BJ may involve adipokine pathways since BJ increased adiponectin levels in diabetic mice. Thus, BJ represents a promising approach for the prevention and treatment of diabetes mellitus and possibly neurogenerative diseases as well as a source of novel therapeutic agents against these disorders.

L'obésité et le diabète de type 2 s'accompagne généralement d'un stress oxydant chronique, participant à l'installation et la progression du diabète, mais également à l'apparition de nombreuses complications dont les macro- et micro-angiopathies. Certains aliments, comme les fruits et légumes naturellement riches en molécules anti-oxydantes, représentent ainsi un réel potentiel de prévention dans ce contexte. Cette étude s'est intéressée au pouvoir anti-oxydant des fruits et légumes. Nous avons démontré que la majorité des fruits et légumes doivent leur capacité anti-radicalaire a des composés polaires. Leur étude par une méthode séparative (HPLC) couplée à une détection spécifique de capacité anti-radicalaire, a permis de révéler quelles sont les molécules réellement actives. Le chou rouge a été révélé comme aliment à fort potentiel anti-oxydant, de par la présence de nombreuses cyanidines dotés de capacités anti-radicalaires. L'étude in vitro sur un modèle cellulaire (RINm5F) a confirmé l'action anti-radicalaire des polyphénols des fruits et légumes. L'extrait de chou rouge a ainsi permis la suppression du stress oxydant induit par un hyperinsulinisme. Enfin, une étude in vivo, sur le modèle de rat diabétique, a permis de confirmer les effets anti-oxydants et anti-diabétiques du chou rouge, même lorsque sa consommation est associée à un régime hypercalorique. Cependant, le chou rouge doit être associé à une alimentation équilibrée afin d'être bénéfique à long terme.