Le travail de cette thèse s’inscrit dans le cadre du projet ANR SUSoSTRESS qui a pour objectif la compréhension des mécanismes moléculaireset génétiques sous-jacents à la variabilité individuelle de réponses de stress et a collecté des données longitudinales à plusieurs niveaux biologiquessur une population d’étude porcine (race Large White). La thèse est organisé en deux partie. La première partie s’articule autour de l’analyse de données cliniques et transcriptomiques collectées à plusieurs pas de temps avant et après application de deux types de stress : injection d’ACTH et de LPS. Dans cettepartie, on cherche à développer d’un modèle fonctionnel permettant de décrire et d’intégrer au mieux l’ensemble des sources de variation génétique du fonctionnement de l’axe corticotrope et plus généralement des réponses de stress dans notre population d’étude. Plus précisément, il s’agit d’élaborer un modèle (au sens biologique du terme) décrivant les différentes réponses biologiques de stress et l’influence des variations génétiques (simples et en interaction), dans le but de prédire les leviers les plus efficaces en fonction de l’objectif de sélection. Ce travail a mis en évidence une liste de 65 gènes différentiellement exprimé au cours des réponses au stress, dont un ensemble de 8 gènes liés au au cortisol (l’hormone principale du stress) par NR3C1, le récepteur aux glucocorticoides. Ces gènes sont des biomarqueurs potentiels pouvant être fournis aux éleveurs en tant que leviers de sélection permettant un meilleur équilibre entre amélioration des caractères de production et des caractères de robustesse. La deuxième partie de ce travail s’articule autour du développement d’un outil d’analyse statistiques adapté à l’intégration de données ’omiques longitudinalesavec une variable cible d’intérêt.Nous proposons la «multiway-SIR », qui étend la méthode dual-STATIS, une méthode d’analyse de données cubiques non supervisée, au cadre de la SIR, une méthode de régression semi-paramétrique pouvant être utilisée à des fins exploratoires. Cette méthode est appliquée sur les données cliniques de l’expérience d’ACTHet permet d’y explorer l’influence de la variabilité de la réponse du cortisol à une injection d’ACTH.

Une grande diversité dans la réponse adaptative au stress est observée entre les individus favorisant une sensibilité variable face aux stresseurs et pouvant conduire à une vulnérabilité à développer divers troubles et pathologies. Cette diversité est sous tendue par les caractéristiques propres de chaque individu, déterminées par le patrimoine génétique en interaction avec les facteurs environnementaux. Des études génétiques menées au laboratoire ont permis de placer le gène de la Cbg comme un candidat important influençant les réponses de stress. L’équipe a alors développé un modèle de souris déficiente pour le gène Cbg (k.o. total). La CBG est une glycoprotéine plasmatique responsable de la biodisponibilité et du transport jusqu’à leur cible des glucocorticoïdes, produits finaux de l’axe corticotrope. A l’aide de ce modèle original, l’objectif de mon travail de thèse a été d’étudier les conséquences fonctionnelles de la déficience en CBG sur les réponses de stress. Nous avons ainsi analysé l’activité et la réactivité de l’axe corticotrope ainsi que les comportements émotionnels des mâles et des femelles k.o. Cbg dans des conditions de repos, de stress aigu et dans un contexte mimant l’effet d’un style de vie occidentale (modélisé par une alimentation enrichie en gras, associée à un stress chronique). Nous présentons ainsi un modèle murin unique d’hypo-réponse des glucocorticoïdes au stress associé à une réponse comportementale adaptative ralentie au niveau émotionnel et cognitif. L’ensemble de ces travaux contribue à placer la CBG et son gène comme acteur majeur de la variabilité individuelle des réponses de stress. / A great diversity in the adaptive response to stress is observed between individuals favoring a variable sensitivity to face stressors and leading to a vulnerability to develop various disorders and diseases. This diversity is due to the characteristics of each individual, as determined by the genetic background in interaction with environmental factors. Genetic studies conducted in the laboratory demonstrated that the Cbg gene is an important candidate influencing stress responses. The team then developed a mouse model deficient for the gene Cbg (total k.o.). CBG is a plasma glycoprotein responsible for the bioavailability and the transport of glucocorticoids, the final products of the HPA axis, to their target.Using this original model, the objective of my thesis was to study the functional consequences of CBG deficiency on responses to stress exposure. We have analyzed the activity and reactivity of the HPA axis and the emotional behaviors of males and females k.o. Cbg in resting conditions, acute stress and in a context that mimics the effect of a Western life style (modeled by a high fat diet, associated with chronic stress). We present an unique mouse model of glucocorticoid hyposignaling in response to stress associated with behavioral responses slowed down at the emotional and cognitive levels. Overall, this work contributes to place CBG and its gene as major actor of individual variability to stress.

Les relations entre le stress et l'alimentation sont l'objet d'interactions complexes et multiples. Le lien habituellement admis entre le stress et le gain de poids passe par une modification du comportement alimentaire. Plusieurs travaux indiquant l'impact du stress sur la prise alimentaire ont donné cependant des résultats variables, engendrant selon les sujets une réduction ou un accroissement de la prise alimentaire sans préciser quel(s) est (sont) le(s) macronutriment(s) modifié(s). Dans la première partie de cette thèse nous avons montré l'influence du stress sur le gain de poids et sur le choix en macronutriments, étude réalisée sur le modèle rat soumis à deux situations alimentaires différentes (expérience 1 : les rats ont reçu l'aliment ad-lib ; expérience 2 : les rats sont soumis à une restriction alimentaire( 2 épisodes alimentaires par jour)). Les résultats de ces deux protocoles expérimentaux ont montré qu'un stress aigu (15 min de nage par jour pendant 3 jours consécutifs) appliqué juste avant la phase active entraîne une diminution du gain de poids journalier chez les rats Wistar mâles et femelles. Les mesures de consommations examinées à différents intervalles de temps durant la phase nocturne ont révélé une dépression de la prise alimentaire durant les 3 premières heures après le stress (expérience 1) et durant la 1ere période alimentaire (expérience 2) quel que soit le sexe. Le stress a entraîné aussi une augmentation de la corticostéronémie et une diminution de l'insulinémie. Ces résultats démontrent un dimorphisme sexuel quant au choix en macronutriments en réponse au stress. On conclue donc que les stress induit, en plus d'un effet quantitatif, des effets qualitatifs sur la prise alimentaire. Dans la deuxième partie nous nous sommes intéressés à la variabilité génétique de l'axe corticotrope en relation avec la régulation du métabolisme énergétique entre deux souches consanguines de rats : Fischer F344 obèse et Lou maigre. Les comparaisons neuroendocrinienne, nutritionnelle et métabolique ont révélé que la souche F344 présentait (i) des perturbations de son axe corticotrope qui se traduisent par une forte sécrétion de corticostérone et (ii) une forte vulnérabilité à développer l'obésité liée au régime par augmentation de l'adiposité et diminution du métabolisme de base comparée à la souche Lou. Dans la dernière partie de cette thèse nous avons utilisé une « approche nutraceutique » : testant l'influence, sur le stress, d'un aliment fonctionnel (extrait de levure). A partir de notre modèle de stress mis au point dans la première partie, nous avons pu montrer les propriétés protectrices de l'apport alimentaire de l'extrait de levure sur les perturbations comportementales et alimentaires induites par le stress. Ces résultats ouvrent une perspective sur la relation entre le stress et le comportement alimentaire mais aussi sur une meilleure compréhension de la résistance à l'obésité chez le rat Lou impliquant l'axe corticotrope.

Le travail de cette thèse s’inscrit dans le cadre du projet ANR SUSoSTRESS qui a pour objectif la compréhension des mécanismes moléculaireset génétiques sous-jacents à la variabilité individuelle de réponses de stress et a collecté des données longitudinales à plusieurs niveaux biologiquessur une population d’étude porcine (race Large White). La thèse est organisé en deux partie. La première partie s’articule autour de l’analyse de données cliniques et transcriptomiques collectées à plusieurs pas de temps avant et après application de deux types de stress : injection d’ACTH et de LPS. Dans cettepartie, on cherche à développer d’un modèle fonctionnel permettant de décrire et d’intégrer au mieux l’ensemble des sources de variation génétique du fonctionnement de l’axe corticotrope et plus généralement des réponses de stress dans notre population d’étude. Plus précisément, il s’agit d’élaborer un modèle (au sens biologique du terme) décrivant les différentes réponses biologiques de stress et l’influence des variations génétiques (simples et en interaction), dans le but de prédire les leviers les plus efficaces en fonction de l’objectif de sélection. Ce travail a mis en évidence une liste de 65 gènes différentiellement exprimé au cours des réponses au stress, dont un ensemble de 8 gènes liés au au cortisol (l’hormone principale du stress) par NR3C1, le récepteur aux glucocorticoides. Ces gènes sont des biomarqueurs potentiels pouvant être fournis aux éleveurs en tant que leviers de sélection permettant un meilleur équilibre entre amélioration des caractères de production et des caractères de robustesse. La deuxième partie de ce travail s’articule autour du développement d’un outil d’analyse statistiques adapté à l’intégration de données ’omiques longitudinalesavec une variable cible d’intérêt.Nous proposons la «multiway-SIR », qui étend la méthode dual-STATIS, une méthode d’analyse de données cubiques non supervisée, au cadre de la SIR, une méthode de régression semi-paramétrique pouvant être utilisée à des fins exploratoires. Cette méthode est appliquée sur les données cliniques de l’expérience d’ACTHet permet d’y explorer l’influence de la variabilité de la réponse du cortisol à une injection d’ACTH. / This PhD thesis is part of the SUSoSTRESS project. This ANR funded project aims at improving the knowledge about molecular and genetic mechanisms underlying inter-individual variability in stress responses. Longitudinal data were collected at several biological levels on a porcine population (Large White). This work is structured in 2 parts. The first part is built around clinical and transcriptomic longitudinal data analyses collected before and after 2 types of stress factors : ACTH and LPS injection. The aim of this contribution is to develop a functional model describing all sources of genetic variation in the HPA axis activity and in stress responses in our study population.More precisely, it aims at defining a model describing the different biological stress responses and the influence of genetic variations in order to identify the most efficient selection levers according to selection goals. This work allowed for the identification of 65 differentially expressed genes during stress responses. Among them, 8 genes were highly linked to cortisol (the main stress hormone) through NR3C1 (glucocorticoid receptor (GR)). These genes are potential biomarkers and can be communicated to breeders as selection levers for a better trade-off between production and robustness traits in farmanimals. The second part is built around the development of a statistical tool suited for the data integration of repeated omicmeasurements with a real target variable.We introduce the "multiway-SIR" approach which extends the dual-STATIS (an approach to study 3-way datasets) method to the SIR framework (a semi-parametric regression model that can be used in an exploratory way). This method is illustrated on clinical data from the ACTH experiment. It allows for the exploration of the link between clinical variable response over time and inter-individual variability in the cortisol response to an ACTH injection.

La grande diversité des réponses de stress observée entre individus a pour origine des facteurs génétiques en interaction avec des facteurs environnementaux. Certaines réponses peuvent être moins adaptées et accroitre la vulnérabilité de l’individu aux divers troubles et pathologies liées au stress. La CBG est une glycoprotéine plasmatique impliquée dans la biodisponibilité des glucocorticoïdes, un des principaux médiateurs de la réponse au stress. Des études génétiques ont montré que des polymorphismes du gène codant la CBG ont un impact significatif sur la réponse des glucocorticoïdes au stress. Pour comprendre les mécanismes de l’impact de la CBG sur l’action des glucocorticoïdes et les conséquences sur les réponses endocriniennes et comportementales de stress, notre équipe a développé un modèle de souris déficiente pour le gène Cbg. Ces souris présentent une réponse diminuée des glucocorticoïdes au stress, associée à un niveau élevé de comportement émotionnel de type dépressif. Cette thèse a pour but d’explorer plus en profondeur les altérations physiologiques et comportementales des souris Cbg ko. Nous avons montré que le niveau plus faible de glucocorticoïdes observé chez la souris Cbg ko provient d’une élimination plasmatique plus importante. Une étude chez la souris Cbg ko femelles a montré que les estrogènes se surimposent à la déficience en CBG pour induire des comportements de type dépressif. Nous avons également démontré que la déficience en CBG conduit a une atténuation de la sensibilité comportementale et endocrinienne au stress chronique. Enfin, nous avons observé une détérioration de la mémoire long terme de ces souris. Par ailleurs, nous montrons que dans des conditions de stress chronique associé à un régime alimentaire déséquilibré le métabolisme du glucose était altéré chez les animaux déficients en CBG. Ces résultats renforcent l’importance du rôle de la CBG influençant l’ensemble des mécanismes d’actions des glucocorticoïdes par la modulation de leurs niveaux et de leur disponibilité. / The great diversity in the response to stress observed among individuals originates from their genetic background in interaction with environmental factors. Some responses can be less adaptive and increase the vulnerability to develop stress-associated disorders. CBG is a plasma glycoprotein that regulates the bioavailability of glucocorticoids, one of the main mediators of the stress response. Genetic studies pointed out variations in the gene coding for CBG as a major factor influencing the glucocorticoid response to stress. To better understand the mechanisms involved and the consequences on endocrine and behavioral responses to stress, our team has developed a mouse model of CBG deficiency. These mice present blunted glucocorticoid response to stress associated with increased despair-like behaviors. This thesis aimed at further exploring the physiological and behavioral alterations presented by the Cbg ko mice. We showed that the lower glucocorticoid levels observed in Cbg ko mice stems from their higher clearance from plasma. A study performed on Cbg ko female mice revealed that estrogens outpass CBG deficiency in inducing despair-like behavior. Additionally, we evidenced that CBG deficiency leads to lower behavioral and endocrine sensitivity to chronic stress, and we observed impairment of hippocampal-dependent long-term memory in these mice. Finally, we found that chronic stress combined to high-fat diet leads to alteration in glucose metabolism in CBG deficient animals. These findings reinforce the important role of CBG influencing the broad range of actions of glucocorticoids by modulating their levels and availability.

Les processus physiopathologiques qui mènent à la dégénérescence neuronale ainsi qu’aux symptômes de la maladie de Huntington (MH) demeurent non identifiés et les hypothèses actuelles ne permettent pas d’expliquer l’hétérogénéité intra et interindividuelle de l’évolution de ces symptômes. Ainsi, la progression de la maladie reste donc difficile voire impossible à prédire. Dans ce contexte, il est important d’explorer d’autres facteurs qui semblent être impliqués dans le processus pathogène de la maladie mais qui pourraient également influencer l’évolution de ces symptômes et ainsi prédire la progression de la maladie. Plusieurs éléments de preuve renforcent l’hypothèse de l’existence de troubles hormonaux dans la MH tels que l’atteinte de l’hypothalamus et la perte de poids. Cependant, en raison du peu d’études, de leur qualité et de la discordance de leurs résultats, l’existence des modifications hormonales dans la maladie de Huntington et plus particulièrement leur lien avec la progression de la maladie reste controversée. L’objectif de ce travail est de décrire le profil hormonal de l’axe hypothalamohypophysaire dans la MH afin de mieux comprendre le rôle de ces hormones sur la progression et éventuellement sur la physiopathologie de la maladie. Dans notre étude transversale, nous avons mis en évidence une activation de l’axe somatotrope (Growth Hormone/Insulin Growth Factor 1), une inhibition en fonction de la sévérité de la maladie de deux axes : gonadotrope (Testostérone) et thyréotrope (Thyroid Stimulating Hormone et triiodothyronine) mais aucune modification des hormones de l’axe corticotrope ni de la prolactine. De plus, la modification hormonale de l’axe somatotrope était non pathologique et précoce alors qu’elle était tardive pour les deux autres axes. Pour expliquer le lien entre ces modifications et la progression de la maladie une étude longitudinale a été mise en place. Les résultats de cette étude montre que seule l’élévation plasmatique d’IGF1 était prédictive de la détérioration cognitive. L’ensemble de nos résultats apporte une meilleure description et compréhension du profil de l’axe hypothalamo-hypophysaire dans la maladie de Huntington. Les axes pituitaires ne sont pas tous atteints et leur atteinte n’est pas dans le même sens. La relation inverse entre l’activation de l’axe somatotrope et la détérioration cognitive renforce l’hypothèse d’une résistance à l’effet de l’IGF1 dans la maladie de Huntington comme pour la maladie d’alzheimer. En conclusion, compte tenu de l’implication de l’IGF1 dans la prédiction de la progression cognitive dans la maladie de Huntington, il serait intéressant de détecter si les modifications biologiques de l’IGF1 existent dès la phase asymptomatique cognitive afin d’envisager d’utiliser l’IGF1 comme biomarqueur de l’apparition ou de l’évolution des symptômes cognitives. D’un autre côté, il serait important d’étendre les recherches sur les mécanismes responsables des modifications hormonales dans la maladie de Huntington afin de mieux comprendre l’effet de cause à effet s’il existe entre ces modifications et les symptômes de la maladie / The pathophysiological processes leading to neurodegeneration and the symptoms of Huntington's disease (HD) remain unidentified and current hypothesis do not explain the intra and interindividual heterogeneity of the evolution of these symptoms. Thus, the progression of the disease remains difficult or impossible to predict. In this context, it is important to explore other factors that appear to be involved in the pathogenic process of the disease but could also influence the evolution of these symptoms and predict disease progression. Several evidences reinforce the hypothesis of the existence of hormonal disorders in HD such as the atrophy of the hypothalamus and weight loss. Because of few studies, their quality and the discrepancies of their results, the existence of hormonal changes in Huntington's disease and particularly their relationship to disease progression remains controversial. The objective of this work is to describe the hormonal profile of the hypothalamicpituitary axis in HD in order to better understand the role of these hormones on the progression and on the pathophysiology of the disease. In our cross-sectional study, we identified an activation of the somatotropic axis (Growth Hormone / Insulin Growth Factor 1), an inhibition according to the severity of the disease in two axes: gonadotrope (Testosterone) and thyréotrope (Thyroid Stimulating hormone and triiodothyronine) but no change in hormones of corticotropic axis and prolactin. In addition, the somatotropic axis is overactive even in patients with early disease. To explain the link between these changes and the progression of the disease, a longitudinal study was done. The results of this study showed that only the elevated plasma IGF1 was predictive of cognitive impairment. All of our results provide a better description and understanding of the profile of the hypothalamic-pituitary axis in Huntington's disease. Pituitary axes are not all disturbed. The inverse relationship between activation of the somatotropic axis and cognitive impairment strengthens the hypothesis of a resistance to the effect of IGF1 in Huntington's disease like in Alzheimer's disease. In conclusion, given the involvement of IGF1 in the prediction of cognitive progression in Huntington's disease, it would be interesting to detect whether the biological changes of IGF1 are already present at the asymptomatic cognitive stage in order to use IGF1 as a biomarker of the onset or changes in cognitive symptoms. On the other hand, , it would be important to extend research on the mechanisms responsible for hormonal changes in Huntington's disease to better understand the link between these changes and symptoms of the disease

Les maladies psychiatriques présentent de fortes comorbidités avec des désordres gastrointestinaux, ce qui suggère l’existence de bases physiopathologiques communes. Une littérature abondante démontre que l’adversité précoce (infection, stress) augmente la vulnérabilité aux désordres psychiatriques à l’âge adulte. Chez le rongeur, le modèle de séparation maternelle induit chez la descendance adulte des comportements hyperanxieux associés à une hypersensibilité au stress, ainsi que des dysfonctionnements de la sphère gastrointestinale. De plus, des études récentes rapportent une hyperperméabilité de la barrière intestinale chez les ratons soumis au stress de séparation, un effet conduisant potentiellement à une dysbiose et une perturbation de la communication intestin-cerveau. Le but de ma thèse était donc d’étudier le rôle de l’axe intestin-cerveau dans la mise en place des effets à long terme du stress précoce. Nos travaux récents ont montré que certains effets à long-terme de la séparation maternelle peuvent être atténués par l’exposition des mères à un régime hyperlipidique. Dans un premier temps, nous avons testé les effets du régime hyperlipidique maternel sur le cerveau et l’intestin de ratons soumis à la séparation maternelle. Nos résultats montrent que le régime maternel hyperlipidique protège de l’augmentation de la permeabilité intestinale induite par le stress. Nous avons ensuite testé le rôle causal de la perméabilité intestinale sur les comportements émotionnels à travers une approche pharmacologique et une approche génétique. Nous rapportons 1) que la restauration de la fonction barrière de l’intestin atténue certains effets de la séparation maternelle et 2) qu’une hyperperméabilité intestinale chez des souris transgéniques non soumises à un stress produit des effets similaires à ceux de la séparation maternelle. Enfin, nous avons examiné les effets d’une adversité précoce multifactorielle sur le cerveau et l’intestin (perméabilité et microbiote) chez la descendance adulte mâle et femelle dans un modèle combinant infection prénatale et séparation maternelle. Nos résultats mettent en évidence un effet sexe très marqué sur les phénotypes comportements et intestinaux. D’autres études sont nécessaires pour identifier les mécanismes sous-tendant les effets de la perméabilité et la dysbiose intestinale sur la vulnérabilité émotionnelle associée au stress précoce. / Early-life adversity is a main risk factor for psychiatric disorders at adulthood; however the mechanisms underlying the programming effect of stress during development are still unknown. In rodents, chronic maternal separation has long lasting effects in adult offspring, including hyper-anxiety and hyper-responsiveness to a novel stress, along with gastrointestinal dysfunctions. Moreover, recent studies report gut barrier hyper-permeability in rat pups submitted to maternal separation, an effect that could potentially lead to dysbiosis and altered gut-brain communication. Therefore, the aim of my PhD was to unravel the role of the gut-brain axis in the neurobehavioral effects of early-life stress. We recently reported that some neural, behavioral and endocrine alterations associated with maternal separation in rats could be prevented by maternal exposure to a high-fat diet. We first addressed the effects of maternal high-fat diet on brain and gut during development in the maternal separation model. We show that maternal high-fat diet prevents the stress-induced decrease in spine density and altered dendritic morphology in the medial prefrontal cortex. Moreover, maternal high-fat diet also attenuates the exacerbated intestinal permeability associated with maternal separation. To explore a potential causal impact of gut leakiness on brain functions, we then examined the impact of pharmacological and genetic manipulations of intestinal permeability on brain and behavior. We report 1) that restoration of gut barrier function attenuates some of the behavioral alterations associated with maternal separation and 2) that chronic gut leakiness in naive adult transgenic mice recapitulates the effects of maternal separation. Finally, we examined the effects of multifactorial early-life adversity on behavior, gut function and microbiota composition in males and females using a combination of prenatal inflammation and maternal separation in mice. At adulthood, offspring exposed to early adversity displayed sex-specific behavioral (social behavior deficits in males and increased anxiety in females) and intestinal phenotypes. In conclusion, our work demonstrates an impact of gut dysfunctions, in particular gut leakiness, on the emergence of emotional alterations. Further studies are needed to unravel the role of the gut dysbiosis in the expression of the behavioral phenotypes associated with early-life adversity.