La maladie d'Alzheimer (MA) est une maladie neurodégénérative touchant plusieurs millions de personnes. La MA a une origine multifactorielle. Diverses études suggèrent qu'une perturbation du métabolisme du cholestérol contribue au développement de la MA. Cependant, la littérature présente beaucoup de confusion. Il est donc crucial de mieux caractériser le métabolisme et l'implication du cholestérol dans la MA. Ce travail s'est intéressé au récepteur Lipolysis Stimulated Lipoprotein Receptor (LSR) qui est un récepteur hépatique aux lipoprotéines participant à la clairance des lipides en phase post prandiale. Les objectifs de cette thèse ont été de caractériser la présence du récepteur LSR dans le cerveau de souris, de déterminer son rôle dans le contrôle de l'homéostasie du cholestérol cérébral et dans la physiopathologie de la MA. Ainsi, nous avons caractérisé la présence de LSR dans des structures cérébrales importantes pour les capacités cognitives et le métabolisme énergétique. Grâce à un modèle de souris hétérozygote pour le récepteur LSR, nous avons mis en évidence que la délétion d'un allèle LSR entraine une altération du métabolisme du cholestérol cérébral au cours du vieillissement, qui est corrélée avec une augmentation de la sensibilité au stress amyloïde. Ces résultats suggèrent un rôle du récepteur LSR dans le contrôle de l'homéostasie du cholestérol cérébral et renforcent l'idée qu'une altération de cette dernière peut impacter la physiopathologie de la MA. Enfin, nous avons observé que la déficience d'un allèle LSR chez des souris placées sous un régime hyperlipidique pouvait impacter le métabolisme lipidique périphérique ainsi que l'anxiété de ces souris / Alzheimer's disease (AD) is a neurodegenerative disease affecting millions of people. The origin of AD is multifactorial. Studies suggest that disturbance of cholesterol metabolism contributes to AD development. However, data in the literature is conflicting. It is therefore crucial to better characterize the metabolism and involvement of cholesterol in AD. This work focused on the Lipolysis Stimulated Lipoprotein Receptor (LSR), a hepatic lipoprotein receptor involved in the clearance of lipoproteins during the postprandial phase. The objectives of this thesis were to characterize LSR receptor expression profile in the mouse brain, and to determine its role in both brain cholesterol homeostasis and in the pathophysiology of AD. We identified and characterized LSR expression in brain structures that are involved in cognitive abilities and the regulation of energy metabolism. Next, using a mouse model heterozygous for the LSR receptor, we were able to demonstrate that the deletion of one allele LSR causes impaired brain cholesterol metabolism in aging, which was correlated with increased susceptibility to amyloid stress. These results suggest a role of LSR receptor in brain cholesterol homeostasis and show that alterations of the brain cholesterol metabolism can impact AD pathophysiology. Finally, we observed that the deficiency of an LSR allele in mice on a high fat diets affected peripheral lipid metabolism and the anxiety in these mice

L’acyl-CoA oxydase 1 (ACOX1) est l’enzyme qui catalyse la première étape de la voie classique de la β-oxydation peroxysomale. Cette voie catabolise exclusivement les acides gras à très longue chaîne (AGTLC). Chez l’homme, la déficience en ACOX1 est à l’origine de la pseudo adrénoleucodystrophie néonatale (P-NALD), une maladie neurodégénérative rare caractérisée par une accumulation des AGTLC dans le plasma et les tissus, une hépatomégalie, un retard du développement moteur et une démyélinisation de la matière blanche cérébrale. Chez la souris, l’extinction du gène Acox1 provoque une accumulation des AGTLC dans le plasma, un retard de croissance, une stéatose hépatique et le développement d’une hépatocarcinogenèse avec l’âge. Cependant, ces souris ne développent pas de symptômes cérébraux contrairement aux patients P NALD. Au cours de ce travail, on a pu montrer sur des fibroblastes issus de patients atteints de P NALD qu’en absence d’activité ACOX1, les peroxysomes sont diminués en nombre et augmentés en taille avec un niveau de β-oxydation peroxysomale fortement réduit. L’accumulation des AGTLC suite à la déficience en ACOX1 dans ces cellules provoque, au niveau transcriptionnel, la perturbation de la voie de synthèse du cholestérol et déclenche une réaction inflammatoire caractérisée par l’activation de la voie de l’IL-1 et la sécrétion d’IL-6 et d’IL-8. Le rôle métabolique important que joue l’ACOX1 dans l’homéostasie énergétique cellulaire a pu être souligné chez l’homme et chez la souris. En effet, la déficience en ACOX1 dans les fibroblastes de patients P-NALD perturbe la morphologie de la mitochondrie qui apparaît anormale ainsi que le métabolisme énergétique mitochondrial caractérisé par une inhibition de PGC-1α par acétylation, une surexpression de l’activité du complexe V et une diminution du taux d’ATP mitochondrial. L’absence dans le foie de l’activité ACOX1, chez la souris Acox1-/-, se traduit par des perturbations, au niveau mitochondrial, dela biogenèse et du métabolisme énergétique. Ces perturbations mitochondriales se caractérisent par une diminution de l’activité du complexe IV de la chaîne respiratoire accompagnée d’une diminution de la respiration. Cependant, ces perturbations n’affectent pas le taux d’ATP total. Les altérations mitochondriales observées chez les souris Acox1-/- sont en grande partie corrigées par l’expression de l’ACOX1 humaine. Ceci montre le rôle indispensable de l’ACOX1 dans l’homéostasie de la fonction mitochondriale.L’ensemble des résultats obtenus au cours de ce travail confirme l’importance de l’activité acyl-CoA oxydase 1 pour la dégradation des AGTLC au niveau du système de β-oxydation peroxysomale et pour la biogenèse du peroxysome. L’accumulation des substrats non métabolisés en absence d’ACOX1 pourrait être à l’origine de la perturbation de la fonction mitochondriale montrant à quel point l’activité de l’ACOX1 est indispensable au métabolisme cellulaire / Acyl-CoA oxidase 1 (ACOX1) is the rate-limiting enzyme of the peroxisomal fatty acid β-oxidation pathway of very-long-chain fatty acid (VLCFAs). In humans, ACOX1 deficiency, also called pseudo-neonatal adrenoleukodystrophy, is an autosomal recessive and a severe form of the peroxisomal β-oxidation deficiency. Patients suffer from severe delayed motor development followed by a progressive neurological regression including progressive hypodensity of cerebral white matter, hepatomegaly and deafness and die during late-infantile period. Elevated plasma and tissues VLCFAs levels are detected in these patients. Mice lacking ACOX1 develop severe microvesicular steatohepatitis with increased intrahepatic H2O2 levels and hepatocellular regeneration. Liver cell proliferation in Acox1-/- mice leads to complete replacement of steatotic hepatocytes with hepatocytes that exhibit massive spontaneous peroxisome proliferation. Older mice develop hepatocellular carcinomas due to the sustained activation of peroxisome proliferator-activated receptor-alpha (PPARα). Contrary to humans, mice lacking ACOX1 have no apparent neurological disorder. Based on fibroblasts cell model from P-NALD patients, we show that ACOX1 deficiency lead to abolition of peroxysomal β-oxidation of cerotic acid (C26:0) and modification of peroxysomal morphology which appear reduced in number and enlarged in size. Moreover, accumulation of VLCFAs in ACOX1 deficiency in human fibroblasts interferes at the transcription level with cholesterol synthesis pathway. Furthermore, these cells show activation of interleukin-1b pathway with elevated production of interleukin-6 and interleukin-8 as an inflammatory response to metabolic disturbance due to VLCFAs accumulation. Furthermore, we show in this study that the ACOX1 deficiency in human fibroblasts and in mice liver leads to alteration of the mitochondrial ultra structure, changes in the expression and activity of mitochondrial chain complexes. These alterations of mitochondrial functions are accompanied by reduction in mitochondrial ATP levels in human fibroblasts and decreased mitochondrial respiration in ACOX1 deficient mice. Interestingly, the mitochondrial changes observed in Acox1-/- mice are restored by expression of human ACOX1 in liver suggesting an essential role of human and murine Acyl-CoA oxidase 1 activity in preventing mitochondrial and lipid disturbance.Together, the results presented in this work underscore the important role of ACOX1 in humans and mice to ensure peroxisomal β-oxidation, VLCFAs catabolism and to preserve peroxisomal morphology. Given mitochondrial perturbation in ACOX1 deficiency, it is clear that this enzyme plays a pivotal role in preventing VLCFAs accumulation and their cellular toxicity and guarantees mitochondrial normal morphology and function in response to energy demand

La NADPH oxydase de phagocyte est un complexe enzymatique impliqué dans la défense immunitaire contre les pathogènes. Elle est constituée du flavocytochrome b558 membranaire (Cyt b558), composé de deux sous-unités (gp91phox et p22phox) et de quatre sous-unités cytosolubles, p47phox, p67phox, p40phox, et Rac. Sa fonction est de produire au niveau de la paroi des pathogènes des ions superoxyde (O2•−) qui sont transformés en d'autres espèces réactives de l'oxygène (ROS) qui attaquent les lipides, les protéines et l’ADN environnants. Après activation du phagocyte, les sous-unités cytosoliques subissent des modifications post-traductionnelles et migrent vers la membrane pour constituer le complexe NADPH oxydase activé. Le rôle délétère des ROS dans les maladies est connu depuis longtemps. Le but de ma thèse a été d’étudier l’influence de molécules exogènes qui induisent une augmentation du stress oxydatif, sur l’activité de la NADPH oxydase.Dans ce travail, nous avons étudié le fonctionnement de la NADPH oxydase dans un système in vitro dans lequel l’enzyme était activée par la présence d'acide arachidonique (AA). J’ai étudié l'influence de deux types de molécules: une classe de lipides et des nanoparticules (NPs). Pour simplifier le système, nous avons remplacé l’ensemble des sous-unités cytosoliques par une protéine unique appelé trimère qui correspond à une fusion des trois protéines cytosoliques p47phox, p67phox et Rac. Nous avons montré que le trimère est fonctionnellement comparable aux sous-unités cytosoliques séparées. La vitesse de production de O2•−, sa dépendances en fonction de la concentration en AA et de la température, et sa sensibilité aux radicaux libres étaient comparables lorsque le trimère ou les sous-unités séparées étaient utilisés.J’ai étudié les conséquences de la présence de cholestérol et de ses formes oxydées sur la production de O2•− par la NADPH oxydase. Nos résultats montrent clairement que le cholestérol et l’oxystérols ne sont pas des activateurs efficaces de la NADPH oxydase. L’addition d’une quantité physiologique de cholestérol déclenche une faible production d’ions superoxyde. L’addition de cholestérol à des concentrations du même ordre de grandeur pendant le processus d'assemblage (en présence de AA), a un rôle inhibiteur sur la production d’O2•−. Le cholestérol ajouté agit sur les composantes, cytosoliques et membranaires, conduisant à un assemblage imparfait. En conclusion, le cholestérol déjà présent dans la membrane des neutrophiles est optimale pour le fonctionnement de la NADPH oxydase.Il était intéressant de vérifier l'influence des nanoparticules de dioxyde de titane (TiO2) et de platine (Pt) sur le comportement de la NADPH oxydase sachant que l'internalisation cellulaire de ces NPs a pour effet d’activer les neutrophiles et les macrophages et contribue à une sur-production de ROS. En l’absence d'activateur mais en présence de NPs de TiO2 ou Pt, aucune production de O2•− n’était détectée indiquant que les NPs de TiO2 et Pt sont incapables d'activer le complexe par eux-mêmes aussi bien dans le système acellulaire que dans les neutrophiles. Cependant, une fois la NADPH oxydase activée (par AA), la vitesse de production des O2•− est augmentée jusqu’à 40% de sa valeur en l’absence de NPs de TiO2, cet effet étant fonction de leur concentration. Par contre, les NPs de Pt n’ont aucun effet sur l’activité de la NADPH oxydase aussi bien in vitro que dans les neutrophiles. En conclusion, l'hyperactivation de la NADPH oxydase et l'augmentation subséquente de la production de ROS induites par les NPs de TiO2 pourraient participer au développement du stress oxydatif tandis que l'absence d'effet Pt-NPs suggère qu'ils ne provoquent pas de sur-inflammation. / NADPH oxidase from phagocytes is a multi-subunit enzyme complex involved in the innate defense of organisms against pathogens. It is composed of the membrane-bound flavocytochrome b558 (Cyt b558), comprising two subunits (gp91phox, and p22phox) and four cytosolic components, p47phox, p67phox, p40phox, and Rac. Its function is to produce in the vicinity of the pathogen, superoxide ions that are transformed subsequently into other reactive oxygen species (ROS) and will damage lipids, proteins and DNA. Upon phagocyte activation, the cytosolic subunits undergo posttranslational modifications and migrate to the membrane bound Cyt b558 to constitute the activated NADPH oxidase complex. The damaging role of ROS in cardiovascular diseases has been known for some decades. The aim of my thesis was to study the influence on NADPH oxidase activity, of molecules coming from food and industrial products and known to be involved in increase of oxidative stress.In this work, we studied the NADPH oxidase functioning in an in vitro system in which the components of the enzyme are mixed and activated by the introduction of an amphiphile the arachidonic acid (AA). During my PhD, I have studied the influence of two types of oxidative stress participants: lipids and nanoparticles (NPs). For simplicity, we have replaced the cytosolic subunits by a single protein called trimera, which is a fused construction of three cytosolic proteins p47phox, p67phox and Rac. We have shown that trimera is functionally comparable with the separated cytosolic subunits. The rates of production of O2•−, the dependences of the activity in function of AA concentration and temperature, the presence of two states in the activation process and the sensitivity of NADPH oxidase to free radicals were comparable when either trimera or separated subunits were used.I investigated the consequences of the addition of cholesterol on NADPH oxidase, on the production of ROS. Our results clearly show that cholesterol and oxysterols are not efficient activators of NADPH oxidase. Concentrations of cholesterol similar to what found in neutrophiles trigger a low superoxide production. Addition of cholesterol during the assembly process (in presence of AA) at similar or higher concentrations, has an inhibitory effect on the production of O2•−. Added cholesterol acts on both cytosolic and membrane components, leading to imperfect assembly and decreasing the affinity of cytosolic subunits to the membrane ones. In conclusion, we showed that the cholesterol already present in the phagocyte membrane is optimal for the function NADPH oxidase.It was of interest to check the influence of titanium dioxide (TiO2) and platinum (Pt) NPs on NADPH oxidase especially that cellular internalization of NPs was shown to activate neutrophils and contribute to O2•− overproduction via NADPH oxidase. In the absence of activators and presence of TiO2 or Pt NPs, no production of O2•− could be detected in in vitro system as well as in neutrophils indicating that TiO2 and Pt NPs were unable to activate by themselves the complex. However once the NADPH oxidase was activated by AA, TiO2 NPs increased the rate of O2•− production by up to 40%, this effect being dependent on their concentration. Differently, Pt NPs had no effect both on in vitro system as well as on neutrophils. In conclusion, the hyper-activation of NADPH oxidase and the subsequent increase in ROS production by TiO2 NPs could participate to oxidative stress development while the absence of Pt-NPs effect suggest that they do not induce inflammation status via this complex.

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

Les maladies cardiovasculaires (MCV) représentent la première cause de mortalité au monde, malgré des progrès significatifs dans la prise en charge des facteurs de risque traditionnels. De nouveaux biomarqueurs émergent, par exemple la capacité d’efflux du cholestérol (CEC) des HDL qui serait associée aux MCV indépendamment des concentrations de cholestérol HDL. Un autre biomarqueur est la proprotéine convertase subtilisine/kexine de type 9 (PCSK9), qui augmente les niveaux de cholestérol LDL en dégradant le récepteur aux LDL. Les facteurs qui influencent la CEC des HDL et la quantité de PCSK9 sont peu connus. L’objectif général de cette thèse est de déterminer si des interventions non pharmacologiques telles que la modification des habitudes de vie et la chirurgie bariatrique peuvent influencer ces biomarqueurs. Afin de répondre à cet objectif, nous avons étudié trois populations à risque : (1) 86 patients avec maladie coronarienne, (2) 117 hommes avec obésité abdominale et dyslipidémie, et (3) 69 hommes et femmes atteints d’obésité sévère. Les deux premières cohortes ont suivi une intervention de modification des habitudes de vie pendant 1 an visant à instaurer un minimum de 150 minutes d’activité physique par semaine et à améliorer la qualité nutritionnelle de leur diète. La cohorte de patients avec obésité sévère a subi une chirurgie bariatrique de type dérivation biliopancréatique avec commutation duodénale. Les La CEC des HDL a été mesurée à l’aide d’essais cellulaires dans les deux premières cohortes, alors que le niveau de PCSK9 a été mesuré par ELISA dans les trois cohortes. Dans tous les cas, les mesures ont été effectuées au début et à la fin des interventions. Nous avons montré que chez les patients coronariens et les hommes avec obésité abdominale, l’intervention de modification des habitudes de vie a augmenté la CEC des HDL, mais a eu un effet mineur sur les niveaux de PCSK9. En revanche, chez les hommes avec obésité abdominale les niveaux de PCSK9 sont diminués par un repas riche en gras. Les améliorations de la CEC des HDL à la suite de l’intervention de modification des habitudes de vie étaient principalement expliquées par l’augmentation des concentrations de l’apolipoprotéine A1 et du cholestérol HDL. La chirurgie bariatrique a augmenté la concentration de PCSK9 en phase aiguë, mais l’a diminué à long terme. Ces résultats suggèrent que le niveau de PCSK9 seraient modifiés par des changements drastiques comme une importante perte de poids à la suite d’une chirurgie bariatrique. En conclusion, les interventions non pharmacologiques semblent moduler positivement la CEC des HDL et modestement la PCSK9 dans des populations à haut risque cardiovasculaire, ce qui pourrait en partie expliquer l’impact bénéfique de ces interventions sur le risque cardiovasculaire. / Cardiovascular disease (CVD) is the leading cause of death in the world, despite significant progress in the management of traditional CVD risk factors. New biomarkers are emerging, such as the HDL cholesterol efflux capacities (HDL-CEC) that are associated with CVD, independently of HDL cholesterol levels. Another biomarker is proprotein convertase subtilisin/kexin type 9 (PCSK9), which increases low-density lipoprotein (LDL) cholesterol levels by degrading the LDL receptor. Little is known about the factors that influence HDLCEC and PCSK9 physiological variation. The overall objective of this thesis is to determine whether improvements in lifestyle and bariatric surgery can influence these biomarkers. To achieve this objective, we have studied three populations at risk: 86 patients with coronary artery disease, 117 men with abdominal obesity and dyslipidemic and 69 men and women with severe obesity. The first two cohorts followed a 1-year lifestyle modification program aimed at achieving a minimum of 150 minutes of aerobic physical activity weekly and improving diet quality. We measured HDL-CEC using cell assays in both populations before and after the interventions. The cohort of patients with severe obesity underwent bariatric surgery of biliopancreatic diversion with duodenal switch. PCSK9 levels were measured by ELISA in all cohorts, at the beginning and at the end of the interventions. Our results showed that in coronary patients and men with abdominal obesity, the interventions led to minor changes in PCSK9 levels. In contrast, in men with abdominal obesity PCSK9 levels were acutely decreased by a high-fat meal. Bariatric surgery increased PCSK9 concentration in the acute phase, but decreased in the long term. These results suggest that PCSK9 levels could be modified following drastic interventions such as significant weight loss following bariatric surgery. Lifestyle modification program induced significant increases of HDL-CEC in coronary patients and men with abdominal obesity. In addition, improvements in HDLCEC following lifestyle modification interventions were mainly explained by increases in apolipoprotein A1 and HDL cholesterol levels. In conclusion, non-pharmacological interventions appear to positively modulate HDL-CEC and modestly influence PCSK9 in populations at high cardiovascular risk, which could partly explain the beneficial impact of these interventions on cardiovascular risk.

Diminuer la teneur en acides gras saturés (AGS) dans l'alimentation est une recommandation nutritionnelle classique, puisque les AGS augmentent les concentrations de cholestérol des lipoprotéines de faible densité (LDL-C). Les produits laitiers à plus faible teneur en gras sont donc souvent recommandés afin de limiter l'apport en AGS. Or, les AGS provoquent aussi une hausse du cholestérol des lipoprotéines de haute densité (HDL-C) qui est associé à un plus faible risque de maladies cardiovasculaires (MCV). Néanmoins, un rôle causal du HDL-C dans le développement des MCV a été remis en question dans de récentes études contrôlées. Par contre, une mesure de fonctionnalité des HDL, telle la capacité d'efflux de cholestérol (CEC), pourrait apporter une information supplémentaire quant au rôle des HDL sur les MCV. Ainsi, notre groupe de recherche a entrepris l'étude de l'impact des gras laitiers sur la CEC stimulée par les HDL (CEC-HDL) afin de clarifier l'influence des AGS sur les HDL. Nos résultats ont montré que la source alimentaire des AGS influence cette mesure de fonctionnalité: une diète riche en AGS du beurre a provoqué une plus grande augmentation de la CEC-HDL qu'une diète riche en AGS du fromage. De plus, les effets des gras alimentaires sur la CEC-HDL ont été modulés par le sexe. La diète riche en AGS du beurre a augmenté la CEC-HDL chez les hommes seulement, tandis qu'une diète riche en gras mono-insaturés a augmenté la CEC-HDL seulement chez les femmes. Finalement, nous avons aussi trouvé une association entre l'augmentation du LDL-C et l'augmentation de la CEC-HDL en réponse à la diète « beurre » chez les hommes suggérant un certain mécanisme compensatoire. / Reducing saturated fatty acids (SFA) in the diet is a common nutritional guideline, because SFA raise low-density lipoprotein cholesterol (LDL-C) concentrations. Low-fat dairy products are often preferred to lower SFA intake. SFA also increase high-density lipoprotein cholesterol (HDL-C) associated with a lower risk of cardiovascular disease (CVD). However, recent controlled studies indicated that HDL-C may not have a causal relationship with CVD. On the other hand, a measure of functionality, as is the cholesterol efflux capacity (CEC), could provide additional information on the role of HDL in CVD. Thus, our group began the study of the effects of dairy fats on HDL-mediated CEC (HDL-CEC) to clarify the effects of SFA on HDL. Our results showed that the SFA food source affects this functionality: a diet rich in SFA from butter increased HDL-CEC more than a diet rich in SFA from cheese. Additionally, gender seemed to modify the effects of dietary fats on HDL-CEC. The butter-rich diet increased HDL-CEC in men only, while a diet rich in monounsaturated fats increased HDL-CEC in women only. Finally, we also found an association between the increase in LDL-C and the increase in HDL-CEC after the butter-rich diet on men, suggesting a compensatory mechanism.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l’Université de Montréal / Ce travail examine l'aspect cinétique de l'interaction d'un peptide amphiphile, la mélittine, avec des membranes modèles neutres. L'effet de la présence de lipides chargés négativement et de cholestérol dans la bicouche a aussi été étudié. Deux méthodes en spectroscopie de fluorescence nous ont permis d'examiner de façon indépendante les mécanismes d'association et d'insertion tandis que la structuration du peptide a été analysée à l'aide du dichroïsme circulaire. Pour le système peptide/phosphatidylcholine, les trois types de cinétiques indiquent des mécanismes d'interaction en deux phases. Les temps associés à ces phases sont en général rapides : de l'ordre de la milliseconde pour la première étape et de l'ordre de la seconde pour la deuxième. En effectuant la synthèse de ces donnés expérimentales, il est possible d'établir la séquence dans laquelle les événements se déroulent: association, insertion et structuration en hélice a. La présence de faibles quantités de lipides chargés négativement dans les bicouches zwitterioniques ne modifie pas la séquences des événements ni l'aspect biphasiques des cinétiques. Cependant, on peut observer une réduction des temps correspondant aux premières étapes des trois cinétiques. Cette réduction est d'autant plus importante que la proportion molaire des lipides anioniques dans la membrane est augmentée. Ceci est principalement associé aux interactions électrostatiques attractives entre le peptide et l'interface chargée négativement de la membrane. En présence de cholestérol dans les bicouches de PC, la même séquence de phénomènes est conservée. Les trois types de cinétiques d'interaction sont différents, les mécanismes étant dans ce cas monophasiques. Leurs temps sont comparables à ceux associés aux premières phases des systèmes sans le stérol bien que légèrement plus rapides. Il est proposé que l'empilement plus compact des chaînes des lipides empêche la pénétration profonde de la mélittine dans la membrane.

Les estrogènes confèrent aux femmes une protection cardiovasculaire jusqu’à la ménopause. En effet, la perte des fonctions ovariennes engendre plusieurs désordres du profil lipidique qui s’accompagnent d’une accumulation de triglycérides au foie appelée stéatose hépatique. Le retrait des estrogènes perturbe de nombreuses voies de contrôle de la cholestérolémie, provoquant simultanément une hypercholestérolémie et une stéatose hépatiques. Toutefois, à ce jour, les mécanismes d’action du retrait des estrogènes sur le métabolisme du cholestérol favorisant le stockage de triglycérides au foie demeurent imprécis. À cet égard, les travaux de cette thèse visaient à clarifier l’ensemble des effets du retrait des estrogènes sur le métabolisme du cholestérol pouvant mener à la pathogenèse de la stéatose hépatique. Lors de la première étude, l’ovariectomie (Ovx) chez la rate, un modèle bien établi de la stéatose, avait permis d’identifier la voie d’assemblage des lipoprotéines à très faible densité (VLDL) comme élément contributif à la stéatose. La voie des VLDL reliant étant également une voie de transport du cholestérol, l’étude suivante a été réalisée afin de comprendre le rôle du cholestérol alimentaire sur les lipides hépatiques. Dans cette deuxième étude, le modèle de la diète riche en lipides et en cholestérol (HFHC), aussi reconnu pour induire une stéatose hépatique, a permis d’établir des liens étroits entre le métabolisme du cholestérol et celui des lipides hépatiques. Étonnamment, de manière similaire à l’Ovx, la diète HFHC perturbait la voie d’assemblage des VLDL. En outre, les données recueillies au cours de ces travaux indiquaient qu’une dysrégulation du métabolisme des acides biliaires avait contribué à la sévérité de la stéatose hépatique induite par cette diète HFHC. Dans la continuité de ces deux premiers projets, nous nous sommes intéressés aux effets concomitants du retrait des estrogènes et d’une diète HFHC sur la stéatose hépatique. De manière intéressante, lorsque combinés, l’Ovx et la diète HFHC potentialisaient non seulement l’accumulation de lipides hépatiques, mais également les perturbations moléculaires des voies sous-jacentes à la stéatose, dont l’assemblage des VLDL et de la sécrétion d’acides biliaires. Dans l’ensemble, les données présentées dans la revue de littérature et dans les trois études reliées à cette thèse indiquent qu’une dysrégulation du métabolisme du cholestérol en réponse au retrait des estrogènes entraîne des complications favorisant l’accumulation de lipides dans le foie. / Estrogens confer to women a cardiovascular protection until menopause. Indeed, the loss of ovarian functions leads to several lipid disorders along with hepatic triglycerides accumulation called hepatic steatosis. Estrogen withdrawal disrupts several cholesterol metabolism pathways that results in both hypercholesterolemia and hepatic steatosis. However, to date, the precise mechanisms by which estrogen withdrawal affect cholesterol metabolism pathways that favour lipid storage in the liver are unclear. In this regard, works in the present thesis aimed at elucidate the effects of estrogen withdrawal on cholesterol metabolism involved in hepatic steatosis pathogenesis. In the first study, estrogen withdrawal by ovariectomy (Ovx), a well established model for hepatic steatosis and hypercholesterolemia, had enabled the identification of very low density lipoprotein (VLDL) pathway as a contributory element for hepatic steatosis. Since the VLDL pathway relates lipids and cholesterol metabolism, we conducted the second study to explore the role of dietary cholesterol on hepatic lipids. In the second study, the high fat/high cholesterol (HFHC) diet, also recognized as a model for hepatic steatosis development, was used to explore links between cholesterol metabolism and hepatic fat accumulation. Surprisingly, HFHC diet also disrupted the VLDL pathway. Additionally, data provided in this study indicated that a dysregulation of bile acids metabolism might have contributed to the severity of hepatic steatosis induced by the HFHC diet. As a continuation of these projects, we were interested in the concomitant effects of estrogen withdrawal and HFHC diet on hepatic lipid accretion. Interestingly, when combined, Ovx and HFHC diet not only potentiated hepatic lipid accumulation but also molecular disruptions involved in underlying pathways for hepatic steatosis including the VLDL pathway and bile acid secretion. Overall, data presented in the review of litterature and provided by the three studies related to the present thesis indicate that cholesterol metabolism dysregulation following estrogen withdrawal result in complications that favour hepatic lipid accumulation.

Le testicule assure la production des spermatozoïdes et la sécrétion de la testostérone. Chaque fonction est assumée par un compartiment cellulaire distinct: l’épithélium séminifère et le tissu interstitiel. Le cholestérol, présent dans les deux compartiments, est un composé indispensable aux membranes cellulaires et un précurseur essentiel de la testostérone. Dans le compartiment interstitiel, environ 40 % du cholestérol utilisé pour la production hormonale est importé du sang à partir des lipoprotéines HDL et/ou LDL. Dans l’épithélium séminifère, la cellule de Sertoli assure le contrôle et le maintien de la spermatogenèse. Elle a la capacité de synthétiser du cholestérol à partir de l’acétate in vitro, néanmoins, il n’y a pas d’évidence qu’elle le fait in vivo. De plus il existe, au niveau des tubules séminifères, une barrière hémato-testiculaire qui empêche le libre passage de plusieurs composés sanguins, y compris le cholestérol. Nous avons testé l’hypothèse qu’il existe des moyens d’importation du cholestérol sanguin, mais aussi l’exportation du cholestérol intra-tissulaire, qui contourneraient cette barrière et qui contribueraient au maintien du taux intratubulaire du cholestérol compatible avec le bon déroulement de la spermatogenèse. Nous avons comparé les taux de variation de l’expression de l’ARNm et de la protéine des transporteurs sélectifs de cholestérol SR-BI, SR-BII, CD36 et ABCA1 aux taux de variation du cholestérol libre et estérifié au cours de la spermatogenèse chez les souris normales durant le développement postnatal. Afin de mieux apprécier le niveau d’implication de chacun de ces récepteurs, nous avons examiné comment la suppression du gène d’une enzyme comme la lypase hormono-sensible (HSL) ou de celui d’un transporteur de cholestérol comme SR-BI, CD36 ou NPC1 était compensée et comment cette suppression affectait le taux de cholestérol libre et estérifié dans chacun des deux compartiments cellulaires du testicule. Nous avons dans un premier temps mis au point une nouvelle technique d’isolation des testicules en fraction enrichie en tissu interstitiel (ITf) et en tubules séminifères (STf) qui a l’avantage de mieux préserver l’intégrité des formes phosphorylées et glycosylées des protéines comparée aux techniques préexistantes. Les résultats de nos analyses ont montré que l’expression de SR-BI et CD36 étaient maximales dans les ITf au moment où les souris ont complété leur maturité sexuelle et où le niveau de synthèse de la testostérone était maximal. Dans les tubules séminifères, l’expression maximale de SR-BI et le taux le plus élevé de cholestérol estérifié étaient mesurés de façon concomitante à 35 jours après la naissance, au moment où la première vague de l’activité spermatogénétique était complétée. L’expression de l’ABCA1 était maximale au moment où le taux de cholestérol était élevé et minimale au moment où le taux de cholestérol était le plus bas, alors que le niveau d’expression de CD36 était maximal chez l’adulte au moment où le taux de spermiation était le plus élevé. L’expression de SR-BII variait peu dans les deux compartiments cellulaires durant le développement. La suppression génétique de la HSL et de NPC1, qui cause une infertilité chez les souris mâles, était accompagnée d’une accumulation de cholestérol libre et estérifié dans les tubules séminifères. Par contre, la suppression génétique de SR-BI et CD36, qui ne causent pas d’infertilité chez les souris mâles était sans impact significatif sur le taux de cholestérol intratubulaire. Nous avons montré que l’invalidation génétique d’un transporteur sélectif ou d’une enzyme du métabolisme du cholestérol était accompagnée d’un ensemble de mécanismes de compensation visant à maintenir le taux de cholestérol libre aux niveaux semblables à ceux mesurés dans les fractions tissulaires de souris normales. Ensemble, nos résultats ont montré que l’expression des transporteurs sélectifs de cholestérol SR-BI, SR-BII, CD36 et ABCA1 variait en fonction de la spermatogenèse et du taux intratesticulaire du cholestérol suggérant leur contribution au maintien de l’homéostasie du cholestérol intratesticulaire. / The testis is made up of loops of convoluted seminiferous tubules surrounded by interstitial tissue composed of loose connective tissue containing Leydig cells that secrete testosterone into the bloodstream. The seminiferous tubules are lined with a stratified epithelium containing germ cells at various stages of development and the supporting Sertoli cells. Cholesterol is present in both compartments and is crucial for the development of germ cells, the fertility of spermatozoa as well as for testosterone production. In the interstitial compartment, approximately 40 % of the cholesterol used for the hormonal production is imported from blood lipoproteins HDL and LDL. In the seminiferous epithelium, Sertoli cells plays key role in the development and maintenance of spermatogenesis. Sertoli cells have the capacity to synthesize cholesterol from acetate in vitro, however, there is no evidence that they do so in vivo. In addition, there is a blood-testis barrier within the seminiferous tubules that prevents the free passage of several blood compounds including cholesterol. We tested the hypothesis that there are ways of blood cholesterol uptake, but also the intratubular cholesterol efflux that by-pass this barrier and contribute to the cholesterol homeostasis within the tubules. We compared expression patterns of the mRNA and proteins for selective cholesterol transporters SR-BI, SR-BII, CD36 and ABCA1 with those of free and esterified cholesterol during the spermatogenesis in normal mice during the postnatal development. To better appreciate the level of involvement of each receptor, we examined the effect of the deletion of the genes for an enzyme (HSL) or for cholesterol transporters (SR-BI, CD36 or NPC1) on the rate of free and esterified cholesterol in both compartments of the testis. At first, we worked out a new technique to separate the testes into interstitial tissue- (ITf) and seminiferous tubule-enriched fractions (STf) that has the advantage of allowing a more faithful detection of the phosphorylated and glycosylated forms of the proteins compared to existing techniques. Our results showed that the expression of SR-BI and CD36 was maximum in the ITf when mice completed their sexual maturity and reached the peak level of testosterone synthesis. In the seminiferous tubule-enriched fractions, the maximum level of SR-BI expression coincided with the highest level of esterified cholesterol during the development at 35 days, as the first wave of the spermatogenetic activity was completed. ABCA1 reached the highest expression level when cholesterol was high and reached the lowest when cholesterol was at its minimum, while the level of CD36 expression was maximal in the adult tubules as the rate of spermiation was the highest. The knockout of the HSL and NPC1, which renders the male mice infertile, was accompanied by the accumulation of free and esterified cholesterol in the seminiferous tubules. On the other hand, the knockout of SR-BI and CD36, linkes to infertility, did not affect the rate of intratubular cholesterol. Here we showed that genetic withdrawal of a cholesterol transporter or of an enzyme involved in cholesterol metabolism was compensated by other transporters or enzymes in order to maintain the level of free cholesterol similar to those measured in the tissue-enriched fractions of wild-type mice. Together, our results showed that the expression of the selective cholesterol transporters SR-BI, SR-BII, CD36 and ABCA1 varied according to the spermatogenesis and intratesticular cholesterol rate, thus suggesting their contribution to the preservation of the intratesticular cholesterol homeostasis.

Les estrogènes confèrent aux femmes une protection cardiovasculaire jusqu’à la ménopause. En effet, la perte des fonctions ovariennes engendre plusieurs désordres du profil lipidique qui s’accompagnent d’une accumulation de triglycérides au foie appelée stéatose hépatique. Le retrait des estrogènes perturbe de nombreuses voies de contrôle de la cholestérolémie, provoquant simultanément une hypercholestérolémie et une stéatose hépatiques. Toutefois, à ce jour, les mécanismes d’action du retrait des estrogènes sur le métabolisme du cholestérol favorisant le stockage de triglycérides au foie demeurent imprécis. À cet égard, les travaux de cette thèse visaient à clarifier l’ensemble des effets du retrait des estrogènes sur le métabolisme du cholestérol pouvant mener à la pathogenèse de la stéatose hépatique. Lors de la première étude, l’ovariectomie (Ovx) chez la rate, un modèle bien établi de la stéatose, avait permis d’identifier la voie d’assemblage des lipoprotéines à très faible densité (VLDL) comme élément contributif à la stéatose. La voie des VLDL reliant étant également une voie de transport du cholestérol, l’étude suivante a été réalisée afin de comprendre le rôle du cholestérol alimentaire sur les lipides hépatiques. Dans cette deuxième étude, le modèle de la diète riche en lipides et en cholestérol (HFHC), aussi reconnu pour induire une stéatose hépatique, a permis d’établir des liens étroits entre le métabolisme du cholestérol et celui des lipides hépatiques. Étonnamment, de manière similaire à l’Ovx, la diète HFHC perturbait la voie d’assemblage des VLDL. En outre, les données recueillies au cours de ces travaux indiquaient qu’une dysrégulation du métabolisme des acides biliaires avait contribué à la sévérité de la stéatose hépatique induite par cette diète HFHC. Dans la continuité de ces deux premiers projets, nous nous sommes intéressés aux effets concomitants du retrait des estrogènes et d’une diète HFHC sur la stéatose hépatique. De manière intéressante, lorsque combinés, l’Ovx et la diète HFHC potentialisaient non seulement l’accumulation de lipides hépatiques, mais également les perturbations moléculaires des voies sous-jacentes à la stéatose, dont l’assemblage des VLDL et de la sécrétion d’acides biliaires. Dans l’ensemble, les données présentées dans la revue de littérature et dans les trois études reliées à cette thèse indiquent qu’une dysrégulation du métabolisme du cholestérol en réponse au retrait des estrogènes entraîne des complications favorisant l’accumulation de lipides dans le foie. / Estrogens confer to women a cardiovascular protection until menopause. Indeed, the loss of ovarian functions leads to several lipid disorders along with hepatic triglycerides accumulation called hepatic steatosis. Estrogen withdrawal disrupts several cholesterol metabolism pathways that results in both hypercholesterolemia and hepatic steatosis. However, to date, the precise mechanisms by which estrogen withdrawal affect cholesterol metabolism pathways that favour lipid storage in the liver are unclear. In this regard, works in the present thesis aimed at elucidate the effects of estrogen withdrawal on cholesterol metabolism involved in hepatic steatosis pathogenesis. In the first study, estrogen withdrawal by ovariectomy (Ovx), a well established model for hepatic steatosis and hypercholesterolemia, had enabled the identification of very low density lipoprotein (VLDL) pathway as a contributory element for hepatic steatosis. Since the VLDL pathway relates lipids and cholesterol metabolism, we conducted the second study to explore the role of dietary cholesterol on hepatic lipids. In the second study, the high fat/high cholesterol (HFHC) diet, also recognized as a model for hepatic steatosis development, was used to explore links between cholesterol metabolism and hepatic fat accumulation. Surprisingly, HFHC diet also disrupted the VLDL pathway. Additionally, data provided in this study indicated that a dysregulation of bile acids metabolism might have contributed to the severity of hepatic steatosis induced by the HFHC diet. As a continuation of these projects, we were interested in the concomitant effects of estrogen withdrawal and HFHC diet on hepatic lipid accretion. Interestingly, when combined, Ovx and HFHC diet not only potentiated hepatic lipid accumulation but also molecular disruptions involved in underlying pathways for hepatic steatosis including the VLDL pathway and bile acid secretion. Overall, data presented in the review of litterature and provided by the three studies related to the present thesis indicate that cholesterol metabolism dysregulation following estrogen withdrawal result in complications that favour hepatic lipid accumulation.