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.

La spectrométrie de masse est une technique analytique permettant de mesurer le ratio masse sur charge d’un ion. Cette technique, très répandue en chimie analytique permet d’élucider la composition moléculaire de mélanges complexes à partir de systèmes homogénéisés. De ce fait, toute l’information sur la distribution spatiale des molécules est perdue. L’imagerie par spectrométrie de masse (IMS) a été inventée afin de résoudre ce problème et permettre d’élucider la distribution spatiale de molécules cibles sur des sections tissulaires minces provenant de tissus biologiques tels que de mammifères ou de plantes. L’un des grands avantages de l’IMS est sa complémentarité à l’histopathologie, technique permettant de révéler la structure ainsi que la localisation de certaines biomolécules à partir de sections tissulaires minces. Cependant, cette dernière se limite principalement aux protéines et aux molécules pouvant avoir une interaction spécifique avec un anticorps. L’IMS permet la détection d’une vaste gamme de biomolécules allant des petits métabolites aux polymères de haut poids moléculaire. Parmi les biomolécules détectables par IMS, les lipides attirent de plus en plus l’attention des analystes. En effet, ils occupent différentes fonctions clés au sein des systèmes biologiques, autant structurales que métaboliques, comme constituants des parois cellulaires, acteurs de la signalisation cellulaires ainsi que dans le stockage d’énergie. Leur intérêt est d’autant plus important qu’aucune technique histologique classique ne permet actuellement de détecter de façon spécifique les différentes classes de lipides. De façon générale, l’IMS de lipides est effectuée en utilisant la désorption-ionisation laser assistée par matrice (MALDI). Ce procédé permet de révéler l’emplacement de ii différentes classes de molécules en exploitant l’affinité que ces dernières ont pour une matrice particulière. Au-delà du choix de la matrice, d’autres paramètres tels que le mode de déposition de la matrice, le choix des solvants ainsi que le type de lavage utilisé vont également affecter le type de molécules détectés lors d’une analyse MALDI. Malgré les très bonnes performances du MALDI pour l’analyse de lipides, ce mode d’analyse se limite souvent aux lipides polaires facilement ionisables. Les lipides neutres comme le cholestérol (CHO) et les triacylglycérols (TAGs) sont impliqués à différents niveaux de fonctions biologiques fondamentales. Ainsi, nous avons développé trois stratégies permettant l’analyse de ces lipides neutres et de faibles abondances comme les gangliosides, directement à partir de sections tissulaires minces par MALDI ainsi que par désorption-ionisation laser classique (LDI). L’implication du cholestérol en tant que molécule structurale et précurseur de la synthèse de diverses hormones et vitamines, en fait une cible de choix pour l’analyse par IMS. Historiquement, l’analyse du cholestérol par MALDI permettait de le détecter sous sa forme déshydratée. De ce fait, il était impossible de le distinguer des autres métabolites tels que ses esters qui produisaient le même fragment. Afin de permettre l’IMS du cholestérol intact nous avons développé une nouvelle technique de préparation d’échantillons reposant sur le dépôt d’une couche nanométrique d’argent (16±2 nm) sur une section tissulaire mince par pulvérisation. Cette technique permet d’ioniser spécifiquement le cholestérol intact ainsi que divers acides gras sous forme d’adduits d’argent, et ce, avec une haute résolution spatiale (5 µm). iii Au-delà du cholestérol et des acides gras, une autre classe de lipides neutres très abondants, les triglycérides, reste difficilement analysable par MALDI IMS. En effet, les TAGs constituent la principale classe de lipides impliqués dans le stockage énergétique au niveau cellulaire. Ce rôle comme source d’énergie fait des TAGs un acteur incontournable de plusieurs maladies métaboliques telles que la stéatose hépatique, l’athérosclérose ainsi que la maladie d’Alzheimer. La difficulté d’analyser les TAGs par IMS provient de leur fragilité en milieu acide ainsi que de leur faible tendance à former des adduits sodium nécessaire à leurs analyses. En considérant ces limites, nous avons développé une méthodologie de préparation d’échantillon en deux étapes permettant l’analyse hautement spécifique des TAGs par LDI IMS. Dans un premier temps, les sections tissulaires minces sont initialement exposées à une solution aqueuse contenant un tampon carbonate à base de sodium (pH 10.3, 85 mM) ainsi que d’acétate de sodium (250 mM) afin de facilité la formation d’adduit sodium et de limiter la fragmentation des TAGs en source. Par la suite, une couche nanométrique d’or (28±3 nm) est déposée sur la section afin de permettre l’analyse des TAGs par IMS à haute résolution spatiale (> 10 µm). Lorsque ces derniers ont une abondance réduite dans les sections tissulaires, cette méthode permet aussi l’analyse d’esters de cholestérol (CE). La maladie de Hunter est une maladie génétique caractérisée par l’accumulation de glycosaminoglycanes (GAGs) ainsi que de l’accumulation secondaire de gangliosides. Ce phénomène est dû à l’absence de l’enzyme iduronate-2-sulfatase (IdS) qui permet la dégradation des GAGs. L’accumulation des GAGs et des gangliosides a pour conséquence l’apparition de problèmes fonctionnels et neurologiques majeurs entrainant la mort. Il existe une thérapie de remplacement enzymatique où une forme recombinante de l’enzyme IdS est injectée aux patients. Cette thérapie permet de rétablir le métabolisme normal des GAGs et iv gangliosides dans tous les organes sauf le cerveau où la barrière hémato-encéphalique empêche l’IdS recombinante d’atteindre les zones affectées. L’étude de la composition moléculaire des dépôts de GAGs et gangliosides au niveau cérébral constitue un défi important afin de comprendre la progression des troubles neurologiques engendrés par cette accumulation. À cette fin, nous avons développé une méthode MALDI spécifique à l’analyse des gangliosides à partir de sections tissulaires minces de cerveau de souris simulant la maladie Hunter (IdS-KO). Cette méthode d’analyse par MALDI IMS permet une révélation immuno-histochimique (IHC) des dépôts suivant l’analyse IMS. Nous avons pu visualiser cinq types de gangliosides dont quatre spécifiques au dépôt présent dans les cerveaux révélés par IHC sur la même section tissulaire. Cette étude nous a permis de distinguer pour la première fois des GM3 et GM2 selon la composition de leur chaine latérale et non de leur chaine polysaccharidique révélée par l’analyse IHC. / Mass spectrometry (MS) is an analytical technique that measures the mass-to-charge ratio of ions. This technique is widely used in analytical chemistry to solve the molecular composition of complex homogenized samples. The use of homogenized samples means that all the information with respect to the initial distribution of analytes is lost. Imaging mass spectrometry (IMS) is an MS technique which is able to provide the spatial localization of a given analyte on a surface, such as thin tissue sections from various animal sources. One of the greatest advantages of IMS is its complementarity with histopathology which normally reveals the general structure of thin tissue sections as well as the localization of certain biomolecules such as proteins or of any molecules capable of specific interactions with an antibody. On the other hand, IMS is capable of imaging a wide variety of biomolecules ranging from small metabolites to the high molecular weight proteins and polymers. Among these, lipids are of particular interest for their key involvements in many biological processes. Their interest is even greater when considering that lipid imaging by classical histology is unable to differentiate between all lipid species. IMS of lipids is typically performed using matrix assisted laser desorption/ionization (MALDI). MALDI IMS can differentiate various classes of lipids and their localization within a thin tissue section by taking advantage of the specific affinity that different classes of lipids have for different matrices. The matrix deposition process, along with the choice of solvents, are key parameters that need to be considered in MALDI IMS. While MALDI offers great coverage of the phospholipidome, it fails miserably for neutral lipid analysis. Indeed, cholesterol and triacylglycerols (TAGs) are two classes of neutral lipids with very important vi biological roles which are extremely difficult to image by MALDI. We have developed three new strategies that enables the detection of neutral lipids, some of which are expressed in low abundance such as gangliosides, directly from thin tissue section using either MALDI or laser desorption/ionization (LDI). Cholesterol is a precursor of many key biomolecules such as vitamins and hormones. It’s also a major component of the cellular membrane. MALDI IMS allows in some cases imaging of the dehydrated form of cholesterol. Unfortunately, detecting cholesterol as such makes it impossible to distinguish some of its metabolites which ionize in a similar fashion and dissociate to produce the same ions. To address this issue, we have developed a new sample preparation method involving the deposition of a nanometer scale silver layer (16±2 nm) over a thin tissue section. This enables the detection by LDI MS of intact cholesterol and some fatty acid species as silver adducts with up to 5 µm in spatial resolution. Beyond cholesterol and fatty acids, TAGs is another class of highly abundant neutral lipids still poorly detected by MALDI IMS. As TAGs are the main molecules involved in energy storage of cells, they have been implicated in many metabolic diseases such as non- alcoholic fatty liver disease, atherosclerosis and even Alzheimer’s disease. The reason why TAGs are poorly detected by MALDI comes from two key factors. First, TAGs are unstable in acidic environments, typical of MALDI matrices. Second, competition effects for the ionizing proton provided by the MALDI matrix prevent TAGs from easily ionizing through this main ionization process. To overcome these limitations, we have developed a new two-step sample preparation method for TAG LDI IMS. We initially deposited a solution of carbonate buffer (pH 10.3, 85 mM) and sodium acetate (250 mM) on the tissue section to increase the amount vii of available sodium for enhanced TAG ionization. The second step consisted of sputtering a nanometer scale UV absorbing gold layer (28±3 nm) that allows for the detection of TAGs by LDI IMS with spatial resolution as low as 10 µm. When TAGs are present in low amounts in the tissue section, this method also enables the detection of cholesterol esters. Hunter’s disease is a genetic disease characterized by the abnormal accumulation of glucoaminoglycans (GAGs) and the secondary accumulation of gangliosides due to the lack of iduronate-2-sulfatase (IdS) enzyme which controls their degradation. The accumulation of both GAGs and gangliosides form deposits which induces various functional issues to different organs as well as neurologic disorders. To minimize these effects, an enzyme replacement therapy has been developed. Unfortunately, it shows efficacy in all organs except the brain due to the inability of the recombinant enzyme to cross the blood-brain barrier. To further our knowledge of the progression of the disease, using a mouse model of Hunter’s disease we have developed a MALDI based method to specifically image gangliosides in brain deposits with a spatial resolution of 5 µm. This method also permits subsequent ganglioside staining by immunohistochemtry of the tissue section. With this method, we have identified four types of ganglioside which are specific to the Hunter’s disease pathology. We were also able to detect two types of deposits, one which is enriched in short chain gangliosides and the other in long chain gangliosides.

Le transport intracellulaire du cholestérol et sa distribution correcte au niveau des différentes membranes sont essentiels pour assurer de nombreuses fonctions cellulaires. Malgré l'importance de ce transport les mécanismes de sa régulation restent encore mal connus. L'objectif de cette thèse était de mieux caractériser les acteurs du transport intracellulaire du cholestérol. Dans ce contexte, nous nous sommes intéressés à deux acteurs de ce transport : la dynamine et les Rab GTPases. Dans la première partie de la thèse nous avons utilisé le dynasore, un inhibiteur pharmacologique de la dynamine pour étudier le rôle de la dynamine dans le contrôle du transport endolysosomal dans les cellules HeLa et les macrophages humains. Nous avons ainsi confirmé le rôle de la dynamine dans la sortie du compartiment endolysosomal et la régulation de l'homéostasie du cholestérol. Dans la deuxième partie de la thèse, nous avons étudié le rôle de Rab7 et de Rab9 dans le transport du cholestérol en utilisant la technique d'ARN interférence ainsi que l'expression de mutants dominant négatifs. Nous avons montré qu'en plus de son rôle classique dans les étapes tardives du transport du cholestérol, Rab7 contrôle les étapes précoces du transport endosomal. Enfin, nous avons évalué le rôle de Rab7 dans notre modèle de macrophages humains surchargés. Nous avons mis en évidence un effet limité de l'inactivation de Rab7 sur le contrôle de l'homéostasie du cholestérol mais à l'inverse un effet majeur pour l'efflux du cholestérol vers l'apo AI. En conclusion, notre étude a permis de mieux caractériser le transport vésiculaire du cholestérol et de démontrer son importance dans la régulation de l'homéostasie intracellulaire en cholestérol. Nos résultats permettent également d'établir le rôle critique de Rab7 dans le trafic des LDL au niveau des endosomes précoces.

Le cancer du sein et le diabète de type II sont deux pathologies chroniques majeures chez la femme, qui sont suspectées de partager de nombreux facteurs de risque. Mais leurs étiologies demeurent encore partiellement inconnues,notamment en ce qui concerne certains facteurs alimentaires, ou encore certaines composantes du syndrome métabolique. Les données de la cohorte française E3N ont ainsi été utilisées pour évaluer les associations entre la consommation d’alcool, de café, de viande, les apports en vitamine D et les risques de cancer du sein et de diabète de type II. De plus, s’il est avéré que le syndrome métabolique est associé à un sur-risque de diabète, des questions persistent quant à l’influence de certaines composantes du syndrome métabolique, tels que le taux de cholestérol ou certains facteurs anthropométriques, sur le risque de cancer du sein. Dans l’évaluation des risques respectifs de cancer du sein et de diabète de type II, nos travaux ont mis en évidence qu’une consommation élevée de café était associée à une diminution de risque de diabète de type II, qu’un taux sérique élevé de vitamine D, ou un apport élevé en vitamine D alimentaire parmi les femmes résidant dans les zones de forte exposition solaire, étaient associés à une diminution de risque de cancer du sein. Si une consommation nulle ou modérée d’alcool s’est avérée être associée à une absence de sur-risque de diabète de type II, la consommation d’alcool était quant à elle associée à un sur-risque de cancer du sein. Nos résultats sont également en faveur d’une limitation de la consommation de viande préparée industriellement. Par ailleurs, maintenir un indice de masse corporelle et un tour de hanche le plus faible possible, à l’aide d’un régime alimentaire équilibré et une activité physique régulière,permettrait également de réduire les risques de cancer du sein et de diabète de type II. / Breast cancer and type II diabetes are two of the main chronic diseases in women and are suspected to share common risk factors. But their etiologies are still partially unknown, in particular concerning some dietary factors and some parameters of the metabolic syndrome. If evidence is convincing that themetabolic syndrome is associated with an increased type II diabetes risk, questions remain unanswered regarding cholesterol level, anthropometric factors and breast cancer risk. The French E3N cohort database was thus used to evaluate the associations between alcohol, coffee, meat consumption and serum concentration and dietary intake of vitamin D on the risks of breast cancer and type II diabetes. We showed that a high coffee consumption was associated with a decreased risk of type II diabetes, and that a high vitamin D blood level was associated with a decreased risk of breast cancer. Whereas null or moderated alcohol consumption was not related to type II diabetes risk, an increase in alcohol consumption was associated with an increased breast cancer risk. Our results suggested limiting processed meat consumption. They also favoured recommendation towards low body mass index ora low hip circumference by a healthy diet and a regular physical activity so as to decrease breast cancer and type II diabetes risks.

La proprotéine convertase subtilisine/kexine type 9 (PCSK9) favorise la dégradation post-transcriptionnelle du récepteur des lipoprotéines de faible densité (LDLr) dans les hépatocytes et augmente le LDL-cholestérol dans le plasma. Cependant, il n’est pas clair si la PCSK9 joue un rôle dans l’intestin. Dans cette étude, nous caractérisons les variations de la PCSK9 et du LDLr dans les cellules Caco-2/15 différentiées en fonction d’une variété d’effecteurs potentiels. Le cholestérol (100 µM) lié à l’albumine ou présenté en micelles a réduit de façon significative l’expression génique (30%, p<0,05) et l’expression protéique (50%, p<0,05) de la PCSK9. Étonnamment, une diminution similaire dans le LDLr protéique a été enregistrée (45%, p<0,05). Les cellules traitées avec le 25-hydroxycholestérol (50 µM) présentent également des réductions significatives dans l’ARNm (37%, p<0,01) et la protéine (75%, p<0,001) de la PCSK9. Une baisse des expressions génique (30%, p<0,05) et protéique (57%, p<0,01) a également été constatée dans le LDLr. Des diminutions ont aussi été observées pour la HMG CoA réductase et la protéine liant l’élément de réponse aux stérols SREBP-2. Il a été démontré que le SREBP-2 peut activer transcriptionnellement la PCSK9 par le biais de la liaison de SREBP-2 à son élément de réponse aux stérols situé dans la région proximale du promoteur de la PCSK9. Inversement, la déplétion du contenu cellulaire en cholestérol par l’hydroxypropyl-β-cyclodextrine a augmenté l’expression génique de la PCSK9 (20%, p<0,05) et son contenu protéique (540%, p<0,001), en parallèle avec les niveaux protéiques de SREBP-2. L’ajout des acides biliaires taurocholate et déoxycholate dans le milieu apical des cellules intestinales Caco-2/15 a provoqué une baisse d’expression génique (30%, p<0,01) et une hausse d’expression protéique (43%, p<0,01) de la PCSK9 respectivement, probablement via la modulation du FXR (farnesoid X receptor). Ces données combinées semblent donc indiquer que la PCSK9 fonctionne comme un senseur de stérols dans le petit intestin. / Proprotein convertase subtilisin/kexin type 9 (PCSK9) posttranslationally promotes the degradation of the low-density lipoprotein receptor (LDLr) in hepatocytes and increases plasma LDL cholesterol. It is not clear, however, whether PCSK9 plays a role in the small intestine. Here, we characterized the patterns of variations of PCSK9 and LDLr in fully differentiated Caco-2/15 cells as a function of various potential effectors. Cholesterol (100 µM) solubilised in albumin or micelles significantly down-regulated PCSK9 gene (30%, p<0,05) and protein expression (50%, p<0,05), surprisingly in concert with a decrease in LDLr protein levels (45%, p<0,05). 25-hydroxycholesterol (50 µM) treated cells also displayed significant reduction in PCSK9 gene (37 %, p<0,01) and protein (75% p<0,001) expression, while LDLr showed a decrease at the gene (30%, p< 0,05) and protein (57%, p<0,01) levels, respectively. The amounts of PCSK9 mRNA and protein in Caco-2/15 cells were associated to the regulation of HMG-CoA reductase and sterol regulatory element binding protein-2 (SREBP-2) that can transcriptionally activate PCSK9 via sterol-regulatory elements located in its proximal promoter region. On the other hand, depletion of cholesterol content by hydroxypropyl-β-cyclodextrine up-regulated PCSK9 transcripts (20%, p<0,05) and protein mass (540%, p<0,001), in parallel with SREBP-2 protein levels. The addition of bile acids, taurocholate and deoxycholate, to the apical culture medium lowered PCSK9 gene expression (30%, p<0,01) and raised PCSK9 protein expression (43%, p<0,01) respectively, probably via the modulation of farnesoid X receptor. Combined, these data indicate that PCSK9 functions as a sensor of sterol in the small intestine.

Nous proposons un modèle théorique original pour décrire le processus de formation et la coexistence de phase dans les mélanges ternaires de phospholipides et de cholestérol. Ce modèle combine les effets de transitions de phase liquide-gel, décrits à l'aide d'un paramètre d'ordre interne, et les effets de mélange non-idéaux inspirés des modèles de Flory pour décrire l'influence du cholestérol. Notre approche thermodynamique décrit avec un réel succès la coexistence de mélanges phospholipide binaires, tel que DOPC-DPPC. Le paramètre d'ordre inspiré de l'approche de Doniach et de l'analogie avec le modèle d'Ising sous champ magnétique modélise de façon simplifiée la thermodynamique des chaînes alkyles dans la bicouche lipidique. Nous obtenons d'une part des diagrammes ternaires ressemblant aux diagrammes expérimentaux mais aussi la dépendance en température des équilibres de phases. Nous décrivons également des diagrammes pour d'autres espèces, telles que PSM, POPC ou DiphytanoylPC. Notre approche, combinant géométrie discrète et résolution des équations analytiques pour la détermination des caractéristiques des diagrammes de Gibbs est novatrice, et s'applique à une classe étendue de modèles thermodynamiques avec paramètre d'ordre. Nous cherchons ensuite à décrire des systèmes inhomogènes à l'aide d'une généralisation de Ginzburg-Landau du modèle précédent. Une application importante consiste à déterminer la tension de ligne $\tau$ et le profil d'une interface entre macrodomaines de phase liquide ordonné et désordonné. Enfin, nous étendons la théorie du mouillage de Cahn à la description de l'environnement d'une inclusion circulaire de rayon fini $R$ dans un ``océan lipidique'', à coexistence et hors coexistence. Nous discutons pour finir les effets de la proximité du point critique et ses conséquences quant aux interactions entre impuretés induites par les effets de mouillage. / We propose a new theoretical model for describing the formation and the phase coexistence in ternary mixtures of phospholipids and cholesterol. This model combines the properties of the liquid-gel phase transition, described with an internal order parameter, with some non ideal mixing behavior accounting for the influence of cholesterol, and inspired by Flory's description of polymer melts. Our thermodynamical approach successfully accounts for the coexistence of binary phospholipid mixtures such as DOPC-DPPC. The order parameter, originally introduced by Doniach, describes in a simplified manner the thermodynamics of the alkyl chains in a lipid bilayer, by analogy with the Ising model under magnetic field. We not only obtain ternary diagrams resembling to experimental diagrams, but also discuss the evolution of these phase equilibria with temperature. This approach is then generalized to other lipid components, namely PSM, POPC and DiphytanoylPC.Our approach, made of a combination of discrete geometry calculations and numerical resolutions of the analytical equations for determining the properties of the Gibbs diagram is novel, and applies to a wide class of thermodynamic models with order parameters. A Landau-Ginzburg extension of the above model allows us to study inhomogeneous systems. A firstimportant application consists in determining the line tension $\tau$ and the profile of an interface separating macrodomains of ordered and disordered liquid phase. We extend Cahn's wetting theory to the case of a circular inclusion of finite radius $R$ in a ``lipid sea'', at coexistence and offcoexistence. We finally discuss the effects of the proximity of a critical point, and the consequences relative to mutual interactions between impurities induced by the wetting process.

L’intestin joue un rôle clé dans le contrôle de l’homéostasie énergétique. Les entérocytes sont des cellules polarisées qui permettent les échanges entre la lumière intestinale (membrane apicale) et le compartiment lymphatique et sanguin (membrane baso-latérale). Dans cette thèse, nous nous sommes particulièrement intéressés au contrôle par les entérocytes de deux processus liés au métabolisme des lipides et du cholestérol : l’excrétion trans-intestinale de cholestérol (TICE) et l’absorption des lipides alimentaires.Très récemment, il a été montré que l’intestin contribue à 20-30% de l’excrétion fécale du cholestérol chez la souris. Ce mécanisme, appelé TICE, implique le passage direct du cholestérol provenant de la circulation sanguine à travers les entérocytes vers les fèces. De par son caractère modulable par des substances pharmacologiques comme l’ézétimibe et les statines, le TICE représente une cible thérapeutique potentielle pour corriger les dyslipidémies athérogènes du diabétique. Cependant, les mécanismes moléculaires gouvernant le transport rétrograde du cholestérol (du pôle baso-latéral au pôle apical) dans l’entérocyte lors du TICE, sont complètement inconnus. Dans une première étude, nous avons mis en évidence la lignée entérocytaire humaine Caco-2/TC7 comme un modèle d’étude des processus trans-entérocytaires liés au TICE. Nous avons d’abord montré que suite à l’incubation avec du plasma humain dans le compartiment baso-latéral et des micelles lipidiques dans le compartiment apical, les cellules Caco-2/TC7 miment des caractéristiques du TICE in vivo. De plus, grâce à ce modèle in vitro, nous avons pu identifier les microtubules comme acteurs nécessaires au transport rétrograde du cholestérol dans l’entérocyte. Dans une seconde étude, nous nous sommes intéressés au contrôle par le récepteur nucléaire Rev-erbα de la production des chylomicrons (CM) par les entérocytes. En effet, bien qu’essentiellement vue comme la conséquence d’une clairance retardée, des données émergentes présentent la surproduction de CM par l’intestin comme un contributeur majeur de la dyslipidémie chez l’insulino-résistant. Il existe une balance, au sein de l’entérocyte, entre l’utilisation des lipides absorbés pour un stockage transitoire sous forme de gouttelettes lipidiques (GL) cytosoliques ou pour l’assemblage de lipoprotéines riches en triglycérides (LRT). Le récepteur nucléaire Rev-erbα est un répresseur transcriptionnel impliqué dans le métabolisme énergétique et le rythme circadien. Rev-erbα contrôle particulièrement le métabolisme lipidique au niveau du foie et le catabolisme des LRT. Pour cette seconde étude, une lignée Caco-2/TC7 invalidée pour Rev-erbα (sh Rev-erbα) a donc été développée par infection lentivirale et différenciée sur insert. Les résultats indiquent que suite à l’incubation avec des micelles lipidiques dans le compartiment apical, les cellules Caco-2/TC7 sh Rev-erbα sécrètent plus de LRT dans le milieu baso-latéral et stockent moins de lipides sous la forme de GL cytosoliques. De plus, la lignée Caco-2/TC7 sh Rev-erbα présente une activité lipophagique plus importante et l’inhibition de l’autophagie par la bafilomycine dans cette lignée restaure la sécrétion baso-latérale de LRT et le stockage intracellulaire de GL aux mêmes niveaux que ceux de la lignée sh control. Cette seconde étude montre donc que l’invalidation de Rev-erbα dans l’entérocyte entraîne une augmentation de la mobilisation des lipides des GL via le processus de la lipophagie résultant en une augmentation de la sécrétion de LRT. Notre hypothèse est que Rev-erbα joue un rôle clé dans le contrôle de la balance GL/LRT et donc de la triglycéridémie post-prandiale.Les deux études présentées dans cette thèse permettent une meilleure compréhension des mécanismes liés au contrôle du métabolisme lipidique par l’intestin et mettent ainsi en avant l’intestin comme une cible thérapeutique potentielle pour corriger les dyslipidémies du diabétique. / The intestine plays a key role in the control of energy homeostasis. Enterocytes, which constitute the main cellular type of intestinal epithelium (> 90%), are polarized cells allowing exchanges between intestinal lumen (apical membrane) and lymph/blood compartment (basolateral membrane). In this thesis, cholesterol and lipid metabolism control by enterocytes was studied and particularly, trans intestinal cholesterol excretion (TICE) and dietary lipid absorption.Recently, it has been estimated that intestine contributes 20-30% of fecal neutral sterol excretion in chow-fed mice. This pathway called TICE involves the direct luminal secretion of plasma-derived cholesterol by enterocytes. Moreover, TICE can be pharmacologically modulated, for instance by ezetimibe and statins and so, represents a new therapeutic target in order to prevent atherosclerosis in type 2 diabetic patients. However, at present, the molecular mechanisms behind the trans-enterocytic process of TICE are still unknown, especially the steps sustaining cholesterol entry, trafficking and efflux in enterocytes. In the first study of this thesis, we highlighted the human enterocytic Caco-2/TC7 cell line as a suitable model to study the enterocyte-related processes of TICE. We have first shown that upon basolateral incubation with human plasma and apical incubation with lipid micelles, differentiated Caco-2/TC7 cells mimic some of the in vivo TICE features. Moreover, using this model, we have identified a key role of the microtubule network in the process.In the second study of this thesis, chylomicron secretion by enterocytes and its control by the nuclear receptor Rev-erbα were investigated. Indeed, although chylomicron remnant accumulation has been associated to a delayed clearance by the liver, some recent studies show that chylomicron overproduction by the intestine is a major contributor to dyslipidemia in insulin resistant patients. Dietary lipid absorption results from a balance between transient storage in enterocytes as cytosolic lipid droplets (LD) and secretion as triglyceride-rich lipoproteins (TRL). The nuclear receptor Rev-erbα is a transcriptional repressor involved in the energy metabolism and the circadian rhythm. Particularly, Rev-erbα controls lipid metabolism in the liver and thus the catabolism of TRL. The aim of this second study was to investigate the role of Rev-erbα in intestinal lipid metabolism and particularly in TRL secretion. To study that, Caco-2/TC7 cells infected with lentivirus encoding or not a shRNA targeting Rev-erbα (sh Rev-erbα) were grown on transwells. Compared to sh control, sh Rev-erbα Caco-2/TC7 cells secrete higher amounts of micelle-derived LRT in the basolateral medium and exhibit lower quantity of neutral lipids stored as cytosolic LD, whereas the apical uptake is not different. Activation of lipophagy in sh Rev-erbα compared to sh control cells was evidenced by a higher autophagic flux and an increased colocalization of the autophagy marker LC3 with LD. Finally, autophagy inhibition with bafilomycin in sh Rev-erbα cells restores lipid secretion to the same level as in sh control cells. This second study show that Rev-erbα knock-down in enterocytes leads to a higher lipophagy-mediated remobilization of intracellular lipids and an increased TRL secretion. Our hypothesis is that Rev-erbα may be a molecular gear in the control of chylomicron secretion and a major regulator of post-prandial triglyceridemia.In conclusion, these two studies allow to better understand lipid metabolism control by the intestine: the first one by identifying the contribution of the microtubule network in enterocytes for trans-enterocytic retrograde cholesterol transport; the second one by highlighting the nuclear receptor Rev-erbα as a regulator of TRL secretion by enterocytes. These two studies point out the intestine as a potential therapeutic target to treat dyslipidemia in type 2 diabetic patients.

Le transport intracellulaire du cholestérol et sa distribution correcte au niveau des différentes membranes sont essentiels pour assurer de nombreuses fonctions cellulaires. Malgré l’importance de ce transport les mécanismes de sa régulation restent encore mal connus. L’objectif de cette thèse était de mieux caractériser les acteurs du transport intracellulaire du cholestérol. Dans ce contexte, nous nous sommes intéressés à deux acteurs de ce transport : la dynamine et les Rab GTPases. Dans la première partie de la thèse nous avons utilisé le dynasore, un inhibiteur pharmacologique de la dynamine pour étudier le rôle de la dynamine dans le contrôle du transport endolysosomal dans les cellules HeLa et les macrophages humains. Nous avons ainsi confirmé le rôle de la dynamine dans la sortie du compartiment endolysosomal et la régulation de l’homéostasie du cholestérol. Dans la deuxième partie de la thèse, nous avons étudié le rôle de Rab7 et de Rab9 dans le transport du cholestérol en utilisant la technique d’ARN interférence ainsi que l’expression de mutants dominant négatifs. Nous avons montré qu’en plus de son rôle classique dans les étapes tardives du transport du cholestérol, Rab7 contrôle les étapes précoces du transport endosomal. Enfin, nous avons évalué le rôle de Rab7 dans notre modèle de macrophages humains surchargés. Nous avons mis en évidence un effet limité de l’inactivation de Rab7 sur le contrôle de l’homéostasie du cholestérol mais à l’inverse un effet majeur pour l’efflux du cholestérol vers l’apo AI. En conclusion, notre étude a permis de mieux caractériser le transport vésiculaire du cholestérol et de démontrer son importance dans la régulation de l’homéostasie intracellulaire en cholestérol. Nos résultats permettent également d’établir le rôle critique de Rab7 dans le trafic des LDL au niveau des endosomes précoces. / Intracellular transport of cholesterol and its distribution within cellular membranes are essential to maintain correct cellular functions. Despite the importance of this transport, mechanisms that regulate cholesterol transport still poorly defined. The objectives of this thesis were to better characterize the actors of intracellular cholesterol trafficking. In this context, we focused our interest on two known actors of intracellular transport : dynamin and Rab GTPases. In the first part of this thesis, we used dynasore, a pharmacological dynamin inhibitor, to study the role of dynamin in the control of endolysosomal transport in HeLa cells and human macrophages. We confirmed the role of dynamin in endolysosomal sorting and cholesterol homeostasis regulation. In the second part of this thesis, we studied the role of Rab7 and Rab9 in the regulation of cholesterol transport using RNA interference and dominant negative mutants. We showed that in addition to it classical role in late steps of cholesterol transport, Rab7 controls also early steps of endosomal trafficking. Finally, we evaluated the role of Rab7 in our model of loaded human macrophages. We showed a weak impact of Rab7 inactivation on cholesterol homeostasis but a major effect on cholesterol efflux to apo AI. In conclusion, in this study we have better characterized the vesicular transport of cholesterol and demonstrated its importance in cholesterol intracellular homeostasis. Our results also establish that Rab7 plays a critical role in the sorting of LDL at the early endosome.

Cette thèse a consisté à développer une nouvelle stratégie analytique en utilisant le couplage chromatographie liquide - spectrométrie de masse (LC-MSn) afin d’identifier dans les huiles et corps gras, les triglycérides (TAGs) et leur régio-spécificité. Cette méthodologie analytique générale a été appliquée à 8 huiles de graine de résineux en particulier, à l’huile de pignon de Pinus Koraiensis car ses TAGs sont constitués d’acides gras, possédant une double liaison en position Δ5, non-méthylène alternée, susceptibles de jouer un rôle anti-cholestérol chez l’homme.La thèse se décompose en quatre chapitres: les deux premiers, bibliographiques, traitent respectivement de la taxonomie des 8 résineux étudiés, de la composition en acide gras (AG) de leur graine et des techniques analytiques déjà décrites pour caractériser les TAGs. Le troisième chapitre, expérimental, est dédié au développement de nouvelles stratégies analytiques NARP-LC-MSn mises en place pour identifier les TAGs présents dans les huiles et plus particulièrement à l’huile de pignon de Pinus Koraiensis. Grâce à l’ajout post colonne de sel d’argent, il a été possible de déterminer de manière non ambigüe la structure de tous les TAGs d’un lipide, même ceux présents en faible quantité, par Ag+-NARP-LC-MS mais aussi de déterminer la structure de chaque AG constitutif d’un TAG par fragmentation de l’adduit moléculaire par Ag+-NARP-LC-MS2. Le problème de la distinction des TAGs ayant la même masse moléculaire, les mêmes longueurs de chaine mais des positions de double liaisons différentes, a été résolu en développant une méthode d’identification des TAGs à partir des lois de rétention chromatographiques qui relient linéairement le logarithme du facteur de rétention de chaque TAG soit au nombre total de carbone soit au nombre total de double liaisons. Cette étude a permis d’identifier 22 nouveaux TAGs parmi un nombre total de 58 TAGs caractérisés. Elle a amené la preuve que le résidu AG saturé à 17 atomes de carbone est ramifié et non linéaire. Elle a mis en évidence la présence de trois AGs constitutifs qui n’ont jamais été décrit: 19:1, 19:2 et 24:0 dans l’huile de pignon de Pinus Koraiensis. Le quatrième chapitre porte sur le développement de trois méthodes de détermination de la régiospécificité des TAGs, grâce à la seule SM: (1) une méthode Ag+-NARP-LC-ESI-MS2 utilisant les rapports des ions diglycériques des TAGs. Il en ressort que cette méthode n’est pas assez fiable pour déterminer la structure des TAGs. (2) la seconde méthode fait appel à des expériences MS4/ MS5 sur les adduits argent des TAGs. Elle s’avère pertinente à condition d’avoir à disposition les couples de TAGs standards. (3) enfin une troisième méthode, utilisant la MS2, s’appuie sur le principe de la méthode de dissociation compétitive d’une paire [TAGref – Li -TAG]+. En utilisant la méthode des ajouts dosés il est montré qu’elle ne nécessite que de la disponibilité d’un seul des deux TAGs stéréoisomères comme standard.Ces méthodes originales ont permis, malgré leurs limites respectives de caractériser la régiospécificité d’un certain nombre de TAGs présents dans l’huile de graine de Pinus Koraiensis. / This thesis consisted of developing a new analytical strategy using liquid chromatography coupled with mass spectrometry (LC-MSn) to identify in oils and fats, triglycerides (TAGs) and their regio-specificity. The general analytical methodology was applied to 8 conifers seed oils, in particular, the seed oil of Pinus koraiensis. These conifer seed oils differ from common edible vegetable oils by having a series of unusual polyunsaturated fatty acids (UPIFA) with a polymethylene-interrupted (PMI) double bond system and a double bond at the 5 position which may have anti-cholesterol properties. This thesis is composed of four chapters: the two first chapters, literature review, are devoted respectively to TAGs of the 8 resinous seed oils studied and analytical techniques already used. The third chapter is dedicated to the development of a new analytical strategy combining HPLC with mass spectrometry method to identify TAGs in Pinus Koraiensis seed oil. Thanks to post column addition of silver salt, it was possible to determine the TAGs present by Ag+-NARP-LC-MS and also the fatty acids composition of the TAGs by Ag+-NARP-LC-MS2. Concerning the distinction between TAGs with the same mass, same chain length but differing positions of double bond on fatty acid chain, it was determined by chromatographic retention rules which link linearly the logarithm of retention factor of each TAG to the total carbon number or the total number of double bonds. This study has identified 22 new TAGs from a total of 58 TAGs characterized. It confirmed the knowledge that the saturated fatty acid with 17 carbon atoms is branched, not linear. It highlighted the presence of three constituent fatty acids that have never been described: 19:1, 19:2 and 24:0 in the seed oil of Pinus koraiensis. The last experimental part is devoted to the regiospecificity determination of TAGs. Three methodologies were developed. The first one used the ratios of diacylglycerol ions of TAGs but was not reliable enough. The second method used the LC-MS4 experiments (It is relevant if they have available couples of TAG standards). Finally, a third method, using MS2, based on the principle of the method of competitive dissociation of a pair [TAGref - Li-TAG] +. Using the method of standard additions it has been shown that it requires the availability of one of the two stereoisomers TAGs as a standard.These methods provide a significantly different approach to regioisomer characterization of TAGs and overcome most of the shortcomings of existing methodologies.

L'intégrité de l'endothelium vasculaire est maintenue par des structures d'adhérence jonctionelle, notamment les jonctions adhérentes, dont la VE-cadhérine est le constituant majeur. Cette cadhérine est exclusivement exprimée dans les cellules endothéliales et joue un rôle clé au cours de la formation du plexus vasculaire. Les cellules endothéliales expriment également une autre cadhérine : la N-cadhérine. Bien que possédant une forte homologie structurale avec la VE-cadhérine, celle-ci possède une localisation subcellulaire originale pour une cadhérine classique puisqu'elle est localisée de manière diffuse au niveau de la membrane. Dans le développement vasculaire, elle pourrait ainsi permettre le recrutement des cellules murales par l'endothelium conduisant à la stabilisation du vaisseau. Mon travail de thèse a été d'analyser les propriétés différentielles de ces deux cadhérines dans la cellule endothéliale ainsi que le mécanisme d'exclusion jonctionelle de la N-cadhérine. Nous avons montré que la VE- et la N-cadhérine interagissent similairement à l'- et à la -caténine mais à l'inverse, p120 caténine lie préférentiellement la VE-cadhérine. Cette propriété confère à la VE-cadhérine la capacité d'exclure la N-cadhérine de la jonction interendothéliale. D'autre part, nous avons montré qu'une petite proportion de la VE-cadhérine est enchâssée dans des microdomaines riches en cholestérol : les radeaux lipidiques, à laquelle p120 est très fortement associée. Cette fraction pourrait représenter un pool de VE-cadhérine assurant la stabilité de la jonction et le maintien de la force cohésive entre cellules endothéliales. Nous avons également montré dans un modèle de différenciation cellulaire dérivé des cellules ES murines (embryonic stem cell), que l'expression de la VE-cadhérine était nécessaire à l'expression d'autres gènes endothéliaux : PECAM, Flk-1 et Tie-1. La VE-cadhérine exercerait un contrôle transcriptionel de l'expression de ces gènes mais le mécanisme exact de régulation n'a pas pu être décrypté. L'ensemble de ce travail permet donc de montrer un autre visage de la VE-cadhérine dans la biologie de l'endothelium qui serait de réguler des protéines-clé de l'endothelium.