La grossesse est caractérisée par une augmentation progressive de la résistance à l'insuline et par une sécrétion compensatoire d'insuline par les cellules f3 du pancréas pour maintenir l'état euglycémique. Le diabète gestationnel (DG), quant à lui, constitue un déséquilibre entre la résistance à l'insuline et la capacité de sécrétion d'insuline par les cellules 13, ce qui entraîne une hyperglycémie maternelle. Plusieurs mécanismes de l'augmentation de la résistance à l'insuline en grossesse ont été proposés à ce jour, et parmi ceux-ci on retrouve la diminution de l'adiponectine, une adipokine dont les rôles suspectés incluent le maintien de la sensibilité à l'insuline ainsi que des propriétés anti-inflammatoires. Dans bon nombre d'études, un niveau bas d'adiponectine a été fortement associé à une résistance à l'insuline élevée et à un risque augmenté de développer un diabète de type 2. Puisque la physiopathologie du diabète gestationnel est similaire à celle observée chez les diabétiques de type 2, l'adiponectine pourrait également être impliquée dans la physiopathologie du DG. Cependant, les études portant sur l'association entre l'adiponectine et le DG sont peu nombreuses et contradictoires. Ainsi, les objectifs de mon étude dans le cadre de ma maîtrise sont de déterminer s'il existe une association entre : 1) les concentrations plasmatiques d'adiponectine au 1er trimestre et le risque de développer un DG au 2e trimestre de la grossesse, et 2) les concentrations plasmatiques d'adiponectine des 1er et 2e trimestres et les indices de résistance/sensibilité à l'insuline, de fonction et de compensation des cellules p du 2e trimestre de la grossesse. Les résultats de notre étude ont confirmé que les niveaux d'adiponectine étaient plus bas chez les femmes avec DG (n = 38) que chez les normoglycémiques (NG; n = 407) aux 1er et 2e trimestres de la grossesse. Également, nos résultats ont démontré que des niveaux bas d'adiponectine au 1er trimestre étaient associés à un risque augmenté de développer un DG au cours du 2e trimestre et ce, indépendamment de l'âge, de l'adiposité et de la régulation glycémique du 1er trimestre. De plus, nos résultats ont montré que les niveaux d'adiponectine des 1er et 2e trimestres étaient inversement associés au niveau de résistance à l'insuline au 2e trimestre, indépendamment de l'âge, de l'adiposité et de la sécrétion d'insuline. Les niveaux d'adiponectine des 1er et 2e trimestres n'étaient pas associés à la sécrétion d'insuline ou à la fonction des cellules 13 du trimestre, mais ils étaient associés à la compensation des cellules 13 face à la résistance à l'insuline au 2e trimestre et ce, indépendamment de l'âge et de l'adiposité. Enfin, contrairement aux écrits scientifiques publiés à ce jour sur ce sujet, nos résultats ont montré que le changement des niveaux d'adiponectine entre les 1er et 2e trimestres n'était pas significatif, autant chez les femmes NG, que celles présentant un DG. Ainsi, les résultats de notre étude suggèrent que : 1) une concentration abaissée d'adiponectine dès le 1er trimestre serait un marqueur précoce et fiable de l'augmentation du risque de développer un DG; 2) des concentrations abaissées d'adiponectine aux 1er et 2e trimestres reflètent le niveau de résistance à l'insuline prédisposant les femmes à développer un DG; et 3) l'augmentation de la résistance à l'insuline caractéristique en grossesse ne serait pas causée par un changement des concentrations d'adiponectine, étant donné le changement négligeable des concentrations d'adiponectine entre le Ier et le 2e trimestres. [symboles non conformes]

Introduction: L'Arsenic (As) est un cancérigène reconnu et est suspecté pour ses propriétés de perturbateur endocrinien. En Abitibi-Témiscamingue (A-T), plusieurs puits privés contiennent des concentrations en As inorganique (iAs) qui dépassent la concentration maximale acceptable (CMA) de 10 [mu]g/L recommandée par Santé Canada ce qui pourrait avoir des conséquences sur la santé. Objectifs: 1- Vérifier la corrélation entre le niveau de contamination des puits en As et les indicateurs de fonction thyroïdienne en circulation dans le sang; 2- Mesurer la relation entre le niveau de contamination des puits en As et la prévalence du diabète. Méthode: Une étude descriptive transversale a été effectuée chez les propriétaires de puits privés de huit municipalités de l'A-T. Pour être éligible, les personnes intéressées devaient boire ou utiliser l'eau non traitée de leur puits pour la préparation de breuvages ou la cuisson d'aliments depuis au moins un mois, être âgées de 7 ans et plus et ne pas être exposées à l'iAs au travail. La dose externe a été estimée à l'aide de la concentration d'iAs dans l'eau du puits. La dose interne a été estimée par des mesures d'As urinaire non alimentaire (somme d'AMMA, ADMA, AslIl, et AsV) corrigées pour la créatinine et d'As total dans les ongles d'orteils. Des prélèvements sanguins ont servi à l'analyse de la fonction thyroïdienne (TSH, T3L et T4L), des anticorps anti-thyroïdiens (anti-TPO et anti-TG) et de l' HbA1c. Résultats: La moyenne géométrique de la concentration d'iAs des puits à l'étude (n=153) etait de 14,2 [mu]g/L. Après exclusion des participants traités pour hypothyroïdie et contrôle des facteurs de confusion (âge, sexe, anticorps anti-thyroïdiens, sources d'As alimentaire, tabagisme et histoire familiale de troubles thyroïdiens), une analyse de régression linéaire a indiqué que l'iAs dans l'eau du puits était positivement associé à la TSH (p=0,001) et négativement associé à la T3L (p<0,001) et à la T4L (p=0,003) chez les adultes alors que seule la TSH était associée à cet indicateur d'exposition chez les enfants (p=0,004). Une analyse de régression logistique effectuée apres contrôle des facteurs de confusion (âge, sexe, sources d'As alimentaire, histoire familiale de diabète, IMC) a aussi révélé que la présence de l'un ou l'autre des indicateurs de diabète (HbA1c>6,0%, présence d'antécédent personnel de diabète, consommation d'hypoglycémiants oraux ou prise d'insuline) était associé à l'iAs dans l'eau du puits (p=0,009) et à l'As unguéal (p=0,019) chez les adultes. Un adulte diabétique avait 2,84 fois plus de chance d'être exposé à plus de 33 [mu]g/L d'iAs dans l'eau du puits qu'un non-diabétique (IC95%: L29-6,24; p=0,010). Conclusion: Cette étude supporte la possibilité que l'iAs à faible dose entraîne des effets endocriniens.

Le diabète gestationnel (DG) engendre des conséquences graves à long terme pour la mère et l'enfant à naître : la mère est à très haut risque de développer un diabète de type 2 (DT2) tandis que les enfants sont porteurs de facteurs de risque de maladies cardiométaboliques dès l'âge de 7-10 ans. Ces observations chez les enfants du DG soutendent deux paradoxes. D'une part ces études étaient faites sur des cohortes d'enfants et ne pouvaient donc pas controler pour le bagage génétique familial et l'obésité de la mère. D'autre part, seuls les facteurs de risque classiques étaient pris en compte, les marqueurs de l'inflammation et de la coagulation n'ont jamais été évalués dans une population pédiatrique. Trois causes majeures sont retenues pour expliquer la précocité de l'apparition de ces facteurs de risque : les antécédents familiaux de diabète, l'obésité de la mère et le DG lui-même. Nos objectifs sont doubles : évaluer si le DG est un facteur de risque indépendant du syndrome métabolique (SM) et évaluer si les marqueurs biochimiques reconnus des maladies cardiométaboliques sont présents dès l'âge de 4 à 12 ans (avant la puberté) chez les enfants du DG. Nous voulons aussi vérifier si la présence en postpartum d'une intolérance aux hydrates de carbones ou d'un diabète chez la mère influence les résultats chez les enfants. Pour limiter l'effet des facteurs confondants (obésité et antécédents familiaux de DT2 de la mère), nous avons choisi de comparer dans la même fratrie les enfants nés d'une grossesse avec et sans DG. Au moment d'écrire ce mémoire, 13 enfants (garçons ou filles, dont 2 jumelles) caucasiens, impubères, âgés de 4 à 12 ans, nés d'une grossesse avec DG ont été comparés à leurs 12 frères ou soeurs né(e) d'une grossesse sans DG. Chez ces enfants, on a pris les mesures du tour de taille, le poids corporelle, l'IMC, l'âge et la tension arterielle. Pour évaluer les facteur de risque de maladies cardiométaboliques, nous avons mésuré, à jeun, la glycémie, l'insulinémie, le bilan lipidique, la pro-insuline, le peptide-C et aussi les marqueurs plus spécifiques de l'inflammation et de la coagulation, tels que : adiponectine (totale et de haut poids moléculaire), leptine, MCP-1, activité du PAI-1, RBP4, CRP et TNF-a. Une hyperglycémie orale provoquée (HGOP) a été faite après les prélèvements à jeun. Pour l'instant, les résultats de cette étude ne montrent pas que les enfants nés suite à une grossesse avec DG sont plus à risque que leurs frères ou soeurs nés d'une grossesse sans DG. Une étude plus large, pour laquelle nos résultats vaudront pour des résultats préliminaires de faisabilité, permettra de déterminer si l'exposition in utero au DG peut déclencher les anomalies métaboliques qui sont des prédicteurs du SM et du DT2. [symboles non conformes]

Le diabète de type 1 (DT1) résulte de la destruction des cellules β productrices d’insuline par le système immunitaire. Cette condition représente un enjeu de santé publique majeur car, malgré les thérapies actuelles, les patients atteints développent trop souvent des complications cardio-vasculaires. Des thérapies alternatives se doivent donc d’être mises au point. Ainsi, diverses approches visent à reprogrammer/différencier (in vitro ou in vivo) différents types cellulaires pancréatiques afin de générer des cellules β (productrices d’insuline) fonctionnelles. Dans ce but, notre laboratoire a notamment montré que les cellules α (productrices de glucagon) embryonnaires peuvent être régénérées et converties en cellules β fonctionnelles par l’expression ectopique du seul gène Pax4 (un gène normalement impliqué dans la spécification embryonnaire du lignage β - (Collombat and Mansouri, 2009)). Dans la première partie de ce travail, nous démontrons que les cellules α à l’âge adulte (Al-Hasani et al., 2013) retiennent leur capacité de régénération et de conversion en cellules β, celles-ci étant fonctionnelles et capable de remplacer plusieurs fois l’ensemble des cellules β du pancréas. Cependant, cette approche transgénique serait difficile à mettre en œuvre chez l’homme. De nombreux cribles furent donc initiées dans le but de trouver des petites molécules/composés chimiques mimant les effets de Pax4. Un composé potentiel, GABA, fut ainsi identifié et caractérisé. / Type 1 diabetes (T1D) results from the destruction of insulin-producing β-cells by the immune system. This condition is a major public health issue because, despite current therapies, patients often develop cardiovascular complications. Therefore alternative therapies need to be developed. Thus, various approaches are designed to reprogram / differentiate (in vitro or in vivo) different pancreatic cell types to generate functional (insulin-producing) β-cells. To this end, our laboratory has shown that especially the embryonic α-cells (producing glucagon) can be regenerated and converted into functional β-cells by the ectopic expression of the Pax4 gene (usually a gene involved in the specification of embryonic lineage β - (Collombat and Mansouri, 2009)). In the first part of this work, we show that α-cells in adulthood (Al-Hasani et al., 2013) retain their capacity for regeneration and conversion into β-cells, the latter being functional and able to replace repeatedly all the β-cells of the pancreas. However, this transgenic approach would be difficult to implement in humans. Many screens were therefore initiated in order to find small molecules / chemical compounds that mimic the effects of Pax4. A potential compound, GABA, was identified and characterized. Our results demonstrate that treatment of WT mice with GABA results in a significant increase in the number and size of the islets (caused by insulin+ cell hyperplasia). By using lineage tracing tools, our results indicate that these "β-like" neo-generated cells are coming from glucagon+ cells.

L'enregistrement extracellulaire d'activité électrique est une technique très répandue en neurosciences, mais son application aux îlots pancréatiques et cellules bêta n'est que très récente. La facilité d'utilisation des MEAs (Microelectrode Arrays, Matrices de Microélectrodes) a ouvert de nouvelles perspectives à l'électrophysiologie des cellules bêta, dont des méthodes de criblage en clinique ou des approches biocapteur pour le pancréas artificiel. Cette thèse contribue à la conception et la caractérisation d'un biocapteur hybride composé de cellules pancréatiques cultivées sur un MEA et d'un système électronique de traitement du signal. Le système ainsi réalisé est le fruit de collaborations et projets pluridisciplinaires menés à l'IMS (groupe bioélectronique), en partenariat avec le CBMN (biologie cellulaire et biocapteurs), tous deux au sein de l'Université de Bordeaux. Les projets faisaient également appel au service d'endocrinologie des Hôpitaux Universitaires de Bordeaux, Montpellier, Grenoble et Genève.Les projets en question incluent:- ISLET-CHIP (ANR 2013-PRTS-0017), qui explore une méthode pour évaluer la qualité d'un greffon pancréatique destiné à des patients diabétiques de type I.- BIODIA (EU FEDER), qui caractérise la réponse électrique d'îlots à des stimuli de glucose, hormones et médicaments pour des applications de criblage, différentiation cellulaire, et en boucle-fermée.- DIAGLYC (Bourse régionale 2017 1R30 226), qui étudie l'utilisation du biocapteur hybride comme un capteur pour le pancréas artificiel.La thèse aborde le biocapteur dans ses aspects à la fois électronique et biologique, son intégration dans des expériences appliquées, et ses résultats expérimentaux. Elle s'intéresse également à la modélisation d'une boucle de régulation chez le patient diabétique de type I.D'abord, le système d'analyse électronique est décrit. Issue de l'équipe Elibio, elle réalise acquisition multicanaux et traitement du signal numérique. Elle est construite autour d'un FPGA (Field Programmable Gate Array) qui rend son architecture de calcul polyvalente et évolutive. Elle est capable de mesurer, afficher, et enregistrer des données multicanaux. Le calcul embarqué est optimisé pour de faibles latences de calcul, compatibles avec des applications en boucle fermée. La thèse décrit ses algorithmes de traitement et son architecture.Des résultats expérimentaux utilisant le système et ses algorithmes sont ensuite montrés pour illustrer la réponse des îlots à des stimuli de glucose, médicaments et hormones. L'activité des îlots est quantifiée en analysant leurs APs (Action Potentials, Potentiels d'Action), et plus notoirement leurs SPs (Slow Potentials, Potentiels Lents), une nouvelle signature électrique exclusivement mesurée sur les îlots pancréatiques. Ces mesures, en régimes statique et dynamique, contribuent non seulement à caractériser la réponse du biocapteur, mais aussi à mettre en évidence les algorithmes internes des îlots de Langerhans.Enfin, des approches pour l'intégration du biocapteur dans un pancréas artificiel sont étudiées. Les réponses au glucose et aux hormones sont modélisées et simulées dans un modèle des interactions glucose-insuline dans le corps entier. Ce concept est novateur dans le sens où le capteur en charge de mesurer le besoin d'insuline n'est pas seulement sensible au glucose, mais aussi aux hormones présentes dans le sang. / Extracellular recording of electrical activity is a widespread technique in neurosciences, but only recently has it been applied to pancreatic islets and beta cells. The ease of use of Microelectrode Arrays (MEAs) has opened new perspectives for the electrophysiology of pancreatic cells, including screening methods for clinics and biosensor approaches for the artificial pancreas. This thesis is a contribution to the design and characterization of a hybrid biosensor composed of pancreatic cells cultured on an MEA and dedicated processing electronics. This device is the product of multi-disciplinary projects conducted at IMS (Bioelectronics group), partnered with CBMN (Cell biology and Biosensors team), both at the University of Bordeaux. Projects also involved the endocrinology service of university hospitals in Bordeaux, Montpellier, Grenoble, and Geneva.The covered projects include:- ISLET-CHIP (French ANR 2013-PRTS-0017), investigating a method of evaluating the quality of a preparation prior to its transplantation in type-I diabetic patients.- BIODIA (EU FEDER), characterizing islet electrical response to glucose, hormone, and drug stimuli for screening, cell differentiation, and closed-loop approaches.- DIAGLYC (French regional grant 2017 1R30 226), investigating the use of the hybrid biosensor as an artificial pancreas front-end sensor.The thesis tackles the biosensor in both its electronic and biological aspects, its integration in applicative experimental setups, and experimental results. It also addresses the modeling of a closed regulation loop for type-I diabetic patients.First, the electronic processing platform is described. It is a custom board performing multichannel acquisition and digital signal processing. It is built around an FPGA (Field Programmable Gate Array) that makes its processing architecture versatile and evolutive. It is capable of measuring, displaying and storing multichannel data. Computation was optimized for low-processing latencies compatible with closed-loop configurations. Both its processing algorithms and architecture are detailed.Then, experimental results using this system and its algorithms are shown to illustrate islet response to glucose, drug, and hormone stimuli. Islet activity is quantified by analyzing Action Potentials (APs), and more importantly Slow Potentials (SPs), a novel electrical signature exclusively measured on pancreatic islets. These measurements in both steady state and dynamic regime help characterize the biosensor response, but also shed light on the endogenous algorithms of islets of Langerhans.Finally, approaches for integrating the biosensor in an artificial pancreas are investigated. The measured glucose and hormone responses are modeled and simulated in a full-body glucose-insulin system. This concept is novel in that the sensor in charge of measuring insulin demand in the body is not only sensitive to glucose, but also to blood hormones.

L’insulinothérapie fonctionnelle (IF) est une méthode de prise en charge du diabète de type 1 (DT1) qui vise à adapter le traitement insulinique des malades à leur mode de vie. Elle repose sur l’autonomisation du patient qui est alors libre de choisir ce qu'il veut manger dans la mesure où il adapte ses doses d’insuline en fonction des aliments consommés. Malgré la formation des patients à cette méthode, l’estimation des glucides contenus dans les repas s’avère parfois difficile et les calculs des doses d’insulines sont régulièrement erronés. Grâce aux capacités technologiques des smartphones, ont vu le jour de nouveaux outils remplaçant les traditionnels carnets et répertoires glucidiques avec pour objectif d’aider les patients dans ces tâches quotidiennes. Peu d’études ont été réalisées pour évaluer l’efficacité réelle de ces dispositifs.Après un exposé des outils couramment utilisés par les patients DT1 sous IF, nous verrons quelles sont les principales applications mobiles qui sont disponibles et qui permettent d’évaluer les glucides des repas et de calculer les doses d’insulines. Nous discuterons ensuite des quelques études cliniques évaluant ces applications.Nous présenterons enfin une application android originale d’aide au comptage de glucides et d’estimation de bolus appelée GLUCAL et développée au sein de l’équipe diabétologie du CHRU Lapeyronie. Cet outil a été testé au cours de deux études cliniques. Un essai préliminaire a été conduit avant une étude randomisée-croisée qui est la seule à avoir été menée à ce jour sur une application de ce type.Ce travail permettra de savoir dans quelle proportion GLUCAL est capable d’améliorer le comptage des glucides et de réduire les erreurs de calculs des bolus, mais également d’évaluer son impact sur le contrôle glycémique des patients. / Carbohydrates (carb) and bolus counting is a therapeutic method used in type 1 diabetes (TD1) which aims to adapt insulin treatment to patient own way of life. It is based on patient’s autonomy since they are allowed to eat any type of food on the condition to adapt insulin doses to the meal ingested. Patients receive a medical education to implement this method, but still carb counting remains a hard task and boluses are frequently erroneous.Thanks to smartphone technical capacities, many applications replacing paper documents and booklets aiming at helping patients in these daily tasks have been developed. But very few studies were conduced to evaluate them clinically.After an overview of the common tools used by TD1 patients to count carbs , we will see the main mobile applications available to help patient in carb counting and bolus estimation. We will then discuss the few clinical studies conduced on those apps.We will finally present an original android application called GLUCAL and developed by the diabetology team of the University Hospital of Montpellier (France). This tool was tested during two clinical studies. A preliminary study has been conduced before a randomized cross-over study which is the first one performed on such an application.This work will help to evaluate the role of GLUCAL in improving carb counting and reducing mistakes of bolus calculation. It will also assess the performance of the application on patient’s glycaemic control.

Le diabète est une maladie associée à une perturbation du métabolisme glucidique et représentent un problème de santé publique majeur. L'importante majorité des patients présente un diabète de type 2.Les complications les plus courantes sont vasculaires. Chez le diabétique, l'angiogenèse est défectueuse et paradoxale. La microangiopathie qui survient lors du diabète modifie le microenvironnement de la moelle osseuse et entraine egalement des problemes de cicatrisation alors qu'une angiogenèse exacerbé est responsable de pathologie telle que la rétinopathie ou la néphropathie diabétique.Les cellules souches mésenchymateuses (CSMs) sont connues pour leur potentiel de différenciation et de libération de facteurs paracrins, qui sont impliqués dans la régénération tissulaire. Les mécanismes qui associent le microenvironnement et les fonctions des CSMs dans un contexte diabétique restent actuellement méconnus. Le diabète peut modifier les caractéristiques des CSMs et le microenvironnement diabétique peut influencer la fonctionnalité de CSMs transplantées tout autant que leurs effets autocrins et/ou paracrins sur les cellules environnantes. L'étude du potentiel de CSMs diabétiques et du microenvironnement diabétique sur de CSMs pourrait alors avoir d'importantes implications cliniques. L'objectif primaire de cette étude est de caractériser l'impact du diabète sur la fonctionnalité et le potentiel angiogènique de CSMs à l'aide du modèle de rat dit Zucker Diabetic Fatty (ZDF) qui développe spontanément le diabète de type 2 et les complications vasculaire qui l'accompagne. / Diabetes is a disease associated with a bad functioning of glucose metabolism and represents a major health issue. The majority of diabetic are type 2 diabetic patients.Main complications in diabetes are vascular. Diabetic patients have paradoxical angiogenesis pathologies. Microangiopathy which occurs during diabetes modifies the microenvironment of bone marrow and lead to problem of wound healing whereas exacerbate angiogenesis is responsible for pathologies such as diabetic retinopathy or nephropathy.Mesenchymal stem cells (MSCs) are known for their differentiation potential and their release of bioactive mediators which are involved in tissular regeneration. The mechanism associated with microenvironment and functions of MSCs in a diabetic context remain elusive. Diabetes can change the characteristics of MSCs and diabetic microenvironment can lead to modifications in functionality of transplanted MSCs as well as modifying their autocrine/paracrine capacity on surrounding cells. The study of diabetic MSCs potential and the diabetic microenvironment on MSCs could have major clinical implications. The primary objective of this study was to characterize the impact of diabetes on functionality and angiogenic potential of MSCs with the help of a rat model, the Zucker Diabetic Fatty (ZDF) which develop spontaneously diabetes type 2 and the whole vascular complication associated with it.

Il est maintenant bien établi que les niveaux circulants de peptides natriurétiques (PN) sont diminués lors de l'obésité et qu'une faible quantité est associée avec le développement futur d'un diabète de type 2 (DT2). Cependant aucune étude n'a à ce jour démontré un lien causal et mécanistique entre l'activité biologique des PN et le développement du DT2. Le but de cette thèse est d'étudier le rôle des PN au niveau du tissu adipeux et du muscle squelettique dans un contexte d'obésité et de DT2. Nous avons étudié dans un premier volet le lien entre expression et signalisation du système PN dans le tissu adipeux humain et l'insulinosensibilité. Nous avons pu montrer que l'expression du NPRA dans le tissu adipeux humain corrèle négativement avec l'insulinosensibilité et positivement avec l'expression de gènes impliqués dans la régulation du métabolisme glucidique adipocytaire. L'expression du NPRA diminue avec le grade d'obésité, le prédiabète et le diabète de type 2. Nous avons également mis en évidence un nouveau rôle biologique des PN en montrant qu'ils stimulent spécifiquement le transport de glucose dans l'adipocyte humain. Le mécanisme moléculaire implique l'activation de la signalisation d'Akt de manière GMPc-dépendante. Nous avons dans un deuxième volet mis en évidence que l'expression protéique du NPRA musculaire humain corrèle positivement avec la sensibilité à l'insuline systémique et est très diminuée chez les individus obèses. L'expression du récepteur de clairance aux PN (NPRC) est quant à lui plus élevé dans les muscles de sujets DT2. Ces résultats sont retrouvés chez la souris obèse/diabétique. De plus, nous avons montré qu'une perfusion chronique de BNP chez ces souris améliore leur contrôle glycémique ainsi que leur sensibilité à l'insuline. L'amélioration du métabolisme glucidique chez la souris DT2 s'accompagne d'une diminution de l'accumulation d'espèces lipotoxiques et d'une augmentation de la capacité oxydative lipidique musculaire. Ces résultats sont également reproduits sur des cellules musculaires humaines où un traitement chronique aux PN protège partiellement de la lipotoxicité induite par le palmitate. En résumé, cette thèse révèle que l'expression et l'activation du NPRA au niveau des muscles squelettiques et des adipocytes humains déterminent en partie la sensibilité à l'insuline et jouent un rôle clé dans le maintien de l'homéostasie glucidique. / Natriuretic peptides (NP) levels are reduced in obesity and predict the risk of type 2 diabetes (T2D). Since skeletal muscle was recently shown as a key target tissue of NP, we aimed to investigate adipose and muscle NP receptor (NPR) signaling in the context of obesity and T2D. So, we studied control of glucose metabolism in adipocyte. We firstly demonstrated that NPRA expression is positively correlated with de novo lipogenesis gene expression in human adipose tissue. Then, we showed acute NP treatment in human adipocyte increase glucose uptake and oxidation in a p38 MAPK dependent manner. In parallel to this work, we found that muscle NPRA correlated positively with whole-body insulin sensitivity in humans, and was strikingly down-regulated in obese subjects and recovered in response to diet-induced weight loss. In addition, muscle NP clearance receptor (NPRC) increased in individuals with impaired glucose tolerance and T2D. Similar results were found in obese diabetic mice. Although no acute effect of BNP on insulin sensitivity was observed in lean mice, chronic BNP infusion improved blood glucose control and insulin sensitivity in skeletal muscle of obese and diabetic mice. This occurred in parallel of a reduced lipotoxic pressure in skeletal muscle due to an up­regulation of lipid oxidative capacity. In addition, chronic NP treatment in human primary myotubes increased lipid oxidation and reduced palmitate-induced lipotoxicity. Collectively, our data show that activation of NPRA signaling in skeletal muscle is important for the maintenance of long-term insulin sensitivity by decreasing lipotoxic pressure in skeletal muscle and by increasing glucose utilization in adipocytes.

Le profilage métabolomique global de matrices biologiques dans de larges séries d'échantillon est un enjeu majeur. Dans ce contexte, notre travail vise à développer des approches LC-HRMS et outils bioinformatiques pour les analyses métabolomique et lipidomique de larges cohortes. Dans un premier temps, nous avons développé puis évalué la pertinence de 4 méthodes LC-HRMS dans l'annotation du métabolome/lipidome sérique humain. Ainsi, une base de données spectrales a été implémentée à l'aide de spectres MS, MS/MS et les temps de rétention de composés de référence afin d'assurer l'annotation de jeux de données. La combinaison de méthodes RP, HILIC et PFPP-HRMS a permis l'identification de 266 métabolites et 706 espèces lipidiques sériques répartis sur 20 et 24 classes chimiques respectivement dont 27% d'espèces isomères. Ces outils ont été appliqués, dans un second temps, à la stratification de 78 patients diabétiques. Outre le syndrome métabolique marqué (perturbation du métabolisme énergétique), nos analyses ont montré l'impact délétère de facteurs physiologiques confondants -âge et IMC-. Nous en avons évalué l'influence sur une cohorte de 227 salariés du CEA. Les empreintes lipidomiques sont robustes, néanmoins l'impact de l'IMC est marqué pour les lipides neutres. L'effet du genre démontre un catabolisme masculin important. L'effet de l'âge se manifeste par des activités enzymatiques altérées. Ces études combinent une analyse globale métabolomique et lipidomique des mêmes échantillons humains. Elles visent à construire une base de données relationnelle incluant données spectrales et biologiques servant à la caractérisation de biomarqueurs dans le cas d'études cliniques. / Global metabolomic profiling of biological media in large sample sets is a major challenge. In this context, our work aims to develop LC-HRMS approaches and data mining tools for metabolomics and lipidomics analysis of large cohorts. We have first developed and evaluated the reliability of four LC-HRMS methods in the annotation of human serum metabolome and lipidome. Thus, spectral database was implemented using MS spectra, MS/MS and retention times of reference compounds to further ensure datasets annotation. The combination of RP, PFPP and HILIC-HRMS methods allowed identification of 266 metabolites and 706 lipid species in human serum over 20 to 24 chemical classes respectively including 27% of isomeric species. These analytical tools were then applied for the stratification of 78 diabetic patients. Unsurprisingly, we highlighted a metabolic syndrome (energy metabolism disruption), moreover our analyses have shown the deleterious impact of confounding physiological factors on diabetes biomarker discovery –age and BMI-. We finally evaluated their influence on a cohort of 227 CEA employees. Lipidomic fingerprints are robust, however BMI impact is marked for neutral lipids. Gender effect shows significant male catabolism and age altered enzyme activities. These studies combine an overall metabolomics and lipidomics analyses of the same human samples. They aim to build up a relational database including spectral and biological data for biomarker characterization in clinical studies.

L’obésité s’accompagne d’une inflammation chronique du tissu adipeux qui est impliqué dans le développement de la résistance à l’insuline et du diabète de type 2. la sécrétion de cytokines pro-inflammatoires, l’augmentation du LPS circulant et l’hypoxie du tissu adipeux contrôlent la mise en place de cet état inflammatoire. Parmi les gènes induits par l’hypoxie, nous avons étudié l’implication de REDD1, un inhibiteur de mTORC1, dans le développement de l’inflammation in vitro et in vivo. 1. REDD1 est impliqué dans l’activation de l’inflammasome NLRP3 dans des macrophages. L’expression de REDD1 est induite par le LPS dans des macrophages dérivés de moelle osseuse de souris. L’absence de REDD1 inhibe l’activation des MAPKs, de NFκB et de l’inflammasome NLRP3 en réponse au LPS. Bien que REDD1 soit connu pour inhiber l’activité de mTORC1, REDD1 contrôlerait l’activation des voies pro-inflammatoires indépendamment de mTORC1. L’invalidation de REDD1 s’accompagne d’une diminution de la quantité de ROS (reactive oxygen species), associée à une diminution de l’expression de Nox1 et une augmentation de l’expression de GPx3. Dans un modèle de coculture entre des adipocytes et des macrophages, l’absence de REDD1 dans les macrophages inhibe l’établissement de la résistance à l’insuline adipocytaire. 2. Caractérisation métabolique des souris REDD1-/- soumises à un régime riche en graisses. Les souris REDD1-/- ont une légère amélioration de leur tolérance au glucose par rapport aux souris sauvages associée à une diminution de l’expression de marqueurs de l’inflammation du tissu adipeux. / Obesity leads to the development of inflammation within the adipose tissue leading to the establisheent of insulin résistance and type 2 diabetes. Secretion of pro-inflammatory cytokines, increase circulating LPS and adipose tissue hypoxia regulate this inflammation. Among all the genes induced by hypoxia, we have studied the implication of REDD1, a mTORC1 inhibitor, in the development of inflammation in vitro and in vivo. 1. REDD1 is involved in the activation of NLRP3 inflammasome in macrophages. REDD1 expression is induced by LPS in bone marrow derived macrophages. Absence of REDD1 inhibits MAPKs, NFκB and NLRP3 inflammasome activation in response to LPS. Although REDD1 is known to inhibit mTORC1 activity, REDD1 regulates inflammation pathways independently of mTORC1. Absence of REDD1 is followed by a decrease in level of ROS (reactive oxygen species), associated to a decrease Nox1 expression and an upregulation of GPX3 expression. In a coculture cellular model between adipocytes and macrophages, invalidation of REDD1 in macrophages prevents adipocyte insulin résistance. 2. Metabolic characterization of REDD1-/- mice under high fat diet. REDD1-/- mice have better glucose tolerance than wildtype mice associated to a decrease of the expression of pro-inflammatory markers. After high fat diet, REDD1 -/- mice gain less weight than wild-type mice, without improvement of their glucose tolerance or adipose tissue inflammation pattern. In conclusion, REDD1 seems to be implicated in the regulation of inflammation.