Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

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

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Le diabète de type 2 (T2D) est un trouble métabolique de l’homéostasie du glucose. Il est caractérisé par une hyperglycémie chronique qui résulte en partie d’une production excessive de glucose par le foie conséquence au développement d’une résistance à l’insuline. Le T2D est une pathologie multifactorielle à la fois génétique et environnementale. Récemment des études d’associations de gènes (GWAS) dans différentes cohortes ont mis en évidence une forte corrélation entre le locus CDKN2A et le risque de développement du T2D en se basant sur certains paramètres métaboliques tel que la glycémie à jeun. Le locus CDKN2A code pour des protéines régulatrices du cycle cellulaire dont la protéine p16INK4a. p16INK4a est largement décrite dans la littérature pour son rôle suppresseur de tumeurs et comme marqueur de sénescence, cependant son rôle dans le contrôle de l’homéostasie hépatique du glucose n’a jamais été rapporté. Afin de déterminer le rôle de p16INK4a dans le métabolisme hépatique du glucose, nous avons utilisé in vivo des souris sauvages (p16+/+) et déficientes pour p16INK4a (p16-/-) et in vitro des hépatocytes primaires ainsi que la lignée AML12. Nous avons montrés qu’après un jeune, les souris p16-/- présentent une hypoglycémie moins prononcée qui se traduit par une expression hépatique plus élevée de gènes de la néoglucogenèse tels que PEPCK, G6Pase et PGC1a. De plus, les hépatocytes primaires de souris p16-/- présentent une meilleur réponse au glucagon que ceux des p16+/+. Enfin, nous avons montrés que la diminution d’expression de p16INK4a par siRNA dans les AML12 suffit à induire l’expression des gènes de la néoglucogenèse et potentialise la réponse de ces cellules à différents stimuli gluconéogenique. L’effet observé dépend de l’activation de la voie PKA-CREB-PGC1A. L’ensemble de ces données montrent pour la première fois que p16INK4a pourrait jouer un rôle un cours du développement du T2D. / P16INK4a is a tumor suppressor protein well described as a cell cycle regulator. p16INK4a blocks cyclin D/ cyclin dependent kinase (CDK) 4 activity by binding to the catalytic subunit of CDK4, preventing retinoblastoma protein phosphorylation and subsequently the release of the E2F1 transcription factor. As a consequence; the transcription of genes required for progression to the S phase is restrained. Recently, genome-wide association studies (GWAS) associated the CDKN2A locus, encoding, amongst other genes, p16INK4A, with an increased risk of type 2 diabetes (T2D) development. However, the pathophysiological link between p16INK4a and hepatic glucose homeostasis remains unknown. In this context, we investigated the role of p16INK4a in hepatic glucose metabolism in vivo using p16+/+ and p16-/- mice and in vitro using primary hepatocytes and the AML12 hepatocyte cell line.p16-/- mice exhibited a higher response to fasting as shown by an increased hepatic gluconeogenic gene expression including phosphoenolpyruvate carboxykinase (PEPCK), fructose-1,6-biphosphatase (F1,6P) and glucose-6-phosphatase (G6Pase). p16-/- mice displayed an enhanced hepatic gluconeogenic activity in vivo upon administration of pyruvate, a gluconeogenic substrate. Consistent with this, in vitro data show that p16-/- primary hepatocytes display an enhanced gluconeogenic response to glucagon. In addition, knock down of p16INK4a by siRNA in AML12 cells increased gluconeogenic gene expression. These effects were associated with an increased activity of the PKA-CREB signaling pathway which leads to increased PPARg coactivator 1 (PGC1)α expression, a key transcriptional co-activator that regulates genes involved in energy metabolism. These findings describe a new function for p16INK4a as an actor in the hepatic adaptation to metabolic stress and suggest that p16INK4a could play a role during T2D development .

L’hyperéveil peut être défini comme une augmentation de l’activité émotionnelle, cognitive et physiologique interférant avec le désengagement naturel de l’environnement et réduisant la probabilité de sommeil. Il peut être divisé en 3 catégories étroitement liées et impliquées dans le modèle de l’insomnie chronique tant primaire que concomitante à la dépression majeure (l’hyperéveil somatique, l’hyperéveil cognitif et l’hyperéveil cortical) où il est associé à la présence d’un état d’hypervigilance présent tout au long du cycle de 24h. Cependant, l’hyperéveil semble n’être uniquement présent que dans certains sous-types de dépression majeure caractérisés par un pattern polysomnographique similaire à celui de l’insomnie primaire, tant au niveau de la totalité de la nuit que des tiers de nuit. De plus, chez les individus souffrant d’insomnie et déprimés majeurs, ces altérations polysomnographiques compatibles avec le modèle de l’hyperéveil (courte durée de sommeil, efficience réduite du sommeil et fragmentation du sommeil) sont associées à un risque cardio-métabolique accru par l’intermédiaire d’une action combinée des différentes composantes de l’hyperéveil. Enfin, chez les individus déprimés majeurs présentant une insomnie caractérisée par la présence d’altérations polysomnographiques compatibles avec le modèle de l’hyperéveil, il existe des altérations de la neurotransmission caractérisées par la présence d’une organisation small-world moins efficiente du réseau neuronal durant le sommeil paradoxal et delta. En conclusion, dans l’insomnie et la dépression majeure avec insomnie objective, l’hyperéveil semble être un mécanisme physiopathologique fondamental favorisant la survenue de complications cardio-métaboliques et d’altérations de la neurotransmission durant le sommeil ce qui justifie une prise en charge adaptée de ce phénomène afin de permettre une meilleure prévention cardio-métabolique et une meilleure évolution clinique tant sur le plan symptomatologique que sur le plan cognitif chez ces individus. / Doctorat en Sciences médicales (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le diabète de type 2 résulte d’une diminution de la masse fonctionnelle de cellules bêta pancréatiques, possiblement liée à une dédifférenciation cellulaire : les cellules bêta restent présentes, mais leur production d’insuline s’effondre. Ce phénomène, s’il est avéré, ouvrirait la voie à de nouvelles recherches thérapeutiques. Mais s’il est démontré dans certains modèles murins, il n’existe que des arguments très indirects chez l’Humain. Notre objectif est d’apporter de nouveaux arguments pour ce phénomène chez l’humain en modélisant la dédifférenciation de cellules bêta humaines, en utilisant la lignée de cellules bêta pancréatiques humaines EndoC-βH1 et des îlots pancréatiques humains primaires. Nous avons découvert qu’un traitement par FGF2 effondrait la production d'insuline, et des études par RNA-Seq ont révélé un effondrement de plusieurs marqueurs spécifiques de la cellule bêta, incluant INS, MAFB, SLC2A2, SLC30A8 and GCK. Parallèlement, le traitement par FGF2 induisait l'expression de gènes normalement absents d’une cellule bêta, tels les facteurs de transcription MYC, HES1, SOX9 et NEUROG3. La dédifférenciation induite par le FGF2 était temps- et dose-dépendante, et réversible après wash-out. En outre, nous démontrons que la dédifférenciation modifie l’interaction de la cellule bêta avec son environnement : l'expression de TNFRSF11B (ostéoprotégerine), un récepteur tronqué pour RANKL (receptor activator of nuclear factor-kappaB ligand), est induite lors du traitement par FGF2, et les cellules β sont alors protégées contre la signalisation RANKL (TNFSF11) par inhibition de la phosphorylation de P38. Enfin, les analyses des données transcriptomiques ont révélé des niveaux accrus d'ARNm de FGF2 dans les cellules canalaires, endothéliales et stellaires dans les pancréas d’individus diabétiques de type 2, alors que les taux d'ARNm de FGFR1, SOX9 et HES1 sont augmentés dans les îlots pancréatiques d’individus diabétiques de type 2. Nous avons donc développé un modèle de dédifférenciation des cellules bêta humaines induit par le FGF2, identifié de nouveaux marqueurs de dédifférenciation, et trouvé des signes d'augmentation de FGF2, FGFR1 et des marqueurs de dédifférenciation au cours du diabète de type 2. / Clinical and experimental evidences indicate a reduced functional β cell mass in type 2 diabetes. A recent hypothesis implicates β cell dedifferentiation in this reduction of functional β-cell mass. The vast majority of data related to β cell dedifferentiation derive from rodent models, and only indirect evidences are available in human. Our goal was to model human β-cell dedifferentiation using the functional human pancreatic β-cell line, EndoC-βH1, and primary human pancreatic islets. By screening a number of molecules in EndoC-βH1 cells, we found that FGF2 treatment dramatically reduces insulin production and MAFA expression, a β cell specific transcriptional activator. RNASeq of EndoC-βH1 cells treated with FGF2 revealed the down-regulation of additional human β cell specific markers, including INS, MAFB, SLC2A2, SLC30A8 and GCK. In parallel, FGF2 treatment activated the expression of β cell disallowed genes. This is the case for transcription factors such as MYC, HES1, SOX9 and NEUROG3. This is also the case for hormones such as GASTRIN and PYY. Such data were further confirmed by qPCR and immunostaining on primary human islets, attesting that dedifferentiation process occurs in human primary β cells. FGF2-induced dedifferentiation was time- and dose-dependent, and reversible upon wash-out. Furthermore, transcriptomic analysis revealed an increase of TNFRSF11B (osteoprotegerin) expression upon FGF2 treatment. TNFRSF11B is a decoy receptor for the receptor activator of nuclear factor kappa B ligand (RANKL). Our experimental data on EndoC-βH1 demonstrated that FGF2-induced TNFRSF11B protected β cells against TNFSF11 (RANKL) signaling by preventing P38 phosphorylation. Finally, analyses of transcriptomic data revealed increased FGF2 mRNA levels in ductal, endothelial and stellate cells in pancreases from type 2 diabetic patients, whereas FGFR1, SOX9 and HES1 mRNA levels increased in islets from type 2 diabetic patients. In conclusion, we developed a robust model to study β-cell dedifferentiation in a human context. We discovered SOX9, HES1 and MYC as positive markers of human β cell dedifferentiation, demonstrating evidence for dedifferentiation process in human β cell.

Le diabète de type 2 (DT2) progresse dans le monde entier de manière alarmante. Les complications sont graves et les traitements sont souvent inefficaces et donnent beaucoup d'effets indésirables. Le resvératrol (RSV) et la curcumine (Cur), des polyphénols naturels, sont connus pour leurs différentes activités pharmacologiques, y compris antidiabétiques. Les objectifs de cette étude ont été d'évaluer les effets de la combinaison de ces deux polyphénols sur l'amélioration de la tolérance au glucose. Nos résultats montrent que chez des souris soumises à un régime riche en graisse (HFD), le RSV améliore la tolérance au glucose alors que la Cur n'a pas d'effet significatif. De manière surprenante, lorsque les deux polyphénols sont administrés simultanément, la Cur inhibe l'effet du RSV sur l'amélioration de la tolérance au glucose. Pour expliquer cet antagonisme, nous avons évalué l'effet de ces polyphénols associés ou pas sur le métagénome. Nos résultats indiquent que la Cur et le RSV normalisent la flore intestinale altérée par le HFD. Lors d'une association de ces polyphénols, la Cur inhibe aussi l'effet du RSV sur la croissance de certaines espèces bactériennes. Ainsi, la Cur bloque l'effet inhibiteur du RSV sur Alistipes putredinis. Nos données indiquent que ces polyphénols sont en général anti-inflammatoires mais leur association peut être synergique in vitro ou bien, à l'opposé, antagoniste in vivo pour l'expression de certaines cytokines. Afin d'évaluer l'effet physiologique de la modification de la flore intestinale par les polyphénols, nous avons étudié le métabolome. Parallèlement au métagénome, chacun des polyphénols améliore le profil métabolomique altéré par le HFD. Cependant, la Cur s'oppose à l'effet du RSV. Les données de ce travail indiquent que la Cur n'est pas associable au RSV pour améliorer la tolérance au glucose. / Each year, the worldwide impact of type 2 diabetes (T2D) increases significantly. The complications are serious and treatments are often ineffective and provide a lot of side effects. Resveratrol (RSV) and curcumin (Cur) are natural polyphenols known for their different pharmacological activities, including anti-diabetic. The objectives of this study were to evaluate the effects of the combination of these polyphenols on glucose tolerance improvement. Our results show that in animals fed with a high fat diet (HFD), RSV improved glucose tolerance while Cur displayed no significant effect. Surprisingly, when both polyphenols were administered simultaneously, Cur inhibited the effect of RSV on glucose tolerance improvement. To explain this antagonism between both polyphenols on glucose tolerance, we have evaluated the effect of these compounds on the metagenome associated or not. Our results indicate that RSV and Cur normalized gut flora altered by HFD. When Cur and RSV were administrated simultaneously, Cur inhibited the effect of RSV on the growth of some bacterial species. Thus, Cur blocked the inhibitory effect of RSV on Alistipes putredinis. Our data indicate that these polyphenols displayed generally anti-inflammatory effects, but their combination may be either synergistic in vitro or antagonistic in vivo on the expression of some cytokines. To evaluate the physiological effect of the gut flora changes induced by polyphenols, we have drawn a parallel between metagenome and metabolome data. Each of the polyphenols improved by itself the metabolomic profile altered by HFD. However, Cur hindered the effect of RSV. In a whole, this study indicates that combination of Cur with RSV is not successful to further enhance the RSV-induced improvement of glucose tolerance.

L'athérosclérose est un problème de santé publique majeur puisque elle représente aujourd'hui la principale cause de décès dans les pays occidentalisés. Il est donc important de comprendre les mécanismes participant à la progression et aux complications de cette entité anatomoclinique. Nous nous sommes attachés dans ce travail de thèse à démontrer la place et l'apport potentiel de l'imagerie non invasive non expérimentale dans la mise en exergue des particularités de l'athérosclérose carotidienne et/ou coronarienne, et dans la stratégie de dépistage de ses complications chez le sujet non diabétique et diabétique de type 2, en fonction de l'existence ou non d'une stéatose hépatique non alcoolique. Nous présentons notamment dans ce travail, issu en partie de l'exploitation des données cliniques, biologiques et radiologiques de trois protocoles hospitaliers de recherche clinique, les différentes publications scientifiques internationales auxquelles il a donné lieu.

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Résumé: Le diabète mellitus de type 2 (DT2) est caractérisé par la présence d'une résistance à l'insuline (RI) dans la plupart des tissus et d’une diminution de sécrétion d'insuline stimulée par le glucose (SISG). Les données provenant d'études précliniques, tout comme des études expérimentales chez l'humain, supportent la notion qu'une exposition excessive des tissus maigres aux acides gras (AG) peut causer la RI ainsi qu'une diminution de la SISG, un processus généralement nommé lipotoxicité. Cependant, les mécanismes de la surexposition et d'accumulation des AG dans les tissus maigres au cours du développement du DT2 sont encore nébuleux. Les travaux de la présente Thèse ont permis de caractériser les anomalies métaboliques et fonctionnelles cardiaques du rat DT2 nourri avec une diète riche en gras et en fructose (rat HFHFS). Ce modèle présente une dysfonction systolique cardiaque associée à une diminution de l'efficacité énergétique et du captage du glucose dans le myocarde. Utilisant la tomographie par émission de positrons avec un analogue synthétique des AG (le FTHA), nous avons démontré que le captage myocardique des acides gras est normal alors que le captage des acides gras alimentaires (AGA) est fortement augmenté dans ce modèle. Ces travaux ont aussi permis de valider la technique d’administration orale du FTHA afm de mesurer la distribution tissulaire postprandiale des AGA tant chez l'animal que chez l'humain. Cette technique, la seule connue pouvant simultanément quantifier le captage des AGA dans tous les tissus du corps humain, a permis une étude chez des sujets intolérants au glucose (IGT+) démontrant que les AGA sont captés de façon préférentielle par le myocarde de ces sujets au dépend [i.e. aux dépens] d’un captage réduit dans leurs tissus adipeux blanc [i.e. blancs] (WAT). De plus, nous démontrons une relation directe entre l'augmentation du captage des AGA dans le myocarde et une diminution non symptomatique de la fraction d’éjection ventriculaire gauche chez les IGT+, confirmant ainsi chez l’humain la démonstration qui a été faite chez le rat HFHFS d’un rôle potentiel des AGA dans la dysfonction myocardique associée au diabète. Grâce à une étude de suivi des changements d’habitudes de vie avec perte de poids chez les patients IGT+, nous démontrons une amélioration importante et significative de la fonction cardiaque associée à une amélioration de l'efficacité énergétique du coeur et une diminution dramatique du captage cardiaque des AGA. Les travaux de la présente Thèse établissent de nouvelles approches permettant une évaluation de la contribution des AGA à l'exposition excessive des organes maigres aux AG. Nous avons démontré l'importance de ce processus en regard des anomalies myocardiques tant dans un modèle préclinique de DT2 que chez l'humain pré-diabétique. Nos travaux viennent élucider la relation entre la dysfonction des WAT et la lipotoxicité au sein des tissus maigres dans l'évolution du DT2. Ils mettent également en lumière les bénéfices potentiels des changements d'habitudes de vie avec perte de poids à l'égard de ces phénomènes et, ainsi, démontre [i.e. démontrent] un nouveau mécanisme de protection cardiovasculaire et métabolique de la perte de poids. // Abstract: Type 2 diabetes (T2D) is characterized by the presence of insulin resistance (IR) in most tissues and a decreased in insulin secretion stimulated by glucose (SISG). Data from preclinical studies, as well as experimental studies in humans support the notion that excessive exposure of fatty acids (FA) to lean tissue fatty acids can cause IR and a decrease in SISG, a process generally called lipotoxicity. However, the mechanisms of exposure and accumulation of FA in lean tissue during the development of T2D in humans remain unclear. The work of this thesis have characterized the metabolic and functional cardiac abnormalities in A diet induced T2D with a high fat-high fructose diet and received a small dose of streptozotocin (rat HFHFS). This model has a cardiac systolic dysfunction associated with a decrease in energy efficiency and glucose uptake in the myocardium. Using positron emission tomography with a synthetic analogue of FA (the FTIIA), we demonstrated that the myocardial uptake of non-esterified fatty acids was normal, while the uptake of dietary fatty acids (DFA) was greatly increased in this model. This work also validated the technique of oral administration of FTHA to measure postprandial tissue distribution of DFA in both animals and humans. This technique, the only one known that can simultaneously quantify the uptake of DFA in all tissues of the human body has a study in subjects with impaired glucose tolerance (1GT+) showing that the DFA are uptake preferentially by the myocardium of these subjects at the expense of human adipose tissue. In addition, we demonstrate a direct relationship between increased uptake in the myocardium of the DFA and a reduction of asymptomatic left ventricular ejection fraction in IGT+, confirming in humans the demonstration that was made in the rat HFHFS for a potential role of DFA in the myocardial dysfunction associated with diabetes. With a follow-up study of lifestyle changes with weight loss in patients with 1GT+, we demonstrate an important and significant improvement in cardiac function associated with improved energy efficiency of the heart and a dramatic decrease in the myocardial uptake of DFA. The work of this thesis establishes new approaches to assess the contribution of the DFA in excessive exposure to non-adipose tissue to DFA. We have demonstrated the particular importance of this process in relation to the metabolic and functional myocardial abnormalities in both a preclinical model of T2D and a human pre-diabetic state. Our studies are elucidating the relationship between dysfunction of white adipose tissue and lipotoxicity in lean tissue in the development of T2D. They also highlight the potential benefits of lifestyle changes with weight loss in relation to these phenomena, and thus demonstrate a new mechanism for cardiovascular and metabolic protection of the weight loss.