L’homéostasie du glucose est un processus complexe qui a accumulé au cours de l’évolution un grand nombre de boucles de rétrocontrôle interdépendantes. La glycémie physiologique est le produit de cette évolution car elle associe haute entropie (comportement d’allure chaotique) et invariance d’échelle, deux caractéristiques d’une régulation complexe. A l’inverse, les profils de sujets diabétiques de type 1 (DT1) montrent une faible entropie et une perte de l’invariance d’échelle, signes d’une décomplexification. D’une manière générale, nous avons montré que le degré de complexité mesuré par la Sample Entropy (SpEn) est inversement corrélé à la variabilité glycémique, tant chez les sujets sains que DT1. De plus, chez nos sujets sains, la SpEn – et non la variabilité – était négativement corrélée à la résistance à l’insuline estimée par le BMI, le HOMA-IR et le QUICKI, appuyant ainsi l’hypothèse que la décomplexification est un signe précoce de défaillance de la régulation glycémique. En traitant leurs enregistrements du glucose en continu (CGM) par différents filtres basses fréquences, nous avons démontré que la réduction de SpEn associée à la résistance à l’insuline est liée à un appauvrissement des fluctuations glycémiques rapides, cette propriété étant conservée chez les sujets DT1 dont la SpEn garde une corrélation inverse avec le BMI.Nous avons ensuite poursuivi notre étude de la variabilité glycémique chez les patients DT1 en utilisant le diagramme de Poincaré (PCP), une méthode de représentation visuelle des processus dynamiques. Après en avoir validé sa métrique (SD1 et SD2) en montrant sa corrélation avec des indices de variabilité glycémique connus, nous avons introduit un nouveau paramètre issu de la géométrie du PCP :le Shape of Fitting Ellipse (SFE). Nous avons alors montré que le SFE était inversement corrélé aux épisodes hypoglycémiques d’une manière indépendante et complémentaire du LBGI, un marqueur de risque validé de la survenue des hypoglycémies. A l’aide du PCP, nous avons aussi pu montrer que la variabilité glycémique est réduite chez les patients DT1 convertis à la pompe à insuline et que cette réduction concerne à la fois les profils diurnes et nocturnes. Enfin, chez nos patients DT1, nous avons identifié le LBGI comme facteur pronostic indépendant de la fréquence des épisodes hypoglycémiques 6 mois après la mise sous pompe à insuline. Le LBGI a aussi permis d’identifier deux sous-groupes de pronostics inverses :les patients appartenant au 3ème tertile de LBGI ont bénéficié d’une réduction maximale des hypoglycémies, alors que ceux du 1er tertile ont vu la fréquence des hypoglycémies augmenter mais au profit d’une meilleure réduction de la moyenne glycémique. Ces évolutions en miroir peuvent expliquer les résultats contradictoires actuels de la littérature concernant le devenir des hypoglycémies sous pompe.En conclusion, nous avons montré que la décomplexification des profils glycémiques est un marqueur précoce de la défaillance de l’homéostasie du glucose chez les individus non diabétiques. A l’autre extrême, le DT1 est un modèle de dysrégulation du glucose à haute variabilité mais à basse entropie (et donc moins chaotique). Dans ce contexte, nous avons développé un nouveau marqueur de risque d’hypoglycémie (le SFE) et montré que le LBGI prédit l’évolution des épisodes hypoglycémiques des patients DT1 mis sous pompe à insuline. / Doctorat en Sciences médicales (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

The prevalence of type 2 diabetes is increasing dramatically worldwide. Type 2 diabetes is a major health and socio-economic burden. Genetic predisposition and the obesity epidemic, due to sedentary life style and high caloric food intake, are associated with development of type 2 diabetes. Circulating free fatty acids (FFAs), in particular saturated FFAs, are linked with insulin resistance and β cell dysfunction. Following this background we performed RNA sequencing of human pancreatic islets treated with the saturated FFA palmitate to acquire a global image of the islet response to this insult. We identified several stress pathways induced by palmitate with a major induction of the endoplasmic reticulum (ER) stress response. The ER stress response, in particular the PKR-like ER kinase (PERK) branch, has been shown to be induced by saturated FFA. It leads to increased β cell apoptosis both in fluorescence activated cell sorter (FACS) purified rat β cells and human islets. We further clarified the role of this pathway by studying the involvement of the constitutive repressor of eIF2α phosphorylation (CReP) in a monogenic form of diabetes. CReP is a repressor of eukaryotic translation initiation factor 2α (eIF2α) phosphorylation. A direct target of PERK, eIF2α is involved in translational attenuation and induction of apoptosis. We have shown that CReP loss-of-function leads to a new syndrome of young onset diabetes, intellectual disability and microcephaly. The identified R658C mutation abrogated CReP activity leading to increased eIF2α phosphorylation and β cell apoptosis. To further demonstrate the importance of eIF2α dysregulation in β cell demise, we used guanabenz, a chemical inhibitor of growth arrest DNA damage inducible 34 (GADD34). GADD34 is an ER stress-induced repressor of eIF2α phosphorylation. Guanabenz potentiated FFA-mediated ER stress and apoptosis in clonal and primary rat β cells and in human islets through the activation of CCAAT/enhancer binding protein homologous protein (CHOP), downstream of eIF2α. Guanabenz administration in mice impaired glucose tolerance and led to β cell dysfunction. In ex vivo experiments guanabenz also induced β cell dysfunction in mouse and rat islets.In conclusion our data demonstrate that the dysregulation of signaling in the PERK/eIF2α pathway is crucial for β cell demise. Together with previously reported monogenic diabetes caused by loss-of-function mutations in PERK in man and the eIF2αS51A mutation in mice, our findings suggest that a narrow regulation of PERK/eIF2α signaling is central for proper β cell function and survival. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Cette thèse évalue l'hémodynamique artérielle et les marqueurs métaboliques du risque cardio-vasculaire associé dans une population HIV et Pygmée du Cameroun / Doctorat en Sciences médicales (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

ABSTRACTThe prevalence of diabetes is increasing dramatically, incurring a major health and socioeconomic burden. Type 2 diabetes (T2D), the most prevalent form of diabetes, results from a variable combination of insulin resistance and insulin deficiency, secondary to pancreatic β-cell failure. These defects are caused by a complex interplay between genetic and environmental/ lifestyle factors. Among the latter, poor dietary quality is a crucial driver of T2D development. Although adopting healthy dietary habits is considered as a mainstay for T2D prevention, what constitutes a healthy diet remains controversial. Epidemiological studies examining the association of dietary fat quality with T2D incidence have yielded equivocal results and may suffer from confounding. On the other hand, randomized trials assessing the impact of dietary fat saturation on glucose homeostasis have major methodological shortcomings, precluding reliable conclusions. In order to elucidate this question, we compared the effects of palm oil vs olive oil on glucose homeostasis and other relevant metabolic parameters, in a mouse model of high-fat diet-induced obesity. The saturated fatty acid-rich palm oil is the most abundantly used oil worldwide. Olive oil is a staple food of the Mediterranean diet, rich in monounsaturated fatty acids and widely regarded as healthful. In this model, palm oil was not more harmful than olive oil with regard to glucose/insulin homeostasis. However, palm oil was associated with increased visceral adiposity and triglyceridemia compared to olive oil. Circulating and tissue free fatty acid (FFA) concentration and composition are determined by dietary factors, as well as genetic and metabolic factors. There is accumulating evidence indicating that increased FFA levels and/or an unbalanced FFA composition with excess palmitate, induce β-cell dysfunction and apoptosis (lipotoxicity). To characterize the mechanisms underlying lipotoxicity, we combined RNA-sequencing with proteomics of β-cells exposed to palmitate, the most prevalent SFA in humans. This cross-omics study showed that palmitate altered lipid and amino-acid metabolism, and affected amplifying pathways of insulin secretion and exocytosis. Furthermore, palmitate induced stress pathways, including mitochondrial dysfunction, oxidative stress and endoplasmic reticulum (ER) stress. ER stress is triggered when protein folding demand exceeds ER folding capacity. This response aims to restore ER homeostasis but if unresolved, it can become deleterious. Islets from T2D patients display signs of ER stress, pointing to a potentially pathogenic role of the latter.Monogenic and neonatal diabetes are rare forms of diabetes caused by single gene mutations. These forms are of particular interest, as they can serve as ‘human knockout’ models of diabetes. Recent evidence shows that there is overlap in the genetic basis of monogenic diabetes and T2D, suggesting that they may be part of a pathologic continuum. To explore the role of ER stress in diabetes pathogenesis, we studied two different genetic syndromes involving neonatal or early-onset diabetes, caused by mutations in genes related to ER function (DNAJC3 and YIPF5). Using in vitro knockdown models, we showed that ER stress elicited by impaired chaperone function (DNAJC3) or by impaired ER-to-Golgi protein transport (YIFP5) causes β-cell apoptosis. Altogether, our findings support that lipotoxic and genetic ER stress contribute to diabetes pathogenesis. Preventing or modulating ER stress thus holds anti-diabetic therapeutic potential. Future research should focus on defining optimal strategies to restore a balanced FFA profile and enhance ER function, aiming to prevent ER-stress induced β-cell failure. RésuméLa prévalence du diabète progresse constamment, posant un défi sanitaire et socioéconomique majeur. Le diabète de type 2 (DT2), la forme la plus courante de diabète, résulte de la résistance à l’insuline, en association avec un déficit insulinique dû à la défaillance des cellules β pancréatiques. Ces anomalies découlent d’une interaction complexe entre des facteurs génétiques et des facteurs liés au mode de vie. Parmi ces derniers, la qualité du régime alimentaire est un facteur crucial pour le développement du DT2. Bien que le suivi d’un régime alimentaire sain est considéré comme le pilier pour la prévention du DT2, ce qui constitue un régime sain demeure un sujet de controverse.Les études épidémiologiques examinant l’association entre la qualité de la graisse alimentaire et l’incidence du DT2 ont donné des résultats équivoques, affectés éventuellement par des facteurs confondants. En outre, les études randomisées évaluant l’impact du degré de saturation de la graisse alimentaire sur l’homéostasie du glucose comportent des limitations méthodologiques majeures. Afin d’élucider cette question, on a comparé les effets de l’huile de palme aux effets de l’huile d’olive sur l’homéostasie du glucose et d’autres paramètres métaboliques pertinents. Dans ce but, on a utilisé un modèle murin d’obésité induite par un régime riche en graisse. L’huile de palme est riche en acides gras saturés et elle est l’huile la plus utilisée globalement. L’huile d’olive est un aliment phare du régime Méditerranéen, riche en acides gras monoinsaturés et généralement reconnu comme un aliment sain. Dans notre modèle murin, la consommation d’huile de palme n’était pas plus néfaste que celle de l’huile d’olive sur l’homéostasie du glucose, la sensibilité à l’insuline et l’insulinosécrétion. Par contre, l’huile de palme était associée à une adiposité viscérale et une triglycéridémie plus élevée comparée à l’huile d’olive.La concentration et la composition des acides gras libres (AGL) sont déterminées par des facteurs alimentaires, génétiques et métaboliques. Des données abondantes démontrent que la présence des niveaux élevés d’AGL et/ou d’une composition déséquilibrée d’AGL induit la dysfonction et l’apoptose des cellules β (lipotoxicité). Pour caractériser les mécanismes sous-jacents de la lipotoxicité, on a combiné un séquençage ARN à une étude protéomique des cellules β exposées au palmitate, l’AGL saturé le plus courant chez l’homme. Cette étude conjointe a montré que le palmitate altère le métabolisme des lipides et des acides aminés, les voies d’amplification de la sécrétion d’insuline et l’exocytose. Le palmitate induit également des voies de stress cellulaires, telles que la dysfonction mitochondriale, le stress oxydatif et le stress du réticulum endoplasmique (RE). Le stress du RE est activé quand les besoins en sécrétion protéique dépassent les capacités de l’organite. Cette réponse a pour but de rétablir l’homéostasie du RE mais si le stress reste non résolu, ceci peut s’avérer délétère. Des îlots des patients avec un DT2 montrent des signes de stress du RE, évoquant un rôle potentiellement pathogénique de ce dernier.Le diabète monogénique et néonatal sont des formes rares de diabète causées par des mutations d’un seul gène. Ces formes sont particulièrement intéressantes sur le plan physiopathologique car elles représentent des ‘knockout’ humains. Des données récentes montrent que la base génétique du diabète monogénique n’est pas complètement distincte de celle du diabète de type 2 et les deux entités pourraient faire partie d’un continuum. Afin d’explorer le rôle du stress du RE dans la pathogénèse du diabète, on a étudié deux syndromes génétiques entraînant un diabète néonatal ou à début très précoce. Ces syndromes sont causés par des mutations dans des gènes impliqués dans la fonction du RE (DNAJC3 et YIPF5). En silençant ces gènes in vitro, on a montré que le stress du RE, déclenché soit par une dysfonction des chaperones (DNAJC3), soit par un retard du trafic de protéines du RE vers le Golgi (YIPF5), induit l’apoptose des cellules β.Ces résultats suggèrent que le stress du RE génétique et lipotoxique contribuent à la pathogénèse du diabète. La prévention ou modulation du stress du RE présente donc un potentiel thérapeutique anti-diabétique. Des études futures pourraient permettre de définir des stratégies optimales pour rétablir un profil d’AGL équilibré ou renforcer la fonction du RE, en vue de prévenir la défaillance des cellules β. / Doctorat en Sciences médicales (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished