La réaction inflammatoire est un processus étroitement régulé qui assure, en partie, la défense de l'hôte contre les pathogènes. Le neutrophile y joue un rôle crucial puisqu'il participe activement à l'élimination des pathogènes par la phagocytose et la libération de médiateurs antimicrobiens. De plus, le neutrophile produit des médiateurs lipidiques dérivés de l'acide arachidonique (AA) comme le leucotriène (LT) B4, qui recrute et active d'autres leucocytes. Des études ont suggéré que les endocannabinoïdes modulent l'activation des neutrophiles sans toutefois identifier les mécanismes impliqués. Le système des endocannabinoïdes est complexe. L'activation de trois récepteurs induit leurs effets immunomodulateurs. Également, le métabolisme des endocannabinoïdes peut mener à la formation d'autres lipides bioactifs. Ils peuvent être directement transformés ou hydrolyses en AA, qui est le précurseur des éicosanoïdes, une importante famille de médiateurs lipidiques bioactifs. Conséquemment, les travaux effectués dans cette thèse avaient pour but de définir les effets des endocannabinoïdes et de leurs metabolites sur l'activation des neutrophiles. Nous avons déterminé que l'endocannabinoïde 2-arachidonoyl-glycérol (2-AG) active plusieurs fonctions des neutrophiles comme la biosynthèse de LTB4 et la dégranulation. Ces effets ne dépendent pas de l'activation des récepteurs des cannabinoïdes, mais de l'activation du récepteur du LTB4. En effet, nous avons démontré que le neutrophile transforme l'AA provenant du métabolisme du 2-AG en LTB4. Ce dernier active par la suite le neutrophile par une boucle d'amplification autocrine. Afin d'identifier des fonctions susceptibles d'avoir une incidence physiologique, nous avons ensuite investigué les effets du 2-AG sur les fonctions des neutrophiles reliées à la défense de l'hôte. Nous avons démontré que le 2-AG, à des concentrations physiologiques, induit la libération de protéines antimicrobiennes par le neutrophile. Le mécanisme impliqué dans cet effet est similaire à celui rapporté auparavant. Ces travaux contribuent ainsi significativement à augmenter les connaissances concernant le rôle des endocannabinoïdes dans l'activation des neutrophiles. Puisque nous avons identifié des effets survenant à des concentrations physiologiques, nos données pourraient refléter un rôle in vivo des endocannabinoïdes dans la défense de l'hôte.

Mondialement, la prévalence de l’obésité ne cesse d’augmenter et certains traits du comportement alimentaire ont été identifiés comme facteurs de risque de cette condition. En parallèle, l’endocannabinoïdome, un système de signalisation lipidique, a été démontré comme jouant un rôle clé dans la régulation de l’homéostasie énergétique et de la prise alimentaire. Des évidences scientifiques suggèrent que des altérations dans ce système de signalisation sont impliquées dans le développement de l’obésité, mais également dans l’étiologie des troubles du comportement alimentaire. Toutefois, peu d’études relient l’endocannabinoïdome aux comportements alimentaires non pathologiques. L’objectif de ce projet de maitrise vise donc à étudier les associations entre les paramètres de l’endocannabinoïdome et certains comportements alimentaires non pathologiques tels que la restriction cognitive, la désinhibition, la susceptibilité à la faim et l’alimentation intuitive. Pour ce faire, les niveaux plasmatiques des médiateurs de l’endocannabinoïdome appartenant à la famille des N-acyl-éthanolamines et des 2-monoacyl-glycérols ont été mesurés dans une cohorte de 190 participants. Les comportements alimentaires ont été évalués à l’aide du Three-Factor Eating Questionnaire et de l’Intuitive Eating Scale-2. Les résultats de ce projet suggèrent que certains médiateurs de l’endocannabinoïdome dérivés d’acides gras polyinsaturés oméga-3 appartenant à la famille des 2-monoacyl-glycérols sont positivement associés à l’alimentation intuitive. À l’inverse, presque aucune association n’a été observée entre les médiateurs de l’endocannabinoïdome et la restriction cognitive, la désinhibition ainsi que la susceptibilité à la faim. Les résultats de la présente étude suggèrent un rôle potentiel de certains médiateurs de l’endocannabinoïdome dérivés d’acides gras polyinsaturés oméga-3 dans la régulation des comportements alimentaires sains et adaptatifs. / Worldwide, the prevalence of obesity continues to increase, and some eating behavior traits have been identified as risk factors for this condition. In parallel, the endocannabinoidome,a lipid signaling system comprising several mediators, has been shown to play a critical role in the regulation of energy homeostasis and food intake. Scientific evidence suggests that alterations of the endocannabinoidome are implicated in obesity but also in the etiology of eating disorders. However, few studies have linked the endocannabinoidome to non-pathological eating behaviors. The objective of this master's project is therefore to study the associations between parameters of the endocannabinoidome and non-pathological eating behaviours such as cognitive restraint, disinhibition, susceptibility to hunger and intuitive eating. To do this, plasma levels of several endocannabinoidome mediators belonging to the N-acyl-ethanolamine and 2-monoacyl-glycerol families were measured in a cohort of 190 participants. Eating behaviours were assessed using the Three-Factor Eating Questionnaire and the Intuitive Eating Scale-2. The results of this project demonstrate that some endocannabinoidome mediators derived from omega-3 polyunsaturated fatty acids belonging to the 2-monoacyl-glycerol family are positively associated with intuitive eating. Conversely, almost no association was observed between the endocannabinoidome mediators and cognitive restraint, disinhibition and susceptibility to hunger. The results of the present study suggest a potential role of endocannabinoidome mediators derived from omega-3 polyunsaturated fatty acids in the regulation of healthy and adaptive eating behaviors.

Même si l’impact anti-inflammatoire du cannabis et de ses extraits plus ou moins purifiés est bien caractérisé, le rôle des deux principaux endocannabinoïdes (2-arachidonoyl-glycérol et arachidonyl-éthanolamide) dans la régulation de l’inflammation demeure intriguant. En effet, les endocannabinoïdes exercent des effets pro- et anti-inflammatoires qui s’expliquent partiellement par leur métabolisme complexe. Par exemple, le 2 arachidonoyl-glycérol et l’arachidonyl-éthanolamide peuvent être métabolisés par la cyclooxygénase-2 en prostaglandine E2-glycérylester et éthanolamide respectivement, dont les impacts sur les neutrophiles sont inconnus. Puisque les fonctions des neutrophiles sont affectées par la prostaglandine E2, nous voulions tester l’impact de la prostaglandine E2-glycérylester et de la prostaglandine E2 éthanolamide sur les fonctions des neutrophiles. La présente étude montre que contrairement à la prostaglandine E2-éthanolamide, la prostaglandine E2-glycérylester inhibe les fonctions des neutrophiles humains. Cette inhibition est due à l’activation des récepteurs EP2 et EP4 et à l’activation subséquente de la protéine kinase dépendante de l’AMP cyclique. / Even though the anti-inflammatory impact of cannabis and its less or more purified extracts are well characterised, the functions of the main endocannabinoids (2-arachidonoyl-glycerol and arachidonyl-ethanolamide) in the regulation of inflammation are still intriguing. In fact, endocannabinoids exert pro- and anti-inflammatory effects which are, in part, explained by their complex metabolism. For example, 2-arachidonoyl-glycerol and arachidonyl-ethanolamide can both be oxidized by the cyclooxygenase-2 enzyme into prostanglandin E2-glycerylester and –ethanolamide respectively, whose effects on neutrophils are still unknown. Since neutrophils functions are affected by prostaglandin E2, we wanted to test the impacts of prostanglandin E2-glycerolester and prostanglandin E2-ethanolamide on neutrophil functions. The present study shows that, unlike prostanglandin E2-ethanolamide, prostanglandin E2-glycerolester inhibits human neutrophils functions. This inhibition is caused by the activation of EP2 and EP4 receptors and the subsequent activation of cyclic AMP-dependant protein kinase.

Les endocannabinoïdes et leurs congénères, aussi appelés les médiateurs de l’endocannabinoïdome, sont des molécules signalétiques dérivées d’acides gras ayant de nombreux rôles métaboliques, notamment dans le métabolisme énergétique et la prise alimentaire. Ces molécules sont produites dans plusieurs tissus, incluant le cerveau, l’intestin et le tissu adipeux, mais se retrouvent également dans la circulation sanguine. Le mécanisme par lequel les médiateurs de l’endocannabinoïdome se retrouvent en circulation n’est pas encore bien décrit dans la littérature de même que l’impact métabolique de leur présence sur les différents tissus. Notre objectif est donc d’établir la relation entre la composition corporelle, les habitudes alimentaires et les niveaux des médiateurs circulants de l’endocannabinoïdome chez l’humain. Nous avons observé de fortes corrélations entre les mesures de composition corporelle et anthropométriques avec les médiateurs de l’endocannabinoïdome, bien que la direction de la relation ne puisse être établie pour le moment. De plus, notre étude a démontré peu d’associations entre la consommation des différents macronutriments et les médiateurs de l’endocannabinoïdome plasmatique alors que la consommation de certains acides gras était, quant à elle, associée aux médiateurs correspondants, surtout en ce qui concerne la consommation des acides gras oméga-3. Ainsi, ces résultats suggèrent qu’il serait possible de moduler les médiateurs de l’endocannabinoïdome plasmatique avec l’alimentation, particulièrement par la composition en acides gras de la diète, alors que, malgré le lien clair avec la composition corporelle, la direction de la relation reste à éclaircir. / Endocannabinoids and their congeners, also known as endocannabinoidome mediators, are signalling molecules derived from fatty acids with many metabolic roles, including energy metabolism and the regulation of food intake. These molecules are biosynthesized in several tissues, including the brain and intestine, but are also found in circulation. The mechanism by which endocannabinoidome mediators appear in circulation and their metabolic impact on different tissues is not yet well described in the literature. The aim of the study was to establish the interrelation between body composition, dietary habits and circulating endocannabinoidome mediator levels in humans. We have observed strong correlations between parameters of body composition, anthropometric measures and endocannabinoidome mediators, although the direction of the relationship cannot be established. We did not observe strong associations between the consumption of macronutrients and circulating endocannabinoidome mediator levels. We could however observe interesting associations between plasma mediators and habitual intake of their corresponding fatty acid precursors, associations that could be validated in an intervention study. These results suggest that it would be possible to modulate plasma endocannabinoidome mediators with diet, particularly by modulating fatty acid composition. Altogether, these findings are suggestive of associations between plasma endocannabinoidome mediator profiles, body composition and dietary composition but warrant more investigation in order to clarify their relationship.

Thèse en cotutelle : Université Laval, Québec, Canada et Università Studi Cagliari, Cagliari, Italie / Les facteurs environnementaux jouent un rôle clé dans le développement du syndrome métabolique et de l'obésité, qui sont maintenant de véritables épidémies soulevant des problèmes de santé publique. Les excès de graisse corporelle dans l'obésité et la perte de masse grasse et maigre dans les conditions de dénutrition ou d'anorexie mentale sont le résultat d'un déséquilibre énergétique. Par conséquent, le maintien de l'équilibre énergétique est crucial à la fois pour la prévention de l'obésité et pour le traitement de l'anorexie mentale et d'autres formes de dénutrition. Les signaux lipidiques tels que ceux médiés par les médiateurs des endocannabinoidomes sont profondément impliqués dans le contrôle du métabolisme énergétique. Dans cette thèse, au sein de deux projets différents, nous avons étudié comment différents facteurs environnementaux, y compris la restriction calorique, l'activité physique, la supplémentation en vitamine D et les médicaments antipsychotiques, peuvent conduire à une modification du métabolisme énergétique par la modulation de la signalisation des endocannabinoïdomes. Les résultats des travaux expérimentaux montrent comment les différentes conditions étudiées provoquent des changements dans les niveaux tissulaires du médiateur lipidique endocannabinoïdome ainsi que dans l'expression de leurs récepteurs et enzymes métaboliques, ce qui peut contribuer aux changements observés de la masse grasse corporelle et du métabolisme énergétique au sein des modèles. Nous concluons que les conditions étudiées peuvent provoquer des changements dans le bilan énergétique par altération de l'endocannabinoidome. / Environmental factors play a key role in the development of obesity-induced metabolic syndrome and obesity, which are now true epidemics raising public health concerns. Both excess body fat in obesity, and fat and lean mass loss in undernutrition conditions or anorexia nervosa, are the result of energy imbalance. Therefore, maintaining energy balance is crucial for both the prevention of obesity and the treatment of anorexia nervosa and other forms of undernutrition. Lipid signals such as those mediated by endocannabinoidome mediators are deeply involved in the control of energy metabolism. In this thesis, within two different projects, we studied how different environmental factors including calorie restriction, physical activity, vitamin D supplementation and antipsychotic drugs, may lead to energy metabolism modification through modulation of the endocannabinoidome signaling. The results of the experimental work show how the different studied conditions cause changes in the tissue levels of endocannabinoidome lipid mediator as well as in the expression of their receptors and metabolic enzymes, which may contribute to the observed changes in body fat mass and energy metabolism within the models. We conclude that the investigated conditions may cause changes in energy balance through alteration of the endocannabinoidome.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2019-2020 / Les maladies inflammatoires chroniques sont un fardeau de santé important à travers le monde. Les traitements actuellement disponibles soulagent la douleur et l’inflammation, mais leurs effets secondaires rendent leur utilisation à long terme risquée. À la lumière de cette problématique, la communauté scientifique s’intéresse au potentiel d’anti-inflammatoires naturels comme les endocannabinoïdes. Les endocannabinoïdes sont des lipides endogènes qui activent les récepteurs cannabinoïdes (CB1 et CB2). Ils régulent ainsi divers processus physiologiques tels l’appétit, l’adipogénèse et la nociception. Les deux endocannabinoïdes les mieux caractérisés, le 2-AG et l’AEA, peuvent également moduler l’inflammation en activant le récepteur CB2 à la surface des cellules immunitaires. Les souris déficientes pour le récepteur CB2 présentent un phénotype inflammatoire exacerbé, suggérant que ce récepteur est anti-inflammatoire. Cependant, le rôle des endocannabinoïdes dans l’inflammation est beaucoup plus complexe puisqu’ils peuvent être métabolisés en une grande variété de médiateurs lipidiques de l’inflammation. Leur voie de dégradation principale est leur hydrolyse en acide arachidonique (AA), qui sert de précurseur à la biosynthèse d’éicosanoïdes pro-inflammatoires comme le leucotriène B4 et la prostaglandine E2. Ils peuvent également être métabolisés directement par certaines enzymes impliquées dans la synthèse d’éicosanoïdes, pour générer des médiateurs comme les prostaglandines-glycérol (PG-G). Par conséquent, les endocannabinoïdes peuvent générer un profil unique d’effets pro- et anti-inflammatoires. Des stratégies thérapeutiques visant à bloquer l’hydrolyse des endocannabinoïdes pour amplifier leurs effets anti-inflammatoires ont été étudiées, mais une très grande proportion de cette recherche a été effectuée sur des animaux. Les façons dont les endocannabinoïdes sont synthétisés et dégradés par les leucocytes humains, ainsi les effets de leurs métabolites sur les fonctions de ces cellules, sont mal définis. Bien que les résultats obtenus dans des modèles animaux soient prometteurs, ces mécanismes doivent être mieux caractérisés chez l’humain avant qu’il ne soit envisageable de les manipuler afin de traiter les maladies inflammatoires. Le premier objectif de mon doctorat était de caractériser les voies de dégradation et de biosynthèse des endocannabinoïdes chez les leucocytes humains. Nous avons documenté l’expression de toutes les lipases hydrolysant le 2-AG, chez plusieurs types leucocytaires. Ces résultats ont souligné que chaque leucocyte exprime plusieurs 2-AG hydrolases et que les inhibiteurs sélectifs actuellement disponibles n’inhibent que partiellement l’hydrolyse du 2-AG chez ces cellules. Ces données ont également démontré que les leucocytes humains hydrolysent très efficacement le 2-AG, une découverte qui nous a permis de mettre en évidence une nouvelle voie de biosynthèse du 2-AG par les leucocytes. En présence d’inhibiteurs d’hydrolyse, les neutrophiles, éosinophiles et monocytes stimulés avec de l’AA ont produit des quantités de 2-AG environ 1000 fois supérieures aux niveaux rapportés dans la littérature. Ils ont également transformé d’autres acides gras polyinsaturés en leurs endocannabinoïdes-glycérol respectifs. Nous avons démontré que cette voie de biosynthèse est dépendante de la réacylation des acides gras dans les phospholipides membranaires, et que leur métabolisme subséquent en endocannabinoïdes implique possiblement l’acide lysophosphatidique comme intermédiaire. Cette étude est la première à rapporter une biosynthèse significative d’endocannabinoïdes par les leucocytes humains, et à démontrer que cette biosynthèse est indépendante de la voie classique de biosynthèse du 2-AG. Nous avions également pour objectif de caractériser l’impact du 2-AG et des PG-G sur les fonctions des leucocytes humains. Nous avons démontré qu’en présence d’IL-5, une cytokine impliquée dans l’inflammation éosinophilique présente dans l’asthme, le 2-AG induit une migration importante des éosinophiles. Cet effet du 2-AG requiert à la fois l’activation du récepteur CB2 et l’hydrolyse du 2-AG en AA pour produire des métabolites de la 15-lipoxygénase. Ceci souligne que l’hydrolyse du 2-AG permet la production de médiateurs causant des effets pro-inflammatoires et qu’il serait souhaitable de bloquer cette hydrolyse in vivo. Finalement, nous avons étudié l’effet de la PGE2-G sur les fonctions des neutrophiles et démontré qu’elle inhibe plusieurs fonctions effectrices de ces cellules. Cet effet inhibiteur nécessite l’hydrolyse de la PGE2-G en PGE2 par les neutrophiles, et l’activation du récepteur EP2 à leur surface. Nos travaux permettront de mieux comprendre la façon dont l’hydrolyse des endocannabinoïdes devrait être bloquée chez les humains, ainsi que tous les effets biologiques qui en découleront. Le but ultime est de développer de nouveaux traitements contre les maladies inflammatoires chroniques, qui maximiseront les effets analgésiques et anti-inflammatoires des endocannabinoïdes tout en limitant leurs effets néfastes. / Chronic inflammatory diseases are an important health burden worldwide. The currently available treatments alleviate pain and inflammation, but their numerous adverse effects make their long term use difficult. Therefore, the scientific community is studying the anti-inflammatory potential of mediators such as endocannabinoids. Endocannabinoids are endogenous lipids that activate the cannabinoid receptors, namely CB1 and CB2. In doing so, they regulate various physiological functions and cognitive processes functions such as appetite, adipogenesis and nociception. The two best-characterized endocannabinoids, 2-AG and AEA, also exert effects on immune cell functions, leading to the modulation of immunity and inflammation. They do so by activating the CB2 receptor, which is expressed in the periphery, notably on immune cells. Notably, it was shown that mice lacking the CB2 receptor display an exacerbated inflammatory phenotype, suggesting that CB2 activation by endocannabinoids is anti-inflammatory. However, the biological effects of endocannabinoids are far more complex, given that they can be metabolized into a wide variety of bioactive lipids. The main degradation pathway for 2-AG and AEA is their hydrolysis into arachidonic acid (AA), a fatty acid that acts a precursor for the biosynthesis of several pro-inflammatory eicosanoids such as leukotriene B4 and prostaglandin E2. They can also be directly metabolized by eicosanoid-biosynthetic enzymes, which generates mediators such as glyceryl-prostaglandins (PG-Gs). Therefore, endocannabinoids can generate an intriguing profile of pro- and anti-inflammatory effects, depending on the balance between their catabolic pathways and receptor activation. Therapeutic strategies aiming at blocking endocannabinoid hydrolysis to amplify their anti-inflammatory effects have been extensively studied. However, most of these studies were conducted in animals. Endocannabinoid metabolism by human leukocytes, as well as the effects of their metabolites on human leukocytes functions, are poorly defined. Although the data obtained from animal models is promising, these mechanisms must be characterized in humans before they can be manipulated to treat inflammatory diseases. Our first aim was to characterize endocannabinoid biosynthetic and hydrolytic pathways in human leukocytes. We documented the expression of several 2-AG hydrolases in human neutrophils, eosinophils, monocytes, lymphocytes and alveolar macrophages. The data we obtained underscored that each cell type expresses several 2-AG hydrolases, and that the selective inhibitors that are currently available only partially block 2-AG degradation by leukocytes. Our results also show that human leukocytes are experts at hydrolyzing 2-AG, a finding that allowed us to establish a novel 2-AG biosynthetic pathway in human leukocytes. In the presence of 2-AG hydrolysis inhibitors, neutrophils, eosinophils and monocytes stimulated with AA produced 2-AG in amounts ~ 1000 times greater than those previously reported. They also converted other polyunsaturated fatty acids into their glycerol-containing endocannabinoid counterparts. We showed that this endocannabinoid biosynthetic pathway depends on fatty acid reacylation into membrane phospholipids, and that their subsequent metabolism into endocannabinoid likely requires the production of a lysophosphatidic acid intermediate. This study is the first one to report a significant endocannabinoid synthesis by human leukocytes, and to show that this biosynthesis is independent from the classical 2-AG biosynthetic pathway. We also aimed to characterize the impact of 2-AG and PG-Gs on human leukocyte functions. We showed that in the presence of IL-5, a cytokine involved in the eosinophilic inflammation found in asthma, 2-AG induces eosinophil migration. This requires the activation of the CB2 receptor, as well as 2-AG hydrolysis into AA to produce 15-lipoxygenase metabolites. This underscores that 2-AG hydrolysis by eosinophils allows for the synthesis of mediators that have pro-inflammatory effects, and that blocking this hydrolysis in vivo may be beneficial. We also studied the biological effects of PGE2-G and found that it inhibits several effector functions of human neutrophils. This inhibitory effect requires PGE2-G hydrolysis into PGE2 by neutrophils, and the activation of the EP2 receptor on their surface. Our work will allow a better understanding of how endocannabinoid hydrolysis should be blocked in humans, and of the biological effects that will result from this inhibition. The goal is to develop new treatments against chronic inflammatory diseases, which will enhance the analgesic and anti-inflammatory effects of endocannabinoids while limiting their deleterious effects.

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

This thesis represents the culmination of the main project I have undertaken during my master's program. It is important to note that additional data collection and analysis were conducted by intern students under my supervision, which will be integrated into a forthcoming manuscript where I will be credited as the first co-author. Due to space and focus limitations of this thesis, these additional findings have not been included here. / La famille des canaux potassiques à rectification entrante (Kir), exprimée de manière ubiquitaire, repolarise et maintient le gradient de tension à travers les membranes des cellules excitables et non-excitables. Les canaux Kir sont fortement régulés par divers lipides membranaires, tels que les phosphoinositides, les phospholipides anioniques secondaires, le cholestérol, le Coenzyme A (CoA) à longue chaîne et l'acide arachidonique. Kir2.1 est fortement exprimé dans le tissu musculaire strié des cellules cardiaques auriculaires et ventriculaires. Il joue un rôle essentiel dans la régulation du potentiel de membrane au repos et de la contraction des cellules musculaires cardiaques et lisses en générant le courant K+ à rectification entrante (IK1). (IK1). Les mutations de Kir2.1 avec perte de fonction sont à l'origine du syndrome d'Andersen-Tawil (ATS). Par conséquent, l'altération de la fonction de Kir2.1 est un déterminant essentiel au bon fonctionnement du cœur. Les endocannabinoïdes sont une classe spéciale de lipides naturellement exprimés dans une variété de cellules, y compris les cellules cardiaques, neuronales et immunitaires. Le système endocannabinoïde, y compris les récepteurs cannabinoïdes (CBR), agit comme un système de réponse au stress qui s'active. Des études menées chez l'animal et chez l'homme suggèrent que la modulation pharmacologique de ce système pourrait représenter une nouvelle approche thérapeutique. Cependant, ces dernières années, il est devenu clair que si les endocannabinoïdes peuvent déclencher des changements de signalisation en aval par l'intermédiaire des CBR, ils peuvent également interagir directement avec les canaux ioniques indépendamment des CBR pour moduler la fonction cellulaire. Dans cette étude, nous avons utilisé la technique de double électrode en voltage imposé pour examiner les effets d'un panel d'endocannabinoïdes sur la fonction de Kir2.1. Nous avons montré qu'un sous-ensemble d'endocannabinoïdes, mais pas tous, peut réguler la fonction de Kir2.1 à des degrés divers, indépendamment des CBR. Nous avons également démontré que les endocannabinoïdes peuvent également réguler les protéines mutées menant à l'ATS (G144S et V302M). Nous avons également observé que l'effet des endocannabinoïdes n'est pas conservé parmi les membres de la famille Kir, avec des différences observées entre les canaux Kir2.1, Kir4.1 et Kir7.1. Ces résultats pourraient avoir des implications plus larges pour les fonctions des cellules cardiaques, neuronales et immunitaires. Mots clés : Kir2.1, Endocannabinoïdes, LQT7, Rectification entrante, G144S, Kir7.1, Kir4.1 / The ubiquitously expressed family of inward rectifier potassium (Kir) channels repolarizes and maintains the voltage gradient across excitable and non-excitable cell membranes. Kir channels are highly regulated by various membrane lipids, such as phosphoinositides, secondary anionic phospholipids, cholesterol, long chain acyl- Coenzyme A (CoA), and arachidonic acid. Kir2.1 is highly expressed in striated muscle tissue of atrial and ventricular heart cells. It is critically involved in regulating the resting membrane potential and contraction of cardiac and smooth muscle cells through the generation of the current IK1. Loss-of-function mutations in Kir2.1 cause Andersen-Tawil syndrome (ATS). Therefore, altered Kir2.1 function is a critical determinant of proper heart function. Endocannabinoids are a special class of lipids that are naturally expressed in a variety of cells, including cardiac, neuronal, and immune cells. The endocannabinoid system, including cannabinoid receptors (CBRs), acts as a stress response system that is activated. Studies in both animals and humans suggest that pharmacological modulation of this system might represent a novel approach to treatment. However, in recent years, it is becoming clear that while endocannabinoids can trigger downstream signaling changes through CBRs, they can also directly interact with ion channels independently of CBRs to modulate cellular function. In this study, we used the electrophysiology technique called two-electrode-voltage-clamp (TEVC) in combination with mutagenesis studies to examine the effects of a panel of endocannabinoids on the function of Kir2.1. We showed that a subset of endocannabinoids, but not all, can regulate the Kir2.1 function to varying degrees, independent of CBRs. We also demonstrated that endocannabinoids can also regulate mutants linked with ATS (G144S and V302M). We also observed that the effect of endocannabinoids is not conserved among Kir family members, with differences observed between Kir2.1, Kir4.1 and Kir7.1 channels. These findings could have broader implications for cardiac, neuronal, and immune cell functions. Key words: Kir2.1, Endocannabinoids, LQT7, Inward rectification, G144S, Kir7.1, Kir4.1

L'endocannabinoïdome constitue un système biologique de large spectre, un acteur important dans le maintien des fonctions homéostatiques qui sont régulés par la diète et l'activité physique. Le microbiote intestinal réfère à la flore bactérienne résidant dans le tubegastro-intestinal, se modulant au gré des changements alimentaires et des stress physiques. La dynamique entre le microbiote intestinal - ou plus largement, le microbiome intestinal - et l'endocannabinoïdome prodigue des avenues intéressantes quant à la promotion d’un mode de vie sain et actif ainsi qu'à l'optimisation de la performance. Dans le cadre de l'étude pilote "Diet influences immediate endocannabinoidome mediators response to exercise in active women" réalisée auprès de dix femmes de 19-32 ans très actives, la réponse directe de certains membres de l'endocannabinoïdome à la suite d'un effort maximal de course corrobore les données répertoriées à cet effet. En contexte de sept jours d'alimentation méditérranéenne contrôlée, ces mêmes métabolites périphériques ont augmenté plus fortement qu'avec la diète occidentale. L'effet de l’intervention nutritionnelle a été mineur sur les familles microbiennes des participantes de cette cohorte. Dans le cadre de l'étude pilote "Diet influences immediate endocannabinoidome mediatorsresponse to exercise in active women" réalisée auprès de dix femmes de 19-32 ans très actives, la réponse directe de certains membres de l'endocannabinoïdome à la suite d'un effort maximal de course corrobore les données répertoriées à cet effet. En contexte de sept jours d'alimentation méditérrannéenne contrôlée, ces mêmes métabolites périphériques ont augmenté plus fortement qu'avec la diète occidentale. L'effet de l’intervention nutritionnelle a été mineur sur les familles microbiennes des participantes de cette cohorte. L'effet de l'activité physique sur l'endocannabinoïdome et le microbiome intestinal transparaît dans le cerveau. La revue de la littérature "Neurobiological processes induced byaerobic exercise through the endocannabinoidome" vise justement l'approfondissement des mécanismes endocannabinoïdes inhérents à la cognition, l'humeur, la neuroinflammation et la douleur en relation avec l'exercice physique. L'exacerbation ou le contrôle de conditions neuropsychologiques à travers les processus de l'endocannabinoïdome et autres médiateurs neuroactifs adjacents est aussi abordé. Ces manuscrits s'inscrivent dans une lignée limitée d'études adressant la synergie de l'endocannabinoïdome et du microbiome intestinal dans la santé métabolique et mentale et par extension, dans la performance. Ce mémoire rassemble les études à ce sujet en plus de suggérer des moyens d'ajuster plus judicieusement l'activité physique et la diète en respect de l'axe microbiome intestinal-endocannabinoïdome. / The endocannabinoidome is a broad-spectrum biological system, an important actor in the maintenance of homeostatic functions that are regulated by diet and physical activity. The gut microbiota refers to the bacterial flora residing in the gastrointestinal tract, modulated with dietary changes and physical stress. The dynamics between the gut microbiota - or more broadly, the gut microbiome - and the endocannabinoidome offer interesting paths in the promotion of a healthy and active lifestyle as well as in the optimization of performance. As part of the pilot study "Diet influences the immediate response of endocannabinoid mediators to exercise in active women" carried out with ten very active women of 19-32 years of age, the direct response of some members of the endocannabinoidome as a result of maximum course effort corroborates prior data in the domain. In the context of a seven-day controlled Mediterranean diet, these same metabolites increased more strongly than with the Western diet. The effect of the nutritional intervention was minor on the microbial families of the participants of this cohort. The effect of physical activity on the endocannabinoidome and the gut microbiome is reflected in the brain. The literature review "Neurobiological processes induced by aerobic exercise through endocannabinoidome" aimed to deepen the endocannabinoid mechanisms inherent in cognition, mood, neuroinflammation and pain relatively to physical exercise. The exacerbation or control of neuropsychological conditions through the processes of endocannabinoidome and other adjacent neuroactive mediators was also discussed. These manuscripts are part of a limited line of studies addressing the synergy of the endocannabinoidome and gut microbiome in metabolic and mental health and by extension, in performance. This thesis brings together studies on this subject in addition to suggesting more ways to judiciously adjust physical activity and diet while respecting the gut microbiome-endocannabinoidome axis.

Le système endocannabinoïde (eCB) est présent dans le système nerveux central (SNC) de mammifères, incluant la rétine, et est responsable de la régulation de nombreux processus physiologiques. Bien que la présence du récepteur cannabinoïde de type 1 (CB1R) a bien été documenté dans la rétine de rongeurs et primates, il y a encore une controverse quant à la présence du récepteur cannabinoïde de type 2 (CB2R) au niveau du SNC. En utilisant la microscopie confocale, nous sommes les premiers à signaler les patrons d’expression du CB2R dans la rétine de singe. Nos résultats démontrent que le CB2R est exprimé exclusivement dans les cellules de Müller de la rétine du singe. En outre, nous avons comparé les différents patrons d’expression du système eCB dans la rétine de la souris, du toupaye, ainsi que du singe vervet et macaque. Nous rapportons que les distributions de CB1R, FAAH (fatty acid amid hydrolase), MAGL (monoacylglycerol lipase) et DAGLα (diacylglycerol lipase alpha) sont hautement conservées parmi ces espèces alors que CB2R et NAPE-PLD (N-acyl phosphatidylethanolamine phospholipase D) présentent différents profils d'expression. CB2R n'a pas été détecté dans les cellules neuronales de la rétine des primates. L’immunoréactivité de NAPE-PLD est présente dans les couches de la rétine de souris et toupayes, mais a été limitée à la couche des photorécepteurs des singes vervet et macaque. Pour étudier les corrélats neuronaux et le rôle de la signalisation du système eCB dans la rétine, nous avons établi un protocole standard pour l'électrorétinographie (ERG), puis enregistré la réponse ERG de la rétine après le blocage des récepteurs avec des antagonistes spécifiques pour CB1R (AM251) et CB2R (AM630). Comparé au témoin, dans des conditions photopiques, et à certaines intensités faibles du stimulus, le blocage de CB1R diminue l'amplitude de l'onde-b, alors qu’à des intensités plus élevées, le blocage de CB2R augmente l'amplitude des deux-ondes a et b. De plus, le blocage des récepteurs cannabinoïdes provoque une augmentation de la latence des deux ondes a et b. Dans des conditions d’adaptation à l'obscurité, le blocage de CB1R et CB2R réduit l’amplitudes de l'onde a seulement à des intensités plus élevées et réduit l’onde b à intensités plus faibles. Des augmentations significatives de latence ont été observées dans les deux cas. Ces résultats indiquent que les récepteurs CB1 et CB2 chez les primates non humains sont impliqués dans la fonction rétinienne conditions photopiques. En outre, nous avons évalué le profil d'expression du CB1R, de FAAH et de NAPE-PLD au-delà de la rétine dans le corps géniculé latéral des singes et nous rapportons pour la première fois que CB1R et FAAH sont exprimés davantage dans les couches magnocellulaires. La NAPE-PLD a été localisée à travers les couches magno- et parvocellulaires. Aucune de ces composantes n’est exprimée dans les couches koniocellulaires. Ces résultats nous aident à mieux comprendre les effets des cannabinoïdes sur le système visuel qui pourraient nous mener à trouver éventuellement de nouvelles cibles thérapeutiques. / The endocannabinoid (eCB) system is present in the mammalian central nervous system, including the retina, and is responsible for the regulation of many physiological processes. Anatomical and functional data collected in the retina indicate that cannabinoid receptors are important mediators of retinal function. Although the presence of the cannabinoid receptor type 1 (CB1R) has been documented in the rodent and primate retina, there is still some controversy regarding the presence of the CB2 receptor (CB2R) within the central nervous system. By using confocal microscopy, we are the first to report the distribution patterns of CB2R in the monkey retina. Our results show that CB2R is expressed exclusively in the Müller cells of the primate retina. Furthermore, we compared the eCB system distribution patterns in the retinas of mice, tree shrews, and vervet and macaque monkeys. We report that CB1R, FAAH, MAGL, and DAGLα distributions are highly conserved among these 3 species whereas CB2R and NAPE-PLD exhibit different expression patterns. CB2R was not detected in the neuroretinal cells of primates. NAPE-PLD immunoreactivity was present in the retinal layers of mice and tree shrews but was restricted to the photoreceptor layer in both species of primates studied. To study the neural correlates and the role of eCB signaling in the retina, we first established a standard protocol for electroretinography (ERG) and then recorded the ERG response of the retina after blocking receptors with specific antagonists for CB1R (AM251) and CB2R (AM630). Compare to control, in photopic conditions, at certain low flash intensities, only the blockade of CB1R decreases the amplitude of the a-wave and b-wave, while at some high flash intensities, blockade of CB2R increase the amplitude of both a- and b-waves. Also the blockade of the cannabinoid receptors causes an increase in the latency of both a- and b-waves. In dark-adapted eyes, blockade of the CB1R and CB2R reduces the a-wave only amplitudes in the higher intensities and decrease the b-wave in lower intensities. Some significant increases in latency were observed in both cases. These results indicate that CB1 and CB2 receptors in primates are involved in retinal function under photopic and scotopic conditions. In addition, we assessed the expression pattern of eCB components CB1R, FAAH, and NAPE-PLD beyond the retina in the dorsal lateral geniculate nucleus (dLGN) of primates and report for the first time that while CB1R and FAAH are more abundantly expressed in the magnocellular layer, NAPE-PLD is distributed throughout both the magno- and parvocellular layers. None of these components are expressed in the koniocellular layer. These findings augment our understanding of the effects of cannabinoids on the visual system and may lead to novel therapeutics targeted to eCB signaling.