I. DESCRIPTION DE PROJET DE RECHERCHE<p><p>Le canal sodium épithélial bloquable par l’amiloride (ENaC) est une protéine intégrale de la membrane apicale des épithéliums impliqués dans l’absorption du sodium. Deux fonctions majeures sont directement liées au fonctionnement d’ENaC. D’une part, la régulation de la balance sodée par le rein et donc de la pression artérielle et d’autre part, la clairance du fluide alvéolaire pulmonaire.<p>Le transport vectoriel de sel et d’eau à travers ces épithéliums à jonctions serrées repose sur un transport actif de sodium entraînant un flux osmotique d’eau. Ce transport de sodium s’effectue en deux étapes: l’entrée apicale, par diffusion, facilitée via ENaC, et la sortie basolatérale, active, par les pompes Na+/K+ ATPases.<p><p>Ces dernières années, un intérêt grandissant est porté sur les acides gras polyinsaturés à longues chaînes de type oméga 3 (PUFAs) et leurs implications dans divers processus physiologiques. Entre autres effets, les PUFAs modulent différents types de canaux ioniques (canaux Na+ dépendant du voltage, Ca++ L-type, K+).<p>Les études in vivo impliquant un effet à long terme des PUFAs décrivent des mécanismes inhibiteurs. Cependant, lors d’une étude précédente, axée sur la composition lipidique des membranes de cellules rénales en culture et l’influence de l’ajout d’acides gras saturés et insaturés sur le transport du sodium, nous avons constaté que les acides gras polyinsaturés à longues chaînes de type oméga 3 augmentaient la réabsorption du sodium. Ces résultats pourraient être intéressants, car les canaux sodiques de l’épithélium alvéolaire sont en contact direct avec le surfactant, dont la composition lipidique varie en fonction de l’apport alimentaire en PUFAs. Chez les prématurés humains, le syndrome de détresse respiratoire est une des causes les plus fréquentes de mortalité. Dans un certain nombre de cas, on peut restaurer une fonction pulmonaire satisfaisante par l’administration de surfactant.<p><p>Dans ce travail, nous avons opté pour une approche fondamentale des mécanismes de régulation du canal sodium épithélial par l’acide eicosapentanoïque (EPA, C 20:5, n-3). Des études électrophysiologiques, biochimiques et d’imagerie cellulaire ont été réalisées sur la lignée cellulaire A6 de rein d’amphibien, qui sert d’épithélium modèle pour l’étude d’ENaC depuis plus de 25 ans. Cette lignée exprime des canaux sodiques très sélectifs et possède des propriétés électrophysiologiques facilitant l’étude de leur régulation.<p><p>Ce travail nous a permis de mettre en évidence de nouveaux mécanismes fondamentaux dont la pertinence physiologique et /ou clinique ne pourra être établie qu’en transposant cette étude sur un modèle in vivo, comme nous le proposons dans les perspectives.<p><p>Dans le présent travail, nous avons étudié :<p><p>1.\ / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Résumé : La résistance à l’insuline est un facteur de risque important pour le développement du diabète de type 2. Un désordre au niveau du métabolisme postprandial, qui se manifeste par une diminution relative du stockage des acides gras (AG) dans les tissus adipeux, mène à un débordement plasmatique des AG et à leur canalisation dans les tissus maigres tels que le cœur, le foie et les muscles squelettiques sous forme de dépôts ectopiques. Ce phénomène, connu sous le nom de lipotoxicité, se développe dans un contexte de balance énergétique positive chronique favorisée par la consommation alimentaire excessive ainsi que la sédentarité et peut varier entre les hommes et les femmes. Plusieurs études démontrent que le changement des habitudes de vie peut corriger ces désordres métaboliques. Notre laboratoire a développé une méthode unique pour étudier le métabolisme des AG de façon non invasive à l’aide d’un traceur radioactif, l’acide 14(R,S)-fluoro-6-thia-heptadécanoïque ([indice supérieur 18]F-FTHA), un analogue des acides gras à longue chaines utilisé en tomographie par émission de positrons. Nos études antérieures ont démontré que chez les sujets intolérants au glucose (IG+) on observe des niveaux de captage des AG dans le myocarde plus élevés associés à une fraction d’éjection du ventricule gauche ainsi qu’un volume d'éjection systolique diminués. À la suite d’une intervention d’un an axée sur les habitudes de vie des sujets IG+, on note une diminution du captage des AG dans le myocarde ainsi qu’une amélioration des paramètres de la fonction cardiaque. Cependant, chez des sujets IG+ ayant suivi une restriction calorique d’une semaine sans modifications de leur niveau d’activité physique, nous avons observé une augmentation du captage des AG dans le myocarde en parallèle avec une diminution de la fraction d’éjection du ventricule gauche. La restriction calorique, l’activité physique et la perte de poids influencent le métabolisme des substrats énergétiques et la fonction cardiaque chez les IG+, mais le sexe biologique est aussi un facteur important qui agit sur ces derniers. Le captage élevé des AG par le cœur chez les hommes est expliqué par des niveaux de chylomicrons plus élevés alors que chez les femmes il est associé à l’obésité. Bien que nos études ne nous ont pas permis de faire un lien entre les habitudes de vie des sujets IG+ et les anomalies métaboliques observées en période postprandiale chez ces sujets ni d’identifier quels changements dans leurs habitudes de vie ont contribué aux améliorations métaboliques dans le myocarde, elles nous ont amenées à redéfinir nos outils méthodologiques pour mieux étudier les habitudes de vie et de prendre en considération les différences entre les hommes et les femmes dans nos études futures. / Abstract : Insulin resistance is a major risk factor for the development of type 2 diabetes. Abnormalities in postprandial metabolism, which are characterized by a relative decrease in fatty acid storage capacity in adipose tissue leading to fatty acid spillover into the systemic circulation, give rise to ectopic fat deposition in non adipose tissues such as the heart, the liver and skeletal muscles. This phenomenon, commonly referred to as lipotoxicity, arises within the context of a chronic positive energy balance which is the direct result of excessive food consumption together with decreased energy expenditure and may be different in men and women. Many studies have shown, however, that metabolic abnormalities are reversible with changes in lifestyle habits. Our laboratory has developed a unique non-invasive method to study dietary fatty acid (DFA) metabolism using a radioactive tracer, 14(R,S)-[[superscript 18]F]-fluoro-6-thia-heptadecanoic acid ([superscript 18]F-FTHA), a long-chain fatty acid analogue, in combination with positron emission tomography. Our previous work demonstrated that patients with impaired glucose tolerance (IGT+) display an increase in myocardial DFA partitioning associated with a decreased left ventricular ejection fraction and stroke volume. Following a one-year lifestyle intervention regimen in IGT+ subjects, a reduction in myocardial DFA uptake as well as an improvement in cardiac function parameters was observed. However, IGT+ subjects who participated in a short-term caloric restriction while maintaining their usual level of physical activity, experienced an increase in myocardial DFA partitioning in parralel with a decreased left ventricular ejection fraction. Caloric restriction, physical activity and weight loss all have an impact on energy substrate metabolism and cardiac function in IGT+ patients, but gender is a major determinant as well. Increased myocardial DFA uptake in men is driven largely by elevated circulating chylomicron-TG levels whereas in women it appears to be associated with obesity. Although it was not possible for us to establish a link between IGT+ patients’ lifestyle habits and the postprandial metabolic abnormalities that they display nor to identify which lifestyle changes contributed to the metabolic improvements in the heart observed after the intervention, our studies helped redefine our methodological tools for assessing lifestyle parameters and underlined the importance of considering gender differences in our future studies.

Le diabète de type-2 et le syndrome métabolique sont associés à une augmentation du stress oxydant et du risque cardiovasculaire. L'hyperactivation plaquettaire et les dyslipoprotéinémies sont deux causes majeures de l'athérothrombose. Nous avons montré que des lipoprotéines de basse densité (LDL) issues du plasma de diabétiques de type-2 activent les plaquettes sanguines. L'objectif principal de notre étude a été d'établir le profil en lipides et peroxydes lipidiques de LDL provenant de volontaires ayant un syndrome métabolique (SM), un diabète de type-1 (DT-1) ou de type-2 (DT-2), comparativement à celui de volontaires sains (V). Un autre objectif a été de déterminer leur impact sur l'activation plaquettaire. Seules les LDL des groupes SM et DT-2 ont des anomalies lipidiques telles que : augmentation des triacylglycérols, diminution des esters de cholestérol et de l'acide linoléique. Les LDL des groupes SM, DT-1 et DT-2 présentent un stress oxydant, démontré par l'augmentation des produits de peroxydation lipidique comme les acides gras hydroxylés et le dialdéhyde malonique, ainsi que par la diminution des plasmalogènes (sous-classe de phospholipides à éthanolamine). Comparativement aux plaquettes incubées avec les LDL de V, les plaquettes incubées avec les LDL des autres groupes sont activées comme le montre une exacerbation de la cascade de l'acide arachidonique (p38 MAPK, phospholipase A2 cytosolique, thromboxane A2). Ainsi, dans les états pré-diabétique et diabétique de type-2, les LDL subissent des modifications lipidiques et oxydatives, puis activent les plaquettes. Nos résultats suggèrent que les peroxydes lipidiques des LDL induisent l'hyperactivation plaquettaire.

Les acides dicarboxyliques (DCA) sont des composés de base pour la production de polymères, plastiques, lubrifiants, antibiotiques et parfums. Bien que de grand intérêt, les DCA qui comportent une chaîne aliphatique supérieure à douze atomes de carbone sont difficilement synthétisables par la voie chimique. L'objet de cette étude est de développer un procédé biotechnologique pour produire ces composés par bioconversion de matières premières renouvelables (huile de tournesol oléique) via la levure Yarrowia lipolytica. <br />Chez les souches sauvages, les acides gras sont principalement dégradés par la voie de la Β-oxydation. Nous avons bloqué la première étape de la Β-oxydation par disruption séquentielle des six gènes codant les acyl-CoA oxydases permettant ainsi de réorienter le flux d'acides gras vers l'ω-oxydation qui conduit à la production de DCA. L'amélioration de la production des DCA a été obtenue par l'augmentation de l'activité d'hydroxylation, impliquée dans l'ω-oxydation, en surexprimant les gènes codant la NADPH cytochrome P450 réductase et les 12 cytochromes P450. Néanmoins, la moitié du substrat s'accumule dans les corps lipidiques. Ce stockage a été réduit, par disruption de gènes, entraînant ainsi une augmentation du rendement de bioconversion.<br />Enfin, l'étude de mutants d'insertion a révélé l'implication de 5 ABC transporteurs PDR qui confèrent la résistance aux drogues. L'étude fonctionnelle de cette famille a démontré que le transporteur Abc1p serait un exporteur membranaire spécifique des alcanes à longue chaîne carbonée, constituant le premier ABC transporteur PDR responsable de l'export de molécules physiologiques. <br /> Ces travaux ont permis de développer une souche améliorée de Y. lipolytica pour la production de DCA à partir d'huiles végétales.

The loss of ecosystem resilience and rangeland (often referred to as veld in South Africa) productivity is a major problem in the semi-arid Savanna environments of southern Africa. The over-utilization of rangelands in the Molopo region of the North- West Province in South Africa has resulted in profound habitat transformations. A common regional indicator of rangeland degradation is the imbalance in the grasswoody ratio, characterized by a loss of grass cover and density with increased shrub or tree density. This can result in major reductions of rangeland productivity for the grazing animal, forcing land users to apply active or passive restoration actions to improve rangeland condition, control the thickening of woody species (bush thickening), mitigate economic losses and restoring the aesthetical value of the Savanna environment for ecotourism and game hunting aspects. This study formed part of the multinational EU-funded PRACTICE project (“Prevention and restoration actions to combat desertification: an integrated assessment”). The first aim of the study was to evaluate locally applied restoration actions using a participatory approach, followed by interviews with certain stakeholders that formed part of a multi-stakeholder platform (MSP) related to the livestock and game farming community in the Molopo. Participants of the MSP ranked indicators according to their relative importance regarding the restoration actions on an individual basis. The individual ranking results were combined with quantitative bio-physical and qualitative socio-economic measurements for each indicator in a multi-criteria decision analysis (MCDA), whereby the alternative actions were ranked according to their relevancy and performance. The results were then shared with members of the MSP in order to stimulate discussion among the members and contribute to the social learning of the project outcome. The overall positive response and acceptance of results by members of the MSP changed the perceptions and objectives of the land users regarding rangeland management. This type of participatory assessment was therefore found to be very promising in helping to identify more sustainable actions to mitigate rangeland degradation in the Molopo Savanna region. There is, however, still an urgent need to create legal policy frameworks and institution-building, to support local-level implementation in all socio-ecological and economic settings, particularly in communal areas. The second aim was to evaluate the effect of two chemical bush control actions (chemical hand- (HC) and aeroplane control (AC)) as well as rotational grazing (RGM) on the Molopo Savanna vegetation. Results show that rangeland productivity, i.e. forage production and grazing capacity, was found to be negatively related to the woody phytomass in the savanna system studied. Bush thickening influenced grass species composition which was commonly associated with a decline in the abundance of sub-climax to climax grasses, respectively. All three actions (HC, AC & RGM) significantly reduced the woody phytomass and increased forage production and grazing capacity. Although AC resulted in the highest reduction of woody phytomass, the highest forage production and grazing capacity was found under RGM. The second highest grazing capacity was found in HC sites, which was due to a high abundance of perennial, palatable climax grass species. Results from this study also show that the patterns and compositions of grass species, grass functional groups (GFGs) and woody densities indicated by RGM and chemical HC, best resemble a productive and stable savanna system that provides important key resources to support both grazing and browsing herbivores. / MSc (Environmental Sciences), North-West University, Potchefstroom Campus, 2014

Le potentiel d’action cardiaque est un phénomène électrique finement régulé par des modifications du voltage membranaire engendré par l’ouverture de différents canaux ioniques (sodium, calcium, chlore et potassium) présents à la surface des cardiomyocytes. Les transferts d’ions, de part et d’autre de la membrane via ces canaux, génèrent des courants pouvant être mesurés par la technique de patch clamp. L’activité électrique cardiaque est donc la résultante d’un équilibre de différents flux d’ions qui peut également être modulé par les systèmes sympathique et parasympathique afin de permettre l’adaptation du rythme cardiaque. Le courant sodique (I[indice inférieur Na]) est responsable de l’initiation des potentiels d’action (PA) et module sa durée. Il joue donc un rôle prépondérant dans l’excitabilité cardiaque et la conduction de l’influx électrique. De par ce fait, une modification des propriétés biophysiques d’I[indice inférieur Na] lors de conditions physiopathologiques peut engendrer des troubles du rythme. I[indice inférieur Na] est divisé en phases rapide (I[indice inférieur Na] pic) et soutenue (I[indice inférieur NaL]) qui interviennent respectivement dans l’excitabilité et la durée d’un PA (phase de plateau). De plus, notre laboratoire a démontré que les canaux sodiques de types cardiaque ([indice inférieur Na]V1.5) et neuronaux (n[indice inférieur Na]Vs) contribuent à I[indice inférieur Na]. Chacun se différencie par leurs propriétés biophysiques, leurs contributions à I[indice inférieur Na] (pic et soutenu) ainsi qu’à leurs sensibilités à la tétrodotoxine (TTX). Nous avons étudié les effets précoces d’un diabète de type II, de l’exposition in-utero à la nicotine des nouveau-nés, de l’épilepsie et de l’ischémie sur les propriétés biophysiques du courant sodique cardiaque I[indice inférieur Na] responsable de l’impulsion électrique menant au battement cardiaque. Ces pathologies ont comme point commun l’apparition de troubles du rythme cardiaque tels que des bradycardies, des troubles de conduction menant parfois à des blocs auriculo-ventriculaires (BAV), des insuffisances cardiaques ou encore des problèmes d’excitabilité pouvant tous être reliés au courant sodique. Nos résultats montrent que toutes ces conditions physiopathologiques altèrent les propriétés du courant sodique en augmentant l’amplitude du courant I[indice inférieur Na] (diabète, exposition in-utero à la nicotine, épilepsie), l’excitabilité (diabètes, exposition in-utero à la nicotine, épilepsie) ou en augmentant le taux de participation des nNaVs à I[indice inférieur NaL] (épilepsie, ischémie). Nos données concordent avec la littérature et les observations cliniques et permettent d’expliquer en partie l’apparition de ces anomalies de troubles du rythme survenant chez les personnes atteintes de ces pathologies.

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

L'acide docosahexaénoïque (DHA, C22 :6 w3), l'acide icosapentaénoïque (EPA, C20 : 5, w3) et l'acide adrénique (AdA, C22 :4 w6) sont présents en quantités importantes dans les membranes neuronales. Lors d'un stress oxydant, l'oxydation radicalaire de ces acides gras polyinsaturés conduit à la formation de métabolites nommés neuroprostanes (NeuroPs). Souhaitant avoir accès à de nouveaux biomarqueurs du stress oxydant neuronal, nous sommes intéréssés à la synthèse de NeuroPs de type F, issues du DHA, de l'EPA et de l'AdA. / Docosahexaenoïc acid (DHA, C22 :6 w3), eicosapentaenoïc acid (EPA, C20 : 5, w3) and adrenic acid (AdA, C22 :4 w6) are the major polyunstaurated acids in neuronal membrane. During an oxidative stress, their lipidic peroxidation led to oxygenated metabolites called neuroprostanes (NeuroPs). In order to access to new neuronal oxidtive stress biomarkers, we were interested in the syntheses of F-type NeuroPs derived from DHA, EPA and AdA.

Le présent travail de thèse porte sur l’étude de l’impact de la texturation par DIC (Détente Instantanée Contrôlée) sur les deux opérations d’extraction d’huile et de transestérification in-situ appliquées aux graines de colza et fèves de Jatropha Curcas. Une analyse fondamentale a prouvé l’importance de la diffusion du solvant ou réactif dans la matrice solide, et permis d’identifier les processus d’intensification au travers des trois caractéristiques physiques de diffusivité effective, d’accessibilité initiale et de rendement d’extraction ; ainsi que la cinétique de transestérification in-situ et le rendement d’ester méthylique d’acides gras. Une étude phénoménologique a permis de déterminer les diverses valeurs de ces caractéristiques en fonction des paramètres opératoires DIC (pression de vapeur d’eau saturée P et temps de traitement t).Dans le cas d’extraction, la diffusivité effective (Deff) de produits traités par DIC peut atteindre 8,01 10-12 m2/s contre 0,715 10-12 m2/s pour le colza non traité et 5,90 10-12 m2/s contre 2,42 10-12 m2/s pour le jatropha non traité. Le taux d’accessibilité initiale de produits traités par DIC peut atteindre 80,53% contre 26,71% pour le colza non traité et 92,58% contre 75,91% pour le jatropha non traité. Au plan du rendement, la DIC a pu impliquer un rendement de 153% pour le colza et 112% pour le jatropha.Dans le cas de la transestérification in-situ, les rendements d’esters méthyliques d’acides gras totaux (FAME total) obtenus pour les produits traités par DIC sont systématiquement supérieurs à ceux de la matière première non traitée par DIC pour les deux cas de colza et de jatropha. Le temps de réaction a été réduit à 30 - 45 minutes contre 120 minutes pour le produit non traité par DIC (cas de colza) et à 15 minutes au lieu de 60 minutes pour le produit non traité par DIC (cas de fèves de jatropha). / The present work has concerned the impact of Instant - Controlled Pressure Drop (DIC) texturing on both operations of oil extraction and in-situ transesterification, carried out with the rapeseed and the kernels of Jatropha Curcas. A fundamental analysis proved the importance of the reactive or solvent diffusion within the solid matrix. By texturing the natural product, the whole operation can be intensified. The process is revealed through three characteristics, which are the effective diffusivity, the starting accessibility, and the yields of extraction. Also, the kinetics and yield of fatty acid methyl ester of in-situ transesterification are discovered. A phenomenological study allowed determining the value of these characteristics versus DIC operating parameters (saturated steam pressure P and treatment time t).A 2 h solvent extraction of DIC treated material allowed the total oil yields to be improved by 153% for colza and 112% for jatropha, the effective diffusivity (Deff) can reach up to 8.014*10-12 m2/s as against 0.715*10-12 m2/s for colza untreated by DIC, and up to 5.90*10-12 m2/s as against 2.42*10-12 m2/s for the untreated jatropha. The rate of initial accessibility of products treated by DIC can reach up to 80.53% as against 26.71% for untreated colza and can reach up to 92.58% as against 75.91% for the product untreated jatropha. In the case of in situ transesterification, the total yield of fatty acid methyl esters (FAME total) obtained from the DIC treated products is systematically higher than that of untreated colza and jatropha raw material. The reaction time was decreased to 30 - 45 min instead of 120 min in the case of colza, and to 15 min instead of 60 min in the case of jatropha kernel.

Les patrons de variation au sein des espèces d'arbres résultent d'évolutions complexes dont certaines sont particulièrement liées à la condition d'arbre. Si les facteurs expliquant cette variabilité ont été abordés pour les espèces des zones tempérées, ils restent encore peu connus pour des espèces fruitières des zones tropicales sèches offrant des particularités sur le plan adaptatif et relevant d'un processus de domestication ancien. Pour répondre à cet enjeu, l'objectif scientifique de cette thèse est de mieux comprendre l'impact des facteurs évolutifs sur la variabilité au sein d'une espèce d'arbre en zone soudano-sahélienne. Nous nous sommes intéressés à Vitellaria paradoxa (karité), une espèce jouant un rôle économique majeur par la production de beurre à partir des graines, dont l'aire de distribution s'étend du Sénégal à l'Ouganda sous la forme de peuplements naturels et agroforestiers. Dans une approche phylogéographique basée sur l'analyse du polymorphisme de marqueurs moléculaires supposés neutres (microsatellites chloroplastiques et nucléaires, et régions intergéniques du chloroplaste) et sur la modélisation des niches écologiques du Karité à différentes périodes du Quaternaire, nous mettons en évidence l'impact des perturbations liées aux dernières glaciations (il y a 20000 ans) sur la diversité génétique de l'espèce. Dans une seconde approche méthodologique, nous étudions l'impact des déterminants environnementaux sur la variabilité des constituants chimiques des graines de Karité, permettant d'énoncer de nouvelles hypothèses. Enfin, nous nous intéressons à l'expression du polymorphisme de gènes candidats, codant les enzymes stéaroyl-ACP-désaturase (SAD) et homogentisate phytyltransférase (HPT), en relation avec la variabilité de la composition chimique en acides gras et en tocophérols des graines. Les résultats obtenus permettent notamment de discuter de l'impact de la sélection naturelle, de la domestication et de la dérive génétique, et d'apporter des hypothèses évolutives et fonctionnelles potentielles expliquant la variabilité observée. / Patterns of variation within tree species are the result of complex evolutionary changes, some of which are particularly related to the condition of trees. If the factors explaining this variability were discussed for species in temperate zones, they remain little known for fruit tree species of dry tropics, which show special adaptive features and result from an old domestication process. To meet this challenge, the scientific purpose of this thesis is to improve our understanding of evolutionary factors affecting the variability within a tree species in the Sudano-Sahelian zone. We got interested in Vitellaria paradoxa (Shea tree), a species which plays a major economic role for the production of butter from seeds and whose distribution range extends from Senegal to Uganda. In a phylogeographic approach based on the analysis of polymorphism supposedly neutral molecular markers (chloroplast and nuclear microsatellites and chloroplast intergenic regions) and based on ecological niche modelling of Shea tree at different periods of the Quaternary, we shape the role of last glacial maximum (20.000 YBP) on the genetic diversity of the species. In a second methodological approach, we study the impact of environmental determinants on the variability of Shea nuts chemical constituents, stating novel hypotheses. Finally, we investigate the polymorphism of candidate genes, encoding enzymes stearoyl-ACP-desaturase (SAD) and homogentisate phytyltransférase (HPT), in connection with the variability of relative fatty acids compositions and tocopherols contents in seeds. Through the results obtained, we discuss the impact of natural selection, domestication and genetic drift, and provide evolutionary and functional hypotheses that potentially explain the varia bility observed.