Le cancer colorectal (CCR) est le 3ème plus diagnostiqué au Canada. Son traitement implique une résection chirurgicale du côlon ou du rectum, et une reconnexion des deux bouts intestinaux pour rétablir la continuité gastrointestinale. Cette reconnexion, appelée « anastomose », peut ne pas bien guérir chez jusqu’à 30% des patients, ce qui mène à une complication morbide et mortelle appelée « fuite anastomotique ». En plus de diminuer la survie et la qualité de vie, la fuite est possiblement associée à une récidive accrue du cancer pour des raisons qui demeurent obscures. Malgré des progrès techniques importants dans les dernières décennies, les taux de fuite n’ont pas significativement diminué, et sa survenue demeure hautement imprévisible. Des données récentes ont suggéré que le microbiote intestinal, ou la collection de microorganismes dans l’intestin, peut influencer le processus de guérison après la chirurgie, mais l’évidence sur cette relation reste faible. Les études suivantes visaient donc à évaluer le lien causal entre le microbiote, la fuite anastomotique le CCR. En utilisant des échantillons de selles collectés avant la chirurgie de 18 patients avec CCR (9 avec fuite et 9 sans fuite), on a évalué le rôle causal du microbiote humain chez des souris assujetties à une greffe de microbiote fécal (GMF) puis une chirurgie colique. On a trouvé que la GMF avec des échantillons de patients avec fuite a entrainé chez la souris une mauvaise guérison anastomotique, un affaiblissement de la matrice extracellulaire dans la plaie colique, et une inflammation accrue localement. On a identifié 2 souches bactériennes, Parabacteroides goldsteinii kh35 et Alistipes onderdonkii kh33, qui influençaient la guérison anastomotique, la 1ère positivement et la 2ème négativement. Ces souches modulaient l’inflammation dans la muqueuse colique, avec P. goldsteinii exerçant un effet anti-inflammatoire et A. onderdonkii un effet pro-inflammatoire. En utilisant des échantillons de muqueuses collectés de patients avant la complétion de l’anastomose, on a trouvé avec une analyse multiplex que les patients présentant une fuite avaient des niveaux basaux plus élevés des macrophage inflammatory protein-1 alpha, monocyte chemoattractant protein-1, macrophage inflammatory protein 2 et interleukin-17A/F, et que le microbiote de ces patients entraine une augmentation similaire de ces cytokines pro-inflammatoires dans l’intestin des souris. Pour corroborer l’hypothèse que les patients présentant une fuite après la chirurgie avaient des niveaux basaux plus élevés d’inflammation intestinale de bas-grade induite par le microbiote, on a quantifié 9 cytokines dans la muqueuse colorectale de 77 patients avec CCR, pami lesquels 13 ont présenté une fuite après la chirurgie. Les 9 cytokines étaient plus élevées chez les patients ayant développé une fuite. On a exploré des marqueurs inflammatoires potentiels dans les selles, et qui peuvent être utilisés comme des biomarqueurs de dépistage avant la chirurgie, et avons identifié la calprotectine et la lipocaline-2 comme étant significativement différentes entre les patients présentant, ou pas, une fuite anastomotique. Ensuite, on a exploré si des métabolites bactériens peuvent être utilisés pour améliorer la guérison anastomotique. Les acides-gras à courte chaine (AGCCs) sont produits dans le côlon après la fermentation bactérienne de fibres alimentaires. On a ainsi testé si une supplémentation chez la souris avec de l’inuline ou des galacto-oligosaccharides (GOS), deux oligosaccharides fermentables, peut améliorer la guérison. On a trouvé que l’inuline et le GOS ont augmenté les niveaux du bénéfique AGCC butyrate, amélioré la guérison anastomotique, favorisé la réparation épithéliale, la déposition du collagène et la barrière intestinale. Enfin, puisque le butyrate est connu pour son effet anticancérigène via une activation peroxysome proliferator-activated receptor gamma (PPAR-γ), on a investigué la relation entre l’amélioration de la guérison intestinale postopératoire avec l’inuline et le 5-aminosalicylate (5-ASA), un activateur de PPAR-γ, et la récidive du CCR. Une revue de la survie postopératoire de patients avec CCR ayant, ou pas, présenté une fuite a été effectuée. L’effet d’une supplémentation alimentaire avec de l’inuline ou du 5-ASA sur les tumeurs anastomotiques a été évalué chez des souris subissant une chirurgie colique. L’inuline et le 5-ASA ont été aussi évalués dans un modèle murin de métastases hépatiques où les cellules de CCR étaient inoculées chirurgicalement dans la rate. Les patients présentant une fuite présentaient une survie globale et oncologique moindre que les patients sans fuite. Une mauvaise guérison anastomotique chez la souris a entrainé des tumeurs anastomotiques et péritonéales plus volumineuses. L’inuline et le 5-ASA ont renforcé la barrière intestinale et prévenu les tumeurs anastomotiques et dissémination métastatique chez la souris. Ces trouvailles renforcent l’hypothèse que prévenir la fuite améliore les issues oncologiques des patients avec CCR, et ouvre la voie à des essais cliniques où des interventions modifiant le microbiote seraient utilisées pour favoriser la guérison et diminuer la récidive du cancer. En résumé, on a démontré pour la première fois le lien causal entre le microbiote intestinal préopératoire et la guérison anastomotique chez les patients avec CCR. On a aussi identifié des biomarqueurs potentiels qui peuvent être utilisés en pratique pour détecter l’inflammation subclinique de bas-grade induite par le microbiote pour prédire la guérison avant la chirurgie. On a aussi démontré que le microbiote et PPAR-γ peuvent être modulés avec des oligosaccharides fermentables pour améliorer la guérison, renforcer la barrière intestinale et prévenir la récidive du cancer. / Colorectal cancer (CRC) is the third most diagnosed cancer in Canada. Its treatment involves a surgical resection of the colon or rectum, and a reconnection of the remaining bowel segments to re-establish gastrointestinal continuity. This reconnection, termed “anastomosis”, may fail to heal and leak in up to 30% of patients, which leads to a morbid and mortal complication called “anastomotic leak” (AL). In addition to decreasing survival and quality of life, AL may be linked to higher cancer recurrence for reasons that remain unclear. Despite significant technical progress over the last decades, the rates of AL have not significantly decreased, and its occurrence remains highly unpredictable. Recent data have suggested that the gut microbiota, or the collection of microorganisms in the gut, may influence the healing process after surgery, but evidence on this relation remains weak. The following studies aimed therefore at assessing the causal link between the gut microbiota, AL, and CRC in patients undergoing surgery. Using fecal samples collected before surgery from 18 patients with CRC (9 with AL and 9 without AL), we assessed the causal role of the human microbiota in mice subjected to fecal microbiota transplantation (FMT) then colonic surgery. We found that FMT from AL patients led to poor anastomotic healing, a weakened extracellular matrix in the colonic wound, and heightened inflammation locally. We identified 2 bacterial strains, Parabacteroides goldsteinii kh35 and Alistipes onderdonkii kh33, that were found to influence anastomotic healing, the first one positively and the second one negatively. These strains were found to modulate inflammation in the colonic mucosa, with P. goldsteinii exerting an anti-inflammatory effect and A. onderdonkii a pro-inflammatory effect. Using mucosal samples collected from patients before the completion of the anastomosis, we found with a multiplex assay that patients experiencing AL harbor higher basal levels of macrophage inflammatory protein- 1 alpha, monocyte chemoattractant protein-1, macrophage Inflammatory Protein 2 and interleukin-17A/F, and that the microbiota of these patients lead to the same increase in pro-inflammatory cytokines in mice. To corroborate the hypothesis that patients experiencing AL after surgery harbor higher basal levels of microbiota-driven low-grade inflammation in the gut, we quantified 9 cytokines in the colorectal mucosa of 77 patients with CRC, among whom 13 experienced AL after surgery. All 9 cytokines were found to be increased in patients developing AL. We explored potential fecal inflammatory markers that could be used as screening biomarkers before surgery, and identified calprotectin and lipocalin-2 as being significantly different between patients that subsequently developed, or not, AL. 4 Next we explored whether bacterial metabolites may be used to improve anastomotic healing. Short-chain fatty acids are produced in the gut upon bacterial fermentation of dietary fibers. We therefore tested in mice whether dietary supplementation with inulin or galacto-oligosaccharides (GOS), two fermentable oligosaccharides, could improve healing. We found that inulin and GOS increased the levels of the beneficial SCFA butyrate, improved anastomotic healing, promoted epithelial repair, collagen deposition and the gut barrier function. Finally, as butyrate is known to exert anticarcinogenic effect by stimulating the nuclear receptor peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPAR-γ), we further investigated the relationship between promotion of postoperative intestinal healing using inulin and 5-aminosalicylate (5-ASA), a PPAR-γ activator, and CRC recurrence. A review of postoperative survival of CRC patients with and without AL was performed. The effect of dietary supplementation with inulin and 5-ASA on local anastomotic tumors was assessed in mice undergoing colonic surgery. Inulin and 5- ASA were also assessed in a mouse model of liver metastasis where CRC cells are surgically inoculated into the spleen. Patients experiencing AL displayed significantly lower overall and oncological survival than non-AL patients. Poor anastomotic healing in mice led to larger anastomotic and peritoneal tumors. Inulin and 5-ASA reinforced the gut barrier and prevented anastomotic tumors and metastatic spread in mice. These findings reinforce the hypothesis that preventing AL improves oncological outcomes in patients with CRC, and pave the way towards clinical trials in which microbiotatargeted interventions may be used to enhance healing and diminish cancer recurrence. In summary, we demonstrated for the first time the causal link between the preoperative gut microbiota and anastomotic healing in patients with CRC. We also identified potential biomarkers that could be used in practice to detect microbiota-driven subclinical inflammation and predict healing before surgery. We also showed that the gut microbiota and PPAR-g could be modulated using fermentable oligosaccharides to improve healing, reinforce the gut barrier and prevent cancer recurrence.

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We have previously demonstrated that long-term dietary Se deficiency in old Terc-/- mice with humanized telomeres induces type-2 diabetes and exacerbates age-dependent increases in the abundance of A. muciniphila and Lachnospiraceae, which are related to obesity and metabolic syndromes. The objectives of this dissertation are: 1) to determine the minimum intake of Se required for type 2 diabetes prevention in middle-aged mice; 2) to evaluate the efficacy of A. muciniphila and R. torques (a Lachnospiraceae family member) to intervene dietary Se deficiency-induced type 2 diabetes and the underlying mechanisms; 3) to assess sex differences in the responses to dietary Se deficiency and oral gavage of such bacteria. Our results demonstrated that mice fed diets containing ≤0.10 mg Se/kg developed glucose intolerance and insulin resistance at middle-aged stage. To address objectives 2 and 3, we showed that dietary Se deficiency exacerbated type-2 diabetes-like phenotypes in males but the extent was less in females aged 7 and 13 months. Oral gavage of A. muciniphila into either antibiotics-treated or conventional mice ameliorated these phenotypes and elevated beneficial bacteria (Lactobacillus, F. prausnitzii, and Roseburia spp./E. rectale) abundance, but reduced E. coli abundance. Dietary Se deficiency decreased intestinal barrier functions and induced intestinal inflammation. In conventional mice, A. muciniphila oral gavage reversed such intestinal defects but did not affect the expression of selenoproteins. By contrast, oral gavage of R. torques did not restore dietary Se deficiency-induced type 2 diabetes-like phenotypes in female mature mice and showed opposite impacts on the change of the 4 specific genera in comparison with A. muciniphila oral gavage. Taken together, our findings demonstrate that suboptimal body Se status induces type 2 diabetes and reshapes gut microbiota in an age- and sex-dependent manner. Such metabolic defects in conventional Se-deficient mice can be alleviated by A. muciniphila but not R. torques supplement, which may counteract common intestinal defects in metabolic syndrome. In conclusion, optimal Se at nutritional level of intake is necessary to prevent type 2 diabetes. A. muciniphila is a promising supplement for alleviation of type 2 diabetes and possibly other metabolic diseases in relation to intestinal inflammation and glucose dysregulation.

Les α-galactosides sont des glucides non digestibles constitués d'unités galactose liées en α(1,6). Les α-galactosides de la famille du raffinose (RFO) sont, avec le saccharose, les principaux oligosaccharides des légumineuses. Cependant, aucune activité α(1,6)-galactosidase n'est retrouvée au niveau de l'épithélium intestinal humain, les RFO sont donc exclusivement fermentés par les enzymes microbiennes. Ces travaux introduisent une enzyme bifonctionnelle de Ruminococcus gnavus E1, un membre majoritaire du microbiote intestinal humain, présentant une activité α(1,6)-galactosidase/ saccharose kinase (AgaSK). L'analyse de la séquence peptidique montre qu'AgaSK présente deux domaines : un domaine homologue aux α-galactosidases GH36, et un autre contenant un motif de fixation des nucléotides (motif A de Walker). La caractérisation des paramètres biochimiques d'AgaSK met en évidence cette bifonctionnalité puisqu'elle est capable d'hydrolyser les α(1,6)-galactosides solubles, et parallèlement en présence d'ATP de phosphoryler le saccharose spécifiquement sur la position C6 du glucose. La production directe de saccharose-6-phosphate à partir de l'hydrolyse du raffinose constitue une voie métabolique jamais décrite chez les bactéries. L'analyse de chacun des domaines montre que les domaines isolés d'AgaSK sont actifs mais la comparaison de leurs paramètres cinétiques montre qu'il y a des différences entre la protéine entière et les domaines isolés. La résolution de la structure du domaine α-galactosidase en complexe avec le galactose démontre que l'état oligomérique est nécessaire pour le bon repliement de la protéine et pour une fixation efficace du substrat. / Α-galactosides are non digestible carbohydrates present in many leguminous plants. Soluble α-galactosides consist of galactose units α(1,6) linked to different carbohydrates. Among these, the raffinose family oligosaccharides (RFO) and sucrose, are the most abundant oligosaccharides found in legumes. However, no α(1,6)galactosidase activity exists in the human intestine mucosa and α-galactosides are exclusively fermented by microbial α(1,6)galactosidases (EC3.2.1.22). Here we introduce a bifunctional enzyme, the α(1,6)galactosidase/sucrose kinase (AgaSK) whose gene is highly transcribed in vivo by Ruminococcus gnavus E1, a major member of human dominant intestinal microbiota. Sequence analysis showed that AgaSK is composed of two domains: one closely related to α-galactosidases from glycoside hydrolase family GH36 and the other containing a nucleotide binding motif (Walker A motif). Its biochemical characterization showed that AgaSK is able to hydrolyze efficiently soluble α-galacosides. Furthermore, AgaSK it is able to bind nucleotide to phosphorylate specifically on the C6 position of glucose sucrose. The production of sucrose-6-P directly from raffinose brings out a glycolytic pathway in bacteria, not described so far. In addition, AgaSK isolated domains are active but the biochemical characterization has shown that there are differences in the activities between the whole protein and isolated domains. The crystal structures of the galactosidase domain in complex with the product shed light onto the reaction and substrate recognition mechanisms and highlight an oligomeric state necessary for efficient substrate binding.

La production endogène de glucose est une fonction cruciale de l'organisme, permettant de maintenir l'homéostasie glycémique. Alors que la production accrue de glucose par le foie a des effets délétères, la néoglucogenèse intestinale (NGI) exerce des effets bénéfiques sur l'équilibre métabolique de l'organisme. Les régimes hyperprotéiques sont connus pour leurs effets de satiété. Grâce à des travaux physiologiques et moléculaires chez le rat et la souris, nous montrons dans une première partie que l'effet bénéfique des régimes hyperprotéiques passe par une induction de la NGI. Lors de la digestion des protéines alimentaires, des di- et tripeptides sont libérés dans la veine porte. Ces molécules agissent comme des antagonistes des récepteurs μ-opioïdes de la veine porte, initiant un arc réflexe intestin-cerveau induisant la NGI et la satiété. Dans un deuxième temps, nous proposons un modèle rendant compte des effets bénéfiques des régimes riches en fibres, tels que l'amélioration de la sensibilité à l'insuline et l'induction de la dépense énergétique. Les fibres solubles sont fermentées par le microbiote intestinal, produisant des acides gras à chaîne courte (AGCC), acétate, propionate et butyrate, à l'origine des effets métaboliques observés. Nous montrons que le butyrate active directement les gènes de la NGI dans les entérocytes, et que le propionate se lie aux récepteurs FFAR3 dans le système nerveux périportal, initiant un mécanisme de communication entre l'intestin et le cerveau induisant la NGI. De plus, nous montrons que la modification de la composition du microbiote par les fibres alimentaires n'est pas suffisante en soi pour induire les effets bénéfiques en absence de NGI / Endogenous glucose production is a crucial function for the organism, accounting for the maintenance of glucose homeostasis. While an increase in hepatic glucose production has deleterious effects, intestinal gluconeogenesis (IGN) has beneficial effects on the metabolic balance of the organism. Protein-rich diets are knows for their satiety effects. Thanks to physiological and molecular studies on rats and mice, we first show that the beneficial effects of protein-rich diets are dependent on activation of IGN. When dietary protein is digested, di- and tri-peptides are released into the portal vein. These molecules act as μ-opioid receptor antagonists in the portal vein, initiating a gut-brain neural reflex arc inducing IGN and satiety. In a second study, we propose a model accounting for the beneficial effects of fiber-enriched diets, such as increased insulin sensitivity and induction of energy expenditure. Soluble dietary fiber is fermented by the gut microbiota, producing short-chain fatty acids (SCFAs), acetate, propionate and butyrate, which are responsible for the observed metabolic effects. We show that butyrate directly activates IGN in the enterocytes, while propionate binds to FFAR3 receptors in the portal vein nervous system, initiating a gut-brain neural communication mechanism inducing IGN. Moreover, we show that modifications in the microbiota composition by dietary fiber are not sufficient to induce metabolic beneficial effects in the absence of IGN

With the advent of industrialization and food processing techniques the sizes of the cereal bran have been drastically reduced. In my thesis, I have tested the effect, if any, of wheat bran and maize bran particle size, in vitro, on the gut microbiota community structure by 16S rRNA sequencing and their function, by Short chain fatty acids (acetate, propionate, butyrate) production. In turn, we also linked the microbiota and SCFA differences to different chemical composition amongst variously sized fractions of wheat and maize bran.

Les Escherichia coli entérohémorragiques (EHEC) sont des pathogènes majeurs pour l’homme responsables de toxi-infections alimentaires pouvant évoluer vers des complications potentiellement mortelles. La pathogénicité de ces souches est essentiellement due à la production de Shiga-toxines (Stx), même si d’autres facteurs semblent jouer un rôle important dans la virulence, comme des facteurs d’adhésion. La survie et la régulation des facteurs de virulence des EHEC dans l’environnement digestif humain sont des facteurs clés dans la pathogénicité bactérienne, mais restent à ce jour mal décrits, essentiellement en raison d’un manque de modèles d’étude adaptés. De plus, l’absence de traitement spécifique a conduit à s’intéresser à des moyens préventifs et/ou curatifs alternatifs, comme l’utilisation de probiotiques. L’objectif de ce travail de thèse est (i) de mieux comprendre le comportement de la souche de référence EHEC O157:H7 EDL933 dans l’environnement digestif humain simulé, et en particulier ses interactions avec le microbiote résident et l’épithélium intestinal, et (ii) d’évaluer l’effet antagoniste d’une souche de levure probiotique vis-à-vis de la survie, la virulence et l’interaction du pathogène avec l’épithélium intestinal, à l’aide d’approches in vitro et in vivo complémentaires. En modèles digestifs in vitro, la souche EHEC survit dans l’estomac, voire se multiplie dans les parties distales de l’intestin grêle, alors qu’elle ne se maintient pas dans l’environnement colique. Les gènes de virulence codant les Stx et des adhésines majeurs (intimine et « Long Polar Fimbriae » ou Lpf) sont surexprimés dès les parties hautes du tractus digestifs, et ce, même en absence de cellules épithéliales. Les conditions rencontrées dans le tractus digestif supérieur de l’enfant, comparativement à celui de l’adulte, conduisent à une survie et un niveau d’expression des gènes codant les Stx et les Lpf plus élevés chez l’enfant, ce qui peut contribuer à expliquer la grande sensibilité de cette population aux infections à EHEC. Enfin, les Lpf semblent jouent un rôle clé dans le ciblage spécifique des cellules M et le tropisme des EHEC pour les plaques de Peyer, et ce, à la fois in vitro (cellules M en culture) et in vivo (anses iléales murines). Même si elle ne modifie pas la survie du pathogène dans l’environnement colique, la levure probiotique S. cerevisiae CNCM I-3856 a montré des propriétés antagonistes intéressantes vis-à-vis d’EHEC O157:H7 en (i) modulant favorablement l’activité fermentaire du microbiote intestinal, (ii) diminuant significativement l’expression des gènes codant les Stx et (iii) inhibant la translocation bactérienne au travers des plaques de Peyer et les lésions hémorragiques associées. Par ailleurs, l’effet du pathogène et des probiotiques sur le microbiote colique est individu dépendant, confortant l’hypothèse que des facteurs associés à l’hôte, comme le microbiote, pourraient conditionner l’évolution clinique des infections à EHEC et l’efficacité d’une stratégie probiotique.Ce travail de thèse contribue à une meilleure compréhension du comportement des EHEC dans l’environnement digestif humain et confirme l’intérêt d’une stratégie probiotique dans la lutte contre le pathogène. Une étude plus approfondie du transcriptome du pathogène dans l’environnement digestif et une analyse par des méthodes haut débit du microbiote intestinal permettraient de continuer à mieux décrire la physiopathologie des infections à EHEC et comprendre les mécanismes associés à l’effet antagoniste des probiotiques. / The enterohemorrhagic Escherichia coli (EHEC) are major zoonotic pathogens responsible for food-borne infectionwhich leads to life-threatening complications in humans. The main virulence determinant of EHEC is the production of Shigatoxins (Stx), even if other factors seem to play an important role in virulence, such as adhesion factors. Survival and virulenceof EHEC strains in the human digestive environment are a key factor in bacterial pathogenesis but remains unclear owing tolack of relevant model. Moreover, no specific treatment has led to interest in preventative and / or curative alternatives, suchas using probiotics. The objective of this study is to better understand the behavior of the reference strain EHEC O157:H7EDL933 in the entire digestive tract, and in particular its interaction with the resident microbiota and the intestinal epithelium,and to evaluate the antagonistic effect of the probiotic yeast, Saccharomyces cerevisiae CNCM I-3856, using in vitro and in vivo complementary approaches.In vitro, bacterial mortality was noticed in the stomach, whereas bacterial growth resumption was observed in thedistal parts of the small intestine and the pathogen was not able to maintain in the human colonic conditions. Virulence genesencoding Stx and adhesins (intimin and “Long polar fimbriae”) are upregulated in the upper parts of the digestive tract. A ten-time higher amount of cells was found in the ileal effluents of infant compared to adult. stx genes were over-expressed (up to25-fold) in infant conditions compared to the adult ones. This results show that differences in digestive physicochemicalparameters of the upper gastrointestinal tract may partially explain why infants are more susceptible to EHEC infection thanadults. And finally, Lpf seem to play a key role in the interactions of EHEC with murine Peyer’s patches and are needed for anactive translocation of the pathogen across M cells, and both in vitro (M cells culture) and in vivo (murine ileal loops).S. cerevisiae had not effect on EHEC survival in the colonic environment but (i) favorably influenced gut microbiotaactivity through beneficial modulation of short chain fatty acid production, (ii) leading to significantly decrease stx expressionand (iii) significantly reduced EHEC translocation through M cells and inhibited in vivo interactions of the pathogen withPeyer’s patches and the associated hemorrhagic lesions. Probiotic had donor-dependent effect on the gut microbiota strengthenthe hypothesis that host-associated factors such as microbiota could influence the clinical evolution of EHEC infection and theeffectiveness of a probiotic strategy.This work contributes to a better understanding of the behavior of EHEC in the human digestive environment andconfirms the interest of probiotic strategy in controlling EHEC infections. Further transcriptome studies are warranted for thepathogen in the human digestive environment, with or without probiotics for the better understanding of the pathophysiologyof EHEC and so on the mechanisms involved in the antagonistic effect of probiotics.

L’obésité est associée à un état inflammatoire chronique de bas grade ainsi qu’à descomplications métaboliques secondaires telles que l’insulino-résistance, l’intolérance au glucose etla stéatose hépatique. La composition bactérienne intestinale semble tenir une place importantedans l’apparition de ces complications. Il a en effet été montré qu’une altération du microbiote parun régime obésogène était associée à une endotoxémie métabolique caractérisée par uneaugmentation des concentrations circulantes de lipopolysaccharides bactériens. Les AGPI enn-3 possèdent des propriétés anti-obésogènes et anti-inflammatoires qui pourraient passer par unemodulation du microbiote intestinal et une prévention de l’endotoxémie métabolique. Nous avonsmontré que des souris transgéniques fat-1, présentant des teneurs tissulaires en AGPI enn-3 élevées, soumises durant 18 semaines à un régime obésogène, étaient résistantes à l’obésité etaux troubles métaboliques associés. Ces animaux présentent un maintien de la fonction barrièreintestinale et une prévention de l’endotoxémie métabolique. De plus, une analyse du microbiotecaecal révèle une augmentation du phylum Akkermansia. Enfin, nous avons montré qu’un transfertde matériel fécal de souris fat-1 à des souris sauvages maintenues sous régime obésogène protègeces dernières du développement d’une obésité et des comorbidités associées. Ainsi, uneaugmentation de la teneur en Akkermansia au niveau intestinal par les AGPI en n-3, peutreprésenter une stratégie intéressante de prévention de l’obésité, ainsi que de l’insulino-résistance,l’intolérance au glucose et la stéatose hépatique qui lui sont associées. / Obesity is associated with chronic low-grade inflammatory state and secondary metabolicdisorders, such as insulin-resistance, glucose intolerance and hepatic steatosis. Gut microbiotaseems to play an important role in these obesity features. Moreover, microbiota dysbiosis has beenshown to be associated with increased systemic lipopolysaccharides levels, called metabolicendotoxemia. N-3 PUFAs are anti-obesity and anti-inflammatory molecules able to modulate gutmicrobiota and prevent metabolic endotoxemia. We showed that fat-1 transgenic mice,endogenously synthetizing n-3 PUFAs, resist to obesity development and comorbidities whensubmitted to diet-induced obesity for 18 weeks. These mice exhibit a maintained intestinal barrierfunction and a prevention of metabolic endotoxemia. Moreover, cecal microbiota analysis revealedan increase of Akkermansia phylum. Microbiota transplantation of fat-1 mice to wild type micewas shown to exert protective effects against diet-induced obesity and associated disorders. Thus,increasing gut microbiota Akkermansia population by appropriate n-3 PUFAs may represent apromising strategy to prevent obesity, insulin-resistance, glucose intolerance and hepatic steatosis.

Background & Aims: Celiac disease (CD) is a chronic inflammatory small-bowel enteropathy caused by permanent intolerance to gliadin in wheat gluten, and related proteins in ray and barley. It is disputed whether CD patients tolerate oats. The only treatment of CD is lifelong gluten-free diet (GFD). Only individuals that carry the HLA-DQ2 and/or DQ8 alleles, and eat gluten can develop CD. Dysbiosis in the gut microbiota is a suggested risk factor for CD. T cells in small intestinal mucosa, including intraepithelial lymphocytes (IELs), are known to be important in the pathogenesis of CD. In contrast, the role of intestinal epithelial cells (IECs) is poorly understood. In this thesis we investigated the role of IECs in the immune pathology of CD from duodenal mucosa of children with CD, clinical controls and treated CD. We also investigated the role of CD associated bacteria and oats supplemented GFD on the mucosal immune system. Results: A new CD-associated bacterium, Prevotella jejuni, was isolated and characterized. It is a saccharolytic and proteolytic anaerobe. More than 25 defense-related genes, including IRF1, SPINK4, ITLN1, OAS2, CIITA, HLA-DMB, HLA-DOB, PSMB9, TAP1, BTN3A1, and CX3CL1, were upregulated in IECs in active CD. In two in vitro models for intestinal epithelium, small intestine enteroids and T84 polarized tight monolayers, we showed that 70% of these genes were upregulated by interferon (IFN)-γ via the IRF1 pathway. IRF1 was also upregulated by the CD-associated bacteria P. jejuni and Actinomyces gravenitzii. IECs expressed the NLRP6/8 inflammasome yielding CASP1 and biologically active interleukin (IL)-18, which induces IFN-γ in IELs. P. jejuni bound the intestinal epithelial cell lines T84, Caco2, HT29, and INT407, while Lachnoanaerobaculum umeaense preferentially bound Caco2. P. jejuni caused decreased transepithelial resistance over tight monolayers, while L. umeaense caused an increase. P. jejuni upregulated mRNAs for the detoxification molecules CYP1A1, CYP1A2, CYP1B1, and TIPARP, the chemokines CX3CL1, CXCL1, and CXCL10, the sialyltranserase ST3GAL4, and the inflammation promoting protein S100A3 in tight monolayers. L. umeaense upregulated the chemokines CCL20 and CXCL10, and down-regulated TLR2. In a randomized, double-blinded intervention trial comparing two study-groups, standard GFD and oat-containing GFD, we found that mRNAs for several immune effector molecules and tight junction proteins were only reduced in patients receiving GFD, but not in a substantial fraction of patients on GFD with oats. The down-regulatory cytokines IL-10 and TGF-β1, the cytotoxicity-activating NK-receptors NKG2C and NKG2E, and the tight junction protein claudin-4 remained elevated in the study group on GFD with oats. Conclusions: IECs are far from inactive in CD. A key factor in the epithelial reaction in CD appears to be over-expression of IRF1 in IECs. Dual activation of IRF1 and IRF1-regulated genes, both directly by P. jejuni and indirectly by IFN-γ via the IL-18-inflammasome, would drastically enhance the inflammatory response and lead to the pathological situation seen in active CD. P. jejuni harms the intestinal epithelium, i.e., it is a likely risk factor for CD, while L. umeaense strengthen barrier function and local immunity, possibly acting as a protective. A fraction of CD patients should avoid oats in the diet. / Doctoral thesis