Abstract : Pro-inflammatory cytokines play a key role in pathogenesis of obesity and non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD). IL-15 is a pro-inflammatory cytokine, which signals through a receptor complex composed of the IL-15 receptor (IL-15R) alpha chain, the IL-2/IL-15R beta chain and the common gamma chain. The functions of IL-15 have been extensively described in immune cells but less is known about its functions in others tissues such as the liver. The aim of this thesis is to investigate the role of IL-15 in fatty liver disease. C57BL/6 wildtype (WT) and IL-15 knockout (Il15[superscript -/-]) mice were maintained on high fat diet (HFD) or normal control diet (NCD). After 16 weeks, body weight, liver mass, fat accumulation in the liver, serum lipid levels and gene expression in the liver were evaluated. Intrahepatic lymphocytes (IHL) were also analysed. Primary hepatocytes were stimulated with IL-15 and chemokines gene expression was studied. IHLs were examined in WT, Il15[superscript -/-] and Il15ra[superscript -/-], as well as in macrophage- and hepatocyte-specific Il15ra[superscript -/-] mice. We found that IL-15 deficiency prevents weight gain and accumulation of lipids in the liver. Circulating levels of cholesterol and non-esterified fatty acids were elevated in WT mice but not in Il15[superscript -/-] mice. Hepatic expression of chemokines such as Ccl2, Ccl5 and Cxcl10 was increased in WT mice under HFD, but not in Il15[superscript -/-] mice. The livers of Il15[superscript -/-] and Il15ra[superscript -/-] mice also showed decreased expression of Tnfa and iNOS, and macrophage markers Cd68 and F4/80. Accordingly, stimulation of primary hepatocytes with IL-15 induced chemokine gene expression in WT but not in Il15ra[superscript -/-] hepatocytes. Furthermore, hepatocyte-specific ablation of IL-15Rαreduced infiltration of NK and NKT cells in the liver, suggesting that IL15Rα expression in the hepatocytes is needed for the recruitment and/or maintenance of the NK cell population in the liver. In conclusion, IL-15 promotes fat accumulation in the liver, and this is associated with increased inflammatory response in the liver. Increased availability of IL-15 in obesity may stimulate hepatocytes to secrete chemokines that promote hepatic inflammation resulting in fatty liver disease. IL-15Rα expression in hepatocytes appears to play a role in the maintenance of NK, NKT and iNKT cells. // Résumé : Les cytokines pro-inflammatoires jouent un rôle important dans la pathogenèse de l’obésité et la stéatose hépatique. L'IL-15 est une cytokine pro-inflammatoire qui est trans-présentée par l'IL-15Rα aux chaines IL-2/IL-15Rβ et γc. La fonction de l'IL-15 a été largement décrite dans les cellules immunitaires, mais ses fonctions dans d'autres tissus sont moins connues. Le but de ce mémoire est d'élucider le rôle de l'IL-15 dans la stéatose hépatique. Les souris C57BL/6 de type sauvage (WT) et Il15[indice supérieur -/-] ont été soumises à un régimehyperlipidique (HFD) ou à un régime normal. Après 16 semaines, le poids corporel, lamasse hépatique, l'accumulation de lipides dans le foie, les taux de lipides sériques et l'expression des différents gènes reliés à l’inflammation et au métabolisme dans le foie ont été évalués. Les lymphocytes intra-hépatiques (IHL) ont été également étudiés. Des hépatocytes primaires ont été stimulés avec IL-15, et l'expression génique de chimiokines a été déterminée. Les populations de IHLs ont été également caractérisées chez les souris WT, Il15[indice supérieur -/-] et Il15ra[indice supérieur -/-], ainsi que chez des souris dont la déficience dans l’expression d’IL-15Rα est ciblée aux macrophages ou aux hépatocytes. Nos résultats montrent que la déficience en IL-15 empêche l'accumulation de lipides dans le foie. Les taux de cholestérol et d’acides gras non estérifiés dans le sang étaient élevés chez les souris WT, mais pas chez les souris Il15[indice supérieur -/-]. L'expression hépatique des chimiokines Ccl2, Ccl5, Cxcl10 et des marqueurs de macrophages était augmentée chez les souris WT sous HFD, mais pas chez les souris Il15[indice supérieur -/-]. La stimulation des hépatocytes primaires avec l'IL-15 induit l'expression des gènes des chimiokines chez les hépatocytes WT, mais pas chez les Il15ra[indice supérieur -/-]. En outre, nous avons trouvé une infiltration réduite des cellules NK et NKT dans le foie des souris déficientes en Il15ra[indice supérieur -/-] dans les hépatocytes, ce qui suggère que l'expression d’IL15Rα chez les hépatocytes est nécessaire aurecrutement des cellules NK, NKT et / ou à leur maintien. En conclusion, nous proposons que l’IL-15 favorise l'accumulation de lipides dans le foie, et que ceci est associée à une réponse inflammatoire accrue. La disponibilité accrue de l'IL-15 dans l'obésité pourrait stimuler les hépatocytes à secréter des chimiokines ce qui favorise l'inflammation hépatique et conduirait à la stéatose hépatique. L’expression de l'IL-15Rα dans les hépatocytes semble jouer un rôle principal dans l’infiltration des cellules NK, NKT et iNKT dans le foie.

La stéatose hépatique et la détérioration du profil lipidique plasmatique sont des pathologies métaboliques favorisées par la carence œstrogénique post-ménopausique. Cependant les mécanismes à la base de ces pathologies n’ont été que très peu étudiés. Le but de cette thèse a été d’investiguer les mécanismes moléculaires possibles à l’origine de l’hypercholestérolémie et de l’accumulation des lipides (triglycérides : TG et cholestérol) dans le foie en utilisant un modèle animal de la ménopause, la rate Sprague Dawley ovariectomisée (Ovx). Nous avons également examiné si le changement des habitudes de vie comme la pratique de l’exercice physique pouvait prévenir ou corriger les modifications induites par l’Ovx. Enfin, rosuvastatine (statine) a été utilisée comme thérapie pharmacologique de l’hypercholestérolémie dans le but de comprendre son effet au niveau moléculaire chez la rate Ovx. L’objectif de la première étude était de déterminer comment l’Ovx peut affecter les niveaux de TG et de cholestérol dans le foie des rates nourries avec une diète riche en lipides (HF : 42% gras). Les rates ont été soumises à la diète HF ou normale pendant 6 semaines avant d’être Ovx ou Sham (ovariectomie simulée), puis maintenues aux mêmes conditions diététiques pour 6 autres semaines. L’Ovx a provoqué une accumulation de TG dans le foie, mais pas la diète HF seule. Cependant, lorsque l’Ovx était combinée à la diète HF, l’accumulation des TG était beaucoup plus importante comparé à ce qui était observé chez les rates Ovx soumises à la diète normale. L’expression génique (ARNm) de CPT1 (Carnitine palmitoyltransferase 1), PGC1α (Peroxisome proliferator-activated receptor gamma, coactivator 1) et PPARα (Peroxysome proliferetor activated receptor alpha) intervenant dans l’oxydation des acides gras dans le foie était augmentée par la diète HF (p ˂ 0.001; p ˂ 0.01; p ˂ 0.05 respectivement) ; mais atténuée (p ˂ 0.05; p ˂ 0.05; p ˂ 0.07 respectivement) lorsque les rates ont été Ovx, favorisant ainsi l’accumulation des TG dans le foie. La combinaison de la diète HF à l’Ovx a également provoqué une hypercholestérolémie et une accumulation de cholestérol dans le foie malgré la diminution de l’expression de la HMGCoA-r (3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA reductase), enzyme clé de la synthèse du cholestérol. Ceci était associé à l’inhibition de l’expression génique de CYP7a1 (Cytochrome P450, family 7, subfamily a, polypeptide 1), suggérant une diminution de la synthèse des acides biliaires. Ayant constaté dans la première étude que l’Ovx élevait les niveaux de cholestérol hépatique et plasmatique, nous nous sommes fixés comme objectif dans la deuxième étude d’évaluer les effets de l’Ovx sur l’expression génique des transporteurs et enzymes responsables du métabolisme du cholestérol et des acides biliaires dans le foie et l’intestin, et de vérifier si l’exercice sur tapis roulant pouvait prévenir ou corriger les changements causés par l’Ovx. L’hypercholestérolémie constatée chez les rates Ovx comparativement aux Sham était accompagnée de la diminution de l’expression génique des récepteurs des LDL (R-LDL), des résidus de lipoprotéines (LRP1), de SREBP-2 (Sterol regulatory element binding protein 2) et de PCSK9 (Proprotein convertase subtilisin/kexin type 9) dans le foie, suggérant une défaillance dans la clairance des lipoprotéines plasmatiques. L’Ovx a aussi inhibé l’expression génique de la MTP (Microsomal triglyceride transfer protein) et stimulé celle de SR-B1 (Scavenger receptor class B, member 1); mais aucun changement n’a été observé avec CYP7a1. Ces changements moléculaires pourraient par conséquent favoriser l’accumulation de cholestérol dans le foie. L’exercice physique n’a pas corrigé les modifications causées par l’Ovx sur l’expression génique de ces molécules au niveau hépatique à l’exception de SREBP-2. Par contre, au niveau intestinal (iléum), l’exercice sur tapis roulant a inhibé l’expression génique des marqueurs moléculaires intervenant dans l’absorption des acides biliaires (OSTα/β, FXR, RXRα, Fgf15) et du cholestérol (LXRα, NCP1L1) au niveau de l’iléum chez les rates Sham entraînées. Ces adaptations pourraient prévenir le développement de l’hypercholestérolémie protégeant en partie contre la survenue de l’athérosclérose. Au vue des effets délétères (hypercholestérolémie et diminution de l’expression du R-LDL, PCSK9, LRP1, SREBP-2 et HMGCOA-r dans le foie) causés par l’Ovx sur le métabolisme du cholestérol constatés dans l’étude 2, la 3ième étude a été conçue pour évaluer l’efficacité de rosuvastatine (Ros) sur l’expression génique de ces marqueurs moléculaires chez les rates Ovx sédentaires ou soumises à l’entraînement volontaire. Ros a été administrée aux rates Ovx pendant 21 jours par voie sous-cutanée à la dose de 5mg/kg/j à partir de la 9ième semaine après l’Ovx. Ros n’a pas diminué la concentration plasmatique de LDL-C et de TC chez les rates Ovx. Par contre, Ros a stimulé (P ˂ 0.05) l’expression génique de PCSK9, SREBP-2, LRP1, HMGCoA-r et ACAT2 (Acyl-CoA cholesterol acyltransferase) mais pas significativement (P = 0.3) celle du R-LDL dans le foie des rates Ovx sédentaires et entraînées. Ros n’a pas réduit la concentration plasmatique de LDL-C probablement à cause de l’induction plus importante de PCSK9 par rapport au R-LDL. Cependant, la stimulation de LRP1 par Ros protège partiellement contre la survenue des maladies cardiovasculaires. En conclusion, les études de cette thèse indiquent que la baisse du niveau des œstrogènes entraîne des changements radicaux du métabolisme hépatique des TG et du cholestérol provoqués par des altérations de l’expression des gènes clés des voies métaboliques associées. / Hepatic steatosis and plasma lipid profile deterioration are metabolic diseases favored by post-menopausal estrogen deficiency. However, mechanisms underlying these diseases have not been systematically adressed. The aim of this thesis was to investigate molecular mechanisms causing hypercholesterolemia and lipids (triglycerides: TG and cholesterol) accumulation in the liver using animal model of menopause, the ovariectomized (Ovx) Sprague Dawley rat. We also examined whether lifestyle modifications such as physical activity can prevent or correct changes induced by Ovx. Finally, rosuvastatin (statine) was used as a pharmacological therapy of hypercholesterolemia in order to understand its effect at the molecular level in Ovx rats. The first study was designed to determine how the Ovx may affect levels of TG and cholesterol in the liver of rats fed a high-fat diet (HF: 42% fat). Rats were submitted to a HF or a normal diet for 6 weeks prior to Ovx or being sham operated, and then kept on the same diets for another 6 weeks. The Ovx increased liver TG content, but not the HF diet alone. However, the combination of Ovx and HF diet resulted in a greater liver TG accumulation than that observed in Ovx submitted to normal diet. The mRNA levels of CPT-1, PGC1 and PPARα involved in liver lipid oxidation significantly increased in rats fed the HF diet (p ˂ 0.001; p ˂ 0.01; p ˂ 0.05 respectively); but this increase was substantially less if HF fed rats were Ovx (p ˂ 0.05; p ˂ 0.05; p ˂ 0.07 respectively), thus favouring TG accumulation in the liver. The combination of HF diet and Ovx also induced hypercholesterolemia and an increase in liver total cholesterol content, in spite of the reduction of liver HMGCoA-r gene expression, the key enzyme for cholesterol synthesis. This was also associated with a decrease of liver CYP7a1 gene expression, suggesting a reduction in bile acids synthesis. Having found in the first study that the Ovx increases liver and plasma cholesterol levels, we aimed in the second study at determining the effects of Ovx on gene expression of hepatic and intestinal transporters and enzymes involved in cholesterol and bile acids metabolism; and to verify whether treadmill exercise could prevent or correct changes induced by Ovx. The Ovx resulted in hypercholesterolemia associated with a reduction in gene expression of hepatic low-density lipoprotein receptor (LDL-R), lipoprotein remnants receptor (LRP1), SREBP-2 and PCSK9, suggesting a failure in the clearance of plasma lipoproteins particles. The Ovx also inhibited the expression of MTP and stimulated that of SR-B1 in the liver, but no change was observed with CYP7a1. These molecular changes might, therefore, favor cholesterol accumulation in the liver. Exercise training did not correct the deleterious effects caused by Ovx on gene expression of these molecular markers in the liver with the exception of SREBP-2. However, in the intestine (ileum) treadmill exercise reduced gene expression of molecular markers involved in the absorption of bile acids (OSTα/β, FXR, RXRα, Fgf15) and cholesterol (LXRα, NCP1L1) in Sham trained rats compared to sedentary rats. This could prevent the development of cholestasis and hypercholesterolemia protecting partially against the onset of atherosclerosis. In view of the deleterious effects (hypercholesterolemia and decreased in gene expression of LDL-R, PCSK9, LRP1, SREBP-2 and HMGCoA-r in the liver) caused by Ovx on cholesterol metabolism observed in the second study, the 3rd study was designed to test the effect of rosuvastatin (Ros) on gene expression of these molecular markers in Ovx sedentary rats or in Ovx rats submitted to voluntary training. Ros was injected to Ovx rats subcutaneously at dose of 5mg/kg/day during 21 days from the ninth week after ovariectomy. Ros failed to decrease plasma LDL-C and TC in Ovx rats. In contrast, Ros increased (P ˂ 0.05) PCSK9, SREBP-2, LRP1, HMGCoA-r and ACAT2 but not significantly (P ˂ 0.3) LDL-R mRNA in the Ovx sedentary and trained rat liver. Ros failed to decrease plasma LDL-C in Ovx rats probably because of a stronger induction of PCSK9 than LDL-R gene expression. However by increasing LRP1 expression, Ros could decrease circulating lipoprotein remnants and, therefore, protects partially against the onset of cardiovascular diseases. In conclusion, the studies of this thesis indicate that the decrease of ovarian estrogen levels causes radical changes in hepatic TG and cholesterol metabolism caused by alterations in the expression of key genes associated with metabolic pathways.

Le carcinome hépatocellulaire (CHC) est un cancer au pronostic sombre, car il est souvent diagnostiqué trop tardivement pour entreprendre un traitement curatif. Il se développe dans 80-90% des cas sur fond de cirrhose. On connait mal comment la fibrose, étape préliminaire à la cirrhose, et son principal constituant, le collagène de type 1 (COL1), peuvent jouer un rôle dans le processus du CHC. Nous avons tout d’abord étudié le développement de la fibrose dans un modèle utilisant la souris nue. Nous avons déterminé qu’après 16 semaines d’administration de thioacétamide dans l’eau de boisson, il est possible d’obtenir une fibrose suffisante pour induire une hépatoprotection en présence de différents hépatotoxiques (AST dans le sérum de souris fibrotiques vs non-fibrotiques : Anti-Fas JO2 (4665 ± 2596 vs. 13953 ± 2260 U/L; P<0.05), acétaminophène (292 ± 66 vs. 4087 ± 2205 U/L; P<0.01) et CCL4 (888 ± 268 vs. 15673 ± 2782 U/L; P<0.001)). Ces résultats confirment que la présence de COL1 et de fibrose favorise la survie des hépatocytes normaux tel qu’observé précédemment au laboratoire. Par la suite, nous avons sélectionné in vivo, par injection intrasplénique de la lignée de CHC Hepa1-6, une lignée à forte tumorigénicité nommée dt-Hepa1-6 (28±12 lésions vs. 0±0 lésions à 21 jours). Cette lignée était composée d’une sous-population cellulaire arborant la protéine de surface EpCAM (34.0±0.1%). Par tri cellulaire, nous avons démontré que ces cellules étaient partiellement responsables de la tumorigénicité accrue (EpCAM + (86.7±2.3%) :1093±74 lésions vs. EpCAM- (15.3±1.0%) :473±100 lésions; P<0.01). Nous avons alors démontré que la présence de fibrose favorise le développement de la lignée dt-Hepa1-6 in vivo (604±242 vs 22±9 lésions; P<0.05). De plus, la présence de fibrose réduit l’efficacité du traitement au cisplatin in vivo (44.5±4.9 vs. 78.7±6.9%; P<0.01) confirmant les résultats obtenus in vitro (Apoptose : COL1 13.75±0.44% vs. plastique 31.45±1.37%; P<0.001). En conclusion, la présence de fibrose et de son principal constituant, le COL1, favorise la survie et la progression du CHC. / Hepatocellular carcinoma (HCC) is a dreadful pathology, often diagnosed too late to be cured. In 80-90% of cases, it arises in the context of liver cirrhosis. Little is known on the implication of liver fibrosis, one of the key elements of cirrhosis, and its major constituent, type I collagen (COL1), on the development of HCC. We first studied the development of fibrosis in a nude mouse model. We determined that, after 16 weeks of thioacetamide administration in drinking water, we obtained a sufficient degree of fibrosis to reach a hepatoprotective state when animals were exposed to different hepatotoxic agents (Serum AST of fibrotic vs non-fibrotic mice : Anti-Fas JO2 (4665 ± 2596 vs. 13953 ± 2260 U/L; P<0.05), acetaminophen (292 ± 66 vs. 4087 ± 2205 U/L; P<0.01) et CCL4 (888 ± 268 vs. 15673 ± 2782 U/L; P<0.001)). This confirmed that COL1 and the presence of fibrosis protects normal hepatocytes as observed previously in our laboratory. Next, we selected in vivo, by intrasplenic injection of the murine HCC cell line Hepa1-6, a highly tumorigenic cell line that we named dt-Hepa1-6 (28±12 lesions vs. 0±0 lesions at 21 days). This cell line was constituted of cell subsets expressing EpCAM protein at their surface (34.0±0.1%). Through cell sorting, we demonstrated that these cells were partially responsible for the enhanced tumorigenicity observed (EpCAM + (86.7±2.3%) :1093±74 lesions vs. EpCAM- (15.3±1.0%) :473±100 lesions; P<0.01). We then showed that the presence of liver fibrosis increases the development of dt-Hepa1-6 cell line in vivo (604±242 vs 22±9 lesions; P<0.05). Moreover, fibrosis reduced the anti-neoplastic efficacy of cisplatinum in vivo (44.5±4.9 vs. 78.7±6.9%; P<0.01) confirming in vitro results (Apototic index : COL1 13.75±0.44% vs. plastic 31.45±1.37%; P<0.001). In conclusion, fibrosis and its major constituent, COL1, favor the survival and progression of HCC.

Le foie est un organe vital ayant une capacité de régénération exceptionnelle et un rôle crucial dans le fonctionnement de l’organisme. L’évaluation du volume du foie est un outil important pouvant être utilisé comme marqueur biologique de sévérité de maladies hépatiques. La volumétrie du foie est indiquée avant les hépatectomies majeures, l’embolisation de la veine porte et la transplantation. La méthode la plus répandue sur la base d'examens de tomodensitométrie (TDM) et d'imagerie par résonance magnétique (IRM) consiste à délimiter le contour du foie sur plusieurs coupes consécutives, un processus appelé la «segmentation». Nous présentons la conception et la stratégie de validation pour une méthode de segmentation semi-automatisée développée à notre institution. Notre méthode représente une approche basée sur un modèle utilisant l’interpolation variationnelle de forme ainsi que l’optimisation de maillages de Laplace. La méthode a été conçue afin d’être compatible avec la TDM ainsi que l' IRM. Nous avons évalué la répétabilité, la fiabilité ainsi que l’efficacité de notre méthode semi-automatisée de segmentation avec deux études transversales conçues rétrospectivement. Les résultats de nos études de validation suggèrent que la méthode de segmentation confère une fiabilité et répétabilité comparables à la segmentation manuelle. De plus, cette méthode diminue de façon significative le temps d’interaction, la rendant ainsi adaptée à la pratique clinique courante. D’autres études pourraient incorporer la volumétrie afin de déterminer des marqueurs biologiques de maladie hépatique basés sur le volume tels que la présence de stéatose, de fer, ou encore la mesure de fibrose par unité de volume. / The liver is a vital abdominal organ known for its remarkable regenerative capacity and fundamental role in organism viability. Assessment of liver volume is an important tool which physicians use as a biomarker of disease severity. Liver volumetry is clinically indicated prior to major hepatectomy, portal vein embolization and transplantation. The most popular method to determine liver volume from computed tomography (CT) and magnetic resonance imaging (MRI) examinations involves contouring the liver on consecutive imaging slices, a process called “segmentation”. Segmentation can be performed either manually or in an automated fashion. We present the design concept and validation strategy for an innovative semiautomated liver segmentation method developed at our institution. Our method represents a model-based approach using variational shape interpolation and Laplacian mesh optimization techniques. It is independent of training data, requires limited user interactions and is robust to a variety of pathological cases. Further, it was designed for compatibility with both CT and MRI examinations. We evaluated the repeatability, agreement and efficiency of our semiautomated method in two retrospective cross-sectional studies. The results of our validation studies suggest that semiautomated liver segmentation can provide strong agreement and repeatability when compared to manual segmentation. Further, segmentation automation significantly shortens interaction time, thus making it suitable for daily clinical practice. Future studies may incorporate liver volumetry to determine volume-averaged biomarkers of liver disease, such as such as fat, iron or fibrosis measurements per unit volume. Segmental volumetry could also be assessed based on subsegmentation of vascular anatomy.

Le fipronil, insecticide largement utilisé, est un perturbateur thyroïdien chez le rat modulant le catabolisme hépatique des hormones thyroïdiennes. Ses effets chez le mouton, considéré comme un modèle plus pertinent que le rat pour étudier une régulation de la fonction thyroïdienne chez l'Homme, sont plus limités. Le but de cette thèse était de caractériser au niveau hépatique le mode d'action du fipronil sur la fonction thyroïdienne en s'intéressant 1) au rôle potentiel du principal métabolite du fipronil formé in vivo, le fipronil sulfone, et 2) aux différences interspécifiques de métabolisme du fipronil et/ou de sensibilité à la perturbation thyroïdienne qui peuvent préjuger de la pertinence des différents modèles animaux pour l'analyse du risque du fipronil pour la santé humaine. L'efficacité du fipronil sulfone à induire l'expression et/ou l'activité d'enzymes responsables du métabolisme hépatique des hormones thyroïdiennes ou du fipronil était la même que celle du fipronil autant in vivo chez le rat que in vitro sur hépatocytes. L'utilisation d'un modèle de souris déficientes pour des récepteurs nucléaires xénosenseurs suggérait fortement une implication des récepteurs nucléaires Constitutive Androstane Receptor et/ou Pregnane X Receptor dans la perturbation thyroïdienne induite par le fipronil / The widely used insecticide fipronil is a thyroid disruptor in rat acting on thyroid hormone hepatic metabolism. In sheep, a more relevant species for the human thyroid regulation, fipronil-induced thyroid-disruption is much more limited. The goal of this thesis was to characterize the mode of action of fipronil on thyroid function at the hepatic level focusing on 1) the potential role of fipronil sulfone, the main fipronil metabolite formed in vivo, and on 2) interspecific differences in terms of fipronil metabolism and/or sensitivity to thyroid disruption that can prejudge of the relevance of the different animal models for the risk assessment of fipronil for human health. Fipronil sulfone was as efficient as fipronil to induce the expression and/or activity of enzymes involved in thyroid hormone or fipronil hepatic metabolism both in vivo in rat and in vitro on hepatocytes. The use of knock-out mice for xenosensors nuclear receptors strongly suggested an implication of the nuclear receptor Constitutive Androstane Receptor and/or Pregnane X Receptor on fipronil-induced thyroid disruption

Le Carcinome Hépatocellulaire a une incidence mondiale élevée et est associé à un mauvais pronostic. Les traitements curatifs existants ne sont applicables qu’à une minorité de patients. La radiothérapie sélective interne (SIRT) est un traitement palliatif de plus en plus utilisé. Elle consiste à l’injection sélective intra-tumorale de microsphères d’yttrium-90 par infusion intra-artérielle, et repose sur deux étapes : une étape pré-thérapeutique de simulation du traitement avec l’injection de macroagrégats d’albumines marqués au 99mTc et le traitement en lui-même. Cependant les caractéristiques de ces deux vecteurs diffèrent et peuvent conduire à des variations de biodistribution et à une dosimétrie approximative. Ce travail a pour but de développer un vecteur radiothéranostique unique pour la SIRT : les microparticules à base d’amidon (SBMP), afin de pallier aux différents problèmes rencontrés en clinique. L’optimisation du radiomarquage par le 68Ga et le 188Re sous forme de kits lyophilisés prêts-à-l’emploi, a permis d’obtenir une pureté radiochimique > 98 % et > 95 % respectivement. Une étude préliminaire par imagerie TEP/TDM in vivo chez le rat, suite à l’injection intraartérielle des 68Ga-SBMP a montré une biodistribution spécifique des microparticules avec plus de 95 % de l’activité retrouvée dans le foie et plus particulièrement dans les tumeurs. Les SBMP offrent plusieurs avantages répondant à différents problèmes actuels et constituent un agent théranostique prometteur pour la SIRT. Une présentation de la SIRT, des différentes microparticules en développement pour la SIRT et des modèles animaux de tumeur hépatique existants seront également développées dans ce travail. / The Hepatocellular Carcinoma has a high incidence worldwide and is associated with a bad prognostic. The existing curative treatments can only be apply in a minority of cases. The selective internal radiation therapy (SIRT) is a palliative treatment that is increasingly used. This technique is define by the selective intratumoral injection of yttrium-90microspheres via intra-arterial infusion. It involves two steps : a pre-therapeutic one for treatment simulation purpose with the injection of serum albumin macroaggregates radiolabeled with 99mTc and the treatment itself. However the characteristics of these two vectors are different and can lead to variations in biodistribution and approximate dosimetry. This works aims to develop a unique radiotheranostic vector for the SIRT: the starch-basedmicroparticles (SBMP), in order to overcome the different currents clinical problems. The optimization of the radiolabeling by the 68Ga and the 188Re in the form of ready-to-use radiolabeling kits allowed to obtain a radiochemical purity > 98 % and > 95 % respectively. A preliminary in vivo study by PET/CT imaging in rat, following the intra-arterial injection of 68Ga-SBMP displayed a specific biodistribution of the microparticles with more than 95 % of the activity found in the liver and mostly in the tumors. The SBMP offer several advantages that answer different current issues and area promising theranostic agent for the SIRT. A presentation of the SIRT, the different microparticles in development and the existing animal models of hepatic tumor will also be developed in this work.

L’enzyme méthionine synthase (MTR) catalyse la reméthylation de l’homocystéine en méthionine, le précurseur du donneur universel de groupe méthyle S-Adenosylmethionine (SAM), impliqué dans des mécanismes de régulations épigénétiques. Des polymorphismes de MTR sont associés à des défauts métaboliques et des défauts de développement embryonnaire. Afin d’étudier les conséquences d’une déficience en MTR, nous avons généré des modèles murins d’invalidation conditionnelle du gène MTR de manière constitutive ou inductible dans le foie et dans le cerveau. L’invalidation constitutive ou inductible ciblée dans le foie pendant l’embryogenèse n’est pas viable, suggérant un rôle limitant de la méthionine synthase sur le développement précoce et l’organogenèse en lien probable avec les conséquences sur la prolifération cellulaire. Dans les périodes post-natales, nous avons utilisé le modèle inductible complété par une hépatectomie pour étudier les altérations de la régénération hépatique liée aux effets sur le stress cellulaire ainsi que l’expression et l’activation des cyclines. Le KO dans le cerveau induit principalement une perte des fonctions de mémorisation de l’apprentissage hippocampo-dépendant. Au total, nos résultats illustrent les effets différents de l’invalidation de MTR en fonction de l’organe considéré. Le foie est un organe très plastique avec une capacité de régénération très importante. Les effets sur les étapes de l’organogénèse et sur l’inhibition de la régénération confirment l’hypothèse du rôle majeur et limitant de la méthionine synthase dans la régulation du cycle cellulaire. Le modèle d’invalidation au niveau du cerveau confirme le rôle très important de la voie de reméthylation de l’homocystéine catalysée par la méthionine synthase, rôle qui a déjà été illustré par d’autres travaux sur les rats carencés en donneur de méthyle et sur la souris transgénique KO cd320 / The enzyme methionine synthase (MTR) catalyzes the remethylation of homocysteine to methionine, the precursor of the methyl donor S-universal Adenosylmethionine (SAM), involved in epigenetic regulation mechanisms. We generated mouse models with conditional invalidation of the mtr gene in a constitutive or inducible manner to delete the gene expression specifically in the liver and brain. Constitutive invalidation during embryonic life is not sustainable when targeted to the liver, suggesting a limiting role of methionine synthase in early organogenesis and probably on cell proliferation. We performed hepatectomy to study regeneration-related effects on the cellular stress and found dramatic effects on cell proliferation through altered expression and activation of cyclins. The constitutive model in brain highlighted the behavioral anomalies related to a loss of learning and memory. This suggested major effects in the hippocampus. Overall, our findings highlighted the specific effects of the invalidation of methionine synthase in both organs. The liver is a plastic member with a very high regenerative capacity. The effects on organogenesis and inhibition of regeneration confirm the hypothesis for a major role of methionine synthase in cell cycle regulation. The invalidation model in the brain confirms the important role of the remethylation pathway catalysed by methionine synthase, a role which has been shown by other studies in rats deprived in methyl donors and in cd320 KO transgenic mice

Le cancer colorectal est un enjeu majeur de Santé publique. Près de la moitié des patients porteurs d’un cancer colorectal va développer des métastases hépatiques. La chirurgie est le seul traitement potentiellement curatif. Tout doit donc être mis en oeuvre pour que ces patients accèdent à un geste chirurgical. Le volume de foie restant après hépatectomie est un des principaux facteurs limitant en chirurgie hépatique. Des techniques innovantes ont été développées dans l’optique d’une épargne parenchymateuse : l’utilisation conjointe des techniques de destruction focalisée et la chirurgie hépatique en deux temps. La chirurgie hépatique en deux temps est efficace d’un point de vue carcinologique, mais reste une procédure complexe techniquement avec une morbidité non négligeable, notamment à cause des adhérences péri-hépatiques post-opératoires. Ces adhérences sont systématiques après chirurgie hépatique mais peuvent être prévenues par l’utilisation de membranes antiadhérences après la première hépatectomie. Dans cette indication, l’étude de phase II multicentrique, présentée dans ce travail, retrouvait une diminution de l’incidence et de la sévérité de ces adhérences après utilisation de seprafilm®, ce qui facilitait la seconde hépatectomie. Les techniques de destruction focalisée peuvent dans certains cas se substituer à la chirurgie en cas de métastases résécables. Elles permettent également d’augmenter le nombre de patients candidats à une prise en charge à visée curative, lorsqu’elles sont associées à la chirurgie, en cas de métastases non résécables. Ces techniques présentent néanmoins plusieurs inconvénients qui limitent leur utilisation. Les ultrasons focalisés de haute intensité (HIFU) sont une technique récente, non ionisante, de destruction focalisée dont les avantages théoriques sont particulièrement adaptés au traitement des tumeurs hépatiques. La technologie HIFU actuelle repose sur un dispositif de traitement extra-corporel, dont la limite principale est la faible taille des ablations, qui doivent être juxtaposées pour traiter des tumeurs de quelques centimètres, ce qui nécessite des temps de traitement de plusieurs dizaines de minutes. Le développement d’une sonde HIFU per-opératoire, à géométrie torique, a permis d’obtenir des ablations d’environ 7 cm3 en 40 secondes sur un modèle porcin. Nous avons pu montrer, lors de l’étude de phase I-IIa présentée dans ce travail, que ces résultats étaient reproduits chez l’homme sur foie sain destiné à être réséqué. Les résultats positifs de ces deux études prospectives nous ont permis d’envisager une étude de phase III sur la prévention des adhérences péri-hépatiques, la poursuite de l’étude HIFU en ciblant cette fois les métastases hépatiques, et la réalisation d’une étude de phase II sur la résection hépatique assistée par HIFU comme aide à l’hémostase / Colorectal cancer is a major health problem. Almost half of patients will develop liver metastasis. Surgery is the only potentially curative treatment. Everything possible must be done for these patients to perform liver surgery. Remnant liver volume after hepatectomy is the main limit of liver surgery. Innovative techniques have been developed to spare liver parenchyma: concomitant use of focal destruction and two-stage hepatectomy. Two-stage hepatectomy is oncologically effective but is a challenging procedure with high morbidity, in part because of peri-hepatic adhesions. These adhesions occur systematically after liver surgery but can be prevented by the use of anti-adhesion membranes at the end of the first hepatectomy. In this indication, the multicentre phase II study presented herein, showed a decrease in extent and severity of adhesions with use of seprafilm®. It facilitated the dissection and so the second hepatectomy. Techniques involving focal destruction can replace surgery in selected cases of resectable metastases. They also increase the number of patients candidates to curative liver-directed therapy in unresectable metastases. These techniques have however several disadvantages, which limit their use. High intensity focused ultrasound (HIFU) is a recent, non-ionizing, technology of focal destruction. Theoretical advantages make HIFU a promising technique for focal ablation of liver tumours. Current technology is based on extra-corporeal treatment. The main limit is that elementary ablations are small and must be juxtaposed to treat supra-centimetric tumours, resulting in long-time treatment. A new and powerful HIFU device enabling destruction of larger liver volumes (7 cm3 in 40 seconds) has been developed based on toroidal transducers. We showed, in a phase I-IIa study presented herein, that preclinical results could be reproduced on healthy liver of patients undergoing hepatectomy. Positive results of these two prospective studies have allowed to design a phase III trial on prevention of peri-hepatic adhesions, to continue the evaluation of HIFU by targeting liver metastases and by assisting liver resection, in a phase II study, as a sealing device

Les ultrasons focalisés de haute intensité (HIFU) permettent la destruction de tissus biologiques par élévation de la température. Cette technique reconnue est utilisée actuellement dans le monde médical afin de traiter certaines masses tumorales. Le projet décrit dans ce document détaille la mise au point et l'utilisation de deux systèmes thérapeutiques indépendants, ayant pour objectif principal le traitement peropératoire puis extracorporel des tumeurs hépatiques. Dans un premier temps, un système chirurgical existant, destiné au traitement des métastases hépatiques et en cours d'évaluation clinique, a été utilisé. La mise en place d'une modalité de traitement par focalisation électronique a permis d'augmenter le volume de coagulation initial et ainsi faciliter la procédure opératoire. Basée sur les conclusions de cette première étude, une seconde version de sonde peropératoire a été modélisée puis développée. La géométrie du transducteur utilisé a permis une modification de la forme des lésions produites. Les performances de cette sonde de traitement ont été évaluées numériquement puis validées lors d'expérience in vitro et in vivo. L'efficacité, la simplicité et la reproductibilité des traitements réalisés sur le foie ont conduit à une possible application du dispositif aux cancers du pancréas. Après étude numérique et évaluation de la faisabilité in vitro, une validation sur modèle animal a été entreprise. L'ensemble des résultats obtenus au cours de ces différents traitements peropératoires a permis d'envisager la faisabilité d'un dispositif de traitement par voie extracorporelle. Une étude théorique a donné lieu à la réalisation d'un prototype expérimental. Après calibrations et étalonnages, des résultats in vitro préliminaires ont été obtenus / High intensity focused ultrasound (HIFU) allows the destruction of biological tissue by temperature increase. This technique is commonly used in the medical world for treating certain types of tumor masses. The project described in this document details the development and use of two independent therapy systems, with the main objective to treat intraoperatively and extracorporeally liver tumors. As a first step, an existing surgical system, intended to treat liver metastases and under clinical evaluation, was used. The establishment of a treatment modality based on electronic focusing has contributed to increase the coagulation volume and thus simplify the operative procedure. Based upon the findings of this first study, a second version of intraoperative probe was modeled and developed. The geometry of this new transducer allowed to change the shape of produced ablations. The performance of this probe were evaluated numerically and then validated with in vitro and in vivo studies. The effectiveness, simplicity and reproducibility of the treatments performed in the liver led to a possible application of the device to pancreatic cancer. After numerical study and in vitro feasibility assessment, animal model validation was also undertaken. All the results obtained during the peroperative treatments was used to study the feasibility of an extracorporeal treatment. A theoretical study has led to the development of an experimental prototype. After calibration, preliminary in vitro results were obtained

La stéatose hépatique et la détérioration du profil lipidique plasmatique sont des pathologies métaboliques favorisées par la carence œstrogénique post-ménopausique. Cependant les mécanismes à la base de ces pathologies n’ont été que très peu étudiés. Le but de cette thèse a été d’investiguer les mécanismes moléculaires possibles à l’origine de l’hypercholestérolémie et de l’accumulation des lipides (triglycérides : TG et cholestérol) dans le foie en utilisant un modèle animal de la ménopause, la rate Sprague Dawley ovariectomisée (Ovx). Nous avons également examiné si le changement des habitudes de vie comme la pratique de l’exercice physique pouvait prévenir ou corriger les modifications induites par l’Ovx. Enfin, rosuvastatine (statine) a été utilisée comme thérapie pharmacologique de l’hypercholestérolémie dans le but de comprendre son effet au niveau moléculaire chez la rate Ovx. L’objectif de la première étude était de déterminer comment l’Ovx peut affecter les niveaux de TG et de cholestérol dans le foie des rates nourries avec une diète riche en lipides (HF : 42% gras). Les rates ont été soumises à la diète HF ou normale pendant 6 semaines avant d’être Ovx ou Sham (ovariectomie simulée), puis maintenues aux mêmes conditions diététiques pour 6 autres semaines. L’Ovx a provoqué une accumulation de TG dans le foie, mais pas la diète HF seule. Cependant, lorsque l’Ovx était combinée à la diète HF, l’accumulation des TG était beaucoup plus importante comparé à ce qui était observé chez les rates Ovx soumises à la diète normale. L’expression génique (ARNm) de CPT1 (Carnitine palmitoyltransferase 1), PGC1α (Peroxisome proliferator-activated receptor gamma, coactivator 1) et PPARα (Peroxysome proliferetor activated receptor alpha) intervenant dans l’oxydation des acides gras dans le foie était augmentée par la diète HF (p ˂ 0.001; p ˂ 0.01; p ˂ 0.05 respectivement) ; mais atténuée (p ˂ 0.05; p ˂ 0.05; p ˂ 0.07 respectivement) lorsque les rates ont été Ovx, favorisant ainsi l’accumulation des TG dans le foie. La combinaison de la diète HF à l’Ovx a également provoqué une hypercholestérolémie et une accumulation de cholestérol dans le foie malgré la diminution de l’expression de la HMGCoA-r (3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA reductase), enzyme clé de la synthèse du cholestérol. Ceci était associé à l’inhibition de l’expression génique de CYP7a1 (Cytochrome P450, family 7, subfamily a, polypeptide 1), suggérant une diminution de la synthèse des acides biliaires. Ayant constaté dans la première étude que l’Ovx élevait les niveaux de cholestérol hépatique et plasmatique, nous nous sommes fixés comme objectif dans la deuxième étude d’évaluer les effets de l’Ovx sur l’expression génique des transporteurs et enzymes responsables du métabolisme du cholestérol et des acides biliaires dans le foie et l’intestin, et de vérifier si l’exercice sur tapis roulant pouvait prévenir ou corriger les changements causés par l’Ovx. L’hypercholestérolémie constatée chez les rates Ovx comparativement aux Sham était accompagnée de la diminution de l’expression génique des récepteurs des LDL (R-LDL), des résidus de lipoprotéines (LRP1), de SREBP-2 (Sterol regulatory element binding protein 2) et de PCSK9 (Proprotein convertase subtilisin/kexin type 9) dans le foie, suggérant une défaillance dans la clairance des lipoprotéines plasmatiques. L’Ovx a aussi inhibé l’expression génique de la MTP (Microsomal triglyceride transfer protein) et stimulé celle de SR-B1 (Scavenger receptor class B, member 1); mais aucun changement n’a été observé avec CYP7a1. Ces changements moléculaires pourraient par conséquent favoriser l’accumulation de cholestérol dans le foie. L’exercice physique n’a pas corrigé les modifications causées par l’Ovx sur l’expression génique de ces molécules au niveau hépatique à l’exception de SREBP-2. Par contre, au niveau intestinal (iléum), l’exercice sur tapis roulant a inhibé l’expression génique des marqueurs moléculaires intervenant dans l’absorption des acides biliaires (OSTα/β, FXR, RXRα, Fgf15) et du cholestérol (LXRα, NCP1L1) au niveau de l’iléum chez les rates Sham entraînées. Ces adaptations pourraient prévenir le développement de l’hypercholestérolémie protégeant en partie contre la survenue de l’athérosclérose. Au vue des effets délétères (hypercholestérolémie et diminution de l’expression du R-LDL, PCSK9, LRP1, SREBP-2 et HMGCOA-r dans le foie) causés par l’Ovx sur le métabolisme du cholestérol constatés dans l’étude 2, la 3ième étude a été conçue pour évaluer l’efficacité de rosuvastatine (Ros) sur l’expression génique de ces marqueurs moléculaires chez les rates Ovx sédentaires ou soumises à l’entraînement volontaire. Ros a été administrée aux rates Ovx pendant 21 jours par voie sous-cutanée à la dose de 5mg/kg/j à partir de la 9ième semaine après l’Ovx. Ros n’a pas diminué la concentration plasmatique de LDL-C et de TC chez les rates Ovx. Par contre, Ros a stimulé (P ˂ 0.05) l’expression génique de PCSK9, SREBP-2, LRP1, HMGCoA-r et ACAT2 (Acyl-CoA cholesterol acyltransferase) mais pas significativement (P = 0.3) celle du R-LDL dans le foie des rates Ovx sédentaires et entraînées. Ros n’a pas réduit la concentration plasmatique de LDL-C probablement à cause de l’induction plus importante de PCSK9 par rapport au R-LDL. Cependant, la stimulation de LRP1 par Ros protège partiellement contre la survenue des maladies cardiovasculaires. En conclusion, les études de cette thèse indiquent que la baisse du niveau des œstrogènes entraîne des changements radicaux du métabolisme hépatique des TG et du cholestérol provoqués par des altérations de l’expression des gènes clés des voies métaboliques associées. / Hepatic steatosis and plasma lipid profile deterioration are metabolic diseases favored by post-menopausal estrogen deficiency. However, mechanisms underlying these diseases have not been systematically adressed. The aim of this thesis was to investigate molecular mechanisms causing hypercholesterolemia and lipids (triglycerides: TG and cholesterol) accumulation in the liver using animal model of menopause, the ovariectomized (Ovx) Sprague Dawley rat. We also examined whether lifestyle modifications such as physical activity can prevent or correct changes induced by Ovx. Finally, rosuvastatin (statine) was used as a pharmacological therapy of hypercholesterolemia in order to understand its effect at the molecular level in Ovx rats. The first study was designed to determine how the Ovx may affect levels of TG and cholesterol in the liver of rats fed a high-fat diet (HF: 42% fat). Rats were submitted to a HF or a normal diet for 6 weeks prior to Ovx or being sham operated, and then kept on the same diets for another 6 weeks. The Ovx increased liver TG content, but not the HF diet alone. However, the combination of Ovx and HF diet resulted in a greater liver TG accumulation than that observed in Ovx submitted to normal diet. The mRNA levels of CPT-1, PGC1 and PPARα involved in liver lipid oxidation significantly increased in rats fed the HF diet (p ˂ 0.001; p ˂ 0.01; p ˂ 0.05 respectively); but this increase was substantially less if HF fed rats were Ovx (p ˂ 0.05; p ˂ 0.05; p ˂ 0.07 respectively), thus favouring TG accumulation in the liver. The combination of HF diet and Ovx also induced hypercholesterolemia and an increase in liver total cholesterol content, in spite of the reduction of liver HMGCoA-r gene expression, the key enzyme for cholesterol synthesis. This was also associated with a decrease of liver CYP7a1 gene expression, suggesting a reduction in bile acids synthesis. Having found in the first study that the Ovx increases liver and plasma cholesterol levels, we aimed in the second study at determining the effects of Ovx on gene expression of hepatic and intestinal transporters and enzymes involved in cholesterol and bile acids metabolism; and to verify whether treadmill exercise could prevent or correct changes induced by Ovx. The Ovx resulted in hypercholesterolemia associated with a reduction in gene expression of hepatic low-density lipoprotein receptor (LDL-R), lipoprotein remnants receptor (LRP1), SREBP-2 and PCSK9, suggesting a failure in the clearance of plasma lipoproteins particles. The Ovx also inhibited the expression of MTP and stimulated that of SR-B1 in the liver, but no change was observed with CYP7a1. These molecular changes might, therefore, favor cholesterol accumulation in the liver. Exercise training did not correct the deleterious effects caused by Ovx on gene expression of these molecular markers in the liver with the exception of SREBP-2. However, in the intestine (ileum) treadmill exercise reduced gene expression of molecular markers involved in the absorption of bile acids (OSTα/β, FXR, RXRα, Fgf15) and cholesterol (LXRα, NCP1L1) in Sham trained rats compared to sedentary rats. This could prevent the development of cholestasis and hypercholesterolemia protecting partially against the onset of atherosclerosis. In view of the deleterious effects (hypercholesterolemia and decreased in gene expression of LDL-R, PCSK9, LRP1, SREBP-2 and HMGCoA-r in the liver) caused by Ovx on cholesterol metabolism observed in the second study, the 3rd study was designed to test the effect of rosuvastatin (Ros) on gene expression of these molecular markers in Ovx sedentary rats or in Ovx rats submitted to voluntary training. Ros was injected to Ovx rats subcutaneously at dose of 5mg/kg/day during 21 days from the ninth week after ovariectomy. Ros failed to decrease plasma LDL-C and TC in Ovx rats. In contrast, Ros increased (P ˂ 0.05) PCSK9, SREBP-2, LRP1, HMGCoA-r and ACAT2 but not significantly (P ˂ 0.3) LDL-R mRNA in the Ovx sedentary and trained rat liver. Ros failed to decrease plasma LDL-C in Ovx rats probably because of a stronger induction of PCSK9 than LDL-R gene expression. However by increasing LRP1 expression, Ros could decrease circulating lipoprotein remnants and, therefore, protects partially against the onset of cardiovascular diseases. In conclusion, the studies of this thesis indicate that the decrease of ovarian estrogen levels causes radical changes in hepatic TG and cholesterol metabolism caused by alterations in the expression of key genes associated with metabolic pathways.