Les glioblastomes sont des tumeurs au pronostic défavorable. L’échec des thérapies est lié à la présence de cellules souches cancéreuses (CSCs), résistantes aux traitements ; la caractérisation de ces cellules et l’identification de biomarqueurs sont donc primordiales. Le calcium contrôle de nombreux processus cellulaires ; parmi les éléments majeurs de la signalisation calcique, la Calmoduline (CaM) est impliquée dans différentes pathologies, dont des cancers, et est un puissant régulateur de l’état physiologique d’une cellule. CaM interagit avec de nombreuses protéines impliquées dans la régulation de l’homéostasie calcique de la cellule. Nous avons cherché à identifier et caractériser des antagonistes de CaM, inhibant différentiellement ces interactions. L’utilisation de ces antagonistes en tant que perturbateurs de l’homéostasie calcique a permis de mettre en évidence un marqueur caractérisé des CSCs de glioblastomes. D’autre part, l’étude comparée du protéome membranaire de CSCs issues de glioblastomes a permis de mettre en évidence la surexpression de clusters de différenciation et protéines impliquées dans la signalisation calcique. Ces protéines sont de potentiels marqueurs moléculaires des CSCs de glioblastome. / Glioblastomas are malignant tumor of poor prognosis. Therapeutic failure might be supported by cancer stem cells (CSCs); characterization of these cells and biomarkers identification are of most importance. Calcium controls numerous cellular process; beyond major elements of calcium signaling, Calmodulin (CaM) is involved in different pathologies and tumors, and is a powerful regulator of cell physiological state. CaM interacts with a plethora of proteins involved in cell calcium homeostasis regulation. We aimed at identifying and characterizing CaM antagonists, capable of differentially inhibiting these interactions. The use of these antagonists in calcium homeostasis disturbance led to the identification of a characterized marker of glioblastomas CSCs. In another approach, the comparative study of glioblastomas CSCs membrane proteome uncovered the overexpression of differentiation clusters and proteins involved in calcium signaling. These proteins are potential molecular biomarkers for glioblastomes CSCs.

La trithérapie antirétrovirale a considérablement augmenté l’espérance de vie des personnes vivant avec le virus de l’immunodéficience humaine (VIH), mais ne permet pas de guérir l’infection. En effet, le virus latent persiste dans des réservoirs, comme les lymphocytes T CD4+, ce qui empêche son élimination complète. Bien que plusieurs études aient montré un lien entre l’âge et la progression de la maladie, la relation entre le vieillissement et la persistance virale demeure peu explorée. Puisqu’il est connu que la diminution de la production thymique avec l’âge a un impact sur l’homéostasie lymphocytaire, nous avons étudié l’association entre le vieillissement, l’activité thymique et les réservoirs du VIH. Chez les personnes infectées traitées, nos résultats montrent que le réservoir viral inductible est significativement corrélé à l’âge. Cette association est partiellement expliquée par la diminution de la production thymique, causant notamment une réduction de la fréquence des lymphocytes T CD8+. De plus, nous avons observé que les individus ayant des plaques athérosclérotiques, un indicateur sous clinique fortement associée au vieillissement, ont un réservoir viral plus élevé. Finalement, nos résultats montrent que la restauration du thymus par l’administration d’hormone de croissance semble avoir un impact bénéfique sur la taille du réservoir total. Nos résultats suggèrent que le réservoir évolue différemment en fonction de l’âge et que l’involution du thymus contribue à la persistance du VIH, ce qui ouvre la voie à de nouvelles approches thérapeutiques. Également, ils indiquent que certaines mesures du réservoir viral pourraient contribuer à l’évaluation du risque de développement de plaques d’athérosclérose. / Antiretroviral therapy has prolonged the life expectancy of people living with the human immunodeficiency virus (HIV), but does not cure the infection. Indeed, latent virus persists in reservoirs, like CD4+ T cells, which is a major barrier to it’s complete elimination. It is well established that age has an impact on the clinical progression of the disease. However, the relationship between aging and viral persistence is still unknown. As age-associated reduction of thymic production has important consequences on lymphocyte homeostasis, we studied the association between aging, thymic activity avec HIV reservoirs. In infected individuals under antiretroviral therapy, we show that the inducible reservoir is significantly correlated with age. This association can be partially linked to the reduction of thymic production with age, causing a decrease in the frequency of CD8+ T cells. Furthermore, we highlight that individuals with atherosclerotic plaques, a sub-clinical factor highly associated with aging, have a bigger HIV reservoir. Finally, we show that restauration of thymic activity induced by the administration of recombinant growth hormone has a modest but significant beneficial effect on the size of total HIV reservoir. Overall, our results indicate that HIV reservoir evolves differently with age and that thymic involution contributes to viral persistence, which open the way to novel therapeutic approaches. In addition, they suggest that some viral reservoir measures could contribute to the evaluation of the risk of atherosclerotic plaques development.

La narcolepsie de type 1 (NT1) est une maladie neurologique rare caractérisée par une hypersomnolence diurne et des cataplexies - pertes de tonus musculaire pendant l'éveil provoqué par une émotion forte. Chez l'homme, la NT1 est due à la mort spécifique et postnatale des neurones à orexine (Orex) promoteurs de l'éveil, et est considérée comme une pathologie de l'éveil. Toutefois, les observations cliniques suggèrent une dérégulation du sommeil paradoxal (SP) dans cette pathologie. Les patients NT1 ont une latence d'apparition du SP très courte et de fréquents endormissements en SP. De plus, la similitude entre l'atonie musculaire de la cataplexie et celle caractéristique du SP nous mène à penser que la narcolepsie serait également une pathologie du SP. Cette hypothèse a été testée à travers deux études menées sur un modèle murin de narcolepsie : la souris Orex-KO. Dans une 1ère étude nous avons objectivé que malgré une régulation homéostasique du SP intacte, la souris Orex-KO a une propension élevée à faire du SP pendant la phase active. Nous avons alors suggéré un nouveau rôle pour le neuropeptide Orex, celui d'inhibition du SP. Puis, nous avons cherché à déterminer si le réseau neuronal de l'atonie musculaire du SP était recruté pendant les cataplexies. Nos données suggèrent que contrairement à l'hypothèse généralement admise, les neurones glutamatergiques du noyau sublatérodorsal (SLD) ne sont pas suffisants à la mise place des cataplexies et ne seraient que partiellement impliqués dans ce symptôme. Ce travail de thèse a permis de mieux comprendre le rôle des Orex dans la NT1, et d'approfondir nos connaissances sur les mécanismes neurobiologiques de la cataplexie / Narcolepsy type 1 (NT1) is a rare neurological disease characterized by an excessive daytime sleepiness and episodes of cataplexy – a sudden loss of muscular tone triggered by strong emotions during wakefulness. In humans, NT1 is due to the specific and postnatal loss of orexin (Orex) neurons involved in wake promotion. It led to describe NT1 as a wake disease. However, clinical observations have suggested a disrupted regulation of paradoxical (or REM) sleep in narcolepsy. Indeed, NT1 patients have shorter latency to enter REM sleep and frequent sleep onset in REM sleep. More, muscular atonia observed in cataplexy is one of the main feature of REM sleep. Together, those data led to the hypothesis that narcolepsy would be also a REM sleep disease. We’ve investigated this hypothesis in two different studies performed on a recognize model of murine narcolepsy: the Orex-KO mouse. In a 1st study, we found that despite an intact REM sleep homeostasic regulation, Orex-KO mice had an increased REM sleep propensity during active phase. We’ve suggested a new role of REM sleep inhibition for the neuropeptide Orex. Then, we aimed to determine whether REM sleep atonia and cataplexy shared the same neuronal network. In contrast to the currently admitted hypothesis, we demonstrate that glutamatergic neurons of the sublaterodorsal nucleus (SLD) are not sufficient to generate cataplexy, and are only partially involved in this symptom. Taken together, data harvested during this thesis help us to better understand the role of Orex in NT1 and to improve our knowledge about the neurobiological mechanisms of cataplexy

Les cellules sont la plus petite forme de vie individuelle qui forme un organisme. La structure et la santé de tous les organismes est essentiellement définie par le nombre, le type et la taille de leurs cellules. Composé d'environ 30 trillions de cellules, l'homme possède des cellules aux fonctions et aux tailles remarquablement variées, allant d'un neurone pouvant atteindre un mètre à une cellule lymphoïde d'environ 16 µm de diamètre. Il est connu que la taille est fondamentalement l'équilibre entre la croissance cellulaire et la division cellulaire. Néanmoins, les questions sur les réseaux moléculaires qui contrôlent et déterminent le maintien de la taille optimale des cellules restent à déchiffrer. D'innombrables travaux ont caractérisé mTORC1 comme une voie régulatrice majeure de la croissance cellulaire jouant un rôle central, intégrant des stimuli intra et extracellulaires. Ce travail porte sur l'investigation et la caractérisation des acteurs moléculaires et des processus qui orchestrent la taille des cellules humaine déterminées par l'épistase chimique. J'ai entrepris une bibliothèque CRISPR / Cas9 à inactivation prolongée (EKO) dans NALM-6 (lignée cellulaire de lymphome pré-B), suivie d'un fractionnement de la taille des cellules par élutriation à contre-courant en présence de rapamycine (inhibiteur de mTOR), et comparé aux données non publiées données du laboratoire utilisant les mêmes méthodes sans rapamycine. Cette analyse de l'étude indique que dans le contexte amont de mTOR, la perte de gènes liés à la détection des nutriments entraîne une perte de taille en présence d'inhibition de mTOR. En outre, plusieurs knockouts géniques dans la biogenèse des ribosomes et l'homéostasie du calcium ont conduit à une perte ou un gain de taille, montrant un rôle pivot possible de ces processus dans le contrôle de la taille des cellules d'une manière dépendante de mTOR. Ce travail a fourni des informations sur les gènes et réseaux connus et inconnus qui peuvent réguler la taille des cellules d'une manière dépendante de mTOR. Ces résultats doivent être validés et approfondis. / All organisms are essentially structured and fitness defined by cell number, type and size. Composed of around 30 trillion cells, humans have cells with remarkably varied functions and size, ranging from a neuron that can reach one meter in length to a lymphoid cell that is around 16 μm in diameter. At a fundamental level, size is determined by the balance between cell growth and cell division. The molecular networks that control and maintain optimal cell size are yet to be deciphered. The mTORC1 pathway is a major regulator of cell growth that plays a central role in integrating intra- and extra-cellular stimuli. This study addresses the investigation and characterization of the molecular players and processes that orchestrate cell size in human cells, as determined by chemical-genetic size screens and epistasis analysis. I undertook a CRISPR/Cas9 extended-knockout (EKO) genome-wide library screen in the NALM-6 pre-B lymphoma cell line, followed by cell size fractionation by counter flow elutriation in the presence of the mTOR inhibitor rapamycin, and compared the screen data to a similar screen performed in the absence of rapamycin. The analysis indicates that upstream of mTOR, the loss of genes that are related to nutrient sensing, results in size changes in the presence of mTOR inhibition. Also, several gene knockouts in ribosome biogenesis and calcium homeostasis led to size alterations, suggesting a possible a pivotal role of these processes in cell size control in a mTOR-dependent fashion. This study provides insights into the genetic networks that regulate cell size in a mTOR-dependent fashion and establishes new hypotheses for future experimental tests.

Contexte: La physiopathologie de la fibrillation auriculaire (FA) a été caractérisée par des changements de concentration cellulaire de Ca2+ et des processus connexes menant à l'apparition et au maintien de la maladie. Les récepteurs de trisphosphate d'inositol (IP3R) sont des canaux calciques ligand-dépendants pour lesquels la surexpression dans la FA a été liée à un remodelage cardiaque. Les microARN (miR, miARN), petits ARN non codants, sont d'une longueur d'environ 22 nucléotides et régulent l'expression des gènes par déstabilisation de l'ARN ou inhibition de sa traduction. De plus en plus de preuves ont été apportées sur le rôle des miARN dans la physiopathologie des troubles cardiaques, y compris le remodelage défavorable induit par la FA. Objectif: Notre laboratoire a montré que le niveau nucléaire IP3R1 est régulé à la hausse dans le modèle canin de FA, ce qui produit une augmentation de la charge nucléaire en calcium. Cette étude vise donc à étudier le rôle des miARN dans la régulation d'IP3R1 qui initie et/ou perpétue la FA dans les cardiomyocytes auriculaires du modèle de FA chez le chien. Méthodes: Nous avons utilisé un modèle canin de AF établi par méta-cardiographie auriculaire pendant 600 bpm × une semaine; des cœurs perfusés par Langendorff pour isoler les cardiomyocytes auriculaires pour des expériences moléculaires; le criblage des miRs qui ciblent le gène ITPR1, codant IP3R1, en utilisant des bases de données en ligne; RT-qPCR pour mesurer l'expression de l'ARNm de ITPR1 et confirmer le niveau d'expression des miARN criblés; l'analyse Western Blot pour évaluer le niveau de protéine d’IP3R1; le test de la double luciférase reporter, la surexpression et l'abattement des miARN en culture primaire de cardiomyocytes isolées ou de lignées cellulaires appropriées; et l'imagerie par fluorescence calcique Fluo-4 AM pour évaluer le rôle potentiel des miARN sur la manipulation du Ca2+. Pour les expériences de manipulation des miARN, les cellules ont été transfectées avec 1) un miARN non codant (miR-NC, groupe témoin), 2) un miARN mimétique et 3) un inhibiteur du miARN (AMO). La signification statistique est calculée avec le test t de Student ou l'analyse unidirectionnelle de variance (ANOVA) suivie par le test de Tukey à comparaisons multiples en utilisant le logiciel GraphPad Prism version 6.00. Résultats: Nos données indiquent une augmentation du niveau de la protéine IP3R1 sans changement apparent de l'expression du gène ITPR1 dans les cardiomyocytes de l'oreillette gauche par rapport à notre modèle canin de FA. Sur la base de l'analyse informatique, il a été prédit que miR-26a ciblerait l'ARNm de l'ITPR1. La FA a considérablement réduit la régulation du miR-26a dans les cardiomyocytes de l'oreillette gauche. Le dosage de la double luciférase reporté dans les cellules H9C2 a montré que le miR-26a agissait directement sur la région non traduite 3′ (3′UTR) de l'ARNm ITPR1. De plus, la surexpression de miR-26a a réduit le niveau de la protéine IP3R1 et a diminué le taux diastolique [Ca2+] dans le noyau et le cytosol des cardiomyocytes de chien, des transistors de Ca2+ stimulés électriquement; tandis que le knockdown de miR-26a a inversé ces effets. L'expression de l'ARNm de l'ITPR1 est restée inchangée dans les cardiomyocytes de chien isolées après la transfection avec l'imitateur et l'inhibiteur de l'ARNm. Conclusion: La régulation à la hausse d'IP3R1 dans la FA est due à l'inhibition de la traduction par le miR-26a, qui est régulé à la baisse dans les cardiomyocytes auriculaires du modèle canin de FA. Ce changement est associé à une altération de la manipulation du Ca2+, qui se traduit par une augmentation des taux de Ca2+ diastolique nucléaire. Nos résultats suggèrent que la régulation à la baisse de miR-26a augmente l'expression de l’IP3R1, contribuant au remodelage pro-arythmique dans la FA. / Background: The pathophysiology of atrial fibrillation (AF) has been characterized by changes in the cellular concentration of Ca2+ and related processes leading to the initiation and maintenance of the condition. Inositol trisphosphate-receptors (IP3Rs) are ligand-gated calcium channels for which overexpression in AF has been linked to cardiac remodeling. microRNA (miR, miRNA)s, small non-coding RNAs, are around 22 nucleotides in length and regulate gene expression by mRNA destabilization or inhibition of its translation. A growing body of evidence has emerged about miRNA's role in the pathophysiology of cardiac disorders, including AF-induced adverse remodeling. Objective: Our laboratory has shown that nuclear IP3R1 level is upregulated in the dog AF model, producing increased nuclear calcium loading. Hence, this study aims to investigate the role of miRNAs in the regulation of IP3R1 initiating and/or perpetuating AF in atrial cardiomyocytes of the dog AF model. Methods: We used AF dog model established by atrial-tachypacing for 600 bpm × one week; Langendorff-perfused hearts to isolate atrial cardiomyocytes for molecular experiments; screening miRs that target ITPR1 gene, encoding IP3R1, using online databases; RT-qPCR to measure ITPR1 mRNA expression and confirm the expression level of the screened miRNAs; western blot analysis to evaluate the protein level of IP3R1; dual-luciferase reporter assay, overexpression and knockdown of miRNAs in primary culture of isolated cardiomyocytes or appropriate cell lines; and Fluo-4 AM calcium fluorescence imaging to assess the potential role of the miRNA on Ca2+ handling. For miRNA manipulation experiments, cells were transfected with 1) non-coding miRNA (miR-NC, control group), 2) miRNA mimic, and 3) inhibitor of the miRNA (AMO). Statistical significance is calculated with Student's t-test or one-way analysis of variance (ANOVA) followed by Tukey's multiple comparisons test using GraphPad Prism software version 6.00. Results: Our data indicated a rise in IP3R1 protein level with no apparent change in ITPR1 gene expression in left atrial cardiomyocytes from our dog AF model. Based on the computational analysis, miR-26a was predicted to target the ITPR1 mRNA. AF significantly downregulated miR-26a in left atrial cardiomyocytes. The dual-luciferase reporter assay in H9C2 cells showed that miR-26a directly acted on the 3′ untranslated region (3′UTR) of ITPR1 mRNA. In addition, miR-26a overexpression reduced the IP3R1 protein level and decreased the diastolic [Ca2+] in both nucleus and cytosol of the electrically-stimulated Ca2+ -transients, dog cardiomyocytes, while miR-26a knockdown reversed these effects. ITPR1 mRNA expression remained unaltered in isolated dog cardiomyocytes after transfection with the miRNA mimic and inhibitor. Conclusion: IP3R1 upregulation in AF is due to translation inhibition by miR-26a, which is downregulated in the atrial cardiomyocytes of the dog AF model. This change is associated with altered Ca2+ handling, reflected as enhanced nuclear diastolic Ca2+ levels. Our results suggest that miR-26a downregulation enhances the IP3R1 expression, contributing to pro-arrhythmic remodeling in AF.

Comprendre le câblage complexe de la régulation cellulaire reste un défi des plus redoutables.Les connaissances fondamentales sur le câblage et le fonctionnement du réseau d’homéostasiedes protéines aideront à mieux comprendre comment l’homéostasie des protéines échouedans les maladies et comment les modèles de régulation du réseau d’homéostasie desprotéines peuvent être ciblés pour une intervention thérapeutique. L’étude vise à développeret à appliquer une nouvelle méthodologie de calcul pour l’identification systématique etla caractérisation des systèmes de rétroaction en homéostasie des protéines. La rechercheproposée combine des idées et des approches issues de la science des protéines, de la biologiedes systèmes de levure, de la biologie computationnelle et de la biologie des réseaux.La difficulté dans la tâche d’incorporer des données multi-plateformes multi-omiques estamplifiée par le vaste réseau de gènes, protéines et métabolites interconnectés qui seréunissent pour remplir une fonction spécifique. Pour ma thèse de maîtrise, j’ai développéun algorithme PBPF (Path-Based Pattern Finding), qui recherche et énumère les motifsde réseau de la topologie requise. Il s’agit d’un algorithme basé sur la théorie des graphesqui utilise la combinaison d’une méthode transversale de profondeur et d’une méthodede recherche par largeur ensuite pour identifier les topologies de sous-graphes de réseaurequises. En outre, le fonctionnement de l’algorithme a été démontré dans les domainesde l’homéostasie des protéines chezSaccharomyces cerevisiae. Une approche systématiqued’intégration des données de la biologie des systèmes a été orchestrée, qui montre l’iden-tification systématique de motifs de rétroaction régulatrice connus dans l’homéostasie desprotéines. Il revendique fortement la capacité d’identifier de nouveaux motifs de rétroactionréglementaire envahissants. L’application de l’algorithme peut être étendue à d’autressystèmes biologiques, par exemple, pour identifier des motifs de rétroaction spécifiques àl’état cellulaire dans le cas de cellules souches. / Understanding the intricate wiring of cellular regulation remains a most formidable chal-lenge. The fundamental insights into the wiring and functioning of the protein homeostasisnetwork will help to better understand how protein homeostasis fails in diseases and howthe regulatory patterns of protein homeostasis network can be targeted for therapeuticintervention. The study aims at developing and applying novel computational methodologyfor the systematic identification and characterization of feedback systems in proteinhomeostasis. The proposed research combines ideas and approaches from protein science,yeast systems biology, computational biology, as well as network biology. The difficultyin the task of incorporating multi-platform multi-omics data is amplified by the largenetwork of inter-connected genes, proteins and metabolites that come together to perform aspecific function. For my master’s thesis, I developed a path-based pattern finding (PBPF)algorithm, which searches and enumerates network motifs of required topology. It is a graphtheory based algorithm which utilizes the combination of depth-first transverse method andbreadth-first search method to identify the required network sub-graph topologies. Further,the functioning of the algorithm has been demonstrated in the realms of protein homeostasisinSaccharomyces cerevisiae. A systematic approach of integration of systems biologydata has been orchestrated, which shows the systematic identification of known regulatoryfeedback motifs in protein homeostasis. It claims the unique ability to identify novelpervasive regulatory feedback motifs. The application of the algorithm can be extended toother biological systems, for example, to identify cell-state specific feedback motifs in caseof stem-cells.

Le rôle crucial du tractus gastrointestinal dans la pathogenèse et la pathophysiologie des troubles cardiométaboliques (TCM) et du syndrome métabolique (SM) est actuellement bien établi. Plusieurs facteurs, incluant le stress oxydatif (SOx), l'inflammation et la résistance à l'insuline (RI), perturbent l'homéostasie intestinale et causent des TCM. Les polyphénols (PP) ont des effets biologiques bénéfiques dans la prévention de pathologies métaboliques. Cependant, leurs mécanismes d'actions, surtout au niveau de l'axe intestin-foie, ne sont pas bien compris. Par ailleurs, malgré les nombreuses études sur les effets biologiques et la biodisponibilité des PP, il existe encore des zones d’ombres concernant les interactions entre le microbiote intestinal et les PP et les conséquences subséquentes sur la santé intestinale et métabolique. Dans ce travail de recherche, nous favorisons l’axiome selon lequel les PP, notamment ceux de grande taille moléculaire tels que les proanthocyanidines (PACs), pourraient être utile pour combattre les maladies métaboliques grâce à leurs actions antioxydante et anti-inflammatoire. Toutefois, ces actions précitées des PACs dépendraient d’une régulation en amont du microbiote intestinal. L’objectif central consiste à démontrer les effets bénéfiques des PACs dans la prévention des dérèglements métaboliques dans deux modèles distincts, l’un cellulaire et l’autre animal et d’en étudier les mécanismes. Les effets des PACs sur la RI, les dérangements métaboliques intestinaux grâce à la production de métabolites ont été étudiés. Dans une première étape, nous avons étudié les mécanismes d’actions des PACs et de l’un de leurs métabolites majeurs, le 4,5-dihydroxyphenyl valerolactone (DHPVL), dans la prévention des maladies métaboliques et dans le maintien de l’homéostasie intestinale en utilisant la lignée cellulaire intestinale Caco-2/15. Ces cellules constituent un outil de choix pour l’investigation du SOx, la défense antioxydante et l’inflammation en relation directe avec nos objectifs. Les résultats suggèrent que la capacité des PACs à augmenter la défense antioxydante et anti-inflammatoire et à améliorer l’homéostasie intestinale passeraient en partie probablement par leurs métabolites microbiens. Dans une deuxième étape, en utilisant le modèle murin C57BL6, nous avons déterminé l’impact des PACs sur l’homéostasie métabolique intestinale et hépatique, via l’atténuation du SOx et l’inflammation, le maintien de l’intégrité de la barrière intestinale, la prévention de l’endotoxémie métabolique et les modifications du profil lipidique et de la fonction du microbiote intestinal. Cette partie a évalué les aspects préventifs et thérapeutiques des PACs en spécifiant leurs bénéfices biologiques et voies mécanistiques dans des organes métaboliques clés. Pour étudier ces mécanismes et les comprendre, nous avons utilisé le modèle dysmétabolique de souris C57BL6 soumises à une diète riche en lipides et en sucrose (HFHS), servant à développer le SM et les complications cardio-métaboliques afin d’examiner l’action des PACs. Le développement de l’obésité, de la RI ainsi que la survenue d’autres altérations métaboliques ont été prévenus par l’administration de PACs. Les résultats de cette thèse permettent une meilleure compréhension des mécanismes d’actions qui sous-tendent les effets préventifs et thérapeutiques des PACs dans les désordres métaboliques, en particulier dans l’axe intestin-foie. / The crucial role of the gastrointestinal tract in the pathogenesis and pathophysiology of cardiometabolic disorders (CMD) and metabolic syndrome (MetS) is currently recognized. Several factors, including oxidative stress (OxS), inflammation and insulin resistance (IR), disrupt intestinal homeostasis and cause CMD. Polyphenols (PP) have beneficial biological effects in the prevention of metabolic pathologies. However, their mechanisms of action, especially in the gut-liver axis, are not well understood. Moreover, despite numerous studies on the biological effects and bioavailability of PP, there are still grey areas concerning the interactions between the intestinal microbiota and PP and the subsequent consequences for intestinal and metabolic health. In this research work, we promote the axiom that PP, particularly those of large molecular size such as proanthocyanidins (PACs), could be useful in combating metabolic diseases thanks to their antioxidant and anti-inflammatory actions. However, the aforementioned actions of PACs would depend on upstream regulation of the intestinal microbiota. The central objective is to demonstrate the beneficial effects of PACs in preventing metabolic disorders in two distinct models, one cellular and the other animal, and to study the mechanisms involved. The effects of PACs on IR and intestinal metabolic disturbances through metabolite production were studied. In a first step, we investigated the mechanisms of action of PACs and one of their major metabolites, 4,5-dihydroxyphenyl valerolactone (DHPVL), in the prevention of metabolic diseases and in the maintenance of intestinal homeostasis using the Caco-2/15 intestinal cell line. These cells are a tool of choice for investigating OxS, antioxidant defense and inflammation in direct relation to our objectives. The results suggest that the ability of PACs to enhance antioxidant and anti-inflammatory defense and improve intestinal homeostasis is probably partly mediated by their microbial metabolites. In a second step, using the C57BL6 mouse model, we determined the impact of PACs on intestinal and hepatic metabolic homeostasis, via attenuation of OxS and inflammation, maintenance of intestinal barrier integrity, prevention of metabolic endotoxemia and changes in lipid profile and gut microbiota function. This section assessed the preventive and therapeutic aspects of PACs, specifying their biological benefits and mechanistic pathways in key metabolic organs. To investigate and understand these mechanisms, we used the dysmetabolic model of C57BL6 mice subjected to a high-fat, high-sucrose diet (HFHS), used to develop MetS and cardio-metabolic complications to examine the action of PACs. The development of obesity, IR and other metabolic alterations was prevented by the administration of PACs. The results of this thesis provide a better understanding of the mechanisms of action underlying the preventive and therapeutic effects of PACs in metabolic disorders, particularly in the intestine-liver axis.

Les altérations de la barrière hémato-rétinienne (BRB) sont associées à des maladies rétiniennes telles que la rétinopathie diabétique et la dégénérescence maculaire liée à l’âge (DMLA). L’intégrité de la BRB est cruciale pour maintenir un microenvironnement rétinien en homéostasie et est étroitement régulé grâce à la régulation du transport transcellulaire et paracellulaire. Ici, nous décrirons brièvement la BRB interne, en mettant davantage l’accent sur la structure et la fonction de la BRB externe dans les états sains et malades. Nous avons hypothétisé que le dysfonctionnement des aquaporines exprimées dans des composantes de la BRB est suffisant pour générer un oedème diabétique dans une rétine diabétique. Bien que les résultats indiquent qu’aucune des aquaporines ciblées n’est suffisante pour générer un oedème cystoïde dans un modèle murin - et ce même en l’exacerbant en augmentant la perméabilité vasculaire rétinienne, nous mettons à l’avant un outil de segmentation semi-automatisé ainsi que deux modèles de recherches engageants. Le modèle murin de DT1 induit via STZ a été étudié de façon longitudinale sur un intervalle de temps modéré et pourra être ajusté pour des expériences futures en mettant à profit un outil de quantification semi-automatique performant. D’autre part, le modèle in vitro de la sénescence de l’ÉPR est conceptuellement établi et partiellement mis sur pied. Finalement, les résultats sont prometteurs et incitent à approfondir des cibles alternatives dans un modèle conceptuellement similaire, mais soit exacerbé ou plus anatomiquement près de l’humain. / Alterations in the blood-retina barrier (BRB) are associated with retinal diseases such as diabetic retinopathy and age-related macular degeneration (AMD). The integrity of the BRB is crucial for maintaining a tightly regulated and retinal microenvironment in homeostasis through the regulation of transcellular and paracellular transport. Here, we will briefly describe the inner BRB, with a greater emphasis on the structure and function of the outer BRB in both healthy and diseased states. We hypothesized that dysfunction of aquaporins expressed in components of the BRB is sufficient to generate diabetic edema in a diabetic retina. Although the results indicate that none of the targeted aquaporin are sufficient to generate a cystoid edema in a murine model, even when exacerbated by increasing retinal vascular permeability, we present a semi-automated segmentation tool and two engaging research models. A murine model and a programmation tool were developped to efficiently assess semi-automated quantitation of retinal edema. On the other hand, the in vitro model of RPE senescence is conceptually established and partially implemented. Ultimately, the results are promising and encourage further exploration of alternative targets in a conceptually similar model, either exacerbated or more anatomically close to humans.

L'hypothalamus est fortement impliqué dans la régulation nerveuse de l'homéostasie énergétique. Il existe dans cette structure des neurones spécialisés (gluco-sensibles) qui détectent notamment l'hyperglycémie puis déclenchent des réponses adaptées comme le maintien de la glycémie, en stimulant la sécrétion d'insuline ou encore le rassasiement. Les astrocytes sont suspectés de participer à la détection neuronale du glucose. Dans l'ensemble du cerveau, il existe un couplage métabolique entre astrocytes et neurones. Le lactate, issu de la métabolisation du glucose par les astrocytes, est transporté par les neurones par des transporteurs aux monocarboxylates (MCTs). De plus, il a récemment été montré que les jonctions gap (GJ), à l'origine de la formation de réseaux au sein des astrocytes sont indispensables au passage du glucose de la circulation sanguine vers les neurones en activité. Ces GJ astrocytaires sont formées majoritairement de connexines 43 et 30 (Cxs).Mon travail de thèse s'est orienté suivant deux axes, qui ont visé à étudier le rôle des astrocytes dans la détection hypothalamique du glucose et du lactate. Dans un premier temps, nous avons montré que le lactate, comme le glucose, est détecté au niveau central et induit une sécrétion d'insuline. Dans un modèle de rat hyperglycémique pendant 48h (qui présente aussi une hyperlactatémie), nous avons montré que la détection du glucose et du lactate est altérée. Ces modifications ne sont pas dues à une variation de l'expression protéique des MCTs astrocytaires ou neuronale de l'hypothalamus.Dans un deuxième temps, nous nous sommes intéressés au rôle des Cxs astrocytaires. La Cx43 est très exprimée autour des micro-vaisseaux sanguins de l'hypothalamus médio-basal (MBH), un site présentant de nombreux neurones gluco-sensibles. L'expression de la Cx30 est plus diffuse dans cette structure. Nous montrons également que l'expression protéique des Cxs astrocytaires varie très rapidement suite à des modifications du statut métabolique (jeûne, réalimentation, hyperglycémie). Afin d'évaluer l'implication de la Cx43 astrocytaire (majoritaire) dans la détection hypothalamique du glucose, nous avons inhibé son expression dans le MBH, in vivo, en injectant des siRNA permettant d'inhiber la synthèse de cette protéine. L'inhibition de la Cx43 (30% à 72h) induit une diminution de la prise alimentaire sans modification du poids, de la glycémie et de l'insulinémie comparée aux témoins. Suite à l'injection carotidienne de glucose (censée mimer une hyperglycémie), la sécrétion d'insuline est fortement inhibée chez les animaux siCx43. De même, l'effet satiétogène du glucose semble inhibé chez ces animaux lors de la réalimentation après un jeûne.Ces résultats montrent pour la première fois, de façon intégrée, l'importance des connexines, et probablement des réseaux astrocytaires, lors de la détection hypothalamique du glucose. Ces nouvelles données renforcent l'importance du rôle métabolique des astrocytes lors de fonctions neuronales précises

Dans les cas de lymphopénie, les lymphocytes T résiduels prolifèrent exagérément dans un phénomène appelé «expansion homéostatique périphérique» (HPE), qui est efficace pour la régénération des T CD8+, mais inefficace pour les T CD4+. L’interleukine-7 (IL7) est une cytokine homéostatique utilisée afin d’augmenter les comptes lymphocytaires T des patients lymphopéniques. Toutefois, la raison de l’expansion préférentielle des lymphocytes T CD8+ par l’IL7 demeure toujours inconnue. Nous montrons que cette expansion est due au fait que l’IL7 induit une prolifération efficace des T CD8+ périphériques (CD8+PERI) ainsi que des émigrants thymiques CD8+ (CD8+RTEs). Par contre, l’effet prolifératif de l’IL7 est restreint presqu’uniquement aux CD4+RTEs même si les CD4+PERI survivent mieux que les CD4+RTEs. De plus faibles doses d’IL7 sont nécessaires aux CD4+RTEs afin de phosphoryler STAT5 ou de proliférer comparativement aux CD4+PERI et nous démontrons que les contacts TCR/CMHII sont nécessaires à la prolifération induite par l’IL7 des CD4+RTEs en périphérie. De fait, augmenter au Flt3 ligand le nombre de cellules dendritiques périphériques d’une souris donneuse, avant de transférer ses TPERI dans des souris receveuses traitées à l’IL7 induit une prolifération significative des CD4+PERI. Nos résultats indiquent donc que l’abondance des contacts TCR/CMHII reçus dans le thymus semble contrôler la sensibilité à l’IL7 des CD4+RTEs. Finalement, l’observation que les CD8+PERI et CD8+RTEs prolifèrent pareillement pendant la thérapie à l’IL7, alors que la prolifération des T CD4+ est largement restreinte aux RTEs expliquerait pourquoi, dans les cas de lymphopénie, la régénération des T CD4+ est aussi dépendante de la thymopoïèse. / In lymphopenic settings, residual T lymphocytes typically undergo exaggerated proliferation via homeostatic peripheral expansion (HPE). While HPE efficiently regenerates CD8+ T cells, it is unable to normalize CD4+ T-cell counts. Interleukin-7 (IL7) is a homeostatic cytokine, currently used in trials in order to increase T-cell counts in lymphopenic humans. Nowadays, it is still not known why IL7 therapy is more effective toward the expansion of CD8+ T cells rather than CD4+ T cells. Here we show that CD8+ T cells preferential expansion is due to IL7-induced efficient proliferation of peripheral CD8+ T cells (CD8+PERI) and CD8+ recent thymic emigrants (CD8+RTEs). In contrast, the proliferative action of IL7 is largely restricted to CD4+RTEs although CD4+PERI survive better than CD4+RTEs. Interestingly, CD4+RTEs require lower concentrations of IL7 in order to phosphorylate STAT5 or proliferate when compared to CD4+PERI, and we demonstrate the requirement for TCR/MHCII contacts to support the IL7-induced HPE of CD4+RTEs in the periphery. Furthermore, augmenting the number of MHCII expressing cells in the periphery of donor mice by treating them with Flt3 ligand (Flt3L) prior transferring their TPERI cells in IL7 therapy-treated recipients, significantly enhances the IL7-induced proliferation of CD4+PERI. Our results indicate so far that the abundance of TCR triggering occurring inside the thymus drives IL7 responsiveness of CD4+RTEs. Moreover, the observation that CD8+PERI and CD8+RTE proliferate similarly during IL7 therapy, while proliferation of CD4+ T cells is largely restricted to RTEs, may explain why CD4+ T cells regeneration in lymphopenic settings is highly dependent on thymopoiesis.