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

L'asthme est une maladie inflammatoire chronique, complexe et hétérogène des voies respiratoires. Basé sur le profil cellulaire inflammatoire, l'asthme peut être classé en deux endotypes, soit l'asthme à inflammation de type 2 (T2) et non T2. L'identification du schéma inflammatoire prédominant est très importante pour la prise en charge des patients. Le pourcentage d'éosinophiles dans les expectorations, la fraction d'oxyde nitrique expiré (FeNO) et les éosinophiles sanguins sont actuellement utilisés pour évaluer l'inflammation T2 dans l'asthme. Des seuils cliniquement pertinents sont disponibles pour ajuster la thérapie, bien qu'avec un succès limité, probablement en raison de corrélations modérées entre eux. Actuellement, les études comparant simultanément les trois biomarqueurs de l'inflammation T2 sont rares et, la plupart du temps, jamais réalisées dans un contexte d'asthme contrôlé. De plus, des études antérieures ont examiné les corrélations linéaires avec les biomarqueurs en tant que variables continues, mais pas les associations utilisant des biomarqueurs avec des valeurs seuils prédéterminés choisis pour représenter la clinique. L'objectif de ce mémoire était donc d'explorer la concordance entre ces trois biomarqueurs T2 dans diverses sévérités d'asthme afin d'améliorer notre compréhension de leur utilité en milieu clinique. Il s'agit d'une étude transversale rétrospective de patients adultes atteints d'asthme contrôlé de toute gravité. Nos résultats ont montré une proportion significative de sujets avec des niveaux de biomarqueurs discordants évaluant l'inflammation T2, ce qui pourrait biaiser la décision du clinicien s'il se fie seulement à l'un d'entre eux. Lorsque les valeurs combinées de FeNO et d'éosinophiles sanguins sont bas, elles sont de bons prédicteurs de l'inflammation non T2. Ainsi, nos résultats renforcent la nécessité de prendre en charge l'asthme en utilisant plus d'un biomarqueur de l'inflammation T2. De plus, la réévaluation des biomarqueurs et l'utilisation du pourcentage d'éosinophiles dans les expectorations doivent être prises en considération lorsque les résultats sont discordants. / Asthma is a chronic, complex and heterogeneous inflammatory disease of the airways. Based on the inflammatory cellular profile, asthma can be categorized into two endotypes, type 2 (T2) inflammation and non-T2 inflammation. Identifying the predominant inflammatory pattern is very important for patient management in order to control symptoms and reduce the likelihood of future exacerbations. Sputum eosinophil percentage, fractional exhaled nitric oxide (FeNO) and blood eosinophils are currently used to assess T2 inflammation in asthma. Clinically relevant cut-offs are available to help adjust treatment, although with limited success, probably due to moderate correlations between them. Currently, studies that simultaneously compare the three T2 inflammation markers are rare and, most of the time, never carried out in the context of controlled disease. Additionally, previous studies have examined linear correlations with biomarkers as continuous variables, but not associations using dichotomized biomarker variables with predetermined thresholds chosen to represent the clinic. The aim of this work was to explore the concordance between these three T2 biomarkers in various severities of asthma to improve our understanding of their usefulness in clinical settings. It is a retrospective cross-sectional study of adult patients with controlled asthma of all severities. Our results showed a significant proportion of subjects with discordant biomarker levels assessing T2 inflammation, which can be misleading if clinicians only rely on one of them. When both FeNO and blood eosinophil count values are under the thresholds, they are good predictors of T2-low inflammation. Hence, our results reinforce the need to manage asthma using more than one biomarker of T2 inflammation whenever possible. Additionally, re-evaluation of biomarkers and usage of sputum eosinophil percentage should be taken into consideration when results are inconsistent.

Les médiateurs lipidiques jouent un rôle central dans la régulation de l'inflammation. Ils induisent le recrutement et l'activation des leucocytes au site d'une infection ou d'un danger, en plus de participer à la résolution de l'inflammation, par leurs effets anti-inflammatoires et pro-résolution. Plusieurs enzymes produisent des médiateurs lipidiques, dont les lipoxygénases (LO), qui ont la capacité de métaboliser des acides gras, des endocannabinoïdes et des phospholipides en une grande variété de médiateurs lipidiques bioactifs, tant des médiateurs pro-inflammatoires et des médiateurs anti-inflammatoires. Les LO sont des cibles thérapeutiques dans les maladies inflammatoires chroniques dues à cette grande polyvalence. Plusieurs LO existent chez l'humain, dont la 5-LO et la 15-LO, qui sont toutes les deux exprimées par les leucocytes humains. L'objectif de ce projet était de caractériser la production de médiateurs lipidiques dérivés des LO par les leucocytes. Par LC-MS/ MS, nous avons quantifié les médiateurs lipidiques dérivés des LO produits par les neutrophiles et les éosinophiles. Le projet a été séparé en quatre sections, avec des objectifs spécifiques pour chacune de ces sections. Premièrement, nous avons évalué la production de médiateurs lipidiques par la 15-LO par les neutrophiles et les éosinophiles humains. Nous avons montré que les neutrophiles et les éosinophiles ont la capacité de produire des médiateurs 15-LO-hydroxylés à partir d'acides gras (acide linoléique, acide dihomo-γ-linolénique, acide arachidonique, acide éicosapentaénoique et acide docosahexaénoique), et à partir d'endocannabinoïdes (2-arachidonoyl-glycérol et N-arachidonoyl-éthanolamine). De plus, nous avons décrit la production de deux nouveaux médiateurs dérivés de la 15-LO, soit le 13-HODE-G et le 13-HODE-EA. Nous avons également montré que les éosinophiles produisent des médiateurs 15-LO-hydroxylés par la 15-LO-1, alors que le mécanisme de la production de médiateurs 15-LO-hydroxylés par les neutrophiles n'a pas été identifié. Le deuxième objectif était d'identifier le rôle du LTB₄, un médiateur dérivé de la 5-LO, sur les fonctions des neutrophiles et des éosinophiles humains, et d'évaluer l'impact de sa dégradation. Le LTB₄ est un médiateur pro-inflammatoire qui est très rapidement dégradé par l'enzyme CYP4F3A, exprimée par les neutrophiles, pour former le 20-OH-LTB₄ et le 20-COOH-LTB₄. Nous avons montré que les métabolites du LTB₄ activent les fonctions des neutrophiles et des éosinophiles, mais avec une plus faible intensité que le LTB₄. De plus, ces métabolites inhibent les fonctions LTB₄-dépendantes des neutrophiles et des éosinophiles, en induisant l'internalisation du récepteur BLT₁. Nous avons également identifié un nouvel inhibiteur du CYP4F3A, le PF-4708671. Cet inhibiteur était plus efficace que l'inhibiteur commercial du CYP4F3A, et pourrait servir de base pour le développement d'inhibiteur plus spécifique du CYP4F3A. Le troisième objectif était de comparer les médiateurs lipidiques produits par les éosinophiles humains et murins. Puisque plusieurs modèles murins existent pour l'étude de l'inflammation et le rôle des médiateurs lipidiques, nous avons directement comparé la capacité biosynthétique entre les deux espèces. Nous avons souligné plusieurs différences majeures entre la production de médiateurs lipidiques dérivés des LO par les éosinophiles humains et murins. Par rapport aux éosinophiles humains, les éosinophiles murins produisent majoritairement du LTB₄ (et très peu de LTC₄), produisent plus de 12-HETE (et moins de 15-HETE), et produisent environ 10 fois plus de médiateurs spécialisés dans la résolution. Finalement, le dernier objectif de ce projet était de caractériser la production de médiateurs lipidiques dérivés des LO en contexte d'inflammation aiguë. Puisque ce projet a été effectué en partie pendant la pandémie de COVID-19, nous avons quantifié les médiateurs lipidiques dans les lavages bronchoalvéolaires de patients atteints de la COVID-19 sévère et comparé les niveaux avec des donneurs sains. Nous avons montré que tous les médiateurs lipidiques dérivés des LO ainsi que leurs substrats étaient augmentés chez les patients atteints de la COVID-19 sévère. De plus, presque tous les médiateurs lipidiques corrélaient entre eux, soulignant la présence d'une tempête lipidique, à l'image de la tempête cytokinique présente chez ces patients. En conclusion, ce projet a permis de caractériser la production de médiateurs lipidiques dérivés des LO, et de mieux comprendre comment il est possible de moduler leurs niveaux. L'étude de ces médiateurs est très importante, puisqu'ils jouent des rôles variés et peuvent être synthétisés très rapidement en contexte inflammatoire. Une meilleure compréhension de leur synthèse pourrait permettre le développement de traitement qui modulerait les niveaux de ces médiateurs lipidiques de façon transitoire dans diverses pathologies inflammatoires chez l'homme. / Lipid mediators play a central role in the regulation of inflammation. Some induce the migration and activation of leukocytes at the site of an infection or a danger, while others are involved in the resolution of inflammation, acting as anti-inflammatory and pro-resolving mediators. Many enzymes are responsible for the biosynthesis of these lipid mediators. Lipoxygenases (LO) metabolize fatty acids, endocannabinoids, and phospholipids into both pro- and anti-inflammatory bioactive lipid mediators, making LOs very interesting therapeutic targets for the treatment of chronic inflammation. In humans, there are many LOs, including 5-LO and 15-LO, both enzymes expressed in leukocytes. The main objective of the project was to characterize the production of LO-derived lipid mediators by leukocytes. Using LC-MS/MS, we quantified the production of LO-derived mediators by neutrophils and eosinophils. This project was divided in four sections with specific objectives. First, we characterized the production of 15-LO derived lipid mediators by human neutrophils and eosinophils. We demonstrated that both eosinophils and neutrophils can produce 15-LO-hydroxylated mediators from fatty acids (linoleic acid, dihomo-γ-linolenic acid, arachidonic acid, eicosapentaenoic acid and docosahexaenoic acid), and from endocannabinoids (2-arachidonoyl-glycerol and N-arachidonoyl-ethanolamine). Moreover, we characterized two new 15-LO-derived mediators, 13-HODE-G and 13-HODE-EA. We also showed that eosinophils produced 15-LO-hydroxylated metabolites through 15-LO-1, but the mechanism behind the production of these metabolites by neutrophils has not been defined. The second objective of the project was to identify the role of the 5-LO-derived mediator LTB₄, and the impact of its degradation. LTB₄ is a pro-inflammatory lipid mediator and is rapidly degraded into 20-OH- and 20-COOH-LTB₄ by CYP4F3A, an enzyme expressed in human neutrophils. We showed that LTB₄ metabolites are less effective than LTB₄ at inducing neutrophil functions. Moreover, these metabolites inhibited the LTB₄-dependent neutrophil and eosinophil functions. The metabolites induced the internalization of BLT₁, explaining the inhibition of the LTB₄-dependent functions. We also identified PF-4708671 as a new CYP4F3A inhibitor, that was more potent than the CYP4F3A commercial inhibitor 17-ODYA. PF-4708671 could therefore be used as a template to produce more specific CYP4F3A inhibitors. The third objective was to compare lipid mediator production between mouse and human eosinophils. Mouse models are widely used to investigate inflammatory diseases and the role of lipid mediators. We directly compared the biosynthetic ability of these cells to produce LO-derived lipid mediators. We found major differences in the production of these lipid mediators. Compared to human eosinophils, mouse eosinophils biosynthesized mainly LTB₄ (and almost no LTC₄), more 12-HETE (and less 15-HETE), and around 10 times more specialized pro-resolving mediators. Lastly, the fourth objective was to investigate the LO-derived lipid mediators in the context of acute inflammation. Because part of this project was done during the COVID-19 pandemic, we quantified the LO-derived mediators in the bronchoalveolar lavage fluids of severe COVID-19 patients and compared the levels with healthy donors. We found that all the LO-derived mediators and their substrates were increased in the lung of COVID-19 patients. Moreover, almost all the lipid mediators we quantified correlated with each other, showing that there is a lipid storm in the lungs of severe COVID-19 patients. In conclusion, this project increases the knowledge of LO-derived lipid mediator biosynthesis in neutrophils and eosinophils and on how to modulate their levels. Lipid mediators are complex and can have both pro- and anti-inflammatory effects. A better understanding of the biosynthesis of these lipids is highly important and could lead to the development of new anti-inflammatory therapies modulating their levels.

L’obésité est une pathologie complexe d’origine multifactorielle qui constitue un facteur de risque indépendant de maladies métaboliques dont le diabète de type 2. L’inflammation chronique qui accompagne l’obésité semble d’ailleurs contribuer au développement de la résistance à l’insuline. Ainsi, il a été montré que l’induction de iNOS, enzyme importante lors des réponses immunitaires, dans les tissus et cellules cibles de l’insuline était impliquée dans la pathogenèse de la résistance à l’insuline associée à l’obésité. Les résultats présentés dans cet ouvrage permettent d’approfondir les connaissances concernant l’implication de cette enzyme dans les troubles métaboliques ainsi que d’identifier des cibles cellulaires potentielles pouvant servir à contrecarrer les effets délétères associés à celle-ci. Dans la première étude, nous avons observé que le resvératrol pouvait inhiber l’induction de iNOS et la production de NO dans le muscle et le tissu adipeux des souris traitées avec l’endotoxine LPS. Ces effets ont été reproduits dans des modèles in vitro. Nous avons pu également déterminer que l’inhibition de iNOS par le resvératrol impliquait l’activation de la voie de l’AMPK plutôt que celle de SIRT1 dans les cellules musculaires. Dans la deuxième étude, nous avons généré des souris MYOnos2-KO, HEPnos2-KO et ADPnos2-KO, modèles dans lesquels l’expression de iNOS est invalidée spécifiquement dans les myocytes striés, les hépatocytes et les adipocytes respectivement. Nous avons pu remarquer que l’invalidation de iNOS dans les myocytes, les hépatocytes et les adipocytes ne semble pas suffire à contrer les effets délétères d’une diète obésogène sur la sensibilité à l’insuline ou la tolérance au glucose. Par contre, l’invalidation de iNOS dans les adipocytes semble améliorer le métabolisme lipidique. Finalement, dans notre troisième étude, nous avons pu démontrer que iNOS pouvait être induite dans des cellules adipeuses d’origine humaine et que l’expression de cette enzyme, dans le tissu adipeux, corrélait négativement avec les niveaux d’adiponectine plasmatique chez les sujets de la cohorte étudiée. L’ensemble de nos études nous permet de proposer des cibles plus spécifiques visant l’inhibition de iNOS ainsi que de contribuer à la compréhension du rôle potentiel de cette protéine dans le développement des troubles métaboliques chez l’homme. / Obesity is a complex pathology, with a multifactorial origin, as well as an independent risk factor for metabolic diseases such as type 2 diabetes. It has been suggested that obesity-associated chronic inflammation contributes to the development of insulin resistance. It has been shown that iNOS, an important enzyme involved in immune responses, has been implicated in the pathogenesis of obesity-associated insulin resistance. Results presented here contribute to better understand the implication of this enzyme in metabolic disorders and thus identify potential cellular targets that might counteract deleterious effects associated with its induction. In the first study, resveratrol was shown to inhibit iNOS induction as well as NO production in muscle and adipose tissue of LPS-treated mice. These effects were recapitulated in vitro. We have also demonstrated that iNOS inhibition by resveratrol involves AMPK but not SIRT1 activation in muscle cells. In the second study, we generated MYO-nos2-KO, HEPnos2-KO and ADPnos2-KO mice, where iNOS expression was specifically invalidated in myocytes, hepatocytes and adipocytes respectively. We have observed that iNOS deletion in myocytes, hepatocytes and adipocytes was not sufficient to counteract obesogenic-diet deleterious effects on insulin sensitivity and glucose tolerance. However, iNOS specific deletion in adipocytes seems to improve lipid metabolism. In our third chapter, we have shown that iNOS could be induced in adipose cells of human origin and that its expression in adipose tissue, was negatively correlated with plasma adiponectin levels of the subjects of the study. Overall, our results allow us to propose more specific targets where iNOS inhibition might be beneficial. Likewise, the results presented here contribute to the understanding of the potential role of this protein in the development of human metabolic disorders.

Le système nerveux central est constamment patrouillé par des leucocytes afin d’y assurer une protection contre les agents pathogènes et un maintien de l’homéostasie. L’objectif principal de cette thèse était de caractériser la cascade biomoléculaire responsable du recrutement de leucocytes dotés d’une morphologie particulière dite « en bâtonnets » dans le système vasculaire cérébral lors de différentes conditions neuroinflammatoires, soit l’exposition à la toxine pertussique (PTX) et dans l’encéphalomyélite autoimmune expérimentale (EAE). Un premier mécanisme de recrutement, identifié dans un modèle d’endotoxémie au lipopolysaccharide (LPS), ne permettait pas d’expliquer le recrutement de leucocytes observé dans les deux conditions neuroinflammatoires. Nous avons ainsi voulu caractériser ce mécanisme alternatif. Dans le cadre de cette thèse, nous avons identifié la nature des leucocytes bâtonnets recrutés à la vasculature cérébrale dans les conditions neuroinflammatoires comme étant des neutrophiles. Nous avons également mis en lumière un mécanisme de recrutement alternatif propre à la PTX et à l’EAE reposant sur l’interleukine 6 (IL-6), l’intégrine aM, la molécule d’adhésion ICAM-1 et la chimiokine CXCL1 et menant à l’adhésion du neutrophile à la vasculature cérébrale. L’identification de la voie de signalisation impliquée dans l’activation endothéliale par l’IL-6 et contribuant au recrutement des leucocytes bâtonnets à la vasculature cérébrale a permis d’observer l’expression du récepteur IL6Ra sur l’endothélium cérébral, mais les données préliminaires concernant son implication dans le développement pathologique sont peu concluantes. Cette thèse contribue à identifier un mécanisme de recrutement de neutrophiles effecteurs en conditions neuroinflammatoires et propose la chimiokine CXCL1 comme cible thérapeutique potentielle dans le traitement de maladies neuroinflammatoires comme la sclérose en plaques. / The central nervous system (CNS) is constantly patrolled by leukocytes in order to protect tissue against pathogens and maintain homeostasic conditions. The main objective of this thesis was to characterize the biomolecular cascade responsible for leucocyte recruitment to the cerebral vasculature, during two neuroinflammatory conditions: pertussis toxin (PTX) exposure and experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE). These leukocytes, presenting a particular "rod-shaped" morphology, have been first reported during examination of peripheric immune response in the central nervous system following induction of endotoxemia by lipopolysaccharide (LPS) administration. In the framework of this thesis, we first looked to characterize the identity of the rod-shaped leukocytes recruited to the brain vasculature during these neuroinflammatory conditions, which revealed to be mainly constitued of neutrophils. Starting with the hypothesis of a recruitment mechanism similar to the one induced by LPS, we uncovered the existence of an alternative mechanism of rod-shaped leukocytes recruitment that relies on interleukin 6 (IL-6), aM integrin, ICAM-1 adhesion molecule and CXCL1 chemokine during the two neuroinflammatory conditions. We sought to identify the molecular pathway responsible for cerebral endothelium activation that promote rod-shaped leukocytes to the CNS vasculature. These works allowed to confirm expression of IL-6Ra receptor on CNS vasculature but preliminary data regarding the involvement of classic IL-6 pathway in endothelium are inconclusives. This thesis contributes to identify a mechanism of neutrophil recruitment during neuroinflammatory contexts and suggests CXCL1 chemokine as a potential therapeutic target in the treatment of neuroinflammatory pathologies like multiple sclerosis.

Les polynucléaires neutrophiles sont les premières cellules à infiltrer les tissus en réponse à des facteurs chimiotactiques lors d'une réaction inflammatoire. Leur recrutement vers les tissus inflammés et l'activation de leurs fonctions sont régulés par des médiateurs qui ont la propriété d'élever les niveaux d'AMPc intracellulaire, tels que les prostaglandines E2 (PGE2) ou l'adénosine. L'objectif principal de cette étude était de caractériser les mécanismes de signalisation intracellulaire qui permettent d'expliquer l'inhibition par PGE2 de l'activation des neutrophiles humains stimulés par un facteur chiomiotactique d'origine bactérienne, le fMLP. Les travaux expérimentaux présentés dans cette thèse montrent que PGE2 réduit notablement l'accumulation de PtdIns(3,4,5)P3: un second messager primordial pour la chimiotaxie et la production de radicaux oxygénés stimulées par le fMLP, en bloquant le recrutement de la PI3-Ky vers les sous-unités G(3y libérées par l'activation du récepteur au fMLP (FPR). La principale conséquence de la réduction de la génération de PtdIns(3,4,5)P3 par PGE2 est la diminution du recrutement à la membrane des principaux effecteurs de la PI3-Ky qui sont les sérine/thréonine kinases Akt et PDK1, les tyrosine kinases Tec ainsi que les petites GTPases Rho et Arf. Le recrutement à la membrane de la PKCa stimulé par le fMLP est également réduit en présence de PGE2. Rho A, Arf et les isoformes classiques de PKC étant les trois principaux facteurs d'activation de la PLD, nos résultats montrent que le mécanisme d'inhibition de la PLD par PGE2 réside principalement dans la diminution du recrutement à la membrane de ses trois cofacteurs d'activation. Les effets inhibiteurs de PGE2 sont transmis dans le neutrophile par l'intermédiaire des récepteurs EP2 qui stimulent la formation d'AMPc intracellulaire et nous avons montré que l'activation de la PKA par la voie EP2 est impliquée dans l'inhibition de l'activation de la PI3-Ky et de ses effecteurs par PGE2. Nos travaux ont également permis de mettre en évidence un mécanisme alternatif d'activation d'Akt par le fMLP en présence de PGE2 ou d'adénosine, caractérisé par une dissociation entre la phosphorylation activatrice d'Akt et son recrutement à la membrane. Ces travaux permettent de mieux comprendre l'effet modulateur de PGE2 sur les fonctions des neutrophiles humains.

La parodontite chronique est une maladie infectieuse des tissus de soutien de la dent, entraînant une perte d'attache et une résorption osseuse. Elle résulte d'un déséquilibre entre le biofilm sous-gingival et la réponse inflammatoire de l'hôte. Le modèle de sang complet permet de recréer des conditions apparentées à celles présentes dans la poche parodontale. Utilisant ce modèle stimulé par le lipopolysaccharide (LPS) de Porphyromonas gingivalis, il nous a été permis de démontrer que la tétracycline, la doxycycline et la tétracycline modifiée chimiquement (CMT-3) peuvent inhiber la production d'importants médiateurs proinflammatoires. En comparant les réponses de patients atteints de parodontite et de sujets sains dans le modèle de sang complet stimulé par le LPS, nous avons pu établir que le taux d'accroissement de la production de cytokines et de métalloprotéinases matricielles était plus important chez le premier groupe, laissant supposer une réaction immune plus importante de leur part.

La parodontite est une maladie inflammatoire chronique d'origine bactérienne qui se caractérise par une destruction irréversible des tissus de soutien de la dent. Il est bien reconnu que la salive de sujets atteints de la maladie contient généralement des niveaux plus élevés de médiateurs pro-inflammatoires, de métalloprotéinases matricielles (MMPs) et de sous-produits bactériens toxiques par rapport à celle provenant de sujets sains. Cette étude avait pour objectif de comparer les effets de la salive provenant de sujets sains et atteints de parodontite sévère sur la fonction barrière et la réponse inflammatoire dans des modèles in vitro de l'épithélium buccal. Des échantillons de salive non stimulée provenant de deux groupes de sujets présentant un état de santé gingivale (n = 12) ou une parodontite sévère généralisée (n = 11) ont été stérilisés par filtration. Tous les échantillons salivaires ont été analysés par immunodosage multiplex afin de quantifier et comparer les niveaux d'une variété de cytokines et MMPs considérées comme pertinentes à la parodontite. D'une part, l'effet des échantillons de salive sur l'intégrité de la barrière épithéliale a été évalué en mesurant la résistance électrique transépithéliale (TER) dans un modèle d'épithélium buccal utilisant la lignée cellulaire de kératinocytes B11. D'autre part, des cellules épithéliales de la lignée cellulaire GMSM-K ont été exposées aux échantillons salivaires de chacun des deux groupes de sujets afin de comparer leur capacité à induire la sécrétion d'interleukine-6 (IL-6) et d'interleukine-8 (IL-8) à l'aide d'un dosage immunoenzymatique (ELISA). En comparaison avec les sujets sains, les échantillons de salive provenant des sujets atteints de parodontite présentaient des niveaux significativement plus élevés en métalloprotéinase matricielle-8 (MMP-8), métalloprotéinase matricielle-9 (MMP-9), IL-8 et chimiokine (motif C-X-C) ligand 1 (CXCL1). Les échantillons salivaires provenant des sujets sains ou atteints d'une parodontite ont affecté la TER ainsi que la sécrétion de cytokines de manière comparable. En général, les échantillons salivaires ont induit une augmentation de la TER et favorisé la sécrétion d'IL-6 et IL-8 dans les modèles utilisés. Indépendamment de la présence ou de l'absence de parodontite, la salive peut augmenter la TER et la sécrétion d'IL-6 et IL-8 dans des modèles in vitro de l'épithélium buccal. / Periodontitis is a chronic inflammatory disease of bacterial origin characterized by irreversible destruction of the tooth-supporting tissues. It is well known that saliva from subjects suffering from the disease generally contains higher levels of pro-inflammatory mediators, matrix metalloproteinases (MMPs) and bacteria-derived toxic products. In this study, we investigated and compared the effects of saliva from healthy and periodontitis subjects on the barrier function and inflammatory response in in vitro models of oral epithelium. Unstimulated saliva samples from two groups of subjects with clinical gingival health (n = 12) and severe generalized periodontitis (n = 11) were filter-sterilized. All saliva samples were analyzed by immunological multiplex to determine the levels of various cytokines and MMPs relevant to periodontitis. On the one hand, the impact of saliva on epithelial barrier integrity was assessed by monitoring the transepithelial electrical resistance (TER) in an oral epithelium model using the keratinocyte cell line B11. On the other hand, oral epithelial cells of the cell line GMSM-K were treated with saliva samples of both groups to determine their ability to induce the secretion of interleukin-6 (IL-6) and interleukin-8 (IL-8), as determined by enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA). Saliva from subjects with periodontitis showed significantly higher levels of matrix metalloproteinase-8 (MMP-8), matrix metalloproteinase-9 (MMP-9), IL-8 and chemokine (C-X-C motif) ligand 1 (CXCL1) compared to saliva collected from periodontally healthy subjects. Saliva samples from healthy and periodontitis subjects affected the TER and cytokine secretion in a similar manner. Saliva from both groups of subjects increased TER and induced IL-6 and IL-8 secretion in the in vitro models used. Independently of the presence or absence of periodontitis, saliva can increase the relative TER as well as the secretion of IL-6 and IL-8 in in vitro models of oral epithelium.

Le virus humain herpès-8 (HHV-8) est un virus oncogene associé au développement de cancers dont le sarcome de Kaposi (KS) et le lymphome primitif des séreuses (PEL). Plusieurs études mettent en évidence l'importance de différents facteurs dont les cytokines pour la survie et la prolifération des cellules tumorales infectées par HHV-8. Les médiateurs lipidiques bioactifs, provenant de l'hydrolyse des phospholipides, jouent un rôle important dans plusieurs formes de cancer en influençant le développement, la progression ainsi que le potentiel métastatique. En effet, la littérature scientifique décrit de plus en plus clairement que l'autotaxine (ATX)/acide lysophosphatidique (LPA) ainsi que la cyclooxygénase-2 (COX-2)/prostaglandine E2 (PGE2) sont intimement liés au développement du cancer. Par conséquent, l'utilisation d'inhibiteurs ciblant la synthèse ou l'action biologique de ces médiateurs lipidiques représente une avenue thérapeutique fort prometteuse. À ce jour, le rôle des médiateurs lipidiques dans la tumorigénèse associée à HHV-8 n'est pas clairement défini. Cette thèse présente donc deux projets directement reliés à la surexpression de d'ATX et de COX-2 suivant une infection par HHV-8. Nos résultats démontrent que l'ATX, une enzyme responsable de la production de LPA, est surexprimée dans les lignées cellulaires, dans l'ascite et les biopsies cutanées provenant respectivement de patients atteints du lymphome primitif des séreuses et du sarcome de Kaposi. L'augmentation de l'activité enzymatique de l'autotaxine in vitro favorise la prolifération et/ou la survie des cellules infectées. Notre étude permet aussi de confirmer l'induction de la COX-2 suivant une infection des cellules endothéliales par HHV-8. De plus, nous avons étudié les effets de la protéine Kl5 d'HHV-8 sur l'expression et la régulation du gène de la COX-2. Nos résultats ont permis de démontrer que la protéine Kl5 induit l'expression du gène de la COX-2 via les facteurs de transcription NFAT et AP-1. L'ensemble des résultats obtenus au cours de mes études de doctorat met en évidence une conséquence importante et spécifique de l'infection par HHV-8 soit l'induction des enzymes permettant la production de lipides bioactifs. Le LPA mène à une augmentation de la prolifération et/ou de la survie des cellules infectées alors que la COX-2 est essentielle à une infection efficace in vitro ainsi qu'au maintient de la latence virale.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / La prévalence du diabète de type 2 (DT2) a pris des proportions épidémiques au cours des dernières décennies. La découverte des impacts métaboliques de la composition du microbiote intestinal a modifié notre perception des causes pathogéniques de cette maladie. Il est largement accepté qu'un changement drastique du microbiote chez les personnes obèses et atteintes de DT2 est associé à une inflammation de bas grade, une intolérance au glucose et une résistance à l'insuline. L'étude privilégiée du microbiote du côlon a laissé de côté d'autres segments intestinaux tels que l'intestin grêle qui présente également un intérêt en raison de son rôle important dans l'absorption de nutriments tels que le glucose. Ce mémoire vise à 1) identifier des bactéries à partir de biopsies duodénales de patients avec ou sans DT2 2) étudier in vitro l'activité pro ou anti-inflammatoire des bactéries tuées par la chaleur et de leur surnageant de culture à l'aide du modèle de macrophage murin J774.2. La biodiversité de nos découvertes se résume à 38 espèces de bactéries différentes et une espèce de champignon appartenant à quatre phylums principaux : Firmicutes, Proteobacteria, Actinobacteria et Ascomycota. Les effets pro et anti-inflammatoires de ces extraits bactériens ont été évalués en mesurant la production de monoxyde d'azote (NO) en absence et en présence de LPS d'Escherichia coli sérotype O55:B5 dans un modèle in vitro. Parmi les 21 espèces de bactéries testées, la plupart d'entre elles ont induit une inflammation, tandis que leurs surnageants ont induit diverses réponses. Certains ont induit l'inflammation, d'autres étaient neutres et seul le surnageant de Bacillus thuringiensis a eu un effet anti-inflammatoire. À terme, il sera possible de valider l'effet des souches in vivo chez le ver C. elegans, le poisson zèbre et la souris permettant d'étudier leur impact sur la perméabilité intestinale et le métabolisme du glucose. / The prevalence of type 2 diabetes (T2D) has taken on epidemic proportions in recent decades. The discovery of the metabolic impacts of the composition of the intestinal microbiota has changed our perception of the pathogenetic causes of this disease. It is now well accepted that a drastic change in the microbiota in people with obesity and T2D is associated to low-grade inflammation, glucose intolerance and insulin resistance. The focus on the colonic microbiota has left out other intestinal segments such as the small intestine which is also of interest due to its important role in the absorption of nutrients such as glucose. This thesis aims to 1) identify bacteria from duodenal biopsies of patients with or without T2D 2) study in vitro the pro or anti-inflammatory activity of heat-killed bacteria and their culture supernatant using the J774.2 murine macrophage model. The biodiversity of our discoveries comes down to 38 different species of bacteria and one species of fungi belonging to four main phyla: Firmicutes, Proteobacteria, Actinobacteria and Ascomycota. The pro and anti-inflammatory effects of these bacterial extracts were evaluated by measuring the production of nitric oxide (NO) in the absence and in the presence of LPS from Escherichia coli serotype O55:B5 in an in vitro model. Among the 21 species of bacteria tested, most of them induced inflammation, while their supernatants induced various responses. Some induced inflammation, others were neutral, and only Bacillus thuringiensis supernatant had an anti-inflammatory effect. Eventually, it will be possible to validate effects of these strains in vivo in the worm C. elegans, zebrafish and mice making it possible to study their impact on intestinal permeability and glucose metabolism.