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.

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.

Thèse (Ph. D.)--Université Laval, 2005. / Titre de l'écran-titre (visionné le 28 mars 2007). Bibliogr.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2007. / Bibliogr.: f. [67ı-73. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

Thèse (Ph.D.)--Université Laval, 2009. / Bibliogr.: f. [180]-209. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

Thèse (Ph.D.)--Université Laval, 2004. / Bibliogr.: f. 242-298. Publié aussi en version électronique.

Thèse (M.Sc.) -- Université Laval, 1997. / Les chapitres 2 et 3 ont été rédigés par l'auteur et collab. en anglais, avec résumés en français, et publiés ou soumis dans différents titres de périodiques. Bibliogr. Publ. aussi en version électronique.

Dans plusieurs conditions chroniques, l' inflammation systémique coexiste avec l'atrophie Inusculaire. La myostatine est une protéine anti-anabolique qu ' on croit pouvoir être responsable du développement de l' atrophie musculaire. II exi ste des preuves indirectes liant les mécanismes inflammatoires à la régulation de l' expression et l'activité de la myostatine. Dans ces travaux, un 1i en direct entre l' inflamlnation et la production de myostatine dans les myotubes L6 a été démontré. L' administration de LPS au milieu de culture des myotubes a mené à ges augmentions des niveaux de Inyostatine qui étaient dépendants de la dose et de la période d' étude. La coincubation du LPS avec un inhibiteur du ±tumor necrosis factor¿ (TNF) a bloqué l' augmentation des niveaux de la myostatine. Cependant, la stimulation des myotubes directement avec TNF n' a pas produit d' auglnentation similaire en Inyostatine. Par ail1eurs, aucun changelnent n' a été observe dans l' activité de la voie de l' ubiquitine-protéasolne ou dans le niveau de différentiation des Inyotubes suggérant que l'activité de la Inyostatine ne soit pas Inodiftée dans ces conditions expérilnentales. Finalelnent, lesmyotubes stimulés avec le LPS ont Inontré une augmentation de l' activité de la voie de l' insulin-Iike growth factor - Akt - 'mamlnalian target of rapamycin (lGF-Akt-mTOR), silnilaire a celui qui a été observé chez les patients ayant une MPOC et une atrophie musculaire. Ces résultats démontrent que le LPS peut réguler le niveau de Inyostatine si TNF est biologiquement actif. De plus, les données recueillies à partir de ce Inodèle sont sinlilaires à ceux observés dans certains modèles in vivo, suggérant que l' inflamlnation et la myostatine aient un rôle à jouer dans le développement de l' atroph ie musculaire dans certaines conditions pathologiques hUlnaines. Ces résultats soulèvent des questions intéressantes qui demanderont à être investiguées.

La sténose aortique (SA) est une maladie s'apparentant à l'athérosclérose caractérisée par la présence de lipoprotéines à l'intérieur de la valve, d'inflammation chronique, de remodelage et de calcification de la valve aortique. La SA est la première cause de remplacement valvulaire en Amérique du Nord et en Europe et il s'agit de la troisième maladie cardiovasculaire en importance après la maladie coronarienne et l'hypertension. Le seul traitement pour la SA sévère demeure le remplacement de la valve aortique. L'infiltration de lipoprotéines dans la valve aortique entraîne l'oxydation de ces lipoprotéines, qui sont alors à l'origine de la formation de cellules spumeuses et des processus d'inflammation chronique, de remodelage et de calcification. Les lipoprotéines, particulièrement des LDL oxydées (ox-LDL), peuvent être mesuré dans le plasma sanguin et ces ox-LDL sont en lien avec le remodelage de la valve et pourraient être un marqueur de ce processus dans la SA.

L'obésité et les maladies métaboliques telles que le diabète de type 2 sont associées à une inflammation chronique de faible intensité. Plusieurs études ont démontré qu’un régime riche en gras induit une modification de la composition du microbiote intestinal ainsi qu'une augmentation de la concentration en lipopolysacharides (LPS) dans la circulation sanguine. Ces LPS sont considérés comme étant le facteur déclencheur d'une inflammation chronique induisant un ensemble de désordres métaboliques. Selon des études récentes, les probiotiques contribueraient à la prévention de ces maladies métaboliques en réduisant l'inflammation provoquée par les LPS. Toutefois, ce processus inflammatoire est complexe et seules quelques pistes sont évoquées à ce jour. Ce mémoire a pour but 1) d'identifier et de caractériser de nouvelles souches probiotiques appartenant aux genres Lactobacillus, Propionibacterium et Bifidobacterium isolées à partir du fromage, du lait cru et de fèces de bébé et d'adultes et 2) d'étudier in vitro l'activité anti-inflammatoire des bactéries tuées par la chaleur et du surnageant de culture de chacune de ces souches en utilisant le modèle de macrophage murin J774.1. L'effet anti-inflammatoire de ces extraits bactériens a été évalué en mesurant la production d'oxide nitrique (NO) et des cytokines pro-inflammatoires (TNF-α et IL-6) et anti-inflammatoire (IL-10) en absence et en présence de LPS d'Escherichia coli serotype O55:B5. Parmi les cinquante-deux souches testées, trois souches de Lactobacillus, deux souches de Bifidobacterium et une souche de Propionibacterium ont démontré des effets anti-inflammatoires en réduisant la production de NO et d'IL-6 et en stimulant la production d'IL-10 en condition basale et en présence de LPS. Ces souches feront prochainement l’objet d’une étude in vivo chez des souris obèses insulino-résistantes pour confirmer leurs profils anti-inflammatoires. / Obesity and related metabolic diseases such as type 2 diabetes are associated with chronic low-grade inflammation. Several studies have shown that a high-fat diet induces a change in the composition of the intestinal microbiota and an increase in lipopolysaccharides (LPS) serum levels. LPS are considered as the trigger for chronic inflammation inducing a set of metabolic disorders. According to recent studies, probiotics contribute to the prevention of metabolic diseases by reducing inflammation caused by LPS. However, the inflammatory process is complex and only a few tracks are discussed. This study aims to 1) identify and characterize new probiotic strains of Lactobacillus, Propionibacterium and Bifidobacterium isolated from cheese, raw milk and feces of infants and adults and 2) to study in vitro the anti-inflammatory activity of heat-killed bacteria and the conditioned media of each of these strains using the murine macrophage cell line J774.1. The anti-inflammatory effect of these bacterial extracts was evaluated by measuring the production of nitric oxide (NO), the pro-inflammatory cytokines (TNF-α and IL-6) and the anti-inflammatory cytokine (IL-10) in the absence and presence of LPS from Escherichia coli serotype O55:B5. Among the fifty two strains tested, three Lactobacillus, two Bifidobacterium and one Propionibacterium showed anti-inflammatory effects by reducing the production of NO and IL-6 and stimulating the production of IL-10 in basal condition and in presence of LPS. These strains will be used in an in vivo study in obese insulin resistant mice to confirm their anti-inflammatory profiles.