Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2011-2012 / L'objectif principal des études présentées dans cette thèse était d'étudier les effets métaboliques et anti-inflammatoires des acides gras oméga-3 et leurs dérivés bioactifs, nommés résolvines et protectines, dans le contexte d'obésité et d'insulino-résistance. Afin d'atteindre ce but, nous avons utilisé une nouvelle lignée de souris transgénique, fat-1, qui nous permet d'augmenter les niveaux d'acides gras oméga-3 sans modifier la diète expérimentale. Dans la première étude, nous avons démontré que le rétablissement des acides gras oméga-3 dans les souris obèses nourries avec une diète riche en gras, pouvait augmenter la synthèse des dérivés bioactifs des acides gras oméga-3, notamment les protectines, dans le tissu adipeux et le muscle squelettique. Ceci était associé à une meilleure capacité à résoudre une réponse inflammatoire aigùe et à une diminution de l'inflammation dans le tissu adipeux. De plus, les souris fat-1 obèses ont démontré une meilleure sensibilité à l'insuline et une plus grande tolérance au glucose. Tout cela avec un gain de poids et accretion de graisse équivalents à leurs homologues sauvages. Dans la seconde étude, nous avons analysé les effets métaboliques et antiinflammatoires de l'administration de la protectine DX dans des macrophages in vitro ainsi que dans les souris in vivo. En plus des activités anti-inflammatoires anticipées, nous avons pu observer que la protectine DX possède une activité antidiabétique unique qui pourrait être expliquée par une sécrétion d'interleukine-6 impliquée dans l'inhibition de l'expression des enzymes de la gluconéogenèse dans le foie. Dans la troisième étude, nous avons effectué une analyse comparative par biopuces du tissu adipeux des souris fat-1 obèses et des souris sauvages. Cette étude nous a permis de révéler cinq voies ciblées par des acides gras oméga-3 dans le tissu adipeux. Nous avons pu valider certaines cibles par PCR quantitatif et par histologie. L'ensemble de nos études démontre le rôle déterminant des acides gras oméga-3 et leurs dérivés, notamment les protectines, dans l'homéostasie métabolique. De plus, nous avons été en mesure d'identifier la protectine DX comme un nouvel agent thérapeutique qui possède un important potentiel pour le traitement du diabète de type 2 et de l'obésité.

L'intestin est reconnu comme un organe métabolique clé impliqué dans le développement des complications de l'obésité et du diabète. En présence d'obésité, l'intestin grêle développe un état local de résistance à l'insuline, un métabolisme lipidique altéré et une inflammation ainsi qu'une perméabilité paracellulaire accrue. En raison de l'environnement complexe des cellules épithéliales intestinales, il n'est pas clair à ce jour si la dyshoméostasie intestinale peut être induite par des altérations endogènes liées à l'obésité de l'hôte. L'objectif de cette étude était d'évaluer l'impact individuel de l'hyperglycémie, la dyslipidémie et l'inflammation sur les fonctions épithéliales intestinales en utilisant des organoïdes de crypte intestinale. Les organoïdes, dérivés du duodénum de souris mâle C57BL/6, ont été incubés 24 h dans des conditions inflammatoires, dyslipidémiques avec un taux élevé d'acide gras libres et hyperglycémiques. L'expression génique ainsi que la sensibilité à l'insuline ont été mesuré par qPCR et analyse densitométrique, respectivement. Nous montrons que les organoïdes, et donc les cellules de l'épithélium intestinal, répondent bien à l'insuline car cette hormone induit une activation dose-réponse de la phosphorylation d'Akt, un effecteur clé de cette voie de signalisation. La signalisation de l'insuline a été réduite par le cocktail inflammatoire et par la dyslipidémie, alors que l'hyperglycémie réduit la sensibilité à l'insuline à des niveaux élevés de glucose. L'état inflammatoire affecte l'expression des gènes liés à la perméabilité paracellulaire intestinale, à la réponse immunitaire et inflammatoire, au métabolisme des lipides et des lipoprotéines et au transport des nutriments, alors que la dyslipidémie a eu peu d'effet sur ces gènes. Cette étude suggère que les changements endogènes de l'hôte liés à l'obésité représentent un mécanisme important dans le développement des altérations de l'intestin grêle lors du développement de l'obésité. Ces altérations auraient à leur tour un impact sur les complications systémiques, notamment en augmentant le taux de lipoprotéines et de glucose libéré en circulation.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2012-2013. / L’obésité et le diabète de type 2 (T2D) sont étroitement associés à la résistance à l’insuline, une maladie métabolique qui se développe suite à un défaut causé par une réduction de la signalisation de l’insuline et de sa clairance. Afin de comprendre la pathogenèse de la résistance à l’insuline plusieurs molécules qui régulent les voies de signalisation ainsi que la clairance sous contrôle du récepteur à l’insuline ont été étudiées, incluant la protéine tyrosine phosphatase (PTP) SHP1 et la molécule carcinoembryonic antigen-related cell adhesion molecule 1 (CEACAM1 or CC1) qui est régulée en aval sous le contrôle de SHP1. Les nombreuses isoformes de CC1 contribuent à différentes fonctions cellulaires. Dans le foie, l’isoforme CC1-L, qui est phosphorylée sur tyrosine (Tyr), joue un rôle métabolique essentiel dans la régulation de la clairance de l’insuline et dans la suppression de l’activité de la synthase des acides gras (FAS). Nous avons démontré que des souris invalidées pour CC1 (Cc1-/-) sous un régime standard faible en gras (SD) développent néanmoins une importante stéatose hépatique qui est démontré par une augmentation de triglycérides, de cholestérol total ainsi que de cholestérol estérifié dans le foie. Sous un régime contenant 55% de gras (HFD) ces mêmes souris démontrent une prédisposition au développement de la stéatose et dysfonction hépatique induite par le régime, indiqués par une accumulation de lipides hépatiques et une augmentation d’enzymes marqueurs de dommage hépatique dans la circulation. La stéatose hépatique dans la souris Cc1-/- est liée à une augmentation significative d’importantes enzymes lipogéniques et de la synthèse du cholestérol qui sont régulés suite à une augmentation de l’activité nucléaire des facteurs de transcription Srebp1c et Srebp2. Comparées aux souris contrôle sauvages (WT) les souris CC1-/- ont démontré une réduction de la clairance de l’insuline, une intolérance au glucose, une résistance à l’insuline hépatique et une augmentation d’expression des activateurs transcriptionels hépatiques PGC-1 et FoxO1. L’absence de CC1 a aussi exacerbé l’intolérance au glucose et la résistance à l’insuline hépatique induite par le régime à haute teneur de gras mais la clairance de l’insuline n’était pas diminuée dans les souris Cc1 -/-. Nos donnés indiquent que CC1 est un important régulateur de la lipogénèse hépatique et que les souris CC1-/- sont prédisposées à développer une stéatose hépatique qui mène à une résistance à l’insuline hépatique et des dommages dans le foie qui sont surtout évidentes sous un régime riche en lipides. Une importante Tyr phosphatase de CC1 est SHP1. Précédemment nous avons démontré que SHP1 est un important régulateur de l’homéostasie du glucose et de la clairance de l’insuline par le foie, cependant son rôle dans l’obésité liée au diabète reste méconnu. Nous rapportons ici que l’expression de SHP1 est significativement augmentée dans les tissus métaboliques de souris obèses sous régime HFD. Nous avons généré des souris invalidées pour SHP1 spécifiquement dans les hépatocytes (Ptpn6H-KO) pour investiguer le rôle de SHP1 dans le développement de la résistance à l’insuline et de la stéatose hépatique. Sous régime HFD les souris Ptpn6H-KO deviennent aussi obèses que les souris non invalidées pour SHP1 (Ptpn6f/f). Malgré ceci les souris Ptpn6H-KO démontrent une amélioration de la glycémie à jeun et une protection contre la résistance à l’insuline induite par l’obésité qui est confirmée par la suppression de la synthèse de glucose hépatique ainsi qu’une amélioration de l’activation du récepteur pour l’insuline avec une augmentation concomitante des voies de signalisation Akt. Il est aussi possible que la clairance de l’insuline accrue qu’on observe dans les souris Ptpn6H-KO soit due à une augmentation de la phosphorylation sur tyrosine de CC1. Les souris obèses Ptpn6H-KO montrent une augmentation de stéatose hépatique qui est le résultat de 1) une augmentation de lipogénèse hépatique associée à une augmentation importante de l’activité et de l’expression de SREBP-1 et des enzymes lipogéniques en aval FAS et ACC, 2) une augmentation de la captation postprandiale des acides gras qui est possiblement liée à une augmentation de l’expression du gène et de l’activité nucléaire de PPARγ, 3) une diminution de la sécrétion des triglycérides et de l’apolipoprotéine B sous le forme de lipoprotéines de très basse densité (VLDL). Étonnamment, malgré le niveau élevé de stéatose hépatique, le profil inflammatoire dans le foie des souris Ptpn6H-KO était similaire ou même amélioré comparé aux souris contrôles Ptpn6f/f et ceci était accompagné d’une diminution de dommage hépatocellulaire. Ces résultats démontrent que SHP1 est un nouveau médiateur de la résistance à l’insuline dans les hépatocytes et contribue à la détérioration du métabolisme du glucose induite par l’obésité. Chez la souris Ptpn6H-KO la stéatose hépatique induite par le régime suggère par ailleurs un autre rôle de SHP1 dans la régulation du métabolisme hépatique des lipides. Malgré le fait que CC1 et SHP1 se retrouvent dans le même complexe que Cdk2 et le récepteur de l’insuline, ils jouent des rôles opposés, CC1 étant un régulateur positif et SHP1 un régulateur négatif de la clairance de l’insuline. Ceci est en accord avec la régulation hépatique par le glucose des voies de signalisation de l’insuline pour ces deux molécules car les souris Cc1-/- démontrent une détérioration du métabolisme du glucose et de la signalisation de l’insuline alors que les souris Ptpn6H-KO démontrent une amélioration. Notre observation de stéatose hépatique chez ces deux modèles animaux suggère que CC1 et SHP1 limitent la synthèse et l’entreposage des lipides hépatiques de façon dépendante ou indépendante de la signalisation de l’insuline. Les résultats de ces études utilisant des modèles invalidés pour CC1 ou SHP1 révèlent des mécanismes du contrôle de la synthèse de glucose hépatique et du métabolisme des lipides qui sont très complexes et distincts. En plus ces résultats nous apportent une compréhension importante de la régulation hépatique de l’action et de la clairance de l’insuline. / Obesity and type 2 diabetes mellitus (T2D) are tightly associated with a common link, insulin resistance, a metabolic disorder developed from defective insulin action involving impaired insulin signaling and clearance. To investigate the pathogenesis of insulin resistance, many molecules modulating its signaling pathways as well as insulin receptor-mediated insulin clearance have been studied, including the protein tyrosine phosphatase (PTP) SHP1 and its regulated downstream molecule carcinoembryonic antigen-related cell adhesion molecule 1 (CEACAM1 or CC1). CC1 in multiple isoforms contributes differentially to various cellular functions, the tyrosine (Tyr)-phosphorylated isoform of CC1 (CC1-L) is known to play an essential metabolic role in the hepatic regulation of insulin clearance and insulin-mediated acute inhibition of fatty acid synthase (FAS) activity. We have found that CC1-deficient (Cc1-/-) mice on standard diet (SD) already develop spontaneous hepatic steatosis with significantly elevated accretion of triglyceride (TG), total and esterified cholesterol. When challenged with a 55% kcal high-fat diet (HFD), these mice show greater susceptibility to the development of diet-induced hepatic steatosis and dysfunction, indicated by higher hepatic lipid content and serum levels of hepatic enzymes as markers of liver damage. Hepatic steatosis in the Cc1-/- mice is linked to a significant increase of key lipogenic (FAS, ACC) and cholesterol synthetic (HMGCR) enzymes, which is a result of increased nuclear activity of their positive gene transcription factors Srebp1c and Srebp2. Compared to their wild-type (WT) littermate controls, Cc1-/- mice exhibited impaired insulin clearance, glucose intolerance, liver insulin resistance, and elevated hepatic key gluconeogenic transcriptional activators Pgc1 and FoxO1. Lack of CC1 also exacerbated the HFD-induced glucose intolerance and hepatic insulin resistance, while insulin clearance was not further deteriorated. These data demonstrate that CC1 is a key regulator of hepatic lipogenesis and that Cc1-/- mice are predisposed to liver steatosis, leading to hepatic insulin resistance and liver damage, particularly when chronically exposed to dietary fat. An important Tyr phosphatase of CC1, SHP1, has been found previously by our lab to regulate glucose homeostasis and liver insulin clearance, but its potential implication in obesity-linked insulin resistance and hepatic steatosis has not yet been examined. We hereby report that SHP1 expression is significantly upregulated in metabolic tissues of HFD-fed obese mice. We have also further investigated the role of hepatocyte SHP1 in promoting insulin resistance and hepatic steatosis by generating hepatocyte-specific SHP1 knockout mice (Ptpn6H-KO). Upon HFD feeding, Ptpn6H-KO mice develop obesity as their Ptpn6f/f littermates. With consistently improved fasting glycemia, these mice are protected from obesity-induced liver insulin resistance as revealed by normalized insulin suppression of hepatic glucose production and hepatic insulin signaling with improved activation of insulin receptor and downstream signaling through Akt. More rapid insulin clearance in Ptpn6H-KO mice due to heightened CC1 tyrosine phosphorylation is also a possible contribution to the improved insulin action. Unexpectedly, obese Ptpn6H-KO mice exhibit enhanced hepatic steatosis. In detailed mechanisms, this is a result of 1) augmented hepatic lipogenesis, marked by upregulated activity and expression of SREBP-1 as well as the downstream regulated lipogenic enzymes such as FAS and ACC, 2) increased postprandial fatty acid uptake, possibly linked to the upregulation of PPAR gene expression and nuclear activity, and 3) decreased postprandial TG output in apolipoprotein B (ApoB)-associated lipoprotein particles, i.e. very low density lipoprotein (VLDL). More interestingly, the steatotic livers of these Ptpn6H-KO mice display comparable or even reduced level of inflammation accompanied by significantly less hepatocellular damage than that in their Ptpn6f/f counterparts. These results present hepatocyte SHP1 as a novel mediator of insulin resistance compromising hepatic glucose metabolism in diet-induced obesity. The enhanced diet-induced hepatic steatosis in Ptpn6H-KO mice provides a new role for SHP1 in liver lipid metabolism and further supports the bifurcation of insulin signaling in the regulation of hepatic glucose and lipid homeostasis or also confirms a possible disconnection between hepatic regulation of glucose and lipid metabolism. Although both CC1 and SHP1 are found in the same complex with Cdk2 and insulin receptor to regulate insulin clearance, they play opposing roles as CC1 is the positive regulator and SHP1 being the negative one. This is in accordance with the hepatic glucoregulation of insulin signaling for both molecules, since Cc1-/- mice show impaired glucose metabolism and insulin signaling whereas Ptpn6H-KO mice exhibit improvement. Interestingly, our observation of hepatic steatosis in both animal models, though with different characteristics, suggests that both CC1 and SHP1 limit hepatic lipid synthesis and storage, dependent or independent of insulin signaling. Findings from these studies using animal models lacking CC1 and SHP1 reveal complex and differential regulatory mechanisms of hepatic glucose and lipid metabolism, and they also provide important understanding of the hepatic regulation of insulin action and clearance.

L’inflammation chronique associée à l’obésité contribue à la pathogénèse de plusieurs troubles métaboliques dont la résistance à l’insuline. Cette inflammation est associée avec le développement du stress oxydant et est reconnue comme un facteur impliqué dans l’inhibition de la signalisation de l’insuline. Ainsi, le but de ces études était d’évaluer le rôle du stress oxydant dans le développement de la résistance à l’insuline associée à l’inflammation. En particulier, nous avons cherché à évaluer le rôle de l’ion superoxyde et de radicaux lipidiques qui, associés à l’induction de la forme inductible de la NO synthase (iNOS), pourraient jouer un rôle clé dans la promotion de nitration de tyrosine des protéines impliquées dans la signalisation d’insuline, ainsi que dans la promotion des troubles métaboliques associés à l’obésité. Dans la première étude, nous avons démontré que le traitement d’adipocytes avec des cytokines induit l’expression de l'isoforme NADPH oxidase 3 (NOX3) de la famille des NADPH oxydases (NOX) et parallèlement augmente la production de l'ion superoxyde. Ce traitement a aussi augmenté la lipolyse et la phosphorylation de la lipase hormono-sensible. Fait intéressant, l’inhibition de l’activité de NOX avec le Diphenyleneiodonium (DPI), a renversé l’effet des cytokines sur la lipolyse, la production de superoxyde et la phosphorylation de la lipase hormono-sensible. De plus, l’inhibition spécifique de l’expression de NOX3 via l'expression d'un siRNA a eu le même effet que le DPI. Cela indique que NOX3 est la source majeure de production de superoxyde induit par l’inflammation et ainsi régule négativement la lipolyse par l’augmentation de l’activité de la lipase hormono-sensible. Dans la deuxième étude, nous avons identifié un rôle pour NOX3 et l'anion superoxyde dans le mécanisme de nitration de tyrosines sur Akt dans les cellules hépatiques FAO. Aussi, l’expression de NOX3 a augmenté dans les cellules hépatiques primaires traitées avec cytokines en même temps que l’augmentation de 3-nitrotyrosine, une empreinte reconnue de la formation de nitrotyrosine. Nous avons observé qu’une diète riche en lipides a pour effet d’augmenter la nitration sur tyrosine dans les foies de souris ainsi que dans les cellules hépatiques primaires isolées des foies de ces souris. De plus, cette diète a augmenté la nitration de tyrosines sur Akt dans le foie de souris obèses. Finalement, nous avons identifié deux résidus, tyrosine 152 et tyrosine 38, qui sont nitratés sur Akt1, et qui pourraient réguler négativement l’activité d’Akt lorsque nitratés. Dans la troisième étude, nous avons démontré que le captage des radicaux lipides avec le "spin trap" α -(4-Pyridyl-1-oxide)-N-tert-butylnitrone (POBN) dans les souris nourries avec une diète riche en lipides a diminué la masse adipeuse comparativement avec les souris obèse non traitées. Cet effet a été associé à une amélioration de la tolérance au glucose et de la sensibilité à l’insuline, ainsi que d'une diminution de l’inflammation dans la tissu adipeux. En plus, on a remarqué une amélioration de la fonction mitochondriale dans le muscle et le tissu adipeux. Dans le foie, la traitement avec POBN a empêché l’accumulation des lipides et a amélioré le métabolisme de glucose. L'ensemble de nos études démontre le rôle de l'anion superoxyde généré par NOX3 dans le mécanisme de nitration de tyrosine dans le foie et la modification de la fonction métabolique dans les adipocytes. Aussi, nous avons identifié deux tyrosines nitratées sur Akt1 qui pourraient être impliquées dans la régulation de son activité. Enfin, nous avons montré que POBN semble d’avoir un effet préventif sur l’obésité qui est associé avec l’amélioration des plusieurs paramètres métaboliques. / Chronic low-grade inflammation is considered one of the triggers of obesity-associated insulin resistance. Metabolic inflammation goes along with increased oxidative and nitrosative stress, but whether this promotes insulin resistance in obesity remains ill-defined. Thus, the primary objective of this thesis was to study the role of oxidative and nitrosative stress in the development of inflammation mediated insulin resistance and in particular to highlight the role of superoxide anion production, lipid radical generation, and iNOS induction, in mediating tyrosine nitration of insulin signaling proteins and other metabolic dysfunctions associated with obesity. In chapter I, we showed for the first time that treatment of adipocytes with cytokines induced NADPH oxidase-3 (NOX3) expression along with increasing superoxide production. Cytokine treatment also increased lipolysis as indicated by measuring free glycerol release and caused increase in the phosphorylation of hormone sensitive lipase. Interestingly, pharmacological inhibition of NOX activity by Diphenyleneiodonium (DPI) reversed the effect of cytokines on lipolysis and on the phosphorylation of HSL in line with decreasing superoxide production. Specific knockdown of NOX3 gene expression in adipocytes displayed the same effects as those exerted by DPI. These results indicate that NOX3 is the major NOX involved in superoxide production in 3T3L1 adipocytes and a regulator of lipolysis in inflammatory settings. In chapter II, we identified a new role of NOX3 and superoxide production in mediating tyrosine nitration on Akt in FAO hepatic cells. NOX3 expression was increased in primary hepatocytes after cytokine treatment together with an increase in 3-nitrotyrosine. Interestingly, primary hepatocytes isolated from high fat (HF) fed mice displayed more tyrosine nitration when compared to primary hepatocytes isolated from mice on chow diet. Also, we showed for the first time a tendency for high fat feeding to increase tyrosine nitration specifically on Akt. More importantly, two novel tyrosine nitrated sites on Akt1 were identified: tyrosine 152 and tyrosine 38, which seem to play a role in negatively regulating Akt activity when tyrosine nitrated. In chapter III, scavenging lipid radicals by α -(4-Pyridyl-1-oxide)-N-tert-butylnitrone (POBN) reversed the metabolic disorders caused by HF feeding in mice. POBN treated mice exhibited decrease in fat mass when compared to their HF counterparts. This effect was associated with enhanced glucose tolerance and insulin sensitivity. Also, adipose tissue inflammation was alleviated and mitochondrial function was ameliorated, insulin signaling in skeletal muscle was restored and mitochondrial oxidative metabolism was also enhanced. In the liver, POBN treatment prevented fat accumulation and enhanced lipid and glucose metabolism. Together these results highlight the important role of NOX3 generated superoxide in mediating tyrosine nitration in liver and in altering metabolic dysfunction in adipocytes. Also, two important tyrosine nitrated sites on Akt were identified that may possibly be involved in regulating its activity. Finally, the lipid radical scavenger, POBN, displayed anti-obesity effects in HF fed mice and this effect was associated with amelioration of several metabolic parameters.

Parmi la population nord-américaine, les cas de diabète de type 2 et d’obésité ont atteint des niveaux alarmants. Leurs conséquences sur la santé publique, la vie économique et l’avenir des populations sont majeures. Mon projet de maîtrise avait pour but de caractériser les dérèglements métaboliques et vasculaires suscités chez le rat soumis à une alimentation riche en gras saturés et en sucre raffinés, et à examiner les effets d’un antioxydant (tempol). Nos résultats indiquent qu’un traitement avec tempol améliore la sensibilité à l’insuline mesurée lors de clamp euglycémique hyperinsulinémique, réduit le gain de poids, augmente l’expression endothéliale de eNOS (estimée par microscopie confocale) et diminue la quantité de protéines nitrotyrosinées dans l’aorte. Il améliore aussi le transport du glucose dans le muscle squelettique et la réactivité vasculaire in vitro. Ces résultats suggèrent non seulement une association étroite entre la diète, les maladies cardiovasculaires, le stress oxydatif et eNOS, mais démontrent aussi l’efficacité du tempol à améliorer la sensibilité à l’insuline et la fonction endothéliale dans ce modèle animal. / In the Western hemisphere, the incidence of type 2 diabetes and obesity have been growing at an alarming rate. Their consequences on public health, economic situation and population’s future are major. My research project at the Master degree was designed to characterize metabolic and vascular dysfunctions elicited in a rat model fed a high fat and high sucrose diet, and to examine in this animal model the effect of a chronic treatment with the antioxidant, tempol. Our results indicate that treatment with tempol significantly improves insulin sensitivity measured during a euglycemic hyperinsulinemic clamp, reduces weight gain, increases endothelium eNOS protein expression (confocal microscopy) and reduces nitrotyrosine formation in aortas. An improvement in insulin-mediated glucose transport activity in skeletal muscles and in vascular reactivity were also noted. These results not only suggest the presence of a close link between diet, cardiovascular diseases, oxidative stress and eNOS, but also indicate the ability of treatment with tempol to significantly improve insulin sensitivity and endothelial functions in this rat model.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2018-2019 / Le diabète de type 2 est fortement associé à l’obésité et la prévalence de ces deux conditions progresse rapidement dans les sociétés industrialisées comme en développement. La relation entre ces deux conditions n’est pas complètement élucidée, mais une forte infiltration de lipides dans le muscle squelettique, évaluable entre autres par tomographie axiale au niveau de la micuisse, est associée à l’obésité et pourrait être impliquée dans le développement de la résistance à l’insuline et du diabète de type 2 chez les personnes en surpoids ou obèses. L’obtention d’une image par tomographie axiale entraîne une exposition à des radiations pour les participants des projets de recherche. Nous avons émis l’hypothèse que l’analyse des muscles à partir d’une coupe du tronc au niveau L4-L5, mesure déjà incluse dans les projets ciblant l’adiposité abdominale, permettrait de remplacer la mi-cuisse pour l’évaluation de l’infiltration de lipides dans le muscle squelettique en regard du profil de risque cardiométabolique, diminuant ainsi l’exposition totale des sujets. Les présents travaux de recherche comportent deux phases d’analyses, une transversale et une longitudinale. Nos résultats indiquent que l’infiltration de lipides dans les muscles du tronc est associée au profil de risque cardiométabolique de façon similaire à l’infiltration de lipides dans les muscles de la cuisse, et ce, autant lors d’analyses transversales que lors de l’étude des changements induits par une intervention ciblant les habitudes de vie. En conclusion, nos résultats indiquent que l’analyse d’une image de l’abdomen permet d’étudier l’impact de l’infiltration lipidique dans les muscles sur le profil de risque cardiométabolique et peut donc remplacer l’analyse d’une coupe de la mi-cuisse. / Type 2 diabetes is strongly associated with obesity and the prevalence of both conditions has increased rapidly in industrialized as well as developing countries, with major consequences on population health. The mechanisms responsible for this association are not fully understood, but a high muscular lipid content, measurable by computed tomography at mid-thigh level, has been shown to be elevated in obesity and this phenomenon could play a role in the development of insulin resistance and type 2 diabetes in overweight/obese individuals. Considering that performing an additional scan at the mid-thigh level implies more radiation exposure for participants, we formulated the hypothesis that trunk muscles at L4-L5 level, a slice usually obtained in order to assess abdominal adiposity, could replace the mid-thigh in the evaluation of muscular fat infiltration in the evaluation of cardiometabolic risk. The present study was conducted in two phases of analyses, cross-sectional and longitudinal. Our results suggest that lipid infiltration of the trunk muscles is at least as strongly associated to the cardiometabolic profile as that of the mid-thigh muscles, both for the baseline values and for the changes induced by an intervention program targeting lifestyle. In summary, our results suggest that an abdominal scan dispenses with the need for a midthigh scan when investigating the impact of muscular lipid infiltration on the cardiometabolic risk profile.

Le projet de maîtrise présenté dans ce mémoire avait pour objectif de vérifier les effets d’un supplément d’extraits riches en polyphénols provenant de fraises et de canneberges, sur la sensibilité à l’insuline et sur divers marqueurs du métabolisme du glucose et de la santé cardiométabolique d'hommes et de femmes en surpoids et résistants à l'insuline. Pour ce faire, un total de 41 sujets ont consommé pendant 6 semaines un supplément liquide fournissant 330 mg de polyphénols par jour ou un placebo. Un clamp hyperinsulinémique-euglycémique ainsi qu’un test de tolérance au glucose ont été réalisés en pré et post-intervention. Les résultats obtenus révèlent que la consommation régulière de polyphénols de petits fruits peut améliorer la sensibilité à l’insuline périphérique et prévenir une hausse de l’hyperinsulinémie compensatoire, ce qui représente ainsi une approche alternative intéressante en vue d’améliorer le profil métabolique de sujets à risque de développer le diabète.

Plusieurs études ont démontré des altérations de la muqueuse intestinale en contexte d’altérations métaboliques reliées à l’obésité chez des modèles animaux, et, plus récemment, des sujets humains. Toutefois, l’acquisition d’échantillons, effectuée par biopsies, est limitée par son caractère invasif. L’emploi de biomarqueurs sanguins de la fonctionnalité et de l’intégrité de l’intestin grêle permettrait d’augmenter le nombre de participants humains, mais également d’inclure des participants en santé ne présentant pas de pathologies intestinales. L’objectif de cette étude est d’évaluer le potentiel de la citrulline et de la protéine de liaison aux acides gras spécifique à l’intestin (I-FABP) à percevoir les changements fonctionnels et morphologiques de la muqueuse intestinale de participants présentant un large éventail d’adiposité et de sensibilité à l’insuline. Nous avons démontré que les taux plasmatiques de citrulline, marqueur de la masse et de la fonctionnalité entérocytaire, étaient diminués en présence d’obésité, de résistance à l’insuline (RI) et de diabète de type 2. L’I-FABP, marqueur de l’apoptose entérocytaire est, quant à elle, augmentée chez les diabétiques de type 2 (DT2), principalement ceux dont le diabète n’était pas contrôlé. Le ratio I-FABP/citrulline, marqueur du renouvellement cellulaire, était plus élevé à la fois chez les hommes RI et DT2. Nos résultats démontrent la présence de changements au niveau de la masse et de la fonctionnalité de la muqueuse intestinale en contexte d’altérations métaboliques associées à l’obésité, en particulier celles affectant l’homéostasie du glucose. L’utilisation de biopsies ou encore des méthodes d’imagerie par des études ultérieures serait bénéfique à la validation des changements morphologiques observés. Une meilleure connaissance de l’intestin grêle est essentielle afin de mieux comprendre son impact sur les maladies métaboliques ainsi que ses interactions avec le microbiote. / Several studies have shown small intestinal adaptations in obesity-related metabolic alterations in both animal and human models. However, access to sample is impeded by the invasive procedure it requires. Using plasma biomarkers to assess small intestinal integrity and functionality could improve the sample size of studies, and also to include healthy subjects without enteropathies. Our goal is to evaluate citrulline and intestinalspecific fatty-acid binding protein (I-FABP) ability to assess functional and morphological changes in the small mucosa of men with a wide range of adiposity and insulin sensitivity. In our study, citrulline, a marker of enterocyte mass and function, was lower in subjects with obesity, insulin resistance and type 2 diabetes. I-FABP, an apoptosis marker, was higher in type 2 diabetic (T2D) men, especially those with uncontrolled T2D. I-FABP/citrulline ratio, a marker of enterocyte turnover, was higher in both T2D and insulin resistant (IR) men. In conclusion, alterations in small intestinal mucosa mass and integrity were observed in obesity-related metabolic alterations, especially those related to glucose homeostasis. To assess morphological changes, biopsies or imagery should be included in future studies. A better understanding of the small intestine is crucial to understand its impacts on metabolic alteration and its interactions with the microbiota

Titre de l'écran-titre (visionné le 30 janvier 2024) / La dyslipidémie induite par la résistance à l'insuline est une composante centrale du syndrome métabolique qui est associé à près du double du risque de maladies cardiovasculaires (MCV). Les MCV étant la première cause de décès dans le monde, leur prévention constitue un enjeu sociétal majeur. Ainsi, il est fréquemment recommandé de remplacer une partie des d'acides gras saturés (AGS) alimentaires par des acides gras insaturés. Récemment, notre groupe a démontré que la substitution des AGS par des acides gras polyinsaturés (AGPI) oméga-6 réduit la production et le nombre de particules de lipoprotéines de faible densité (LDL) chez les sujets insulino-résistants. Toutefois, nos connaissances sur les effets de la consommation d'acides gras monoinsaturés (AGMI) pour la prévention et le traitement de la dyslipidémie associée à la résistance à l'insuline demeurent limitées. L'objectif de ce projet de maîtrise était donc d'évaluer l'impact de la substitution des AGS alimentaires par des AGMI sur le métabolisme des lipoprotéines contenant l'apoB d'origine hépatique et intestinale de même que sur le profil lipidomique plasmatique chez les sujets dyslipidémiques insulino-résistants. Les résultats de ce mémoire démontrent pour la première fois que la diminution du C-LDL observée lors de la substitution des AGS par des AGMI serait en partie causée par une augmentation de la clairance des LDL. Nous avons également pu proposer un mécanisme expliquant que ces effets seraient dus à une augmentation de l'activité du récepteur LDL causée par une diminution des concentrations de sphingomyéline (SM) plasmatique. Cette importante démonstration fut rendue possible en combinant notre méthodologie éprouvée, constituée d'études contrôlées randomisées en chassé-croisé et d'analyses de la cinétique in vivo des lipoprotéines, aux nouvelles techniques de profilage lipidomique plasmatique utilisant le LC/MS/MS. Ainsi, ce projet ouvre de nouvelles pistes de recherche, car la modulation des niveaux de SM plasmatique par des interventions nutritionnelles pourrait devenir une nouvelle méthode pour la prévention et le traitement des MCV chez les populations à haut risque telles que les individus insulino-résistants. / Insulin resistance (IR)-induced dyslipidemia is a central component of metabolic syndrome associated with a twofold risk of cardiovascular disease (CVD). CVDs are the leading cause of death worldwide, and their prevention is a major societal challenge. To this end, it is recommended to partially replace dietary saturated fatty acids (SFAs) with unsaturated fatty acids. Recently, our group demonstrated that replacing SFAs with ω-6 PUFAs reduces the production rate and particle number of low-density lipoprotein (LDL) particles in IR subjects. However, our knowledge of the effects of MUFA consumption in the prevention and treatment of dyslipidemia associated with IR remains limited. The aim of this master's project was to evaluate the impact of substituting dietary MUFAs for SFAs on the in vivo kinetics of apoB-containing lipoproteins of hepatic and intestinal origin and on the plasma lipidomic profile in subjects with dyslipidemia and IR. The results of this study demonstrate for the first time that the decrease in LDL-C observed with the replacement of MUFAs for SFAs is partly due to an increase in LDL clearance. We were also able to propose a mechanism explaining that these effects are the result of an increase in LDL receptor activity caused by a decrease in plasma sphingomyelin (SM) concentrations. This important demonstration was made possible by combining our proven methodology, consisting of crossover randomized controlled trials and in vivo lipoprotein kinetics analyses, with new plasma lipidomic profiling techniques using LC/MS/MS. Thus, this project opens new research avenues, as modulation of plasma SM levels by nutritional interventions could become a new method for the prevention and treatment of CVD in high-risk populations such as individuals with IR.

L'insuline, hormone clé du contrôle de l'homéostasie métabolique, exerce également des effets trophiques sur la croissance et la prolifération cellulaire. Des études épidémiologiques ont récemment montré que les individus obèses ou diabétiques de type 2 ont un risque plus élevé de développer des cancers et elles ont également suggéré que l’insuline jouerait un rôle dans ce développement tumoral. Ainsi, une signalisation adéquate en aval du récepteur de l’insuline est indispensable pour éviter des processus physiopathologiques. La signalisation de l’insuline est contrôlée par des mécanismes de rétrocontrôle, dont l’adaptateur moléculaire Grb14 qui agit comme un inhibiteur endogène de l’activité catalytique du RI. L’objectif de ma thèse a été d’étudier les conséquences métaboliques et mitogéniques de l’inhibition de Grb14 in#vivo spécifiquement dans le foie de souris. Dans une première étude, nous montrons que sept jours après l’invalidation de Grb14, les souris présentent une activation des voies de signalisation de l’insuline, qui s’accompagne d’une amélioration de la tolérance au glucose et de la production hépatique de glucose. Cependant, de façon paradoxale, la voie de la lipogenèse est très fortement diminuée. En décryptant le mécanisme moléculaire impliqué, nous montrons que l’inhibition de Grb14 permet la libération de la protéine p62/sqstm1 qui active le facteur de transcription Nrf2, ce qui entraine une inhibition du récepteur nucléaire pro-lipogénique LXR. De façon intéressante, l’invalidation de Grb14 chez des souris ob/ob permet de restaurer la glycémie et la stéatose hépatiques à des valeurs comparables aux témoins. Cette étude a ainsi permis de mettre en évidence une nouvelle voie de régulation de la lipogenèse hépatique. Dans une deuxième étude, nous nous sommes intéressés à l'action mitogénique de l'insuline. Nous montrons que 48 heures après l'inhibition de Grb14, les hépatocytes, qui sont des cellules quiescentes, entrent massivement dans le cycle cellulaire. Ce processus est dépendant de l’expression du RI et est médié par la signalisation PI3K/Akt/mTORC1 et la voie Rb/E2F1. Ces données révèlent ainsi que l'insuline est un puissant facteur mitogène dans le foie et que son action est étroitement contrôlée par l’adaptateur Grb14. D’un point de vue physiopathologique, nous avons pu mettre en évidence une diminution de significative de 58% de l’expression de Grb14 dans une collection de 70 CHC humains, apportant ainsi une explication moléculaire à une action pro-tumorigène de l’insuline dans le foie. L’ensemble de ces deux études permet de placer Grb14 au centre de la régulation des actions métaboliques et mitogéniques de l’insuline dans le foie. / Insulin is a key hormone controling metabolic homeostasis which also exerts having trophic effects on cell growth and proliferation. Epidemiological studies have recently shown that obese and type 2 diabetes patients are at higher risk of developing cancers, suggesting that insulin could be involved in tumor development. Proper signaling downstream the insulin receptor is thus essential to prevent pathophysiological processes. Insulin signaling is controlled by feedback mechanisms including the molecular adapter Grb14 which acts as an endogenous inhibitor of the IR catalytic activity. The aim of my PhD was to investigate the metabolic and mitogenic consequences of liver specific Grb14 inhibition in mouse. In the first study, we showed that after seven days of Grb14 invalidation, liver insulin signaling is enhanced, resulting in improved glucose tolerance and diminished hepatic glucose production. However, paradoxically, lipogenesis was greatly decreased. Deciphering the molecular mechanism, we show that Grb14 inhibition leads to the release of its partner p62/SQSTM1, inducing the activation of the Nrf2 transcription factor, which ultimatly inhibited the pro-lipogenic LXR nuclear receptor. Interestingly, Grb14 invalidation in ob/ob mice can restore blood glucose and hepatic steatosis comparable to control values. The study thus highlighted a new pathway controlling lipogenesis that could be targetted to improve metabolic diseases. In the second study, we were interested in insulin mitogenic action. We showed that 48 hours after Grb14 inhibition, hepatocytes that are quiescent cells, massively go through one cell cycle. This process depend on IR expression and is mediated by the PI3K/Akt/mTORC1 pathway and the Rb/E2F1 complex. Our data thus suggest that insulin is a potent mitogenic factor in the liver whose action is closely controlled by the Grb14 adapter in physiological conditions. Importantly, Grb14 expression is significantly decreased in a collection of human HCC, hence bringing out a molecular basis for a pro-tumorigenic action of hyperinsulinemia. Together these two studies reveal that Grb14 is a crucial gatekeeper of insulin metabolic and mitogenic actions in the liver.