Titre de l'écran-titre (visionné le 8 novembre 2023) / Problématique : Les acides biliaires (AB), métabolites hépatiques du cholestérol, peuvent subir une glucurono-conjugaison qui limite leurs effets cytotoxiques et pro-inflammatoires et facilite leur élimination. Nous croyons que d'exploiter ce mécanisme permettrait de diminuer le fardeau des AB dans les maladies cholestatiques auto-immunes (MCAI). Cependant, des enzymes β-glucuronidase (GUS) au niveau du microbiote intestinal ont la capacité de renverser la réaction de glucuronidation hépatique. Les objectifs de mon projet étaient donc de : i) valider et caractériser la contribution des GUS à la « re-toxification » des AB-G; ii) identifier les facteurs contrôlant cette activité; et iii) déterminer le potentiel de modulation. Méthode : Des essais enzymatiques in vitro mesurant l'activité GUS ont été réalisés en présence de 11 espèces d'AB-G avec : des contenus intestinaux et des selles murines, différentes GUS bactériennes recombinantes ainsi que des selles provenant de volontaires sains ou de patients avec MCAI. Nous avons mesuré l'activité GUS avant et après la consommation de poudre de bleuets lyophilisée (PBL) ou de framboises surgelées (FS) ainsi qu'en présence d'inhibiteurs GUS pharmacologiques précédemment identifiés. Résultats : Les AB-G sont efficacement déconjugués in vitro chez la souris et chez l'humain (avec ou sans MCAI). On observe une grande variabilité selon l'individu, selon l'espèce et selon le site de glucuronidation sur le squelette des AB. Pour la modulation, la supplémentation en PBL diminue de manière sexe-dépendante l'activité GUS tandis que la réponse à la consommation de FS est plus hétérogène. Les approches pharmacologiques ont confirmé une possible inhibition de l'activité GUS envers les AB-G. Conclusion : En illustrant la capacité des GUS du microbiote intestinale à réactiver les AB et en montrant le potentiel de modulation d'une approche pharmaco-nutritionnelle, nos résultats contribuent à établir l'activité GUS comme une nouvelle cible pour la détoxification des AB dans le traitement des MCAI. / Problematic: Bile acids (BAs), hepatic metabolites of cholesterol, can undergo glucuronide conjugation, which limits their cytotoxic and pro-inflammatory effects and increases their elimination. We believe that harnessing this mechanism could reduce the burden of BAs in autoimmune cholestatic diseases (ACD). However, β-glucuronidase (GUS) enzymes in the gut microbiota can reverse this hepatic glucuronidation. The objectives of my project were to: i) validate and characterize the contribution of GUS to the "re-toxification" of BA-G; ii) identify the factors controlling this activity; and iii) determine the potential for modulation. Method: In vitro enzymatic assays measuring GUS activity were performed in the presence of 11 species of BA-G, using murine intestinal contents and feces, various recombinant bacterial GUS enzymes, as well as stool samples from healthy volunteers or patients with ACD. We measured GUS activity before and after the consumption of freeze-dried blueberry powder (BBP) or frozen raspberries (FR), as well as in the presence of previously identified pharmacological inhibitors. Results: BA-Gs are efficiently deconjugated in vitro in both mice and humans (with or without ACD). There is a high variability, depending on species, the site of glucuronidation on the BA skeleton and between individual. Regarding modulations, BBP supplementation decreases GUS activity in a sex-dependent manner, while the response to FR consumption is more heterogeneous. Pharmacological approaches confirmed a possible inhibition of GUS activity towards BA-Gs. Conclusion: By illustrating the ability of gut microbiota GUS enzymes to reactivate BAs and demonstrating the modulation potential of a pharmaco-nutritional approach, our results contribute to establishing GUS activity as a new target for the detoxification of BAs in ACDs.

Titre de l'écran-titre (visionné le 6 septembre 2023) / L'étude du microbiome intestinal est un champ de recherche scientifique qui s'applique à identifier la composition et les fonctions des micro-organismes qui résident dans l'intestin. Dans ce mémoire, je propose d'étudier la démarche des scientifiques d'un projet de la stratégie de recherche Sentinelle Nord de l'Université Laval. En particulier, je me concentre sur le projet 3.6 qui a pour but de comprendre la relation entre microbiome intestinal et santé mentale dans le contexte de la recherche en collaboration avec les communautés inuit du Nunavik. Mon projet s'articule autour de l'approche des systèmes expérimentaux (Rheinberger 1997) qui vient circonscrire mon étude dans l'exploration des pratiques expérimentales employées par les scientifiques du projet 3.6 pour produire des connaissances qui lie microbiome, santé mentale et environnement en cadrant les Inuit du Nunavik comme une « biologie locale » (Lock 1993). J'ai procédé à une collecte de données qualitatives à l'aide de l'analyse de la littérature scientifique pertinente pour cette recherche, d'entretiens semi-dirigés avec les scientifiques du projet 3.6, et de périodes d'observation des pratiques pendant les réunions de l'équipe et à l'intérieur des laboratoires. Dans mon analyse, j'avance que 1) le projet 3.6 s'est développé à partir des recherches sur la santé des Inuit du Nunavik qui ont cours depuis les années 1980 et autour de pratiques de collaboration avec les communautés inuit qui impacte la manière dont les connaissances sont produites; 2) que le microbiome est compris dans cette recherche comme un médiateur entre l'environnement et la santé mentale, ce qui incite les scientifiques à penser le « microbiome inuit » en relation intrinsèque avec le contexte et le mode de vie nordique; et 3) que la recherche 3.6 est orientée non pas seulement vers l'identification de facteurs de risque, mais aussi de « biomarqueurs de résilience » dans le microbiome intestinal des Inuit du Nunavik et dans l'environnement nordique. Ultimement, je propose que ces « biomarqueurs de résilience » puissent s'inscrire dans une « économie politique de l'espoir » pour les communautés inuit du Nunavik. / The study of the gut microbiome is a scientific field of research focused on identifying the composition and functions of micro-organisms living in the intestines. In this Master's thesis, I examine the activities of scientists working on a project affiliated with Sentinel North strategy's of researches at Laval University. Specifically, I explore the work of scientists working on subproject 3.6, whose objective is to understand, in collaboration with the Nunavik Inuit communities in the northern region of Québec, the relation between the gut microbiome and mental health. My project is grounded in an exploration of experimental systems (Rheinberger 1997), an approach that focuses on the experimental practices used by scientists, and particularly those of project 3.6, to produce knowledge that links the microbiome, mental health, and the environment by framing the Inuit of Nunavik as a "local biology" (Lock 1993). I drew on qualitative methods including analysis of scientific literature relevant to the project 3.6, interviews with Sentinel North' scientists, and observations of their practices during meeting and in laboratory settings. In this text, I propose that 1) project 3.6 was shaped by research on Nunavik Inuit Health carried out since the 1980 as well as by practices of collaboration with the Inuit communities, which have an impact on how knowledge is produced; 2) the microbiome is framed in this research as a mediator between environment and mental health, which reflects scientists understanding of the "Inuit microbiome" as intrinsically linked to the Nordic context and lifestyle; and 3) that project 3.6 is less oriented toward identification of health risks and more toward "biomarkers of resilience" inside the gut microbiome of Inuit people and the Nordic environment. Ultimately, I propose that those "biomarker of resilience" could be seen as inscribed in a "political economy of hope" in the context of Inuit communities of Nunavik.

Le développement de l'obésité et des complications associées sont intimement liés à la composition du microbiote intestinal. En plus des études chez l'humain, plusieurs modèles animaux sont utilisés pour comprendre la dynamique et l'impact des organismes qui habitent notre intestin, dont le plus utilisé est le rongeur. Récemment, d'autres modèles animaux plus simples s'imposent dans l'étude du microbiote intestinal, comme le poisson-zèbre. L'étude proposée dans ce mémoire avait pour but de reproduire et d'optimiser une diète induisant l'obésité chez la larve de poisson-zèbre, ainsi que d'observer l'effet d'une diète riche en sucre et en gras sur la monocolonisation de l'intestin de la larve par la bactérie Escherichia coli isolé d'un enfant danois dans laquelle a été inséré un plasmide portant un gène codant pour la protéine fluorescente mCherry2. Les résultats démontrent qu'il est possible d'induire un développement similaire à de l'obésité chez la larve. Les critères utilisés (longueur, largeur, ratio largeur/longueur et aire) sont augmentés chez les larves ayant reçu la diète riche en sucre et en gras. De plus, les larves ayant reçu cette même diète présentent une colonisation bactérienne plus importante de leur intestin lors de l'observation en microscopie, mais ce résultat reste toutefois à confirmer par dénombrement bactérien.

La prévalence des maladies chroniques, dont les maladies cardio-métaboliques font partie, ne cesse d'augmenter mondialement. Les avancées dans le domaine du microbiote intestinal dans les dernières années montrent des liens de causalité entre les bactéries qui colonisent l'intestin et les métabolites qu'elles produisent. Le microbiote intestinal est donc une cible potentielle pour la prévention ou le traitement des comorbidités associées à l'obésité. La perte rapide de masse grasse peut conduire à la libération endogène de molécules liposolubles aux effets potentiellement nocifs, comme les polluants organiques persistants (POP). L'objectif de la première étude était d'évaluer l'impact d'un extrait prébiotique de canneberge riche en polyphénols sur la libération de POP pendant la perte de poids. Malgré la perte de graisse plus importante chez les souris traitées à l'extrait de canneberge, leurs taux circulants de POP n'ont pas augmenté et leur homéostasie du glucose s'est améliorée par rapport aux souris traitées avec le véhicule. L'extrait a également induit des changements dans le microbiote intestinal, y compris la prolifération de Parvibacter, un membre de la famille des Coriobacteriaceae qui a un rôle potentiel dans le métabolisme des xénobiotiques. L'objectif de la deuxième étude était de déterminer l'impact de l'hébergement de souris axéniques colonisées avec le microbiote intestinal de souris traitées à l'extrait de canneberge enrichi en proanthocyanidines ou de leurs homologues traitées avec un véhicule. Nous avons observé un phénotype hépatique opposé entre les deux secteurs d'hébergement, conventionnel ou axénique-gnotobiotique, ainsi qu'un impact sélectif sur la colonisation des taxons microbiens ainsi que sur le profil des métabolites fécaux. Ces résultats suggèrent que l'environnement dans lequel les souris gnotobiotiques sont logées influence fortement la composition et la fonction du microbiote intestinal et peut conduire à des phénotypes distincts après la colonisation. Une meilleure standardisation de l'utilisation des souris gnotobiotiques est nécessaire et des conditions d'hébergement strictes devraient être suivies. Les modèles animaux de pathologies humaines sont classiquement nourris avec des diètes purifiés contenant de la caséine comme unique source de protéines. L'objectif de la troisième étude est de montrer que la source de protéine consommée influence le développement de l'obésité et de la résistance à l'insuline induites par la diète. En effet, un mélange de protéines représentatif de la consommation humaine a augmenté le gain de poids, l'hyperinsulinémie et la voie de signalisation hépatique mTORC1/S6K1 par rapport à la caséine seule. Ces effets impliquent des altérations majeures de la composition microbiote intestinal et de la production microbienne d'acides gras à chaîne ramifiée, qui, dans les hépatocytes en culture, augmentent la production de glucose et activent la voie mTORC1/S6K1. Ces travaux montrent l'importance de considérer les sources de protéines dans les diètes animales et proposent des mécanismes d'actions potentiels des protéines alimentaires sur la santé métabolique. L'objectif de la quatrième et dernière étude était de déterminer si la supplémentation en Lacticaseibacillus rhamnosus HA-114 accentuait l'impact bénéfique de la perte de poids sur la santé métabolique et cognitive. Cet essai de 12 semaines, randomisé, en double aveugle et contrôlé par placebo, a été effectué chez 152 adultes avec un surpoids suivant une intervention nutritionnelle pour induire une perte de poids contrôlée. Bien que la supplémentation en probiotiques n'ait pas potentialisé la réduction du poids corporel ou de la masse grasse, une diminution significative de l'insuline plasmatique, de l'HOMA-IR, du cholestérol-LDL et des triglycérides a été observée dans le groupe supplémenté en probiotiques uniquement. En ce qui concerne les traits liés à l'alimentation et à l'humeur, les effets bénéfiques ont été observés uniquement dans le groupe recevant la supplémentation en probiotiques ou étaient significativement plus importants dans ce groupe, y compris la diminution des tendances à la l'hyperphagie, la désinhibition et les envies de manger. Ce projet démontre la pertinence clinique de la supplémentation en probiotiques pour induire des résultats métaboliques et psychologiques bénéfiques chez les personnes en surpoids encours de perte de poids. Collectivement, ces études confirment la validité de cibler le microbiote intestinal afin d'atténuer les comorbidités liées à l'obésité. En outre, elles auront certainement un impact sur différents aspects de la prévention et du traitement de l'obésité et des troubles métaboliques en utilisant tout le potentiel du microbiote intestinal, pour lequel il reste encore beaucoup à comprendre et à découvrir. / The prevalence of chronic diseases, of which cardiometabolic diseases are part of continues to increase worldwide. Following advances in the field of gut microbiota in recent years, causal links between the bacteria that colonize the gut and the metabolites they produce have been demonstrated. The gut microbiota is therefore a potential target for the prevention or treatment of obesity-related comorbidities. Rapid fat loss can lead to the endogenous release of fat-soluble molecules with potentially harmful effects, such as persistent organic pollutants (POPs). The objective of the first study was to evaluate the impact of a prebiotic polyphenol-rich cranberry extract on the release of POPs during weight loss. Despite the greater fat loss in cranberry extract-treated mice, their circulating POP levels did not increase, and their glucose homeostasis improved following weight loss compared to vehicle-treated mice. The extract also induced changes in the gut microbiota, including the proliferation of Parvibacter, a member of the Coriobacteriaceae family that has a potential role in xenobiotic metabolism. The objective of the second project was to determine the impact of housing axenic mice colonized with the gut microbiota of mice treated with proanthocyanidin-riched cranberry extract or their vehicle-treated counterparts. We observed an opposite liver phenotype between the two housing sectors, conventional or axenic-gnotobiotic, as well as a selective impact on the colonization of microbial taxa and on the fecal metabolite profile. These results suggest the environment in which gnotobiotic mice are housed strongly influences the composition and function of the gut microbiota and may lead to distinct phenotypes after colonization. Better standardization of the use of gnotobiotic mice is needed and strict housing conditions should be followed. Animal models of human pathologies are classically fed with purified diets containing casein as the sole protein source. The objective of chapter 3 is to show that the source of protein consumed influences the development of obesity and insulin resistance induced by the diet. Indeed, a protein mixture representative of human consumption increased weight gain, hyperinsulinemia, and hepatic mTORC1/S6K1 signaling compared with casein alone. These effects involve major alterations in gut microbiota composition and microbial production of branched chain fatty acids, which, in cultured hepatocytes, increase glucose production and activate the mTORC1/S6K1 pathway. This work demonstrates the importance of considering protein sources in animal diets and proposes potential mechanisms of action of dietary proteins on metabolic health. The objective of the fourth and final project was to determine whether supplementation with Lacticaseibacillus rhamnosus HA-114 enhanced the beneficial impact of weight loss on metabolic and cognitive health. This 12-week, randomized, double-blind, placebo-controlled trial was conducted in 152 overweight adults with a nutritional intervention to induce controlled weight loss. Although probiotic supplementation did not potentiate reduction in body weight or fat mass, a significant decrease in plasma insulin, HOMA-IR, LDL cholesterol, and triglycerides was observed in the probiotic-supplemented group only. With respect to eating and mood-related traits, beneficial effects were observed only in the probiotic supplementation group or were significantly greater in this group, including decreased binge eating tendencies, disinhibition, and food cravings. This study demonstrates the clinical relevance of probiotic supplementation to induce beneficial metabolic and psychological outcomes in overweight individuals undergoing weight loss. Collectively, these studies confirm the relevance of targeting the gut microbiota to alleviate obesity-related comorbidities. Furthermore, they will certainly have an impact on different aspects of prevention and treatment of obesity and metabolic disorders by using the full potential of the gut microbiota, for which there is still much to understand and discover.

Les animaux ont toujours évolué avec leur microbiote. Toutefois, peu d’études ont analysé le rôle des bactéries sur la spéciation. Il a été démontré que le microbiote oriente la spéciation de son hôte. L’objectif principal de cette thèse est d’évaluer l’influence des bactéries sur la spéciation du grand corégone (Coregonus clupeaformis). Sous certaines conditions, il existe deux espèces de corégone qui ont évolué de façon parallèle ; l’espèce naine et l’espèce normale qui sont caractérisées par des niches trophique et écologique différentes. Plusieurs types d’interaction hôte-bactéries ont été analysés au niveau de populations de corégones sauvages et de corégones captifs, qui ont été élevés dans des conditions identiques. Chez les corégones sauvages, les résultats supportent un effet de parallélisme au niveau de la diversité bactérienne, mais cet effet n’a pas été observé au niveau de la structure des communautés bactériennes entre l’espèce naine et normale. La présence d’un noyau bactérien très conservé au niveau du microbiote intestinal démontre une influence marquée de l'hôte sur ses communautés bactériennes. L’ensemble de ces résultats soulignent la complexité de l'holobionte (hôte + bactéries) en démontrant que la direction de sélection peut différer entre l'hôte et son microbiote. Chez les corégones captifs, la différence de la structure bactérienne chez les nains, les normaux et les hybrides F1 réciproques met en évidence l’influence de l’hôte sur le microbiote. Finalement, cette étude pionnière des communautés bactériennes du grand corégone ouvre la voie à des nouvelles directions de recherche liées à l’évolution de l’holobionte. / Animals have evolved with their microbiota. However, little is known about the role of bacteria over the course of this evolution. These last few years, it has been shown that the microbiota influences speciation by controlling the pre-zygotic and post-zygotic reproductive isolation. The main goal of the thesis is to analysis for the first time the influence of the microbiota on the Lake Whitefish (Coregonus clupeaformis) which represents a continuum in the early stage of ecological speciation. Some species pairs of dwarf (limnetic niche specialist) and normal (benthic niche specialist) evolved in parallel inside several lakes in northeastern North America. Bacterial communities have been compared among five wild sympatric species pairs of whitefish as well as captive dwarf, normal and hybrids whitefish reared in identical controlled conditions. For the wild fish, difference of the bacterial community structure was highlighted in the three studied interactions between the bacterial community and the host: host-pathogen, host-symbiont and host-transient bacteria. Although no parallelism was detected for the bacterial community structure for these interactions, it was highlighted at the bacterial diversity level. Moreover, parallelism was not observed within the bacteria community structure, likely because the water bacterial communities, studied in this thesis, and the biotic and abiotic factors were characterized by important variation between the lake populations of whitefish. Furthermore, results revealed a strong influence of the host (dwarf or normal) on the bacterial communities with pronounced conservation of the core intestinal microbiota. Finally, our result highlighted the complexity of the holobiont (host + bacteria), suggesting that the direction of selection could differ between the host and its microbiota. In fact, three evolutionary directions have been highlighted between the fish and its bacterial communities. For the captive whitefish, an influence of host (normal, dwarf and hybrids) was also detected on bacterial taxonomic composition. Hybrid microbiota was not intermediate and its composition fell outside of that observed in the parental forms. This pioneer study on the bacterial communities of the Lake whitefish opens new research fields related to the evolution of the holobiont.

Les bactériocines sont des composés de nature protéique dotés d'une activité antimicrobienne dirigée contre des bactéries phylogénétiquement proches de la souche productrice. Récemment, la production de bactériocines a été évoquée comme un mécanisme d'action important impliqué dans l'activité antimicrobienne des probiotiques au niveau gastro-intestinal. Ce projet de recherche avait pour objectif d’évaluer la capacité de certaines bactéries lactiques bactériocinogènes à produire leur bactériocine dans les conditions physiologique et microbiologique du tractus digestif. Trois souches bactériocinogènes, à savoir Lactococcus lactis biovar diacetylactis UL719 (productrice de nisine Z), Pediococcus acidilactici UL5 (productrice de pédiocine PA-1) et L. lactis ATCC 11454 (productrice de nisine A) ont été utilisées comme modèle lors de ces travaux de thèse. Des expériences menées dans le simulateur de tractus digestif TIM-1 ont montré que P. acidilactici avait un taux de survie de 17 % aux stress rencontrés au niveau de l’estomac et de l’intestin grêle. Le transit dans la partie proximale du système digestif a eu peu d’effet sur l’activité inhibitrice de cette souche. Une légère surexpression des gènes de production de la bactériocine a même été observée à la sortie l’iléon. Contrairement à P. acidilactici UL5, L. lactis ATCC 11454 était moins résistante au stress digestif, avec un taux de survie inférieur à 1 %. Par ailleurs, les trois souches bactériocinogènes étudiées se sont révélées capables de croitre et de produire leur bactériocine dans un milieu de culture simulant le milieu colique. Dans le cas de P. acidilactici, nous avons démontré une inhibition significative de Listeria directement corrélée avec la production de pédiocine puisqu’aucune inhibition n’a été observée avec un mutant non producteur. Enfin, nous avons étudié la capacité de la souche P. acidilactici à survivre et à produire sa bactériocine au niveau iléaque de même que l’impact de cette activité inhibitrice sur l’équilibre du microbiote iléaque chez l’humain. Les analyses microbiologiques ont révélé que P. acidilactici survivait au transit bien qu’elle ne soit pas capable d’y croitre, probablement en raison d’un manque de compétitivité vis-à-vis du microbiote. Ces observations expliqueraient la faible activité inhibitrice de P. acidilactici contre L. monocytogenes que nous avons mesuré. / Bacteriocins are proteinaceous compound naturally produced by several bacterial strains with an inhibition activity directed against closely related bacteria. Recently, the production of bacteriocins was proposed as an important mechanism of action involved in the antimicrobial activity of probiotics in the gastrointestinal tract. This research aimed to evaluate the ability of some bacteriocin-producing lactic acid bacteria to produce their bacteriocins in the physiological and microbiological conditions of the digestive tract. Three strains, namely L. lactis biovar diacetylactis UL719 (producing nisin Z), P. acidilactici UL5 (producing pediocin PA- 1) and L. lactis ATCC 11454 (producing nisin A) were used as models throughout this thesis. Experiments performed with the TIM-1 digestive tract simulator have shown that P. acidilactici had a survival rate of 17 % in the stomach and small intestine. Passage in the proximal part of the digestive tract had little effect on the inhibitory activity of this strain. A slight over-expression of the genes encoding production of bacteriocin has been observed even at the end of the ileum. Unlike P. acidilactici UL5, L. lactis ATCC 11454 was less resistant to gastrointestinal stress, with a survival rate of less than 1 %. In addition, the three bacteriocin-producing strains considered in this study were proved able to grow and produce their bacteriocins in a culture medium simulating the colonic environment. In the case of P. acidilactici, we demonstrated significant inhibition of Listeria in the colonic medium and that this inhibition was directly correlated with the production of pediocin since no inhibition was observed with a non-producing mutant. Finally, we studied the ability of P. acidilactici to survive and produce its bacteriocin in the ileac conditions and the impact of this inhibitory activity on the balance of ileac microbiota of healthy humans. Microbiological analyzes revealed that P. acidilactici survived throughout the transit although it was not able to grow, probably due to a weak competitivity compared to the ileac microbiota. These observations may explain the low inhibitory activity of P. acidilactici against L. monocytogenes that we measured.

La diète est un facteur déterminant de la modulation du microbiote intestinal. La diète et le microbiote intestinal interagissent pour affecter la composition corporelle de l'hôte. En fait, le microbiote intestinal est essentiel pour la digestion des aliments et, par conséquent, une variation du microbiome intestinal peut affecter la disponibilité des substrats énergétiques, le métabolisme de l'hôte et la composition corporelle. Les oligo-éléments sont considérés comme des micronutriments alimentaires ayant des fonctions importantes dans la physiologie microbienne et celle de l'hôte. De plus, des preuves scientifiques suggèrent que l'alimentation joue un rôle dans l'obésité et ses comorbidités, en partie grâce à ses interactions avec le microbiote intestinal de l'individu et son effet sur les médiateurs lipidiques de l'endocannabinoïdome impliqués dans le contrôle de l'énergie et de la satiété. Cette thèse vise à déterminer les effets de trois oligo-éléments alimentaires, le sélénium (Se), le fer (Fe) et le manganèse (Mn), en interaction avec la composition globale de la diète - faible en graisse et en saccharose (LFLS) et/ou élevée en graisse et en saccharose (HFHS) - et leur effet sur la modulation du microbiote intestinal et l'influence potentielle sur l'hôte via le système endocannabinoïde élargi, ou endocannabinoidome (eCBome) dans un modèle animal sensible à l'obésité. Les expériences ont été menées chez des souris (mâles et femelles). Les données ont ensuite été stratifiées pour évaluer l'influence du sexe sur les réponses des souris. Dans le premier chapitre, nous avons montré les effets de la variation alimentaire en sélénium (Se) sur la prise de poids, en particulier dans les diètes LFLS. En outre, l'effet du Se, en particulier des diètes enrichis en Se avec les diètes HFHS, a été associé à l'augmentation de l'abondance relative de familles microbiennes intestinales spécifiques telles que les *Peptostreptococcaceae* et les *Lactobacillaceae*. Parallèlement, il est démontré que les variations alimentaires de ce minéral modifient les niveaux de production des médiateurs endocannabinoïdes circulants tels que le 2-docosahexaenoyl-glycerol (2-DHG), un médiateur ayant des actions bénéfiques supposées sur le métabolisme et l'inflammation, et l'influence du Se sur l'expression des cytokines intestinales et des enzymes antioxydantes telles que la Gpx4. Dans un deuxième chapitre, compte tenu de l'influence du fer (Fe) en tant que cofacteur enzymatique ainsi que de son rôle dans la réponse immunitaire, les effets des variations du Fe alimentaire sur le microbiote intestinal et la réponse de l'hôte via l'eCBome ont été déterminés. Outre les endocannabinoïdes et les acides gras polyinsaturés (PUFAS), nous avons également mesuré les médiateurs lipidiques susceptibles de répondre de manière différenciée aux variations alimentaires du Fe. En ce sens, nous avons évalué la réponse des PGE$_\textup{1}$, PGE$_\textup{2}$, PGE$_\textup{3}$ et 1a,1b-dihomo PGF$_\textup{2α}$ intestinaux et l'expression des cytokines pro- et anti-inflammatoires au niveau intestinal. Selon les résultats, les diètes réduites en Fe ont favorisé l'abondance relative de familles microbiennes telles que *Eubacterium coprostanoligenes* et Streptococcaceae*. En ce qui concerne l'eCBome, plusieurs endocannabinoïdes ont été modulés par l'apport en Fe en interaction avec la composition de la diète. Plus précisément, les niveaux circulants de *N*-oléoylethanolamine (OEA) ont montré une augmentation associée à la diète LFLS enrichie en Fe, tandis que la diète HFHS réduite en Fe a montré une augmentation de *N*-arachidonoyl-ethanolamine (AEA). Parallèlement, la réponse des médiateurs inflammatoires intestinaux au Fe dans les diètes s'est traduite par une diminution des niveaux de prostaglandines PGE$_\textup{1}$, PGE$_\textup{3}$ et 1a,1b-dihomo PGF$_\textup{2α}$ dans le cæcum, sans changements significatifs dans l'expression des gènes intestinaux associés à l'inflammation. Finalement, le troisième chapitre étudie comment l'apport en Mn module la réponse endocannabinoïde intestinale en interaction avec la composition de la diète en macronutriments. Plus précisément, l'enrichissement en Mn a réduit les niveaux de *N*-acylethanolamines cæcales. En outre, nous avons constaté une forte réponse sexuelle en fonction du niveau de Mn, affectant la production iléale de 2-monoacyl-glycérols (2-MAGs) uniquement chez les souris femelles, ce qui suggère un rôle différentiel que cet oligo-élément chez les mâles et les femelles. En outre, l'enrichissement en Mn de l'alimentation a été associé à une réduction des amides d'acides gras intestinaux et de la production de prostaglandines, en particulier la *N*-Palmitoyl Glycine, la *N*-Oleyl-L-Serine et la PGE$_\textup{2}$, ce qui indique que ce minéral jouerait un rôle de transition dans la prévention de l'inflammation intestinale et la santé métabolique. Également, certaines familles microbiennes ont réagi différemment selon le sexe aux variations de concentrations de Mn dans l'alimentation. De manière plus générale, les résultats montrent qu'en fonction de la concentration alimentaire en oligo-éléments et de l'interaction avec la diète, les processus intestinaux sont modulés et contribuent à une réponse au stress alimentaire. Cette thèse montre ainsi comment des composants alimentaires complexes peuvent interagir avec l'écosystème qu'est le microbiote intestinal et le métabolisme de l'hôte. De plus, elle fournit des informations sur les concentrations optimales de ces 3 minéraux en interaction avec les macronutriments de l'alimentation. Ces concentrations sont importantes pour maintenir un bon état métabolique grâce à la production de lipides bioactifs qui participent à la réduction de la réponse inflammatoire intestinale et favorisent un état métabolique sain. De plus, ces concentrations optimales en micronutriments sont suffisantes pour restructurer le microbiote intestinal (chapitres I, II et III). Il convient de souligner que cette étude est la première à mettre en évidence la relation entre les micronutriments alimentaires, le microbiote intestinal et le système endocannabinoïde. Les présents résultats devraient ouvrir la voie à des études mécanistiques portant sur la base moléculaire de l'impact des micronutriments sur l'axe microbiome intestinal-eCBome en réponse à un déficit ou à une supplémentation des micronutriments, et sur le rôle de cette interaction dans l'inflammation de bas grade, comme celle qui accompagne l'obésité induite par l'alimentation. / Diet is one of the main determinants of gut microbial composition and function. Diet and gut microbiota interact to affect host body composition. In fact, the gut microbiota is critical for food digestion and, therefore, variations in the gut microbiome can affect the availability of energy substrates, host metabolism and body composition. Trace elements are considered dietary micronutrients with important functions in both microbial and host physiology. Furthermore, scientific evidence suggests that diet plays a role in obesity and its comorbidities, in part through its interactions with the individual's gut microbiota and its effect on lipid endocannabinoid mediators involved in energy control and satiety. This thesis aims to determine the effects of three dietary trace minerals (Se, Fe and Mn) in interaction with the overall composition of diet macronutrient composition Low Fat-Low Sucrose (LFLS) and/or High Fat-High Sucrose (HFHS) and their effect on the modulation of the gut microbiota and the potential influence on the host via the expanded endocannabinoid system, or endocannabinoidome (eCBome) in an animal model susceptible to obesity. The experiments were conducted in mice (males and females). The data were then stratified to assess the influence of sex on the outcomes. In the first chapter, we showed the effects of dietary variation of selenium (Se) on weight gain, particularly in LFLS diets. In addition, the effect of Se, particularly HFHS-Se-enriched diet was associated with the increase in the relative abundance of specific intestinal microbial families such as *Peptostreptococcaceae* and *Lactobacillaceae*. Concomitantly, it is shown how dietary variations of this mineral modify the production levels of circulating endocannabinoid mediators such as 2-docosahexaenoyl-glycerol (2-DHG), a mediator with putative beneficial actions on metabolism and inflammation, and the influence of Se on the expression of intestinal cytokines and antioxidant enzymes as *Gpx4*. In the second chapter, given the influence of iron (Fe) as an enzyme cofactor and its role in immune response, we evaluated the effects of dietary Fe variations on the intestinal microbiota and the host response via the eCBome. In addition to endocannabinoid congeners and PUFAs, we measured the lipid mediators that might respond differentially to the dietary changes of Fe. In this sense, we evaluated the response of intestinal PGE$_\textup{1}$, PGE$_\textup{2}$, PGE$_\textup{3}$ and 1a,1b-dihomo PGF$_\textup{2α}$ and the expression of pro- and anti-inflammatory cytokines at the intestinal level. According to the results, Fe-depleted diets favored the relative abundance of microbial families such as *Eubacterium coprostanoligenes* and *Streptococcaceae*. Regarding eCBome, several endocannabinoid congeners were modulated by Fe intake in interaction with diet composition. Specifically, circulating levels of of *N*-oleoylethanolamine (OEA) showed an elevation associated with Fe-enriched LFLS diet, while the Fe-depleted HFHS diet showed an elevation of *N*-arachidonoylethanolamine (AEA). In parallel, the response of intestinal inflammatory mediators to Fe in the diet showed decreased levels of prostaglandins PGE$_\textup{1}$, PGE$_\textup{3}$ and 1a,1b-dihomo PGF$_\textup{2α}$ in the caecum, without significant changes in the expression of intestinal genes associated with inflammation. Finally, the third chapter studies how Mn intake modulates the intestinal endocannabinoid response in interaction with macronutrient diet composition. Specifically, Mn enrichment reduced the levels of caecal *N*-acylethanolamines. Additionally, we found a strong Mn-dependent sex response affecting ileal MAGs production only in female mice, suggesting the differential role that this trace element may have for males and females. In addition, dietary Mn enrichment was associated with reduction of intestinal fatty acid amides and prostaglandin production, particularly *N*-Palmitoyl Glycine, *N*-Oleyl-L-Serine and PGE$_\textup{2}$, indicating the role of this transition mineral in the prevention of intestinal inflammation and metabolic health. Concomitantly, variation in dietary Mn concentrations, particularly its depletion, favored the relative abundance of *Peptostreptococcacea*, and specific microbial families responded to the effect of Mn in a sex-dependent manner. The findings show that depending on the dietary content of trace minerals in interaction with the diet, intestinal processes are modulated and contribute to a dietary stress response. This thesis shows how complex dietary components can interact with the gut-microbiota ecosystem and host metabolism. Moreover, it provides information about how optimal concentrations of these 3 minerals in interactions with macronutrients of diet are important for maintaining a good metabolic state through the production of bioactive lipids that participate in the reduction of the intestinal inflammatory response and promote a healthy metabolic state. Concomitantly, such optimal and equilibrated concentrations of these micronutrients are sufficient to restructure the intestinal microbiota (Chapter I, II and III). Importantly, this is the first study, uncovering the relationship between dietary micronutrients with gut microbiota and the endocannabinoid system. The present findings should pave the way for mechanistic studies investigating the molecular basis of the impact of micronutrients on the gut microbiome-eCBome axis in response to micronutrients deficit or supplementation, and the role of this interaction in lowgrade inflammation, such as that accompanying diet-induced obesity.

Thèse de doctorat : SCIENCES MEDICALES : Metz : 1999. / 1999METZ031S. 962 ref.

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

Doctorat en Sciences médicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished