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Background The detrimental impact of malnutrition and cachexia in cancer patients subjected to surgical resection is well established. However, how systemic and local metabolic alterations in cancer patients impact the serum metabolite signature, thereby leading to cancer-specific differences, is poorly defined. In order to implement metabolomics as a potential tool in clinical diagnostics and disease follow-up, targeted metabolite profiling based on quantitative measurements is essential. We hypothesized that the quantitative metabolic profile assessed by 1H nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy can be used to identify cancer-induced catabolism and potentially distinguish between specific tumour entities. Importantly, to prove tumour dependency and assess metabolic normalization, we additionally analysed the metabolome of patients' sera longitudinally post-surgery in order to assess metabolic normalization. Methods Forty two metabolites in sera of patients with tumour entities known to cause malnutrition and cachexia, namely, upper gastrointestinal cancer and pancreatic cancer, as well as sera of healthy controls, were quantified by 1H NMR spectroscopy. Results Comparing serum metabolites of patients with gastrointestinal cancer with healthy controls and pancreatic cancer patients, we identified at least 15 significantly changed metabolites in each comparison. Principal component and pathway analysis tools showed a catabolic signature in preoperative upper gastrointestinal cancer patients. The most specifically upregulated metabolite group in gastrointestinal cancer patients was ketone bodies (3-hydroxybutyrate, P < 0.0001; acetoacetate, P < 0.0001; acetone, P < 0.0001; false discovery rate [FDR] adjusted). Increased glycerol levels (P < 0.0001), increased concentration of the ketogenic amino acid lysine (P = 0.03) and a significant correlation of 3-hydroxybutyrate levels with branched-chained amino acids (leucine, P = 0.02; isoleucine, P = 0.04 [FDR adjusted]) suggested that ketone body synthesis was driven by lipolysis and amino acid breakdown. Interestingly, the catabolic signature was independent of the body mass index, clinically assessed malnutrition using the nutritional risk screening score, and systemic inflammation assessed by CRP and leukocyte count. Longitudinal measurements and principal component analyses revealed a quick normalization of key metabolic alterations seven days post-surgery, including ketosis. Conclusions Together, the quantitative metabolic profile obtained by 1H NMR spectroscopy identified a tumour-induced catabolic signature specific to upper gastrointestinal cancer patients and enabled monitoring restoration of metabolic homeostasis after surgery. This approach was critical to identify the obtained metabolic profile as an upper gastrointestinal cancer-specific signature independent of malnutrition and inflammation.

In cardiology, there are different conditions associated with the release of free radicals in some forms of hypoxia, such as ventilatory hypoxia or reduced perfusion. The role of free radicals during hypoxia in cardiology is the key point of our interest. In presented thesis, we have focused on hypoxia-induced pulmonary vasoconstriction and acute myocardial ischemia. Hypoxic pulmonary vasoconstriction (HPV), an important physiological mechanism, is regulated by changes in the production of and interactions among reactive oxygen species (ROS). There is controversy, however, over whether HPV is mediated by an increase or a decrease in ROS production. Also, the role of nitric oxide (NO) in HPV remains unclear. Our results indicate that inhibition of HPV by the superoxide dismutase mimetic tempol does not depend on either NO production or a decrease in basal vascular tone. The effect of three-day fasting on cardiac ischemic tolerance was investigated in another experimental model. Short-term fasting conclusively decreases ROS production. Three-day fasting effectively protected rat hearts against major endpoints of acute ischemia-reperfusion injury. It prevented severe ventricular arrhythmias and reduced the extent of myocardial infarction. These beneficial effects can be linked to altered mitochondrial redox...

L’acétyl-coA occupe une place centrale dans le métabolisme intermédiaire. Il constitue le point de jonction de plusieurs voies métaboliques telles que la .-oxydation, la glycolyse, le catabolisme de certains acides aminés, la cétolyse, la cétogenèse et la synthèse d’acides gras. Il est également impliqué dans d’autres processus tels que l’acétylation des protéines. Au cours de mon travail de thèse, je me suis attachée à étudier différents aspects du métabolisme de l’acétyl-coA. La première partie de mon travail a porté sur la modulation pharmacologique de la .- oxydation dans le but de corriger des déficits de cette voie métabolique. L’intérêt de traitements par 400µM de bézafibrate ou 75µM de resvératrol dans les formes modérées de déficit en VLCAD et en CPT2 avait été montré précédemment. Par des méthodes de référence et grâce à la mise au point de nouvelles techniques, j’ai pu montrer sur des fibroblastes de patients déficitaires en LCHAD que des traitements par une combinaison de 35µM de bézafibrate et 30µM de resvératrol permettent d’augmenter les capacités d’oxydation du palmitate en stimulant la synthèse protéique. L’effet de cette combinaison était comparable à celui d’un traitement par 400µM de bézafibrate. Dans un second temps, je me suis intéressée à deux cofacteurs impliqués dans le métabolisme de l’acétyl-coA : l’acide lipoïque, cofacteur de quatre .-cétoacides déshydrogénases (PDHc, BCKDHc, .- KGDHc et GCS) et la riboflavine, cofacteur d’acyl-coA déshydrogénases de la .-oxydation et de déshydrogénases impliquées dans le catabolisme des acides aminés ramifiés. Ainsi, j’ai participé à la description d’anomalies du métabolisme de l’acide lipoïque, un nouveau groupe de maladies héréditaires du métabolisme caractérisé par un déficit combiné en .-cétoacides déshydrogénases. Par ailleurs, j’ai pu montrer qu’une hyperprolinémie constitue un biomarqueur intéressant pour le diagnostic d’acidurie glutarique de type II primaire ou secondaire, ces dernières pouvant se rencontrer en cas d’anomalie du métabolisme de la riboflavine. J’ai également évalué l’utilisation d’un mélange racémique de L,D-3-hydroxybutyrate afin de corriger les déficits énergétiques induits par un déficit en PDHc ou GLUT1. Via la cétolyse, le L,D-3- hydroxybutyrate génère de l’acétyl-coA. De façon surprenante, l’administration de ce composé s’est traduite par une amélioration de l’état clinique des patients atteints de déficits en PDHc, alors qu’une dégradation a été observée chez les patients atteints de déficits en GLUT1. Cette évolution différente pourrait souligner l’importance de l’anaplérose chez les patients déficitaires en GLUT1. Enfin, la dernière partie de mon travail de thèse porte sur la description d’un patient atteint d’une forme modérée de déficit en pyruvate carboxylase, cette enzyme étant régulée par l’acétyl-coA. Les difficultés diagnostiques rencontrées devant ces formes modérées sont rapportées, ainsi que des essais de traitement par des composés anaplérotiques et par le bézafibrate, malheureusement sans bénéfice net que ce soit in vitro ou in vivo. En conclusion, le métabolisme de l’acétyl-coA est altéré dans de nombreuses maladies héréditaires du métabolisme, dont certaines sont de description récente. Il peut être modulé par différentes approches pharmacologiques. Le développement de nouvelles techniques et notamment les analyses de flux métaboliques fournissent des outils utiles à son exploration et à l’étude de nouveaux traitements. / Acetyl-CoA is crucial for intermediary metabolism. It is at the crossroad of several metabolic pathways such as beta-oxidation, glycolysis, aminoacid catabolism, ketolysis, and fatty acid synthesis. It is also involved in other processes such as protein acetylation. In this document I studied different aspects of acetyl-CoA metabolism. First, I tried to correct fatty acid oxidation defects through pharmacological approach. Thanks to well- known methods and new ones, I showed that a combination of 30µM resveratrol and 35µM bezafibrate increased fatty acid oxidation capacities by increasing protein synthesis, as well as 400µM bezafibrate. Acetyl-CoA metabolism is also altered due to cofactors defects such as lipoic acid or riboflavine deficiency. I was involved in new diseases description and research for new biomarkers in this context. PDHc and GLUT1 deficiency are two different diseases with the same consequence : a defect in acetyl- CoA production from glucose. In order to improve patients’ quality of life, I evaluated the substitution of ketogenic diet with a racemic mix of L,D-3-hydroxybutyrate in PDHc and GLUT1 deficiency. The clinical evolution of patients was strikingly different, with an improvement in PDHc patients, whereas a degradation was noticed in GLUT1 patients. This difference might underline the role of anaplerosis in GLUT1 deficiency. Finally, I evaluated anaplerotic treatment and bezafibrate treatment in pyruvate carboxylase deficiency, an enzyme allosterically regulated by acetyl-CoA. To conclude, acetyl-CoA metabolism is altered in numerous inherited errors of metabolism, some of them being recently described. It can be modulated by pharmacological approaches. The development of new techniques such as metabolic flux analysis are useful for its study and for new treatments evaluation.