Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / Problématique : La glucurono-conjugaison (glucuronidation) métabolise de nombreux composés exogènes et endogènes, notamment les acides biliaires (AB). Malgré leurs propriétés physiologiques, les AB sont cytotoxiques à concentration élevée, tel qu'observé dans le foie de patients souffrant de maladies cholestatiques. En catalysant le transfert du groupement glucuronosyle sur le substrat, les enzymes UDP-glucuronosyltransférases (UGT) facilitent l'élimination de ces molécules. Cette réaction est modulable, régulant ainsi la formation d'AB-glucuronides (AB-G). La glucuronidation des AB serait donc une potentielle cible anticholestatique. Cependant, son étude est limitée par l'absence d'un modèle animal caractérisé. Hypothèse :Nous posons l'hypothèse que, "comme chez l'Humain, la glucurono-conjugaison est une voie importante de détoxification des acides biliaires chez la souris, qu'elle intervient dans les organes du tractus digestif, qu'elle fait intervenir des enzymes spécifiques et qu'elle peut être modulée par des facteurs environnementaux et nutritionnels". Ainsi, les travaux de ce mémoire vise à valider la souris comme modèle adéquat afin d'investiguer le potentiel de cette réaction dans le cas des maladies cholestatiques auto-immunes du foie. Objectif : Ce mémoire vise à combler le manque de modèle animal en explorant la glucuronidation des AB chez la souris et en déterminant les contributions enzymatiques et tissulaires, ainsi que sa modulation par des facteurs diététiques et environnementaux. Méthodes : Un profilage d'AB-G a été effectué sur le foie, les contenus intestinaux et les fèces de souris de souche CD1-Elite. Des essais enzymatiques ont été réalisés en incubant les AB en présence de microsomes de cellules embryoniques rénales humaines (HEK)293 exprimant chacune des Ugt2b murines (Ugt2b1, 2b5, 2b34, 2b35, 2b36, 2b37, 2b38) ou d'homogénats de foie ou d'intestins de souris conventionnelles. Les modulations environnementales (diète et température) ont ensuite été déterminées par le traitement des souris C3H/HeJ par une diète faible en lipides ou hyperlipidique, avec des variations de température. Les AB-G ont été quantifiés par spectrométrie de masse. Résultats : L'acide β-muricholique-24G (β-MCA-24G) est l'AB-G le plus fréquemment retrouvé, et sa formation fait intervenir notamment le foie et le colon, principalement via l'isoforme Ugt2b37. La glucuronidation du β-MCA est augmentée dans le foie par une diète hyperlipidique et par une température d'hébergement élevée, alors que l'inverse est observé dans le colon. Conclusion : Ces analyses démontrent la contribution des Ugt2b, ainsi que le foie et le colon dans la glucuronidation des AB chez la souris, avec la modulation de la diète et température. Les résultats suggèrent que la souris pourrait servir de modèle adéquat pour l'étude de la glucuronidation des AB en tant que cible thérapeutique dans les maladies cholestatiques auto-immunes. / Background: The glucuronidation is a phase II reaction that metabolizes numerous exogenous and endogenous compounds, such as bile acids (BAs). Their amphipatic properties enhance intestinal lipid absorption, but renders them cytotoxic in high concentrations, as observed in cholestatic liver diseases where bile flow is impaired. By catalyzing the transfer of glucuronosyl group on the substrate, UDP-glucuronosyltransferases (UGT) enzymes allow elimination. This reaction can be modulated, thereby regulating BA-glucuronide (BA-G) formation. However, its understanding is limited by the lack of an adequate, fully characterized animal model. Objective: This MSc thesis aims to characterize enzymatic and tissular contributions to murine BA glucuronidation and its regulation through dietetic and environmental modulators. Hypothesis: Despite the fact that this reaction is well known in humans, the absence of a characterized animal model limits the exploitation of this reaction. Thus, the hypothesis of this thesis aims to validate the mouse as a suitable model to investigate the potential of BA glucuronidation as a therapeutic target in autoimmune cholestatic liver diseases. Methods: BA-G profiling was achieved on murine liver, intestinal contents, and feces. Enzymatic assays were performed by incubating BA-G precursors with microsomal fractions of human embryonic kidney (HEK)293 cells expressing each murine Ugt2b (Ugt2b1, 2b5, 2b34, 2b35, 2b36, 2b37, 2b38) or liver or intestinal homogenates from conventionally raised or treated mice. Environmental modulators (diet and temperature) were then determined by treating mice with a low-fat diet (LFD) or high-fat diet (HFD), exposing them to different temperatures. BA-G were quantified by mass spectrometry. Results: β-muricholic acid-24G (β-MCA-24G) was the most frequently detected BA-G, and its formation involves the liver and the colon, mainly from the Ugt2b37 enzyme. β-MCA glucuronidation increased with a HFD and with a higher captivity temperature. Conclusion: Our results assess the contribution of Ugt2bs, as well as liver and colon, to murine BA glucuronidation, and that diet and captivity temperature strongly regulate BA-G formation. The present study reveals that the mouse is a potential suitable model for the study of BA glucuronidation as a therapeutic trget for cholestatic liver disease.

Les microglies sont les cellules immunitaires résidentes du cerveau. Les microglies sont principalement connues pour leur capacité à éliminer des débris toxiques, des cellules dysfonctionnelles ou dégénérées, ainsi que des pathogènes, et à médier des évènements inflammatoires. Cependant, les fonctions des microglies sont plus diverses que considérées auparavant. Les microglies participent à la modulation neuronale et synaptique, l'organisation vasculaire et la modulation des autres cellules gliales comme les astrocytes et les oligodendrocytes. Les fonctions microgliales sont nécessaires pour un fonctionnement sain du cerveau, le comportement et les fonctions cognitives tout au long de la vie. Les microglies sont sensibles aux changements dans leur environnement et présentent une vaste gamme de réponses aux changements environnementaux. L'exposition au stress psychologique chronique affecte la structure et la fonction du cerveau et mène à des conséquences sur le comportement et la cognition. Les microglies répondent au stress chronique et leurs réponses peuvent devenir dysfonctionnelles. Les facteurs environnementaux peuvent également avoir des effets synergiques avec le stress chronique. L'apport nutritionnel est un facteur de vie modifiable important pour le fonctionnement du cerveau. Certaines diètes sont des facteurs de risque pour développer certaines maladies, mais elles peuvent aussi protéger contre divers risques ainsi que permettre d'acquérir une résilience aux facteurs de risque. La diète cétogène est utilisée comme un régime qui offre des améliorations notamment pour les troubles d'humeur et possède des effets anti-inflammatoires. Cependant, les effets de cette diète et le stress sur le cerveau et les microglies restent peu étudiés. Néanmoins, il est essentiel d'étudier les effets de la diète cétogène sur la résilience au stress et les microglies. Les microglies sont situées dans le parenchyme cérébral et leurs caractéristiques dépendent de leur position dans le cerveau. Ces variations sont accentuées par leur réponse aux facteurs environnementaux ou par des changements dans leur contexte immédiat. La visualisation de la microglie permet leur identification et l'analyse de leur densité, distribution et morphologie. Cette approche a une grande utilité pour étudier les microglies dans des contextes de santé et de pathologie. Les microglies sont des macrophages spécialisés dérivés du sac vitellin qui migrent jusqu'au cerveau dans les premiers jours de gestation où elles restent isolées et deviennent une population autorenouvelable. Les macrophages périphériques proviennent de la moelle osseuse. Dans des contextes spécifiques, les macrophages périphériques peuvent infiltrer le cerveau et co-exister avec la microglie. Le développement de techniques qui permettent de différentier entre la microglie et les macrophages périphériques infiltrant est nécessaire. J'ai développé un protocole pour distinguer entre les microglies et les macrophages infiltrants en fonction de leur expression du marqueur de microglie et macrophages IBA1 et du marqueur de microglies TMEM119. Ce protocole comprend des outils d'analyses pour étudier la densité, la distribution et la morphologie des microglies en utilisant des logiciels d'utilisation libre. Mon protocole inclut également des outils pour interpréter les résultats des analyses présentées et des solutions aux problèmes plus communs. Ce protocole permet d'étudier les contributions de ces deux types cellulaires dans différents contextes sains et pathologiques. L'exposition au stress psychologique augmente le risque d'incidence de plusieurs maladies, incluant les maladies psychiatriques. La résilience et susceptibilité au stress chronique peuvent être modulées par plusieurs facteurs environnementaux, dont des habitudes de vie considérées modifiables. La microglie répond au stress chronique et aux changements de diète. Ainsi, pour la deuxième partie de ma thèse, j'ai étudié les effets de la diète cétogène (KD) et de la résilience au stress chronique sur la microglie. En collaboration avec mes collègues, je présente de nouvelles découvertes sur la biologie du stress, la diète cétogène et ses effets sur la microglie. J'ai examiné des souris mâles adultes supplémentées avec soit une diète contrôle (CD) ou une KD qui ont également été sujettes soit à un protocole de stress psychologique, un protocole de défaite sociale répétitif (RSD), ou demeurées non exposées au stress (contrôles; CTRL). Lors d'un test d'interaction sociale, les souris stressées ont été classifiées comme étant susceptibles (SUS) ou résistantes (RES) au stress psychologique. Ce protocole permet d'étudier les changements spécifiques des souris résistantes ou susceptibles au stress et permet la comparaison avec les souris contrôles. Parmi les souris supplémentées avec une KD, nous avons détecté une tendance plus élevée à être classifiées comme étant des souris RES après le RSD. J'ai analysé la morphologie et l'ultrastructure des microglies dans l'hippocampe ventral, particulièrement le CA1, une région du cerveau connue pour montrer des altérations structurelles suivant la réponse au stress psychologique. Mon étude a identifié de nombreux changements microgliaux liés à la KD et aux phénotypes comportementaux SUS et RES. L'analyse ultrastructurelle en microscopie électronique a montré une réduction des marqueurs de stress cellulaires chez les microglies des souris sur une KD. De plus, mon analyse de microscopie électronique a montré une réduction des contacts entre les microglies et les éléments synaptiques dans les souris SUS en comparaison des souris RES et CTRLs. Finalement, mon analyse de lipidomique dans l'hippocampe a identifié un profil lipidique distinct chez les souris SUS en comparaison des souris CTRLs. Ces différences, combinées avec les réponses microgliales envers la diète et le stress, suggèrent que des changements métaboliques peuvent mener à des phénotypes associés à la susceptibilité au stress. Nos résultats révèlent de nouveaux mécanismes par lesquels la KD pourrait améliorer la résistance au stress psychologique. Somme toute, mon travail comprend le développement de protocoles pour étudier la microglie en utilisant des techniques de microscopie avancées et une caractérisation détaillée de la morphologie et de l'ultrastructure microgliales. Ces méthodes ont été utilisées dans un projet qui étudie les effets synergiques de la diète et du stress sur le comportement et la microglie. Mes résultats suggèrent que la diète cétogène améliore la résistance au stress psychologique. Mes résultats offrent l'opportunité pour des études de suivi dans plusieurs domaines de recherche comme la psychiatrie, la nutrition et la neuroimmunologie. / Microglia are the resident immune cells of the brain. Microglia are mainly known for their roles in clearing toxic debris, removing dysfunctional or degenerating cells and pathogens and for mediating inflammation. However, microglia have other functions including modulating other glial cells (oligodendrocytes, astrocytes), neuronal and synaptic dynamics as well as vascular remodeling. Microglial functions are important for proper brain function, behavior and cognition across the lifespan. Microglia are sensitive to changes in their local environment and present a vast array of responses to an equally diverse set of environmental factors. Chronic psychological stress exposure is an environmental factor known to affect brain structure and function, which results in effects on behavior and cognition. Microglia are able to respond to chronic stress, and their adaptive response to chronic stress can sometimes become maladaptive. Environmental factors interact with each other and alter the physiological response of the brain to them. Diet, a modifiable environmental factor, is also relevant for brain function. Some diets have been known to increase the risk of disease but also confer protection and increase resilience to certain risk factors. The ketogenic diet has been used as a clinical dietary intervention with positive effects on mood improvement and anti-inflammatory properties. Nevertheless, the interactions of stress and diet in the brain, including effects on microglia, remain understudied. Therefore, it is important to study the outcomes of a ketogenic diet on stress resilience and microglial properties. Microglia are distributed across the brain and their function and characteristics vary across the different functional brain domains. This variation is further increased by responses to environmental factors or changes in their immediate environment. Imaging techniques that allow for the identification of microglia, and the analysis of their morphology, density and distribution, remain an important tool to study microglia across different contexts. Microglia are specialized macrophages that originate from the yolk-sac, migrate to the brain during development and become a self-sufficient cell population of the brain. Peripheral macrophages are bone marrow derived. In few contexts, bone marrow-derived macrophages can infiltrate the brain and co-exist alongside microglia. There is a need to develop tools to study the different roles of microglia and bone marrow-derived macrophages. I present a protocol I developed to differentiate between microglia and infiltrating bone marrow-derived macrophages using a double immunostaining for the microglia/macrophage marker ionized calcium-binding adapter molecule 1 (IBA1) and microglial marker transmembrane protein 119 (TMEM119). This protocol also comprises a battery of analyses to assess microglial density, distribution and morphology using open source analyzing tools. It lastly provides tools for result interpretation and troubleshooting of this protocol. My protocol enables the study of microglial features that are relevant in neuroscience research. Psychological stress is major risk for several diseases including psychiatric conditions. Resilience and susceptibility to stress can be modulated by modifiable life-style habits, like diet. Microglia are known to respond to psychological stress and changes in diet. Therefore, in the second part of the thesis, I aimed to study the outcomes of ketogenic diet on stress resilience and microglial properties. In collaboration with my teammates, I present novel findings on the biology of stress resistance, diet and their effects on microglia. I worked with adult male mice following a ketogenic diet (KD) or a control diet (CD) paired with a paradigm of repeated social defeat to study the mechanisms underlying the interindividual differences in the outcomes of psychological stress through the comparison of resistant versus susceptible phenotypes. I observed behavioral changes with a KD. A higher proportion of the KD mice were classified as resistant compared to CD mice following the stress paradigm. Confocal microscopy image analysis of microglia in stress-responsive hippocampus showed morphological adaptations to the diet and stress. Microglia of the non-stressed KD group presented morphological adaptations previously linked to homeostatic microglial states. I further observed distinct morphological changes in microglia of susceptible and resilient animals suggesting specific adaptations to stress. Ultrastructural analysis of hippocampal microglia using scanning electron microscopy also revealed effects of the stress and diet. Microglia of susceptible mice made less contacts with synaptic elements. I observed a reduction of tertiary lysosomes, resulting from phagolysosomal activity, in non-stressed KD mice. I also measured reduced microglial cellular stress markers at the ultrastructural level with the KD treatment. Finally, lipidomic analysis revealed that lipids are differentially regulated by a KD in the hippocampi of susceptible animals. These findings show that diet can boost stress resistance through stress-related lipid changes in the brain and that microglia respond to stress and diet, potentially underlying the beneficial effects of KD. Altogether, my work includes the development of protocols for the study of microglia using advanced imaging techniques and in-depth characterization of microglia morphology and ultrastructure. These methods are employed in a project that studied the interplay of diet and stress and their outcomes on behavior and microglia. My findings showed that KD increases resistance to psychological stress. My results provide the opportunity for followup research in various fields such as psychiatry, nutrition and neuroimmunology.

Des effets bénéfiques des estrogènes sont rapportés dans diverses maladies mentales et neurodégénératives. Pour comprendre les mécanismes d'action des estrogènes au cerveau, nous avons étudié la modulation du 17β-estradiol au cerveau de singes ovariectomisés sur les systèmes dopaminergiques, sérotoninergiques et les voies de signalisation Akt/GSK3. Dans l'étude de la modulation des récepteurs sérotoninergiques 5-HT₁A et 5-HT₂A par le 17β-estradiol chez le singes MPTP ovariectomisés à long-terme, les résultats indiquent que le 17B-estradiol diminue la densité des autorecepteurs 5-HT₁A et augmente la densité des récepteurs 5-HT₂A, cette augmentation des récepteurs sérotoninergiques par le 17β-estradiol suggère l'utilisation de cette hormone pour augmenter l'activité sérotoninergique en complément à un traitement antidépresseur chez les femmes ménopausées avec des troubles de l'humeur. Dans le l'étude sur la modulation de 17B-estradiol du transporteur de la sérotonine SERT, nos résultats indiquent que la densité du SERT est réduite chez les singes MPTP ovariectomisés à long-terme modelant la maladie de Parkinson et qu'une traitement chronique avec le 17β-estradiol augmente la liaison spécifique du SERT plus chez les singes ovariectomisés à court-terme qu'à long-terme. Et finalement dans l'étude de la modulation par le 17β-estradiol des voies de signalisation Akt/GSK3, les résultats montrent qu'un traitement chronique avec le 17β-estradiol augmente le transporteur DAT et active la voie de signalisation Akt/GSK3 chez les singes ovariectomisés à court-terme. Ces résultats pourraient êtres considérés pour élaborer de nouvelles approches thérapeutiques ou des combinaisons de médicaments pour les maladies du cerveau.

Notre hypothèse est que la progestérone est un stimulant respiratoire chez le rat en développement. Nous avons établi, la courbe dose/réponse de la progestérone à différentes doses pour des rats de 4 et de 12 jours. Puis, nous avons étudié son effet à 4 mg/kg sur la réponse ventilatoire à l'hypoxie pour des rats de 1, 4, 7 et 12 jours. Dans chaque âge, 2 groupes de rats selon l'injection unique en intra-péritonéale de progestérone ou de solution saline ont subi des mesures par pléthysmographie de ventilation et de métabolisme en normoxie et en hypoxie. En normoxie, la progestérone à 4 mg/kg n'a pas d'effet sur la ventilation et le métabolisme, réduit la fréquence des apnées chez les 1 jour et l'augmente chez les 12 jours. En hypoxie, elle augmente la réponse ventilatoire d'une manière âge dépendante sans changer le métabolisme.

La biologie des sites de contact entre organelles est une nouvelle branche de la biologie cellulaire qui étudie comment les organelles coopèrent ensemble pour coordonner des activités cellulaires complexes. Le premier contact de ce type à être décrit de manière fonctionnelle est celui qui est formé par le réticulum endoplasmique lisse (RE) et la mitochondrie, la MAM (Mitochondria-Associated ER Membrane). La MAM coordonne en effet les échanges de phospholipides et de calcium entre ces deux organelles. Cependant, on ignore si les mitochondries peuvent également former des contacts fonctionnels avec d'autres types de RE. Pour combler ce manque de connaissances, j'ai contribué, dans ma thèse, à étudier pour la première fois l'organisation morphologique et la fonction du contact entre l'ER brut et les mitochondries. Grâce à l'utilisation de la microscopie électronique (EM) et de la tomographie 3D, j'ai contribué à découvrir l'existence d'un nouveau type d'ER brut, que nous avons appelé wrappER, qui enveloppe étroitement les mitochondries dans les hépatocytes hépatiques de la souris. Sa caractérisation biochimique a révélé la présence de protéines et de transcrits impliqués dans la biogenèse des lipoprotéines de très basse densité (VLDL). De plus, mes études ont permis d'établir que la protéine Rrbp1 sert à lier les deux organelles et de découvrir que sa dérégulation dans le foie de la souris est caractérisée par une augmentation de la distance entre la mitochondrie et le wrappER ainsi qu'une diminution du taux de sécrétion des VLDL. Sur la base de ces résultats, nous avons proposé que les contacts wrappER-mitochondrie participent à l'homéostasie des lipides en régulant le taux de sécrétion des VLDL. / The biology of inter-organelle contact sites is a new branch of cell biology that studies how organelles cooperate together to coordinate complex cellular activities. The first contact of this type to be functionally described was that that is formed by the smooth endoplasmic reticulum (ER) and the mitochondrion, the MAM (Mitochondria-Associated ER Membrane). The MAM indeed coordinates phospholipid and calcium exchanges between these two organelles. However, whether mitochondria can also form functionally competent contacts with other types of ER remains unknown. To fill this gap of knowledge, in my thesis I contributed to investigate for the first time the morphological organization and the function of the contact between the rough-ER and the mitochondria. Through the use of electron microscopy (EM) and 3D tomography, I have contributed to discover the existence a new type of rough-ER, which we called wrappER, that closely wraps the mitochondria in the liver hepatocytes of the mouse. Its biochemical characterization revealed the presence of proteins and transcripts involved in the biogenesis of the very low-density lipoproteins (VLDL). Furthermore, my studies have helped establish that the Rrbp1 protein serves to tether between the two organelles and discovered that its down-regulation in the mouse liver is characterized by an increase in the distance between mitochondrion and wrappER as well as to a decrease in the secretion rate of VLDL. Based on these results, we have proposed that wrappER-mitochondrion contacts participate in lipid homeostasis by regulating the rate of VLDL secretion.

Le trouble de l'hyperphagie boulimique (THB) est un trouble de l'alimentation défini de manière autonome dans la 5e édition du Manuel diagnostique et statistique des troubles mentaux (DSM-5) en mai 2013. Le THB est caractérisé par des épisodes d'ingestion d'une quantité anormalement élevée de nourriture dans une courte période de temps sans comportements compensatoires tels que des vomissements auto-induits. La prévalence du THB a augmenté très rapidement en raison de la grande disponibilité d'aliments riches en calories et du stress croissant dans la vie moderne. Malheureusement, l'étiologie du THB est encore mal comprise et les traitements cliniques actuels du THB sont principalement limités à la thérapie cognitive comportementale, dont le pronostic est également assez limité. Afin d'étudier le THB, notre laboratoire a précédemment développé un modèle de THB chez le rat en utilisant une combinaison de stress causé par des chocs électriques aux pattes et d'un accès intermittent d'une heure à une solution de sucrose à 10%. Dans notre modèle de rat THB, les rats sujets à la frénésie alimentaire (BEP; de l'anglais binge-eating prone) ont consommé plus de sucrose que les rats résistants à la frénésie alimentaire (BER, de l'anglais binge-eating resistant) à la fois dans des conditions normales et ces rats ont augmenté davantage leur consommation après avoir vécu le stress. Nous avons également observé une alimentation compulsive dans les rats BEP avec notre test modifié de boîte claire / sombre. Une alimentation compulsive est la caractéristique la plus obstinée du THB. Mon projet de thèse se concentre sur l'observation de l'alimentation compulsive dans le modèle de THB chez le rat avec un test concurrentiel, dans lequel les comportements d'alimentation et d'immobilité ont été surveillés en présence d'un stimulus auditif conditionné de manière aversive. Les rats BEP ont montré une consommation persistante élevée de sucrose et ont montré une réponse inhibée à la peur induite en situation stressante en comparaison aux rats BER, indiquant respectivement un déficit de dévaluation de l'appétence et une réponse anxiolytique plus forte au sucrose. Après l'observation de l'alimentation compulsive dans nos rats BEP, nous avons analysé les activités cérébrales de ces rats avec l'hybridation in situ de l'ARNm c-fos. Nous avons trouvé que, dans les rats BEP, le sucrose réduisait l'activité c-fos du noyau paraventriculaire de l'hypothalamus, tout en augmentant l'activité dans la zone hypothalamique latérale face au stimulus conditionné aversif. La résistance à la dévaluation de l'appétence de la nourriture pourrait être le résultat d'un recrutement atténué de la réponse iii du cortex préfrontal médian et d'une réponse persistante du noyau accumbens à la consommation de sucrose. Ces résultats suggèrent que le système de récompense a pris le dessus sur les systèmes homéostatiques et répondant au stress. Étonnamment, l'apport de sucrose sous la peur conditionnée n'a pas inhibé l'activité de l'amygdale centrale, mais l'a plutôt activée à la place. Cette étude a exploré le mécanisme de l'alimentation compulsive dans un modèle de THB et a fourni certaines cibles cérébrales, telles que le noyau accumbens, pour de futures recherches thérapeutiques / The binge eating disorder (BED) is an eating disorder that was defined in the 5th edition of Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders (DSM-5) in May 2013. The BED is characterized by episodes of ingestion of abnormally large amounts of food in a short period of time without compensative behaviors such as self-induced vomiting. The prevalence of the BED is on the rise due to the availability of high-calorie food and the stressors of modern life. Unfortunately, the etiology of the BED is still poorly understood, and current clinical treatments of the BED are mostly limited to cognitive behavioral therapy, of which the prognosis is also quite limited. In order to study the BED, our lab previously developed a rat model of the BED with combination of foot-shock stress and intermittent 1 h access to a 10% sucrose solution. In our BED rat model, the binge-like eating prone rats (BEPs) consumed more sucrose than the binge-like eating resistant rats (BERs) in normal conditions and consumed more sucrose in response to stress. We also observed compulsive eating in the BEPs with our modified light/dark box test. Compulsive eating is the most obstinate feature of the BED. My PhD project focuses on the observation of compulsive eating in the BED rat model with a conflicting test, in which the feeding and freezing behaviors were monitored in the presence of an aversively conditioned auditory stimulus. The BEPs showed persistently high sucrose intake and inhibited fear response under stress when comparted with BERs, respectively indicating a deficiency in palatability devaluation and stronger anxiolytic response to sucrose. After the observation of compulsive eating in the BEPs, we further analyzed the brain activities of the BEPs and BERs by analyzing the expression of c-fos mRNA using in situ hybridization. In the BEPs, we found that sucrose reduced c-fos expression in the paraventricular nucleus of the hypothalamus (PVN) in response to an aversively conditioned stimulus (CS), but enhanced activities in the lateral hypothalamic area (LHA) in response to the CS. The resistance to devaluating the palatable food could be a result of attenuated recruitment of the medial prefrontal cortex (mPFC) and persistent nucleus accumbens (Acb) response to the sucrose intake. These findings suggest that the rewarding system overrode the homeostatic and the stress-responding systems. Surprisingly, the sucrose intake under fear conditions did not inhibit the activity of the central amygdala, but further activated it instead. Current study explored the mechanism of compulsive eating in the BED, and suggests that the mPFC and Acb should be examined for further therapeutic.

Lorsqu’une femme est à risque d’accoucher prématurément, des glucocorticoïdes lui seront administrés afin d’accélérer la maturation pulmonaire du bébé. Après la naissance, différents protocoles peuvent être mis en place pour aider l’enfant à respirer dont l’administration du surfactant et la ventilation. Les glucocorticoïdes ont un effet positif sur la maturation pulmonaire. Par contre, ils nuisent au processus de la septation après la naissance. Les glucocorticoïdes retrouvés dans le poumon en développement peuvent provenir de deux sources, soit de la voie classique de la synthèse des glucocorticoïdes par les surrénales, soit des gènes exprimés dans le poumon. Les sites d’expression des gènes codant pour les enzymes de la synthèse des glucocorticoïdes dans le poumon sont inconnus ainsi que le gène de la 20α-hydroxystéroïde déshydrogénase (20α-HSD). Cette dernière inactive le substrat et le produit de la 21-hydroxylase. Des poumons de fœtus de souris au jour de gestation 15,5, 17,5 et 19,5 ainsi que de souriceaux âgés de 0, 5 et 15 jours ont été utilisés pour des hybridations in situ. Cette étude a montré qu’avant la naissance, l’ARNm de la 21-hydroxylase est situé au niveau des cellules épithéliales distales alors que l’ARNm de la 20α-HSD se retrouve plutôt au niveau des capillaires. Les gènes de la 21-hydroxylase et de la 20α-HSD sont exprimés dans les cellules épithéliales proximales ainsi que dans les cellules endothéliales de veines dans la période entourant la naissance. À la fin du stade sacculaire et pendant le stade alvéolaire, le gène de la 21-hydroxylase est exprimé seulement dans les septa et les parois minces tout comme le gène de la 20α-HSD sauf dans le stade alvéolaire où il n’y avait pas de signal significatif. Ainsi, ces résultats suggèrent que la 20α-HSD pourrait participer au contrôle du niveau d’activité de la 21-hydroxylase en modulant la disponibilité de son substrat. / For many years, to reduce the risk of respiratory distress in newborns, antenatal glucocorticoids are administered to the mother about to deliver prematurely to accelerate fetal lung maturation. At birth, surfactant therapy can be used with several assisted ventilation strategies according to the morbidity of the neonate. Postnatal administration of glucocorticoids to the neonate is not recommended as they interfere with organ systems including the lung development process named septation. Previous studies performed in the Dr Tremblay’s laboratory have shown in the whole lung of the mouse: 1) the capability of the fetal lung to express several steroidogenic enzyme genes involved in glucocorticoid synthesis and; 2) the presence of a steroid-metabolizing activity compatible with the regulation of the substrate levels. The major enzymes involved in these processes are the 21-hydroxylase and the 20α-hydroxysteroid dehydrogenase, which are respectively encoded by Cyp21a1 and Akr1c18. The objective of my study was to find the sites of expression for these two genes. To do so, mouse fetal lungs isolated on gestation days 15.5, 17.5, and 19.5, and on postnatal days 0, 5, and 15 days were used for in situ hybridization with 21-hydroxylase and 20α-HSD mRNAs. My results indicate that before birth, 21-hydroxylase mRNA is found in epithelial distal cells whereas the 20α-HSD gene is primarily expressed in capillaries. Around birth, 21-hydroxylase mRNA are associated with the proximal epithelium and endothelial cells of several veins. From the late saccular stage up to the half of the alveolar period, 21-hydroxylase mRNA is only associated with thin walls and septae. The situation was the same for 20α-HSD mRNA except for the alveolar stage during which no signal was detected. These results indicate that the expression profile of these two genes is compatible with the modulation of 21-hydroxylase substrates by the 20α-HSD.

La dérivation biliopancréatique avec gastrectomie verticale et commutation duodénale (BPD/DS) est la chirurgie plus efficace pour traiter l'obésité. Les mécanismes par lesquels la BPD/DS affecte la balance énergétique ne sont pas bien précisés. En plus, BPD/DS comprend deux composantes, la gastrectomie verticale (SG) et commutation duodénale (DS), puis le rôle respectif de chaque composant n’est pas connu. Cette présente étude visait à étudier 1) les mécanismes par lesquels la BPD/DS régule la balance énergétique et 2) les contributions de la SG et la DS aux avantages métaboliques de la BPD/DS. Les chirurgies BPD/DS, SG et DS ont été réalisées chez des rats mâles nourris soit avec une moulée de laboratoire standard, soit un régime riche en graisse (high-fat, HF). Nous avons mesuré le poids corporel (body weight, BW), la prise alimentaire, la composition corporelle, l'énergie fécale, la sécrétion des hormones intestinales principales, et la dépense énergétique (energy expenditure, EE). Par rapport à Sham, les rats BPD/DS et DS présentaient beaucoup moins de BW et de graisse corporelle et une consommation d'énergie digestible réduite due à la malabsorption engendrée par la DS. Au contraire, la SG seulement n’a induit qu’une perte de BW transitoire. Les rats BPD/DS et DS ont montré des niveaux beaucoup plus élevés de glucagon-like peptide (GLP-1) et de peptide tyrosine-tyrosine (PYY), à la fois à jeun et ad libitum. Dans l'étude avec régime de HF, un groupe d'opération fictive (Sham) apparié pour le poids aux animaux BPD/DS (Sham-HF pair-weighed, PW) a été ajouté pour contrôler les effets de la BPD/DS sur le poids. Nous avons observé une diminution de l’EE chez les rats BPD/DS, DS et Sham-HF PW inférieure à celle des Sham HF. Cependant, les rats BPD/DS ont montré une EE supérieure à celle des rats Sham HF PW à jeun. Étonnamment, la BPD/DS et la DS ont réduit le volume et le métabolisme oxydatif du tissu adipeux brun de même que l'expression de gènes thermogéniques dans ce tissu. L’élévation postprandiale du GLP-1 et PYY a été observée suite à la BPD/DS et la DS. Ces deux chirurgies ont conduit à une réduction de l’EE postprandiale qui est associée avec diminution du BW. Nos données suggèrent que les avantages métaboliques de la BPD/DS sont principalement dues à une malabsorption et en partie liées à l’augmentation de l’EE. La DS est le principal facteur menant à la malabsorption et l'augmentation des niveaux d'incrétines anorexigènes GLP-1 et PYY. / Biliopancreatic diversion with vertical sleeve gastrectomy and duodenal switch (BPD/DS) is the most efficient surgery to treat obesity. The mechanisms whereby BPD/DS affects energy balance are not well clarified. Additionally, BPD/DS includes two components, vertical sleeve gastrectomy (SG) and duodenal switch (DS) and the respective role of each component is not known. This present study aimed to investigate the mechanisms whereby BPD/DS regulates energy balance and the contributions of SG and DS to the metabolic benefits of BPD/DS. BPD/DS, SG and DS were performed in two batches of rats: chow- and high-fat (HF) diet- fed male rats. We examined body weight (BW), food intake, body composition, fecal energy, main intestinal-gut hormones secretion, and energy expenditure (EE). Compared to Sham, BPD/DS and DS rats exhibited much less BW, percentage of body fat and digestible energy intake due to high malabsorption. In contrast, SG only induced an initial and transient BW loss. BPD/DS and DS rats showed much higher levels of glucagon-like peptide (GLP-1) and peptide tyrosine-tyrosine (PYY), both in fasting and ad libitum refed status. In the HF diet study, a pair-weighed, sham-operated (Sham-HF PW) group was added to match the BW of BPD/DS animals. We observed decreased EE in rats presenting similar BW (BPD/DS, DS and Sham-HF PW) than Sham HF rats. However, BPD/DS rats still showed higher EE than Sham HF PW rats in fasting state. Surprisingly, BPD/DS and DS reduced the volume, oxidative metabolism and expression of thermogenic genes in interscapular brown adipose tissue compared Sham HF controls. Postprandial elevation of GLP-1 and PYY was found in BPD/DS and DS rats. BPD/DS and DS led to a body-weight-decrease-associated reduction in postprandial EE. Our data suggested that the metabolic benefits of BPD/DS are mainly due to malabsorption and partially related to increased EE. DS is the main factor leading to malasbsorption and the increase in the levels of anorectic incretins GLP-1 and PYY.

Parce qu'il est naturel et facile de marcher, il peut sembler que cet acte soit produit aussi facilement qu'il est accompli. Au contraire, la locomotion nécessite une interaction neurale complexe entre les neurones supraspinaux, spinaux et périphériques pour obtenir une locomotion fluide et adaptée à l'environnement. La région locomotrice mésencéphalique (MLR) est un centre locomoteur supraspinal situé dans le tronc cérébral qui a notamment pour rôle d'initier la locomotion et d'induire une transition entre les allures locomotrices. Cependant, bien que cette région ait initialement été identifiée comme le noyau cunéiforme (CnF), un groupe de neurones glutamatergiques, et le noyau pédonculopontin (PPN), un groupe de neurones glutamatergiques et cholinergiques, son corrélat anatomique est encore un sujet de débat. Et alors qu'il a été prouvé que, que ce soit lors d’une stimulation de la MLR ou pour augmenter la vitesse locomotrice, la plupart des quadrupèdes présentent un large éventail d'allures locomotrices allant de la marche, au trot, jusqu’au galop, la gamme exacte des allures locomotrices chez la souris est encore inconnue. Ici, en utilisant l'analyse cinématique, nous avons d'abord décidé d'identifier d’évaluer les allures locomotrices des souris C57BL / 6. Sur la base de la symétrie de la démarche et du couplage inter-membres, nous avons identifié et caractérisé 8 allures utilisées à travers un continuum de fréquences locomotrices allant de la marche au trot puis galopant avec différents sous-types d'allures allant du plus lent au plus rapide. Certaines allures sont apparues comme attractrices d’autres sont apparues comme transitionnelles. En utilisant une analyse graphique, nous avons également démontré que les transitions entre les allures n'étaient pas aléatoires mais entièrement prévisibles. Nous avons ensuite décidé d'analyser et de caractériser les contributions fonctionnelles des populations neuronales de CnF et PPN au contrôle locomoteur. En utilisant des souris transgéniques exprimant une opsine répondant à la lumière dans les neurones glutamatergiques (Glut) ou cholinergiques (CHAT), nous avons photostimulé (ou photo-inhibé) les neurones glutamatergiques du CnF ou du PPN ou les neurones cholinergiques du PPN. Nous avons découvert que les neurones glutamatergiques du CnF initient et modulent l’allure locomotrice et accélèrent le rythme, tandis que les neurones glutamatergiques et cholinergiques du PPN le ralentissent. En initiant, modulant et en accélérant la locomotion, notre étude identifie et caractérise des populations neuronales distinctes de la MLR. Définir et décrire en profondeur la MLR semble d’autant plus urgent qu’elle est devenue récemment une cible pour traiter les symptômes survenant après une lésion de la moelle épinière ou liés à la maladie de Parkinson. / Because it is natural and easy to walk, it could seem that this act is produced as easily as it is accomplished. On the contrary, locomotion requires an intricate and complex neural interaction between the supraspinal, spinal and peripheric neurons to obtain a locomotion that is smooth and adapted to the environment. The Mesencephalic Locomotor Region (MLR) is a supraspinal brainstem locomotor center that has the particular role of initiating locomotion and inducing a transition between locomotor gaits. However, although this region was initially identified as the cuneiform nucleus (CnF), a cluster of glutamatergic neurons, and the pedunculopontine nucleus (PPN), a cluster of glutamatergic and cholinergic neurons, its anatomical correlate is still a matter of debate. And while it is proven that, either under MLR stimulation or in order to increase locomotor speed, most quadrupeds exhibit a wide range of locomotor gaits from walk, to trot, to gallop, the exact range of locomotor gaits in the mouse is still unknown. Here, using kinematic analysis we first decided to identify to assess locomotor gaits C57BL/6 mice. Based on the symmetry of the gait and the inter-limb coupling, we identified and characterized 8 gaits during locomotion displayed through a continuum of locomotor frequencies, ranging from walk to trot and then to gallop with various sub-types of gaits at the slowest and highest speeds that appeared as attractors or transitional gaits. Using graph analysis, we also demonstrated that transitions between gaits were not random but entirely predictable. Then we decided to analyze and characterize the functional contributions of the CnF and PPN’s neuronal populations to locomotor control. Using transgenic mice expressing opsin in either glutamatergic (Glut) or cholinergic (CHAT) neurons, we photostimulated (or photoinhibited) glutamatergic neurons of the CnF or PPN or cholinergic neurons of the PPN. We discovered that glutamatergic CnF neurons initiate and modulate the locomotor pattern, and accelerate the rhythm, while glutamatergic and cholinergic PPN neurons decelerate it. By initiating, modulating, and accelerating locomotion, our study identifies and characterizes distinct neuronal populations of the MLR. Describing and defining thoroughly the MLR seems all the more urgent since it has recently become a target for spinal cord injury and Parkinson’s disease treatment.

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