Le maintien de l’homéostasie énergétique est placé sous le contrôle de cytokines qui agissent dans le système nerveux central, notamment au niveau de l’hypothalamus. En particulier, la leptine, cytokine produite par le tissu adipeux, diminue la prise alimentaire et stimule la perte de poids. L’obésité est une épidémie mondiale qui progresse de façon alarmante, notamment chez les enfants et souvent associée à des pathologies sévères et des désordres endocriniens comme la résistance à la leptine ou à l’insuline. Le CNTF (Ciliary Neurotrophic Factor) est une neurocytokine de la même famille que la leptine dont l’un des principaux avantages est qu’il stimule la perte de poids dans les cas de leptino-résistance en activant les mêmes voies de signalisation que la leptine (Benomar et al., 2009). Face à l’épidémie mondiale d’obésité,chez la population adulte comme enfantine, il apparaît nécessaire de décrypter les mécanismes impliqués dans la genèse de la maladie ainsi que les potentiels agents thérapeutiques.L’objectif premier de ce travail de thèse a été de caractériser l’impact d’une alimentation maternelle hyperlipidique (HF) sur les capacités de contrôle de l’homéostasie énergétique chez la descendance. En effet, le concept de « programmation métabolique » propose que des pertubations de l’environnement périnatal puissent influencer durablement la descendance, la rendant plus susceptible de développer une obésité dans un contexte nutrionnellement riche.Des études menées au sein du laboratoire ont montré qu’un régime maternel HF pouvait programmer l’acquisition de la leptino-résistance chez la descendance à l’âge adulte (Ferezou-Viala et al., 2007b). Nous avons donc testé la prédispostion de ces animaux à prendre du poids lorsqu’ils étaient nourris avec un régime hypercalorique (P). Nos données ont montréqu’étonnamment, le régime maternel HF protégeait la descendance contre le gain de poids induite par le régime P, induisait des modifications d’expression des marqueurs de l’homéostasie énergétique dans le foie et l’hypothalamus, ainsi que de profondes réorganisations cytoarchitectoniques dans le noyau arqué. Plus précisément, le régime maternel HF était associé à une réorganisation de la couverture astrocytaire périvasculaire dans le noyau arqué de la descendance qui persistait à l’âge adulte.Dans une seconde partie de la thèse, nous avons étudié les mécanismes d’action du CNTF. En effet, notre équipe a récemment mis en évidence que le CNTF endogène pourrait jouer un rôle dans la régulation de l’homéostasie énergétique. Les niveaux hypothalamiques de cette cytokine, présente dans les astrocytes et les neurones du noyau arqué, augmentent chez les animaux résistant à une alimentation hypercalorique. Cela pourrait suggérer un rôle protecteur du CNTF contre la prise de poids chez certains individus (Vacher et al., 2008). A ce jour, les mécanismes d’action du CNTF restent cependant mal compris car ce dernier ne possède pas de peptide signal et n’est donc pas sécrété selon des mécanismes d’exocytose classiques. Partant du constat que le CNTF et ses sous-unités réceptrices étaient distribuées de façon similaire dans les cellules du noyau arqué, nous avons émis l’hypothèse que le CNTF pourrait exercer une action intracellulaire sur les cellules de cette structure. Dans cette étude nous démontrons que le CNTF peut interagir directement avec ses récepteurs dans le noyau des neurones anorexigènes du noyau arqué, pour réguler leur activité transcriptionnelle. Ces données proposent ainsi un nouveau mécanisme à l’action anorexigène du CNTF / Obesity is a major health disease which involves numerous metabolic disorders. Increasing evidence suggests that the risk of developing the pathology in adulthood may be influenced through inappropriate perinatal nutrition. In our study, we first investigated the impact of a maternal high-fat (HF) diet, which is known to induce hypothalamic leptin resistance in adult offspring (Férézou-Viala et al., 2007), to develop obesity in a rich diet environment (P diet). Our results showed that surprisingly, HF maternal diet protected offspring against body weight gain induced by P diet. In a second part of the thesis, we studied mechanisms of action of CNTF, a neurocytokine which could protect some people against body weight gain induced by a P diet (Vacher et al., 2008). Results of this study showed that CNTF ant its subunits receptors could translocate to the hypothalamic cell nucleus to induced POMC transcription.

L’insuline et la sérotonine (5-HT) sont deux acteurs majeurs du maintien de l’homéostasie énergétique, fonction placée sous le contrôle de l’hypothalamus. En ciblant cette région, l’insuline remplit de nombreuses fonctions métaboliques via l’activation de la voie PI3K/Akt. La 5-HT exercent des effets biologiques similaires mais les voies de signalisation impliquées dans ces processus étaient jusqu’alors mal connues. De plus, il avait été démontré que la 5-HT est capable d’activer la voie PI3K/Akt/GSK3β dans l’hippocampe, mécanisme sous-tendant potentiellement les effets antidépresseurs du neurotransmetteur. Les principaux objectifs de cette thèse étaient d’étudier 1/ l’activation de la voie PI3K/Akt par la 5-HT dans l’hypothalamus de rats diabétiques (modèle Goto-Kakizaki) et chercher un potentiel dialogue avec l’insuline and 2/ les mécanismes sous-tendant l’induction de la dépression par une alimentation hyperlipidique, par l’analyse de la phosphorylation d’Akt et GSK3β sous l’action de l’insuline, de la leptine et de la 5-HT dans l’hippocampe de rat.Ici on montre que 1/ la 5-HT stimule la voie PI3K/Akt dans l’hypothalamus et que la phosphorylation d’Akt induite par la 5-HT est atténuée dans des conditions d’insulino-résistance, suggérant l’existence d’un dialogue entre les voies de signalisation de l’insuline et de la 5-HT. Par ailleurs, nos résultats indiquent qu’une alimentation hyperlipidique induit un comportement dépressif réversible chez le rat, qui pourrait impliquer la voie PI3K/Akt/GSK3β dans les neurones subgranulaires du gyrus denté. La mise en évidence d’un dialogue entre les voies de signalisation de la 5-HT, de la leptine et de l’insuline au niveau central enrichit nos connaissances sur le rôle de ces facteurs dans la régulation de l’homéostasie énergétique et de l’humeur, et propose un lien moléculaire entre diabète de type 2, obésité et dépression / Insulin and serotonin (5-HT) are two key players in the maintenance of energy homeostasis which is controlled by the hypothalamus. In this brain region, insulin mediates numerous metabolic effects via the activation of the PI3K/Akt signaling pathway. 5-HT exerts similar biological properties by acting in the hypothalamus but the signaling pathways accountable for these effects are still unclear. Moreover, it has been reported that 5-HT induces the activation of the PI3K/Akt pathway in the hippocampus and the inhibition of GSK3β, suggesting this action as a potential mechanism for the antidepressant effects of this neurotransmitter.The main objectives of this thesis were to study 1/ the serotonin-induced activation of the PI3K/Akt in the hypothalamus of wild type and diabetic rats (Goto-Kakizaki model) and search a potential cross-talk with insulin and, 2/ the mechanisms underlying the high-fat diet induced depression by investigating the role of the phosphorylation of Akt and GSK3β by 5-HT, insulin and leptin in the hippocampus of rats.Here, we show that 5-HT triggers the PI3K/Akt signaling pathway in the rat hypothalamus, and that this activation is attenuated in insulin-resistant conditions, suggesting a cross-talk between insulin and 5-HT. Moreover, we reported that high-fat diet feeding induces a reversible depressive-like behavior, which may involve the PI3K/Akt/GSK3β pathway in subgranular neurons of the dentate gyrus. In conclusion, the activation of the PI3K/Akt pathway and its target GSK3β by 5-HT in the hypothalamus and in the dentate gyrus, respectively, can be impaired in insulin-/leptin-resistant states, which may underlie a link between metabolic diseases and depression.

La consommation d’alcool a des effets sur le tissu osseux. L’alcoolisme est une des causes d’ostéoporose secondaire chez l’homme. Dans ce travail nous avons mené différentes expérimentations chez le rat afin d’étudier les effets d’une consommation chronique d’alcool combinée ou non à un entraînement aérobie sur le tissu osseux. Nous avons montré qu’une faible dose d’alcool administrée pendant une période courte peut avoir un effet positif sur la densité minérale osseuse et l’épaisseur trabéculaire. En revanche, la combinaison activité physique et consommation modérée d’alcool n’a pas d’effet additif sur la potentialisation du tissu osseux. Nous avons également démontré un effet dose de l’alcool indiquant des effets délétères majorés sur la densité minérale osseuse (DMO), la microarchitecture corticale et la résistance osseuse avec des apports croissants (25%, 30% et 35% v/v). La modification de DMO s’accompagne d’un changement de composition corporelle et d’une diminution de la leptine systémique. Cependant, le nombre d’adipocytes augmente dans la moelle osseuse. Nous avons mis en évidence dans ce modèle d’ostéoporose secondaire due à l’alcool une augmentation de l’apoptose des ostéocytes, corrélée à la diminution de la DMO et à l’augmentation de l’adiposité médullaire. Nous avons de plus mis en évidence une incorporation de lipides dans les ostéocytes, incorporation fortement corrélée à l’apoptose de ces cellules. Enfin, nos résultats montrent qu’un exercice physique régulier combiné à une consommation chronique et excessive d’alcool permet de prévenir les effets délétères de l’alcool sur les paramètres osseux (porosité corticale, épaisseur corticale) et limite la diminution de la DMO. Cette diminution est associée à une régulation de l’apoptose des ostéocytes. / Heavy chronic alcohol consumption has deleterious effects on bone tissue. It is one of the major causes of secondary osteoporosis in men. In this work, we draw several experimentations to assess the effects of chronic alcohol consumption on bone, combined or not to an aerobic training in the rat. We showed that light to moderate chronic alcohol consumption during a short time lead to an increase of bone mineral density (BMD) and trabecular thickness, whith no additive effects of physical exercise on bone tissue. When the alcohol doses were increased, we showed deleterious effects on BMD, microarchitecture, bone resistance with a dose effect with increasing alcohol doses (25%, 30% and 35% v/v): the more alcohol was concentrated and the more the bone parameters were decreased. The BMD decrease was associated with a change in body composition, and with a decrease in serum leptin. However, the number of lipid droplets in the bone marrow was increased dramatically. We demonstrated that there was a huge increase in osteocyte apoptosis with alcohol (35% v/v) in this alcohol-induced osteoporosis model, which was correlated with BMD and bone marrow adiposity. We have also shown that there was lipid incorporation in bone micro vessels and in osteocytes, which was correlated with osteocyte apoptosis. Lastly, we showed that when regular exercise was associated with heavy chronic alcohol consumption, the bone parameters were normal (trabecular, cortical thickness, femur length) and the BMD was less decreased compared to alcohol-fed and sedentary rats. These effects were associated with a regulation of osteocyte apoptosis.

L’olfaction est importante pour de nombreuses fonctions vitales comme la reproduction, les interactions sociales, la détection des aliments et le comportement alimentaire. Toutefois, l'impact nutritionnel sur le système olfactif n'a pas été précisément décrit. Dans ce contexte, le sujet de cette thèse consistait en l’étude des effets du jeûne sur la représentation spatiotemporelle des odeurs dans le bulbe olfactif principal (BO), une structure assurant la première étape du codage de l'information olfactive dans le cerveau.Dans le BO, les caractéristiques des molécules odorantes sont représentées sous forme d’activitéspatiale et temporelle respectivement dans la couche glomérulaire et celles des cellules mitrales et granulaires. Pour étudier le codage spatial au niveau glomérulaire, nous avons utilisé l’imagerie optique du signal intrinsèque qui permet de cartographier l’activité évoquée sur la surface du BO en réponse à des odeurs. Pour étudier le codage temporel des odeurs, nous avons enregistré les variations spécifiques de l'activité oscillatoire du potentiel de champ local (LFP) dans les couches profondes.Nous avons testé les réponses aux odeurs chez des rats mis à jeun pendant 17 heures par rapport aux rats nourris ad libitum. Nous avons utilisé deux stimuli olfactifs à des concentrations différentes: la première (odeur commerciale d’arôme d'amande) est associée à la nourriture car elle est préalablement incorporée dans une pâte sucrée présentée aux rats quotidiennement ; le second (hexanal), est une molécule odorante pure, nouvelle et neutre pour eux. L'utilisation de ces odeurs dans une gamme de concentrations faibles nous a permis d’étudier les modifications de seuil d’activation du BO. Nous avons analysé les deux types de représentation spatiale et temporelle chez des rats anesthésiés, à jeun versus nourris. Nous avons observé que les cartes spatiales et les changements des profils oscillatoires évoqués dans le BO sont présents pour les deux types de stimuli à de faibles concentrations chez tous les rats à jeun mais pas chez tous les animaux nourris. Par contre, pour les fortes concentrations d'odeurs, nous avons observé plus de réponses chez les animaux nourris. Nous avons conclu que le jeûne affecte profondément le seuil d’activation spatiotemporelle du BO.Nous avons alors cherché à identifier les candidats moléculaires qui pourraient déclencher cetteplasticité olfactive à jeun. Nous avons analysé dans le BO la variation de l'expression des récepteurs à deux hormones satiétogènes, la leptine et l'insuline, mais n'avons pas trouvé de changement significatif entre les deux groupes de rats. En outre, l'injection intrapéritonéale de leptine n'a pas inversé le profil oscillatoire induit chez des rats à jeun. Nous avons conclu que la leptine n'agit pas à elle seule dans la signalisation de l'état nutritionnel qui induit la plasticité bulbaire. Nous avons également cherché des modifications spécifiques des circuits du BO pendant le jeûne et avons obtenu des données préliminaires intéressantes sur la plasticité astrocytaire. Enfin, nous avons mené un nouveau projet sur le rôle des endocannabinoïdes dans la prise alimentaire. Le THC est un agoniste des récepteurs CB1 aux endocannabinoïdes qui induit une hyperphagie. Les CB1 étant présents dans le BO, nous avons testé ses effets sur l'activité oscillatoire chez des souris à jeun. Nous avons trouvé que le THC inhibe la désensibilisation olfactive qui est déclenchée chez les souris contrôle par la présentation d'odeurs répétées. / Olfactory cues are important for many vital functions as reproduction, social interactions, fooddetection and feeding behavior. However, the nutritional impact on the olfactory system has not been precisely described. Here we studied the effects of fasting on the spatiotemporal activities in the main olfactory bulb (OB), a structure supporting the first step of odor coding in the brain.Odorant signals undergo a complex processing that starts in the Main Olfactory Epithelium where the olfactory sensitive neurons (OSN) are located. OSN project into the OB where odorant features (among them identity and concentration) evoke spatiotemporal patterns of activities located respectively at the glomerular and mitral/granule cells levels. The spatial coding at the glomerular level is classically studied by optical imaging of odor-evoked activities on the surface of the MOB in response to different odors at different concentrations. The temporal coding is characterized by specific variations in the oscillatory activity of the Local Field Potential (LFP) in deeper layers.We tested odor responses in the OB in 17 hours-fasted rats compared to ad libitum-fed rats. We used two olfactory stimuli at different concentrations: the first one (almond aroma odor) is associated to food since it is incorporated into a homemade cake that rats love to eat; the second is the pure odorant hexanal which is new and neutral for them. Using these odorants at low concentrations to probe threshold modifications, we analyzed both types of OB coding (spatial and temporal) at the levels where they occur (glomerular layer and mitral/granule cell layers respectively) in anesthetized rats.Using intrinsic optical signals imaging and local field potential recording, we observed that odor maps and changes in oscillatory patterns of activity in the OB are present for both types of stimuli at low concentrations in all fasted rats but not in all fed animals. For higher odor concentrations, further fed animals responded. We conclude that fasting deeply impacts the overall odor threshold detection in the OB.Then, we sought to identify putative molecular candidates that could trigger this olfactory plasticity in fasted conditions. We have checked the variation of receptor expression for leptin and insulin, two anorexigen hormones, in the OB but did not find any significant changes between the two groups. In addition, i.p. injection of leptin did not reverse the oscillatory profile induced in fasted rats. We concluded that leptin does not act solely in signalling the nutritional state that induces the OB plasticity. We are still looking for specific modifications of OB circuits during fasting and we present interesting preliminary data about astrocytic plasticity in this manuscript. Finally, we have also run a new and exciting project dealing with the role of endocannabinoids in food intake: since THC, a potent agonist of endocannabinoids CB1 receptors which are expressed in the OB, selectively increases food intake when injected at low doses, we tested its effects on the OB oscillatory activity in fasted mice. We found that THC inhibits olfactory desensitization that is triggered in control mice by repeated odor presentation.

<p>Oscillations in cytoplasmic Ca²⁺ concentration ([Ca²⁺]_i) is the key signal in glucose-stimulated β-cells governing pulsatile insulin release. The glucose response of mouse β-cells is often manifested as slow oscillations and rapid transients of [Ca²⁺]_i. In the present study, microfluorometric technique was used to evaluate the role of amino acids, glucagon, ryanodine and caffeine on the generation and maintenance of [Ca²⁺]_i oscillations and transients in individual murine β-cells and isolated mouse pancreatic islets. The amino acids glycine, alanine and arginine, at around their physiological concentrations, transformed the glucose-induced slow oscillations of [Ca²⁺]_i in isolated mouse β-cells into sustained elevation. Increased Ca²⁺ entry promoted the reappearance of the slow [Ca²⁺]_i oscillations. The [Ca²⁺]_i oscillations were more resistant to amino acid transformation in intact islets, supporting the idea that cellular interactions are important for maintaining the oscillatory activity. Individual rat β-cells responded to glucose stimulation with slow [Ca²⁺]_i oscillations due to periodic entry of Ca²⁺ as well as with transients evoked by mobilization of intracellular stores. The [Ca²⁺]_i oscillations in rat β-cells had a slightly lower frequency than those in mouse β-cells and were more easily transformed into sustained elevation in the presence of glucagon or caffeine. The transients of [Ca²⁺]_i were more common in rat than in mouse β-cells and often appeared in synchrony also in cells lacking physical contact. Depolarization enhanced the generation of [Ca²⁺]_i transients. In accordance with the idea that β-cells have functionally active ryanodine receptors, it was found that ryanodine sometimes restored oscillatory activity abolished by caffeine. However, the IP3 receptors are the major Ca²⁺ release channels both in β-cells from rats and mice. Single β-cells from ob/ob mice did not differ from those of lean controls with regard to frequency, amplitudes and half-widths of the slow [Ca²⁺]_i oscillations. Nevertheless, there was an excessive firing of [Ca²⁺]_i transients in the β-cells from the ob/ob mice, which was suppressed by leptin at close to physiological concentrations. The enhanced firing of [Ca²⁺]_i transients in ob/ob mouse β-cells may be due to the absence of leptin and mediated by activation of the phospholipase C signaling pathway.</p>

Oscillations in cytoplasmic Ca2+ concentration ([Ca2+]i) is the key signal in glucose-stimulated β-cells governing pulsatile insulin release. The glucose response of mouse β-cells is often manifested as slow oscillations and rapid transients of [Ca2+] i. In the present study, microfluorometric technique was used to evaluate the role of amino acids, glucagon, ryanodine and caffeine on the generation and maintenance of [Ca2+] i oscillations and transients in individual murine β-cells and isolated mouse pancreatic islets. The amino acids glycine, alanine and arginine, at around their physiological concentrations, transformed the glucose-induced slow oscillations of [Ca2+] i in isolated mouse β-cells into sustained elevation. Increased Ca2+ entry promoted the reappearance of the slow [Ca2+] i oscillations. The [Ca2+] i oscillations were more resistant to amino acid transformation in intact islets, supporting the idea that cellular interactions are important for maintaining the oscillatory activity. Individual rat β-cells responded to glucose stimulation with slow [Ca2+] i oscillations due to periodic entry of Ca2+ as well as with transients evoked by mobilization of intracellular stores. The [Ca2+] i oscillations in rat β-cells had a slightly lower frequency than those in mouse β-cells and were more easily transformed into sustained elevation in the presence of glucagon or caffeine. The transients of [Ca2+] i were more common in rat than in mouse β-cells and often appeared in synchrony also in cells lacking physical contact. Depolarization enhanced the generation of [Ca2+] i transients. In accordance with the idea that β-cells have functionally active ryanodine receptors, it was found that ryanodine sometimes restored oscillatory activity abolished by caffeine. However, the IP3 receptors are the major Ca2+ release channels both in β-cells from rats and mice. Single β-cells from ob/ob mice did not differ from those of lean controls with regard to frequency, amplitudes and half-widths of the slow [Ca2+] i oscillations. Nevertheless, there was an excessive firing of [Ca2+] i transients in the β-cells from the ob/ob mice, which was suppressed by leptin at close to physiological concentrations. The enhanced firing of [Ca2+] i transients in ob/ob mouse β-cells may be due to the absence of leptin and mediated by activation of the phospholipase C signaling pathway.

Ο εν τω βάθει ηλεκτρικός εγκεφαλικός ερεθισμός (DBS) αποτελεί μία ευρέως αποδεκτή και πολύ αποτελεσματική θεραπευτική μέθοδο για ασθενείς με φαρμακοανθεκτική ν. Πάρκινσον. Διάφορες μελέτες έδειξαν ότι το DBS στον υποθαλάμιο πυρήνα (STN) οδηγεί σε αύξηση του σωματικού βάρους, ο μηχανισμός της οποίας παραμένει άγνωστος. Τα τελευταία χρόνια διατυπώθηκαν διάφορες θεωρίες για τον πιθανό μηχανισμό αυτής της αύξησης βάρους. Σύμφωνα με μία από τις πιο ενδιαφέρουσες θεωρίες, η αύξηση βάρους οφείλεται σε διαταραχή του μηχανισμού ρύθμισης της λήψης τροφής σε υποθαλαμικό επίπεδο. Είναι γνωστό ότι ο υποθάλαμος κατέχει κεντρικό ρόλο στη ρύθμιση της ομοιόστασης της ενέργειας: δέχεται, επεξεργάζεται και ερμηνεύει ορεξιογόνα και ανορεξιογόνα σήματα όπως η γκρελίνη, το ΝΡΥ και η λεπτίνη. Σκοπός της παρούσας μελέτης ήταν η διερεύνηση της πιθανής συμμετοχής του ηλεκτρικού ερεθισμού του υποθαλάμιου πυρήνα στη ρύθμιση της ομοιόστασης της ενέργειας, μέσω της διαταραχής των ορεξιογόνων και ανορεξιογόνων πεπτιδίων γκρελίνη, ΝΡΥ και λεπτίνη. Για το σκοπό αυτό μελετήθηκαν 23 από τους ασθενείς με ν.Πάρκινσον που υποβλήθηκαν σε STN DBS στην κλινική μας (15 άντρες-8 γυναίκες, ηλικία: 65,2 ± 8,9χρόνια, διάρκεια νόσου:12,7 ± 6χρόνια). Κάθε ασθενής εξετάστηκε σε 3 διαδοχικές χρονικές στιγμές: 3 μέρες πριν το χειρουργείο, 3 και 6 μήνες μετά το χειρουργείο και υπεβλήθη σε μέτρηση του σωματικού βάρους και του BMI, λιπομέτρηση και μέτρηση των επιπέδων γκρελίνης, λεπτίνης, NPY και κορτιζόλης ορού. Τρεις μέρες πριν και 6 μήνες μετά το χειρουργείο, πραγματοποιήθηκε κλινική εκτίμηση των ασθενών με τη χρήση των: Unified Parkinson’s Desease Rating Scale (UPDRS), Schwab and England Scale και Hoehn Yahr scale, καθώς και υπολογισμός της ημερήσιας δόσης ντοπαμίνης (LEDD). Τα αποτελέσματα της μελέτης μας συνοψίζονται ως εξής: 3 μήνες μετά τη χειρουργική επέμβαση διαπιστώθηκε σημαντική αύξηση βάρους των ασθενών μας: (3.09±5.00kg, P=0.007), χωρίς περαιτέρω αύξηση στους 6 μήνες. Τα επίπεδα του ΝΡΥ στο περιφερικό αίμα αυξήθηκαν σημαντικά 3 μήνες μετά το χειρουργείο (p=0.05), ενώ τα επίπεδα της γκρελίνης αυξήθηκαν σημαντικά στους 6 μήνες (p=0.001). Η αύξηση του σωματικού βάρους συσχετίστηκε σημαντικά με τη μεταβολή των επιπέδων της γκρελίνης και της λεπτίνης στους 3 και 6 μήνες αντίστοιχα. Συμπερασματικά μπορούμε να πούμε ότι το STN DBS φαίνεται να προκαλεί μία προσωρινή δυσλειτουργία της υποθαλάμιας έκκρισης ΝΡΥ και γκρελίνης. Η μεταβολή του σωματικού βάρους μπορεί να αποδοθεί στην αυξημένη έκκριση γκρελίνης και λεπτίνης. Περαιτέρω μελέτες με μεγαλύτερο αριθμό ασθενών απαιτούνται για να επιβεβαιωθεί ο ρόλος της πεπτιδιακής δυσλειτουργίας στην αύξηση βάρους μετά τη νευροδιέγερση και για να διερευνηθεί η πιθανή νευροπροστατευτική δράση που το DBS μπορεί να ασκήσει μέσω της αύξησης των επιπέδων της γκρελίνης. / Deep brain stimulation (DBS) is a widely accepted and highly effective treatment method for patients with medically refractory idiopathic Parkinson's desease. Various studies have shown that DBS of the subthalamic nucleus (STN) results in increased body weight, the mechanism of which is still unknown. In recent years there were various theories as to the possible mechanism of this weight gain. According to the most interesting theory, weight gain is due to a disruption of the central mechanism that regulates food intake. It is known that the hypothalamus plays a central role in the regulation of energy homeostasis: it receives, processes and interprets orexigenic and anorexigenic signals such as ghrelin, NPY and leptin. The aim of this study was to investigate the possible involvement of STN DBS in the regulation of energy homeostasis, through the disruption of orexigenic and anorexigenic peptides ghrelin, leptin and NPY. Twenty three patients with idiopathic Parkinson’s desease who underwent STN DBS in our clinic were included in our study (15 males - 8 females, age : 65,2 ± 8,9 years, disease duration : 12,7 ± 6chronia ). Each patient was examined at three consecutive time points: 3 days before surgery, 3 and 6 months after surgery. At each clinical appointment all patients underwent body composition measurements including body weight, body mass index (BMI) and fat mass, as well as blood sampling for the measurement of the circulating levels of ghrelin, leptin, NPY and cortisol. Three days before and 6 months after surgery patients were clinically evaluated with the use of the Unified Parkinson's Desease Rating Scale (UPDRS), Schwab and England Scale and Hoehn Yahr scale and the L-dopa daily dose (LEDD) was recorded. The results of our study are summarized as follows : 3 months after surgery there was a significant increase of body weight: (3.09 ± 5.00kg, P = 0.007), with no further increase at 6 months. NPY levels increased significantly 3 months after surgery (p = 0.05), while ghrelin levels increased significantly at 6 months (p = 0.001). Weight gain was significantly correlated with the change of ghrelin and leptin levels at 3 and 6 months respectively. In conclusion, STN DBS seems to temporarily dysregulate the hypothalamic secretion of NPY and ghrelin and weight gain can be attributed to the increased secretion of leptin and ghrelin. Further studies with a larger number of patients are required to confirm the role of peptide dysfunction on weight gain after neurostimulation and to investigate the possible neuroprotective role of DBS, exerted through the increase of ghrelin levels.

Les maladies cardiovasculaires (MCV) sont la principale cause de décès dans les pays occidentaux et constituent la principale complication associée au diabète. La lipoprotéine lipase (LPL) est une enzyme clé du métabolisme des lipides et est responsable de l'hydrolyse des lipoprotéines riches en triglycérides (TG). Plusieurs études ont démontré que la LPL sécrétée par les macrophages dans la paroi artérielle est pro-athérogénique. La dysfonction endothéliale caractérise les stades précoces du processus athérosclérotique. Il a été observé qu’un récepteur nouvellement identifié des lipoprotéines de basse densité oxydées (LDLox), le récepteur de type lectine des LDLox (LOX-1), est fortement exprimé dans les lésions athérosclérotiques humaines et dans l’aorte de rats diabétiques, suggérant un rôle clé de LOX-1 dans la pathogénèse de l’athérosclérose diabétique. Au vu du rôle potentiel de la LPL macrophagique et du LOX-1 dans l’athérosclérose associée au diabète de type 2, nous avons évalué la régulation de ces deux molécules pro-athérogéniques par des facteurs métaboliques et inflammatoires augmentés dans le diabète, soit la leptine, l’acide linoléique (LA) et la protéine C-réactive (CRP). Nos résultats démontrent que : 1) Dans les cellules endothéliales aortiques humaines (HAECs), LA augmente l’expression protéique de LOX-1 de façon temps- et dose-dépendante; 2) La pré-incubation de HAECs avec des antioxydants et des inhibiteurs de la NADPH oxydase, de la protéine kinase C (PKC) et du facteur nucléaire-kappa B (NF-kB), inhibe l’effet stimulant de LA sur l’expression protéique de LOX-1; 3) Dans les HAECs traitées avec LA, on observe une augmentation d’expression des isoformes classiques de la PKC; 4) LA augmente de manière significative l’expression génique de LOX-1 ainsi que la liaison des protéines nucléaires extraites des HAECs à la séquence régulatrice NF-kB présente dans le promoteur du gène de LOX-1; 5) LA augmente, via LOX-1, la captation des LDLox par les cellules endothéliales. Pris dans leur ensemble, ces résultats démontrent que LA augmente l’expression endothéliale de LOX-1 in vitro et appuient le rôle clé de LA dans la dysfonction endothéliale associée au diabète. Au vu de nos études antérieures démontrant qu’une expression accrue de LPL macrophagique chez les patients diabétiques de type 2 et que l’augmentation de facteurs métaboliques dans cette maladie, soit l’homocystéine (Hcys), les acides gras et les produits terminaux de glycation (AGE), accroissent l’expression de la LPL macrophagique, nous avons par la suite déterminé l’effet, in vitro, de deux autres facteurs métaboliques et inflammatoires surexprimés dans le diabète, soit la leptine et la CRP, sur l’expression de la LPL macrophagique. Les concentrations plasmatiques de leptine sont élevées chez les patients diabétiques et sont associées à un accroissement des risques cardiovasculaires. Nous avons démontré que : 1) Dans les macrophages humains, la leptine augmente l’expression de la LPL, tant au niveau génique que protéique; 2) L’effet stimulant de la leptine sur la LPL est aboli par la pré-incubation avec un anticorps dirigé contre les récepteurs à la leptine (Ob-R), des inhibiteurs de la PKC et des antioxydants; 3) La leptine augmente l’expression membranaire des isoformes classiques de la PKC et la diminution de l’expression endogène de la PKC, abolit l’effet de la leptine sur l’expression de la LPL macrophagique; 4) Dans les macrophages murins, la leptine augmente le taux de synthèse de la LPL et augmente la liaison de protéines nucléaires à la séquence protéine activée-1 (AP-1) du promoteur du gène de la LPL. Ces observations supportent la possibilité que la leptine puisse représenter un facteur stimulant de la LPL macrophagique dans le diabète. Finalement, nous avons déterminé, in vitro, l’effet de la CRP sur l’expression de la LPL macrophagique. La CRP est une molécule inflammatoire et un puissant prédicteur d’événements cardiovasculaires. Des concentrations élevées de CRP sérique sont documentées chez les patients diabétiques de type 2. Nous avons démontré que : 1) Dans les macrophages humains, la CRP augmente l’expression de la LPL au niveau génique et protéique et la liaison de la CRP aux récepteurs CD32 est nécessaire pour médier ses effets; 2) La pré-incubation de macrophages humains avec des antioxydants, des inhibiteurs de la PKC et de la protéine kinase mitogénique activée (MAPK), prévient l’induction de la LPL par la CRP; 3) La CRP augmente l’activité de la LPL, la génération intracellulaire d’espèces radicalaires oxygénées (ROS), l’expression d’isoformes classiques de la PKC et la phosphorylation des kinases extracellulaires régulées 1/2 (ERK 1/2); 4) Les macrophages murins traités avec la CRP démontrent une augmentation de la liaison des protéines nucléaires à la séquence AP-1 du promoteur du gène de la LPL. Ces données suggèrent que la LPL puisse représenter un nouveau facteur médiant les effets délétères de la CRP dans la vasculopathie diabétique. Dans l’ensemble nos études démontrent le rôle clé de facteurs métaboliques et inflammatoires dans la régulation vasculaire de la LPL et du LOX-1 dans le diabète. Nos données suggèrent que la LPL et le LOX-1 puissent représenter des contributeurs clé de l’athérogénèse accélérée associée au diabète chez l’humain. Mots-clés : athérosclérose, maladies cardiovasculaires, diabète de type 2, macrophage, LPL, cellules endothéliales, LOX-1, stress oxydatif, leptine, LA, CRP. / Atherosclerotic cardiovascular disease is the leading cause of death in western countries and is the major complication of diabetes. Lipoprotein lipase (LPL) is a key enzyme in lipid metabolism, responsible for the hydrolysis of triglyceride (TG) rich lipoproteins. Many studies have shown that LPL secreted by macrophages in the arterial wall is proatherogenic. Endothelial dysfunction is a characteristic feature of early-stage atherosclerosis. The observation that lectin-like oxidized low-density lipoprotein receptor-1 (LOX-1), a newly identified receptor for oxidized LDL (oxLDL), is highly expressed in human atherosclerotic lesions and upregulated in the aorta of diabetic rats, suggests a key role for LOX-1 in the pathogenesis of diabetic atherosclerosis. Based on the role of macrophage LPL and LOX-1 in atherosclerosis, we sought to investigate the regulation of these two proatherogenic molecules by metabolic and inflammatory factors dysregulated in diabetes namely leptin, linoleic acid (LA) and C-reactive protein (CRP). Our results demonstrated that: 1) In human aortic endothelial cells (HAECs), LA increased LOX-1 protein expression in a time- and dose-dependent manner; 2) Pretreatment of HAECs with antioxidants and inhibitors of NADPH oxidase, protein kinase C (PKC), and nuclear factor-kB (NF-kB) inhibited the stimulatory effect of LA on LOX-1 protein expression; 3) Increased expression of classic PKC isoforms was observed in LA-treated HAECs; 4) LA led to a significant increase in LOX-1 gene expression and enhanced the binding of nuclear proteins extracted from HAECs to the NF-kB regulatory element of the LOX-1 gene promoter; 5) LA enhanced, through LOX-1, oxLDL uptake by endothelial cells. Overall, these results demonstrated that LA enhances endothelial LOX-1 expression in vitro and support a key role for LA in endothelial dysfunction associated with diabetes. Based on our previous studies showing that macrophage LPL expression is increased in patients with type 2 diabetes and that metabolic factors dysregulated in this disease such as glucose, homocysteine (Hcys), fatty acids and advanced glycation end products (AGE), increased macrophage LPL expression, we next determined the effect of two other metabolic and inflammatory factors dysregulated in diabetes, namely leptin and CRP, on macrophage LPL expression in vitro. Leptin levels are elevated in diabetic patients and are associated with greater cardiovascular risks. We found that: 1) In human macrophages, leptin increased LPL expression, at both the gene and protein levels; 2) The stimulatory effect of leptin on LPL was abolished by pre-treatment with anti-leptin receptor (Ob-R) antibody, PKC inhibitors and antioxidants; 3) Leptin increased the membrane expression of conventional PKC isoforms and downregulation of endogenous PKC expression abolished the effects of leptin on macrophage LPL expression; 4) In murine macrophages, leptin raised LPL synthetic rate and enhanced the binding of nuclear proteins to the activated protein-1 (AP-1) sequence of the LPL gene promoter. These observations support the possibility that leptin may represent a macrophage LPL stimulatory factor in diabetes. Finally, we sought to determine the effect of CRP on macrophage LPL expression in vitro. CRP is an inflammatory molecule and a strong predictor of cardiovascular events and high serum levels of CRP are observed in type 2 diabetic patients. We found that: 1) In human macrophages, CRP increased LPL expression at the gene and protein levels and CRP binding to CD32 receptors is required for these effects; 2) Preincubation of human macrophages with antioxidants, PKC and mitogen-activated protein kinase (MAPK) inhibitors, prevented the CRP-induced LPL expression; 3) CRP increased LPL activity, intracellular reactive oxygen species (ROS) generation, classic PKC isozymes expression and extracellular signal-regulated protein kinase (ERK) 1/2 phosphorylation; 4) CRP-treated murine macrophages demonstrated increased binding of nuclear proteins to the AP-1 sequence of the LPL gene promoter. These data suggest that LPL might represent a novel factor underlying the adverse effect of CRP on the diabetic vasculature. Overall, our studies indicate a key role of metabolic and inflammatory factors in the regulation of vascular LPL and LOX-1 in diabetes. Our data suggest that LPL and LOX-1 are key contributors to the accelerated atherogenesis associated with human diabetes. Keywords : atherosclerosis, cardiovascular diseases, type 2 diabetes, macrophage, LPL, endothelial cells, LOX-1, oxidative stress, leptin, LA, CRP.

L’ostéoarthrose (OA) est une pathologie qui touche les articulations principalement chez les personnes âgées. Il devient capital de mieux cerner cette pathologie à cause des coûts économiques qu’elle engendre mais surtout à cause du vieillissement de la population. Cette maladie se caractérise par une dégradation du cartilage articulaire, une sclérose osseuse, une inflammation de la membrane synoviale ainsi que la présence d’ostéophytes. L’étiologie de cette pathologie est restée nébuleuse car la recherche sur la maladie touchait principalement le cartilage articulaire. Toutefois, le rôle clé de l’os sous-chondral dans l’OA est maintenant reconnu. L’obésité étant un facteur de risque de l’OA, nous avons émis l’hypothèse que la leptine, une adipocytokine clé dans l’obésité, joue un rôle important dans l’OA. En effet, la leptine modifie le phénotype des ostéoblastes (Ob) normaux humain et puisque les Ob OA humains ont un phénotype altéré, notre objectif était de déterminer le rôle potentiel de la leptine dans ces cellules. Pour ce faire, nous avons préparé des cultures primaires d’Ob issus de la plaque sous-chondral du plateau tibial de patients OA et d’individus normaux (N). L’expression de la leptine et de son récepteur actif (OB-Rb) ont été mesurées par RT-PCR en temps réel, et leur production a été mesurée par ELISA et immunobuvardage (IB). La prolifération des Ob OA a été déterminée par incorporation de BrdU. La phosphorylation de p42/44 MAPK dans les Ob OA a été déterminée par IB. Le phénotype des Ob fut déterminé par la mesure de l’activité de la phosphatase alcaline (ALP) et la sécrétion d’ostéocalcine (OC), en présence ou non de leptine. De plus, les effets des ARNs d’interférences (SiRNA) anti-leptine et anti OB-Rb sur le phénotype des Ob OA furent déterminés via leur impact sur l’activité de l’ALP et sur la sécrétion d’OC. L’effet dose-réponse de la leptine sur les expressions d’OB-Rb, du facteur de croissance TGF-1 ou encore sur sa propre expression furent déterminées par RT-PCR en temps réel. Pour terminer, la signalisation de la leptine a été étudiée en évaluant l’effet dose réponse de celle-ci sur la production des protéines JAK2 et STAT3 phosphorylées par IB. Les résultats obtenus ont montrés que les Ob OA expriment et produisent plus de leptine que les Ob N. Au niveau phénotypique, ces Ob OA possèdent une activité de l’ALP ainsi qu’une sécrétion d’OC plus importante que celles observées chez les Ob N. L’ajout d’anticorps inactivant l’interaction leptine et OB-Rb ou d’inhibiteurs chimiques comme tyrphostin ou piceatannol diminuèrent l’activité de l’ALP ainsi que la sécrétion d’OC dans les Ob OA. Par contre, l’ajout de leptine exogène aux Ob OA augmenta l’activité de l’ALP sans pour autant faire varier la sécrétion d’OC. La leptine à des doses de 1ng/ml à 10mg/ml stimula la prolifération des Ob OA ainsi que la phosphorylation de p42/44 MAPK. La leptine exogène diminua l’expression de TFG-1 tandis qu’elle stimula la phosphorylation de JAK2 et STAT3 ou encore sa propre expression de manière dose-dépendante. Cependant, l’expression d’OB-Rb diminua de manière dose-dépendante. Enfin, le traitement des Ob OA avec des Si leptine ou Si OB-Rb diminua l’activité d’ALP, la sécrétion d’OC, l’expression de la leptine, l’expression d’OB-RB ainsi que l’expression du facteur TGF-1. L’ensemble de ces données démontre que la leptine endogène des Ob OA est sous contrôle des facteurs de croissance et qu’elle contribue à maintenir le phénotype anormal de l’os sous-chondral OA. De plus, ceci suggère que la leptine serait un acteur important dans la régulation du remodelage osseux. / Osteoarthritis (OA) is a disease which mainly affects the joints in the elderly. It becomes essential to better understand this disease because of the economic costs it brings, but mainly because of population aging. This disease is characterized by a deterioration of cartilage, bone sclerosis, inflammation of the synovial membrane and the presence of osteophytes. The knowledge of its etiology has remained incomplete because research on this disease focused mainly on the articular cartilage. However, the key role of subchondral bone in OA is now recognized. Obesity is a risk factor for OA, then we hypothesized that leptin, a key adipocytokine in obesity plays an important role in OA. Indeed, leptin alters the phenotype of osteoblasts (Ob) and human Ob has altered phenotype in OA patients, our objective was to determine the potential role of leptin in OA Ob. To do this, we prepared primary cultures of Ob from the sub-chondral plate of the tibial plateaus of OA patients and normal individuals (N). The expression of leptin and its receptor active (OB-Rb) were measured by RT-PCR in real time, and their production was measured by ELISA and western blot (WB). The proliferation of Ob OA was determined by BrdU incorporation. The phosphorylation of p42/44 MAPK was evaluated by WB. The phenotype of Ob was determined by measuring the activity of alkaline phosphatase (ALP) and the secretion of osteocalcin (OC), in the presence or absence of leptin. Moreover, the effects of small interference RNAs (siRNAs) anti-leptin and anti OB-Rb on the phenotype of OA Ob were determined through their impact on the activity of the ALP and the secretion of OC. The dose-response effect of 1eptin on its own expression or the expressions of OB-Rb, the growth factor TGF-β1 were determined by RT-PCR in real time. Finally, signalisation of leptin in OA Ob was studied by evaluating the dose-response effect of this on the production of JAK2 and STAT3 protein phosphorylated by WB. The results showed that the OA Ob express and produce more leptin than N. Moreover, these Ob OA have an activity of the ALP and a secretion OC higher than those observed in N Ob. The addition of antibodies inactivating interaction leptin and OB-Rb or chemical inhibitors such as tyrphostin or piceatannol diminished the activity of the ALP and the secretion of OC in OA Ob against by the addition of exogenous leptin to Ob OA increased the activity of the ALP without influencing the secretion of OC. Leptin at doses of 1ng/ml to 10mg/mL stimulated the proliferation of OA Ob and the phosphorylation of p42/44 MAPK. Exogenous leptin decreased the expression of TGF-β1 while it stimulated the phosphorylation of JAK2 and STAT3 and expression of its own in dose-dependent manner. However, the expression of OB-Rb decreased in dose-dependent. Finally, the treatment of OA Ob with Si leptin or Si OB-Rb decreased activity of ALP, the secretion of OC, the leptin expression, expression of OB-Rb and the expression of TGF-β1 factor. All these data show that endogenous leptin Ob OA controls the growth factors and contributes to maintaining the abnormal phenotype of the subchondral bone OA. Moreover, this suggests that leptin is an important player in the regulation of bone remodelling

Diss. Linköping : Univ., 2003.