La prévalence de l'obésité et du diabète de type II est en constante augmentation dans les pays industrialisés. La manifestation hépatique de ces pathologies est la NAFLD (" Non-Alcoholic Fatty Liver Disease "). Celle-ci représente aujourd'hui un réel problème de santé publique et résulte d'atteintes métaboliques et hépatiques. La NAFLD démarre par l'accumulation excessive de lipides dans les hépatocytes nommée " stéatose hépatique ". Ces lipides s'accumulent sous différentes formes comme les triglycérides, les esters de cholestérol, les diglycérides et les céramides. La lipotoxicité induite par l'accumulation de ces espèces lipidiques est à l'origine d'un dysfonctionnement au niveau cellulaire et d'une insulino-résistance. Dans ce contexte, les objectifs de ce travail de thèse ont été d'étudier in vivo le rôle des céramides dans l'apparition et les complications de la NAFLD. Pour cela, nous avons utilisé différentes approches : pharmacologiques, génétiques et nutritionnelles. Par une approche pharmacologique, nous avons montré que la fumonisine B1, un contaminant alimentaire ciblant la synthèse des céramides, est à l'origine d'une toxicité hépatique dépendante d'un facteur de transcription essentiel du métabolisme lipidique, LXR (" Liver X Receptor "). Puis, nous avons combiné différentes approches nutritionnelles et génétiques permettant d'induire ou de protéger de la stéatose hépatique. Pour cela, nous avons utilisé des souris invalidées de façon totale ou hépatocyte-spécifique pour PPARa (" Peroxisome Proliferator-Activated Receptor alpha "), un facteur de transcription essentiel au catabolisme des lipides. Cela nous a permis de confirmer le rôle essentiel de PPARa hépatocytaire dans la réponse au jeûne et l'implication systémique de PPARa dans la régulation du métabolisme des céramides au cours de l'obésité induite par un régime HFD (" High Fat Diet "). Enfin, nous avons utilisé des souris invalidées au niveau hépatocytaire pour la sous-unité catalytique de la PI3 Kinase alpha, p110a. Cela nous a permis de confirmer le rôle majeur de la voie de signalisation à l'insuline dépendante de p110a dans l'apparition de l'insulino-résistance dissociée de la stéatose hépatique induite par un régime HFD. De façon intéressante, grâce à ce modèle, nous avons démontré que la lipolyse adipocytaire (et non l'inhibition de la voie insulinémique) représente le signal dominant de l'activité hépatique de PPARa durant le jeûne. L'ensemble de ces travaux mettent en avant le rôle des céramides dans la lipotoxicité associée à la stéatose hépatique. / Prevalence of obesity and type II diabetes is constantly increasing in industrialized countries. NAFLD (" Non-Alcoholic Fatty Liver Disease ") is the hepatic manifestation of these pathologies. NAFLD represents a significant public health problem and is defined as a nexus of metabolic and hepatic diseases. NAFLD begins with fatty accumulation in the liver named "hepatic steatosis". Lipids can accumulate in different forms like triglycerides, cholesterol esters, diglycerides and ceramides. Lipotoxicity induced by the accumulation of these lipid species leads to cellular dysfunction and insulin resistance. In this context, we studied the role of ceramides in apparition and evolution of NAFLD in vivo. For this purpose, we used pharmacological, genetic and nutritional approaches. By pharmacological approach, we showed that fumonisin b1, a mycotoxin targeting ceramide synthesis, leads to hepatic toxicity, which is dependent from LXR ("Liver X Receptor"), a major transcriptional regulator of lipid metabolism. Then, we combined genetic and nutritional approaches in order to induce or protect from hepatic steatosis. For this, we used mice with hepatic or total deletion for PPARa (" Peroxisome Proliferator-Activated Receptor alpha "), a transcriptional factor essential in fatty acid catabolism. First, this model allow us to confirm the role of hepatocyte PPARa in response to fasting and second, to demonstrate the systemic involvement of PPARa in regulating ceramide metabolism during obesity induced by an HFD ("High Fat Diet"). Last, we used p110a liver-specific knockout mice, the catalytic subunit of PI3Kinase alpha. With this model, we confirmed the critical role of p110a-dependent insulin signaling in insulin resistance dissociated from hepatic steatosis induced by a HFD. Interestingly, we demonstrated with this model that free fatty acid released from adipocyte lipolysis (rather than inhibition by p110a-dependent insulin signaling) determines PPARa activity in the liver. Finally, this work highlights the key role of ceramides in lipotoxicity associated with hepatic steatosis.

Une nouvelle génération d’assemblages nano-organisés, constitués de couches lipidiques enveloppant des cœurs particulaires sphériques, a été développée ces dernières années. Un des nombreux intérêts de cette génération d’assemblages, à structure bio-inspirée, est de constituer in fine des vecteurs ou réservoirs pour des applications biomédicales de délivrance contrôlée de principes actifs. Ce type d’architecture originale est obtenu par réorganisation de membranes lipidiques à la surface de nanoparticules de polymère. Au cours de ce travail, la sélection du support colloïdal s’est portée sur des nanoparticules de chitosane, un biopolymère aux propriétés physico-chimiques et biologiques remarquables. Ces nanoparticules ont été élaborées par une méthode dite de « gélification ionique » à l’aide de tripolyphosphate de sodium. L’optimisation de ce procédé de synthèse a permis l’obtention de nanoparticules cationiques et sphériques, de taille reproductible d’une centaine de nanomètres, et de distribution en taille étroite. Aucune modification de ces caractéristiques de taille n'a été montrée durant au moins 4 mois à 23°C dans l'eau. Quant aux membranes lipidiques, il a été choisi d’élaborer des vésicules ou des nano-disques modèles et anioniques de façon à présenter une charge électrostatique opposée à celle des surfaces particulaires. La caractérisation de ces entités en termes de taille, distribution en taille, charge de surface et morphologie a été effectuée par diffusion quasi-élastique de la lumière, microscopie électronique à transmission, diffusion de neutrons aux petits angles et zêtamétrie. L’influence de différents paramètres physico-chimiques impliqués dans la formation des assemblages (i.e., force ionique et pH de la phase continue, rapport lipides/nanoparticules) a été examinée, permettant d’une part, une meilleure compréhension des interactions s’établissant entre les chaînes de chitosane et les membranes lipidiques, et d’autre part, l’obtention d’assemblages de taille et de distribution en taille satisfaisantes. Une étude de l’incorporation de différentes molécules thérapeutiques (isoniazide, ibuprofène et rose bengale) dans le support particulaire a ensuite été réalisée afin d’évaluer le potentiel des nanoparticules de chitosane, puis des assemblages lipidiques en tant que vecteurs de principes actifs. Des études préliminaires ont ainsi pu mettre en évidence que ce recouvrement surfacique lipidique apportait une modification satisfaisante du profil de relargage du principe actif. / A novel generation of nano-organized assemblies, composed of lipid layers surrounding spherical nanoparticle cores, has been recently developed for drug delivery applications. This original architecture results of the lipid membrane reorganization onto colloidal polymer surfaces. In the present study, the colloidal supports are constituted of chitosan nano-hydrogels, a biopolymer with exceptional physicochemical and biological properties. These colloidal supports have been elaborated via an ionic gelation process using sodium tripolyphosphate as gelation agent. The optimization of all the parameters involved in this process has led to cationic spherical nanoparticles, with reproducible sizes in nanometer range, and narrow size distributions. No alteration of these characteristics has been observed for at least 4 months in water at 23 °C. Regarding the lipid membranes, two different morphologies (i.e., vesicle and nanodisc) have been prepared. Lipid formulation has been designed to obtain objects with a negative surface charge, opposed to chitosan nanoparticle one. These entities were characterized in terms of size, size distribution, surface charge and morphology using dynamic light scattering, transmission electron microscopy as well as small angle neutron scattering. The assembly of colloidal supports and lipid membranes has been investigated by studying the influence of the different physicochemical parameters involved in the synthesis. During this study, phenomena involved in the adsorption process were pointed out, and experimental conditions were optimized in order to control the assembly elaboration process. Finally, a study on drug incorporation (isoniazid, ibuprofen and rose bengale) into chitosan nanoparticles has been carried out. Preliminary experiments on drug release from nanoparticles and assemblies revealed a promising effect of the surface modification of assemblies on their drug release profile.

L’obésité et le surpoids sont aujourd’hui des problèmes de santé majeurs au niveau mondial touchant près de 1,9 milliard d’adultes. Cet état physiologique se définit comme une accumulation excessive de masse grasse dans l’organisme avec des conséquences néfastes sur la santé. L’obésité tient son origine d’un déséquilibre de la balance énergétique résultant d’une consommation excessive de calories par rapport aux dépenses énergétiques. En accord avec cette idée, les lipides alimentaires représentent les macronutriments les plus caloriques dont la biodisponibilité est assurée par l’intestin. L’accumulation excessive de ces lipides dans les tissus tel que le foie, le tissu adipeux et les vaisseaux sanguins déclenche une inflammation bas-bruit. Cette inflammation bas-bruit est souvent associée à une augmentation modérée de l’endotoxémie métabolique, c’est-à-dire du taux sanguin des lipopolysaccharides bactériens provenant du microbiote intestinal.Dans un premier temps, les travaux de cette thèse avaient pour objectif de définir la contribution de l’intestin dans la mise en place de cette endotoxémie métabolique à travers le rôle du récepteur CD36. En effet, il est montré que ce récepteur participe à la biodisponibilité des lipides en favorisant leur absorption et la formation des chylomicrons qui véhiculent les lipopolysaccharides. Les données obtenues ont permis de montrer que CD36 participe aux situations d’endotoxémie métabolique en régulant l’écologie microbienne du site d’absorption des lipides alimentaires.Dans un second temps, ces travaux se sont intéressés à la contribution de la réponse inflammatoire dans les mécanismes d’absorption des lipides alimentaires au travers du rôle de l’inflammasome NLRP3. Ils ont permis de montrer que cet inflammasome participe à la digestion et à l’absorption des lipides alimentaires lors d’un régime hyperlipidique obésogène.L’ensemble de ces données permet d’établir le rôle majeur de l’intestin dans la mise en place de l’endotoxémie et des processus inflammatoires conduisant à une situation d’obésité. De plus, le récepteur CD36 et l’inflammasome NLRP3 pourrait constituer des cibles thérapeutiques de choix pour limiter la mise en place de cet état physiologique. / Nowadays, obesity and overweight are major health problems affecting nearly 1.9 billion adults. This physiological state is defined as an excessive accumulation of fat mass in the body with harmful consequences on health. Obesity is caused by a disequilibrium in the energy balance resulting from an excessive calorie consumption in relation to the energy expenditure. According to this concept, dietary fats represent the most caloric macronutrients whose bioavailability is ensured by the intestine. Excessive accumulation of these lipids in tissues such as liver, adipose tissue and blood vessels triggers low-grade inflammation. This low-grade inflammation is often associated with a moderate increase in metabolic endotoxemia, i.e. an increase in the blood level of bacterial lipopolysaccharides coming from the intestinal microbiota.First, the aim of this thesis was to elucidate the contribution of the intestine to the development of the metabolic endotoxemia through the role of the CD36 receptor. Indeed, this receptor participates in the bioavailability of dietary lipids by promoting their absorption and the formation of chylomicrons able to carry the lipopolysaccharides. The data obtained showed that CD36 could participates in metabolic endotoxemia situations by regulating the microbial ecology of the food lipid absorption site.In a second step, this work focused on the contribution of the inflammatory response to the absorption mechanism of dietary lipids through the role of the NLRP3 inflammasome. It showed that this inflammasome is involved in the digestion and absorption of dietary lipids in high-fat diet-induced obesity.The data obtained allow to establish the major role of the intestine in the development of endotoxemia and inflammation during the development of obesity. In addition, the CD36 receptor and the NLRP3 inflammasome may be therapeutic targets to limit the development of this physiological condition.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l’Université de Montréal / L'analyse saisonnière des lipides a été réalisée chez la pensée de mer afin de mieux définir son cycle reproducteur, et l'estradiol-17 β a été dosé simultanément pour déterminer son rôle éventuel dans la reproduction. Les gonades sont les tissus de la colonie qui étaient des plus riches en lipides, et dans les colonies les fluctuations de lipides totaux (LT) et d'acides gras totaux (AGT) suivaient un patron saisonnier. Dans un premier temps, les LT et les AGT augmentent faiblement entre mars et avril, puis de façon abrupte entre avril et mai, où LT et AGT culminent. Les quantités de LT et d'AGT diminuent d'abord lentement pendant les mois de ponte, de juin à août, puis plus rapidement après la saison de reproduction, en septembre et octobre, où ils retournent à leurs niveaux de base. Les variations de lipides indiquent que la reprise de la croissance sexuelle a lieu vers le mois de mars. Une accélération de la maturation sexuelle se produit entre avril et mai, juste avant la ponte qui débute en juin. Malgré ta baisse de LT et d'AGT en juin et août, le haut niveau de maturation semblent se maintenir. La chute plus marquée de LT et AGT en septembre et en octobre marque l'arrêt de la maturation des gonades et la fin de la ponte. L'analyse des acides gras (AG) par chromatographie en phase gazeuse a révélé, d'une part des variations saisonnières avec des spécificités liées au sexe, et d'autre part des différences de composition d'AG entre tissus somatiques et reproducteurs. Les acides gras polyinsaturés (AGPI) dominaient la composition des AGT de la colonie, incluant principalement l'acide arachidonique (AA) et l'acide eicosapentaénoïque (EPA). En dépit de la prépondérance de l'AA, te pourcentage d'EPA par rapport aux AGT était le plus variable au cours de l'année, et était carrelé avec le développement sexuel. Les variations du rapport des acides gras œ6 sur les acides gras co3 dans les colonies sont inversement carrelées avec l'accumulation de LT et d'AGT pendant l'année. Par conséquent, le rapport Ѡ6/ Ѡ3 semble être un bon indicateur de l'état de maturité sexuelle chez ta pensée de mer. L'EPA était incorporé en grande quantité dans les spermatophores le mois précédant l'atteinte de la maturité, alors qu'à la même période, les œufs accumulaient surtout de l'AA et secondairement de l'EPA. Les différences de composition en acides gras observées entre les gamétophores étaient reflétées dans la composition en acides gras des colonies entières. L'estradiol-17 β (E2) a été détecté à des niveaux variables selon la saison. L'implication d'E2 dans la reproduction de la pensée de mer est fortement suggérée par l'augmentation de sa concentration à deux moments critiques du cycle sexuel: au début de la maturation sexuelle en mars, et au moment de la ponte. Cependant, l'élévation du niveau d'E2 en juin était de loin supérieure dans les colonies femelles à celle rencontrée dans les colonies mâles. Il est possible qu'E2 stimule la reprise de la gamétogénèse en mars et accélère plus spécifiquement la maturation finale des œufs autour de la période de ponte. La concentration d'E2 plus élevée dans les tissus somatiques que dans les œufs au mois de mars, suggère que la synthèse d'Ez pourrait avoir lieu à l'extérieur des tissus reproducteurs. Sur ce point, une conclusion définitive ne pourra être tirée qu'en connaissant révolution du niveau d'E2 dans les différents tissus sur toute la période reproductrice. Cette étude est la première à avoir utilisé les lipides comme baromètre de la maturation sexuelle chez un anthozoaire (anémones et coraux). La présence d'estradiol-17 β chez la pensée de mer, et ses différences de sécrétions en fonction du sexe, apporte de nouvelles données sur la neuroendocrinologie des systèmes nerveux tes plus primitifs. Les fluctuations d'acides gras sont utilisées comme étalon chimique pour apprécier t'implication de l'E2 dans la maturation sexuelle.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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La prévalence de l'obésité dans le monde est en hausse constante depuis le milieu du 20ᵉ siècle. Cette augmentation entraîne des conséquences importantes sur les systèmes de santé puisque l'obésité s'avère un facteur de risque important pour des maladies non transmissibles, notamment les maladies cardiovasculaires et le diabète de type 2. Cependant, il existe une grande disparité quant au risque cardiométabolique associé à l'obésité uniquement définie par un indice de masse corporelle supérieur à 30 kg/m². En effet, les personnes en situation d'obésité qui présentent peu de graisse dans la cavité abdominale et très peu de dépôts de graisse ectopique, c'est-à-dire dans des tissus normalement maigres comme le foie, le cœur, et les muscles squelettiques, ont un risque cardiométabolique nettement inférieur. De plus, les personnes en situation d'obésité qui ont une bonne condition cardiorespiratoire ont également un risque de mortalité ainsi qu'un risque de développer le diabète de type 2 inférieurs aux personnes de même poids qui ont une faible condition cardiorespiratoire. Parmi les dépôts ectopiques augmentant le risque cardiométabolique, il a été montré que l'accumulation de lipides dans les muscles squelettiques est associée à la résistance à l'insuline, ce qui peut éventuellement mener au diabète de type 2. De nombreuses études ont montré qu'une augmentation du niveau d'activité physique et une amélioration de la qualité de l'alimentation permettaient à court terme d'améliorer la condition cardiorespiratoire et de diminuer le risque cardiométabolique. À ce sujet, l'étude SYNERGIE conduite dans notre laboratoire a montré que chez des hommes avec obésité viscérale, une intervention d'une durée d'un an ciblant l'activité physique et l'alimentation permet de diminuer significativement les lipides intramusculaires et d'améliorer la condition cardiorespiratoire. Cependant, à la suite d'une période de maintien de deux ans, les participants ont repris de l'adiposité viscérale tout en améliorant davantage la sensibilité à l'insuline, résultat jugé de prime abord contre-intuitif. Ce projet de maîtrise avait donc pour objectif d'explorer les causes qui pouvaient potentiellement expliquer l'apparent paradoxe d'une amélioration de la sensibilité à l'insuline malgré un regain d'adiposité viscérale. Nous avons émis comme hypothèse que la pratique d'activité physique lors de la période de maintien limiterait le regain de lipides intramusculaires tout en permettant une amélioration de la condition cardiorespiratoire, ce qui pourrait expliquer l'amélioration de la sensibilité à l'insuline. Cependant, contrairement à l'hypothèse émise, nos résultats ont montré que les participants ont repris une quantité importante de lipides intramusculaires durant la période de maintien. Toutefois, la condition cardiorespiratoire a été maintenue durant la période de maintien, et l'amélioration de la condition cardiorespiratoire durant cette période semblait limiter la détérioration du profil de risque cardiométabolique et le regain de lipides intramusculaires tout en permettant une amélioration de la sensibilité à l'insuline. En conclusion, nos résultats suggèrent qu'indépendamment du poids corporel ou de l'adiposité viscérale, la condition cardiorespiratoire est une cible importante à considérer dans une intervention visant l'amélioration à long terme de la sensibilité à l'insuline. / The prevalence of obesity worldwide has increased steadily since the middle of the 20th century, which has implications for health care systems as this condition is a major risk factor for non-communicable diseases including cardiovascular disease and type 2 diabetes. However, there is a great disparity in the cardiometabolic risk associated with obesity only defined as a body mass index greater than 30 kg/m². Indeed, individuals with obesity with low levels of body fat in the abdominal cavity and very little ectopic fat deposition, i.e., lipids in normally lean tissues such as the liver, heart, and skeletal muscle, are at low cardiometabolic risk. In addition, individuals with obesity with good cardiorespiratory fitness also have a lower risk of mortality as well as a lower risk of developing type 2 diabetes than individuals of the same weight who have low cardiorespiratory fitness. Among the ectopic fat deposits increasing cardiometabolic risk, lipid accumulation in skeletal muscle has been shown to significantly increase insulin resistance, which can eventually lead to type 2 diabetes. Numerous studies have shown that increasing the level of physical activity and improving the quality of diet can improve cardiorespiratory fitness and decrease cardiometabolic risk over the short term. In this regard, our laboratory has shown in the SYNERGIE study that in men with visceral obesity, a one-year intervention targeting physical activity and diet significantly reduces intramuscular lipids and improves cardiorespiratory fitness. However, following a 2-year maintenance period, participants regained visceral adiposity while further improving insulin sensitivity, a result initially considered counterintuitive. The objective of this project was therefore to explore the potential causes of the apparent paradox of improved insulin sensitivity despite increased visceral adiposity. We hypothesized that physical activity during the maintenance period would have limited the regain in intramuscular lipids while allowing an improvement in cardiorespiratory fitness, which could explain the improvement in insulin sensitivity. However, contrary to our hypothesis, our results showed that participants regained a significant amount of intramuscular lipids during the maintenance period. However, cardiorespiratory fitness was maintained during 2-year follow-up period, and the improvement in cardiorespiratory fitness during this period appeared to limit the deterioration of the cardiometabolic risk profile and the regain of intramuscular lipids while allowing an improvement in insulin sensitivity. In conclusion, our results suggest that regardless of body weight or visceral adiposity, cardiorespiratory fitness is an important target to consider in an intervention aimed at improving insulin sensitivity over the long-term.

La consommation d’acides gras polyinsaturés (AGPI) oméga-3 (n-3) d’origine marine diminue les niveaux de triglycérides (TG) plasmatiques et augmente les concentrations de cholestérol (C) des lipoprotéines de faible densité (LDL) ainsi que la taille des particules LDL. On observe une importante variabilité interindividuelle dans la réponse à la supplémentation, qui pourrait être expliquée par des facteurs génétiques. Les effets de polymorphismes (SNPs) de gènes impliqués dans les voies métaboliques de dégradation et de synthèse des TG ont été étudiés chez des sujets en santé, mais souffrant d’embonpoint, ayant reçu une supplémentation de 5 g par jour d’huile de poisson. Des interactions génotype*supplémentation ont été observées pour des SNPs des gènes GPAM, AGPAT4 et MGLL en relation avec les niveaux de lipides plasmatiques. Ces résultats suggèrent que ces SNPs modulent la réponse des lipides plasmatiques à une supplémentation en AGPI n-3 d’origine marine et pourraient expliquer une partie de variabilité interindividuelle observée. / Omega-3 (n-3) polyunsaturated fatty acids (PUFA) from marine sources are known to lower plasma triglyceride (TG) levels and increase low-density lipoprotein (LDL) cholesterol (C) as well as LDL particle size. However, a large inter-individual variability is observed, which could be explained by genetic factors. The effects of single nucleotide polymorphisms (SNPs) of genes within the TG synthesis or metabolism pathways have been studied in a cohort of healthy overweight adults receiving 5 g per day of marine n-3 PUFA. Genotype*supplementation interaction effects on plasma lipids were observed for SNPs in GPAM, AGPAT4 and MGLL genes. These results suggest that these SNPs modulate the plasma lipid response to a marine n-3 PUFA supplementation and could explain part of the inter-individual variability observed.