Les lipides représentent non seulement la forme d'énergie la plus dense qui est transférée lors des interactions trophiques en milieu marin, mais comprennent également des acides gras essentiels (AGE) que les herbivores ne peuvent pas synthétiser de novo et doivent assimiler par alimentation pour assurer leur croissance, leur survie et leur reproduction. Puisque la croissance des microalgues qui produisent la grande majorité des AGE est conditionnée par de nombreuses propriétés physico-chimiques de l'eau (p. ex., température, lumière, nutriments, pH), la variabilité environnementale et les changements climatiques en cours pourraient affecter significativement la synthèse d'acides gras, soit directement en induisant une réponse physiologique des microalgues, soit indirectement en favorisant des changements taxinomiques. Ces modifications pourraient alors se répercuter sur les herbivores et l'ensemble du réseau alimentaire. Cette thèse a étudié ces possibilités au moyen d'approches empiriques et expérimentales combinant un échantillonnage inédit à grande échelle dans les eaux arctiques et subarctiques du Canada et une expérience de croissance en microcosme. Malgré une grande variabilité des propriétés physico-chimiques à travers l'aire d'étude, la composition taxinomique des assemblages phytoplanctoniques s'est imposée comme principal déterminant de la composition lipidique de la matière organique. Au sein des communautés dominées soit par des flagellés ou des diatomées, le pH et de façon inattendue, la salinité, ont influencé la synthèse d'omega-3 et de l'acide eicosapentaénoïque (EPA) en particulier. Cette étude souligne également l'importance des maximums subsuperficiels de chlorophylle a (SCM) qui perdurent durant tout l'été et fournissent une source persistante de matière organique à forte teneur en acides gras polyinsaturés. L'examen de marqueurs trophiques caractéristiques des diatomées suggère que la majeure partie du contenu en acide gras des copépodes a été acquise par broutage récent au SCM plutôt que par accumulation antérieure lors de l'efflorescence printanière en surface. Au-delà du couplage observé dans les teneurs de certains AGE chez les copépodes et le phytoplancton sur de courtes échelles de temps, des différences notables dans la composition lipidique des animaux étaient attribuables à l'espèce et au stade de développement. L'approche expérimentale visant à simuler le développement d'une floraison de diatomées a démontré que leur composition lipidique était davantage affectée par la température que par la lumière ou le pH, et que le signe de la réponse pouvait s'inverser selon l'acide gras considéré. Cependant, les changements observés peuvent être considérés comme modestes étant donné les perturbations fortes et soudaines imposées par le protocole expérimental. Dans l'ensemble, la thèse montre que l'impact principal du forçage physico-chimique sur le contenu en acides gras des organismes à la base des réseaux alimentaires des eaux canadiennes arctiques et subarctiques se produit par la sélection environnementale des différents groupes de phytoplancton et de copépodes. Bien que les profils lipidiques de ces organismes puissent également être affectés directement par les propriétés physico-chimiques, que ce soit in situ ou in vitro, ces réponses sont généralement faibles et suggèrent un haut degré de résistance physiologique de ces espèces. / In addition to being the densest form of energy that can be transferred during trophic interactions in the marine environment, lipids include essential fatty acids (EFA) that herbivores cannot synthesize de novo and must acquire from their diet in order to ensure growth, survival and reproduction. Since the growth of the microalgae that produce the vast majority of these EFA is conditioned by a host of physicochemical water properties (e.g., temperature, light, nutrients, pH), environmental variability and ongoing climate change could significantly alter their fatty acid composition, either directly by inducing physiological responses or indirectly by promoting changes in species assemblages. These alterations could then propagate to herbivores and, presumably, the upper food web. This thesis investigated these possibilities using empirical and experimental approaches combining large-scale sampling across Canadian Arctic and sub-Arctic waters with a microcosm experiment simulating a diatom bloom. Despite high variability in physicochemical properties across the sampling area, the taxonomic composition of phytoplankton assemblages emerged as the primary determinant of their lipid composition. Within communities dominated by either flagellates or diatoms, pH and surprisingly, salinity then modulated the synthesis of omega-3 and eicosapentaenoic acid (EPA) in particular. The results underscore how the maintenance of long-lived subsurface chlorophyll maxima (SCM) during summer and fall provide copepods with a persistent source of elevated organic matter with a high content of polyunsaturated fatty acids. An analysis of trophic markers that are characteristic of a diatom diet suggested that a major portion of the fatty acid content of copepods was acquired by recent grazing on SCM rather than prior feeding on spring blooms at the surface. Beyond this tight coupling of copepod and phytoplankton EFA content at short time scales, notable differences in the lipid composition of the animals were attributable to species and developmental stage. The microcosm experiments showed that the lipid composition of diatoms that dominate SCM communities was more impacted by temperature than by light or pH, and that the sign of the response was different depending on the specific EFA considered. However, the changes observed can generally be considered as modest given the strong and sudden perturbations imposed by the experimental protocol. Overall, the thesis shows that the main impact of physicochemical forcing on the fatty acid content of organisms in the lower food webs of Eastern Canadian Arctic and sub-Arctic seas occurs through the environmental selection of different phytoplankton groups and copepod species. While the lipid profiles of these organisms can also be affected directly by physicochemical conditions, either in situ or in vitro, these responses are generally small and imply a high degree of physiological resistance.

CDK4 est une sérine/thréonine kinase qui est largement décrite pour son implication dans le contrôle du cycle cellulaire. Notre laboratoire et d'autres ont montré qu'elle jouait également un rôle majeur dans le contrôle de l'homéostasie du glucose (croissance des cellules β du pancréas et sécrétion d'insuline) et des lipides (adipogenèse). Nous avons montré au cours de cette thèse, par le biais de deux modèles de souris, invalidés pour CDK4 (Cdk4-/- ;cre/cre) ou exprimant un mutant hyperactif de la kinase (Cdk4R24C/R24C), qu'elle est un médiateur important de la voie de l'insuline et régule la lipogenèse et la lipolyse. Les souris Cdk4-/- ;cre/cre ont une diminution significative de la taille des adipocytes et du poids du WAT ou l'inverse est observé sur les souris Cdk4R24C/R24C. CDK4 est activée par l'insuline et va ainsi promouvoir le transport de glucose, la synthèse des lipides de novo et réprimer la lipolyse dans les adipocytes. De plus, nous avons démontré que dans l'adipocyte, cellule non proliférative, CDK4 et son partenaire la cycline D3 sont préférentiellement localisés dans le cytoplasme suggérant un rôle indépendant de leurs fonctions nucléaires. Nous avons identifié deux nouveaux substrats de CDK4 : IRS1 et IRS2. CDK4 phosphoryle IRS1 et IRS2 activant un rétrocontrôle positif permettant le maintien de l'action de l'insuline sur les adipocytes. Nos résultats prouvent un nouveau rôle de CDK4 sur la signalisation de l'insuline et sa fonction dans l'adipocyte. Par conséquent, la modulation de son activité pourrait avoir des conséquences majeures sur le mécanisme de résistance à l'insuline, une complication fréquente dans le développement de pathologies comme le diabète et l'obésité. / CDK4 is a serine/threonine kinase mainly known by its involvement in the control of cell cycle progression. Our laboratory and other laboratories have previously shown a major role for CDK4 in the control of glucose homeostasis (pancreatic β-cell growth) and lipid homeostasis (adipogenesis). In this thesis, we showed that CDK4 is an insulin effector that controls lipogenesis and lipolysis in mature adipocytes. We used Cdk4-/- ;cre/cre mice and Cdk4R24C/R24C mice, carrying a hyperactive mutant Cdk4 allele, for this study. Cdk4-/ - ;cre/cre mice have a manifest adipose tissue phenotype with a significant decrease in body weight and WAT mass. On the other hand, Cdk4R24C/R24C mice show increased body weight and increased adiposity. Furthermore, we demonstrate that CDK4 is activated by insulin to promote glucose transport, lipogenesis and repress lipolysis in adipocytes. Interestingly, we showed that in mature quiescent adipocytes CDK4 and its partner, Cyclin D3, are preferentially localized in the cytoplasm, suggesting a role independent from their nuclear functions. We identified two novel substrates of CDK4: IRS1 and IRS2. CDK4 phosphorylates both IRS1 and IRS2 in order to sustain insulin signaling in adipocytes via a positive feed-back loop. To sum up, our results identify a new function of CDK4 on insulin signaling in adipocyte metabolism. Thus, the modulation of its activity could have consequences on insulin resistance, a common complication of obesity and diabetes.

Le développement d'une résistance à l'action de l'insuline est fréquemment observée au cours de l'obésité et est à l'origine du diabète de type 2. L'amélioration du signal insulinique au sein de la cellule adipeuse (i.e adipocyte) est une stratégie thérapeutique intéressante en vue d'améliorer la sensibilité à l'insuline systémique de patients pré-diabétiques et diabétiques. Dans cette optique, l'inhibition de la lipase hormono-sensible (LHS) adipocytaire (enzyme responsable de la libération d'acides gras par le tissu adipeux) protège de l'insulino-résistance. Les mécanismes impliqués dans l'amélioration de la sensibilité à l'insuline n'étaient cependant pas encore connus. Mon travail de thèse a donc été axé sur l'identification des mécanismes liant l'inhibition de la LHS et l'amélioration de la sensibilité à l'insuline. Dans des adipocytes humains, l'invalidation de la LHS augmente le transport du glucose, la voie de la lipogenèse de novo (synthèse d'acides gras à partir du glucose) et le signal insulinique. Parmi les enzymes lipogéniques, l'élongase des acides gras à longue chaîne ELOVL6 voit son expression très fortement induite in vitro et in vivo lors d'une déficience pour la LHS, conduisant à un enrichissement en oléate des phospholopides et des triglycérides. L'invalidation d'ELOVL6 dans des adipocytes humains a permis de démontrer le rôle clé de l'élongase dans la médiation des effets bénéfiques de l'invalidation de la LHS. In vivo, une déficience pour ELOVL6 conduit également à une détérioration du signal insulinique dans le tissu adipeux. Dans des études cliniques, l'expression d'ELOVL6 s'effondre au cours de l'insulino-résistance et est restaurée après une chirurgie bariatrique. L'enrichissement en oléate dans les phospholipides par ELOVL6 est responsable des effets protecteurs de l'inhibition de la LHS sur le signal insulinique. Des adipocytes surexprimant ELOVL6 présentent d'ailleurs une augmentation de la fluidité membranaire associée à une amélioration du signal insulinique. Dans le foie, ELOVL6 est une cible du facteur de transcription ChREBP. ChREBP adipocytaire, notamment l'isoforme ChREBPß, a récemment été mis en évidence pour son rôle déterminant sur la sensibilité à l'insuline systémique. Chez l'Homme, nous avons observé in vitro et in vivo d'étroites corrélations positives entre les expressions adipocytaires de ChREBPß et d'ELOVL6. L'inhibition simultanée de la LHS et ChREBP réduit fortement l'expression d'ELOVL6 et annule l'enrichissement en oléate des phospholipides ainsi que l'amélioration du signal insulinique. De manière particulièrement intéressante, nous avons mis en évidence qu'une interaction physique entre la LHS et ChREBP inhibe la translocation nucléaire du facteur et son activité transcriptionnelle. L'activité catalytique de la LHS n'est pas requise pour assurer l'interaction. Nous avons aussi montré que cette interaction est spécifique de la LHS et est restreinte à l'adipocyte. En conclusion, notre travail a mis au jour une nouvelle voie déterminante pour la sensibilité à l'insuline adipocytaire, liant la LHS au facteur de transcription ChREBP et à sa cible, l'élongase des acides gras ELOVL6. L'enrichissement consécutif en oléate des phospholipides conduit à une augmentation de la fluidité membranaire et à une amélioration du signal insulinique. L'inhibition de l'interaction entre la LHS et ChREBP dans le tissu adipeux pourrait donc être bénéfique dans la prise en charge de l'insulino-résistance associée à l'obésité. / Insulin resistance is a feature frequently associated to obesity and an early defect in the development of type 2 diabetes. Improvement of fat cell insulin signaling may favor recovery of whole body systemic insulin sensitivity in pre-diabetic and diabetic states. In this context, inhibition of hormone-sensitive lipase (HSL) in adipocytes (an enzyme responsible for fatty acid release by adipose tissue) was demonstrated to be protective against insulin resistance. However, the mechanisms remained unclear. Consequently, my PhD work aimed at understanding the mechanisms linking HSL inhibition and improvement of insulin sensitivity. In human adipocytes, HSL gene silencing increased glucose transport, de novo lipogenesis and insulin signaling. Among de novo lipogenesis enzymes, ELOVL6 was preferentially induced in vitro and in vivo during HSL partial deficiency, resulting in enrichment of phospholipids and triglycerides in oleic acid. ELOVL6 gene silencing in human adipocytes provided the direct demonstration of the role of the enzyme in the beneficial effect of HSL inhibition. Fat cell insulin signaling was also impaired in adipose tissue of Elovl6 null mice. In clinical studies, ELOVL6 expression was blunted in insulin resistant states and restored after bariatric surgery. ELOVL6-mediated oleic acid enrichment of phospholipids was responsible for the positive effect of HSL inhibition on insulin signaling. FRAP studies revealed an increase in plasma membrane fluidity and insulin signaling in adipocytes overexpressing ELOVL6. In the liver, ELOVL6 is a target of ChREBP. Adipose ChREBP, notably the constitutively active isoform ChREBPß, recently emerged as a major determinant of systemic insulin action on glucose metabolism. In humans, we observed in several in vitro models and in vivo studies a strong positive association between adipose ChREBPß and ELOVL6. Dual HSL-ChREBP inhibition blunted adipose ELOVL6 expression in vivo and in vitro and mirrored ELOVL6 gene silencing on fatty acid profile and insulin signaling. Importantly, we found that physical interaction between HSL and ChREBP impairs ChREBP translocation into the nucleus and its transcriptional activity. A naturally short form of HSL devoid of catalytic activity retained the capacity to bind ChREBP. We also demonstrated that ChREBP-HSL interaction was specific of the lipase and restricted to adipocyte. To conclude, our work identifies a novel pathway critical for optimal insulin signaling in fat cells which links the neutral lipase HSL to the glucose-responsive transcription factor ChREBP and its target gene, the fatty acid elongase, ELOVL6. ELOVL6-mediated oleate enrichment in phospholipids increases membrane fluidity and improves insulin signaling. Inhibition of HSL/ChREBP interaction in adipose tissue may be beneficial in the treatment of obesity-associated insulin resistance.

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

Le cancer de la prostate est un véritable problème de santé publique qui se situe au premier rang des cancers incidents chez l’homme. Les cellules tumorales ont un métabolisme différent des cellules normales, et cibler le métabolisme des cellules cancéreuses est devenu une stratégie thérapeutique prometteuse. La metformine est un médicament couramment prescrit contre le diabète de type II, qui possède des propriétés anti-tumorales et affecte le métabolisme des cellules cancéreuses. L'augmentation de la lipogenèse est observée dans nombreux cancers dont le cancer de la prostate. Nous montrons que la metformine inhibe la lipogenèse dans les cellules cancéreuses de prostate via un déficit énergétique cellulaire. En effet, l’ATP est diminuée de façon dose dépendante par la metformine et cette diminution est significativement corrélée avec l'inhibition de la lipogenèse. De plus, la metformine induit un gonflement des mitochondries et une désorganisation des crêtes mitochondriales dans les cellules cancéreuses de prostate. De façon intéressante, nous observons que la metformine provoque une augmentation des flux calciques et un relargage du calcium du réticulum endoplasmique. Nous émettons l'hypothèse que ce calcium s'accumule dans la mitochondrie ce qui pourrait générer un gonflement de celles-ci. En réponse à ces signaux calciques ou à la diminution de la fonctionnalité des mitochondries, la metformine stimule la biogenèse mitochondriale dans les cellules cancéreuses de prostate. En conclusion, cette étude a permis de mieux comprendre les mécanismes moléculaires et cellulaires induits par la metformine dans le cancer de la prostate. / Prostate cancer is a major public health problem. Tumor cells have a different metabolism than normal cells, and targeting cancer cells metabolism becomes a promising therapeutic strategy. Metformin is a commonly prescribed anti-diabetic drug which has anti-tumor properties. Increased lipogenesis is a common feature of cancer cells including prostate cancer. We show that metformin effect on lipogenesis is due to a cellular energy deficit. Lipogenesis requires ATP and the decrease in ATP induced by metformin is significantly correlated with the inhibition of lipogenesis. Furthermore, we demonstrate that metformin induces mitochondrial swelling and disruption of cristae in prostate cancer cells. Interestingly, we show that metformin triggers a calcium flux and the release of calcium from the endoplasmic reticulum. We hypothesize that the accumulation of calcium into the mitochondria generates its swelling. In addition, we show that metformin stimulates mitochondrial biogenesis in prostate cancer cells. In conclusion, this study allowed to better understand the molecular and cellular mechanisms induced by metformin in prostate cancer.

Une des enzymes clés de la lipogenèse hépatique, la stéaroyl-CoA désaturase 1 (SCD1), qui est impliquée dans la biosynthèse des acides gras monoinsaturés, semble jouer un rôle important dans le développement de l'obésité et de ses désordres métaboliques associés. En fait, une modification du ratio d'acides gras saturés versus acides gras mono-insaturés a été impliquée dans le développement de l'obésité, du diabète de type II et des maladies cardiovasculaires. L'expression de Scd1 est sous la dépendance de diverses hormones qui sont fortement modulées par la diète. L'insuline, dont la concentration augmente après un repas, permet d'activer la transcription du gène Scd1, tandis qu'une diète riche en acides gras polyinsaturés (PUFAs) permet d'inhiber son effet. La régulation de Scd1 est accomplie, entre autres, par la présence d'un élément de réponse à l'insuline sur le promoteur qui fixe les facteurs de transcription (TF) SREBP-1 et NF-Y et par l'activation de voies de signalisation spécifiques impliquant la voie PI3-K/mTOR. Ce projet vise à établir les mécanismes d'action des PUFAs et leurs liens potentiels avec PI3-K/mTOR au niveau hépatique. Grâce à des analyses de retard sur gel, nous avons démontré que l'insuline régulait la fixation de ces TFs sur le promoteur Scd1 et que cette fixation était modulée par les inhibiteurs de cette voie et par l'acide arachidonique. De plus, nous avons évalué par PCR en temps réel le rôle de l'insuline, et donc PI3-K/mTOR, ainsi que celui de l'acide arachidonique sur le niveau d'expression de Scdl et de ses TFs. Nos résultats démontrent au niveau hépatique que la voie PI3-K/mTOR cible des TFs spécifiques sur le promoteur Scd1 activant ainsi l'expression de ce gène en réponse à l'insuline et que les PUFAs permettent de contrer ses effets. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Lipogenèse de nova, SCD1, Insuline, mTOR, PUFA, SREBP-1, NF-Y.

Le développement du tissu adipeux blanc est finement régulé par des facteurs pro- et anti- adipogéniques. Au cours de l’obésité, son expansion conduit à de nombreuses complications métaboliques. A ce jour, peu de données sont disponibles sur les facteurs qui contrôlent négativement son développement. Dans ce contexte, le laboratoire a dirigé ses recherches sur le rôle de l’aldose réductase murine Akr1b7 dans ce tissu. Akr1b7 est exprimée dans la fraction stromale vasculaire du tissu adipeux blanc et possède un effet anti-adipogénique sur les préadipocytes en culture. La réalisation et l’analyse de souris invalidées pour le gène Akr1b7 nous a permis de démontrer que la perte de Akr1b7 entraîne une expansion de la masse adipeuse par une hypertrophie et une hyperplasie des adipocytes associées à une insulino-résistance. Les souris Akr1b7-/- ne sont pas hyperphagiques mais présentent un métabolisme basal réduit. Akr1b7 qui possède une activité prostaglandine synthase, régule le développement excessif du tissu adipeux par deux mécanismes dépendant de la PGF2α à savoir, l’inhibition de l’adipogenèse et de la lipogenèse. D’autre part, nous avons développé un modèle de souris transgéniques sur-exprimant l’aldose réductase humaine AKR1B1 dans le tissu adipeux. Contre toute attente et à l’inverse de Akr1b7, ce modèle montre un effet pro-adipogénique deAKR1B1. Ces données in vivo révèlent des activités inédites et opposées entre différentes isoformes d’aldose réductase et ouvrent de nouvelles pistes pour appréhender les mécanismes contrôlant l’homéostasie adipeuse et ses dérèglements. / White adipose tissue development is tightly regulated by pro-and anti-adipogenic factors. In obesity, its increased development leads to many metabolic complications. To date, little is known about the factors that control negatively its growth. In this context, the laboratory has focused researches on the murine aldose reductase Akr1b7 role in white adipose tissue. Akr1b7 is expressed in stromal vascular fraction of white adipose tissue and exhibits an anti-adipogenic action on a preadipocyte cell line. Generation and study of Akr1b7-/- knockout mice allows us to demonstrate that lack of Akr1b7 leads to adipose tissue expansion due to hypertrophy and hyperplasia of adipose cells associated to insulin resistance. Akr1b7-/- mice are not hyperphagic but show reduced basal metabolic rate. This phenotype confirms Akr1b7 involvement in adipose tissue physiology. Akr1b7 regulates development of adipose tissue by a PGF2α-dependent inhibition of both adipogenesis and lipogenesis. On the other hand, we have developed a transgenic murine model over-expressing the human aldose reductase AKR1B1 in adipose tissue. Against all odds and contrary to Akr1b7, this model shows a pro-adipogenic effect of AKR1B1. These in vivo data reveal new and opposed activities of different aldose reductase isoforms and open new avenues to understand the mecanisms regulating fat homeostasis and its disturbances.

E2F1, un régulateur crucial du métabolisme dans les cellules normales et cancéreuses.Résumé: Le facteur de transcription E2F1 est largement décrit pour son implication dans le contrôle du cycle cellulaire. Notre laboratoire et d'autres ont montré qu'il jouait également un rôle majeur dans le contrôle de l'homéostasie du glucose et des lipides. Dans les travaux présentés dans cette thèse, nous avons démontré ici en utilisant les souris invalidées pour E2F1 (souris E2f1-/-), qu'il joue un rôle dans le mécanisme de sécrétion d'insuline, dans la lipogenèse et la gluconéogenèse hépatique et dans le contrôle du métabolisme oxydatif. Dans la cellules β pancréatique, E2F1 contrôle la sécrétion d'insuline via le contrôle de l'expression de Kir6.2. Nous avons également montré l'implication de E2F1 dans la régulation de l'expression de gènes oxydatifs dans le TAB et le muscle. De plus, l'étude du foie de ces souris a permis de montrer le rôle de E2F1 dans le contrôle de la lipogenèse et la néoglucogenèse. E2F1 semble en effet capable de réguler l'expression d'un gène clé de la lipogenèse, Fas et de la G6Pase, un gène impliqué dans la production hépatique de glucose, en coopérant avec le facteur de transcription foxo-1. Enfin, nous avons observé que la diminution de la néoglucogenèse en absence de E2F1 empêche la formation de métastases pulmonaires. Ces différents résultats démontrent que E2F1 est un régulateur clé du métabolisme, et que la modulation de son activité pourrait avoir des conséquences majeures dans le développement de maladies comme le diabète, l'obésité, les myopathies et le cancer.Mots clés: E2F1, sécrétion d'insuline, métabolisme oxydatif, lipogenèse, gluconéogenèse, cancer. / E2F1, a crucial regulator of metabolism in normal and cancer cells. Abstract: E2F1 is a key transcription factor involved in the control of the cell cycle. We and others have previously demonstrated a a major role for E2F1 in the control of glucose and lipid homeostasis. In this thesis, we showed bu using E2F1 null mice, that E2F1 plays a major role in the control of insulin secretion, oxidative metabolism, lipogenesis and gluconeogenesis. E2F1 controls insulin secretion through the modulation of Kir6.2 expression. Moreover, we demonstrated that E2F1 controls the expression of oxidative genes in BAT and muscle. In addition, we observed that E2F1 is involved in the control of lipogenesis and gluconeogenesis in the liver. E2F1regulates the expression of key lipogenic genes, such as Fas, and G6Pase, a gene involved in hepatic glucose production, through cooperation with foxo-1. Finally, we observed that the inhibition of gluconeogenesis upon E2f1 genetic ablation impaired the formation of lung metastases. These different results show that E2F1 is a key regulator of metabolism, and that modulating its activity could have High outcomes on diseases such as diabetes, obesity, muscular distrophies or cancers.Key words: E2F1, insulin secretion, oxidative metabolism, lipogenesis, gluocneogenesis, cancer.

Le défi actuel de la production animale est de maximiser l'efficacité alimentaire tout en minimisant les coûts de production et les impacts environnementaux. L'efficacité alimentaire est influencée par les caractéristiques des animaux telles que l'utilisation de l'énergie, qui dépend de la teneur énergétique du gain de poids corporel, en particulier des lipides corporels. Cependant, il existe une variation importante des lipides corporels et de l'efficacité alimentaire chez les porcs même lorsqu'ils sont issus d'une même génétique et élevés dans les mêmes conditions. Par conséquent, comprendre les mécanismes associés à cette variation pourrait aider à améliorer la production animale et/ou à manipuler la composition corporelle chez les porcs. L'objectif de cette thèse était de comprendre les facteurs liés aux variations de la composition corporelle et à l'utilisation de l'énergie afin d'améliorer les connaissances sur les processus métaboliques responsables de la variation observée entre les animaux dans leur capacité à utiliser les nutriments alimentaires. La sensibilité à l'insuline et le comportement alimentaire ont été sélectionnés comme candidats en raison de leur influence sur la dynamique des hormones métaboliques telles que l'insuline qui régule la synthèse des lipides et des protéines. Dans ce travail, une approche originale pour décrire le comportement alimentaire tenant compte des limitations des paramètres d'alimentation conventionnels est proposée, et une technique in vivo pour estimer la lipogenèse de novo a été adaptée des isotopes radioactifs aux isotopes stables. Les résultats de ce travail suggèrent que : 1) le comportement alimentaire n'est pas un facteur important influençant l'utilisation de l'énergie chez les porcs. Cependant, l'indice pour décrire l'irrégularité de la prise alimentaire proposée dans ce travail a abouti à une approche appropriée pour décrire les comportements alimentaires individuels. Cet indice intègre la plupart des informations sur le comportement alimentaire obtenues à l'aide de plusieurs variables de comportement alimentaire conventionnelles et peut être utilisé dans des études concernant l'effet de facteurs externes ou animaux sur le comportement alimentaire. 2) contrairement au comportement alimentaire, la sensibilité à l'insuline était fortement et négativement corrélée avec les lipides corporels totaux et expliquait environ 45 % des variations des lipides corporels totaux et des protéines chez les porcs. De plus, des associations importantes entre la sensibilité à l'insuline et les processus métaboliques ont été trouvées au niveau de l'expression génétique et de la synthèse (par exemple, la synthèse des lipides). Cela indique que la sensibilité à l'insuline est un facteur important déterminant en l'utilisation de l'énergie alimentaire et des nutriments avec des implications pour la composition corporelle des porcs en finition. Ce travail a permis de comprendre le rôle de la sensibilité à l'insuline dans la modulation des réponses à l'insuline et son implication dans l'utilisation de l'énergie et la composition corporelle. En outre, cette thèse suggère que la modulation de l'utilisation de l'énergie par des facteurs externes et le comportement alimentaire ne peut être obtenue si les caractéristiques métaboliques telles que la sensibilité à l'insuline ne sont pas prises en compte au niveau individuel. / The current challenge in animal production is to maximize feed efficiency while minimizing production costs and environmental impacts. Feed efficiency is influenced by animal characteristics such as energy utilisation, which depends on the energy content of body weight gain, especially body lipids. However, there is important variation in body lipids and feed efficiency among pigs of the same genetic background. Therefore, understanding the mechanisms associated with this variation could help to improve animal production and/or manipulate body composition in pigs. The aim of this thesis was to understand factors related with body composition variations and energy utilisation to improve the knowledge regarding the metabolic processes responsible for the observed variation between individual animals in their ability to use dietary nutrients for growth. Insulin sensitivity and feeding behavior were selected as candidates due to their influence in the dynamic of metabolic hormones such as insulin that regulates lipid and protein synthesis. In this work, an original approach to describe feeding behavior accounting for limitations of conventional feeding parameters is proposed, and an in vivo technique to estimate de novo lipogenesis was adapted from radioactive to stable isotopes. The results of this work suggest that: 1) feeding behavior is not an important factor influencing energy utilisation in pigs. However, the index to describe the irregularity of feed intake proposed in this work resulted in a suitable approach for describing individual feeding behavior patterns. This index integrates most of the information on feeding behavior obtained using several conventional feeding behavior variables and can be used in studies regarding the effect of externals or animal factors on feeding behavior. 2) unlike feeding behavior, insulin sensitivity was strongly and negatively correlated with total body lipids and explained about 45 % of the total body lipids and protein variations among pigs. In addition, important associations among insulin sensitivity with metabolic processes were found at the genetic expression and synthesis level (e.g., lipid synthesis). This indicates that insulin sensitivity is an important factor determining the utilization of dietary energy and nutrients with implications for body composition in finishing pigs. This work helped to understand the role of insulin sensitivity in the modulation of insulin responses and its implication in energy utilisation and body composition. In addition, this thesis suggests than modulation of energy utilisation by external factors and feeding behavior cannot be achieved if metabolic characteristics such as insulin sensitivity are not accounted at the individual level.

L'insuline, hormone clé du contrôle de l'homéostasie métabolique, exerce également des effets trophiques sur la croissance et la prolifération cellulaire. Des études épidémiologiques ont récemment montré que les individus obèses ou diabétiques de type 2 ont un risque plus élevé de développer des cancers et elles ont également suggéré que l’insuline jouerait un rôle dans ce développement tumoral. Ainsi, une signalisation adéquate en aval du récepteur de l’insuline est indispensable pour éviter des processus physiopathologiques. La signalisation de l’insuline est contrôlée par des mécanismes de rétrocontrôle, dont l’adaptateur moléculaire Grb14 qui agit comme un inhibiteur endogène de l’activité catalytique du RI. L’objectif de ma thèse a été d’étudier les conséquences métaboliques et mitogéniques de l’inhibition de Grb14 in#vivo spécifiquement dans le foie de souris. Dans une première étude, nous montrons que sept jours après l’invalidation de Grb14, les souris présentent une activation des voies de signalisation de l’insuline, qui s’accompagne d’une amélioration de la tolérance au glucose et de la production hépatique de glucose. Cependant, de façon paradoxale, la voie de la lipogenèse est très fortement diminuée. En décryptant le mécanisme moléculaire impliqué, nous montrons que l’inhibition de Grb14 permet la libération de la protéine p62/sqstm1 qui active le facteur de transcription Nrf2, ce qui entraine une inhibition du récepteur nucléaire pro-lipogénique LXR. De façon intéressante, l’invalidation de Grb14 chez des souris ob/ob permet de restaurer la glycémie et la stéatose hépatiques à des valeurs comparables aux témoins. Cette étude a ainsi permis de mettre en évidence une nouvelle voie de régulation de la lipogenèse hépatique. Dans une deuxième étude, nous nous sommes intéressés à l'action mitogénique de l'insuline. Nous montrons que 48 heures après l'inhibition de Grb14, les hépatocytes, qui sont des cellules quiescentes, entrent massivement dans le cycle cellulaire. Ce processus est dépendant de l’expression du RI et est médié par la signalisation PI3K/Akt/mTORC1 et la voie Rb/E2F1. Ces données révèlent ainsi que l'insuline est un puissant facteur mitogène dans le foie et que son action est étroitement contrôlée par l’adaptateur Grb14. D’un point de vue physiopathologique, nous avons pu mettre en évidence une diminution de significative de 58% de l’expression de Grb14 dans une collection de 70 CHC humains, apportant ainsi une explication moléculaire à une action pro-tumorigène de l’insuline dans le foie. L’ensemble de ces deux études permet de placer Grb14 au centre de la régulation des actions métaboliques et mitogéniques de l’insuline dans le foie. / Insulin is a key hormone controling metabolic homeostasis which also exerts having trophic effects on cell growth and proliferation. Epidemiological studies have recently shown that obese and type 2 diabetes patients are at higher risk of developing cancers, suggesting that insulin could be involved in tumor development. Proper signaling downstream the insulin receptor is thus essential to prevent pathophysiological processes. Insulin signaling is controlled by feedback mechanisms including the molecular adapter Grb14 which acts as an endogenous inhibitor of the IR catalytic activity. The aim of my PhD was to investigate the metabolic and mitogenic consequences of liver specific Grb14 inhibition in mouse. In the first study, we showed that after seven days of Grb14 invalidation, liver insulin signaling is enhanced, resulting in improved glucose tolerance and diminished hepatic glucose production. However, paradoxically, lipogenesis was greatly decreased. Deciphering the molecular mechanism, we show that Grb14 inhibition leads to the release of its partner p62/SQSTM1, inducing the activation of the Nrf2 transcription factor, which ultimatly inhibited the pro-lipogenic LXR nuclear receptor. Interestingly, Grb14 invalidation in ob/ob mice can restore blood glucose and hepatic steatosis comparable to control values. The study thus highlighted a new pathway controlling lipogenesis that could be targetted to improve metabolic diseases. In the second study, we were interested in insulin mitogenic action. We showed that 48 hours after Grb14 inhibition, hepatocytes that are quiescent cells, massively go through one cell cycle. This process depend on IR expression and is mediated by the PI3K/Akt/mTORC1 pathway and the Rb/E2F1 complex. Our data thus suggest that insulin is a potent mitogenic factor in the liver whose action is closely controlled by the Grb14 adapter in physiological conditions. Importantly, Grb14 expression is significantly decreased in a collection of human HCC, hence bringing out a molecular basis for a pro-tumorigenic action of hyperinsulinemia. Together these two studies reveal that Grb14 is a crucial gatekeeper of insulin metabolic and mitogenic actions in the liver.