Des études montrent que l’accumulation de lipides dans l’hypothalamus serait responsable de l’installation d’une lipotoxicité centrale : phénomène qui pourrait jouer un rôle dans l’apparition d’une insulino-résistance périphérique et du diabète de type II en dérégulant le contrôle nerveux de l’homéostasie glucidique. Il est connu que l'accumulation des céramides est impliquée dans le développement d’une lipotoxicité des tissus périphériques. L’objectif de cette étude est de déterminer le rôle du métabolisme des céramides au niveau hypothalamique dans l’installation d’une insulino-résistance centrale et d'en étudier les mécanismes impliqués. Nous avons également déterminé le rôle du métabolisme des céramides hypothalamiques dans la dérégulation de l’homéostasie glucidique induite par l’obésité.L’installation d'une insulino-résistance centrale est étudiée à l'aide d'approches in vitro, en utilisant des cellules hypothalamiques de souris GT1-7 traitées avec du palmitate pendant 24h. L'action de l’insuline est mesurée par la quantification d’Akt phosphorylée (western blot). Les céramides sont quantifiées par lipidomique, l'expression d’ARNm des gènes codant pour les enzymes de la voie de synthèse de novo des céramides par qRT-PCR. Des rats Zucker obèses sont perfusés avec la myriocine (inhibiteur de la synthèse de novo des céramides) en ICV pendant 21 jours. Des tests de sensibilité à l'insuline et de tolérance au glucose sont réalisés. A la fin du traitement, ils reçoivent une injection ICV d'insuline, la sensibilité à l’insuline ainsi que les taux de céramides sont quantifiés dans l’hypothalamus. Les îlots de Langerhans sont isolés pour des tests de sécrétion d'insuline.Nous avons mis en évidence une insulino-résistance dans la lignée hypothalamique GT1-7 traitées avec le palmitate qui s’accompagne d’une accumulation de céramides. En présence de myriocine, les céramides ne sont plus accumulés et le l’insulino-résistance induite par le palmitate est contre-carrée. En utilisant un inhibiteur de la PKCζ et un adénovirus codant pour un dominant-négatif de la PKCζ, nous avons montré que le palmitate n'est plus capable d'induire une insulino-résistance et ce malgré la présence d'une accumulation de céramides. Chez le rat Zucker obèse, nous avons mis en évidence une accumulation de céramides hypothalamiques qui est contre-carrée par la myriocine. Ceci est associé avec une amélioration de la sensibilité à l’insuline dans l’hypothalamus. De façon, intéressante, ces animaux améliorent leur tolérance au glucose qui est associée à une augmentation du tonus parasympathique conduisant à une augmentation de la sécrétion d’insuline. Les îlots de Langerhans isolés à partir de ces rats présentent une capacité sécrétoire augmentée lors du traitement avec la myriocine.Au final, notre étude révèle que la lipotoxicité hypothalamique est associée à une accumulation de céramides dans cette structure, responsable de l’installation d’une insulino-résistance. Ces résultats mettent également en évidence le rôle clé du métabolisme des céramides au niveau de l’hypothalamus dans la dérégulation du contrôle nerveux de l’homéostasie glucidique induit par l’obésité / Studies show that hypothalamic lipid accumulation is responsible for the development of central lipotoxicity, a phenomenon that could play a role in the installation of peripheral insulin resistance and type II diabetes by deregulating the nervous control of glucose homeostasis. It is known that the accumulation of ceramides is involved in the development of lipotoxicity of peripheral tissues. The objective of this study is to determine the role of the hypothalamic ceramide metabolism on the installation of a central insulin resistance and to study the mechanisms involved on this phenomenon. We also determined the role of hypothalamic ceramide metabolism in the deregulation of obesity-induced glucose homeostasis.The installation of a central insulin resistance is studied using in vitro approaches using hypothalamic GT1-7 mouse cells treated with palmitate for 24 hours. The action of insulin is measured by the quantification of phosphorylated Akt (western blot). The ceramides are quantified by lipidomic assay, mRNA expression of genes encoding enzymes of de novo synthesis pathway of ceramides by qRT-PCR. Obese Zucker rats were perfused with myriocin (an inhibitor of de novo synthesis of ceramides) in ICV for 21 days. Insulin sensitivity and glucose tolerance tests are performed. At the end of treatment, they receive an ICV injection of insulin, insulin sensitivity and ceramide levels are quantified in the hypothalamus. Islets of Langerhans are isolated for insulin secretion tests.We have demonstrated that palmitate is able to induce insulin resistance in the hypothalamic GT1-7, which is accompanied by an accumulation of ceramides. In the presence of myriocin, ceramides are no longer accumulated and the insulin resistance induced by palmitate is counteract. Using an inhibitor of PKCζ and an adenovirus encoding a dominant-negative of PKCζ, we have shown that palmitate is no longer able to induce insulin resistance despite the presence of an accumulation of ceramides. In the obese Zucker rat, we have demonstrated an accumulation of hypothalamic ceramides which is counteract by myriocin. This is associated with an improvement in insulin sensitivity in the hypothalamus. Interestingly, these animals improve their glucose tolerance which is associated with an increase in parasympathetic tone leading to an increase in insulin secretion. Islets of Langerhans isolated from these rats have increased secretory capacity when treated with myriocin.In conclusion, our study reveals that hypothalamic lipotoxicity is associated with an accumulation of ceramides in this structure, responsible for the installation of insulin resistance. These results also highlight the key role of ceramide metabolism at the hypothalamus level in the deregulation of nervous control of obesity-induced carbohydrate homeostasis

Résumé : Le syndrome des ovaires polykystiques (SOPK) affecte 6-10% des femmes en âge de procréer et est la principale cause d’infertilité anovulatoire. Cette condition est principalement caractérisée par une hyperandrogénie provenant des ovaires et des glandes surrénales. De plus en plus d’études, à la fois in vivo et in vitro, indiquent qu’une surexposition ovarienne en gras, de même que les mécanismes lipotoxiques subséquents pourraient causer l’hyperandrogénie chez ces femmes. Ainsi, cette étude vise à 1) évaluer l’implication des gras et de l’inflammation folliculaire dans la production des androgènes ovariens par une étude de corrélation; et 2) comparer les niveaux folliculaires de gras, métabolites lipidiques et marqueurs inflammatoires entre les femmes SOPK et non-SOPK. Cette étude transversale a recruté 80 femmes en cours de fécondation in vitro. Treize étaient SOPK, 58 étaient non-SOPK et 9 avaient un diagnostic incertain. Les participantes au projet avaient un âge moyen de 33 ± 4 ans. Tout groupe confondus, les niveaux folliculaires de testostérone corrélaient avec les gras (r=0,381; P=0,001; indépendamment de l’IL-6), les acylcarnitines (r≥0,255; tout P=0,008; non indépendamment des gras) et l’IL-6 (r=0,300; P=0,009; indépendamment des gras). De plus, les niveaux folliculaires de gras corrélaient avec les acylcarnitines (r≥0,594; tout P<0,001). Lorsque comparées aux femmes non-SOPK, les femmes SOPK étaient plus obèses (BMI: 31,2 vs. 25,1 kg/m2; P=0,009) et avaient des niveaux folliculaires plus élevés de testostérone (12,9 vs. 0,29 nM; P=0,001), de gras (P=0,001), d’acylcarnitines (tout P=0,001) et du marqueur inflammatoire IL-6 (13,0 vs. 8.6 pg/mL; P=0,018), le tout indépendamment de l’IMC. Les résultats suggèrent qu’une exposition intra-ovarienne en gras pourrait contribuer à une augmentation de la production des androgènes. Les mécanismes pourraient inclure une β-oxydation insuffisante, illustré par des acylcarnitines élevés, menant à l’accumulation de métabolites lipidiques toxiques, et une inflammation ovarienne, possiblement suite à une infiltration de macrophages. Ces deux mécanismes semblent être indépendants. De plus, l’environnement ovarien des femmes SOPK est caractérisé par une élévation des gras, de métabolites lipidiques et de marqueurs inflammatoires. Il peut donc être proposer que l’hyperandrogénie caractéristique du SOPK soit causée en partie par la lipotoxicité. // Abstract : Polycystic ovary syndrome (PCOS) affects 6-10% of the women of childbearing age and is the main cause of anovulatory infertility. It is mainly characterised by hyperandrogenism that can originate from the adrenal gland and the ovaries. A growing number of evidences, either in vivo or in vitro, points toward an overexposition to fat and lipotoxic mechanisms (lipid induced cellular toxicity) as the cause of PCOS hyperandrogenesis. Therefore, we aimed to: 1) evaluate the implication of follicular fluid (FF) levels of fat and inflammation markers in the ovarian production of androgens through a correlation analysis; and 2) compare FF levels of lipids, lipid metabolite levels and inflammation markers between PCOS and non-PCOS women. This cross-sectional controlled study was performed with 80 women undergoing an IVF procedure. Among them, 13 were PCOS, 58 were non-PCOS and 9 had an uncertain diagnosis. Participants were aged 33 ± 4 years old and had an average body mass index (BMI) of 25.7 ± 6.2. When analysing all women, follicular levels of testosterone correlated significantly with fat (NEFA + triglycerides) (r=0.381; P=0.001; independently of l’IL-6), acylcarnitines (r≥0.255; all P=0.008; not independently of fat) and l’IL-6 (r=0.300; P=0.009; independently of fat). Moreover, follicular levels of fat significantly correlated with acylcarnitines (r≥0.594; all P<0.001). When compared to non-PCOS women, PCOS women were significantly more obese (BMI: 31.2 vs. 25.1 kg/m2, P=0.009) and had significantly higher follicular levels of testosterone (12.9 vs. 0.29 nM, P=0.001), fat (P=0.001), acylcarnitines (all P=0.001) and inflammatory marker IL-6 (13.0 vs. 8.6 pg/mL, P=0.018), everything independently of BMI. Our results suggest that intra-ovarian exposure to fat may be responsible for the increased production of androgens. Mechanisms are likely to include an insufficient β-oxidation, leading to the accumulation of toxic lipid metabolites, and ovarian inflammation, possibly through macrophage infiltration. Both these mechanisms seem independent of one another. Also, intra-ovarian environment of PCOS women are characterized by increased levels of fat, acylcarnitines and inflammatory marker. It can thus be proposed that lipotoxic mechanisms are responsible for the increased production of androgen that is characteristic of PCOS women.

Le syndrome des ovaires polykystiques (SOPK) touche entre 5 à 10 % des femmes en âge de procréer et est associé à de nombreuses complications. Ce désordre endocrinien est caractérisé par des niveaux circulants élevés d’androgènes, dont la production est principalement modulée par la P450c17 et son cofacteur, soit la P450oxydoréductase (POR). Plusieurs études démontrent que l’hyperandrogénie présente chez les femmes SOPK pourrait être causée par la formation de phénomènes toxiques survenant à la suite de l’exposition des tissus non adipeux à un excès d’acides gras non estérifiés (AGNE), appelé lipotoxicité. Ainsi, l’objectif de cette étude est de déterminer les mécanismes cellulaires sous-jacents à l’hyperandrogénie induite par la surexposition des cellules productrices d’androgènes aux AGNE. Pour y arriver, les cellules surrénaliennes bovines (CSB) ont été exposées en présence de forskoline (Fsk; 1X/2 jours; 10 µM; activateur des adénylates cyclases) et d’oléate (acide gras monoinsaturé, 2X/jour; 200 µM) durant 48 heures. Par la suite, le milieu de culture a été prélevé afin de doser le DHEA (principal androgène surrénalien) par ELISA. De plus, les protéines ont été récoltées afin de déterminer l’expression protéique de la P450c17 et de POR par Western blot. Finalement, pour déterminer les activités 17αhydroxylase et 17,20-lyase de la P450c17, la concentration de plusieurs stéroïdes a été déterminé par LC-MS/MS et le ratio produit/substrat a été effectué. Les résultats sont présentés en moyenne ± SEM. Ainsi, sous stimulation à la Fsk, la présence de 200 µM d’oléate (vs absence d’oléate) augmente la production de DHEA de 114% par les CSB (n=17; 214 ± 20% vs 100 ± 0%; p<0,0001). De plus, l’ajout d’oléate n’affecte pas l’expression de la P450c17 (n=8; 98 ± 6% vs 100 ± 0%; p=0,74) et de POR (n=7; 119 ± 13% vs 100 ± 0%; p= 0,22). Finalement, la présence d’oléate augmente l’activité 17αhydroxylase de la P450c17 de 124% (n=7; 224 ± 19% vs 100 ± 0%; p= 0,02) et tends à augmenter l’activité 17,20-lyase de la P450c17 de 81% (n=7; 181 ± 28% vs 100 ± 0%; p= 0,08). Ainsi, l’augmentation de la production des androgènes induite par les AGNE pourrait être due principalement à leurs effets sur l’augmentation des deux activités enzymatiques de la P450c17, sans effet significatifs sur l’expression de la P450c17 ni de son cofacteur POR. Les mécanismes sous-jacents à l’augmentation des activités de la P450c17 demeurent à élucider.

Résumé : Une dysrégulation de la lipolyse des tissus adipeux peut conduire à une surexposition des tissus non-adipeux aux acides gras non-estérifiés (AGNE), qui peut mener à un certain degré de lipotoxicité dans ces tissus. La lipotoxicité constitue, par ailleurs, l’une des causes majeures du développement de la résistance à l’insuline et du diabète de type 2. En plus de ses fonctions glucorégulatrices, l’insuline a pour fonction d’inhiber la lipolyse et donc de diminuer les niveaux d’AGNE en circulation, prévenant ainsi la lipotoxicité. Il n’y a pas d’étalon d’or pour mesurer la sensibilité de la lipolyse à l’insuline. Le clamp euglycémique hyperinsulinémique constitue la méthode étalon d’or pour évaluer la sensibilité du glucose à l’insuline mais il est aussi utilisé pour mesurer la suppression de la lipolyse par l’insuline. Par contre, cette méthode est couteuse et laborieuse, et ne peut pas s’appliquer à de grandes populations. Il existe aussi des indices pour estimer la fonction antilipolytique de l’insuline dérivés de l’hyperglycémie provoquée par voie orale (HGPO), un test moins dispendieux et plus simple à effectuer à grande échelle. Cette étude vise donc à : 1) Étudier la relation entre les indices de suppressibilité des AGNE par l’insuline dérivés du clamp et ceux dérivés de l’HGPO; et 2) Déterminer laquelle de ces mesures corrèle le mieux avec les facteurs connus comme étant reliés à la dysfonction adipeuse : paramètres anthropométriques et indices de dysfonction métabolique. Les résultats montrent que dans le groupe de sujets étudiés (n=29 femmes, 15 témoins saines et 14 femmes avec résistance à l’insuline car atteintes du syndrome des ovaires polykystiques), certains indices de sensibilité à l’insuline pour la lipolyse dérivés de l’HGPO corrèlent bien avec ceux dérivés du clamp euglycémique hyperinsulinémique. Parmi ces indices, celui qui corrèle le mieux avec les indices du clamp et les paramètres anthropométriques et de dysfonction adipeuse est le T50[indice inférieur AGNE] (temps nécessaire pour diminuer de 50% le taux de base – à jeun – des AGNE). Nos résultats suggèrent donc que l’HGPO, facile à réaliser, peut être utilisée pour évaluer la sensibilité de la lipolyse à l’insuline. Nous pensons que la lipo-résistance à l’insuline peut être facilement quantifiée en clinique humaine. / Abstract : It has been shown that a dysfunctional regulation of adipose-tissue lipolysis could conduct to non-adipose tissues overexpos ure to non exterified fatty acids (NEFA), leading to lipotoxicity. Lipotoxicity is considered as a key factor in the development of insulin resistance and type 2 diabetes. Insulin regulates glucose metabolism but also NEFA storage and release. To our knowledge, there is no gold standard for evaluating insulin sensitivity for lipolysis. The gold standard to measure insulin sensitivity for glucose is the euglycemic-hyperinsulinemic clamp. This method is simple to interpret because it achieves static levels of metabolic parameters at the end of each step of the clamp. The major limit of the clamp is that it is time-consuming, expensive and cannot be used on large population. On the other hand, the oral glucose tolerance test (OGTT) consists in a dynamic test also used to estimate insulin mediated glucose disappearance after ingestion of 75 g of glucose. Since the OGTT is easier to use, less expensive and can be suggested in large cohort studies, its potential use has been suggested to estimate insulin sensitivity for lipolysis, as well. T his work is the first to validate the use of simple indices derived from OGTT to estimate insulin sensitivity for lipolysis against the euglycemic clamp and adipose-tissue dysfunction in women. The results of this study clearly show in a group of 29 women (15 normal and 14 with polycystic ovary syndrome, who are used to increase the range of insulin resistance) that T50[subscript NEFA] (time to suppress 50% of NEFA baseline levels) during OGTT is the best index associated with glucose insulin clamp indices and clinical markers related to adipose tissue dysfunction and metabolic parameters. T50[subscript NEFA] (OGTT) was also better associated with central adiposity and metabolic parameters than clamp-derived indices. Since the OGTT is much easier to perform and is less expensive than the clamp technique, the use of OGTT to calculate T50[subscript NEFA] seems to be a valid method to assess antilipolytic action of insulin in large cohorts.

La stéatose hépatique non-alcoolique consiste en une accumulation de lipides dans le cytoplasme des hépatocytes. Longtemps considérée comme une pathologie bénigne, elle peut être à l’origine du développement d’un stade plus sévère : la stéatohépatite non alcoolique (NASH). La NASH s’accompagne de lésions sévères du foie liées à la genèse d’un stress oxydant, d’une inflammation et de la mort cellulaire. Le rôle de la mitochondrie est au centre de cette maladie, bien que les connaissances sur la dysfonction mitochondriale et ses conséquences sur l’apoptose soient encore insuffisantes. En effet, la mitochondrie est responsable de la dégradation des lipides par -oxydation et elle agit comme un centre intégrateur des signaux apoptotiques en déclenchant une perméabilisation des membranes mitochondriales (PMM) aboutissant à la libération de facteurs apoptogènes. Ce processus est considéré comme le point de non-retour de la voie mitochondriale de l’apoptose. Nos travaux ont porté sur la compréhension des mécanismes moléculaires liant l’apoptose hépatocytaire mitochondriale et la stéatose. La combinaison de quatre modèles expérimentaux de stéatose (biopsies de patients, mitochondries isolées de souris obèses ob/ob ou recevant un régime hypercalorique, et lignées cellulaires) a permis de montrer, dans le foie stéatosique, une sensibilité accrue à l’induction de la PMM et une augmentation de la perméabilité de VDAC (voltage-dependent anion channel), protéine formant un canal dans la membrane externe mitochondriale. Ces observations sont associées à une diminution de la phosphorylation de VDAC sur un résidu thréonine et sa perte d’interaction avec la protéine anti-apoptotique Bcl-XL et la kinase GSK3, révélant ainsi une nouvelle voie de signalisation par les lipides. Cette découverte s’est notamment appuyée sur l’utilisation de tests fonctionnels en mitochondries isolées que nous avions développés et validés dans plusieurs études aux stratégies expérimentales variées. En conclusion, notre étude permet de mieux comprendre la fragilité mitochondriale lipo-induite, stade précédant l’apoptose hépatocytaire, et ouvre des perspectives à visée biomédicale. / Non-alcoholic steatosis is a liver disease characterized by lipid accumulation in the cytoplasm of hepatocytes. For a long time, it has been considered as a benign condition. Now it is known that it can precede the development of a severe stage, non-alcoholic steatohepatitis (NASH). NASH is accompanied by severe dammages of the liver linked to the genesis of oxidative stress, inflammation and cell death. Mitochondrion is a central player of this disease; however, the knowledge of mitochondrial dysfunction and its consequences on apoptosis is still insufficient. Indeed, mitochondria are responsible for lipid degradation by -oxidation. Mitochondria act as a central integrator of apoptotic signals by triggering the mitochondrial membrane permeabilization (MMP) leading to the release of apoptogenic factors. This process is considered as the point of no return of the mitochondrial pathway of apoptosis. We aimed to better understand the molecular mechanisms linking mitochondrial liver apoptosis and steatosis. Combination of four experimental models of steatosis (human biopsies, isolated mitochondria from ob/ob obese mice, high fat diet-fed mice or hepatic cell lines) displayed, in steatotic livers, increased sensitivity to MMP induction and permeability of VDAC (Voltage dependent anion channel), a protein which forms a channel in the outer mitochondrial membrane. These findings are associated with the hypo-phosphorylation of VDAC on a threonine residue and the loss of its interaction with the anti-apoptotic Bcl-XL and GSK3 kinase, thus revealing a new lipid-induced signaling pathway. Our work is based on the use of functional assays on isolated mitochondria that we have developed and validated in several studies involving various strategies. To conclude, our study increases the knowledge on the lipid-induced mitochondrial weakness preceding hepatic apoptosis and opens perspectives in biomedical applications

Résumé: Le diabète mellitus de type 2 (DT2) est caractérisé par la présence d'une résistance à l'insuline (RI) dans la plupart des tissus et d’une diminution de sécrétion d'insuline stimulée par le glucose (SISG). Les données provenant d'études précliniques, tout comme des études expérimentales chez l'humain, supportent la notion qu'une exposition excessive des tissus maigres aux acides gras (AG) peut causer la RI ainsi qu'une diminution de la SISG, un processus généralement nommé lipotoxicité. Cependant, les mécanismes de la surexposition et d'accumulation des AG dans les tissus maigres au cours du développement du DT2 sont encore nébuleux. Les travaux de la présente Thèse ont permis de caractériser les anomalies métaboliques et fonctionnelles cardiaques du rat DT2 nourri avec une diète riche en gras et en fructose (rat HFHFS). Ce modèle présente une dysfonction systolique cardiaque associée à une diminution de l'efficacité énergétique et du captage du glucose dans le myocarde. Utilisant la tomographie par émission de positrons avec un analogue synthétique des AG (le FTHA), nous avons démontré que le captage myocardique des acides gras est normal alors que le captage des acides gras alimentaires (AGA) est fortement augmenté dans ce modèle. Ces travaux ont aussi permis de valider la technique d’administration orale du FTHA afm de mesurer la distribution tissulaire postprandiale des AGA tant chez l'animal que chez l'humain. Cette technique, la seule connue pouvant simultanément quantifier le captage des AGA dans tous les tissus du corps humain, a permis une étude chez des sujets intolérants au glucose (IGT+) démontrant que les AGA sont captés de façon préférentielle par le myocarde de ces sujets au dépend [i.e. aux dépens] d’un captage réduit dans leurs tissus adipeux blanc [i.e. blancs] (WAT). De plus, nous démontrons une relation directe entre l'augmentation du captage des AGA dans le myocarde et une diminution non symptomatique de la fraction d’éjection ventriculaire gauche chez les IGT+, confirmant ainsi chez l’humain la démonstration qui a été faite chez le rat HFHFS d’un rôle potentiel des AGA dans la dysfonction myocardique associée au diabète. Grâce à une étude de suivi des changements d’habitudes de vie avec perte de poids chez les patients IGT+, nous démontrons une amélioration importante et significative de la fonction cardiaque associée à une amélioration de l'efficacité énergétique du coeur et une diminution dramatique du captage cardiaque des AGA. Les travaux de la présente Thèse établissent de nouvelles approches permettant une évaluation de la contribution des AGA à l'exposition excessive des organes maigres aux AG. Nous avons démontré l'importance de ce processus en regard des anomalies myocardiques tant dans un modèle préclinique de DT2 que chez l'humain pré-diabétique. Nos travaux viennent élucider la relation entre la dysfonction des WAT et la lipotoxicité au sein des tissus maigres dans l'évolution du DT2. Ils mettent également en lumière les bénéfices potentiels des changements d'habitudes de vie avec perte de poids à l'égard de ces phénomènes et, ainsi, démontre [i.e. démontrent] un nouveau mécanisme de protection cardiovasculaire et métabolique de la perte de poids. // Abstract: Type 2 diabetes (T2D) is characterized by the presence of insulin resistance (IR) in most tissues and a decreased in insulin secretion stimulated by glucose (SISG). Data from preclinical studies, as well as experimental studies in humans support the notion that excessive exposure of fatty acids (FA) to lean tissue fatty acids can cause IR and a decrease in SISG, a process generally called lipotoxicity. However, the mechanisms of exposure and accumulation of FA in lean tissue during the development of T2D in humans remain unclear. The work of this thesis have characterized the metabolic and functional cardiac abnormalities in A diet induced T2D with a high fat-high fructose diet and received a small dose of streptozotocin (rat HFHFS). This model has a cardiac systolic dysfunction associated with a decrease in energy efficiency and glucose uptake in the myocardium. Using positron emission tomography with a synthetic analogue of FA (the FTIIA), we demonstrated that the myocardial uptake of non-esterified fatty acids was normal, while the uptake of dietary fatty acids (DFA) was greatly increased in this model. This work also validated the technique of oral administration of FTHA to measure postprandial tissue distribution of DFA in both animals and humans. This technique, the only one known that can simultaneously quantify the uptake of DFA in all tissues of the human body has a study in subjects with impaired glucose tolerance (1GT+) showing that the DFA are uptake preferentially by the myocardium of these subjects at the expense of human adipose tissue. In addition, we demonstrate a direct relationship between increased uptake in the myocardium of the DFA and a reduction of asymptomatic left ventricular ejection fraction in IGT+, confirming in humans the demonstration that was made in the rat HFHFS for a potential role of DFA in the myocardial dysfunction associated with diabetes. With a follow-up study of lifestyle changes with weight loss in patients with 1GT+, we demonstrate an important and significant improvement in cardiac function associated with improved energy efficiency of the heart and a dramatic decrease in the myocardial uptake of DFA. The work of this thesis establishes new approaches to assess the contribution of the DFA in excessive exposure to non-adipose tissue to DFA. We have demonstrated the particular importance of this process in relation to the metabolic and functional myocardial abnormalities in both a preclinical model of T2D and a human pre-diabetic state. Our studies are elucidating the relationship between dysfunction of white adipose tissue and lipotoxicity in lean tissue in the development of T2D. They also highlight the potential benefits of lifestyle changes with weight loss in relation to these phenomena, and thus demonstrate a new mechanism for cardiovascular and metabolic protection of the weight loss.

Le diabète de type 2 (DM2) représente un fléau qui guette les habitants du continent nord-américain et est en lien avec l'épidémie d'obésité que nous vivons depuis quelques années. Cette pathologie à évolution lente fait intervenir deux éléments physiopathologiques cardinaux, soient la résistance à l'insuline (RI) et la diminution de sécrétion d'insuline en réponse au glucose (GSIS). Ces deux entités mèneront ultimement à l'hyperglycémie chronique par une atteinte directe de la régulation du métabolisme énergétique et de la physiologie de l'insuline. Plusieurs hypothèses de travail ont été mises de l'avant afin de tenter d'expliquer les dysfonctions métaboliques présentes chez ces patients. La surexposition des tissus non-adipeux aux acides gras libres (AGL), la lipotoxicité, est une candidate potentielle à l'identification d'une étiologie liée à la progression naturelle du diabète de type 2. Il est donc très pertinent d'étudier les effets lipotoxiques des AGL chez des sujets non-diabétiques enfants de deux parents diabétiques, qui sont à haut risque de développer cette pathologie. Notre équipe a récemment déterminé que ces sujets présentaient une augmentation de l'apparition des AGL plasmatiques ainsi qu'une augmentation de leur oxydation au cours d'une élévation expérimentales des niveaux d'AGL circulants. En conditions physiologiques, via l'ingestion d'un repas standardisé, les sujets non-diabétiques enfants de deux parents diabétiques, tout comme les sujets diabétiques, montrent une hypertriglycéridémie postprandiale qui n'est pas corrigée lorsque les niveaux de glucose sont contrôlés. De plus, ces sujets à haut risque de développer le DM2 ne se comportent pas comme les sujets diabétiques à ce qui à [i.e. a] trait aux niveaux d'apparition des AGL et de leur oxydation, comme il aurait été attendu. Les sujets diabétiques présentent une nette élévation des niveaux d'apparition et d'oxydation des AGL même si les niveaux de glucose sont corrigés. Ces anomalies semblent fortement associées avec la présence d'une adiposité abdominale chez les sujets DM2. Ces résultats expérimentaux suggèrent donc que les enfants de deux parents diabétiques ne possèdent pas encore les dysfonctions métaboliques qui mèneront ultimement à une surexposition des tissus non-adipeux aux acides gras libres via une augmentation de leur apparition plasmatique.

L'obésité - caractérisée par l'accumulation de lipides dans le tissu adipeux, puis dans les tissus périphériques tels que le foie et les muscles squelettiques - entraine des dysfonctionnements métaboliques de ces tissus. Sur le long terme, même s'il est fréquemment rapporté une augmentation de la masse maigre, l'obésité s'accompagne d'une perte de masse musculaire. La perte de poids a un impact positif sur les comorbidités associées à l'obésité. Toutefois, lorsqu'elle est induite par une restriction alimentaire, elle peut être associée à une perte demasse musculaire. L'association d'une activité physique à la restriction alimentaire peut limiter la perte de muscles. Sur le plan métabolique, la masse musculaire dépend essentiellement du renouvellement des protéines qui le composent. Aussi, l'objectif du travail de thèse a été de caractériser les modifications du métabolisme protéique musculaire, et particulièrement les modifications de la protéosynthèse, au cours du développement de l'obésité et pendant une perte de poids induite par un régime hypolipidique associé ou non à un exercice d'endurance. La première étude a permis de montrer qu'il existe deux phases distinctes lors du développement de l'obésité chez le rat. La première est associée à un gain de poids et de masse musculaire, associée à une augmentation de la vitesse de synthèse (FSR) des protéines myofibrillaires et mitochondriales spécifiquement dans le muscle glycolytique tibialis anterior, en postabsorptif. La seconde est associée à une stabilisation du poids, une réduction de la masse musculaire et à une diminution du FSR des protéines mitochondriales dans le tibialis anterior, alors même qu'une accumulation lipidique se produit dans ce muscle. Le muscle oxydatif soleus n'est pas affecté. La deuxième étude a montré qu'une restrictionlipidique isocalorique ou que la pratique d'un exercice en endurance régulier ne préviennent pas la perte de masse musculaire induite par l'obésité, contrairement à l'association des deux traitements. L'exercice seul ou associé au régime hyperlipidique stimule le FSR des protéinesmyofibrillaires dans le tibialis anterior, mais l'exercice ne stimule le FSR des protéines myofibrillaires et mitochondriales dans le muscle oxydatif soleus que lorsqu'il est associé à la restriction lipidique. En conclusion, ce travail a mis en évidence, d'une part, que la synthèseprotéique musculaire en postabsorptif et la masse musculaire sont différemment affectées en fonction du stade de développement de l'obésité et que, d'autre part, la synthèse protéique musculaire en postabsorptif est différemment affectée en fonction de la typologie musculaire. D'autre part, l'exercice a un impact bénéfique sur la masse musculaire et sur la protéosynthèse, mais cet effet "anabolisant" est limité par le régime hyperlipidiquehypersucré. Pour transposer ces données chez l'homme, une étude clinique qui porte sur l'effet de la perte de poids induite par chirurgie bariatrique sur le métabolisme protéique musculaire a été mise en place et est actuellement en cours. / Obesity - characterized by lipid accumulation in adipose tissue and in peripheral tissues such as liver and skeletal muscles - leads to metabolic dysfunction of these tissues. In the long term, although it is frequently reported an increase in lean mass, obesity is accompanied by a loss of muscle mass. Weight loss has a positive impact on comorbidities associated with obesity. However, when it was induced by dietary restriction, it may be associated with muscle mass loss. The association of physical activity to food restriction may limit muscle mass loss. Metabolically, muscle mass depends essentially on proteins turnover, i.e. protein synthesis and breakdown. Therefore, the aim of the thesis work was to characterize changes in muscle protein metabolism, especially changes in protein synthesis, during obesity development and weight loss induced by a low-fat-diet with or without endurance exercise. The first study has shown that there are two distinct phases in the development of obesity in rats. The first is associated with body weight and muscle mass gains and an increase in myofibrillar and mitochondrial proteins synthesis rate (FSR), specifically in glycolytic muscle tibialis anterior, in postabsorptive state. Oxidative muscle soleus was not affected. The second phase is associated with body weight stabilization, reduced muscle mass and a decrease in the mitochondrial proteins FSR in the tibialis anterior. The second study has shown that isocaloric low-fat-diet or the practice of regular endurance exercise do not prevent muscle mass loss induced by obesity, unlike the combination of both treatments. Exercise alone or associated with high-fat diet stimulates the FSR of myofibrillar proteins actin in tibialis anterior muscle, but exercise stimulates the FSR of myofibrillar and mitochondrial proteins in the oxidative muscle soleus only when it is associated with lipid restriction. In conclusion, this study has shown firstly that muscle protein synthesis in postabsorptive state and muscle mass are differently affected depending on the stage of obesity development, and, secondly that muscle protein synthesis in postabsorptive state is differently affected depending on muscle typology. On the other hand, exercise has a beneficial effect on muscle mass and protein synthesis, but this "anabolic" effect is limited by the high-fat, high-sucrose diet. To transpose these data in humans, a clinical study that examines the effect of weight loss induced by bariatric surgery on muscle protein metabolism has been established and is currently underway.

Le développement de l'intolérance au glucose et du diabète de type 2 (DT2) est associé à l'augmentation d'apparition des acides gras non-estérifiés (AGNE) en circulation et à la réduction du stockage des acides gras alimentaires dans les tissus adipeux blancs. Ceci mène à une augmentation des flux lipidiques vers les tissus maigres, conduisant à l'accumulation de métabolites toxiques tels que les glycérolipides, les céramides et les acylcarnitines, qui peuvent induire l'insulino-résistance. D'autre part, le stress du réticulum endoplasmique (RE) est induit suite à une surexposition aux AGNE ainsi qu'une lipogenèse de novo trop active. Cet ouvrage a pour objectif d'étudier les effets d'un traitement au 4phénylbutyrate (4-PBA), un chaperon chimique connu pour augmenter la fonction du RE et prévenir l'induction du stress du RE, sur la sensibilité à l'insuline, la régulation des flux d'AGNE ainsi que leur métabolisme tissulaire. L'hyperinsulinémie, la résistance à l'insuline, l'hypertriglycéridémie et la stéatose hépatique présentes chez les rats sous diète riche en gras et en fructose (high-fat, high-fructose) associé à l'injection d'une petite dose de streptozotocin (rats HFHFS) ne sont pas renversées par le 4-PBA, même si ce traitement réduit la glycémie à jeun tant chez les rats contrôles que les rats diabétiques. Le 4-PBA accélère à la fois l'apparition systémique et la clairance des AGNE. De plus, il normalise l'augmentation du captage fractionnel et le métabolisme non-oxydatif des AGNE par le muscle squelettique. Le 4-PBA augmente l'oxydation hépatique des AGNE et conduit à une augmentation de l'expression génique de Srebpf1 . Les animaux traités présentent une augmentation du captage fractionnel des AGNE par les tissus adipeux sous-cutanés (TASC) malgré que la taille adipocytaire de ce dépôt soit plus importante que celle des animaux contrôles. In vitro, le traitement avec des chaperons chimiques augmente la fonction du RE et inhibe la différenciation des précurseurs adipocytaires. D'autre part, le traitement au 4PBA, mais pas à l'acide tauro-ursodeoxycholique (TUDCA), stimule le captage des acides gras par les adipocytes matures.En dépit de l'amélioration de la glycémie à jeun, le 4-PBA conduit à une augmentation de la lipogenèse hépatique, à l'augmentation des flux systémiques d'AGNE et au remodelage hypertrophique du TASC et n'améliore pas la sensibilité à l'insuline systémique dans un modèle nutritionnel de DT2.

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