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Le sepsis sévère est un problème majeur de santé publique mondiale. Sa mortalité élevée résulte d’une réponse dérégulée de l’hôte au sepsis, associant hyper inflammation et immunodépression. Le choc septique est la forme la plus grave du sepsis, impliquant une défaillance cardiovasculaire à laquelle peuvent se surajouter d’autres défaillances d’organes. Le foie, organe majeur impliqué dans la défense et la réponse au stress induit par la septicémie peut être victime de cette réponse inflammatoire exagérée. Une dysfonction hépatocellulaire (DHC) peut survenir et évoluer jusqu’à la défaillance d’organe. Dans ce cas, l’existence d’une insuffisance hépatique est associée à un mauvais pronostic dans le choc septique à court terme. A partir d’une grande cohorte prospective de patients en choc septique, nous avons montré dans ce travail que cette DHC était associée à une surmortalité à long terme. Malgré, une meilleure connaissance de la physiopathologie du sepsis et en particulier des altérations du foie, l’impact des thérapeutiques utilisées au cours du choc septique, telles que les catécholamines (adrénaline, noradrénaline), reste indéterminé. Les travaux préliminaires de notre équipe avaient permis de montrer l’effet pro-inflammatoire de l’adrénaline sur un modèle de culture hépatocytaire. Dans ce travail, nous avons cherché à évaluer l’influence des cellules de Küpffer acteur de l’environnement péri-hépatocytaire. Pour cela nous avons utilisé un modèle de co-culture d’hépatocytes (HepaRG) et de macrophages (THP1 différenciés par PMA), stimulé par le lipopolysaccharide (LPS) et/ou l’adrénaline. L’analyse de la réponse d’expression génique et de production de cytokines a permis d’identifier l’adrénaline comme facteur capable de modifier la réponse immune vers un état pro-inflammatoire même en présence d’un mécanisme anti-inflammatoire développé par les macrophages, indiquant ainsi un rôle potentiellement délétère de l’adrénaline sur les mécanismes de défenses du foie. / Severe sepsis is a major health problem. Its high mortality rate over the world is the result of a dysregulated host response to sepsis including an exaggerated inflammation response and immune suppression. Septic shock is the most severe expression of sepsis, including cardiovascular failure and other organ failure. The liver, a major organ involved in the defense and stress response induced by sepsis may also be a victim of this inflammatory response to infection. A hepatocellular dysfunction (HCD) can develop and evolve to the organ failure. In this case, the liver failure is associated with poor prognosis in septic shock in the early course of sepsis. Here, we have shown in a large prospective cohort of patients with septic shock that the HCD was associated with long-term mortality. Despite a better understanding of the pathophysiology of sepsis, especially liver changes, the impact of treatment used during septic shock, such as catecholamines (epinephrine, norepinephrine), remains unknown. The preliminary work of our team had demonstrated the proinflammatory effect of adrenaline on a hepatocyte culture model. In this work, we studied the influence of hepatocyte environment especially Küpffer cells. Thus, we used a co-culture model including hepatocytes (HepaRG) and macrophages (differentiated THP1 PMA) stimulated by lipopolysaccharide (LPS) and / or adrenaline. The gene expression and the cytokine profile analysis allowed to identify adrenaline as a factor able to shift the immune response to a proinflammatory state even if macrophages developed an anti-inflammatory response, indicating a deleterious effect of adrenaline on liver defense mechanisms.

Microglia, the brain’s resident immune cells, exhibit constitutive expression of the ionized calcium-binding adaptor molecule 1 (IBA1). They are long-lived cells that exhibit a senescent morphology (dystrophy) with aging. It has been reported that dystrophy of IBA1-positive microglia is exacerbated in obese humans. Furthermore, we detected another microglial abnormality, which is the loss of IBA1 immunoreactivity that can create large areas in the brain seemingly devoid of all microglial cells. Here, we systematically compared microglial appearance in human hippocampi derived from obese individuals compared to controls by morphological and spatial analysis. In both groups, areas that were negative for IBA1 contained P2YR12 and glutathione-peroxidase 1 (GPX)-positive microglia. The number and extent of IBA1-negative regions was increased in obese cases. Since some cases of non-obese individuals also exhibited loss of IBA-1 immunoreactivity, we searched for possible confounders and found that hepatic dysfunction strongly impacts the distribution of microglial cells: a spatial analysis of scanned IBA1-stained sections increased Mean Empty Space distances (p=0.016) and IBA1-negative areas (p=0.090) which were independent of the cause of liver dysfunction, but also from aging, were detected. Thus, we report on a novel type of microglia pathological change, i.e. localized loss of IBA1 that is linked, at least in part, to obesity and hepatic dysfunction.:1 Introduction . . . . .. . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. 2 1.1 Formation and morphology. .. . . . . . . . . . 2 1.2 Microglia and aging . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.3 Microglia and obesity . . . . . . . .. . . . .. . . .5 1.4 Hippocampus . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . 6 1.5 IBA1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . 7 1.6 Microglial markers . . . . . . . . . . . . .. . . . . 9 1.7 Hepatic dysfunction. . . . . . . . . . . . . . . . .10 1.8 Hepatic encephalopathy . . . . . . . . . . . . .10 1.9 Microglia in hepatic encephalopathy . . . 11 2 Aims and outlines of the dissertation . . . . .13 3 Manuscript of publication . . . . . . . . . . .. . . 15 4 Abstract . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . .25 5 Bibliography. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . 29 6 Appendix . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . 38 6.1 Supplemental Material .. . . . . . . . . . . . .. 38 7 Darstellung des eigenen Beitrags . . . . . . . 41 8 Erklärung über die eigenständige Abfassung der Arbeit . . . . . . . . . . .. . . . . .. . 42 10 Publications . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .45 11 Acknowledgements. . . . . . . . . . .. . . . . . . 46

Les efflorescences de cyanobactéries sont susceptibles d’avoir des effets néfastes sur les organismes des écosystèmes aquatiques, ainsi que sur les populations environnantes, notamment à travers la production de nombreuses molécules potentiellement toxiques (appelées cyanotoxines). Jusqu'à présent, une des cyanotoxines les plus étudiées est la microcystine (MC). Cette thèse a pour objectif d’évaluer la toxicité potentielle sur la reproduction de la MC-LR et de l'extrait d'une souche de Microcystis productrice de MCs en étudiant leurs effets toxiques sur le foie et les gonades de poissons medaka adultes exposés de manière aiguë ou chronique.Une étude complète du foie des poissons médaka deux sexes a été menés par ailleurs, attestant d'un fort dimorphisme sexuel aussi bien au niveau cellulaire que moléculaire et souligne les importantes spécificités métaboliques du foie entre les deux sexes, notamment pour le maintien de la compétence de reproduction chez les poissons medaka adultes femelles.Dans l'étude des effets induits par une exposition aiguë, les poissons medaka adultes ont été exposés par gavage à 10 μg.g-1 bw de MC-LR pure pendant 1 heure. L'examen histologique et l'immunolocalisation des MCs du foie de poisson traité par la MC-LR ont révélé des lésions hépatiques sévères ainsi qu'une distribution intense de la MC-LR dans le foie, localisée particulièrement dans le cytoplasme et dans le noyau des hépatocytes. Dans la gonade des poissons traités, la MC-LR a été détectée dans les tissus conjonctifs de l'ovaire et des testicules. De plus, l’observation par microscopie électronique couplé à la technique d’immunogold a révélé, pour la première fois, que la MC-LR était également détectable dans le chorion, le cytoplasme et le vitellus des ovocytes matures.Au cours des études des effets induits par l’exposition chronique, les poissons medaka adultes ont été exposés durant 28 jours par balnéation à 1 et 5 μg.L-1 de MC-LR et à un extrait de la souche de Microcystis aeruginosa (PCC 7820) productrice de microcystines (5 μg.L-1 équivalent MC-LR). Ces résultats ont révélé que la MC-LR et l'extrait de Microcystis induisent des effets délétères sur différents paramètres de reproduction, tels la fécondité et le taux d’éclosion des embryons. La cause principale de ces perturbations de la reproduction semblent principalement résulté d’un dysfonction hépatique globale induite par les traitements aux MCs (hépatotoxiques, notoires), plutôt qu’à des effets directs sur les gonades. Dans l'ensemble, les résultats de cette thèse démontrent que même si les microcystines pourraient avoir un impact direct, mais modéré, sur la fonction gonadique en induisant une cytotoxicité dans les cellules somatiques gonadiques et les cellules reproductrices, elle semble avoir principalement avoir un impact indirect sur la fonction reproductrice en perturbant la fonction hépatique générale. Ces données améliorent notre compréhension des processus liés à la toxicité potentielle des cyanotoxines pour la reproduction chez un poisson modèle, et fait d’une manière générale progresser questionnement quant à la protection des populations exposées à ces cyanotoxines. / Cyanobacterial blooms threaten human health as well as other living organisms of the aquatic environment, particularly due to the production of natural toxic components (called cyanotoxins). So far, one of the most studied cyanotoxins is the microcystin (MC). This thesis evaluated the potential reproductive toxicity of MC-LR and the extract of one Microcystis strain (MC-producing) by investigating their toxic effects on the liver and gonad of adult medaka fish with one acute and one chronic study.An investigation of the metabolic specificities of the liver in two genders of medaka fish was performed prior to the MC-containing exposure, which attests to a strong sexual dimorphism of medaka liver, and highlights the importance of metabolic adjustments of the liver for maintaining the reproductive competency in adult medaka fish.In the acute study, adult medaka fish were administered with 10 μg.g-1 bw of pure MC-LR for 1 hour by gavage. The histological examination and immunolocalization of the MC-treated fish liver revealed a severe liver lesion along with an intense distribution of MC-LR in the liver, being particularly localized in the cytoplasm and nucleus of hepatocytes. In the gonad of MC-treated fish, MC-LR was shown to be present in the connective tissue of ovary and testis. Additionally, immunogold electron microscopy, for the first time, revealed that MC-LR was also localized in the chorion, cytoplasm and yolk vesicles of oocytes.Overall, the results of this thesis demonstrates that MC might directly impact gonadal function by inducing cytotoxicity in gonadal somatic cells and reproductive cells, and it could also impact the reproductive function indirectly by disturbing the general liver function. This improves our understanding of the potential reproductive toxicity of cyanotoxins in model fish, and advances our current knowledge on the protection of aquatic organism populations as well as human health from cyanotoxin issues.