Les maladies cardio-métaboliques (MCM), c’est-à-dire des maladies chroniques en lien avec la fonction cardio-respiratoire ou le métabolisme, constituent aujourd’hui un enjeu important en santé publique. Le Canada, comme plusieurs pays occidentaux, est caractérisé par une très forte prévalence de ces maladies, celles-ci représentant jusqu’à 70% de la mortalité au pays. Malgré les efforts investis dans la quête d’une solution pour diminuer l’ampleur de ce fléau, ces conditions de santé demeurent en augmentation au sein de la population, cela tant au Québec qu’au Canada. Non seulement le vieillissement se fait-il de plus en plus présent dans nos sociétés, mais la prévalence des MCM est d’autant plus importante avec l’avancée en âge à cause des changements physiologiques associés au vieillissement. Dans le développement des MCM, l’inactivité physique serait le deuxième facteur de risque comportemental en importance au Canada, après le tabac, lorsqu’il est question d’association à la mortalité. Les taux d’inactivité physique sont les plus élevés chez les personnes âgées. D’un autre côté, si le manque d’activité physique (AP) mène au développement de MCM, l’adoption d’une pratique régulière d’activité physique est largement acceptée comme une mesure de prévention efficace pour diminuer le risque de développer ces maladies. Toutefois, malgré tous les bénéfices hautement reconnus associés à la pratique régulière d’AP, les taux d’inactivité physique sont encore très hauts au Canada. Dans l’objectif premier de diminuer la prévalence de l’inactivité physique dans nos populations, des recommandations d’activité physique ont été publiées et améliorées au fil du temps. Les dernières recommandations d’AP au Canada, publiées en 2011, stipulent que « [les adultes âgés de 18 ans et plus] devraient faire chaque semaine au moins 150 minutes d’AP aérobie d’intensité modérée à élevée par séance d’au moins 10 minutes ». Puisque l’adhérence aux recommandations d’AP est très variable dans la population, il semble que la pratique d’AP soit influencée par un ensemble complexe de facteurs. Les nombreux déterminants associés à la pratique d’AP ainsi que la modulation de la pratique d’AP selon les événements importants de la vie laissent supposer que la pratique d’AP ne décline pas linéairement à travers les années, mais propose plutôt des variations. Même si les signes des MCM n’apparaissent que plus tard dans la vie, il est reconnu que l’origine de plusieurs d’entre elles repose sur la petite enfance. Il y aurait donc un lien, direct ou indirect, entre la pratique d’AP à un jeune âge et la santé à un âge plus avancé. La littérature actuelle ne nous révèle que quelques études qui ont démontré l’impact de différentes trajectoires d’AP au cours de la vie sur les facteurs de risque de MCM à un âge avancé. Toutefois, ces études présentent des lacunes méthodologiques au niveau de la mesure des AP, de la population étudiée ainsi que du devis utilisé, ce qui ne nous permet pas de généraliser les résultats aux personnes âgées de 65 ans et plus, en bonne santé. Ainsi, notre étude vise principalement à déterminer si la pratique d’AP à travers la vie adulte est associée aux facteurs de risque de MCM à un âge avancé. Nous supposons que l’adoption d’un mode de vie actif à un âge avancé procurera des bénéfices similaires au niveau des facteurs de risque de MCM que le maintien d’un mode de vie actif tout au long de la vie. Afin de répondre à cette problématique, 1 378 hommes et femmes âgés entre 68 et 82 ans, provenant de l’étude longitudinale québécoise sur la nutrition comme déterminant d’un vieillissement réussi ont été inclus dans les analyses. L’AP à l’âge de 15, 25, 45, 65 ans et au moment de l’étude (moyenne d’âge de 74 ans) a été rapportée rétrospectivement, par une entrevue dirigée, en utilisant une version modifiée du questionnaire « Lifetime Total Physical Activity Questionnaire ». Les quatre domaines d’AP sont rapportés : les AP de loisirs (APL), les AP domestiques (APD), les AP de transport (APT) et les AP reliées à l’emploi (APE). Lors de leur visite, les participants ont aussi été soumis à une série de mesures : l’indice de masse corporelle, la circonférence de taille, la circonférence des hanches, la tension artérielle au repos, le glucose à jeun ainsi que les masses grasse et maigre par absorption biphotonique à rayons X. Le nombre ainsi que la gravité des conditions chroniques ont été auto-rapportés à l’aide du questionnaire « Modified Version of the Older American Ressources and Services Questionnaire ». Les résultats ont démontré que la pratique d’AP varie différemment selon le sexe : les hommes avaient une dépense énergétique de l’AP plus élevée que celles des femmes à tous les moments de la vie, et les variations dans leur pratique d’AP étaient plus prononcées bien qu’elles étaient dans le même sens. Pour les deux sexes, les APL et les APD augmentaient entre les âges de 25 et de 65 ans. Les APT diminuaient entre 15 ans et le moment de l’étude. Les APE augmentaient entre les âges de 15 et de 45 ans et diminuaient entre 45 ans et le moment de l’étude, tout comme la dépense énergétique totale de l’AP. D’un autre côté, chez les hommes, les APL sont inversement associées aux mesures anthropométriques, tandis que chez les femmes, aucun domaine d’AP n’est associé aux facteurs de risque de MCM. Quant au moment de la vie, il semblerait que, chez les hommes et les femmes, ce soient les AP pratiquées au moment de l’étude, tout domaine confondu, qui avaient le plus d’influence sur les facteurs de risque de MCM. Lorsque le domaine est combiné au moment de la vie, les APL pratiquées actuellement chez les hommes étaient les meilleurs déterminants des facteurs de risque de MCM, tandis que chez les femmes, aucune régression n’était significative. Finalement, il n’y aurait pas d’effet cumulatif de l’AP à travers la vie, mais plutôt un effet à court terme, suggérant que l’AP actuelle serait bénéfique pour améliorer les facteurs de risque de MCM à un âge avancé, et ce, autant chez les hommes que chez les femmes. En conclusion, nous affirmons que l’AP n’évolue pas de la même façon selon les domaines d’AP à travers la vie et le sexe. De plus, les domaines d’AP influencent les facteurs de risque de MCM différemment entre les hommes et les femmes. Finalement, les bénéfices reliés à la pratique d’AP semblent être à court terme. Ces résultats sont intéressants dans le développement de recommandations d’AP à tout âge, notamment après l’âge de 65 ans, afin de prévenir le développement de MCM. Toutefois, d’autres études devront être menées afin de confirmer nos résultats.

Introduction : Les histones désacétylases (HDAC) catalysent le retrait d’un groupement acétyl de résidus lysine. Leurs substrats comprennent les histones et des facteurs de transcription comme NF-κB p65 ou des kinases comme AMPK. Les HDACs contrôlent la prolifération, la mort et la différenciation cellulaires. Des propriétés anti-inflammatoires et anti-tumorales ont été attribuées à des inhibiteurs contre les HDAC, notamment dans les cellules épithéliales intestinales (CEI). Nous avons montré que la perte de HDAC1 entraîne une diminution de la croissance et cela, sans augmentation significative des inhibiteurs du cycle cellulaire comme p21 ou p27 (Moore-Gagné, 2012). J’ai alors hypothétisé que l’absence de HDAC1 pouvait mener à des défauts dans les voies de synthèse ou de production d’énergie. Je me suis donc intéressé à l’étude des voies métaboliques qui participent notamment à la production d’acétyl-CoA, le principal donneur de groupement acétyl, groupement nécessaire pour l’acétylation des histones. Des études récentes ont démontré que les voies métaboliques, en modulant les niveaux d’acétyl-CoA, altèrent les patrons d’acétylation. J’ai donc voulu déterminer le rôle de HDAC1 dans la transmission de stress métaboliques dans les CEI. Méthodes : L’expression de HDAC1 a été réduite dans les cellules de cryptes intestinales de rat (IEC-6) par infection lentivirale de shARN contre HDAC1. Les cellules ont été cultivées avec ou sans glucose et sérum, avec plusieurs métabolites du cycle de Krebs, dont l’acétate, le citrate, le fumarate ou avec le peroxyde d’hydrogène pour induire un stress oxydant. L’acétylation des histones H3 et H4 ont été déterminées par immunobuvardage avec des anticorps contre des histones acétylées. La viabilité cellulaire a été mesurée par essai MTT, et les radicaux libres par oxydation du DCFDA. Les protéines différemment exprimées ont été identifiées par incorporation d’isotopes plus lourds d’acides aminés, suivi de spectrométrie de masse (SILAC) et analysé informatiquement (logiciel MaxQuant). Les cibles repérées ont été analysées par RT-PCR semi-quantitatif et par immunobuvardage. Les niveaux de régulateurs métaboliques tels que l’AMPK ou l’acétyl-CoA carboxylase (ACC) ont été déterminés par immunobuvardage. Le nombre de mitochondries a été observé par fluorescence. Résultats : La perte de HDAC1 augmente globalement l’acétylation des histones. L’absence de glucose et de sérum diminue les niveaux d’acétylation des histones. L’absence de HDAC1 augmente la viabilité cellulaire en présence de fumarate et citrate, et en absence de glucose et sérum. Les cellules shHDAC1 montrent une viabilité accrue après un traitement au peroxyde d’hydrogène. Ceci corrèle avec des niveaux de base diminués de radicaux libres et une surexpression de Sod2, une protéine anti-oxydante. Les résultats ont montré que la perte de HDAC1 comme l’addition de certains métabolites modifient le patron d’acétylation cellulaire, suggérant des perturbations dans les niveaux d’acétyl-CoA. L’analyse SILAC a mis en évidence une altération des voies de signalisation liées à différents processus métaboliques, comme la phosphorylation oxydative et la synthèse des protéines. L’activation constante de l’AMPK suggère que les cellules shHDAC1 sont en restriction calorique permanente, ce qui les rend moins sensibles au stress oxydant et métabolique par rapport aux cellules shCtrl. Les cellules shHDAC1 présentent une augmentation de la quantité de mitochondries, suggérant un défaut de génération d’ATP. Un shunt d’acétyl-CoA vers le noyau serait envisageable. Conclusion : En modifiant les voies métaboliques liées à la production d’acétyl-CoA, la perte de HDAC1 protège les CEI des réactions de stress. HDAC1 contrôle la réponse des CEI à des stress métaboliques.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Lors de cette thèse, nous avons présenté trois principaux types d'analyses du métabolisme, dont la plupart impliquaient la symbiose : dialogue métabolique entre un trypanosomatide et son symbiote, analyses comparatives de réseaux métaboliques et exploration de données métabolomiques. Tous ont été essentiellement basés sur des données de génomique où les capacités métaboliques ont été prédites à partir des gènes annotés de l'organisme cible, et ont été affinées avec d'autres types de données en fonction de l'objectif et de la portée de chaque analyse. Le dialogue métabolique entre un trypanosomatide et son symbiote a été explorée avec des objectifs fonctionnels et évolutifs qui comprenaient une analyse des voies de synthèse des acides aminés essentiels et des vitamines telles que ces voies sont classiquement définies, une exploration de réseaux complets métaboliques et une recherche de potentiels transferts horizontaux de gènes des bactéries vers les trypanosomatides. Les analyses comparatives effectuées ont mis l'accent sur les capacités métaboliques communes de bactéries appartenant à différents groupes de vie, et nous avons proposé une méthode pour établir automatiquement les activités métaboliques communes ou spécifiques à chaque groupe. Nous avons appliqué notre méthode d'énumération d'histoires métaboliques à la réponse de la levure à une exposition au cadmium comme une validation de cette approche sur une réaction au stress bien étudiée. Nous avons montré que la méthode a bien capté la connaissance que nous avons de cette réponse en plus de permettre de nouvelles interprétations des données métabolomiques mappées sur le réseau métabolique complet de la levure / In this thesis, we presented three main types of analyses of metabolism, most of which involved symbiosis: metabolic dialogue between a trypanosomatid and its symbiont, comparative analyses of metabolic networks and exploration of metabolomics data. All of them were essentially based on genomics data where metabolic capabilities were predicted from the annotated genes of the target organism, and were further refined with other types of data depending on the aim and scope of each investigation. The metabolic dialogue between a trypanosomatid and its symbiont was explored with functional and evolutionary goals which included analysing the classically defined pathways for the synthesis of essential amino acids and vitamins, exploring the genome-scale metabolic networks and searching for potential horizontal gene transfers from bacteria to the trypanosomatids. The comparative analyses performed focused on the common metabolic capabilities of different lifestyle groups of bacteria and we proposed a method to automatically establish the common and the group-specific activities. The application of our method on metabolic stories enumeration to the yeast response to cadmium exposure was a validation of this approach on a well-studied biological response to stress. We showed that the method captured well the underlying knowledge as it extracted stories allowing for further interpretations of the metabolomics data mapped into the genome-scale metabolic model of yeast

La reconstruction des voies métaboliques d un organisme est une tâche importante en biologie et plusieurs approches ont déjà été proposées pour assister ce travail mais il y a un besoin pour des approches plus exploratoires.<br /><br />La première partie de cette thèse s'intéresse à la reconstruction ab initio de voies métaboliques. Cela consiste à retrouver au sein du réseau de l'ensemble des réactions chimiques décrites pour un organisme vivant, un sous réseau connectant au moins deux composés. Nous proposons une nouvelle formulation de ce problème qui considère les réactions comme des transferts d'atomes entre composés chimiques. Une voie métabolique est ainsi associée à un transfert d'atomes entre deux composés. Le problème de la reconstruction est alors de rechercher la succession de réactions maximisant le nombre d atomes transférés entre ces deux composés. Ce problème est exprimé comme la recherche d'une composition d'injections partielles dont la taille de l'image est maximale. La complexité de ce problème a été étudiée et un algorithme le résolvant est présenté.<br /><br />La seconde partie présente la formalisation d'un problème de comparaison de graphes. Le cas particulier traité dans cette thèse concerne la comparaison d'un réseau de réactions avec l'organisation spatiale des gènes sur le génome. Cette comparaison permet l'identification de voies métaboliques codées en opérons dans les génomes bactériens.

Nous développons une approche générique pour comprendre comment différents régimes alimentaires peuvent influencer la qualité et la composition du lait. Cette question s'intègre dans le cadre du Flux Balance Analysis (FBA), qui consiste à analyser un réseau métabolique en optimisant un système de contraintes linéaires. Nous avons proposé une extension du FBA pour analyser la transformation des nutriments en intégrant des hypothèses biologiques utilisées par différents modèles numériques dans un modèle générique de la glande mammaire. Notre méthode permet de quantifier les précurseurs qui interviennent dans la composition des sorties du système, en calculant des contributions des entrées dans les sorties [AIO]. A l'aide de cette approche, nous avons montré que la transformation des nutriments du lait ne peut pas être modélisée par l'optimisation d'une combinaison linéaire des flux des réactions sur un modèle du métabolisme mammaire. Pour étudier plus précisément la flexibilité d'un réseau métabolique, nous avons proposé un algorithme efficace de recherche locale pour calculer les valeurs extrémales des coefficients des AIOs. Cette approche permet de discriminer les traitements sans formuler d'hypothèses sur le comportement interne du système. / This thesis proposes a generic approach to understanding how different diets affect the quality and composition of milk. This question is addressed in the framework of Flux Balance Analysis (FBA), which considers metabolic network analysis as an optimization issue on a system of linear constraints. In this work, we extended FBA to take into account nutrients transformation by incorporating general assumptions made by various numerical methods in a generic stoichiometric model of the mammary gland. Our method tries to quantify the precursor composition of each system output and to discuss the biological relevance of a set of flux in a given metabolic network. The composition is called contribution of inputs over outputs [AIO]. Using this method on the mammary metabolism, we could show that nutrients transformation cannot be properly modelled by optimizing a linear combination of reactions fluxes in the mammary gland model. In order to further investigate metabolic network flexibility, we have proposed an efficient local search algorithm computing the extremal values of AIO coefficients. This approach enables to discriminate diets without making any assumption on the internal behaviour of the system.

L’objectif de cette thèse est de proposer une nouvelle méthode de construction de modèles métaboliques dans le contexte de la génomique comparée. Nous avons développé un outil, ab-pantograph, permettant l’inférence de modèles métabolique se basant sur la logique abductive. Pour ce faire, nous avons introduit une représentation logique de modèles métaboliques minimaux enzymatiques, puis à partir d’un modèle métabolique dit de référence, nous avons dérivé un modèle minimal enzymatique explicite accompagné d’association de gènes. Enfin, en couplant ce modèle métabolique au génome d’un organisme cible, nous inférons par abduction un modèle enzymatique pour cet organisme cible accompagné d’un ensemble d’associations de gènes, modèle que l’on veut congruent à celui que l’on aurait pu obtenir en ayant toutes les informations pour l’organisme cible.L’outil proposé, ab-pantograph, a été développé en utilisant la programmation logique par contraintes et Hyprolog. / The objective of this thesis is to propose a new method of constructing metabolic models in the context of comparative genomics. We have developed a tool, abpantograph, allowing the inference of metabolic models based on the Abductive logic. To do this, we have introduced a logical representation of minimal enzymatic metabolic models and from a metabolic model called reference, we derived an explicit enzymatic minimal model accompanied by gene association. Finally, by coupling this metabolic modele with the genome of a target organism, we infer abductively a model enzyme for this target organism accompanied by a set of gene associations, pattern one wants congruent to that which is could have obtained by having all the information to the target organism. The proposed tool, ab-pantograph, has been developed using constraint logic programming and Hyprolog.

Au cours des dernières décennies, les modifications comportementales ont conduit à une forte augmentation de la prévalence des maladies métaboliques comme l’obésité et le diabète de type 2. L’hyperglycémie chronique associée à ces maladies a des effets délétères sur de nombreux tissus, entraînant de graves complications (glucotoxicité). Parmi les différents mécanismes impliqués dans les effets toxiques du glucose, la O-N-acétylglucosaminylation (O-GlcNAc) des protéines joue un rôle très important. La O-GlcNAcylation est une modification post-traductionnelle réversible qui régule l'activité des protéines cytosoliques et nucléaires en fonction de la disponibilité en glucose. Deux enzymes seulement, l’O-GlcNAc transférase (OGT) et l’O-GlcNAcase (OGA), ajoutent ou retirent le groupement GlcNAc sur les protéines, respectivement. Cette modification dépend étroitement de la disponibilité en glucose et de son flux à travers la voie de biosynthèse des hexosamines (HBP). Les maladies métaboliques comme le diabète et l'obésité se caractérisent par ailleurs par une inflammation chronique à bas bruit, qui participe également aux complications observées dans ces pathologies. Les perturbations métaboliques associées à ces maladies (augmentation des acides gras libres et du glucose) favorisent les processus pro-inflammatoires dans le macrophage. Cependant, les relations entre processus inflammatoires et O-GlcNAcylation des protéines restent peu explorées. Le but de ce travail était d’évaluer l’implication de la voie de O-GlcNAcylation dans le macrophage. Les études ont été réalisées en utilisant la lignée de macrophages murins RAW264.7 ou des macrophages, différenciés à partir de moelle osseuse de souris, des macrophages péritonéaux de souris ou des macrophages différenciés à partir à de monocytes humains. La O-GlcNAcylation des protéines a été mesurée dans les macrophages RAW264.7 à l’aide d’un biosenseur BRET adressé dans différents compartiments cellulaires. Nous avons observé que l'activation du Toll-like receptor (TLR) 4 par le LPS (lipopolysaccharide) augmente le signal de BRET à la membrane plasmique, dans le cytosol et le noyau des cellules RAW264.7. Une augmentation de la O-GlcNAcylation induite par le LPS était également observée par western blotting dans les cellules RAW264.7 et dans les macrophages primaires de souris et humains. Cette augmentation de O-GlcNAcylation était en particulier détectée sur la sous-unité p65 du facteur de transcription NFκB, suggérant un rôle de cette modification dans les effets pro-inflammatoires du LPS. En accord avec cette notion, l’inhibition de l’OGA, (responsable de la dé-GlcNAcylation des protéines) à l’aide d’un inhibiteur spécifique (Thiamet G), potentialise les effets du LPS sur l’expression des ARNm de la cytokine pro-inflammatoire IL1β. Nous avons en outre généré un modèle de souris OGT-KO inductible au tamoxifène. L’invalidation de l’OGT dans les macrophages primaires de ces souris réduit l’effet du LPS sur l’expression des ARNm de l’IL1β d’un facteur 2, suggérant que l’induction de la O-GlcNAcylation est au moins en partie impliquée dans la transmission des effets pro-inflammatoires du LPS. Afin d’élucider les mécanismes responsables de l’augmentation de O-GlcNAcylation induite par le LPS, nous avons étudié, dans les cellules RAW264.7, l’effet du LPS sur les enzymes impliquées dans la voie O-GlcNAc. Nous avons observé que le traitement au LPS n’a pas d’effet sur l’expression (ARNm et protéine) et sur les activités enzymatiques de l’OGT et de l’OGA. En revanche, le LPS induit une forte augmentation de l’expression (ARNm et protéine) de la glutamine : fructose-6-phosphate amidotransférase (GFAT), enzyme limitante de la voie HBP. (...) / In the last decades, changes in lifestyle have led to a dramatic increased prevalence of pathologies such as obesity and type 2 diabetes. Chronic hyperglycaemia associated with these diseases has deleterious effects on many tissues, resulting in serious complications (glucotoxicity). Among the different mechanisms involved in the toxic effects of glucose, O-N-acetylglucosaminylation (O-GlcNAc) of proteins plays an important role. O-GlcNAcylation is a reversible post-translational modification that regulates the activities of cytosolic and nuclear proteins. Only two enzymes, O-GlcNAc transferase (OGT) and O-GlcNAcase (OGA), control the level of O-linked N-acetyl glucosamine (O- GlcNAc) on proteins. OGT is the enzyme that O-GlcNAcylates proteins, whereas OGA removes O-GlcNAc from proteins. This post-translational modification tightly depends on glucose availability and its flux through the hexosamines biosynthesis pathway (HBP). Metabolic diseases such as diabetes and obesity are also characterized by chronic low level inflammation, which contributes to the complications observed in these pathologies. The metabolic disturbances associated with these diseases (increased free fatty acids and glucose) promote pro-inflammatory processes in the macrophage. However, the relationships between inflammatory processes and O-GlcNAcylation of proteins remain poorly explored. The aim of this work was to evaluate the involvement of the O-GlcNAcylation pathway in the macrophage. The studies were carried out using the RAW264.7 mouse macrophage cell line or primary macrophages differentiated from mouse bone marrow (BMDM), peritoneal mouse macrophages, or human monocytes derived macrophages (hMDM). O-GlcNAcylation of proteins was measured in RAW264.7 macrophages using a BRET biosensor targeted to different cell compartments. We have observed that activation of Toll-like receptor (TLR) 4 by LPS (lipopolysaccharide) increases the BRET signal at the plasma membrane, in the cytosol, and nucleus of RAW264.7 cells. An increase in LPS-induced O-GlcNAcylation was also observed by western blotting in RAW264.7 cells and primary mouse and human macrophages. This increase in O-GlcNAcylation was in particular detected on the p65 subunit of the NFκB transcription factor, suggesting a role for this modification in the pro-inflammatory effects of LPS. In agreement with this notion, inhibition of OGA, (responsible for de-GlcNAcylation of proteins) using a specific inhibitor (Thiamet G) potentiates the effects of LPS on mRNA expression of the pro-inflammatory cytokine IL1β. In addition, we generated a tamoxifen-inducible OTG-KO mouse model. Invalidation of OGT in primary macrophages of these mice reduces the effect of LPS on the expression of IL1β mRNAs by a factor of 2, suggesting that the induction of O-GlcNAcylation is at least in part involved in the transmission of the pro-inflammatory effects of LPS. In order to elucidate the mechanisms responsible for LPS-induced increase in O-GlcNAcylation, we studied the effect of LPS on the enzymes involved in the O-GlcNAc pathway in RAW264.7 cells. We observed that LPS treatment had no effect on the expression (mRNA and protein) and on the enzymatic activities of OGT and OGA. On the other hand, LPS induced a strong increase in the expression (mRNA and protein) of glutamine: fructose-6-phosphate amidotransferase (GFAT), the rate limiting enzyme of the HBP pathway. Inhibition of GFAT with 6-Diazo-5-oxo-L-norleucine (DON) inhibited LPS-induced increase in O-GlcNAcylation and LPS effect on the expression of IL1β mRNA, but not NOS2 expression, confirming a partial dependence of the pro-inflammatory effects of LPS on the O-GlcNAc pathway. In conclusion, our results indicate that activation of the O-GlcNAcylation pathway could be considered as an integral part of the signal induced by TLR4, and suggest that this pathway is involved in some of the pro-inflammatory effects of LPS in the macrophage.

La métabolomique permet une étude à large échelle du profil métabolique d'un individu, représentatif de son état physiologique. La comparaison de ces profils conduit à l'identification de métabolites caractéristiques d'une condition donnée. La métabolomique présente un potentiel considérable pour le diagnostic, mais également pour la compréhension des mécanismes associés aux maladies et l'identification de cibles thérapeutiques. Cependant, ces dernières applications nécessitent d'inclure ces métabolites caractéristiques dans un contexte plus large, décrivant l'ensemble des connaissances relatives au métabolisme, afin de formuler des hypothèses sur les mécanismes impliqués. Cette mise en contexte peut être réalisée à l'aide des réseaux métaboliques, qui modélisent l'ensemble des transformations biochimiques opérables par un organisme. L'une des limites de cette approche est que la métabolomique ne permet pas à ce jour de mesurer l'ensemble des métabolites, et ainsi d'offrir une vue complète du métabolome. De plus, dans le contexte plus spécifique de la santé humaine, la métabolomique est usuellement appliquée à des échantillons provenant de biofluides plutôt que des tissus, ce qui n'offre pas une observation directe des mécanismes physiologiques eux-mêmes, mais plutôt de leur résultante. Les travaux présentés dans cette thèse proposent une méthode pour pallier ces limitations, en suggérant des métabolites pertinents pouvant aider à la reconstruction de scénarios mécanistiques. Cette méthode est inspirée des systèmes de recommandations utilisés dans le cadre d'activités en ligne, notamment la suggestion d'individus d'intérêt sur les réseaux sociaux numériques. La méthode a été appliquée à la signature métabolique de patients atteints d'encéphalopathie hépatique. Elle a permis de mettre en avant des métabolites pertinents dont le lien avec la maladie est appuyé par la littérature scientifique, et a conduit à une meilleure compréhension des mécanismes sous-jacents et à la proposition de scénarios alternatifs. Elle a également orienté l'analyse approfondie des données brutes de métabolomique et enrichie par ce biais la signature de la maladie initialement obtenue. La caractérisation des modèles et des données ainsi que les développements techniques nécessaires à la création de la méthode ont également conduit à la définition d'un cadre méthodologique générique pour l'analyse topologique des réseaux métaboliques. / Metabolomics allows large-scale studies of the metabolic profile of an individual, which is representative of its physiological state. Metabolic markers characterising a given condition can be obtained through the comparison of those profiles. Therefore, metabolomics reveals a great potential for the diagnosis as well as the comprehension of mechanisms behind metabolic dysregulations, and to a certain extent the identification of therapeutic targets. However, in order to raise new hypotheses, those applications need to put metabolomics results in the light of global metabolism knowledge. This contextualisation of the results can rely on metabolic networks, which gather all biochemical transformations that can be performed by an organism. The major bottleneck preventing this interpretation stems from the fact that, currently, no single metabolomic approach allows monitoring all metabolites, thus leading to a partial representation of the metabolome. Furthermore, in the context of human health related experiments, metabolomics is usually performed on bio-fluid samples. Consequently, those approaches focus on the footprints left by impacted mechanisms rather than the mechanisms themselves. This thesis proposes a new approach to overcome those limitations, through the suggestion of relevant metabolites, which could fill the gaps in a metabolomics signature. This method is inspired by recommender systems used for several on-line activities, and more specifically the recommendation of users to follow on social networks. This approach has been used for the interpretation of the metabolic signature of the hepatic encephalopathy. It allows highlighting some relevant metabolites, closely related to the disease according to the literature, and led to a better comprehension of the impaired mechanisms and as a result the proposition of new hypothetical scenario. It also improved and enriched the original signature by guiding deeper investigation of the raw data, leading to the addition of missed compounds. Models and data characterisation, alongside technical developments presented in this thesis, can also offer generic frameworks and guidelines for metabolic networks topological analysis.