La myopathie de Duchenne (DMD) est une maladie pédiatrique incurable causée par l’absence ou l’expression fortement réduite de la dystrophine. La DMD touche un garçon sur 3500-5000 et cause leur décès par arrêt cardio-respiratoire, le plus souvent à la troisième ou quatrième décennie de leur vie. Les myofibres du muscle dystrophique subissent des cycles successifs de dégénérescence et régénérescence, jusqu’à l’épuisement du potentiel régénératif. Les tissus musculaires sont remplacés par des tissus fibrotiques et adipeux. Actuellement, aucune solution médicale satisfaisante n’existe pour traiter la DMD. Le traitement de routine consiste en une administration de glucocorticoïdes. Les futures thérapies développées incluent, en particulier, le transfert de gène et le saut d’exon. Cependant, les résultats des essais cliniques ces dernières années ont indiqué que la restauration de l’expression de la dystrophine n’est pas probablement pas suffisante. L’une des hypothèses est que la restauration de l’expression de la dystrophine ne suffit pas à inverser une pathologie dystrophique à un stade avancé. De ce fait, il est nécessaire d’étudier les mécanismes, l’impact et la réversibilité de pathologies secondaires. Dans ce contexte, la première partie de ma thèse a consisté à sélectionner un miRNA dérégulé d’un intérêt particulier, impliqué dans une pathologie secondaire de la DMD. Des travaux préliminaires de mon groupe de recherche (avant mon arrivée) ont identifié un grand nombre de miRNAs dérégulés dans la DMD. Dans la première partie de ma thèse, j’ai quantifié certain de ces miRNAs dans des biopsies musculaires du modèle GRMD (model canin de la DMD) et sélectionné miR-379, un miRNA normalisé par les glucocorticoïdes selon nos données préliminaires. J’ai ensuite identifié et validé EIF4G2 comme cible directe de miR-379. EIF4G2 est un facteur de traduction impliqué dans le contrôle cellulaire de l’apoptose, de la différenciation et de l’activité mitochondriale. J’ai ensuite identifié une cible traductionnelle d’EIF4G2, nommée ici ProtX, une protéine connue pour être impliquée dans l’activité mitochondriale. Pour des raisons de confidentialité et de brevetabilité, l’identité exacte de cette protéine ne peut pas être révélée dans ce résumé. J’ai ensuite démontré dans des myoblastes humains et des cellules iPS que miR-379, EIF4G2 et ProtX sont impliqués dans la régulation de l’activité mitochondriale et le contrôle de l’engagement cellulaire (des cellules iPS) et la différenciation myogénique. Il est intéressant de noter que ProtX a été envisagé précédemment comme un modifier potentiel dans la DMD. Je présente dans cette thèse une voie de signalisation qui pourrait expliquer l’action des glucocorticoïdes sur les dysfonctionnements mitochondriaux chez les patients DMD. L’un des futurs objectifs de mon groupe de recherche est l’évaluation dans des modèles de la DMD du potentiel thérapeutique de la surexpression de ProtX. / Duchenne Muscular Dystrophy (DMD) is a paediatric muscle disease that affects one in 3500-5000 boys and causes death by cardio-respiratory failure, most often at the third or fourth decade of life. DMD is caused by the lack or the drastically reduced expression of dystrophin. The myofibers in the dystrophic muscle undergo successive cycles of degeneration and regeneration, until exhaustion of the regenerative potential. The degenerated contractile tissues are replaced by fatty fibrotic tissue. At present, there is no satisfactory medical solution for the DMD disease. Routine treatment is of glucocorticoid drugs. Therapeutic development effort is focused in particular on gene replacement and exon skipping technologies. However, disappointing results from recent years’ clinical trials employing these experimental therapies indicated that restored dystrophin expression might not be enough. One hypothesis is that the restoration of dystrophin expression is not enough for the reversion of an advanced-stage dystrophic pathology. Accordingly, in order to propose complementary therapeutic solutions, it is necessary to investigate the mechanisms, impact and reversion of secondary pathologies. In this context, the first part of my thesis comprised a screening for miRNAs that might be involved in DMD secondary pathology. Early work in our research group (before my arrival) identified a large number of dysregulated miRNAs in DMD. Thus, I profiled some of these miRNAs in muscle biopsies of the GRMD (a dog model for DMD), and selected for further investigations miR-379, which is, according our previous data in the group, glucocorticoid responsive in DMD. I then identified and validated the EIF4G2 gene as a direct target of miR-379. EIF4G2 is a translation factor that is involved in the control of apoptosis differentiation, and mitochondrial activities. I then identified a translational target of EIF4G2, named here ProtX, known to be involved in mitochondrial activity. For confidentiality reasons, the exact identity of this protein cannot be disclosed yet. In a set of experiments in human myoblast and iPS cells, I then demonstrated that miR-379, EIF4G2 and ProtX are involved in the tuning of mitochondrial activity and in the control of cellular engagement (of IPS cells) and myogenic differentiation. Interestingly, ProtX has been suggested in the past as a potential modifier in the DMD disease. Taken together, I am presenting here a signalling pathway that might link the glucocorticoid response to mitochondrial dysfunction in DMD patients. A future goal of our research group is the evaluation of the therapeutic potential thus signalling pathway in the DMD disease in animal model experimentation.

Nous assistons à une véritable pandémie d'excès de poids et d'obésité; ce problème touche de nombreux pays à travers le monde. L'étiologie de l'obésité est complexe et inclut la combinaison de différents facteurs tels la prédisposition génétique et le style de vie sédentaire qui créent un déséquilibre entre l'apport et la dépense énergétique. Afin de permettre une meilleure compréhension de ce phénomène, il est important de connaître tous les mécanismes qui mènent à l'augmentation de la masse corporelle. Les noyaux hypothalamiques jouent un rôle essentiel dans l'intégration des signaux qui influencent le bilan énergétique. Parmi les systèmes hypothalamiques impliqués dans la régulation d'énergie, on retrouve les peptides de la famille de la corticolibérine (CRF). L'urocortine 3 (Ucn 3) est un agoniste spécifique, récemment découvert, du deuxième récepteur de la corticolibérine (CRF2). Nous avons étudié les effets sur le métabolisme énergétique de l'administration chronique d'Ucn 3 dans le troisième ventricule cérébral chez le rat. Les résultats démontrent que l'Ucn 3 induit une diminution de la prise alimentaire chez les rats Zucker; de plus, il entraîne une diminution du gain de poids chez les rats Zucker maigres et obèses ainsi que chez les rats Wistar nourris avec une diète riche en graisse et en sucrose. L'analyse des carcasses des rats a démontré que le traitement chronique avec l'Ucn 3 a diminué de façon significative le gain de graisse corporelle chez les rats Zucker et chez les rats Wistar nourris avec une diète riche en graisse et en sucrose. Les niveaux d'expression d'ARNm de la protéine agouti ("agouti-related protein", l'AgRP), du neuropeptide Y (NPY) et de la proopiomélanocortine (POMC) dans le noyau arqué de l'hypothalamus étaient augmentés chez les rats traités. L'activation du système orexigène NPY/AgRP, suite au traitement avec l'Ucn3, pourrait être un mécanisme compensateur déclenché pour maintenir l'homéostasie énergétique. Globalement, les résultats de nos études démontrent que l'Ucn 3, par son action sélective sur le récepteur CRF2, serait impliqué dans le contrôle de la prise alimentaire et la régulation du bilan d'énergie chez le rat, ses effets étant évidemment exprimés en présence de facteurs obésitogènes (tels qu'une diète riche en calories).

Le placenta permet les échanges entre la mère et le fœtus tout en assurant le maintien de l'implantation fœtale dans l'organisme maternel. De ce fait, le placenta pourrait compenser pour une variation du niveau de lipides maternels circulant en régulant sa propre synthèse de cholestérol et de lipides, afin de protéger le fœtus. La présente étude a été réalisée sur 60 femmes divisées en deux groupes de même taille, en fonction de la médiane de cette population pour la concentration maternelle de cholestérol total plasmatique. Ces femmes ont aussi été classées selon leur indice de masse corporelle pré grossesse et le gain de poids durant la grossesse. De plus, ces mêmes femmes ont servi de groupe contrôle pour 7 femmes atteintes de diabète gestationnel et traitées à l'insuline. Notre hypothèse de départ était qu'une hausse de cholestérol maternel diminuerait la synthèse de cholestérol, mais aussi la synthèse de nova de lipides dans le placenta. Un indice de masse corporelle plus grandi diminuerait quant à lui la lipogenèse mais pas la synthèse de cholestérol. Un gain de poids plus élevé devrait diminuer les deux métabolismes, alors que la présence de diabète gestationnel devrait les augmenter dans le placenta. Par immunobuvardages, les effets des différentes concentrations de cholestérol circulant ont été mesurés au niveau du tissu placentaire sur l'expression de la HMGRI de la FAS et des SREBP1/2, protéines impliquées dans la régulation et le métabolisme du cholestérol et de la lipogenèse. Cette étude montre que l'effet d'une augmentation du cholestérol maternel plasmatique est associé à une augmentation de l'expression de SREBP-2 au niveau placentaire par un mécanisme non identifié. De plus, il semble que la régulation de la lipogenèse dans le placenta est peu dépendante de SREBP-1. Le placenta ne semble pas compenser pour la variation de cholestérol maternel au niveau de la modulation de l'expression de la HMGR et de la FAS. Le fœtus et/ou le transport placentaire semblent pourtant compenser pour ces variations maternelles, puisqu'aucune variation n'a été observée dans la circulation fœtale. D'autre parti l'indice de masse corporelle ainsi que le gain de poids n'affectent pas l'expression des protéines ciblées. Finalement, cette étude démontre que, dans le placenta, le diabète gestationnel maternel entraîne un effet semblable à une augmentation de la concentration de cholestérol circulant sur l'expression de la HMGR et de la FAS, effet sans doute causé par une augmentation de la maturation des SREBP-2 en présence d'une élévation des cytokines inflammatoires dans le placenta. En conclusion, il est démontré que l'expression placentaire de SREBP-2 est corrélée positivement au cholestérol circulant maternel, alors que le métabolisme du cholestérol est modifié par le diabète gestationnel. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : placenta, cholestérol, lipide humain, diabète gestationnel

Nous avons observé dans une cohorte de 9477 sujets que le biais associé à l'équation de Friedewald n'était pas relié au niveau de cholestérol (C) et que cette équation ne démontrait aucun biais significatif chez les patients avec un niveau de triglycérides entre 4.51-8.82 mmol/L. Le ratio C-VLDL/triglycérides expliquait environ 63.0% de la variance du biais associé à l'équation de Friedewald et que le génotype de l'apolipoprotéine (apo) E contribuait à expliquer 39.0% de la variance de ce ratio. D'autre part, la relation inverse entre les niveaux de triglycérides et de C-HDL est très bien établie. Par contre, nous avons observé que la réduction des niveaux de C-HDL associée à l'augmentation des triglycérides est plus élevée que la réduction concomitante de l'apolipoprotéine (apo) A-I des HDL. Le rôle du récepteur LDL dans le métabolisme de l'apo B48-B100 demeure toujours controversé. En examinant les paramètres cinétiques des apos B48-B100 marquées à l'aide d'un isotope stable, nos résultats n'ont démontré aucune évidence d'une une réduction du catabolisme de l'apo B48 des lipoprotéines riches en triglycérides (TRL) chez des patients avec une hypercholestérolémie familiale (HF) hétérozygote comparativement à des contrôles. De plus, nous avons observé une augmentation significative du taux de production de l'apo BlOO des VLDL ainsi qu'une diminution du catabolisme de l'apo BlOO des LDL chez les patients avec une HF comparativement à des sujets contrôles. D'autre part, nos résultats ont également démontré que les patients caractérisés par la coexistence de la dysbêtalipoprotéinémie et de THF démontraient une accumulation de TRL apo B48 et IDL apo BlOO due à une augmentation de leurs productions et à une diminution de leurs catabolismes et qu'un traitement au fénofibrate réduisait considérablement les niveaux de TRL principalement en augmentant leur taux de catabolisme. De plus, ces patients étaient également caractérisés par une augmentation des niveaux d'apo C-III et un traitement au fénofibrate a eu pour effet de diminuer les niveaux d'apo C-III via une augmentation du catabolisme et une diminution de la production. Finalement, chez des patients modérément hypercholestérolémiques, l'ézétimibe a diminué significativement les niveaux de C-LDL principalement en augmentant le catabolisme des particules contenant l'apo BlOO. / We observed in 9477 subjects that the bias associated with the Friedewald formula was not related to the plasma cholesterol (C) levels and that this equation did not show any significant bias in patients with triglyceride levels between 4.51-8.82 mmol/L. The VLDLC/triglyceride ratio explained 63.0% of the variance of the bias associated with the Friedewald formula. Moreover, our results revealed that the apolipoprotein (apo) E genotype explained 39.0% of the variance of the VLDL-C/triglyceride ratio and that the mean error as well as the bias associated with the Friedewald formula were increased in subjects with type III phenotype (E2/E2). On the other hand, the inverse relationship between triglyceride and HDL-C levels is well established. However, we observed that the reduction of HDL-C concentrations associated with the increase of triglyceride levels was higher than the concomitant reduction in HDL-apo A-I levels. The role of the LDL receptor in the apo B48-B100 metabolism is still unclear. Kinetic parameters of apo B48- B100 labeled with a stable isotope showed no significant evidence for a reduction in the triglyceride-rich lipoproteins (TRL) apo B48 catabolism in patient with heterozygous familial hypercholesterolemia (FH) as compared with controls. Furthermore, we observed a significant increase of VLDL apo BlOO production rate and a significant decrease of LDL apoBlOO fractional catabolic rate in FH patients as compared with controls. Our results also showed an accumulation of TRL apo B48 and IDL apo BlOO in subjects with coexisting dysbetalipoproteinemia and heterozygous FH due to an increased synthesis and a decreased catabolism of these particles. A treatment with fenofibrate considerably reduced the TRL-IDL apo B levels mainly by increasing their catabolism. Moreover, these patients also showed increased apo C-III levels and the treatment with fenofibrate also reduced apo C-III concentrations via an increased fractional catabolic rate and a decreased production rate. Finally, in patients with moderate hypercholesterolemia, ezetimibe significantly decreased LDL-C levels mainly by increasing the fractional catabolic rate of apo B100- containing lipoproteins.

Thèse en cotutelle : Université Laval, Québec, Canada et Università Studi Cagliari, Cagliari, Italie / Les facteurs environnementaux jouent un rôle clé dans le développement du syndrome métabolique et de l'obésité, qui sont maintenant de véritables épidémies soulevant des problèmes de santé publique. Les excès de graisse corporelle dans l'obésité et la perte de masse grasse et maigre dans les conditions de dénutrition ou d'anorexie mentale sont le résultat d'un déséquilibre énergétique. Par conséquent, le maintien de l'équilibre énergétique est crucial à la fois pour la prévention de l'obésité et pour le traitement de l'anorexie mentale et d'autres formes de dénutrition. Les signaux lipidiques tels que ceux médiés par les médiateurs des endocannabinoidomes sont profondément impliqués dans le contrôle du métabolisme énergétique. Dans cette thèse, au sein de deux projets différents, nous avons étudié comment différents facteurs environnementaux, y compris la restriction calorique, l'activité physique, la supplémentation en vitamine D et les médicaments antipsychotiques, peuvent conduire à une modification du métabolisme énergétique par la modulation de la signalisation des endocannabinoïdomes. Les résultats des travaux expérimentaux montrent comment les différentes conditions étudiées provoquent des changements dans les niveaux tissulaires du médiateur lipidique endocannabinoïdome ainsi que dans l'expression de leurs récepteurs et enzymes métaboliques, ce qui peut contribuer aux changements observés de la masse grasse corporelle et du métabolisme énergétique au sein des modèles. Nous concluons que les conditions étudiées peuvent provoquer des changements dans le bilan énergétique par altération de l'endocannabinoidome. / Environmental factors play a key role in the development of obesity-induced metabolic syndrome and obesity, which are now true epidemics raising public health concerns. Both excess body fat in obesity, and fat and lean mass loss in undernutrition conditions or anorexia nervosa, are the result of energy imbalance. Therefore, maintaining energy balance is crucial for both the prevention of obesity and the treatment of anorexia nervosa and other forms of undernutrition. Lipid signals such as those mediated by endocannabinoidome mediators are deeply involved in the control of energy metabolism. In this thesis, within two different projects, we studied how different environmental factors including calorie restriction, physical activity, vitamin D supplementation and antipsychotic drugs, may lead to energy metabolism modification through modulation of the endocannabinoidome signaling. The results of the experimental work show how the different studied conditions cause changes in the tissue levels of endocannabinoidome lipid mediator as well as in the expression of their receptors and metabolic enzymes, which may contribute to the observed changes in body fat mass and energy metabolism within the models. We conclude that the investigated conditions may cause changes in energy balance through alteration of the endocannabinoidome.

Plusieurs pathologies sont liées à un excès de cholestérol, notamment l'athérosclérose et les maladies neurodegeneratives, telles que l'Alzheimer et le Parkinson. Le cérébrostérol (24S-hydroxycholestérol) constitue la principale forme d'élimination du cholestérol du cerveau et excrété au niveau du foie. Dans le foie, environ 50% du cérébrostérol est métabolisé en un dérivé glucuronidé et sulfaté. Par ailleurs, le cérébrostérol a aussi une fonction biologique comme activateur naturel des récepteurs nucléaires LXRa et p. Nos travaux avaient pour but de clarifier le rôle de la glucuronidation dans l'homéostasie et le contrôle de l'activité biologique du 24S-hydroxycholestérol. Nous avons identifié le 24S-hydroxycholestérol et le 24S-hydroxycholestérol-3-sulfate-24-glucuronide comme étant les metabolites circulants les plus abondants chez l'humain. Également, nous avons identifié l'enzyme UDP-glucuronosyltransferase (UGT)1A4 comme étant l'enzyme responsable de la glucuronidation du 24S-hydroxycholestérol. Enfin, nous avons mis en évidence l'effet positif de l'activation de LXRa sur l'expression hépatique d'UGT1A4, suggérant ainsi que le 24S-hydroxycholestérol est capable de réguler son propre métabolisme. Ces résultats permettent de mieux comprendre les processus moléculaires régissant le métabolisme et l'inactivation du 24S-hydroxycholestérol, et méritent d'être approfondis, afin de déterminer l'intérêt thérapeutique de la glucuronidation du cérébrostérol dans le cadre de traitements visant à réduire l'excès de cholestérol au cerveau.

Les acides gras (AG) polyinsaturés, tels que l’acide arachidonique (AA), sont précurseurs de médiateurs lipidiques impliqués dans nombreux processus biologiques, mais aussi dans la progression de certaines maladies inflammatoires et cancers. La biodisponibilité de ces AG dépend des mécanismes de remodelage qui contrôlent leur incorporation et redistribution dans les glycérophospholipides (GPL) ainsi que leur libération. L’inhibition de la transacylase CoA-indépendante (CoA-IT) a démontré le potentiel du remodelage de l’AA comme cible thérapeutique contre les maladies inflammatoires et prolifératives. Boilard et Surette ont démontré que l’activité de la CoA-IT est induite chez les lymphocytes T humains en prolifération et que son inhibition induit l’apoptose chez ces cellules, mais pas chez celles au repos. Par contre, peu était connu sur les changements dans la composition en AG des GPL suite à l’induction de la prolifération des lymphocytes T et encore moins sur l’identité des enzymes impliquées. Lors de cette thèse, nous avons premièrement mesuré la composition en AG des GPL chez les lymphocytes T primaires humains au repos et en prolifération, ainsi que chez la lignée lymphocytaire Jurkat. La prolifération des lymphocytes T induit des modifications majeures dans la distribution des AG contenus dans les GPL et les Jurkat ressemble beaucoup plus aux lymphocytes T en prolifération que ceux au repos. Au niveau du contenu en AG des GPL, la plupart des AG ont subi une augmentation significative suite à l’induction de la prolifération, mais ce sont les AG mono-insaturés qui ont subi l’augmentation la plus significative. Contrairement aux autres AG, la masse de l’AA dans les GPL n’a pas été affectée suite à l’induction de la prolifération, mais l’AA a subi une importante redistribution dans les différents GPL. Cette redistribution est non seulement associée à l’induction de l’activité CoA-IT, mais aussi à une importante induction de l’incorporation de l’AA. Nous avons aussi démontré que les cellules T en prolifération et les cellules Jurkat ont une grande capacité d’élongation et de désaturation des AG polyinsaturés de 18 et 20 carbones comparativement aux cellules T au repos. Afin d’expliquer ces changements, nous avons mesuré l’expression de plusieurs enzymes potentiellement impliquées dans la biosynthèse des AG ainsi que dans le remodelage des AG polyinsaturés dans les GPL chez les cellules T au repos et en prolifération. Nous avons démontré une induction de l’expression de l’acide gras synthase (FASN), de la stéaroyl-CoA desaturase-1 (SCD1), des désaturases 1 et 2 (FADS1 et FADS2), de l’élongase 5 (ELOVL5) ainsi que plusieurs acyl-CoA-synthétases (ACS), lysophospholipid acyltransférases (LPLAT) et phospholipases A2 (PLA2) chez les cellules T en prolifération comparativement au cellules T au repos. Il est connu que la SCD1 est nécessaire pour la prolifération de plusieurs carcinomes. L’atténuation de la SCD1 chez la lignée Jurkat affecte la désaturation de l’acide palmitique (16:0 vers 16:1 n-7), mais ne semble pas affecter la désaturation de l’acide stéarique (18:0 vers 18:1 n-9) ni la prolifération cellulaire. La stéaroyl-CoA désaturase-5 (SCD5) pourrait être un élément compensateur responsable du maintien de l’acide oléique (18:1n-9) cellulaire et de la prolifération. Nous avons aussi démontré que l’atténuation de l’ELOVL5 chez les cellules T en prolifération et les cellules Jurkat modifie significativement le profil des AG mono-insaturés et polyinsaturés, et bloque efficacement l’élongation des AG polyinsaturés de 18 et 20 carbones, mais n’a eu aucun effet sur la survie et la prolifération. Pour ce qui est des enzymes potentiellement impliquées dans le remodelage de l’AA, leur implication reste à être élucidée et l’identité de la CoA-IT n’est pas encore connue. Nous avons aussi démontré que l’utilisation d’un analogue de l’AA, l’AA-alcyne, comme outil pour étudier le remodelage de l’AA et la production de médiateurs lipidiques nécessite la prise de certaines précautions, car les enzymes cellulaires ne l’utilisent pas exactement comme l’AA. Nous avons aussi publié une revue discutant des études récentes sur le contrôle de la biodisponibilité des AG polyinsaturés pour la production de médiateurs lipidiques ainsi que les aspects de ce métabolisme qui sont encore inconnus. Une meilleure compréhension du contrôle de la distribution des AG polyinsaturés dans les GPL et de leurs biodisponibilités pourrait mener à la découverte de nouvelles cibles thérapeutiques contre les maladies inflammatoires et prolifératives. / Polyunsaturated fatty acids (PUFA), such as arachidonic acid (AA), are precursors of bioactive lipid mediators involved in several biological processes, but also in the progression of certain inflammatory diseases and cancers. The availability of these fatty acids (FA) depends on the remodeling mechanisms that control their incorporation and redistribution in glycerophospholipids (GPL) as well as their release. Inhibition of CoA-independent transacylase activity (CoA-IT) has demonstrated the potential for the remodeling of AA as a therapeutic target against inflammatory and proliferative diseases. Boilard and Surette demonstrated that CoA-IT activity is induced in proliferating human T lymphocytes and that its inhibition only induces apoptosis in proliferating T cells and not in resting cells. On the other hand, little was known about the changes in the FA composition of the GPL following the induction of the proliferation of the T lymphocytes and still less on the identity of the enzymes involved. In this thesis, we first measured GPL FA composition in resting and proliferating human primary T lymphocytes as well as in the Jurkat lymphocyte cell line. The activation of the T cells proliferation induces major changes in the FA profile contained in the GPL and the Jurkat line resembles much more proliferating T lymphocytes than resting T cells. At the level of the FA content of the GPL, the mass of most FA has increased significantly following the induction of proliferation, but the monounsaturated FA has the most significant increase. Unlike other FA, the total mass of AA in cellular GPL was not affected by T-cell proliferation induction, but the AA was significantly redistributed in the different classes and subclasses of GPL. This redistribution is not only associated with the induction of CoA-IT activity, but also a significant induction of the incorporation of AA in GPL. We have also demonstrated that proliferating T cells and Jurkat cells have a very high capacity for elongation and desaturation of PUFA omega-3 and omega-6 of 18 and 20 carbons compared to resting cells. To explain these observations, we measured the expression of several enzymes potentially involved in the biosynthesis of FA and in the GPL remodeling in resting and proliferating T cells. We have demonstrated an induction of the fatty acid synthase (FASN), the stearoyl- CoA desaturase-1 (SCD1), the fatty acid desaturases 1 and 2 (FADS1 and FADS2), the fatty acid elongase 5 (ELOVL5) as well as several acyl-CoA synthetases (ACS), lysophospholipid acyltransferases (LPLAT) and phospholipases A2 (PLA2) expression in proliferating T cells compared to resting T cells. Many carcinoma cells require the stearoyl-CoA desaturase-1 (SCD1) to proliferate. The knockdown of SCD1 in Jurkat cell line affects the desaturation of palmitic acid (16:0 to 16:1 n-7), but does not appear to affect the desaturation of stearic acid (18:0 to 18:1 n-9) and cell proliferation. The stearoyl-CoA desaturase-5 (SCD5) could be a compensating element responsible for maintaining cellular oleic acid (18:1 n-9) and proliferation capacity. We also demonstrated that the ELVOL5 knockdown in proliferating T cells and Jurkat cells significantly altered the profile of monounsaturated and polyunsaturated FA and effectively blocks the elongation of 18 and 20 carbon PUFA, but had no effect on survival and proliferation. For the enzymes potentially involved in the remodeling of AA, their involvement remains to be elucidated and the identity of the CoAIT is not yet known. We have also demonstrated that the use of an AA analogue, AA-alkyne, as a research tools to study the remodeling of AA and the production of lipid mediators requires certain precautions because it is not used by cellular enzymes exactly like AA. We also published a review discussing recent studies on the control of the availability of PUFA to produce lipid mediators in inflammatory cells as well as aspects that remain unknown. A better understanding of the control of the distribution of PUFA in GPL and their availabilities could lead to the discovery of new therapeutic targets for the treatment of inflammatory and proliferative diseases.

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

Les os, qui sont à la fois résistants et légers, assurent des fonctions mécaniques, structurales et métaboliques. Afin d'assurer ces fonctions, les os sont soumis à un remodelage continuel qui implique la destruction (résorption), puis la formation d'un nouveau tissu osseux calcifié. Ce processus se produit par l'intermédiaire de cellules spécialisées : les ostéoclastes assurant la résorption osseuse et les ostéoblastes responsables de la formation de nouveau tissu osseux. Ainsi, un déséquilibre entre ces deux processus mène, dans bien des cas, à l'ostéoporose qui est une pathologie caractérisée par une faible densité minérale des os et également par une baisse de la masse osseuse. Récemment, différentes études ont permis de démontrer que les lipoprotéines sont impliquées dans le maintien de l'intégrité osseuse. En effet, il a été démontré que les chylomicrons permettent de réguler la formation osseuse en assurant l'acheminement de la vitamine K aux ostéoblastes. Le transfert de cette vitamine se fait par un processus de captation globale qui consiste en la prise de la lipoprotéine en son entier, contrairement à la captation sélective où seulement les esters de cholestérol (EC) de la lipoprotéine sont transférés à la cellule. Ce processus de prise sélective est surtout attribué au récepteur scavenger de classe B (SR-B). Cette famille inclut les récepteurs scavenger de classe B et de type l et II (SR-BI et SR-BII) ainsi que le cluster of differenciation-36 (CD36). Ces récepteurs ont la capacité de prendre de façon sélective les EC contenus dans les lipoprotéines de faible et de haute densité (respectivement les LDL et HDL). Cependant, l'expression de ces récepteurs et le rôle des LDL et HDL dans les fonctions ostéoblastiques demeurent à ce jour inexplorés, malgré le fait que ce sont deux classes de lipoprotéines abondantes chez l'humain et qui sont en plus reconnues pour transporter de l'oestrogène, une hormone impliquée dans l'activité de formation osseuse des ostéoblastes. Ainsi, ce projet de doctorat visait d'une part à déterminer si les LDL et les HDL ont la capacité d'acheminer du cholestérol et de l'oestrogène aux cellules ostéoblastiques et par conséquent, de déterminer également l'identité des récepteurs de lipoprotéines impliqués dans ce métabolisme. Pour ce faire, les lipoprotéines ont été marquées au niveau de leur partie protéique et lipidique et des essais d'association, de dégradation et de compétition ont été réalisés. Les résultats obtenus montrent que les ostéoblastes captent le cholestérol contenu dans les LDL et les HDL. De plus, nous avons démontré que cette prise du cholestérol peut se faire autant par captation globale que par captation sélective. En accord avec la présence de ce dernier mécanisme, nous avons démontré que les cellules ostéoblastiques expriment les récepteurs reconnus pour faire de la captation sélective, soit le SR-BI, le SR-BII et le CD36, et que ces derniers sont impliqués dans la captation sélective faite à partir des LDL et des HDL. Nous avons également démontré, par l'incorporation d'estradiol marquée radioactivement dans les LDL et les HDL, que ces lipoprotéines peuvent transférer de manière sélective l'oestrogène qu'elles contiennent par un processus impliquant aussi les SR-B. Il a aussi été démontré que les lipoprotéines sont impliquées dans le développement de l'ostéoporose, puisqu'une corrélation positive entre l'ostéoporose et l'athérosclérose a été démontrée par des études épidémiologiques et génétiques ainsi que par des études faites chez la souris. Étant donné que la progression des maladies cardiovasculaires est directement reliée au niveau des LDL en circulation, et que ces lipoprotéines deviennent pro-athérogéniques suite à une modification oxydative, les LDL oxydées (LDLOx) ainsi générées constituent un facteur qui pourrait être responsable du développement parallèle de l'athérosclérose et de l'ostéoporose. D'ailleurs, il a été démontré que la différenciation ostéoblastique est inhibée lorsque les ostéoblastes sont exposés à des LDLOx. Ainsi, le présent projet visait également à caractériser l'impact du métabolisme ostéoblastique des LDLOx sur la viabilité des ostéoblastes. Les résultats obtenus suite à des essais de transformation mitochondriale du jaune de tétrazolium (MTT) et des expériences d'incorporation de thymidine indiquent que les LDLOx induisent la prolifération des cellules ostéoblastiques lorsqu'elles sont présentes à de faibles concentrations. Cependant, à de fortes concentrations, les LDLOx induisent plutôt l'apoptose des ostéoblastes, puisqu'il y a une externalisation de la phosphatidylsérine et de la fragmentation d'ADN. De plus, nous avons montré que cet effet apoptotique provient d'une incapacité des ostéoblastes à effectuer le métabolisme des LDLOx. En effet, les LDLOx sont faiblement dégradées par les ostéoblastes, ce qui entraîne une accumulation Iysosomale telle que démontrée par la perte d'intégrité de la membrane des lysosomes. Cette perméabilisation lysosomale est responsable de l'induction de l'apoptose, puisque la présence de chloroquine (agent inhibant l'activité lysosomale) accentue la mort des ostéoblastes. De plus, puisque certaines études ont démontré l'existence d'une corrélation positive entre les niveaux de HDL en circulation et la densité osseuse, nous avons tenté d'établir si cet effet pouvait provenir d'une inhibition des effets toxiques des LDLOx, telle que rapportée au niveau cardio-vasculaire. Les résultats obtenus montrent que les HDL inhibent l'apoptose induite par les LDLOx. Cet effet protecteur est dû à la capacité des HDL d'empêcher l'association des LDLOx aux ostéoblastes. De plus, nous avons montré que les HDL ont la capacité de moduler le métabolisme des LDLOx et ainsi d'empêcher la mort induite pas les LDLOx. En effet, l'exposition des ostéoblastes à des HDL résulte en une hausse de l'expression du SR-BI. Ce changement dans l'expression de ce récepteur entraîne une diminution de l'association protéique des LDLOx et aussi une hausse de la captation sélective faite à partir de ces lipoprotéines modifiées. Ces effets résultent en une préservation de l'intégrité Iysosomale qui est perdue en présence de LDLOx. Ainsi, ces données suggèrent l'importance de maintenir des niveaux de HDL élevés afin de prévenir la mort des ostéoblastes exposés à des conditions athérogéniques.

L’os est un tissu dynamique, en remodelage constant grâce à un processus finement régulé impliquant des facteurs locaux et systémiques. Un déséquilibre entre la formation et la résorption osseuses, assurées respectivement par les ostéoblastes et les ostéoclastes, conduit à une altération de la microarchitecture de l’os, une augmentation du risque de fracture, et à l’apparition de pathologies telles que l’ostéonécrose et l’ostéoporose. Ces deux maladies ont pour caractéristiques communes une diminution du nombre de cellules stromales mésenchymateuses (MSC), les progéniteurs des ostéoblastes, et des anomalies fonctionnelles des MSC et des cellules ostéoblastiques (Ob). De surcroit, elles présentent toutes deux une accumulation d’adipocytes au sein de la moelle osseuse. De récentes publications suggèrent que cette accumulation d’adipocytes médullaires pourrait avoir des conséquences délétères sur la physiologie des cellules ostéoformatrices et de leurs progéniteurs, partageant ce même microenvironnement osseux. Une relation inverse entre l’excès d’adiposité médullaire et la masse osseuse est en effet aujourd’hui clairement établie. Par son importante activité sécrétrice de cytokines et d’adipokines ainsi que sa capacité à stocker et libérer des acides gras libres (AGL), l’adipocyte médullaire est capable de modifier la composition du microenvironnement osseux, et ainsi d’influencer le métabolisme et la fonction des cellules avoisinantes, et notamment des cellules osseuses. Afin d’étudier l’influence des AGL sur la survie et la fonction des cellules ostéogéniques, nous avons utilisé un AGL saturé, le palmitate (Palm ;C16 :0) et un AGL monoinsaturé, l’oléate (Ole ;C18 :1), tous deux étant particulièrement abondants dans l’organisme et l’alimentation de l’homme et couramment utilisés dans les études de lipotoxicité. Dans un premier temps, nous avons travaillé sur des MSC isolées de la moelle osseuse de sujets sains (HV-MSC), qui ont éventuellement été différenciées en Ob. Nous avons démontré que l’exposition de ces cellules à des concentrations physiologiques de Palm entraîne une cytotoxicité dose-et temps-dépendante, via l’initiation d’un stress du réticulum endoplasmique (RE) et l’activation des voies ERK et NFκB. En outre, l’AGL saturé induit un état pro-inflammatoire en augmentant l’expression du toll-like receptor 4 et la production des interleukines (IL) 6 et 8. Nous avons montré que les Ob présentent une sensibilité accrue au Palm, associée à une exacerbation du stress du RE et de la réponse pro-inflammatoire. L’Ole n’a pas d’effet délétère sur les MSC et les Ob, et de surcroit, il bloque les différentes voies activées par le Palm, neutralisant ainsi totalement la lipotoxicité induite par l’AGL saturé. Nous avons démontré par ailleurs que l’AGL monoinsaturé favorise l’estérification et le stockage du Palm dans des gouttelettes lipidiques, contrant ainsi ses effets délétères. Nous avons ensuite étudié les effets de ces deux AGL, sur des MSC isolées de patients atteints d’ostéonécrose de la tête fémorale (ON-MSC), comparativement aux HV-MSC. Lors de la procédure d’isolation des MSC, nous avons conservé le surnageant obtenu après la première centrifugation (bone marrow supernatant fluid, BMSF) pour une analyse de sa composition lipidique, celle du sérum étant réalisée en parallèle. Nous avons démontré que l’exposition au Palm favorise la différenciation des MSC vers la lignée adipogénique, au détriment du phénotype ostéoblastique. De plus, nous avons observé que les ON-MSC possèdent une capacité de différenciation adipogénique supérieure à celles des HV-MSC.D’autre part, nos résultats ont montré que les ON-MSC sont plus sensibles à la lipotoxicité que les HV-MSC, cette hypersensibilité étant associée à un dérèglement de plusieurs mécanismes cellulaires impliqués dans la survie ou les processus de protection cellulaire :le niveau d’activation basal de la voie ERK est supérieur à celui des HV-MSC et la régulation de l’expression génique des enzymes stearoyl-CoA desaturase 1 (SCD1) et carnitine palmitoyl transferase 1 (CPT1), favorisant respectivement la désaturation des AGL saturés et leur β-oxydation mitochondriale, est altérée dans les ON-MSC. Par ailleurs, dans ces cellules, la production des cytokines IL-6 et IL-8 est triplée par rapport à celle des HV-MSC.La caractérisation du profil lipidique du sérum n’a pas mis en évidence de différence significative entre les sujets sains et ostéonécrotiques. Cependant, de profondes modifications du contenu en AGL du BMSF ont été observées, montrant un enrichissement important en acide palmitique, palmitoléique, oléique, vaccénique et linoléique chez les sujets ostéonécrotiques. Ces modifications reflètent un changement du microenvironnement osseux chez ces patients qui pourrait être lié à l’activité sécrétrice des adipocytes médullaires et altérer le fonctionnement des cellules voisines.L’ensemble de nos travaux suggère qu’au sein du microenvironnement osseux, l’accumulation d’adipocytes médullaires pourrait avoir un effet délétère sur les cellules responsables de la formation osseuse, notamment via la libération d’AGL. Ces AGL étant cytotoxiques pour les cellules ostéoformatrices mais bénéfiques pour les cellules responsables de la résorption osseuse, ils pourraient favoriser un déséquilibre du remodelage osseux. En lien avec ces observations, nos résultats obtenus avec les ON-MSC suggèrent également que la lipotoxicité pourrait participer aux mécanismes pathogéniques qui initient et/ou entretiennent l’ostéonécrose. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished