Introduction: Le MEHP est un métabolite de phtalate impliqué dans le développement de l'obésité. Les acyl-CoA synthétases longues chaînes (ACSL) jouent un rôle essentiel dans la régulation du métabolisme des acides gras. Notre étude s'est intéressée à l'effet du MEHP sur les ACSL4 dans les cellules musculaires squelettiques. Objectifs: Déterminer dans les myoblastes C2C12, l'effet du MEHP sur les variations d'expression des ACSL4 (ARNm et protéines) et l'accumulation des lipides. Méthodes: Dans les myoblastes C2C12 exposés au MEHP, l'expression des ACSL4 a été déterminée par RT-qPCR et Western blots. La quantification des lipides a été évaluée par fluorimétrie après extraction organique. Résultats: Le MEHP entraîne une tendance à l'augmentation dose dépendante des niveaux des ARNm ACSL4, une tendance à la diminution des niveaux des protéines ACSL4 mais n'entraîne pas d'augmentation des concentrations de lipides dans les C2C12. Conclusion / Importance: Nos résultats pourraient être utiles dans la recherche de solutions à l'obésité liée à l'exposition au MEHP.

La protéine PARL (Presenilins-Associated Rhomboid-Like protein) est une nouvelle protéine présentant des similarités significatives avec la famille de régulateurs développementaux de Drosophila melanogaster Rhomboid, assurant la protéolyse intramembranaire régulée (RIP). La RIP est un processus par lequel certaines protéines transmembranaires sont clivées à l'intérieur de la membrane pour libérer un domaine cytoplasmique actif. Pour valider l'homologie fonctionnelle entre PARL et Rhomboid-1, nous avons conduit une analyse phylogénétique complète portant sur l'ensemble des membres de la super-famille Rhomboid. Cette étude révèle que cette famille est présente à tous les niveaux évolutifs et que tous ses membres, y compris PARL, sont des sérine-protéases catalysant la RIP. Nos études immunohistochimiques démontrent que le profil d'expression de PARL est régulé dynamiquement au cours du développement postnatal du cerveau de souris. D'autre part, PARL est sélectivement exprimée dans les cellules mitotiques et les neurones indifférenciés, mais pas dans les cellules gliales. De plus, chez l'adulte, l'expression de PARL est restreinte aux zones de neurogenèse active tout au long de la vie de l'animal. L'ensemble de ces résultats indique que l'expression de PARL commence durant la phase proliférative des précurseurs neuronaux, continue dans les étapes précoces de la différenciation neuronale et qu'elle est ensuite régulée négativement au cours de la différenciation. Nous proposons donc que l'activité de RIP-protéase de la protéine PARL joue un rôle essentiel dans l'engagement de la cellule vers la destinée neuronale et dans la neurogenèse.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2012-2013. / Le récepteur activé par les proliférateurs de peroxysomes de type y (PPARy) est un puissant régulateur des gènes impliqués dans le métabolisme du tissu adipeux et l'adipogenèse. Son activation pharmacologique, par des ligands de type thiazolidinedione (TZD), diminue la résistance à l'insuline et est utilisée en clinique dans le traitement du diabète de Type 2. Les agonistes de PPARy exercent leurs effets bénéfiques en favorisant la séquestration des lipides et leur entreposage dans les tissus adipeux périphériques métaboliquement plus sûrs, en stimulant la production adipocytaire d'adipokines telles l'adiponectine et en réduisant l'infiltration de macrophages dans les réserves de graisses. En détournant les lipides des organes tels que le muscle squelettique et le foie, les TZD préviennent la lipotoxicité. Bien que l'élucidation des mécanismes par lesquels PPARy contrôle l'entreposage des lipides dans le tissu adipeux progresse, les connaissances en ce domaine demeurent imcomplètes. Les travaux décrits dans cette thèse montrent que les agonistes de PPARy favorisent l'entreposage des graisses en périphérie en modulant de façon dépôt-spécifique et coordonnée la lipase lipoprotéique et les protéines impliquées dans sa maturation, les transporteurs d'acides gras et les enzymes lipogènes. Les résultats présentés dans cette thèse mettent également en évidence le rôle de la cible de la rapamycine chez les mammifères (mTOR, mammalian target of rapamycin) dans le contrôle de la lipogenèse exercé par PPARy in vivo. Lorsque cette protéine au coeur d'un réseau de signalisation contrôlant le métabolisme cellulaire est inactivée, l'activité transcriptionnelle de PPARy est significativement réduite et les TZD perdent leur capacité à stimuler l'entreposage des lipides circulants. Finalement, les études décrites dans cet ouvrage montrent que l'activation de PPARy peut à son tour influencer le sentier métabolique de mTOR en stimulant le catabolisme des acides aminés à chaîne ramifiée, l'un de ses principaux activateurs, dans les tissus adipeux blanc et brun. L'étude des interactions complexes entre ces deux systèmes a le potentiel de contribuer au développement de nouvelles avenues thérapeutiques pour prévenir et guérir l'obésité et le diabète.

Chaque année, environ 23 300 Canadiens se font diagnostiquer un cancer de la prostate. Malheureusement, 10% d'entre eux en mourront, représentant la troisième cause de décès par cancer chez les hommes. La recherche sur ce sujet est alors bien importante pour améliorer la compréhension de ce cancer afin de développer de nouvelles approches thérapeutiques qui ciblent le métabolisme des cellules. La prostate est une glande du système reproducteur mâle ayant un métabolisme unique. Cet organe possède un cycle de Krebs tronqué, de manière à pouvoir produire et sécréter un métabolite important, le citrate. Toutefois, lors de la tumorigenèse, ce profil métabolique est complètement reprogrammé pour favoriser la croissance des cellules tumorales et le citrate n'est non plus sécrété, mais redirigé vers le cycle de Krebs afin de produire de l'énergie. Toutefois, comment ce programme métabolique fonctionne dans la prostate, ainsi que comment les cellules tumorales piratent le métabolisme du citrate, restent encore bien mal compris et cela a été le sujet de mes travaux. Pour ce faire, j'ai initialement travaillé à l'optimisation de modèles d'organoïde de prostate, qui sont les premiers modèles à reproduire, *ex vivo*, le programme sécrétoire de citrate de la prostate. Après validation de ces modèles, tant chez la souris que chez l'humain, par immunohistochimie, immunofluorescence et métabolomique, j'ai ensuite travaillé à optimiser les méthodes de transductions lentivirales des organoïdes en culture primaire. Grâce à une méthode de modification génétique par shRNA, plusieurs enzymes et transporteurs ont été ciblés afin de comprendre leur rôle et les voies métaboliques impliquées dans la production et la sécrétion du citrate. Nous avons en premier lieu validé la répression d'expression par qRT-PCR et par immunobuvardage de type Western, puis effectué des essais enzymatiques ainsi que des tests de prolifération cellulaire. Nous avons notamment identifié l'enzyme isocitrate déshydrogénase 1 (IDH1) comme étant essentielle pour le métabolisme des cellules tumorales. Mes travaux contribuent à mettre en évidence IDH1 comme nouvelle cible thérapeutique contre le cancer de la prostate. Globalement, les travaux présentés dans ce mémoire permettront une meilleure compréhension du métabolisme de la prostate saine et de sa reprogrammation durant la tumorigenèse. À terme, nous espérons que ces découvertes mèneront au développement de nouvelles approches thérapeutiques ciblant le métabolisme tumoral. / Every year, approximately 23,300 Canadians are diagnosed with prostate cancer. Sadly, 10% of them will dieof it, representing the third leading cause of cancer death in men. Research on this subject is therefore vital to improve our understanding of this cancer, and to develop new therapeutic approaches that target cell metabolism. The prostate is a gland of the male reproductive system with a unique metabolism. This organ has a truncated Krebs cycle, so that it can produce and secrete an important metabolite, citrate. However, during tumorigenesis, this metabolic profile is completely reprogrammed to promote tumor cell growth, and citrate is no longer secreted, but redirected to the Krebs cycle for energy production. However, how this metabolic program works in the prostate, and how tumor cells hack citrate metabolism, is still poorly understood and was the subject of my work. To do so, I initially worked on optimizing prostate organoid models, which are the first models to reproduce, *ex vivo*, the citrate secretory program of the prostate. After validating these models by immunohistochemistry, immunofluorescence and metabolomics, I then worked on optimizing lentiviral transduction methods for organoids in primary culture. Using a shRNA-mediated genetic modification method, several enzymes and transporters were targeted in order to understand their role and the metabolic pathways involved in citrate production and secretion. We first validated expression repression by qRT-PCR and Western immunoblotting, followed by enzymatic and cell proliferation assays. In particular, we identified the enzyme isocitrate dehydrogenase 1 (IDH1) as essential for tumor cell metabolism. My work is helping to identify IDH1 as a new therapeutic target for prostate cancer. Overall, the work presented in this thesis will lead to a better understanding of healthy prostate metabolism and its reprogramming during tumorigenesis. Ultimately, we hope these findings will lead to the development of new therapeutic approaches targeting tumor metabolism

Les antipsychotiques de seconde génération (ASG) peuvent causer des effets secondaires indésirables tels que le gain de poids, une perturbation du métabolisme des lipides sanguins et du glucose. Certaines études suggèrent que les enfants et les adolescents pourraient être encore plus à risque que les adultes de développer de tels effets. Le but de la présente étude est de comparer les effets métaboliques secondaires, suite au premier traitement avec un ASG, entre une population adulte et une population pédiatrique, en examinant la variation par rapport au niveau pré-traitement de l'indice de masse corporelle (IMC), du bilan lipidique [cholestérol total (CT), lipoprotéine à haute densité (HDL), lipoprotéine à basse densité (LDL), triglycérides (TG)] et de la glycémie à jeun, et ce à 3 et 6 mois après le début du traitement. Nos résultats montrent une augmentation significative de l'IMC aussi bien dans le groupe pédiatrique [à 3 mois = 10,1% (p<0,0001), à 6 mois = 11,8% (p<0,0001)] que dans le groupe adulte [à 3 mois= 12,2% (p<0,0001), à 6 mois= 13,1% (p<0,0001)]. Nous n'avons trouvé aucun changement significatif des lipides dans le groupe pédiatrique alors que nous avons observé dans le groupe adulte des augmentations significatives du CT [ à 3 mois = 24,0% (p=0,004), à 6 mois = 24,1% (p=0,0006) ], des LDL [à 3 mois = 26,8% (p=0,019), à 6 mois= 30,1% (p=0,010)] et des HDL [à 3 mois= 10,2% (p = 0,04), à 6 mois= 17,1% (p=0,005)]. Nous n'avons observé de changement significatif de la glycémie à jeun dans aucun des 2 groupes. Nos résultats suggèrent que les sujets d'âge pédiatrique démontrent une augmentation d'IMC similaire aux adultes alors que les adultes seraient plus enclins à développer une perturbation du métabolisme des lipides sanguins lors d'un traitement avec un ASG.

La protéine PARL (Presenilins-Associated Rhomboid-Like protein) est une nouvelle protéine présentant des similarités significatives avec la famille de régulateurs développementaux de Drosophila melanogaster Rhomboid, assurant la protéolyse intramembranaire régulée (RIP). La RIP est un processus par lequel certaines protéines transmembranaires sont clivées à l'intérieur de la membrane pour libérer un domaine cytoplasmique actif. Pour valider l'homologie fonctionnelle entre PARL et Rhomboid-1, nous avons conduit une analyse phylogénétique complète portant sur l'ensemble des membres de la super-famille Rhomboid. Cette étude révèle que cette famille est présente à tous les niveaux évolutifs et que tous ses membres, y compris PARL, sont des sérine-protéases catalysant la RIP. Nos études immunohistochimiques démontrent que le profil d'expression de PARL est régulé dynamiquement au cours du développement postnatal du cerveau de souris. D'autre part, PARL est sélectivement exprimée dans les cellules mitotiques et les neurones indifférenciés, mais pas dans les cellules gliales. De plus, chez l'adulte, l'expression de PARL est restreinte aux zones de neurogenèse active tout au long de la vie de l'animal. L'ensemble de ces résultats indique que l'expression de PARL commence durant la phase proliférative des précurseurs neuronaux, continue dans les étapes précoces de la différenciation neuronale et qu'elle est ensuite régulée négativement au cours de la différenciation. Nous proposons donc que l'activité de RIP-protéase de la protéine PARL joue un rôle essentiel dans l'engagement de la cellule vers la destinée neuronale et dans la neurogenèse.

L’abiratérone (Abi) est un inhibiteur de synthèse des androgènes de type stéroïdien utilisé dans le traitement du cancer de la prostate. Le métabolisme de l’Abi entraîne la formation de métabolites pharmacologiquement actifs agissant soit comme inhibiteur de synthèse, antagoniste ou agoniste du récepteur androgénique. Leur concentration plasmatique est très variable alors que la suppression androgénique suivant le traitement varie considérablement. L’action de la voie métabolique de glucuronidation sur ces composés de type stéroïdien n’est pas connue. Cette voie enzymatique, médiée par les enzymes UGT, représente une étape clé du métabolisme des médicaments et de l’homéostasie de nombreuses molécules endogènes incluant un rôle primordial dans la régulation des voies hormonales ciblées par l’Abi. L’objectif de mes travaux était d’évaluer le métabolisme de l’Abi par la voie de glucuronidation, d’étudier l’effet potentiel de la variabilité génétique de cette voie et enfin, d’explorer une possible interaction avec la glucuronidation des stéroïdes. Les données recueillies révèlent que l’Abi et ses métabolites actifs sont conjugués par l’enzyme hépatique UGT1A4 in vitro et confirment que ces nouveaux métabolites sont présents en circulation chez les patients traités. Plusieurs variations polymorphiques du gène UGT1A4 entraînent une perte de fonction de l’enzyme et une réduction significative de l’inactivation de l’Abi et de ses métabolites in vitro, suggérant que les patients porteurs de ces polymorphismes génétiques pourraient être exposés à des concentrations plus élevées des composés pharmacologiques actifs. L’importance de cette voie métabolique demeure à être établie in vivo. De plus, nos données révèlent que l’Abi et ses métabolites sont des inhibiteurs puissants de l’inactivation des androgènes et de leurs précurseurs surrénaliens par la voie des UGT tant au niveau du foie que des cellules cancéreuses prostatiques. Ces découvertes laissent présager que la relation entre l’exposition à l’Abi et à ses métabolites, la suppression androgénique subséquente en cours de traitement à l’Abi et, ultimement, la réponse clinique des patients est complexe. Une étude plus approfondie des facteurs génétiques et pharmacologiques ainsi qu’un profilage plus complet des hormones stéroïdiennes chez les patients traités est nécessaire afin d’identifier de nouveaux marqueurs prédictifs de la réponse à la thérapie antihormonale. / Abiraterone (Abi) is a selective steroidal inhibitor of androgens biosynthesis used for the treatment of advanced prostate cancer. Abi is known to be metabolised into pharmacologically active metabolites having either androgen synthesis inhibitor activity or antagonistic/agonistic activity toward the androgen receptor. Plasma concentration of these metabolites and androgen suppression are highly variable between treated patients. The activity of UGT enzymes toward these steroidal molecules is currently unknown. This pathway mediated by UGT enzymes is a key step in the metabolism of drugs and endogenous molecules. These enzymes have a primary role in the regulation of hormonal pathway targeted by Abi. We aimed to study the metabolism of Abi by the glucuronidation pathway, the genetic variability of UGT enzymes as well as the impact of this pathway on steroids inactivation. Data obtained point out UGT1A4 as the main enzyme implicated in the glucuronidation of Abi and its metabolites in the liver and they also show significant circulating levels of these new metabolites within treated patients. Moreover, many polymorphisms in this metabolic pathway lead to a loss of function of UGT1A4 and to the abrogation of the inactivation of Abi and its metabolites, suggesting that carriers of these polymorphisms might be exposed to higher concentrations of pharmacologically active metabolites. Finally, additional data revealed potent inhibitor activity of Abi and its metabolites toward androgens and adrenal precursor’s inactivation by UGTs expressed in liver and prostatic tissues. Our study shows that the relationship between the exposition to Abi and its metabolites, the androgenic suppression and the clinical response observed in treated patients is complex and suggest that genetic, pharmacologic and metabolomic analysis could allow the identification of new predictive biomarquers of the response toward the antihormonal therapy in patients treated with Abi.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2018-2019 / La voie métabolique de glucuronidation, impliquant les enzymes uridine diphospho-glucuronosyltransférases (UGT), joue un rôle crucial dans le métabolisme des médicaments et contrôle l’exposition à divers composés exogènes via leur inactivation par la conjugaison à l’acide glucuronique. Cette voie métabolique a également comme rôle principal de maintenir l’homéostasie cellulaire et le contrôle de la biodisponibilité de nombreuses molécules endogènes. Nombre de ces composés sont impliqués dans des boucles de rétroaction régulant l’expression et l’activité de diverses voies métaboliques cellulaires, notamment via l’implication de récepteurs nucléaires et autres voies de signalisation. Une modification de l’expression et de l’activité de la voie de glucuronidation a donc le potentiel d’influencer le métabolisme cellulaire, au-delà du contrôle des substrats des enzymes UGT. Cette hypothèse est appuyée par des observations préliminaires démontrant la capacité des UGT à interagir avec des protéines d’autres voies métaboliques, affectant ainsi leur activité. De plus, les études récentes du laboratoire font état d’un transcriptome étendu de la grande famille de gènes UGT, permettant la production de protéines alternatives comprenant de nouveaux domaines peptidiques et dont les fonctions et les réseaux d’interaction demeurent inconnus. Dans le cadre de cette thèse, nos premières investigations ont porté sur les changements métaboliques associés à une modification de l’expression cellulaire d’enzymes UGT, ainsi que de leurs protéines alternatives nouvellement identifiées. Une approche métabolomique non-ciblée a révélé des répercussions importantes au niveau métabolique, parfois communes, parfois divergentes, selon l’enzyme et l’isoforme alternative étudiée. À titre d’exemple, les niveaux cellulaires de lipides bioactifs comme l’acide arachidonique sont grandement affectés dans les lysats de cellules exprimant des enzymes UGT, alors qu’ils ne le sont pas dans les lysats de cellules exprimant des protéines alternatives. Dans une seconde série d’investigations, nous avons établi les réseaux d’interactions protéiques des UGT dans le tissu rénal et hépatique humain. À l’aide d’anticorps développés au laboratoire et dirigés contre les enzymes ou les protéines alternatives UGT, nous avons réalisé une purification d’affinité sur bille couplée à la spectrométrie de masse. Ceci a permis d’établir de façon non-biaisée les interactomes endogènes des enzymes UGT et de leurs protéines alternatives dans un environnement protéique physiologique, révélant l’existence de partenaires communs et de partenaires spécifiques. En plus d’identifier des protéines associées au métabolisme des médicaments, nos travaux ont révélé plusieurs partenaires protéiques impliqués dans d’autres voies métaboliques, telles que les voies énergétiques (glycolyse, cycle des acides tricarboxyliques, oxydation des lipides, etc.). À l’aide de modèles cellulaires, nous avons démontré que certaines de ces interactions sont fonctionnelles et entrainent une modification significative de l’activité du partenaire des UGT, induisant des perturbations métaboliques et phénotypiques associées à la progression tumorale. Enfin, nos données ont révélé une induction différentielle de l’expression d’une enzyme UGT et de ses variants alternatifs suite à un traitement pharmacologique, influençant possiblement l’activité cellulaire en réponse à ces stimuli. Nos travaux soutiennent une interconnexion entre le métabolisme de glucuronidation et le métabolisme cellulaire. Ils appuient également un rôle plus vaste et complexe des protéines UGT, impliquant notamment la production d’isoformes alternatives aux structures protéiques distinctes et possédant des fonctions régulatrices possiblement différentes de celles des enzymes. Ces travaux démontrent également des interactions protéiques avec diverses voies métaboliques, permettant sans doute de moduler la réponse cellulaire à divers stimuli tout en optimisant les ressources métaboliques de la cellule. / The glucuronidation pathway, catalyzed by uridine diphospho-glucuronosyltransferases (UGTs), is crucial for drug metabolism and controls the body’s exposure to several exogenous compounds by the conjugation of a glucuronic acid moiety leading to their inactivation. A main role for this pathway is also to controls cellular levels of several endogenous compounds in order to maintain homeostasis. Many of those compounds are involved in feedback loops and control the expression and activity of numerous metabolic pathways through the regulation of nuclear receptors and other signaling events. Altered expression or activity of the glucuronidation pathway thus has the potential to influence cellular metabolism, beyond UGT substrate regulation. This hypothesis is supported by preliminary observations showing that UGTs possess the capacity to interact with enzymes from other metabolic pathways, affecting their activity. Furthermore, recent studies from our laboratory exposed an extended transcriptome for UGT genes, producing new alternative proteins comprising new domains and for which the functions and interaction networks remain unknown. In the context of this work, our first investigations explored the metabolic alterations induced by a modification in the cellular levels of UGT enzymes, as well as selected novel alternative proteins. A non-targeted metabolomics approach uncovered significant metabolic alterations, sometimes common or divergent, depending on the enzyme and the alternative isoform. As an example, bioactive lipids such as arachidonic acid were among the most modulated metabolites in lysates of cells expressing UGT enzymes but remained unchanged in cells expressing alternate proteins. In a second set of investigations, we established the interaction networks of UGT proteins in human liver and kidney tissues. We used in-house antibodies directed against UGT enzymes or their alternative proteins to conduct affinity purification coupled to mass spectrometry. These assays exposed an unbiased endogenous interactome in a physiologically relevant protein environment, revealing common and specific partners to UGT enzymes and alternative isoforms. In addition to proteins involved in drug metabolism, our work uncovered numerous partners implicated in other metabolic routes such as energetic pathways (glycolysis, tricarboxylic acids cycle, lipid oxidation, etc.). Using cellular models, we showed some of these interactions had a functional impact on cellular activity of the protein partners, triggering metabolic alterations associated with tumor progression. Lastly, our data further support a differential expression of UGT enzymes and their alternative isoforms following treatment with pharmacological compounds that could lead to variable metabolic activity in response to stimuli. Our results demonstrate functional crosstalk between UGT proteins and cell metabolism. This works also supports an extended and rather complex role for UGTs, notably through the production of numerous alternative isoforms presenting different peptide structures and likely diverse regulatory functions. Our findings indicate that one of the underlying mechanisms is related to protein-protein interactions between UGTs and proteins of other metabolic routes, likely permitting a fine regulation of cell response to stimuli while optimizing metabolic resources.

La bilirubine est le produit de dégradation de l’hème. Une accumulation modérée des niveaux circulants de bilirubine est associée à une protection vis-à-vis des maladies cardiovasculaires (MCV). La littérature a mis en évidence le potentiel antioxydant de la bilirubine, notamment en tant que molécule séquestrant les dérivés réactifs de l’oxygène (DRO). L’accumulation des DRO est un phénomène central dans la formation de la plaque athérosclérotique qui est à l’origine de nombreuses MCV. Ainsi la modulation locale du métabolisme de la bilirubine dans les tissus vasculaires représente une cible au potentiel thérapeutique important. Nos travaux visaient à identifier de nouvelles molécules et de nouvelles voies de signalisation permettant d’augmenter la formation de bilirubine dans les tissus vasculaires. Parallèlement, la toxicité induite par l’accumulation excessive de la bilirubine justifiait d’évaluer le potentiel de ces voies de signalisation à contrôler les voies d’élimination hépatique de cette molécule afin de maintenir son homéostasie dans l’organisme et de s’affranchir des effets indésirables d’une telle accumulation. Dans un premier temps nous avons évalué in vitro dans des macrophages (Thp-1 différenciés), dans des cellules endothéliales (HUVEC) et dans des cellules musculaires lisses (CASMC), le potentiel du récepteur nucléaire Liver X Receptor (LXR) à moduler dans la paroi vasculaire l’expression du gène Hème oxygénase (HO)-1 codant pour l’enzyme limitante de la synthèse de la bilirubine. Nous avons également étudié le rôle du Peroxisome Proliferator Activated Receptor (PPAR)α dans la modulation du métabolisme de la bilirubine. Ici nous avons mis en évidence la capacité des ligands pharmacologiques de PPARα à moduler l’expression de HO-1 et la production de bilirubine dans les cellules vasculaires (HUVEC et CASMC). De plus, nous avons observé l’effet régulateur de ces ligands sur l’expression des gènes responsables de l’élimination de la bilirubine : UDP-glucuronosyltransférase (UGT)1A1, et Multidrug resistance-associated protein (MRP)2 dans les cellules hépatiques (Hépatocyte Humains et HepG2). Le troisième volet de nos travaux rapporte l’effet inducteur des acides gras polyinsaturés AGPI n-3 (AGPI n-3), EPA (acide eicosapentaénoïque et DHA (acide docosahexaénoïque) sur l’expression des gènes impliqués dans le métabolisme de la bilirubine : l’exposition des HUVEC et des CASMC à l’EPA et au DHA augmente l’expression de HO-1 et la production de la bilirubine. Parallèlement, dans les cellules hépatiques (HepG2), ces acides gras régulent positivement l’expression de l’UGT1A1 et de MRP2. En conclusion, nos observations décrivent i) l’implication nouvelle de LXR dans le contrôle de l’expression de HO-1 et ii) l’existence d’un mécanisme de régulation concerté du métabolisme de la bilirubine par le contrôle simultané de sa synthèse et de son élimination. De plus ce mécanisme peut être activé par les agonistes pharmacologiques de PPARα mais aussi par les AGPI n-3, EPA et DHA. Globalement, ces données supportent le potentiel de nouvelles approches pharmacologiques et nutritionnelles ciblant le métabolisme de la bilirubine pour la prévention et le traitement des MCV. / Bilirubin is the catabolic product of heme degradation. Moderate elevation of bilirubin levels is associated with a lower risk of cardiovascular diseases (CVD). In vitro analysis showed that the reactive oxygen species (ROS) scavenging properties of bilirubin can provide antioxidant protection. Accumulation of ROS triggers oxidative stress in the vasculature and promotes the development of atherosclerosis, the underlying cause of CVD. Hence the local modulation of bilirubin synthesis represents a potential therapeutic avenue. Our work aimed at identifying new molecules or signaling pathways which modulate the levels of bilirubin in the vasculature. Simultaneously, the consequences of an excessive accumulation of bilirubin in the organism lead us to investigate the effect of these pathways on the hepatic elimination of bilirubin to overcome the deleterious effect of excessive bilirubin accumulation. We firstly investigated in vitro, using macrophages (PMA-differentiated Thp-1), endothelial cells (HUVEC) and smooth muscle cells (CASM), the potential of the nuclear receptor Liver X Receptor (LXR) to modulate the vascular expression of the Heme Oxygenase (HO)-1 gene, which allows the expression of the limiting enzyme responsible for the production of bilirubin. In the same manner, the role of the Peroxisome Proliferator Activated Receptor (PPAR)α in the control of bilirubin metabolism was investigated. We highlighted the capacity of PPARα ligands to enhance HO-1 expression as well as the formation of bilirubin in vascular cells (HUVEC and CASMC). At the same time the ligands act as regulators of the expression of genes involved in bilirubin metabolism, namely UDP-glucuronosyltransferase (UGT)1A1, and Multidrug resistance-associated protein (MRP)2 in hepatic cells (Human Hepatocytes and HepG2). The third part of our work describes the induction of the expression of genes responsible for bilirubin metabolism in response to omega-3 polyunsaturated fatty acids EPA (eicosapentaenoic acid, and DHA (docosahexaenoic acid). In HUVEC and CASMC, exposition to EPA and/or DHA increase HO-1 expression and bilirubin production. In hepatic cells, those omega-3 polyunsaturated fatty acids positively regulate the expression of UGT1A1 and MRP2. In conclusion, our work provides evidences regarding i) the newly identified role of LXR in the regulation of HO-1 expression ii) the existence of a concerted mechanism within bilirubin metabolism, via the simultaneous stimulation of its synthesis and its elimination. This mechanism can be activated by pharmacological agonists of PPARα but also by omega-3 fatty acids EPA and DHA. Overall, our observations highlight the potential of new pharmacological or nutritional approaches that target bilirubin metabolism for treatment and prevention of CVD.

La mechanistic target of rapamycin (mTOR) est une kinase qui s’associe à différentes protéines pour former deux complexes distincts (mTORC1 et mTORC2). Ces complexes jouent un rôle fondamental dans la régulation centrale du bilan d’énergie en assurant à la fois l’intégration hormonale et nutritionnelle, de même que le contrôle des déterminants énergétiques. Dans un contexte d’obésité, l’activation constitutive de mTORC1 engendrée par le surplus de nutriments conduit à la mise en place de boucles de rétroaction négative envers la voie de l’insuline. Cet évènement est en partie responsable de l’initiation de la résistance périphérique et hypothalamique à l’insuline. Des études récentes ont identifié Deptor comme un régulateur négatif de la voie de signalisation mTOR. Les connaissances actuelles démontrent que Deptor perturbe l’activité kinase de mTORC1 envers ses substrats en amont. Conséquemment, Deptor représente une cible de choix afin d’améliorer la sensibilité à l’insuline, particulièrement dans un contexte de balance énergétique positive qui exacerbe l’activité de mTORC1. Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse ont révélé la présence de Deptor dans différentes régions cérébrales impliquées dans la régulation du bilan d’énergie. De fait, nos travaux dévoilent la première caractérisation de la présence et de la modulation de Deptor dans le cerveau du rat et de la souris. L’expression de Deptor s’avère affectée par la restriction alimentaire dans un contexte d’obésité. Afin d’identifier le rôle de Deptor dans la régulation du métabolisme énergétique, nous avons développé des modèles murins permettant la surexpression systémique et hypothalamique de Deptor. Les résultats obtenus à partir de ces modèles démontrent que Deptor joue un rôle majeur dans la régulation centrale du bilan d’énergie en prévenant l’obésité et les complications métaboliques induites par une diète riche en gras. Nous avons observé que la surexpression hypothalamique de Deptor affecte la dépense énergétique et améliore le métabolisme du glucose. Au plan mécanistique, Deptor améliore la sensibilité neuronale à l’insuline en favorisant l’activation de la protéine kinase B (Akt) et en réprimant l’expression du peptide orexigène agouti-related (AgRP). / The mechanistic target of rapamycin (mTOR) is a kinase that nucleates two large protein complexes (mTORC1 and mTORC2). These complexes play fundamental roles in the central regulation of energy balance by ensuring the integration of nutrient and hormonal cues, and modulating the energy determinants. In a context of obesity, the constitutive activation of mTORC1 generated by nutrient overload leads to the generation of several negative feedback loops toward the insulin signaling pathway. This event is, at least in part, responsible for the initiation of hypothalamic and peripheral insulin resistance. Recent studies have identified Deptor as a negative regulator of the mTOR signaling pathway. Current knowledge demonstrates that Deptor affects the kinase activity of mTORC1 toward its upstream substrates. Consequently, Deptor represents a prime target to improve insulin sensitivity, particularly in a context of positive energy balance that exacerbates the activity of mTORC1. This thesis revealed the presence of Deptor in different brain regions involved in the regulation of energy balance. Our work reports the first characterization of the presence and modulation of Deptor in the mouse and rat brain. We revealed that expression of Deptor is affected by dietary restriction in a context of obesity. In order to identify the role of Deptor in regulating energy homeostasis, we have developed mouse models allowing the systemic and hypothalamic overexpression of Deptor. The results obtained from these models indicate that Deptor prevents obesity and metabolic complications induced by a high-fat diet. Therefore, hypothalamic Deptor overexpression affects energy expenditure and improves glucose metabolism. Mechanistically, our work reveals that Deptor improves neuronal insulin sensitivity by promoting the activation of protein kinase B (Akt/PKB) and by suppressing the expression of the orexigenic agouti-related peptide (AgRP).