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

La reprogrammation métabolique est un événement critique dans la fonction et la différenciation des lymphocytes T. Les lymphocytes T quiescents reposent principalement sur la phosphorylation oxydative qui leur permet de produire de grandes quantités d’énergie. Cependant, après activation antigénique, les lymphocytes T subissent une reprogrammation métabolique caractérisée par une augmentation de la glycolyse. Cette situation unique permet aux lymphocytes T activés de diriger rapidement les intermédiaires métaboliques vers la synthèse de macromolécules requises pour leur prolifération et leur fonction effectrice. Néanmoins, l’exposition à un antigène persistant modifie très fortement la fonction lymphocytaire. Les lymphocytes T CD4+ stimulés chroniquement développent un état de non-réponse caractérisé par une perte apparente de leur capacité proliférative et de leurs fonctions effectrices. Le récepteur inhibiteur PD-1 (Programmed cell Death-1) a été identifié comme un régulateur majeur de cet état de non-réponse. L’objectif de notre travail a été de caractériser le métabolisme énergétique des lymphocytes T CD4+ stimulés chroniquement par un antigène. Nous avons, pour cela, développé un modèle murin d’exposition antigénique chronique dans lequel des lymphocytes T CD4+ anti-mâle de souris femelles sont adoptivement transférés dans des receveurs mâles. L’analyse du profil protéomique des lymphocytes T anti-mâle stimulés chroniquement par leur antigène a montré que plusieurs enzymes impliquées dans le métabolisme cellulaire étaient sous-exprimées par ces cellules en comparaison avec des cellules naïves. Nous avons ensuite montré que ces lymphocytes T stimulés chroniquement présentaient un flux glycolytique bas et une capacité respiratoire limitée comparativement à des lymphocytes T effecteurs. De plus, l'expression du transporteur de glucose GLUT1 ainsi que la masse mitochondriale étaient réduites dans ces lymphocytes T CD4+ stimulés chroniquement. Suite à leur activation, ces cellules présentaient une capture de glucose et une synthèse d’ATP limitées. Le blocage de la voie inhibitrice PD-1/PD-L1 a permis de restaurer rapidement la fonction effectrice, et en particulier la sécrétion d’interféron gamma, des lymphocytes T CD4+ soumis à une stimulation antigénique chronique. Cependant, ce blocage n’a induit aucune reprogrammation métabolique en faveur de la glycolyse aérobique dans ces cellules. Par contre, l'absence de régulation médiée par PD-1 a entraîné une perturbation de la chaîne mitochondriale de transport des électrons, une augmentation de la production de superoxyde mitochondrial et une réduction de la survie et de la capacité effectrice des lymphocytes T CD4+ exposés à un antigène persistant. En conclusion, nos observations démontrent que l'inhibition médiée par PD-1 limite la production de superoxyde mitochondrial dans les lymphocytes T CD4+ stimulés chroniquement, améliorant ainsi leur viabilité et leur capacité à développer des fonctions effectrices. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Cette thèse de doctorat a porté sur l'étude de deux protéines membranaires d'origine animale appelées CCC8 (ou SLC12A9) et CCC9 (ou SLC12A8) qui appartiennent à la superfamille des cotransporteurs cation-chlore, mais dont le rôle n'est pas de transporter les ions Na+ et/ou K+ avec le Cl" à travers les surfaces cellulaires à l'instar des autres membres de la famille. En cours de caractérisation, nous avons trouvé que CCC8 et 9 pouvaient se comporter comme des transporteurs de polyamines à la surface cellulaire, ce qui nous a permis d'être les premiers à identifier de tels systèmes de transport chez les animaux. On en connaissait l'existence depuis longtemps, mais pour une raison imprécise, leur identité moléculaire était demeurée elusive. Il faut mentionner à cet effet que tous les CCCs font partie d'un groupe plus large de protéines appelé « transporteurs d'acides aminés-polyamines-organocations » (ou APC pour l'acronyme anglais amino acid-polyamine-organocation carriers). L'importance de nos résultats réside dans le rôle que jouent les polyamines dans la prolifération et la differentiation cellulaires, et ce, dans des conditions normales autant que pathologiques. Entre autres, il semble exister un lien important entre le métabolisme intracellulaire des polyamines et la cancérogenèse de même qu'entre le gène CCC9 et une maladie appelée psoriasis vulgaris.

La résistance à l'insuline et le diabète de type 2 ont maintenant atteint des proportions épidémiques dans notre société. Plusieurs facteurs peuvent en déterminer le développement de même que la progression et il est primordial de bien connaître les mécanismes impliqués, de façon à pouvoir prévenir ou traiter ces complications. Les études qui sont présentées dans cette thèse nous permettent de mieux comprendre l'implication de deux nouveaux modulateurs, SHP-1 et CEACAM1, dans la régulation de la sensibilité à l'insuline et du métabolisme lipidique. Dans la première étude, nous avons identifié que la protéine tyrosine phosphatase SHP-1 était un modulateur négatif de l'action de l'insuline dans le foie et le muscle squelettique. Des modèles animaux d'inactivation spécifique de l'enzyme présentent une sensibilité à l'insuline accrue grâce à une amélioration de la voie de signalisation PI3-kinase/Akt. Par ailleurs, nous avons également observé que SHP-1 joue un rôle dans la clairance hépatique de l'insuline, et que CEACAM1, un modulateur de l'internalisation et de la dégradation de l'insuline, est un substrat de SHP-1. Dans la seconde étude, nous avons analysé les conséquences métaboliques d'une invalidation génétique de CEACAM1 chez la souris (modèle Cc1'A). Ces animaux présentent une intolérance au glucose et un défaut au niveau de la clairance hépatique de l'insuline lorsqu'on les compare à leurs contrôles. Nous avons pu observer que les souris Cc1'A sont prédisposées au développement de la stéatose hépatique et de la résistance à l'insuline, particulièrement lorsqu'on les expose de façon chronique à une alimentation riche en lipides. Ces défauts sont associés à une augmentation de l'expression d'enzymes clés impliquées dans la lipogénèse et la synthèse de cholestérol. Cette étude a permis de mettre en évidence un rôle pour CEACAM1 comme régulateur de la lipogénèse hépatique, en plus de sa fonction connue comme modulateur de la clairance de l'insuline par le foie. Ill Les résultats obtenus lors de la réalisation de ces études permettent d'améliorer nos connaissances sur la modulation complexe de la sensibilité à l'insuline et du métabolisme lipidique. Nos travaux ouvrent la porte à de nouvelles études plus spécifiques sur les rôles de SHP-1 et CEACAM1 dans la modulation du métabolisme chez l'humain, et identifient également ces protéines comme d'éventuelles cibles potentielles pour le développement d'agents thérapeutiques destinés à contrer la résistance à l'insuline, le diabète de type 2 et les désordres lipidiques.

II a été proposé qu'une partie des effets bénéfiques des agonistes des récepteurs nucléaires activés par les proliférateurs des peroxisomes gamma (PPARy) sur le remodelage du tissu adipeux et la sensibilité à l'insuline serait attribuable à une réduction des niveaux de glucocorticoïdes (GC), via une diminution de l'expression de la 11 P-hydroxystéroïde déshydrogénase type 1 (IIB-HSDl) dans le tissu adipeux. Cette enzyme permet l'activation des GC principalement au niveau du foie et du tissu adipeux et serait possiblement impliquée dans la pathogenèse de l'obésité. Une première série d'études a permis d'évaluer la contribution des GC (circulants/tissulaires) dans les mécanismes d'action de l'agoniste de PPARy rosiglitazone au niveau du remodelage du tissu adipeux et du profil métabolique chez des rats nourris avec une diète standard. Le maintien des effets bénéfiques de la rosiglitazone sur la morphologie et le profil lipidique du tissu adipeux intra-abdominal (rétropéritonéal) a résulté: (1) en un effet additif de l'agonisme PPARy et de la surrénalectomie sur la triglycéridémie et la sensibilité à l'insuline; (2) en la prévention des effets délétères de l'hypercorticostéronémie, tels la stéatose hépatique, l'hyperlipidémie et l’hyperinsulinémie. L'absence d'effet additif d'un traitement combiné (rosiglitazone/inhibiteur de la llB-HSDl) a montré que la contribution des GC dans les mécanismes d'action de la rosiglitazone au niveau des paramètres étudiés est minime et que les effets de l'agoniste englobent largement les effets bénéfiques associés à une diminution de l'action des GC dans le tissu adipeux. Une deuxième série d'études a visé à établir l'implication de la llB -HSDl dans le métabolisme lipidique chez des rats nourris avec une diète obésogène. L'inhibition pharmacologique de la llB -HSDl a induit: (1) une augmentation des processus oxydatifs et une diminution de la stéatose et de la sécrétion hépatique de VLDL; (2) un effet tissu-spécifique sur le métabolisme lipidique des dépôts adipeux intra-abdominaux, en améliorant tout particulièrement le profil délétère du tissu adipeux mésentérique; (3) une redistribution de la captation des lipides circulants vers les tissus oxydatifs et un accroissement de leur capacité oxydative. Ainsi, la llB -HSDl représente une cible thérapeutique attrayante pour le traitement des désordres reliés à l'obésité. / It has been suggested that part of the beneficial effects of peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPARy) agonists on adipose tissue remodelling and insulin sensitivity would be attributable to a reduction in glucocorticoid (GC) levels, through a decrease in IIB-hydroxysteroid dehydrogenase type 1 (IIB-HSDl) in adipose tissue. This enzyme is implicated in GC activation principally in liver and adipose tissue, and may be involved in the pathogenesis of obesity. A first set of studies allowed the evaluation of the contribution of GC (plasma and tissue) in the mechanisms of action of the PPARy agonist rosiglitazone at the level of adipose tissue remodelling and the metabolic profile in rats fed a standard diet. The results suggest that maintenance of the beneficial effects of rosiglitazone on intraabdominal (retroperitoneal) adipose tissue morphology and the lipid profile resulted in: (1) an additive effect of PPARy agonism and adrenalectomy on triglyceridemia and insulin sensitivity, and (2) the prevention of the deleterious effects induced by hypercorticosteronemia, such as hepatic steatosis, hyperlipidemia and hyperinsulinemia. The lack of additive effect of the combined treatment (rosiglitazone/ IIB-HSDl inhibitor) allowed us to conclude that the contribution of GC in the mechanisms of action of rosiglitazone at the level of the parameters studied is minimal, and that the beneficial effects of PPARy agonism largely include those associated with a decrease in GC action in adipose tissue. A second set of studies aimed at establishing the role of IIB-HSDl in lipid metabolism in rats fed an obesity-promoting diet. Pharmacologic inhibition of IIB-HSDl induced: (1) an increase in oxidative processes and a decrease in hepatic steatosis and VLDL secretion; (2) a tissue-specific effect on intra-abdominal adipose depot lipid metabolism, including a robust improvement in the metabolic handling of lipids in mesenteric adipose tissue; (3) lipid partitioning towards oxidative tissues and an increase in their oxidative capacity. IIB-HSDl therefore constitutes an attractive therapeutic target for the treatment of obesity-related disorders.

La leishmaniose est une maladie causée par des parasites appartenant au genre Leishmania. Elle est transmise à l'homme par la piqûre d'un insecte vecteur et est endémique dans plus de 88 pays où approximativement 350 millions de personnes vivent dans les zones à risque. À ce jour, aucun vaccin efficace n'est encore disponible pour prévenir la leishmaniose et le traitement repose actuellement sur la chimiothérapie. Les composés utilisés pour traiter la maladie sont limités et la plupart d'entre eux sont associés à des problèmes comme le coût élevé du traitement, les effets secondaires et l'émergence de souches de parasites résistantes aux médicaments. L'identification de nouvelles cibles thérapeutiques pour le développement de molécules anti-Leishmania s'avère donc urgente. La voie métabolique de l'acide folique constitue un champ thérapeutique potentiel d'autant plus que la découverte chez Leishmania de 13 protéines appartenant à la famille de transporteurs de folate et de la bioptérine (FBT) permet d'envisager la possibilité de les exploiter dans un but thérapeutique. Mis à part trois (FT1, FT5 et BT1), les fonctions des autres protéines de la famille FBT sont inconnues et mon projet de doctorat avait comme objectif principal de caractériser cette famille et de tenter de trouver des fonctions à ces transporteurs. Les objectifs spécifiques de cette thèse étaient 1) de déterminer le profil d'expression des gènes de la famille FBT aux différentes phases de croissance chez les deux stades de vie du parasite et chez des mutants résistants au methotrexate (MTX); 2) de caractériser la fonction d'un nouveau membre de la famille FBT qui était réarrangé chez des mutants résistants à la sinéfungine (SNF); et 3) d'étudier la localisation subcellulaire des différents membres de la famille FBT et de quelques protéines de la famille des transporteurs mitochondriaux (MCF) dans le but d'identifier et de caractériser les transporteurs de donneurs d'unités monocarbonées, localisés au niveau de la membrane de la mitochondrie. L'analyse du profil d'expression de la famille FBT a permis de montrer que plusieurs gènes FBT sont exprimés préférentiellement en phase stationnaire de croissance, tandis que seul FT1, le principal transporteur de folate, est exprimé préférentiellement en Ill phase logarithmique de croissance ce qui est en accord avec la forte accumulation de folate durant cette phase de croissance. Aussi, il semblerait que les niveaux d'expression de FT1 dépendent aussi des niveaux de folate dans le milieu de culture. De plus, cette analyse a permis d'identifier les mécanismes de recombinaison génique impliqués dans l'inactivation de FT1 chez les souches hautement résistantes au MTX. Par ailleurs, la sélection des mutants résistants au MTX et à la SNF a permis de caractériser un nouveau membre (AdoMetTl) de la famille FBT. L'AdoMetTl correspond au transporteur de haute affinité pour la S-adénosylméthionine. Finalement, les études de localisation protéique ont permis de déterminer la localisation intracellulaire de trois protéines FBT ainsi que la localisation mitochondriale des protéines de la MCF. transmise à l'homme par la piqûre d'un insecte vecteur et est endémique dans plus de 88 pays où approximativement 350 millions de personnes vivent dans les zones à risque. À ce jour, aucun vaccin efficace n'est encore disponible pour prévenir la leishmaniose et le traitement repose actuellement sur la chimiothérapie. Les composés utilisés pour traiter la maladie sont limités et la plupart d'entre eux sont associés à des problèmes comme le coût élevé du traitement, les effets secondaires et l'émergence de souches de parasites résistantes aux médicaments. L'identification de nouvelles cibles thérapeutiques pour le développement de molécules anti-Leishmania s'avère donc urgente. La voie métabolique de l'acide folique constitue un champ thérapeutique potentiel d'autant plus que la découverte chez Leishmania de 13 protéines appartenant à la famille de transporteurs de folate et de la bioptérine (FBT) permet d'envisager la possibilité de les exploiter dans un but thérapeutique. Mis à part trois (FT1, FT5 et BT1), les fonctions des autres protéines de la famille FBT sont inconnues et mon projet de doctorat avait comme objectif principal de caractériser cette famille et de tenter de trouver des fonctions à ces transporteurs. Les objectifs spécifiques de cette thèse étaient 1) de déterminer le profil d'expression des gènes de la famille FBT aux différentes phases de croissance chez les deux stades de vie du parasite et chez des mutants résistants au methotrexate (MTX); 2) de caractériser la fonction d'un nouveau membre de la famille FBT qui était réarrangé chez des mutants résistants à la sinéfungine (SNF); et 3) d'étudier la localisation subcellulaire des différents membres de la famille FBT et de quelques protéines de la famille des transporteurs mitochondriaux (MCF) dans le but d'identifier et de caractériser les transporteurs de donneurs d'unités monocarbonées, localisés au niveau de la membrane de la mitochondrie. L'analyse du profil d'expression de la famille FBT a permis de montrer que plusieurs gènes FBT sont exprimés préférentiellement en phase stationnaire de croissance, tandis que seul FT1, le principal transporteur de folate, est exprimé préférentiellement en phase logarithmique de croissance ce qui est en accord avec la forte accumulation de folate durant cette phase de croissance. Aussi, il semblerait que les niveaux d'expression de FT1 dépendent aussi des niveaux de folate dans le milieu de culture. De plus, cette analyse a permis d'identifier les mécanismes de recombinaison génique impliqués dans l'inactivation de FT1 chez les souches hautement résistantes au MTX. Par ailleurs, la sélection des mutants résistants au MTX et à la SNF a permis de caractériser un nouveau membre (AdoMetTl) de la famille FBT. L'AdoMetTl correspond au transporteur de haute affinité pour la S-adénosylméthionine. Finalement, les études de localisation protéique ont permis de déterminer la localisation intracellulaire de trois protéines FBT ainsi que la localisation mitochondriale des protéines de la MCF.

La maladie d’Alzheimer (MA) est caractérisée par un déficit du métabolisme énergétique cérébral. À la surface des cellules endothéliales des capillaires cérébraux (CECC), GLUT1 constitue le principal transporteur de glucose au cerveau. Cette protéine serait sous-exprimée dans les CECC de patients atteints de la MA, limitant ainsi la capacité d’utilisation du glucose par le cerveau. L’objectif général de ce projet était de surexprimer GLUT1 dans les CECC afin de corriger ce déficit. Six plasmides ont été conçus et transfectés sur des cellules en culture. Nous avons mis au point un essai pour mesurer la captation d’un analogue fluorescent du glucose. Nous avons ensuite encapsulé deux des plasmides pour les injecter chez des souris témoins. Même si nos résultats ne permettent pas encore de confirmer le potentiel de GLUT1 comme cible thérapeutique dans la MA, nous avons des plasmides fonctionnels pour poursuivre les essais in vivo futurs. / Impaired brain glucose metabolism is known to be one of the best predictors of cognitive decline in patients with Alzheimer’s disease (AD). A decrease in glucose transporter 1 (GLUT1) in the brain capillary endothelial cells (BCECs) of the blood-brain barrier (BBB) is observed in AD patients and animal models and might contribute to impaired brain glucose uptake in the disease. The main objective of the present work was to upregulate GLUT1 in the BCECs with a targeted delivery approach using plasmids encoding for GLUT1. Six plasmids were assembled and transfected in two cell lines. GLUT1 activity was assessed with a fluorescent glucose analog. Two plasmids were then encapsulated within an immunoliposome formulation and injected to Balb/c mice. We have generated well-characterized GLUT1-expressing plasmids for future work to confirm GLUT1 as a potential therapeutic target for AD.

"Thèse en cotutelle, Doctorat en médecine moléculaire, Université Laval, Québec, Canada, Philosophiæ doctor (Ph. D.) et AgroParisTech - Institut des sciences et industries du vivant et de l'environnement Paris, France" / L'épidémie d'obésité qui sévit à travers le monde, est liée à une augmentation de la prévalence des maladies métaboliques, telles que le diabète de type 2, les maladies cardiovasculaires ou encore la stéatose hépatique non alcoolique. Au cours des dernières décennies, la recherche s’est tournée vers l’analyse du microbiote intestinal et de nombreuses publications ont démontré un rôle important de la dysbiose microbienne dans le développement des maladies métaboliques. En effet, le tractus gastro-intestinal et le microbiote intestinal représentent une interface importante entre l'alimentation et l'organisme hôte. Dans ce contexte, l'utilisation de traitements d’origine alimentaire afin d’améliorer la santé gastro-intestinale pourrait prévenir le développement des désordres métaboliques liés à l'obésité. Dans une première étude, nous avons tenté de comprendre le rôle du microbiote intestinal dans les effets bénéfiques des acides gras oméga-3 sur la santé métabolique de l'hôte. Pour cela, nous avons réalisé un protocole animal afin de comparer les mécanismes d’action liés à la supplémentation orale d’huile de poisson riche en oméga-3, en contact direct avec le tractus gastro-intestinal, avec les mécanismes induits dans un modèle transgénique de souris fat-1 qui sont capables de convertir les oméga-6 en oméga-3 de manière endogène. Nos résultats démontrent que les souris gavées avec l’huile de poisson, étaient totalement protégées contre le développement de la stéatose hépatique induite par la diète riche en gras. En parallèle, la résistance à l’insuline et l’intolérance au glucose ont été fortement diminuées chez les animaux transgéniques fat-1. Malgré des effets métaboliques différents, les deux modèles ont significativement réduit le taux de cholestérol circulant, ce qui pourrait être associé à l’augmentation importante du genre Allobaculum dans les fèces. Cependant, l’étude plus poussée du microbiote intestinal, ainsi que l’analyse prédictive de ses fonctions, démontrent des modulations bénéfiques plus importantes chez les souris gavées aux oméga- 3. Cela suggère un rôle de l’axe-intestin foie dans les effets des oméga-3 contre le développement de la stéatose hépatique, qui pourraient notamment s’expliquer par l’augmentation de la production de propionate au niveau intestinal, pouvant être ensuite transporté jusqu’au foie par la veine porte. La seconde étude présentée dans ce manuscrit fait partie d’un vaste projet dont le but final est de sélectionner une nouvelle souche bactérienne présentant des propriétés antiobésité, afin de l’incorporer dans des fromages et des yaourts, qui seront ensuite commercialisés. Les différents résultats obtenus démontrent que les souches Lb102, Bf141 et P35 ont significativement prévenu le gain de poids corporel induit par la diète riche en gras et en sucre, sans altérer la quantité de calories ingérées. Ces traitements ont également engendré une diminution de l’inflammation du tissu adipeux viscéral, de la résistance à l’insuline ainsi qu’une augmentation de la tolérance au glucose. Malgré des effets métaboliques similaires et importants, l’analyse du microbiote intestinal et de l’expression des gènes du côlon suggèrent des mécanismes d’action souche-dépendants. Il faut également noter que ces trois souches, présentant un fort potentiel probiotique, ont induit des effets métaboliques importants en affectant très peu la composition du microbiote intestinal. L’analyse du côlon et du statut inflammatoire intestinal suggèrent des modulations de la fonction du microbiote, en particulier pour la souche P35, connue pour ses propriétés antiinflammatoires, qui a démontré le plus d’améliorations au niveau intestinal. / The obesity epidemic reaches alarming rate throughout the world. Obesity development is related to an increase in the prevalence of metabolic diseases, such as type 2 diabetes, cardiovascular diseases and non-alcoholic fatty liver disease. In the past decades, research turns into the analysis of the intestinal microbiota and many papers demonstrated an important role of microbial dysbiosis in the development of metabolic diseases. Indeed, the gastro-intestinal tract and gut microbiota represent a vast interface between diet and host organism. Gut dysbiosis is linked to metabolic inflammation and altered metabolism in obesity. In this context, the use of food-based treatments to improve gastro-intestinal health may help prevent obesity-linked metabolic syndrome. In a first study, we attempted to understand the role of the gut microbiota in the beneficial effects of omega-3 fatty acids in host’s metabolic health. Thus, we performed an in vivo protocol in order to compare the mechanisms related to a long-term oral supplementation of omega-3-rich fish oil, with mechanisms induced in a transgenic model of mice able to convert omega-6 into omega-3, endogenously. Our results demonstrated that mice gavaged with fish oil were totally protected against the development of liver steatosis induced by the high-fat diet. In parallel, insulin resistance and glucose intolerance were decreased in fat-1 transgenic animals. Despite different metabolic effects, both models also significantly reduced cholesterol level in plasma, and based on the literature, it may be associated with a significant increase in proportions of the genus Allobaculum in faeces. However, further investigation of gut microbiota and predictive analysis of its functions, demonstrated that oral omega-3 supplemented mice showed more modulations that fat-1 mice. It suggests a role of the gut-liver axis in the beneficial effects of omega-3 in prevention of hepatic steatosis development. It could be also explained by the increase in the production of propionate in the gut, which can then reach the liver through the portal vein. The second protocol reported in this manuscript, is a part of an important project whose final aim is to select a new bacterial strain presenting anti-obesity properties, in order to be incorporated into dairy products. Results showed that Lb102, Bf141 and P35 significantly prevented the body weight gain induced by the diet high-fat high-sucrose diet, without altering the amount of ingested calories. These treatments also resulted in a decrease of visceral adipose tissue inflammation, insulin resistance and an increase of glucose tolerance. Despite similar but important metabolic effects, analysis of the gut microbiota and gene expression in colon, suggest strain-dependent mechanisms. It should also be noted that these three strains demonstrated potent probiotic effects in prevention of obesity and related metabolic disorders without (or slightly) affecting the composition of gut microbiota. However, analysis of tissue and gut inflammatory status suggest modulations of microbial functions, especially for the P35 strain, known for its anti-inflammatory properties, which demonstrated more beneficial effects in the gastro-intestinal tract than other strains

Les oestrogènes sont des hormones bien connues pour leur implication dans le développement sexué et la reproduction chez la femme. La distribution ubiquitaire des récepteurs des oestrogènes [alpha] et [béta] favorise l'implication importante des oestrogènes dans plusieurs voies métaboliques dont celle des lipides, la balance énergétique, la masse osseuse et la cognition. Les oestrogènes sont malheureusement fortement associés à l'augmentation du risque de cancer du sein et de l'utérus. Le développement d'anti-oestrogènes pour traiter et prévenir les cancers oestrogénosensibles a mené à la découverte de modulateurs sélectifs des récepteurs des oestrogènes (SERM) ayant une action antagoniste au niveau de la glande mammaire et de l'endomètre, mais qui conservent des actions agonistes au niveau de la masse osseuse et du métabolisme des lipides. Les résultats présentés dans cette thèse démontrent que le SERM EM-652.HCl (EM), un puissant antagoniste dans la glande mammaire et l'utérus, possède des propriétés agonistes importantes au niveau du métabolisme des lipides. Nous avons observé que le EM diminue la prise alimentaire, ce qui résulte en une importante diminution de la masse adipeuse chez la rate intacte ou ovariectomisée et chez la souris. Dans ce dernier modèle, nous avons établi que les effets métaboliques bénéfiques du EM étaient entièrement dus à son interaction avec le récepteur des oestrogènes [alpha]. De plus, le traitement avec le EM induit une très forte diminution de la cholestérolémie. Le EM a augmenté la quantité de deux récepteurs hépatiques importants, le LDLr et le SR-B1, ce qui suggère fortement que l'effet hypocholestérolémiant du EM résulte d'une augmentation de la captation hépatique de cholestérol provenant des lipoprotéines circulantes. Enfin, le EM s'est avéré capable de diminuer fortement la cholestérolémie même chez des rats présentant une hypercholestérolémie induite par la diète. Ces données suggèrent donc un potentiel positif agoniste du EM-652.HCl sur le métabolisme des lipides et permettent de penser à une nouvelle thérapie chez la femme pour contrer les effets métaboliques négatifs de la ménopause, tout en la protégeant contre les cancers oestrogénosensibles.

Les cancers du poumon sont généralement classés en deux groupes principaux: le cancer du poumon à petites cellules et le cancer du poumon non à petites cellules (NSCLC), qui représentent environ 83% de tous les cas de cancer du poumon avec un taux de survie global de 21%. Les thérapies conventionnelles dans le NSCLC, y compris la radiothérapie et la chimiothérapie à base de platine, manquent de spécificité et provoquent souvent de graves effets secondaires car elles affectent les cellules saines. Pour résoudre ce problème, des thérapies ciblées ont été utilisées avec succès en raison de leur spécificité pour les cellules cancéreuses. Des thérapies ciblées contre les mutations du récepteur du facteur de croissance épidermique (EGFR) et les réarrangements anaplasiques de la lymphome kinase (ALK) se sont révélées efficaces dans le CBNPC. Cependant, la réponse thérapeutique peut être limitée en raison de la résistance aux médicaments. C'est le cas des patients développant des tumeurs avec une mutation KRAS activatrice qui conduit à une activité constitutive de la signalisation RAS indépendante des signaux amont. Pour cette raison, une meilleure compréhension de la progression tumorale et de la résistance est nécessaire pour améliorer les traitements contre le cancer. À ce jour, les approches ciblant le KRAS oncogène ont échoué. Compte tenu de l'importance de la reprogrammation métabolique dans plusieurs cancers, y compris le cancer du poumon et le rôle régulateur de la signalisation KRAS. Nous avons exploré la reprogrammation métabolique des cellules NSCLC contrôlées par KRAS pour trouver des vulnérabilités dans le métabolisme modifié qui peuvent être exploitées comme cibles thérapeutiques.Pour cela, nous avons caractérisé le protéome de lignées cellulaires NSCLC (A549 et NCI-H460) hébergeant des mutations activatrices de l'oncogène KRAS avec un accent particulier sur les enzymes métaboliques. Nous avons trouvé non seulement une expression régulatrice des enzymes glycolytiques, fréquente dans le cancer dans le cadre de l'effet Warburg, mais aussi une régulation positive remarquable de la voie des pentoses phosphates (PPP) dans les branches oxydatives et non oxydatives. Sur la base de cette étude, nous avons évalué la faisabilité de l'utilisation de l'enzyme PPP (glucose 6-phosphate déshydrogénase (G6PD) et 6-phosphogluconate déshydrogénase (6PGD) et transcétolase (TKT)) comme cibles pour améliorer ou développer de nouvelles thérapies.Récemment, l'acétylation de la protéine lysine (KDAC) est apparue comme un mécanisme de coordination du métabolisme et des preuves croissantes ont montré que la régulation de l'acétylation des enzymes métaboliques joue un rôle majeur dans le cancer. Par conséquent, les inhibiteurs de la lysine désacétylases (KDACI) ont attiré l'attention non seulement comme des stratégies prometteuses pour l'intervention thérapeutique, mais aussi comme un outil pour étudier le rôle de l'acétylation de la lysine dans la reprogrammation métabolique NSCLC. En outre, la reprogrammation métabolique dépend également fortement du microenvironnement tumoral tel que le niveau d'oxygène. Par conséquent, nous avons également analysé l'inhibition de KDAC dans des conditions normoxiques et hypoxiques afin de mieux comprendre les stratégies adaptatives sous de telles perturbations. Nos résultats ont montré que les KDACI induisent une prolifération cellulaire faible, une différenciation, un arrêt du cycle cellulaire et une apoptose accompagnés d'une modification du phénotype métabolique de la tumeur favorisée par l'hypoxie. Ensemble, ces résultats nous permettent de mieux comprendre comment les KDACI contrôlent les voies métaboliques sous hypoxie dans le NSCLC. / Lung cancers are broadly classified into two main groups: small cell lung cancer and non-small cell lung cancer (NSCLC), which accounts for approximately 83% of all lung cancer cases with an overall 5-year survival rate of 21%. Conventional therapies in NSCLC including radiotherapy and platinum-based chemotherapy lack specificity and often cause severe side effects as they affect healthy cells. To address this problem, targeted therapies have been successfully used due to their specificity for cancer cells. Targeted therapies against epidermal growth factor receptor (EGFR) mutations and anaplastic lymphoma kinase (ALK) rearrangements have been shown to be effective in NSCLC. However, therapeutic response may be limited due to drug resistance. This is the case of patients whose tumors harbor activating KRAS mutation that leads to constitutive activity of RAS signaling independent of upstream signals. For this reason, a better comprehension of tumor progression and resistance is needed to improve cancer treatments. To date, approaches targeting oncogenic KRAS have been unsuccessful. Given the importance of metabolic reprogramming in multiple cancers including lung cancer and the regulatory role of KRAS signaling. We explored the metabolic reprogramming of KRAS-driven NSCLC cells to find vulnerabilities in the altered metabolism that can be exploited as therapeutic targets.For this, we characterized the proteome of NSCLC cell lines (A549 and NCI-H460) harboring activating mutations of the oncogene KRAS with particular focus on metabolic enzymes. We found not only up-regulation expression of glycolytic enzymes, which is frequently found in cancer as part of the “Warburg effect”, but also a remarkable up-regulation of the pentose phosphate pathway (PPP) in both oxidative and non-oxidative branches. Based on this study, we evaluated the feasibility of use PPP enzyme (glucose 6-phosphate dehydrogenase (G6PD) and 6-phosphogluconate dehydrogenase (6PGD) and transketolase (TKT)) as targets for improve or develop of new therapies.Recently, protein lysine acetylation (KDAC) has emerged as a metabolism-coordinating mechanism and mounting evidence has shown that acetylation regulation of metabolic enzymes plays a major role in cancer. Consequently, lysine deacetylases inhibitors (KDACIs) have drawn attention not only as promising strategies for therapeutic intervention but also as tool for studying the role of lysine acetylation in NSCLC metabolic reprogramming. Furthermore, metabolic reprogramming also depends strongly on the tumor microenvironment such as oxygen level. Therefore, we also analyzed the inhibition of KDAC under normoxic and hypoxic conditions in order to better understand the adaptive strategies under such perturbations. Our results showed that KDACIs induce low cell proliferation, differentiation, cell cycle arrest and apoptosis accompanied by a change in the tumor metabolic phenotype enhanced under hypoxia. Together, these results allow us to better understand how KDACIs control metabolic pathways under hypoxia in NSCLC.