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

L'objectif des travaux de cette thèse a été d'explorer les bases moléculaires de l'effet de l'huile d'Argan (HA) sur le métabolisme lipidique au niveau mitochondriale et peroxysomale ainsi qu'élucider son potentiel anti-inflammatoire. Nous avons donc montré, dans un premier temps, que les méthodes artisanales préservaient les propriétés antioxydantes d'HA empêchant l'oxydation de l'acide férulique contrairement à l'HA d'origines commerciale. Ensuite, le traitement par l'HA ou par les lipopolysaccharides (LPS) de fibroblastes humains, un modèle cellulaire de la pseudo-adrénoleucodystrophie néonatale (P-NALD), révèle pour l'HA une prolifération des peroxysomes indépendante de l'activation du récepteur nucléaire PPARα et de son coactivateur PGC-1α. Par contre, l'induction de la prolifération de peroxysomes par les LPS est accompagnée d'une activation de PPAR et de PGC-1Parallèlement, une étude a été réalisée au niveau hépatique chez des souris traitées par l'HA ou par les LPS. Nous avons montré pour la première fois l'activité antioxydante de l'huile d'Argan in vivo au niveau hépatique par l'induction de l'activité enzymatique de la catalase peroxysomale et une activité hypolipémiante par la stimulation des activités déshydrogénases (ACADs) de la -oxydations mitochondriale des acides gars. De plus, l'HA induit la transcription des gènes PPECK et G6PH de la voie de la néoglucogenèse. Nous avons montré également pour la première fois un effet préventif de l'HA contre la répression des activités déshydrogénases des voies de -oxydations mitochondriale et peroxysomale, ainsi que celle la voie de la néoglucogenèse. Nos travaux démontrent que l'HA possède un potentiel anti-inflammatoire, induit par le LPS, élucidé par la répression de cytokines pro-inflammatoires IL-6 et TNFα et par l'induction de cytokines anti-inflammatoires IL10 et IL-4. L'ensemble de nos résultats indiquerait que l'huile d'Argan, du fait de sa composition riche en acide gras mono et polyinsaturés et en antioxydants, a des effets hypolipémiants et anti-inflammatoires au niveau hépatique qui se traduisent par une régulation de l'expression à la fois de récepteurs nucléaires et de leur gènes cibles ainsi que de certaines cytokines

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La stabilité métabolique des cellules cardiaques est dépendante d'une organisation fonctionnelle qui favorise le transfert des liaisons phosphate depuis les sites de synthèse de l'ATP (mitochondries) jusqu'aux sites d'utilisation de l'énergie. Au niveau mitochondrial, cette fonction est principalement assurée par l'Interactosome Mitochondrial, comprenant les complexes respiratoires, l'ATP synthasome fonctionnellement couplé à la créatine kinase mitochondriale et le pore de la membrane mitochondriale externe VDAC qui régit la diffusion des nucléotides adényliques sous le contrôle de protéines du cytosquelette. Il est communément admis que la situation d'ischémie/reperfusion (IR) du myocarde affecte l'organisation intracellulaire des cardiomyocytes, les phosphorylations oxydatives (OxPhos), ainsi que le transfert de l'énergie cellulaire.L'objectif de ce travail était d'étudier les mécanismes de régulation de la fonction mitochondriale par les interactions entre la tubuline BII et la membrane mitochondriale externe (MME) d'une part et l'organisation de supercomplexes respiratoires (SCR) d'autre part. Différents types de muscles striés (cardiaque et squelettique) ont été utilisés pour étudier le lien entre la tubuline BII et la perméabilité de la MME pour les nucléotides adényliques. De plus, le rôle de la tubuline BII et de l'organisation des SCR ont été étudiés dans la situation physiopathologique de l'IR cardiaque.Dans les cardiomyocytes, comme dans les cellules issues de muscles squelettiques oxydatifs de rats adultes, la tubuline BII est colocalisée avec les mitochondries et la perméabilité de la MME pour l'ADP est faible. A l'aide du système pyruvate kinase/phosphoénolpyruvate, destiné à piéger l'ADP extramitochondrial, nous avons montré que l'affinité apparente d'OxPhos pour l'ADP est directement liée à la perméabilité de la MME. Ainsi, dans le muscle cardiaque comme dans les muscles squelettiques oxydatifs, un fort Km apparent pour l'ADP est associé à une faible perméabilité de la MME à l'ADP et à une forte expression de tubuline BII, présente sous une forme non-polymérisée. A l'inverse, dans les muscles glycolytiques, la très faible teneur en tubuline BII non-polymérisée est associée à une forte perméabilité de la MME aux nucléotides adényliques (faible Km apparent pour l'ADP).Les effets de l'ischémie (20 ou 45 minutes) et de la reperfusion cardiaque (30 minutes) ont été étudiés sur un modèle de coeur isolé perfusé de rat. Les principaux résultats sont que la séquence d'IR induit un réarrangement de la tubuline BII, associé à une réduction du Km apparent pour l'ADP, une baisse du contrôle de la respiration par la créatine et une diminution de la capacité d'OxPhos. Les modifications observées étaient dépendantes de la durée de l'ischémie et variables d'un cœur à l'autre. De plus, le groupe soumis à 20 minutes d'ischémie était caractérisé par la présence de SCR incluant le complexe I et l'absence de perte de cytochrome c (suggérant l'absence d'apoptose cellulaire). A l'inverse, 45 minutes d'ischémie suivies de reperfusion ont conduit à une perte de cytochrome c et à un remodelage de l'ultrastructure mitochondriale, sans modification de l'organisation des SCR.En conclusion, nos résultats soulignent l'importance des interactions mitochondrie-cytosquelette, et plus particulièrement celles impliquant la tubuline BII, dans la compartimentation intracellulaire des nucléotides adényliques et les transferts d'énergie dans les muscles striés oxydatifs. Par ailleurs, la séquence d'IR myocardique induit une désorganisation de la tubuline BII, qui contribue à la dysfonction mitochondriale. Enfin, l'absence de réorganisation des SCR quand la lésion d'IR est irréversible (45 minutes d'ischémie) suggère que le réarrangement des SCR observé après 20 minutes d'ischémie pourrait être l'un des mécanismes adaptatifs mis en jeu pour prévenir la dysfonction mitochondriale à la suite d'une séquence d'IR. / Cardiac metabolic stability is highly dependent on the intracellular functional organization which favors compartmentalized phosphoryl flux transfer between sites of mitochondrial ATP synthesis and sites of ATP hydrolysis (mainly myofibrillar ATPases). At the level of mitochondria, this function is provided by Mitochonrial Interactosom (IM) which includes respiratory complexes, ATP Synthasom coupled functionally to Mitochondrial Creatine Kinase (MtCK) and Voltage-Dependent Anion Channel (VDAC) regulating ATP/ADP diffusion through its interaction with cytoskeleton proteins. Cardiac ischemia/reperfusion (IR) injury alters intracellular organization, oxidative phosphorylation (OxPhos) and compartmentalized intracellular phosphoryl flux transfer.The aim of this work was to study the regulation of mitochondrial activity by B tubulin II interaction with MOM and by respiratory supercomplex (RSC) organization, under physiological conditions as well as in ischemia/reperfusion in striated muscles. For this purpose, different types of striated muscles (cardiac and skeletal) were used for studying the link between B tubulin II and MOM permeability to adenine nucleotides. In addition, the role of B tubulin II and RSC organization was studied in the pathophysiological context of cardiac ischemia/reperfusion.In cardiac and oxidative skeletal muscles from adult Wistar rats, B tubulin II is colocalized with mitochondria and associated with low MOM permeability to ADP. Using pyruvate kinase and phosphoenolpyruvate trapping system for ADP, we show that the apparent affinity of OxPhos for ADP can be directly linked to the permeability of MOM. High apparent Km for ADP in cardiac and oxidative skeletal muscle is associated with low MOM permeability to ADP and high expression of non-polymerized B tubulin II. Very low expression of non-polymerized B tubulin II in glycolytic muscles is associated with high MOM permeability for adenine nucleotides (low apparent Km for ADP).The effect of the IR-injury was studied by subjecting isolated and perfused Wistar rat hearts to total ischemia (for 20 min and 45 min) followed by 30 min of reperfusion (I20R and I45R groups, respectively). The IR-injury induced intracellular rearrangement of B tubulin II was associated with decreased apparent Km for ADP, creatine-control of respiration and reduced OxPhos capacity. Observed changes were dependent on the duration of ischemia and were heterogeneously present across hearts. Additionally, in the I20R group we evidenced an increase in the content of the RSC embodying complex I in the absence of cytochrome c release (evidencing the absence of apoptosis). Forty five minutes of ischemia followed by reperfusion resulted in increased cytochrome c release and mitochondrial cristae remodeling without alteration of RSC organization.The results of this study highlight the importance of cytoskeleton-mitochondria interactions, and particularly that of B tubulin II, for adenine nucleotide intracellular compartmentalization and phosphoryl flux transfer in oxidative striated muscles. In addition, cardiac IR was shown to induce B tubulin II disorganization contributing to mitochondrial dysfunction. The absence of the RSC reorganization after irreversible IR injury (45 minutes of ischemia) suggests that the rearrangement of RSC observed after 20 minutes of ischemia could be an adaptive mechanism to overcome the IR-induced alterations of mitochondrial function.

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This study investigates the connection between different pathophysiological processes in mitochondria and psychopathological symptoms in patients with bipolar disorder. Changes in activity of selected components of the respiratory chain and overall respiratory rate of mitochondria were analyzed in patients with bipolar disorder when compared to healthy controls. Diagnostic scales and questionnaires, high-resolution respirometry, radiochemical and spectroscopic methods were used. 37 patients with a diagnosis of bipolar disorder (F31) and 21 healthy volunteers were involved in the study. Statistical analysis included the methods of parametric and nonparametric analysis, factor analysis, one-way analysis of variance and linear regression analysis. Obtained results revealed that cellular energetics plays a great role in the pathophysiology of bipolar disorder. There was a mild difference between different mitochondrial enzymes activity in patients within manic phases and depressive phases of the disease. Changes in mitochondrial respiration in patients with BD as compared to healthy controls were also shown. Mitochondrial respiration indexes for patients with BD in remission as compared to healthy controls were altered in accordance with the previous phase of the disease. Association between the...

Nous avons montré : a) qu’il existe un lien entre la consommation de cannabis et la présence de sténoses artérielles intracrâniennes multifocales chez le jeune adulte victime d’infarctus cérébral, b) que la prévalence des sténoses artérielles intracrâniennes atteint un tiers des cas dans une cohorte de 159 infarctus cérébraux du jeune adulte, c) que 13% des infarctus cérébraux dans cette série répondent aux critères angiographiques du syndrome de vasoconstriction cérébrale réversible déclenché majoritairement par la consommation de cannabis, d) que le tétrahydrocannabinol (THC, le principal produit actif du cannabis) inhibe in vitro la chaîne respiratoire mitochondriale de cerveau de rat, et induit une génération significative de peroxyde d’hydrogène. La génération de radicaux libres pourrait être un des mécanismes possibles de toxicité cérébrale du THC en jeu lors d’un infarctus cérébral. / We showed that: a) there was a link between cannabis use and intracranial arterial multifocal stenosis in a series of ischemic stroke in the young, b) the prevalence of intracranial arterial stenosis was up to 31% in a series of 159 ischemic strokes in the young, c) 13% of the patients in this series sustained the angiographic criteria of reversible cerebral vasoconstriction syndrome, and that the precipitating factor was the use of cannabis in 67% of cases, d) tetrahydrocannabinol (THC, the main active component in cannabis) inhibits the respiratory mitochondrial chain of the brain in rats and induces a significant production of hydrogen peroxide. These results suggest that one of the mechanisms of brain toxicity induced by cannabis in ischemic stroke patients, may be the high rate of generation of free radicals induced by THC

Mitochondrial disorders, with incidence 1:5000 live births children, are one of the most common metabolic diseases. Clinically, it is heterogeneous group of disorders caused by mutations in more than 250 genes. Diagnostic of patients with suspected mitochondrial disorder relies on broad spectrum of biochemical analysis. One of them is a measurement of Mitochondrial Energy Generating Capacity (MEGC). The principle of MEGC analysis is measuring oxidations rate of 14 C - labeled substrates in 10 different incubations. These incubations contain [1-14 C]pyruvate, [U-14 C]malate or [1,4-14 C]succinate, donors and acceptors of Acetyl-CoA and inhibitors of TCA cycle. The results of MEGC analysis provide a variety of information about mitochondrial energy metabolism (MEM) of individual in particular tissue. In diagnostic of patients with suspected mitochondrial disorder is MEGC routinely determined in skeletal muscle. The aim of this study is to optimize MEGC analysis for its use in cultures skin fibroblasts. In sum, MEGC analysis was performed in 23 patients with primary deficiency of oxidative phosphorylation (OXPHOS), in 7 patients with secondary deficiency of OXPHOS and in 15 controls cell lines. The results of MEGC in cultured skin fibroblasts were then compared with results of spectrophotometric...

La perméabilisation de la membrane mitochondriale externe (MOMP) est un évènement décisif lors de la balance entre la vie et la mort de la cellule. Les évènements biochimiques responsables de la MOMP ne sont pas encore complètement définis. Deux mécanismes majeurs et distincts ont été impliqués dans le contrôle de la MOMP: i) l'action des protéines de la famille de Bcl-2, qui peuvent directement s'insérer dans la membrane mitochondriale externe (OMM) et induire l'ouverture de pores; et ii) le pore de transition de perméabilité (PTP), un canal non sélectif de la membrane mitochondriale interne, qui induit un gonflement des mitochondries à la suite d'une ouverture prolongée, suivie d'une éventuelle rupture de la MOM. L'intérêt croissant pour la biologie de la mort cellulaire, entretenu par des contributions significatives d'études sur la levure dans la compréhension des mécanismes biologiques de base, ont amené l'eucaryote unicellulaire Saccharomyces cerevisiae sur le devant de la scène. La levure est dépourvue de certains régulateurs majeurs de l'apoptose, mais possède cependant des homologues des facteurs pro-apoptotiques mitochondriaux, ainsi que des orthologues des composantes moléculaires généralement attribuées au PTP, notamment le l'échangeur ADP/ATP (AAC) et la Porine (Por1). Ces caractéristiques de S. cerevisiae, ainsi que la disponibilité d'outils moléculaires et génétiques, ont fourni une excellente opportunité d'étudier les membres de la famille de Bcl-2 dans un environnement contrôlé, ainsi que la contribution du PTP et de ses composantes à la mort cellulaire. Dans ce travail, la contribution des groupes thiol de l'AAC, leur oxydation, Por1, et la possible interaction entre ces deux protéines, ont été explorées au cours de la mort cellulaire de la levure induite par l'acide acétique. Nous avons observé que l'oxydation de Aac2p, notamment la formation de ponts disulfures, ne contribuait pas au programme de mort induit par l'acide acétique. Cette conclusion est soutenue par l'absence d'un profil particulier d'oxydation d'Aac2p. Néanmoins, il avait été précédemment démontré que l'AAC était requis pour la relocalisation du cytochrome c induite par l'acide acétique, et que son absence promouvait la survie des cellules de levure. Par contre, la délétion de Por1 diminue la viabilité de levures traitées par l'acide acétique. Il a été émis l'hypothèse que les deux protéines participent à la même voie de régulation de la mort cellulaire. Pour la tester, la relocalisation du cytochrome c a été mesurée dans des mitochondries isolées de cellules Δaac1/2/3, Δpor1 et Δaac1/2/3Δpor1 suite à l'exposition à l'acide acétique. Les données obtenues suggèrent que l'absence de Por1 n'affecte pas la relocalisation du cytochrome c pendant la mort cellulaire induite par l'acide acétique, mais pourrait être importante pour sa régulation. Quand à la fois AAC et Por1 sont absentes, les mitochondries de levure peuvent toujours relarguer le cytochrome c, suggérant l'existence d'un mécanisme indépendant de l'AAC. De plus, nous avons montré que les deux protéines ont des effets distincts dans les réponses cellulaires à différents stress. En effet, l'absence des AACs contribue à l'augmentation de la résistance au stress osmotique et de l'intégrité de la paroi cellulaire. Enfin, S.cerevisiae a été utilisé comme modèle pour étudier les aspects mécanistiques relatifs à la fonction des protéines de la famille de Bcl-2. Notamment, nous avons évalué le rôle des sphingolipides sur l'action du régulateur pro-apoptotique humain Bax. Nous avons montré que l'absence de Isc1p, une inositol phospholipase C qui dégrade les sphingolipides complexes en céramides chez la levure, favorise la viabilité de cellules de levures exprimant une forme active de Bax. Nous avons ensuite révélé que cet effet n'est pas associé à des modifications de l'activité de Bax. Il semblerait plutôt que cet effet soit lié aux conséquences cellulaires de l'action de Bax. / A decisive event in the cell’s life-or-death decision is the mitochondrial outer membrane permeabilization (MOMP). The biochemical events responsible for MOMP, are not entirely defined. Two major and distinct mechanisms have been implicated in the control of MOMP: i) the action of Bcl-2 family proteins, which can directly engage the outer mitochondria membrane (OMM) and induce the opening of pores; and ii) the mitochondrial permeability transition pore (PTP), an inner membrane unselective channel that induces mitochondria swelling upon long term openings, and eventual rupture of the OMM. The growing interest in cell death biology, fostered by the relevant contributions of yeast to the understanding of basic biological processes, brought the unicellular eukaryote Saccharomyces cerevisiae into the scene. Yeast cells lack some of the major regulators of apoptosis but still possess homologues of mitochondrially enclosed pro-apoptotic factors, as well as orthologues of the molecular components generally ascribed to PTP, including the ADP/ATP carrier (AAC) and Porin (Por1). These particular features of S. cerevisiae, along with the availability of genetic and molecular tools, provided an excellent opportunity to study Bcl-2 family members in a “controlled” environment, or the contribution of the PTP and its components to cell death. In this work, the particular contribution of AAC’s thiol goups, its oxidation, Por1, and of a possible interaction between both proteins to acetic acid-induced yeast cell death, was explored. We observed that oxidative modifications of Aac2p, namely the crosslinking of thiols, do not contribute to the acetic acid-induced cell death program. Such idea is supported by the apparent absence of a particular Aac2p oxidation pattern. Nevertheless, the AAC was previously found to be required for acetic acid-induced cytochrome c release, and its absence promoted the survival of yeast cells. Deletion of Por1, on the other hand, decreased the viability of yeast cells treated with acetic acid. It was hypothesized that the two proteins could share the same pathway in the regulation of cell death. To test it, cytochrome c release was evaluated in mitochondria isolated from Δaac1/2/3, Δpor1 and Δaac1/2/3Δpor1 cells following acetic acid exposure. The data obtained suggest that absence of Por1 does not affect cytochrome c releaseduring acetic acid induced-death, but it may be important for its regulation. When both the AAC and Por1 were absent, yeast mitochondria could still release cytochrome c, raising the possibility of an AAC-independent mechanism. Furthermore, we found both proteins have distinct effects that regulate the cellular response to different stresses. Indeed, absence of the AACs somehow contributed to increased osmotic stress and cell wall resistance. Finally, S. cerevisiae was used as a model to study mechanistic aspects relative to the function of Bcl-2 family proteins. Namely, we assessed the role of sphingolipids in the action of the human pro-apoptotic regulator Bax. We found that absence of Isc1p, an inositol phospholipase C that degrades complex sphingolipids into ceramides in yeast, favored the viability of yeast cells expressing an active form of Bax. It was further revealed that this effect is not associated with changes to the action of Bax; rather, it might be related with the cellular consequences of Bax-action. A parallel with the effect of Uth1p absence in yeast cells expressing Bax suggests that the absence of Isc1p could affect the selective degradation of mitochondria by mitophagy, and thus produce a different cell death response. This work provides new insights into the physiological events underlying the contribution of mitochondrial proteins, previously associated with cell death responses, and sphingolipid metabolism to cell death induced by acetic acid and Bax, respectively. Once again, the yeast S. cerevisiae proved to be an excellent model for the research of cell life and death.

Background: We have recently shown that dysregulation of redox-sensitive signaling pathways and oxidative damage to biological structures are major contributors to experimental ulcerative colitis. We also demonstrated the powerful anti-oxidant and anti-inflammatory actions of dietary apple peel polyphenols (DAPP) in the intestine. Objectives: As mitochondria are major sources and target of free radicals, as well as exhibit various important cellular functions, we evaluated their roles in intestinal colitis and their responses to DAPP. Methods: Induction of intestinal inflammation in C57BL6 mice was performed by administration of 3% dextran sulfate sodium (DSS). Two different doses of DAPP (200 and 400 mg/kg/day) were administered by gavage for 10 days (before and during DSS administration) to examine the preventive and curative effects, respectively, on inflammation and oxidative stress (OxS) in the intestine, and on mitochondrial functions. Results: DSS caused a significant weight loss, shortening of the colon, increased OxS (noted by lipid peroxidation), and raised inflammation (verified by infiltration of inflammatory cells, up-regulation of MPO, and elevated TNF-α and COX2 protein expression). Furthermore, DSS induced perturbations in mitochondrial biogenesis, as reflected by alterations of the transcription factor PGC1α and mitochondrial function characterized by diminished Adenosine-5'-Triphosphate (ATP) production, lowered antioxidant defense (GPx and SOD2), amplified apoptosis (as illustrated by the high expression of Cytochrome C and AIF), and defects in DNA integrity (high 8-OHdG). However, DAPP administration improved macroscopic parameters (e.g. weight loss, colon shortening) and reduced DSS-induced clinical signs. DAPP showed an evident capability of reducing inflammation (as noted by decreased TNF-α, iNOS, COX-2 and AP-1) and OxS (as shown by reduced malondialdehyde, hydrogen peroxide levels and increased GPx) in DSS mice. Our findings also revealed that DAPP partially corrected mitochondrial dysfunction related to redox homeostasis, fatty acid β-oxidation, ATP synthesis, apoptosis and regulatory mitochondrial transcription factors (PGC1α, PPARγ and Nrf-2). Conclusion: DAPP have the ability to act on intestinal OxS, inflammation and mitochondrial dysfunction, thereby alleviating colitis progression via the modulation of cellular energy, OxS, antioxidant capacity, apoptosis and mtDNA integrity. / Contexte: L'inflammation et le stress oxydatif (OxS) participent à la pathogenèse de la colite ulcéreuse (CU). Nos résultats récents montrent que les polyphénols de la pelure de pomme (DAPP) jouent un rôle clé dans la prévention de la maladie. Objectifs: Évaluer les effets préventifs et curatifs du DAPP sur la CU et démontrer leur impact sur la dysfonction mitochondriale. Méthode: Une induction de l’inflammation intestinale a été effectuée chez des souris par administration du dextran sulfate sodium (DSS). Des doses de DAPP (200 et 400 mg/kg/j) ont été administrées par gavage pendant 10 jours afin d’évaluer les effets préventifs et curatifs, respectivement, sur l’Inflammation et le OxS au niveau intestinal ainsi que sur les fonctions mitochondriales. Résultats: Le DSS a provoqué une perte de poids, un raccourcissement du côlon, une augmentation du stress oxydant, niveaux de malondialdéhyde et une inflammation documentée par l’infiltration des cellules inflammatoires, la myéloperoxydase et les cytokines inflammatoires. D’autre part, le DSS a induit des désordres au niveau de la biogenèse (PGC1α) et des fonctions de la mitochondrie : diminution de l’ATP, altération des enzymes antioxydantes (SOD2 et GPX1), augmentation de l’apoptose (Bcl 2, Bax et Cytochrome C), et des défauts de l’intégrité de l’ADN (baisse d’OGG1). Cependant, le DAPP a amélioré significativement l’inflammation et le stress oxydant de l’intestin tout en corrigeant les aberrations mitochondriales. Conclusions: Les polyphénols ont la capacité d’agir sur le stress oxydant et le profil inflammatoire de l’intestin ainsi que sur le dysfonctionnement mitochondrial. Ils pourraient donc intervenir efficacement dans la CU.