Le mélanome est un cancer cutané dérivé de la transformation maligne des mélanocytes, cellules responsables de la pigmentation de la peau. Aujourd'hui, il est clairement reconnu que la progression tumorale est le produit d'une interaction dynamique entre les cellules tumorales et leur microenvironnement. Parmi les modes de communication intercellulaire, la sécrétion de nanovésicules appelées exosomes apparaît depuis une vingtaine d'années comme des acteurs majeurs de cette communication. En effet, ils permettent le transport d'un matériel complexe qui pourra impacter le devenir des cellules réceptrices. Bien que différentes données de la littérature aient mis en évidence le rôle des exosomes dans la progression du mélanome ainsi que la résistance aux traitements, les mécanismes moléculaires associés restent peu connus. Le premier objectif de ma thèse a consisté en l'identification du contenu protéique des exosomes de mélanome. Pour cela, nous avons identifié par spectrométrie de masse l'exoprotéome de sept lignées de mélanome d'agressivités différentes. L'analyse de ces résultats nous a permis de mettre en évidence une signature spécifique au niveau des exosomes sécrétés par les cellules les plus agressives. Cette signature a pu être corrélée à des propriétés fonctionnelles portées par ces vésicules. En effet, le traitement de cellules moins agressives par ces vésicules suffit à augmenter leur potentiel migratoire. Ces résultats montrent le rôle joué par les exosomes de mélanome dans la communication entre cellules cancéreuses et la progression tumorale. Parmi les cellules composant le microenvironnement d'un mélanome invasif, les adipocytes présents dans l'hypoderme représentent un acteur émergeant favorisant la progression tumorale. L'équipe dans laquelle j'ai effectué ma thèse a été l'une des premières à montrer, dans un modèle de cancer du sein, l'importance des adipocytes dans l'agressivité tumorale. Bien que différentes études aient montré l'impact des adipocytes sur la progression du mélanome, les mécanismes moléculaires associés restent peu connus. Le second aspect de ma thèse a consisté en l'étude du rôle des adipocytes dans la progression de ce type de tumeurs. Ces derniers stimulent le potentiel migratoire de cellules de mélanome et cet effet est médié par les exosomes sécrétés par les adipocytes (ad-exos). De façon intéressante, nous avons observé que les ad-exos contiennent des protéines impliquées dans chaque étape du métabolisme des acides gras et induisent une reprogrammation métabolique des cellules cancéreuses. L'augmentation de la migration des cellules tumorales induite par les ad-exos est dépendante de ce remodelage métabolique. Ces résultats montrent que les ad-exos participent au dialogue délétère entre mélanome et adipocytes. Ce dialogue pourrait être amplifié dans des conditions d'obésité expliquant le pronostic défavorable observé chez ce sous-groupe de patients. Nous avons montré, qu'en condition d'obésité, la sécrétion d'exosomes par les adipocytes est augmentée. De plus, à quantité égale d'exosomes, l'effet des ad-exos de souris obèses sur la migration des cellules cancéreuses est amplifié. Les ad-exos pourraient donc en partie être responsables du mauvais pronostic observé pour les individus obèses. En conclusion, nous avons montré que les exosomes sont des acteurs majeurs de la progression du mélanome. La signature spécifique que nous avons mise en évidence dans les vésicules sécrétées par les lignées métastatiques pourrait, à terme, être utilisée pour le pronostic de ce cancer. D'autre part, les ad-exos induisent un remodelage métabolique des cellules cancéreuses conduisant à l'augmentation du potentiel migratoire. La compréhension du rôle joué par ces vésicules permettra à terme d'interrompre le dialogue délétère entre adipocytes et cellules tumorales, en particulier chez les individus obèses. / Melanoma is a skin cancer derived from the malignant transformation of melanocytes, cells involved in the skin pigmentation. It is now clearly established that tumor progression results in a dynamic interaction between tumor cells and their microenvironment. Among the different modes of cell communication, the secretion of nanovesicles called exosomes has been extensively studied in the last twenty years and they appear to be major actors in this communication. Indeed, they enable the transport of complex biological material that may impact the behavior of recipient cells. Whereas melanoma exosomes have been implicated in tumor progression and chemoresistance, the mechanisms associated with these processes are little known. The first part of my thesis consisted in the identification of the protein content of melanoma cell exosomes. We identified the exoproteome of seven melanoma lines with various degrees of agressivity using mass spectrometry. The obtained results highlighted the presence of a specific signature in the exosomes secreted by the most aggressive cells. Moreover, this signature was correlated with functional properties of the vesicles. Indeed, incubation of less aggressive cells with these vesicles promoted their migratory abilities. These results show the role of melanoma exosomes in cancer cell communication and in tumor progression. Among the cells composing the microenvironment of invasive melanoma, adipocytes, present in the hypodermis, represent an emerging actor in tumor progression. The group in which I did my PhD was one of the first to highlight the importance of fat cells in breast cancer aggressiveness. Whereas different studies have shown the role of adipocytes in melanoma progression, the mechanisms associated are little known. The second aim of my thesis therefore consisted in the study of the role of adipocytes in melanoma progression. We have shown that adipocytes stimulate the migratory abilities of melanoma cells and that this effect is mediated by exosomes secreted by adipocytes. Interestingly, we observed that these vesicles contain proteins involved in every step of fatty acid metabolism and induce a metabolic reprogramming of cancer cells. The increase in tumor cell migration induced by adipocyte exosomes is dependent on this metabolic remodeling. These results show that adipocyte exosome are actors of the deleterious dialogue between melanoma and adipocytes. This dialogue could be amplified in obese conditions and could explain the poor prognostic of this subtype of patients. We have shown that in obese conditions, exosome secretion by adipocytes is increased. In addition, at equal concentrations in exosomes, the effect of the vesicles secreted by adipocytes from obese mice on cancer cell migration is amplified. Adipocyte exosomes could therefore participate in the poor prognosis of obese patients. In conclusion, we have shown that exosomes represent a major player in melanoma progression. The specific pattern contained in the exosomes from aggressive cells could be used as prognostic biomarkers in melanoma. On the other hand, adipocyte exosomes induce a metabolic reprogramming of cancer cells and this leads to an increase in their migratory abilities. Understanding the role of adipocyte exosomes in tumor progression could help to stop the deleterious dialogue between adipocytes and tumor cells, particularly in obese individuals.

Le tissu adipeux (TA) joue un rôle majeur dans les maladies métaboliques induites par l’obésité. L’activation de l’anti-oncogène p53 dans l’adipocyte a été impliquée dans le développement de la résistance à l’insuline lors de l’obésité. Cependant, les causes et les conséquences de cette activation étaient encore inconnues. Nos travaux montrent que, chez des souris obèses, le niveau d'oxydation de l'ADN est plus élevé et la longueur des télomères réduite dans le TA épididymaire. Nous observons également une augmentation des dommages à l’ADN dans les adipocytes. Ces dommages à l’ADN provoquent l’activation de la voie de réponse aux dommages à l’ADN puisque nous avons observé une activation de la voie p53 (stabilisation de la protéine et expression d’une cible p21). De manière intéressante, nous avons démontré que les dommages à l’ADN et l’activation de la voie p53 dans les adipocytes sont des événements précoces lors du développement de l’obésité qui pourraient être la conséquence d’une augmentation également précoce du stress oxydatif dans le tissu adipeux et les adipocytes. De plus, l’augmentation des dommages à l’ADN et l’activation de p53 dans les adipocytes précèdent l’inflammation du tissu adipeux et la résistance à l’insuline systémique. Nous apportons également des arguments en faveur d’un rôle causal des dommages à l’ADN et de l’activation de p53 dans l’adipocyte dans le développement de l’inflammation du tissu adipeux et la résistance à l’insuline adipocytaire. In vitro, nous montrons que la création expérimentale de dommages à l’ADN avec de la doxorubicine et l’activation pharmacologique de p53 avec l’inhibiteur de l’ubiquitine ligase Mdm2, la nutline3a, dans des adipocytes humains et murins en culture inhibent la signalisation insulinique, le transport de glucose et la translocation de Glut4 stimulés par l’insuline. Ils perturbent également l’activité sécrétoire des adipocytes. En particulier, le sécrétome de ces adipocytes possède une activité chimioattractive pour les neutrophiles et les macrophages. Des résultats préliminaires indiquent qu’il pourrait également affecter les préadipocytes en perturbant leur survie et leur différenciation en 8 adipocytes. In vivo, l’injection de doxorubicine à des souris provoque l’infiltration de neutrophiles et de macrophages dans le TA, l’inflammation du TA, et la résistance à l’insuline adipocytaire. Nous montrons également une induction précoce du locus CDKN2A dans le TA lors de l’obésité. Ce locus code pour p16INK4A, un inhibiteur des kinases dépendantes des cyclines CDK4/6, et p19ARF, un inhibiteur de Mdm2. Nous confirmons que la surexpression de p19ARF dans des adipocytes en culture permet la stabilisation de p53 et étudions actuellement l’impact de l’absence de p19ARF dans les adipocytes in vivo dans le développement des maladies métaboliques lors de l’obésité. En résumé, nos travaux démontrent que les dommages à l’ADN observés précocement dans les adipocytes lors du développement de l’obésité ont le potentiel de déclencher des signaux dépendants de p53 impliqués dans l'altération du métabolisme adipocytaire et de sa fonction sécrétoire conduisant à une inflammation du TA, un dysfonctionnement des adipocytes, et la résistance à l'insuline. / Non disponible

Le principal objectif de ce mémoire consistait à développer une évaluation clinique de l'obésité démontrant la grande variabilité entre les individus obèses résistants à la perte de poids et à caractériser les facteurs potentiellement associés à l'obésité ainsi que la capacité individuelle à perdre du poids. Les variables étudiées incluaient une multitude de facteurs physiologiques, psychologiques et comportementaux chez des individus obèses résistants à la perte de poids. L'évaluation clinique a révélé une grande variabilité interindividuelle en ce qui a trait aux facteurs reliés à l'obésité, plusieurs individus déviant également des recommandations optimales visant une perte pondérale. Des phénotypes plus vulnérables ont été identifiés, notamment un profil de signaux de satiété perturbés. Les bons répondeurs à la perte de poids ont démontré une amélioration de plusieurs comportements alimentaires et de facteurs psychologiques en réponse à l'intervention. Cette évaluation offre donc la possibilité de personnaliser le traitement de perte de poids et un outil supplémentaire aux professionnels de la santé.

L’obésité est une pathologie complexe d’origine multifactorielle qui constitue un facteur de risque indépendant de maladies métaboliques dont le diabète de type 2. L’inflammation chronique qui accompagne l’obésité semble d’ailleurs contribuer au développement de la résistance à l’insuline. Ainsi, il a été montré que l’induction de iNOS, enzyme importante lors des réponses immunitaires, dans les tissus et cellules cibles de l’insuline était impliquée dans la pathogenèse de la résistance à l’insuline associée à l’obésité. Les résultats présentés dans cet ouvrage permettent d’approfondir les connaissances concernant l’implication de cette enzyme dans les troubles métaboliques ainsi que d’identifier des cibles cellulaires potentielles pouvant servir à contrecarrer les effets délétères associés à celle-ci. Dans la première étude, nous avons observé que le resvératrol pouvait inhiber l’induction de iNOS et la production de NO dans le muscle et le tissu adipeux des souris traitées avec l’endotoxine LPS. Ces effets ont été reproduits dans des modèles in vitro. Nous avons pu également déterminer que l’inhibition de iNOS par le resvératrol impliquait l’activation de la voie de l’AMPK plutôt que celle de SIRT1 dans les cellules musculaires. Dans la deuxième étude, nous avons généré des souris MYOnos2-KO, HEPnos2-KO et ADPnos2-KO, modèles dans lesquels l’expression de iNOS est invalidée spécifiquement dans les myocytes striés, les hépatocytes et les adipocytes respectivement. Nous avons pu remarquer que l’invalidation de iNOS dans les myocytes, les hépatocytes et les adipocytes ne semble pas suffire à contrer les effets délétères d’une diète obésogène sur la sensibilité à l’insuline ou la tolérance au glucose. Par contre, l’invalidation de iNOS dans les adipocytes semble améliorer le métabolisme lipidique. Finalement, dans notre troisième étude, nous avons pu démontrer que iNOS pouvait être induite dans des cellules adipeuses d’origine humaine et que l’expression de cette enzyme, dans le tissu adipeux, corrélait négativement avec les niveaux d’adiponectine plasmatique chez les sujets de la cohorte étudiée. L’ensemble de nos études nous permet de proposer des cibles plus spécifiques visant l’inhibition de iNOS ainsi que de contribuer à la compréhension du rôle potentiel de cette protéine dans le développement des troubles métaboliques chez l’homme. / Obesity is a complex pathology, with a multifactorial origin, as well as an independent risk factor for metabolic diseases such as type 2 diabetes. It has been suggested that obesity-associated chronic inflammation contributes to the development of insulin resistance. It has been shown that iNOS, an important enzyme involved in immune responses, has been implicated in the pathogenesis of obesity-associated insulin resistance. Results presented here contribute to better understand the implication of this enzyme in metabolic disorders and thus identify potential cellular targets that might counteract deleterious effects associated with its induction. In the first study, resveratrol was shown to inhibit iNOS induction as well as NO production in muscle and adipose tissue of LPS-treated mice. These effects were recapitulated in vitro. We have also demonstrated that iNOS inhibition by resveratrol involves AMPK but not SIRT1 activation in muscle cells. In the second study, we generated MYO-nos2-KO, HEPnos2-KO and ADPnos2-KO mice, where iNOS expression was specifically invalidated in myocytes, hepatocytes and adipocytes respectively. We have observed that iNOS deletion in myocytes, hepatocytes and adipocytes was not sufficient to counteract obesogenic-diet deleterious effects on insulin sensitivity and glucose tolerance. However, iNOS specific deletion in adipocytes seems to improve lipid metabolism. In our third chapter, we have shown that iNOS could be induced in adipose cells of human origin and that its expression in adipose tissue, was negatively correlated with plasma adiponectin levels of the subjects of the study. Overall, our results allow us to propose more specific targets where iNOS inhibition might be beneficial. Likewise, the results presented here contribute to the understanding of the potential role of this protein in the development of human metabolic disorders.

La dérivation biliopancréatique avec gastrectomie verticale et commutation duodénale (BPD/DS) est la chirurgie plus efficace pour traiter l'obésité. Les mécanismes par lesquels la BPD/DS affecte la balance énergétique ne sont pas bien précisés. En plus, BPD/DS comprend deux composantes, la gastrectomie verticale (SG) et commutation duodénale (DS), puis le rôle respectif de chaque composant n’est pas connu. Cette présente étude visait à étudier 1) les mécanismes par lesquels la BPD/DS régule la balance énergétique et 2) les contributions de la SG et la DS aux avantages métaboliques de la BPD/DS. Les chirurgies BPD/DS, SG et DS ont été réalisées chez des rats mâles nourris soit avec une moulée de laboratoire standard, soit un régime riche en graisse (high-fat, HF). Nous avons mesuré le poids corporel (body weight, BW), la prise alimentaire, la composition corporelle, l'énergie fécale, la sécrétion des hormones intestinales principales, et la dépense énergétique (energy expenditure, EE). Par rapport à Sham, les rats BPD/DS et DS présentaient beaucoup moins de BW et de graisse corporelle et une consommation d'énergie digestible réduite due à la malabsorption engendrée par la DS. Au contraire, la SG seulement n’a induit qu’une perte de BW transitoire. Les rats BPD/DS et DS ont montré des niveaux beaucoup plus élevés de glucagon-like peptide (GLP-1) et de peptide tyrosine-tyrosine (PYY), à la fois à jeun et ad libitum. Dans l'étude avec régime de HF, un groupe d'opération fictive (Sham) apparié pour le poids aux animaux BPD/DS (Sham-HF pair-weighed, PW) a été ajouté pour contrôler les effets de la BPD/DS sur le poids. Nous avons observé une diminution de l’EE chez les rats BPD/DS, DS et Sham-HF PW inférieure à celle des Sham HF. Cependant, les rats BPD/DS ont montré une EE supérieure à celle des rats Sham HF PW à jeun. Étonnamment, la BPD/DS et la DS ont réduit le volume et le métabolisme oxydatif du tissu adipeux brun de même que l'expression de gènes thermogéniques dans ce tissu. L’élévation postprandiale du GLP-1 et PYY a été observée suite à la BPD/DS et la DS. Ces deux chirurgies ont conduit à une réduction de l’EE postprandiale qui est associée avec diminution du BW. Nos données suggèrent que les avantages métaboliques de la BPD/DS sont principalement dues à une malabsorption et en partie liées à l’augmentation de l’EE. La DS est le principal facteur menant à la malabsorption et l'augmentation des niveaux d'incrétines anorexigènes GLP-1 et PYY. / Biliopancreatic diversion with vertical sleeve gastrectomy and duodenal switch (BPD/DS) is the most efficient surgery to treat obesity. The mechanisms whereby BPD/DS affects energy balance are not well clarified. Additionally, BPD/DS includes two components, vertical sleeve gastrectomy (SG) and duodenal switch (DS) and the respective role of each component is not known. This present study aimed to investigate the mechanisms whereby BPD/DS regulates energy balance and the contributions of SG and DS to the metabolic benefits of BPD/DS. BPD/DS, SG and DS were performed in two batches of rats: chow- and high-fat (HF) diet- fed male rats. We examined body weight (BW), food intake, body composition, fecal energy, main intestinal-gut hormones secretion, and energy expenditure (EE). Compared to Sham, BPD/DS and DS rats exhibited much less BW, percentage of body fat and digestible energy intake due to high malabsorption. In contrast, SG only induced an initial and transient BW loss. BPD/DS and DS rats showed much higher levels of glucagon-like peptide (GLP-1) and peptide tyrosine-tyrosine (PYY), both in fasting and ad libitum refed status. In the HF diet study, a pair-weighed, sham-operated (Sham-HF PW) group was added to match the BW of BPD/DS animals. We observed decreased EE in rats presenting similar BW (BPD/DS, DS and Sham-HF PW) than Sham HF rats. However, BPD/DS rats still showed higher EE than Sham HF PW rats in fasting state. Surprisingly, BPD/DS and DS reduced the volume, oxidative metabolism and expression of thermogenic genes in interscapular brown adipose tissue compared Sham HF controls. Postprandial elevation of GLP-1 and PYY was found in BPD/DS and DS rats. BPD/DS and DS led to a body-weight-decrease-associated reduction in postprandial EE. Our data suggested that the metabolic benefits of BPD/DS are mainly due to malabsorption and partially related to increased EE. DS is the main factor leading to malasbsorption and the increase in the levels of anorectic incretins GLP-1 and PYY.

Protocole d'entente en médecine expérimentale offert en extension entre l'Université Laval et l'Université du Québec à Chicoutimi. / À la demande du Réseau du sport étudiant du Québec, la batterie de tests « En forme au secondaire » a été développée. Un total de 1626 élèves de niveau secondaire à Montréal et Saguenay ont été testés par une série d’épreuves d’évaluation de la condition physique : la course navette de 20 mètres avec palier de 1 minute, le test anaérobie RSEQ, le sprint 2 x 15 mètres, le saut vertical, les pompes et semi-redressement assis sur rythme imposé et le V-test. Des analyses multivariées avec distinctions des disparités sexuelles et régionales ont permis de dresser un portrait de la condition physique. Il y a corroboration que les garçons ont des résultats supérieurs aux tests musculaires et que les filles ont des résultats supérieurs à la flexibilité. Quarante-quatre pour cent (44 %) des participants ont un bilan de santé à risque relié à l’obésité. Entre 1981 et 2014, les jeunes sont plus grands (♀ +1,67 cm, ♂ +2,25 cm), sont plus lourds (♀ +5,8 kg, ♂ +5,6 kg) et leur VO2max a chuté de 13 % (♀ -5 ml min-1 kg-1, ♂ -7 ml min-1 kg-1). Le VO2max régresse entre 12 et 17 ans chez les Québécois. Des normes préliminaires ont été bâties avec la méthode LMS pour l’ensemble des tests. La recherche démontre que la batterie du RSEQ évalue et suit l’évolution de la condition physique au secondaire. Notre étude démontre également que la condition physique des jeunes est vraissemblablement affectée par l'épidémie mondiale d'obésité et que des changements importants à leurs habitudes de vie seront nécessaires afin de renverser la situation. / At the request of the “Réseau du Sport étudiant du Québec”, the “En forme au secondaire” fitness test (B-EFAS) was developed. A total of 1626 high school students in Montreal and Saguenay were tested through a series of physical fitness tests : the 20-metre shuttle run test with 1 minute stage, the RSEQ anaerobic test, the fifteen-metre sprint round trip, the vertical jump, the paced push-ups, the paced sit-ups and the V-test. Multivariate analysis with distinctions of sexual and regional disparities was used to obtain a portrait of fitness. It is corroborated that boys get higher score at muscular tests and that girls perform better in flexibility. Forty-four percent (44%) of participants have obesity-related health risk. Between 1981 and 2014, the young were taller (♀ +1.67 cm, ♂ +2.25 cm), heavier (♀ +5.8 kg, ♂ + 5.6 kg) and their VO2max fell 13% (♀ -5 ml min-1 kg-1, ♂ -7 ml min-1 kg-1). The VO2max regresses between the ages of 12 and 17 among Quebeckers. Preliminary norms were built using LMS methods for all tests. Our research demonstrate that the RSEQ battery is evaluating and monitoring the progress of fitness at the High School level. Our study also shows that the physical condition of young people is likely to be affected by the global obesity epidemic and that significant changes in their lifestyle will be needed in order to reverse the situation.

L’obésité ne cesse d’augmenter avec l’adoption généralisée de la diète occidentale et atteint aujourd’hui des proportions pandémiques. Elle cause des désordres métaboliques néfastes pour la santé, augmentant ainsi les risques de développer du diabète de type 2 (DT2) et des maladies cardiovasculaires (MCV). Il est alors crucial de comprendre les effets des nutriments sur le développement de ces pathologies, car la nutrition représente un facteur clé de prévention. D’une part, la consommation excessive de sucres ajoutés est reconnue pour être néfaste pour la santé, mais ces sucres sont surconsommés du fait de leur omniprésence dans les aliments et boissons, notamment sous forme de saccharose. Afin de limiter leur consommation, il est important d’identifier des alternatives moins nocives. Les sucres naturels pourraient bien représenter une option intéressante de par les molécules autres que les sucres qu’ils contiennent. D’autre part, la consommation régulière de poissons protège du DT2 et des MCV. Afin de profiter au maximum de ces bienfaits, il serait pertinent d’identifier les nutriments bénéfiques des poissons et de les concentrer sous forme de nutraceutique ou d’aliment fonctionnel. Le saumon est notamment composé de plusieurs nutriments capables de moduler le développement de l’obésité et des désordres métaboliques associés. Il contient des oméga-3 (w-3) et de la vitamine D3 (VitD3) potentiellement bénéfiques pour la santé cardiométabolique. Il contient aussi des protéines de qualité dont nous avons isolé une fraction bioactive, appelée salmon peptide fraction (SPF). Toutefois, les effets de ces nutriments de saumon et leur combinaison ont été peu étudiés, et plusieurs de leurs effets et mécanismes d’action restent à élucider. Cette thèse avait donc pour ambition d’évaluer les effets cardiométaboliques des sucres naturels et des nutriments de saumon (w-3, VitD3, SPF) sur le développement de l’obésité et des désordres métaboliques associés. L’hypothèse générale est que « le remplacement du saccharose par des sucres naturels et la consommation des nutriments de saumon limitent le développement de l’obésité et de ses complications en modulant l’inflammation, la résistance à l’insuline et la santé intestinale ». Nous avons alors réalisé trois études évaluant les effets de la consommation chronique de ces différents nutriments sur le développement de l’obésité et des désordres métaboliques associés dans des modèles murins d’obésité induite par une diète riche en gras et en saccharose. Dans un premier temps, nous avons étudié les effets d’une supplémentation à faible dose de saccharose par rapport à du sirop d’érable, de la mélasse, du sirop de riz brun, du sirop d’agave, du sirop de maïs et du miel, ainsi qu’à du fructose, chez des rats Wistar initialement en santé pendant 8 semaines. Les résultats démontrent que remplacer le saccharose par des sucres naturels limite la résistance à l’insuline et l’inflammation hépatique. Dans une moindre mesure, le sirop d’érable, la mélasse et le sirop d’agave tendent aussi à protéger contre la stéatose hépatique. De plus, cette étude montre que le fructose n’est non seulement pas plus néfaste que le saccharose dans les doses utilisées, mais qu’il permet même d’atténuer la résistance à l’insuline et l’inflammation hépatique. Dans un deuxième temps, nous avons évalué les effets cardiométaboliques des nutriments de saumon, seuls ou en combinaison, dans deux études de 12 semaines. Nous avons d’abord étudié les effets de la VitD3 et des w-3 chez des souris C57BL/6J initialement en santé, puis les effets du SPF et de la VitD3 chez des souris LDLr-/-/ApoB100/100 à haut risque de développer des maladies cardiométaboliques. Les résultats démontrent que la supplémentation en VitD3 n’a pas d’effet chez les souris initialement en santé, ni n’améliore les effets bénéfiques des w-3. En revanche, elle prévient sensiblement le développement des désordres métaboliques associés à l’obésité chez les souris à haut risque de maladies cardiométaboliques. Elle réduit un facteur de risque de thrombose en circulation et l’inflammation dans l’iléon lorsqu’elle est seule, et la sensibilité à l’insuline lorsqu’elle est combinée au SPF. Finalement, nos travaux révèlent que le SPF limite l’obésité et ses complications notamment grâce à son action anti-inflammatoire sur le foie et le côlon. Cette thèse a donc permis d’élucider les effets de ces différents nutriments sur le développement de l’obésité et des désordres métaboliques associés, et à plus long terme du DT2 et des MCV, et de mieux comprendre leurs mécanismes d’action. / Obesity continues to increase with the widespread adoption of the Western diet and nowadays reaches pandemic proportions. It causes metabolic disorders that are harmful to health, increasing the risk of developing type 2 diabetes (T2D) and cardiovascular disease (CVD). It is therefore crucial to understand the effects of nutrients on the development of these pathologies because nutrition is a key preventive factor. On the one hand, excess consumption of added sugars is known to be harmful to health, but these sugars are over-consumed by their ubiquity in foods and beverages, especially in the form of sucrose. It is therefore important to limit their consumption and identify less harmful alternatives. Natural sugars may well be an interesting option for the molecules other than sugars they contain. On the other hand, regular fish consumption protects against T2D and CVD. In order to make the most of these benefits, it would be relevant to identify the beneficial fish nutrients and concentrate them as a nutraceutical or functional food. Salmon is notably composed of several nutrients able to modulate the development of obesity and associated metabolic disorders. It contains omega-3 (ω-3) and vitamin D3 (VitD3) potentially beneficial for cardiometabolic health. It also contains quality proteins from which we have isolated a bioactive fraction, called salmon peptide fraction (SPF). However, the effects of these salmon nutrients and their combination have been poorly studied, and many of their roles and mechanisms of action remain unclear. This thesis therefore aims to evaluate the cardiometabolic effects of natural sweeteners and salmon nutrients (ω-3, VitD3, SPF) on the development of obesity and associated metabolic disorders. The general hypothesis is that “the replacement of sucrose with natural sweeteners and the consumption of salmon nutrients limit the development of obesity and its complications by modulating inflammation, insulin resistance and intestinal health”. We then conducted three studies evaluating the effects of chronic consumption of these different nutrients on the development of obesity and associated metabolic disorders in murine models of diet-induced obesity. First, we studied the effects of a low-dose supplementation of sucrose compared to maple syrup, molasses, brown rice syrup, agave syrup, corn syrup and honey, as well as fructose, in Wistar rats initially healthy for 8 weeks. The results show that replacing sucrose with natural sweeteners limits insulin resistance and hepatic inflammation. To a lesser extent, maple syrup, molasses and agave syrup also tend to protect against fatty liver. In addition, this study shows that fructose is not only no more harmful than sucrose in the doses used, but it even helps to reduce insulin resistance and hepatic inflammation. In a second step, we evaluated the cardiometabolic effects of salmon nutrients, alone or in combination, in two 12-week studies. We first studied the effects of VitD3 and ω-3 in initially healthy C57BL/6J mice, then the effects of SPF and VitD3 in LDLr- / -/ApoB100/100 mice at high risk to develop cardiometabolic diseases. The results demonstrate that VitD3 supplementation has no effect in initially healthy mice, nor improves the beneficial effects of ω-3. In contrast, it slightly prevents the development of metabolic disorders associated with obesity in mice at high risk of cardiometabolic diseases. It reduces a thrombosis risk factor and inflammation in the ileum when it is alone, and insulin sensitivity when it is combined with SPF. Finally, our work reveals that the SPF limits obesity and its complications thanks to its anti-inflammatory action on the liver and colon. This thesis has thus allowed a better understanding of the effects of these different nutrients on the development of obesity and associated metabolic disorders, and in longer term T2D and CVD, and of their mechanisms of action.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2011-2012 / Les complications cardiovasculaires chez les patients diabétiques peuvent être expliquées en partie par l'obésité abdominale. Une altération des paramètres de la variabilité de la fréquence cardiaque est souvent observée chez les patients diabétiques et est associée à un mauvais pronostic. L'objectif principal du travail présenté dans ce mémoire était d'évaluer l'association entre les indices d'adiposité tels l'indice de masse corporelle, la circonférence de taille, les volumes de tissu adipeux viscéral et sous-cutané, et les indices de variabilité de la fréquence cardiaque chez des patients diabétiques ayant subi un pontage coronarien. Les résultats suggèrent que seul le niveau de graisse viscérale influence négativement la variabilité de la fréquence cardiaque chez ces patients. Plus précisément, une diminution de l'activité cardiaque parasympathique est associée à des niveaux plus élevés de graisse viscérale alors que les autres indices d'adiposité ne semblent pas être associés à la variabilité cardiaque lorsque la graisse viscérale est considérée.

La chirurgie bariatrique a des impacts positifs démontrés sur la santé cardiométabolique, sur la qualité de vie et sur la diminution de la mortalité, mais elle semble également affecter négativement l’intégrité osseuse. Bien que les études aient démontré un remodelage osseux augmenté, une perte de densité minérale osseuse et des altérations histomorphométriques suggestives d’ostéomalacie après la chirurgie bariatrique, peu d’études ont évalué son impact sur le risque fracturaire. Nos objectifs sont donc d’évaluer le risque fracturaire de patients ayant subi une chirurgie bariatrique comparativement aux contrôles obèses n’ayant pas subi de chirurgie et aux contrôles non-obèses, d’évaluer les sites fracturaires prédominants dans l’obésité et après la chirurgie bariatrique et de déterminer si le type de chirurgie bariatrique influence le risque fracturaire. Cette étude, réalisée grâce aux bases de données administratives de la Régie de l’assurance maladie du Québec (RAMQ), démontre que le risque fracturaire augmente avec le niveau d’obésité, que le profil de fracture se modifie après la chirurgie, passant d’un profil de fractures relié à l’obésité avant la chirurgie à un profil de type ostéoporotique en post-opératoire, et que la dérivation biliopancréatique est la seule chirurgie étant associée significativement à une augmentation du risque de fracture dans notre étude. / Bariatric surgery has proven beneficial effects on cardiometabolic health, on quality of life and on mortality, but it also seems to negatively influence bone health. Although studies have shown an increase in bone remodeling, a decrease in bone mineral density and histomorphometric alterations suggesting osteomalacia after surgery, few studies have evaluated its impact on fracture risk. Our objectives are to evaluate fracture risk in obese individuals who submitted to bariatric surgery compared with obese and non-obese controls, to evaluate fracture sites in obesity and after bariatric surgery, and to evaluate if the type of surgery influences fracture risk. This study, using healthcare administrative databases, showed that fracture risk increases with the level of obesity, that pattern of fracture changes after surgery, from a pattern associated with obesity before surgery to a pattern typical of osteoporosis post-operatively, and that biliopancreatic diversion is the only type of surgery that was associated with a significant increase in fracture risk in our study.

L’obésité est une maladie chronique dont la prévalence ne cesse de croître. D’origine multifactorielle, l’obésité s’accompagne de nombreuses comorbidités dont l’hypertension artérielle, le diabète de type 2, la dyslipidémie et l’apnée obstructive du sommeil. Plusieurs approches sont de mise concernant la prise en charge des patients avec obésité. Parmi les approches, on retrouve les mesures non pharmacologiques, la pharmacothérapie ainsi que la chirurgie bariatrique. L’évaluation de la capacité cardiorespiratoire en contexte d’obésité sévère comporte son lot de difficultés. Cependant celle-ci demeure la pierre angulaire pour l’évaluation cardiaque non invasive. Les patients avec obésité sévère ont une capacité à l’effort diminuée qui est associée à un plus grand risque cardiovasculaire et un taux de mortalité élevé. Les limitations sont multiples et peuvent être expliquées à la fois par le système cardiovasculaire, pulmonaire ou musculaire. L’épreuve d’effort maximal avec mesures directes est la référence en matière d’évaluation cardiorespiratoire. À des fins pratique, des tests d’effort alternatifs existent pour l’évaluation cardiorespiratoire. Le test de marche de 6 minutes (TM6M) est un test simple et pratique qui est utilisé pour l’évaluation de la capacité fonctionnelle. L’objectif principal de ce mémoire est de comparer la réponse physiologique à l’effort obtenu au TM6M avec celle de l’épreuve d’effort maximal. Nos travaux ont permis de démontrer que l’intensité de l’effort au TM6M est comparable à celle obtenue à l’épreuve d’effort maximal. Les valeurs maximales atteintes au TM6M comparativement à celles obtenues à l’épreuve d’effort maximal concernant les paramètres cardiaques (fréquence cardiaque et pouls d’oxygène) et les paramètres pulmonaires (VO2 pic (consommation d’oxygène), fréquence respiratoire, le volume courant et le ratio ventilation/production de dioxyde de carbone) ont montré des différences non significatives, suggérant une intensité similaire entre les deux tests. Des recherches supplémentaires sont nécessaires quant à la détermination de son utilité clinique en obésité sévère / Obesity is a chronic disease and its prevalence is constantly increasing. The origin of obesity is multifactorial, and it comes with many comorbidities including systemic hypertension, type 2 diabetes, dyslipidemia and obstructive sleep apnea. Several approaches are available for the management of patients with obesity. Among these multiple approaches, there are non-pharmacological measures, which include pharmacotherapy and bariatric surgery. The evaluation of cardiorespiratory capacity in the context of severe obesity involves a lot of difficulties. However, it remains the gold standard for non-invasive cardiac assessment. Patients with severe obesity have a reduced exercise capacity, which is associated with a higher cardiovascular risk and a high mortality rate. Their limitations are manifold and can be explained by the cardiovascular, pulmonary or muscular system. The cardiopulmonary exercise testing (CPET) with direct measurements is the gold standard for cardiorespiratory evaluation. In regards of practical purposes, alternative stress tests exist for cardiorespiratory evaluation. The 6-minute walk test (6MWT) is a simple and practical test that is used to assess functional capacity. The main objective of this master’s thesis is to compare the physiological response between the 6MWT and the CPET in patients with severe obesity. Our research has shown that a comparable maximum capacity was reached in both tests according to cardiac parameters (heart rate and oxygen pulse) and pulmonary parameters (VO2 peak (oxygen consumption), respiratory rate, tidal volume and ventilation/carbon dioxide production) which suggests that no significant differences has been observed. Additional research is needed to determine its clinical utility with patients with severe obesity.