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Le Syndrome d'Apnées Obstructives du Sommeil (SAOS) est défini par la survenue durant le sommeil d'épisodes fréquents d'obstruction complète ou partielle des voies aériennes supérieures, responsables d'apnées/hypopnées. L'hypoxie intermittente (HI) qui en résulte est responsable, à long terme, d'une augmentation de la morbi-mortalité cardiovasculaire (CV) dans un contexte de forte prévalence de syndrome métabolique, d'obésité et d'insulinorésistance. Certains patients SAOS obèses présentent une hypoventilation/hypercapnie, caractérisant le syndrome d'obésité hypoventilation (SOH) dont la morbi-mortalité CV est encore plus sévère que le SAOS seul. Le stress oxydant, l'inflammation de bas grade et la dérégulation du métabolisme glucido-lipidique et hormonal sont parmi les mécanismes clés responsables de la dysfonction endothéliale et in fine de l'augmentation du risque CV chez ces patients. Cependant, si ces mécanismes délétères sont démontrés par de nombreuses études fondamentales, leur mise en évidence en clinique est moins évidente, notamment du fait des multiples facteurs de co-morbidité. La première partie clinico-biologique de ce travail a été consacrée à la mise en évidence, chez des patients porteurs d'un SAOS ou d'un SOH, des déséquilibres métaboliques et hormonaux impliquant le stress oxydant, en lien avec la sévérité de ces syndromes et leurs conséquences CV. Nous avons ainsi montré chez des patients SOH les plus sévères une altération de la fonction somatotrope proportionnelle à la dysfonction respiratoire et à l'hypertriglycéridémie. Nous avons ensuite mis en évidence, chez des patients SAOS non obèses, l'implication du stress oxydant lipidique dans l'athérosclérose précoce associée à la sévérité du SAOS. Enfin, nous nous sommes intéressés à l'homocystéinémie, facteur de risque cardio-vasculaire connu, chez des patients porteurs d'un syndrome métabolique présentant ou non un SAOS. Nous avons observé une majoration de l'homocystéinémie chez les patients souffrant d'un SAOS par rapport aux patients SMet non SAOS, en lien avec la sévérité des apnées/hypopnées, avec l'athérosclérose précoce, ainsi qu'avec un déséquilibre de la balance pro/antioxydante. Dans une seconde partie fondamentale, nous avons étudié les effets de l'endothéline-1 (ET-1), peptide vasoconstricteur d'origine endothéliale dont la sécrétion est majorée par l'HI, sur le métabolisme d'adipocytes en culture. Nous avons montré que ce peptide majore la lipolyse adipocytaire via les récepteur ET-1 de type A, tend à diminuer l'incorporation du glucose, et ce de manière opposée et additionnelle aux effets de l'insuline. Chez le rat Wistar exposé 14 jours à l'HI, nous avons observé une activation du système endothéline associée à un remodelage du tissu adipeux avec diminution de taille adipocytaire. Au-delà de ses effets vasoconstricteurs, ET-1 déséquilibre donc le métabolisme glucido-lipidique adipocytaire, et pourrait ainsi participer activement à l'insulinorésistance des patients SAOS obèses. Le rôle du système endothéline au niveau du métabolisme énergétique et son impact sur le tissu adipeux constituent donc des pistes sérieuses à explorer dans ce contexte. Mots-clés : Syndrome d'apnées obstructives du sommeil, syndrome d'obésité hypoventilation, stress oxydant, hypoxie intermittente, endothéline-1, insulinorésistance, lipolyse, adipocyte et tissu adipeux. / Obstructive Sleep Apnea Syndrome (OSAS) is defined by recurrent complete (apnea) or partial (hypopnea) upper airway obstructions during sleep. The resulting intermittent hypoxia (IH) is responsible for a long-term increase in cardiovascular (CV) morbi-mortality in a context of strong prevalence of metabolic syndrome, obesity and insulin resistance. Some obese OSAS patients present with Obesity Hypoventilation Syndrome (OHS) characterized by hypoventilation/hypercapnia and an even higher risk of cardiovascular morbi-mortality. Oxidative stress, low-grade inflammation, gluco-lipidic and hormonal alterations are among the key mechanisms leading to endothelial dysfunction and in fine to increased CV risk in OSAS. However, these various mechanisms have been identified by fundamental studies and their relevance in clinical research is less evident, in particular because of the presence of multiple comorbidity factors. The clinicobiological part of this work was devoted to the exploration of the oxidative stress-related metabolic and hormonal changes in OSAS and OHS patients, in relation with the severity of these diseases and their associated CV consequences. In the most severe OHS patients, we showed an impairment of the somatotropic axis linked to respiratory dysfunction and increase in triglycerides. We then highlighted, in non-obese OSAS patients, the involvement of lipid oxidative stress in early atherosclerosis and its association with OSAS severity. Finally, we investigated homocysteine, a well-known CV risk factor, in patients suffering from metabolic syndrome (MS) with or without OSAS. We observed an increase in homocysteinemia in OSAS+MS patients compared to non-OSAS+MS patients, linked to the severity of sleep apnea, to early atherosclerosis, as well as to pro/antioxidative imbalance. In the experimental part, we investigated the effects of the hypoxia-released vasoconstrictor peptide endothelin-1 (ET-1) on the metabolism of 3T3-L1 adipocytes in vitro. We showed that through its type-A receptor, ET-1 increases adipocyte lipolysis, tends to decrease glucose uptake and significantly inhibits the effects of insulin. Moreover, ET-1 stimulates its own expression, and expression of its ET-A receptor in 3T3-L1 cells. In parallel, in Wistar rats exposed to 14 days of IH, we observed an activation of the endothelin system associated with a remodelling of adipose tissue characterized by a decrease in adipocyte size. In conclusion, beyond its vasoconstrictor effects, ET-1 can modify glucose and lipid metabolism of adipocytes, and could thus actively participate in the insulin resistance and dyslipidemia observed in OSAS obese patient. The role of the endothelin system in energetic metabolism and its impact on adipose tissue thus represent promising avenues to be investigated in OSAS. Keywords: obstructive sleep apnea syndrome, obesity hypoventilation syndrome, oxidative stress, intermittent hypoxia, endothelin-1, insulin resistance, lipolysis, adipocyte and adipose tissue.

Parmi les études réalisées afin de mieux comprendre les facteurs influençant l’adoption de comportements de santé, certaines visent la conception de modèles (Ajzen, 1991; Bruchon-Scheitweitzer & Dantzer, 1994; Prochaska & DiClemente, 1982; Schwartzer, 1992) contribuant à l’agentivité, c’est-à-dire au pouvoir d’influencer intentionnellement son propre fonctionnement, les circonstances de sa vie et le cours de son existence (Bandura, 2006). Le premier objectif de la présente recherche est d’identifier les facteurs psychologiques influençant l’agentivité chez des femmes ayant un indice de masse corporelle correspondant au critère d’obésité (IMC > 30). Le deuxième objectif est de décrire les effets de ces facteurs psychologiques sur les quatre propriétés de l’agentivité telle que définie par Bandura (2006) : l’intentionnalité, la capacité de se projeter dans le futur, l’autoréactivité et l’autoréflexivité. Les participantes sont dix femmes québécoises ayant un indice de masse corporelle correspondant au critère d’obésité. Cette recherche exploratoire est de type qualitatif, les données sont recueillies à l’aide d’entretiens semi-dirigés et analysées par la méthode d’analyse thématique. Les résultats montrent que certains facteurs psychologiques influencent l’agentivité dans la gestion du poids. Ces facteurs sont regroupés en trois catégories: la valeur personnelle, la cohérence personnelle et le pouvoir personnel. Dans la catégorie de la valeur personnelle, la honte nuit à l’agentivité et l’acceptation de soi la favorise. Dans la catégorie de la cohérence personnelle, la non-intégrité nuit à l’agentivité et de l’intégrité la favorise. Dans la catégorie du pouvoir personnel, la toute-puissance nuit à l’agentivité et le réalisme la favorise. Bien que souhaité, le développement de l’agentivité dans la gestion du poids comporte certains pièges, tels que la honte, la non-intégrité et la toute-puissance. L’acceptation de soi, l’intégrité et le réalisme permettraient d’éviter ces pièges.

L'obésité et le diabète sont associés à des complications cutanées, en particulier des fonctions dermiques impliquées dans le maintien de la résistance mécanique de la peau. Cependant, les mécanismes par lesquels l'obésité provoque la fragilité du tissu cutané sont peu étudiés. Notre travail consistait à évaluer les effets d'un régime hypercalorique sur la microcirculation cutanée et les conséquences sur le développement de lésions cutanées. Les études ont été réalisées chez des souris C57Bl6/J développant une obésité induite par une alimentation enrichie en graisse et en sucre pendant 2, 4, 12 et 20 semaines. Les propriétés de la microcirculation cutanée sont évaluées par les variations du flux sanguin en réponse : 1) à l'acétylcholine afin de déterminer la vasodilatation endothélium-dépendante, 2) au nitroprussiate de sodium afin de déterminer la vasodilatation endothélium-indépendante, 3) à l'application de la pression locale afin de déterminer la vasodilatation induite par la pression (PIV). Ces études sont complétées par des explorations métaboliques (IPGTT, IPITT), morphologiques, immuno-histologiques et biochimiques pour caractériser les quatre modèles. Enfin, chaque modèle a été testé pour l'incidence d'ulcère de pression par l'application d'une pression unique de 85 mmHg. Dans ce travail de thèse, nous avons mis en évidence de nombreux mécanismes de compensation accompagnant l'évolution de l'obésité et qui permettent de maintenir les fonctions vasculaires intactes et permettent de s'adapter à l'environnement inflammatoire induit par l'alimentation hypercalorique. La PIV est un outil de diagnostic nous permettant d'évaluer l'intégrité de la fonction neurovasculaire et prédire l'incidence de lésions cutanées / Obesity and diabetes are associated to skin pathophysiology, particularly the dermal functions involved in maintaining the skin’s mechanical strength. The underlying mechanisms in pressure ulcer during obesity remain unclear. In this study we evaluated the effects of a hypercaloric diet on the cutaneous microcirculation and its consequences on pressure sores. C59Bl6/J mice were fed a high fat and high sugar diet during 2, 4, 12 and 20 weeks. Microvascular properties were assessed by measuring the skin blood flow variations in response to 1) acetylcholine in order to determine the endothelium-dependent vasodilation, 2) sodium nitroprusside in order to determine the endothelium-independent vasodilation, 3) local pressure application in order to determine the pressure-induced vasodilation (PIV). Each model was characterized for metabolic assessment (IPGTT, IPITT), hisological, immune-histological and biochemical measurements. Finally, each model was tested for pressure ulcer incidence with a 85 mmHg pressure application on skin layers. In this study, we found that obesity is a pathology in constant evolution that is associated with many compensatory mechanisms for maintaining vascular functions and for the adaptation of the skin tissue to an inflammatory environment induced by a hypercaloric diet. PIV has become a useful tool for pressure ulcer prediction

Dans un contexte de mondialisation et d’urbanisation, la rapide industrialisation des pays dits émergents se traduit par de profondes transformations dans les modes de vie et de consommation. S’engage alors un processus de transition nutritionnelle particulièrement intense : les carences nutritionnelles et les maladies infectieuses reculent, bien qu’elles persistent, tandis que l’obésité et les maladies chroniques associées atteignent des niveaux endémiques. Dans les faits, le processus de transition nutritionnelle ne se déroule pas de manière homogène au niveau mondial et au sein même d’une société donnée. D’importants enjeux sociaux, économiques et culturels semblent effectivement en découdre. Dans l’optique d’explorer la nature de ces enjeux, la thèse se focalise sur le cas du Mexique, un pays émergent ayant pleinement engagé son processus de transformation nutritionnelle depuis les années 1980. Dans un premier temps, l’analyse des déterminants socioéconomiques de la corpulence montre que l’excès de poids affecte particulièrement une classe moyenne basse éclosant de la pauvreté. Le manque d’éducation et l’obtention d’un revenu additionnel apparaissent comme des facteurs de risques pour les pauvres. Dans un deuxième temps, l’évaluation des effets de la corpulence sur l’échec scolaire et professionnel met en évidence les moyens par lesquels l’obésité et l’accumulation de graisse abdominale réduisent les capacités d’ascension socioéconomique d’un individu. Enfin, l’étude du programme de transferts de fonds conditionnels mexicain suggère que les programmes sociaux constituent l’une des meilleures solutions pour rompre le cercle vicieux mêlant pauvreté et obésité. Puisque la composante conditionnelle du programme contrebalance les externalités négatives liées à un revenu additionnel, ce type d’intervention améliore significativement les connaissances sanitaires et nutritionnelles des bénéficiaires adultes, et à terme les comportements associés. En conclusion, la thèse met en relief la nécessité pour les pouvoirs publics de prendre simultanément en compte les aspects sociaux, économiques et culturels de l’obésité. / In the context of globalization and urbanization, the rapid industrialization of emerging countries drives on deep transformations in lifestyles and consumption habits. Hence, an intense process of nutrition transition occurs: nutritional deficiencies and infectious diseases decline, but persist, while obesity and comorbidities reach endemic levels. Facts point that nutrition transition process is not homogenous at the worldwide level and within a given society. Such heterogeneity can be explained by the presence of social, economic and cultural factors. In order to explore the relationship between these factors and obesity, the study focuses on Mexico, an emerging country which has fully begun its nutrition transition process since the 1980s’. First, I analyze the socioeconomic determinants of body-mass and show that weight gain particularly affects a lower middle class on the verge of poverty. Both the lack of education and earning an extra income appear to be risk factors for lower social categories. Furthermore, I study the effects of body-mass on educational and occupational failures. The findings uncover mechanisms by which both obesity and central adiposity reduce one’s capacity to climb the socioeconomic ladder. Finally, I assess the impact of the Mexican conditional cash transfers’ program on adult body-mass. The results suggest that social programs constitute an adequate intervention to break the vicious cycle of poverty and obesity. Since the conditionalities counterbalance negative externalities from an extra income, such programs significantly improve health and nutritional knowledge and behaviors of participants. To conclude, the thesis dissertation emphasizes the necessity for policy makers to simultaneously take into account social, economic, and cultural aspects of obesity.

L’obésité est une maladie associée à des altérations métaboliques et inflammatoires et constitue un facteur de risque important de développer des comorbidités telles qu’un diabète de type 2. De plus, la prévalence de troubles de l’humeur et de la cognition est élevée chez les sujets obèses. Ces troubles neuropsychiatriques compliquent la prise en charge de l’obésité, contribuent à son aggravation et peuvent à terme favoriser le développement des comorbidités associées. Diminuer le développement de ces troubles pourrait donc permettre d’améliorer la santé et la qualité de vie des individus obèses. Dans ce contexte, l’objectif de cette thèse a été de comprendre les mécanismes neurobiologiques sous-tendant l’apparition de ces troubles neuropsychiatriques, dans le but d’identifier de nouvelles cibles potentielles pour le développement de stratégies préventives et/ou thérapeutiques visant à les réduire. Dans ce but, des modèles animaux d’obésité tels que la souris db/db, qui présentent une obésité sévère associée à des altérations caractéristiques du syndrome métabolique, peuvent être particulièrement utiles.[ ]Dans un premier temps, nous avons montré qu’une restriction calorique ou un traitement anti-inflammatoire diminuait les comportements de type anxieux chez la souris db/db. Cette amélioration était associée à une diminution sélective de l’expression génique du TNF-α dans l’hippocampe, ce qui suggère une contribution de cette cytokine pro-inflammatoire dans les comportements de type anxieux associés à l’obésité. Nous avons ensuite confirmé cette hypothèse en montrant que le blocage sélectif du TNF-α cérébral par administration i.c.v. d’étanercept (un récepteur leurre du TNF-α) diminuait les comportements de type anxieux chez les souris db/db. De façon intéressante, des mesures électrophysiologiques ont permis de montrer que cette amélioration des comportements émotionnels par l’étanercept impliquait la modulation de l’activité spontanée des neurones dans l’hippocampe ventral, région connue pour son rôle dans la régulation des émotions. Dans un second temps, nous avons essayé d’identifier de nouvelles stratégies préventives et/ou thérapeutiques pour améliorer l’humeur et la cognition chez les sujets obèses. Nous avons donc évalué l’effet d’un régime enrichi en acides gras polyinsaturés de type n-3 et antioxydants sur les altérations comportementales des souris db/db. En effet, ces nutriments sont connus pour moduler différents paramètres neurobiologiques impliqués dans la régulation du comportement. Nous avons montré que la consommation chronique de ce régime supprimait les déficits de mémoire spatiale dépendante de l’hippocampe chez les souris db/db dans le test de la piscine de Morris et que cette amélioration cognitive était probablement sous-tendue par des changements de plasticité neuronale. Enfin, nous avons évalué si des manipulations du microbiote intestinal pouvaient représenter une stratégie préventive et/ou thérapeutique pour améliorer les altérations neuropsychiatriques associées à l’obésité. Nous avons donc mesuré l’impact d’une manipulation du microbiote intestinal par des prébiotiques sur les altérations métaboliques et comportementales des souris db/db, mais également sur les systèmes biologiques et neurobiologiques auxquels elles sont associées. Nous avons montré que les améliorations métaboliques induites par l’administration de prébiotiques chez la souris db/db étaient accompagnées d’une diminution de l’inflammation périphérique et centrale. [ ] Pour conclure, ces expériences contribuent à montrer que l’inflammation, en particulier le TNF-α, pourrait être une cible importante pour le développement de traitements visant à améliorer les troubles de l’humeur chez les sujets obèses ; alors que des interventions nutritionnelles avec des nutriments d’intérêt pourrait plutôt aider à protéger des altérations métaboliques et/ou cognitives chez ces patients. / Obesity is a metabolic and inflammatory disorder that represents a major risk factor for the development of comorbidities such as type 2 diabetes. Obese patients also often experience mood and cognitive dysfunctions that represent important risk factors for aggravation of obesity and related outcomes. Reducing the development of such alterations may therefore allow improving health and quality of life of obese subjects. In this context, this thesis aimed to decipher the neurobiological mechanisms underlying such neuropsychiatric alterations, in order to identify new targets for the development of potential preventive and/or therapeutic strategies aiming to reduce these alterations. To do so, rodent models of obesity such as the db/db mice, which display severe obesity associated with classical features of metabolic syndrome, can be particularly useful.[ ] Second, we have investigated whether a nutritional intervention with n-3 polyunsaturated fatty acids (n-3 PUFAs) and antioxidants, which are well-known to display anti-inflammatory and neuroprotective properties, improved obesity-associated neuropsychiatric alterations. In addition, we have measured the consequences of chronic administration of the prebiotic oligofructose on the behavioral alterations displayed by db/db mice since previous studies pointed to the gut microbiota as an important player in the regulation of behavior. Finally, we have investigated the potential underlying mechanisms by measuring the impact of this treatment on the metabolism and systemic inflammation, but also on neurobiological systems known to be involved in the control of food intake and behavior. We first showed that an anti-inflammatory treatment or caloric restriction reduced anxiety-like behaviors, and this was associated with a selective decrease of hippocampal TNF-α mRNA expression, suggesting that this pro-inflammatory cytokine likely contributes to induce anxiety-like behavior associated with obesity. We then nicely confirmed this assumption by showing that selectively blocking brain TNF-α by chronically administrating etanercept i.c.v. (TNF-α decoy receptor) indeed decreased anxiety-like behaviors in obese db/db mice.[ ] Secondly, we tried identifying new preventive and/or therapeutic strategies aiming to improve mood and cognitive alterations associated with obesity. Hence, we measured if an n-3 polyunsaturated fatty acids/antioxidants enriched diet, well-known to modulate different neurobiological mechanisms potentially involved in behavioral alterations displayed by db/db mice, improved their behavioral alterations. We showed that chronic consumption of this diet reversed hippocampus-dependent spatial memory deficits displayed by db/db mice in a water-maze task and that this effect likely involved modulation of neuronal plasticity. Thirdly, we tested whether manipulating the gut microbiota composition may constitute a preventive and/or therapeutic strategy to improve the neuropsychiatric alterations associated with obesity. Hence, we assessed for the first time the effect of microbiota manipulation with a prebiotic on the metabolic and behavioral alterations displayed by db/db mice, but also on their systemic and neurobiological correlates. We showed that improvement of metabolic alterations following prebiotic administration in db/db mice was associated with selective reduction of peripheral and central inflammation, which is however not accompanied by detectable improvement of anxiety-like behavior or spatial memory deficits. To conclude, these experiments contribute to show that inflammation, and especially TNF-α, could be an important target to develop therapeutic treatments for mood alterations associated with obesity, whereas nutritional interventions with selective nutrients of interest may rather help preventing associated metabolic and/or cognitive alterations.

L’épidémie actuelle d’obésité est devenue un enjeu majeur de Santé Publique dans les pays industrialisés, mais aussi dans les pays en voie de développement. Elle expose les personnes concernées à de nombreuses maladies cardio-vasculaires, métaboliques, articulaires, cancéreuses, et à une augmentation de la mortalité. Si à l’échelle sociétale, l’obésité est liée aux récents changements de notre mode de vie (accès facile à une alimentation hypercalorique, combiné à une diminution de l’activité physique), à l’échelle individuelle c’est la génétique qui détermine en grande partie notre corpulence. Dans l’obésité commune, polygénique, l’héritabilité du poids est de 70% et 5% des obésités sont monogéniques, dues à une mutation d’un seul gène dans la voie leptine-mélanocortine, régulatrice de la satiété. La diffusion des nouvelles technologies de séquençage haut débit (NGS pour Next Generation Sequencing) a permis des avancées considérables sur la connaissance de la maladie et offre une meilleure efficacité que les méthodes classiques par séquençage Sanger ou par puces à ADN, avec une plus grande rapidité de diagnostic génétique et souvent à moindre coût. Lors de mon travail de thèse, nous avons instauré une collaboration entre les services de Pédiatrie et le Centre de Génétique Chromosomique l’Hôpital Saint-Vincent de Paul à Lille d’une part, et le laboratoire UMR 8199 d’autre part afin d’appliquer ces nouvelles techniques de séquençage au diagnostic génétique d’enfants obèses suivis dans le service. Nous avons d’abord étudié 283 enfants obèses ou en surpoids adressés au Centre de Génétique Chromosomique pour bilan étiologique d’un retard de développement psychomoteur. Les premières analyses génétiques (caryotype, CGH array et recherche d’un syndrome de Prader-Willi par analyse du profil de méthylation) étaient normales et le tableau clinique n’était pas expliqué. Nous avons identifié deux nouvelles mutations délétères de SIM1 (c.886A>G/p.R296G et c.925A>G/p.S309G) chez deux patients caucasiens aux phénotypes différents. Ce travail a fait l’objet d’une publication dans le journal « Obesity ».Dans un deuxième temps, nous avons développé un protocole basé sur le NGS pour la détection simultanée des mutations ponctuelles et des anomalies structurales du génome, délétion ou duplications (CNV pour Copy Number Variation). Nous avons vérifié la capacité de notre capture personnalisée à détecter les CNV connus chez 40 patients du Centre de Génétique Chromosomique porteurs de troubles intellectuels. Puis le protocole a été appliqué chez 29 enfants obèses suivis à l’Hôpital Saint-Vincent de Paul permettant chez un certain nombre d’entre eux l’identification d’anomalies génétiques causales en une seule étape et par conséquence une amélioration de leur prise en charge médicale.Lors de mon travail de thèse, nous avons ainsi montré l’intérêt de l’utilisation des nouvelles techniques de séquençage issues du NGS pour améliorer le diagnostic génétique des enfants suspects d’obésité syndromique ou monogénique, première étape indispensable à l’émergence d’une médecine personnalisée dans la prise en charge de ces enfants. / Obesity has become a major public health issue in industrialized countries as well as in developing countries, exposing obeses patients to many cardiovascular disease, metabolic disease, osteoarthritis and cancer, and to an increasing mortality. The current worldwide obesity epidemic has largely been driven by recent changes in our lifestyle (easy access to a hypercaloric food, combined with a reduction of physical activity), however genetic differences have an appreciable role in the observed individual corpulence variation. In polygenic obesity, weight heritability is 70% and 5% of obesities are monogenic, due to a mutation of a single gene in the leptin-melanocortin pathway, regulating satiety. The use of next generation sequencing (NGS) has led to significant advances in disease awareness and provides better efficacy than conventional Sanger sequencing or DNA-chips with more accurate, faster and cheaper genetic diagnosis.During my PhD, we established a collaboration between the Pediatric departments and the Chromosomal Genetics Center at the Hôpital Saint-Vincent de Paul in Lille on the one hand and the laboratory UMR 8199 on the other hand, in order to apply the NGS to the genetic diagnosis of obese children followed in the service. We first studied 283 obese or overweight children referred to the Chromosomal Genetics Center for aetiological assessment of a developmental delay. The first genetic analyzes (karyotype, CGH array and analysis of the methylation profile for a Prader-Willi syndrome) were normal and the clinical phenotype was not explained. We identified two new deleterious mutations of SIM1 (c.886A> G / p.R296G and c.925A> G / p.S309G) in two Caucasian patients with different phenotypes. This work was published in "Obesity".We also developed an NGS-based protocol for the simultaneous detection of punctual mutations and structural anomalies of the genome, deletion or duplication (CNV for Copy Number Variation). We verified the ability of our personalized capture to detect the CNVs known in 40 patients of the Center of Chromosomal Genetics carrying intellectual disorders. The protocol was then applied to 29 obese children from Saint-Vincent de Paul Hospital, enabling a certain number of them to identify causal genetic abnormalities in a single step and, consequently, improving their medical management.In conclusion, during my PhD, we showed the advantage of using the new sequencing technologies derived from the NGS during the genetic diagnosis for children suspected of syndromic or monogenic obesity, this being the first essential step for the emergence of a personalized medicine in the management of childhood obesity

L’obésité et le diabète de type 2 (DT2) sont des pathologies métaboliques associées à des perturbations de l’homéostasie glucidique et énergétique. Les enterohormones sont des acteurs importants de la regulation des mécanismes perturbés lors de ces pathologies. Parmi ces enterohormones, le GLP-1, sécrété par les cellules entéroendocrines de type L suite à un repas, permet d’amplifier la sécrétion d’insuline par les cellules β-pancréatiques et de diminuer la prise alimentaire. L’objectif de ma thèse a été de caractériser le rôle du récepteur nucléaire HNF-4γ dans l’homéostasie énergétique et la fonction endocrine de l’intestin.A l’aide d’un modèle murin d’invalidation totale et constitutive du facteur de transcription HNF-4γ, notre équipe a mis en évidence que l’absence de HNF-4γ induit une amélioration de la tolérance au glucose grâce à une augmentation du nombre de cellules L et de la quantité plasmatique de GLP-1 en réponse au glucose. L’ensemble de ces données démontre pour la première fois un rôle de HNF-4γ dans l’homéostasie glucidique via une modulation du lignage enteroendocrine spécifique du GLP-1 et suggère que son absence pourrait protéger les souris de l’établissement d’un DT2.Par ailleurs, la perte d’expression de HNF-4γ confère une protection vis-à-vis de la prise de poids et de l’intolérance au glucose normalement induites par six semaines d’un régime riche en lipides et en fructose grâce une perte énergétique accrue dans les fécès essentiellement due à une malabsorption des acides gras.En conclusion, cette étude met en exergue le rôle du récepteur nucléaire intestinal HNF-4γ dans la fonction enteroendocrine et la susceptibilité à l’obésité et au DT2. / Obesity and type 2 diabetes (T2D) are metabolic pathologies associated with glucose and energy homeostasis perturbations. Enterohormones are important players in the regulation of the mechanisms disturbed during these pathologies. Among these enterohormones, GLP-1, secreted by enteroendocrine L cells in response to a meal, potentiates insulin secretion by pancreatic β cells and inhibits food intake. The aim of my thesis was to characterize the role of the nuclear receptor HNF-4γ in the energy homeostasis and the endocrine function of the intestine.By using a total and constitutive HNF-4γ knock-out mouse model, our team has highlighted that the loss of hnf-4γ induces an improved glucose tolerance. This effect is due to an increased GLP-1 cell number and GLP-1 plasma levels in response to glucose. All together these data demonstrate for the first time a role of HNF-4γ in glucose homeostasis through a modulation of the enteroendocrine lineage specific for GLP-1 and suggest that its absence could protect mice from the T2D establishment.The loss of HNF-4γ protects mice from body weight gain and glucose intolerance normally induced by six weeks of a high-fat/high-fructose diet demonstrating its involvement in obesity and T2D. HNF-4γ -/- mice are protected from obesity by a greater energy loss in faeces mainly due to lipid malabsorption. These results demonstrate that HNF-4γ is necessary for the intestinal fatty acids uptake.In conclusion, this study highlights the role of the intestinal nuclear receptor HNF-4γ in enteroendocrine function and susceptibility to obesity and T2D.

A. Background<p><p>Skin wound healing (WH) is a dynamic and extremely determinate process of cellular, humoral and molecular mechanisms which begins directly after wounding and can last for years. WH is described as is an intricate process in which the skin (or another organ-tissue) repairs itself after injury. The process of skin WH occurs through the actions of an interplay of cells, growth factors and cytokines leading to wound closure.<p><p>WH occurs in three precisely and highly programmed phases: the inflammatory phase (day 0 to day 7) followed by the proliferative phase or vasculogenic phase (day 7 to day 21) and finally the remodeling phase (2 days - up to 2 years). For a successful healing, all three phases must occur in the proper sequence and time frame.<p><p>Many factors can interfere with one or more phases of the WH process, thus causing improper or impaired healing. The proliferation phase, in particular, requires the participation of various cells types such as fibroblasts, endothelial cells (ECs) and endothelial progenitor cells (EPCs), to produce a healthy well-vascularized granulation tissue for epithelization and wound closure.<p><p>A.1 Wound Healing And Obesity<p><p>In 2008, over 1.4 billion adults, 20 and older, were overweight. Of these, obesity has been shown to affect over 500 million people (OMS website). Moreover, the prevalence of obesity continues to rise, and by 2018, it is estimated that obesity will cost $ 347 billion annually.<p><p>Each year, in the US, approximately 33 million overweight and obese patients undergo surgery. Obesity causes a number of known health problems and increased post-surgical complications such as wound infection, dehiscence, hematoma and seroma. Surgeons anecdotally report WH complications among obese patients; however, little research has been conducted to investigate the mechanisms mediating impaired obesity-related WH. <p><p>Some previous work on diabetic patients and diabetic mice showed an imbalance between pro-oxydant and anti-oxydant genes as well as impaired EPCs proliferation and tube formation during the WH process. More then a hundred cytologic factors have been found to impair WH in the type 2 diabetic patient. It is a very complex and multifactorial problem involving decreased growth factors secretion, impaired keratinocyte and fibroblast functions, impaired EPs function, alteration of the macrophage function and granulation tissue synthesis, etc. <p><p>Based on these findings and because obesity is associated with the development of type 2 diabetes, we hypothetize that, impaired balance between pro-apoptotic/anti-apoptotic and pro- oxydant /anti-oxydant genes is involved in impaired WH. Furthermore, we hypothetize that impaired EPCs function leads to the perturbation of the proliferation phase of obesity impaired WH.<p><p>A.2. Wound Healing and Age<p><p>The world population is aging; by 2030, nearly 20% of Americans, (± 72 million people), will be 65 years old and older. In 2010, 17% of the European population was over the age of 65. By 2060, it is projected that the share of those aged 65 and over will rise to 30%, accounting for more then 150 million people. (ec.europa.eu) These aging subjects undergo an increasing number of surgical procedures: in the past two decades, the percentage of surgeries in patients over 65 has doubled to nearly 40%.<p>As a corollary, it is well established knowledge that elderly WH is impaired. However, little is known about the underlying mechanisms of age-related impaired WH.<p><p>As previously mentioned, adult BM-derived EPCs contribute to peripheral tissue repair and regeneration. In light of the abundant literature suggesting that neovascularization is impaired in the elderly, we characterize a novel model of senile cutaneous WH and investigate the role that vasculogenesis plays in the pathogenesis of age related impaired WH.<p>Aged mice colonies have traditionally been the model for aged small mammalian research, however, the ability to use a readily-available transgenic mouse model with features of accelerated aging would aid in the exploration of targeted therapies and a great number of age-related investigations.<p><p>We hypothesize that the Hutchinson-Gilford Progeria Syndrome (HGPS) Zmpste24 deficient (Zmpste24-/-) mouse mimics physiological ageing and can be used as a novel model for the study of senescent WH. We further hypothetized that impaired balance between pro-apoptotic/anti-apoptotic and pro-oxydant /anti-oxydant genes as well as impaired EPCs function are responsible for the impairment of the proliferative phase, leading to overall impaired WH.<p><p>A.3 Aims<p><p>Recently, a great deal of research has been directed at understanding the critical factors inducing poorly healing wounds. However, a lot remains unclear.<p><p>It is now well accepted that new blood vessel formation occurs not only by angiogenesis (blood vessels formation from a preexisting network of capillaries), but also by vasculogenesis (blood vessels formation from BM SCs recruitment) and that EPCs contribute to as much as 25% of new blood vessels formed in healing tissues4. They are mobilized from the BM in response to injury and production of local cytokines, are incorporate into wounds and play an integral role in systemic tissue repair. <p><p>Based on this finding, we hypothesized that co-morbidities related impaired WH may be due, in part, to decreased EPCs number, migration/homing, and/or function resulting in impaired vasculogenesis. Because age and/or obesity have been shown to be one of the most common predictors of altered WH, we decided to focus on these two parameters.<p><p>Following a bedside to bench approach the purpose of this work was to 1) develop coherent and translatable models of co-morbidity digging in the physiologic/pathologic mechanisms underlying altered healing in obese and senile mice; 2) develop targeted therapeutics to improve impaired WH.<p><p>B. Material and Methods<p><p>B.1 Human Model<p><p>Since obesity impairs WH and BM EPCs are important for tissue repair, we hypothesize that obesity- impaired WH is due, in part, to impaired EPCs mobilization, trafficking, and function. Peripheral blood was obtained from non diabetic, obese (BMI > 30, n = 25), and non obese (BMI < 30, n = 17) subjects. Peripheral blood human EPCs were isolated, quantified, and functionally assessed.<p>As for aged impaired WH, EPCs of aged subjects have already been found to have decreased adhesion, migration and proliferative properties as well as being decreased in number in elderly patients undergoing surgery compared to younger patients.<p><p>B.2. Mice Models<p><p>Two models of WH were developed and characterized.<p>In order to isolate the effect of obesity on EPCs and WH, OB non-diabetic female TallyHo/JngJ mouse were selected (Female mice don’t express hyperglycemia and hyperinsulinemia). Female SWR/J non-OB mice were used as control mice. In order to limit variables, TallyHO/JngJ obese mice were selected over other OB mice that exhibit a polygenic type of obesity (Jackson Laboratory Website). By selecting this mouse model, we have excluded in our selection of the ideal model common confounding factors such as hyperglycemia, hyperinsulinemia, immune disorders.<p><p>Zmpste24 is a metalloproteinase involved in the maturation of lamin A (LmnA), an essential component of the nuclear envelope. When Zmpste24 or LmnA are knocked-out, mice exhibit profound nuclear architectural abnormalities and histopathological defects that phenocopy an accelerated aging process. Of crucial importance, the lamin-A dependent nuclear alterations seen in Zmpste24-deficient mice have also been found in human physiological aging. We defined the utilization of the Hutchinson-Gilford Progeria Syndrome (HGPS) Zmpste24 deficient (Zmpste24- /-) mouse as a novel model for the study of senescent WH (controls used were C57BL/6J mice).<p><p>B.3. Wounding Model and Data Collection<p><p>All mice group underwent wounding using a stented wound model developed in our laboratory and previously published. Briefly, paired 6-mm circular, full-thickness wounds extending through the panniculus carnosus were made on the dorsal skin of the mouse. An O-ring, 12-mm splint made of silicone sheeting was then sutured to the skin around the wound. To minimize wound contraction and reliably recapitulated the granulation and re-epithelialization seen in human WH by secondary intention. Time to wound closure was measured using standardized digital photographs taken on days 0, 7, 14, and 21. Wound closure was calculated as a percentage of the original wound.<p><p>For each model, EPCs were harvested, quantified by flow-cytometry and their function tested. Wounds were harvested at various time points and RNA, DNA and protein analysis were conducted. Finally immunohistochemistry to assess epidermal thickness, vascularity and WH were also realized.<p><p>In a second step, after characterization of the models, local (using targeted siRNA gel) and systemic therapies (using AMD3100, a PC mobilizer) were applied on the wounds and compared to controls. WH was monitored. We conducted the previously mentioned analysis (RT-PCR, ELISA and DNA analysis) on the harvested samples.<p><p>All values are expressed as a mean ± standard error of mean (SEM). The number of mice per treatment group was determined using G*Power (G*Power©, Melbourne, Australia) to provide a power greater than 0.80. Student T test was realized to compare two groups among each other.<p><p>C. Results<p><p>C.1. Human EPCs Have Impaired Function<p><p>There was no difference in the number of baseline circulating human EPCs in non-diabetic OB and non-OB<p>subjects, but EPCs from OB subjects had impaired adhesion (p<0.05), migration (p<0.01), and proliferation (p<0.001).<p><p>C.2. Obesity and Wound Healing<p><p>TallyHo/JgnJ OB mice demonstrated significantly impaired healing when compared to SWR/J control mice. They healed at an average of 28 ± 2 days (p<0.05). Post-wounding circulating EPCs were quantified and wounds were analyzed. Circulating EPCs recruitment is impaired in wounded TallyHo/JngJ mice and their wounds shown significantly decreased new blood vessel formation through decreased HIF-1α/SDF-1α signaling (p<0.05). Their wounds are characterized by increased apoptosis, increased DNA damage and impaired pro-/anti-oxydant balance. Immunonistochemistry and histology showed decreased vascular vessels in TallyHo/JngJ wounds and thinner epidermal thickness.<p><p>In the local treatment phase, local p53 silencing consistently improved WH to a nearly normal healing time (wounds healed in 18 ± 2 days, p<0.05). sip53 treatment showed a significant decrease in pro-apoptotic markers (p53, Bax, PUMA p<0.05) and a significant increase in angiogenic markers (VEGF, SDF-1α, HIF-1α) with increased blood vessel formation and decreased DNA damage.<p><p>C.3. Age and Wound Healing<p><p>In these experiments, we show that not only is Zmpste24-/- WH impaired when compared to C57BL/6J mice (Zmpste24-/- mice healed at average 40 days ± 2 days p<0.05) at all time points but that they also showed decreased vascularity and proliferation in the wound bed (p<0.05).<p><p>Histological analysis was performed utilizing hematoxylin and eosin staining to assess epidermal thickness, CD31 immunofluorescence to assess vascular density, p53 and caspase 3 to assess apoptosis, 8’OHdG staining to assess DNA damage and PCNA to assess proliferation. Epidermal thickness was significantly decreased in Zmpste24-/- animals compared to WT as well as vascular density, and proliferation in Zmpste24-/- wound tissue (p<0.05). <p><p>Circulating vasculogenic EPCs recruitment was impaired in Zmpste24-/- mice and their wounds showed significantly decreased new blood vessel formation through decreased HIF-1α/SDF-1α signaling (p<0.05). Zmpste24-/- wounds are characterized by increased apoptosis and an abnormal rise in ROS.<p>In the treatment phase, local p53 silencing consistently improved healing by more then a two fold (18 ± 2 days). VEGF production was significantly increased and pro-apoptotic factors were significantly downregulated in siRNA-treated Zmpste24-/- mice (p<0.05). DNA damage due to ROS production was also shown to be significantly decreased following treatment. Our results suggest a vasculogenic dysfunction in wound closure and showed that the specific knock down of p53 significantly improves WH.<p><p>Because EPCs showed impaired function, lower peripheric blood counts and impaired SDF-1α/HIF-1α signaling, we hypothesized that improving their mobilization by using a progenitor cell mobilizer, AMD3100, known to mobilize SCs from the BM, in a systemic treatment phase will improve WH. Peripheral blood counts were significantly increased and time to wound closure significantly decreased (20 days ± 2, p<0.05). Vasculogenic markers and anti- apoptotic molecules were upregulated compare to non-treated animals.<p><p>D. Conclusions<p><p>Obesity impaired wound closure is a complex problem with many contributory factors. Our results suggest that obesity impairs the BM-derived EPCs response to peripheral injury and this, in turn, impairs wound closure. This impairment is associated with decreased new blood vessel formation and increased DNA damage leading to an increase in the p53 pathway. We also demonstrate that targeted siRNA therapy can partially rescue impaired WH due to obesity. Based on these results we support the encouraging argument that, WH and closure has the potential be improved through specific local and systemic therapies in vivo in our rodent model and that further studies are needed to support this in a clinical environment.<p><p>Impaired WH due to ageing is a complex phenomenon that is partially understood. We demonstrate that the Zmpste24-/- transgenic knockout mouse provides a model for age-related WH investigation. Zmpste24-/- animals heals their wounds with significant delays, showed impaired EPCs mobilization following wounding through an impaired HIF-1α/SDF-1α pathway and increased apoptosis. Furthermore, WH can be improved through specific local siRNA therapy and systemic stem cell mobilization therapies.<p><p>Our results suggest strong similar patterns between obesity and ageing in the way they mediate WH impairments trough (premature) ageing. Our encouraging endeavor to bring WH back to baseline in these diseased models underlines the possibility to reverse the microenvironment alterations and improves EPCs contribution to the WH process. Because EPCs are involved in virtually every tissue repair process happening in the human body, we hope that this work will lead the way for new research in various fields in medicine to improve wound care and quality of life of patients. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished