Aujourd’hui encore, l’obésité touche de plus en plus d’individus, et sa complexité reflète son aspect multifactoriel. Parmi les facteurs impliqués dans le développement de l'obésité, on compte la génétique qui expliquerait notamment la susceptibilité de certains êtres humains à devenir obèse. D'un point de vue moléculaire, la cascade adipogénique permettant à des préadipocytes de devenir des adipocytes matures est un phénomène dynamique et bien caractérisé. En revanche, les facteurs définissant le potentiel adipogénique des préadipocytes ainsi que le renouvellement des adipocytes demeurent encore inconnus. Notre objectif a été d’identifier et de caractériser de nouveaux gènes définissant l’identité des préadipocytes et pouvant influencer le développement du tissu adipeux. Par dilutions sériées d’une culture de 3T3-L1, nous avons isolé et amplifié 23 nouvelles lignées cellulaires que nous avons classées selon leur potentiel adipogénique. Une puce à ADN nous a permis d’identifier les gènes s’exprimant différemment entre les lignées à fort et à faible potentiel adipogénique. Nous avons identifié un nouveau gène inconnu de la littérature nommé V-set and transmembrane domain containing 2A (Vstm2a). Les travaux réalisés dans le cadre de ma thèse ont été de comprendre l’implication de ce gène dans le développement de l’adipocyte in vitro et dans la formation du tissu adipeux in vivo. Nous avons d’abord identifié Vstm2a comme le gène le plus différentiellement exprimé entre les différentes lignées cellulaires, son expression étant très élevée dans les lignées à fort potentiel adipogénique. Une corrélation positive s’est dessinée entre l’expression de Vstm2a et Peroxisome Proliferator-Activated Receptor γ2 (Pparγ2) dans les préadipocytes. Lors du développement de l’adipocyte in vitro, l’expression de Vstm2a précède toujours l’activation de Pparγ2, un facteur clé régulant l’adipogenèse. Cette expression précoce est retrouvée in vivo, lors de la formation et de l’expansion du tissu adipeux. Les cellules exprimant Vstm2a au stade développemental se retrouvent à proximité de vaisseaux sanguins et de cellules musculaires, une caractéristique de précurseurs adipeux. Chez l’adulte, ces cellules s’apparentent à la population de précurseurs adipeux identifiée à partir des marqueurs de surface LIN⁻CD29⁺CD34⁺SCA1⁺PDGFRα⁺. Nous avons découvert que VSTM2A est une protéine glycosylée et abondamment sécrétée par des cellules ayant un fort potentiel adipogénique. La surexpression de VSTM2A intracellulaire suffit à favoriser la différenciation adipocytaire de cellules fibroblastiques, entre autres par l’induction de Pparγ2. À l’inverse, sa sous-expression dans les préadipocytes entraine un défaut adipogénique, réduisant l’expression de Pparγ2. Nous avons montré que VSTM2A agit en amplifiant la réponse aux Bone Morphogenetic Protein (BMP) favorisant ainsi l’expression de Pparγ2. Nous proposons un modèle dans lequel VSTM2A est essentiel pour maintenir et amplifier le potentiel adipogénique des préadipocytes. Une meilleure compréhension des facteurs régulant les phases précoces de l'adipogenèse pourrait permettre le développement de nouveaux outils régulant la formation du tissu adipeux. / Obesity affects the life of millions of humans worldwide and is the result of complex interactions between genes and environment. Factors involved in the development of obesity include genetics, which may explain why some humans are more susceptible to become obese. From a molecular point of view, the adipogenic cascade allowing preadipocytes to differentiate into mature adipocytes is a dynamic and well characterized phenomenon. However, the factors defining the adipogenic potential of the preadipocytes as well as the renewal of the adipocytes remain unknown. Our objective was to identify and characterize new genes defining the identity of preadipocytes capable of influencing the development of adipose tissue. By performing serial dilutions of a culture of 3T3-L1 preadipocytes, we have isolated and amplified 23 new cell lines that we have classified according to their adipogenic potential. A microarray allowed us to identify the genes differently expressed between high and low adipogenic lines. We have identified a new gene, unknown from the literature, named V-set and transmembrane domain containing 2A (Vstm2a). The objective of my thesis was to understand the implication of this gene in the development of the adipocytes in vitro and in the formation of adipose tissue in vivo. We first identified that Vstm2a was the most differentially expressed gene between the Low and High adipogenic lines, its expression being elevated in lines with a high adipogenic potential. A positive correlation emerged between the expression of Vstm2a and Pparγ2 in the preadipocytes. During adipocyte development in vitro, the expression of Vstm2a always precedes PPARγ2 activation, a key factor regulating adipogenesis. This expression pattern was also found in vivo during adipose tissue formation and expansion. VSTM2A-expressing cells at the developmental stage are found in the vicinity of the vasculature and muscle cells, a characteristic of adipose precursors. In adults, Vstm2a expression is enriched in the adipose precursor population identified with the surface markers LIN⁻CD29⁺CD34⁺SCA1⁺PDGFRα⁺. We found that VSTM2A is a glycosylated protein that is abundantly secreted by cells with a high adipogenic potential. Overexpression of intracellular VSTM2A is sufficient to promote the adipogenic potential of fibroblastic cells, an effect associated with a rise in basal Pparγ2 expression. Conversely, VSTM2A knockdown impairs adipogenesis by reducing the expression of Pparγ2. We found that VSTM2A promotes Pparγ2 expression by amplifying BMP signaling. Here, we propose a model in which VSTM2A is expressed to maintain and amplify the adipogenic potential of adipose precursors. A better understanding of the factors regulating early steps in adipogenesis could allow the development of new tools to regulate adipose tissue formation.

L'obesité est un problème de santé en soi et c'est aussi un facteur de risque pour de nombreux autres problèmes de santé. Outre le contrôle de l'alimentation et l'activité physique, les options pharmacologiques contre l'obésité restent limitées et de nouvelles options thérapeutiques sont nécessaires. Dans ce contexte, la génomique fonctionnelle peut identifier de nouvelles options pour gérer et étudier l'obésité. Notre groupe de recherche a identifié deux gènes liés aux deux principaux facteurs ayant un impact sur le développement de l'obésité : La diète, principalement riche en gras (HFD) et l'exercice. Ces deux gènes clés sont le trefoil factor family member 2 (Tff2) et la secreted protein acidic and rich in cysteine (SPARC). Alors que Tff2 a été identifié comme un gène induit par la HFD, SPARC a été caractérisé comme un gène induit par l'exercice. Notre groupe de recherche a également constaté que les souris Tff2 knock-out (KO) sont protégées contre l'obésité induite par la HFD. Par conséquent, ma thèse explore Tff2 et Sparc dans le contexte de l'obésité et le métabolisme énergétique. Tff2 est principalement exprimé dans le système digestif où elle a une propriété de protection des muqueuses, tandis que Sparc est plus largement distribué et s'exprime principalement lors de remodelage tissulaire dans des situations telles que les blessures et la croissance. Les parties théoriques de cette thèse décrivent diverses propriétés de Tff2 et Sparc décrites dans la littérature telles que le métabolisme et les rôles cellulaires ainsi que les implications et les applications potentielles des données que j'ai générées. Pour mes données de recherche rapportées dans cette thèse, elles sont divisées en trois publications. La première, explore des souris Tff2 KO pour expliquer leur protection contre l'obésité induite par la HFD. Les souris Tff2 KO avaient des taux plus faibles de glucose, de triglycérides et de glycérol. Leurs niveaux d'expression génique et protéique indiquent moins de stockage de graisse et une dépense énergétique accrue en améliorant l'utilisation des lipides et du glucose via la phosphorylation oxydative. Nos données mettent en évidence les voies liées à Tff2 comme potentielles cibles pour les thérapies contre l'obésité. Via une expérimentation animale, la deuxième étude vise à identifier des implications de SPARC principalement dans le muscle dans les contextes de l'exercice. Les souris ont été divisées en huit groupes en fonction de trois variables (âge, génotype et exercice). Les effets du Sparc KO sur la composition corporelle, l'adiposité et le métabolisme sont vers une réduction du tissu adipeux blanc et du poids corporel, mais avec un phénotype métabolique et fonctionnel musculaire négatif. Alors que ces effets négatifs s'aggravent avec le vieillissement, ils sont relativement améliorés par l'exercice. Nos données suggèrent aussi que les changements induits par l'exercice dans le phénotype du muscle squelettique (métabolisme, force et développement), y compris les changements induits par le lactate, dépendent de SPARC. Le troisième article à deux parties. Tout d'abord, j'explore les conséquences du Sparc KO et les compare aux effets du vieillissement. J'observe également les effets de l'exercice. Dans la deuxième partie, j'étudie les effets de la surexpression de Sparc et les compare aux avantages de l'exercice. Les mesures étaient principalement liées au poids des tissus, à l'adiposité, au métabolisme et à la force musculaire. Collectivement, ces résultats, et les données de la deuxième étude, montrent que les souris Sparc KO développe un phénotype semblable au vieillissement, tandis que la surexpression de SPARC et l'exercice génèrent des avantages similaires. Ces avantages visent à contrer à la fois le phénotype du vieillissement induit par le déficit en SPARC et à améliorer les changements liés à l'âge. Les applications potentielles de ces résultats sont de construire/optimiser des modèles d'animaux basés sur Sparc KO et, d'autre part, de développer des thérapies contre l'obésité, les troubles métaboliques ou liés à l'âge basées sur l'introduction de SPARC ou le ciblage des voies liées à SPARC pour imiter l'exercice. L'exploration de telles voies moléculaires permettrait à la fois d'élucider certains mécanismes et de développer une nouvelle génération d'options thérapeutiques pour l'obésité et les troubles métaboliques, y compris les troubles liés à l'âge. De telles approches seraient basées sur le ciblage de TFF2, SPARC ou de leurs voies connexes. / Obesity represents a challenge for health professionals. It is a health problem itself and it is also a risk factor for numerous health problems. Beside diet control and physical activity, the pharmacological options against obesity remain limited and novel therapeutic options are required. Within this context, functional genomics represents an emerging approach to identify novel options to manage and study obesity. Our research group has previously conducted functional genomics explorations to identify genes related to the two main factors impacting obesity development: Diet (mainly high fat) and exercise. Indeed, both diet, especially high-fat diet (HFD), and exercise are at the center of obesity management. Those functional genomics studies identified two key genes: Trefoil factor family member 2 (Tff2) and secreted protein acidic and rich in cysteine (SPARC). Whereas Tff2 was identified as a HFD-induced gene, SPARC was characterized as an exercise-induced gene. Following that, our research group has also found that Tff2 knock-out (KO) in mice protects them from the HFD-induced obesity. Therefore, my thesis explores Tff2 and Sparc within the context of obesity and energy metabolism. Tff2 is mainly expressed in the digestive system where it has mucus protection property, whereas Sparc is more widely distributed and is expressed mainly during tissues remodeling in situations such as injuries and growth. The theoretical parts of this thesis describe various properties of both Tff2 and Sparc reported in the literatures such as metabolism and cellular roles as well as implications and potential applications of the data I generated. For the research parts reported in this thesis, they are divided into three publications. The first one, explores Tff2 KO-related pathways of mice at the genomic, proteinic and biochemical levels to elucidate the processes behind their protection from the HFD-induced obesity. Tff2 KO mice had lower levels of serum glucose, triglycerides and glycerol. Western blotting and Q_RT-PCR revealed that the expression levels of selected genes and proteins are toward less fat storage and increased energy expenditure by enhancing lipid and glucose utilization via oxidative phosphorylation. The data highlight Tff2-related pathways as potential targets for obesity therapies. Via an animal experiment, the second study aims to identify selected implications of SPARC mainly within the muscle in the contexts of exercise. Mice were divided into eight groups based on three variables (age, genotype and exercise): Old or young × Sparc KO or wild type × sedentary or exercise. The exercised groups were trained before all mice were sacrificed. Sparc KO effects on body composition, adiposity and metabolic patterns are toward a reduced white adipose tissue and body weight, but with a negative metabolic and functional phenotype of the skeletal muscle. Whereas such negative effects on skeletal muscle are worsened with ageing, they are relatively improved by exercise. Importantly, our data suggest that the exercise-induced changes in the skeletal muscle phenotype, in terms of increased performance (metabolic, strength and development) including lactate-induced changes, are SPARC-dependent. The third paper studies and compares both Sparc KO and Sparc overexpression in male and female mice. First, I explore the consequences of Sparc KO and compare them to the ageing phenotype. I also observe the effects of exercise. In the second part, I study the consequences of SPARC overexpression and compare them to the exercise benefits. The measurements were mainly related to tissue weights, adiposity, metabolism, and muscle strength. Collectively, these findings and data show that Sparc KO mice manifest an ageing-like phenotype, whereas SPARC overexpression and exercise generate similar benefits. These benefits are towards counteracting both SPARC deficiency-induced ageing-like phenotype as well as reversing the age-related changes. The potential applications of these findings are to build/optimize Sparc KO-based animal models of various health conditions and, on the other hand, to develop therapies based on introducing SPARC or targeting SPARC-related pathways to mimic exercise against obesity, age-related and metabolic disorders. Exploring such molecular patterns would allow both mapping some underlying mechanisms and developing a new generation of therapeutic options for obesity and metabolic disorders, including age-related disorders. Such approaches would be based on targeting TFF2, SPARC or their related pathways.

Les études utilisant l'analyse de médiation sont peu nombreuses, plus spécifiquement, celles portant sur l'investigation des mécanismes influençant la susceptibilité génétique à l'obésité. Ces mécanismes ont été explorés au sein des participants de la cohorte CARTaGENE. Certaines habitudes alimentaires et du mode de vie ont été identifiées comme étant des médiateurs partiels, pouvant atténuer ou accroitre l'effet délétère d'un profil génétique défavorable sur le risque de surpoids. Cependant, un effet suppresseur était présent dans l'un de nos modèles de médiation, ce qui suggère que des variables indépendantes n'ont pas été identifiées dans notre modèle de médiation et peuvent influencer nos résultats. Cela illustre également le fait que d'autres mécanismes pouvant influencer la susceptibilité génétique à l'obésité doivent être étudiés dans de futures études. / There are few studies using mediation analysis, particularly those investigating the mechanisms influencing genetic susceptibility to obesity. These mechanisms were explored with in the participants of the CARTaGENE cohort. Certain dietary and lifestyle habits have been identified as partial mediators, which may attenuate or increase the deleterious effect of an unfavorable genetic profile on the risk of overweight. However, a suppressor effect was present in one of our mediation models, suggesting that independent variables were not identified in our mediation model and may influence our results. It also illustrates that other mechanisms may influence genetic susceptibility to obesity need to be investigated in further studies.

Selon les données de l'Organisation mondiale de la Santé (OMS), l'obésité a atteint des proportions pandémiques dans le monde entier, avec plus d’un milliard d'adultes qui présentent un surpoids (indice de masse corporelle (IMC) > 25 kg/m ) dans le monde entier, et au moins 300 millions cliniquement obèses (IMC > 30 kg/m2). L'obésité est un trait complexe qui ne suit pas un mode de transmission mendélienne classique, ce qui implique qu'elle est influencée par l'interaction entre les gènes, l'environnement et le mode de vie. L'obésité est également reconnue pour être associée à une composante inflammatoire caractérisée par une production anormale de cytokines et l'activation de voies de signalisation inflammatoires dans le tissu adipeux. Le gène CX3CR1 code pour le récepteur de la fractalkine (CX3CR1) et possède deux polymorphismes nucléotidiques simples (Single Nucleotide Polymorphisms : SNPs), V249I et T280M, situés dans une région codante, et qui ont été associés à un risque moins élevé de présenter certaines maladies inflammatoires telles que les maladies coronariennes et l'asthme. Dans le but de déterminer si CX3CR1 est associé à l'obésité, nous avons procédé au génotypage des polymorphismes V249I et T280M du gène CX3CR1 chez des sujets ayant un IMC > 30 'y 9 kg/m et des témoins non obèses avec un IMC <30 kg/m". Les analyses ont révélé que le génotype 280MM est associé à l'obésité (p = 0,022). Pour les deux polymorphismes, et ce de manière indépendante, les femmes portant deux copies de l'allèle mineur avait un tour de taille qui était en moyenne significativement plus élevé que celles qui ne portent qu'une seule copie de l'allèle mineur (MM> TM, P = 0,031; II> VI, P = 0,013), ou celles qui étaient homozygotes pour l'allèle majeur (MM> TT, p = 0,005; II> VV, P = 0,006). Nous avons également observé un tour de taille en moyenne significativement supérieur chez les hommes portant une copie de l'allèle mineur par rapport à ceux qui étaient homozygotes pour l'allèle majeur pour le polymorphisme T280M (TM> TT, P = 0,029). Cette étude suggère que CX3CR1 constitue une cible potentielle d’investigation sur le rôle de l'inflammation dans l'expression de phénotypes de l'obésité.

Il est de plus en plus reconnu que la neurobiologie de la récompense et du renforcement joue un rôle important dans le développement de l'obésité. Parmi les gènes candidats entourant ces processus, DRD2 est l'un des plus étudié. Récemment, sa mutation la plus connue (TaqIA, rsl800497) a été relocalisée dans le gène adjacent ANKK1. Ce dernier n'ayant pas été directement étudié en lien avec l'obésité, l'objectif de cette étude était de répliquer les résultats précédents sur DRD2 en plus de tester l'association de polymorphismes du gène ANKK1 avec l'obésité. Trois mutations du gène DRD2 et cinq de ANKK1 ont été génotypées chez 946 sujets de l'Étude des familles du Québec. Ces derniers ont été phénotypés pour plusieurs indices d'adiposité, leurs comportements alimentaires ont été mesurés par questionnaire et leur diète par journal alimentaire. Les associations les plus fortes ont été observées avec ANKK1 rsl7115439 et DRD2 rs6277. Chez les femmes, le polymorphisme ANKK1 rsl 7115439 était associé à des valeurs plus élevées d'adiposité alors que chez les hommes, cet allele était associé à une consommation plus élevée de lipides. Le polymorphisme DRD2 rs6277 était également associé à des valeurs d'adiposité plus élevées chez les femmes et à une diète plus riche en gras chez les hommes. Aucune association n'a été observée avec les comportements alimentaires du TFEQ . Ces résultats indiquent que des variations génétiques communes des gènes DRD2 et ANKK1 pourraient être impliquées dans la prédisposition à l'obésité.

L'obésité est une maladie multifactorielle impliquant de nombreux facteurs génétiques et environnementaux. Dans cette thèse, l'aspect génétique de cette maladie a été étudié en utilisant l'histoire familiale d'obésité (HFO). Une première étude a permis de démontrer que la méthode utilisée pour déterminer l'HFO était valide. Cet aspect génétique a été mis en relation avec l'aspect nutritionnel, considéré ici comme un facteur environnemental. Une comparaison des apports énergétiques et en macronutriments a démontré que les individus avec HFO (HFO+) et sans HFO (HFO-) avaient des apports alimentaires similaires. Ensuite, le nombre de portions de chacun des groupes alimentaires tels qu'identifiés par le Guide alimentaire canadien pour manger sainement, en vigueur au moment de l'étude, a été examiné. Il s'est avéré que le nombre moyen de portions consommées de chacun des groupes alimentaires était similaire entre les individus HFO+ et HFO-. Subséquemment, l'examen des profils alimentaires a révélé que les habitudes de vie ainsi que les variables anthropométriques et sociodémographiques associées aux profils alimentaires Western et Prudent différaient selon la présence d'HFO. Cet examen a aussi révélé que les individus ayant une forte observance au profil alimentaire Western avaient plus de chance d'être obèses alors que les individus ayant une forte observance au profil alimentaire Prudent avaient moins de chance d'être obèses. Par la suite, les apports en matières grasses ont été examinés en interaction avec l'HFO sur des phénotypes d'obésité tels que l'indice de masse corporelle, le poids, le tour de taille et la masse grasse. L'étude a permis d'observer des effets d'interactions significatifs sur tous ces phénotypes. Finalement, la relation entre les comportements alimentaires (restriction cognitive, désinhibition et susceptibilité à la faim) et l'HFO a été étudiée. Il a été observé que les individus HFO+ avaient un niveau de restriction (hommes) ou de désinhibition (femmes) plus élevé que les individus HFO-. Bien que les résultats présentés dans cette thèse doivent être confirmés dans d'autres études, ils suggèrent que les individus HFO+ ont un bagage génétique, qui en présence d'un environnement alimentaire spécifique, favorise le développement de l'obésité.

L’obésité est de nos jours un problème croissant à travers le monde. La morbidité qui y est associée est surtout reliée au développement des différentes composantes du syndrome métabolique (SMet), une constellation de facteurs de risque regroupant l’hypertension, la dyslipidémie (concentration faible de cholestérol des lipoprotéines à haute densité (C-HDL) et élevée de triglycérides (TG)), l’hyperglycémie et l’obésité. Cependant, certains sujets obèses demeurent métaboliquement sains. Les facteurs génétiques joueraient donc un rôle important dans le développement de l’obésité et de ses complications. Les facteurs épigénétiques semblent également y avoir des effets. L’analyse de tissu adipeux viscéral (TAV) a donc été réalisée pour mener à la découverte de plusieurs gènes différentiellement exprimés et méthylés entre les obèses atteints et non atteints par le SMet. Les deux gènes candidats NMT1 et DGKZ font partie de ce groupe et leurs associations avec les composantes du SMet ont été testées. Leurs niveaux de méthylation et d’expression génique ont aussi été analysés. / Obesity is now a major problem worldwide. Its associated morbidity is mostly related to the components of metabolic syndrome (MetS), a constellation of risk factors including hypertension, dyslipidemia (low HDL-C concentration and high concentration of TG), hyperglycemia and obesity. However, some obese subjects remain metabolically healthy. Genetic has thus been established as playing a major role in the development of obesity and its complications. Epigenetic factors may also be involved. The analysis of visceral adipose tissue (VAT) was thus done and led to the discovery of several differentially expressed and methylated genes between groups of obese affected and unaffected with MetS. The two candidate genes NMT1 and DGKZ were part of these and their associations with components of MetS were tested, as well as their methylation and expression levels.