Les effets bénéfiques de la consommation d'acides gras oméga-3 (AG n-3) d'origine marine sur les facteurs de risque des maladies cardiovasculaires (MCV) et plus particulièrement sur les niveaux de triglycérides (TG) (1) ont été démontrés dans la littérature. Cependant, plusieurs études rapportent une importante hétérogénéité dans la réponse des TG à une supplémentation en AG n-3 (2). Cette hétérogénéité de la réponse métabolique à une intervention nutritionnelle est en partie attribuable à des facteurs génétiques (3). En ce sens, notre équipe a précédemment réalisé une étude d'intervention simple dans laquelle les participants ont été supplémentés en AG n-3 d'origine marine. Une étude d'association à l'échelle du génome (GWAS) a permis d'identifier des gènes associés à la réponse des TG à la suite d'une supplémentation en AG n-3 (4). Après un raffinement des signaux du GWAS par cartographie fine, les facteurs génétiques les plus pertinents ont été rassemblés pour créer un score de risque génétique (GRS) offrant une excellente capacité prédictive de la variance des TG en réponse à la supplémentation (5). Par la suite, des caractéristiques lipidomiques (TG et esters de cholestérol) ont été ajoutées au GRS dans un classificateur permettant de discriminer les phénotypes de réponse des TG dans 75% des cas (6). Dans le cadre de ce projet, les profils métabolomiques plasmatiques ont été bonifiés par l'ajout des acides gras volatils (AGV) et des acides biliaires (AB). Les changements des niveaux de métabolites observés dans le cadre de ces travaux ont eu un impact limité sur la réponse métabolique à la supplémentation en AG n-3. Finalement, l'ajout de ces métabolites au classificateur ajoutait peu à la capacité prédictive de l'outil de classification précédemment développé. / The beneficial effects of consuming marine omega-3 fatty acids (n-3 FA) on cardiovascular disease (CVD) risk factors, and more specifically on triglyceride (TG) levels (1), have been demonstrated in the literature. However, several studies report significant heterogeneity in the plasma TG response to an n-3 FA supplementation (2). This heterogeneity in metabolic response to such a nutritional intervention is partly attributable to genetic factors (3). Our team has previously carried out a simple intervention study in which participants were supplemented with marine n-3 FAs. A genome-wide association study (GWAS) identified genes associated with the plasma TG levels during an n-3 FA supplementation (4). Following refinement of the GWAS signals, the most relevant genetic factors were pooled to create a genetic risk score (GRS) offering excellent predictive ability of TG variance in response to supplementation (5). Subsequently, plasma lipidomic features (TG and cholesterol esters) were added to the GRS in a classifier enabling discrimination of TG response phenotypes in 75% of cases (6). In this project, plasma metabolomic profiles were enhanced by the addition of volatile fatty acids (SCFA) and bile acids (BA). The changes in plasma metabolite levels observed had a limited impact on the metabolic response to the n-3 FA supplementation. The addition of these plasma metabolites to the classifier added little to the predictive capacity of the previously developed classification tool.

Une mort cellulaire par apoptose impliquant un processus inflammatoire est observée dans le système limbique, suite à un infarctus du myocarde. Les oméga-3 et ses métabolites, en plus de leurs propriétés bénéfiques pour le système cardiovasculaire, réduisent l’inflammation, contrairement aux oméga-6 qui sont plus pro-inflammatoires. Comme le métabolisme de ces deux acides gras essentiels impliquent les mêmes enzymes, le ratio alimentaire oméga-3/6 aurait donc des impacts importants sur l'état inflammatoire et ainsi indirectement sur l'apoptose. Conséquemment, cette étude a pour but d'évaluer l'effet de différents ratios oméga-3/6 sur la taille de l’infarctus, l’inflammation et l’apoptose dans le système limbique suite à un infarctus du myocarde. Des rats Sprague-Dawley ont été aléatoirement distribués dans trois groupes contenant des ratios 1:1, 1:5 et 5:1 oméga-3/6. Ils ont été nourris pendant 2 semaines, suivie d’une occlusion de l’artère coronaire gauche descendante pendant 40 minutes et d’une période de reperfusion (15 min et 24 h). De hauts ratios d’oméga-3 (5:1 et 1:1) diminuent significativement la taille de l’infarctus de 32 % et augmentent l’activité d’Akt, impliquée dans la voie cardioprotectrice RISK, comparativement au ratio 1:5. Ils diminuent aussi la concentration plasmatique de TNF-D. Dans le système limbique, l’activité de la caspase-3 est augmentée dans la région CA1, après 15 min, et dans les régions du CA1 et du gyrus dentelé (Gd), après 24 h, avec la diète 1:5 en comparaison aux diètes 1:1 et 5:1. L’activité enzymatique de la caspase-8 est augmentée dans le Gd, alors que dans le CA1, il y a une activité plus importante de la caspase-9 aux temps de reperfusion étudiés. Conclusion: Les diètes élevées en oméga-3/oméga-6 réduisent la taille de l'infarctus, l’inflammation et diminuent l’apoptose dans le système limbique après un infarctus du myocarde. / Apoptosis occurs in the limbic system by a mechanism involving inflammation after a myocardial infarction. Omega-3 are essential fatty acids known for their benefits in cardiovascular health and to reduce inflammation, whereas, omega-6 and their metabolites are more inflammatory. Since these two essential fatty acids are metabolized by the same group of enzymes, the resulting competition would affect the inflammation and thus indirectly the apoptosis. Therefore, the aim of this study is to evaluate the effect of different omega-3/6 ratios on the infarct size, inflammation and apoptosis in the limbic system after myocardial infarction. Male Sprague-Dawley rats were divided randomly between three diet groups containing 1:5, 1:1 and 5:1 omega-3/6 ratios. Rats were fed for two weeks followed by a left anterior descending coronary occlusion for 40 min and by reperfusion time (15 min or 24 h). Infarct size was significantly reduced by 32% and Akt activity, implicated in RISK cardioprotection pathway, enhanced by the 5:1 and 1:1 in comparison to the 1:5 diet ratios. They also reduced TNF-D plasma concentration. In the limbic system, caspase-3 enzymatic activity was doubled in CA1 after 15 min and in CA1 and dentate gyrus (Dg), after 24 h, in the 1:5 compared to 1:1 and 5:1 groups. Caspase-8 enzymatic activity was increased in Dg and capase-9 was enhanced in the CA1 at both reperfusion time in the 1:5 against the 1:1 and 5:1 groups. Conclusion: High omega-3 dietary ratio helps to reduce infarct size, inflammation and to prevent apoptosis in the limbic system.

L’athérosclérose est la principale cause d’infarctus du myocarde, de mort subite d’origine cardiaque, d’accidents vasculaires cérébraux et d’ischémie des membres inférieurs. Celle-ci cause près de la moitié des décès dans les pays industrialisés. Lorsque les obstructions artérielles athérosclérotiques sont tellement importantes que les techniques de revascularisation directe ne peuvent être effectuées avec succès, la sévérité de l’ischémie tissulaire résiduelle dépendra de l’habilité de l’organisme à développer spontanément de nouveaux vaisseaux sanguins (néovascularisation). La néovascularisation postnatale est le résultat de deux phénomènes : la formation de nouveaux vaisseaux à partir de la vasculature existante (angiogenèse) et la formation de vaisseaux à partir de cellules souches progénitrices (vasculogenèse). Notre laboratoire a démontré que plusieurs facteurs de risque associés aux maladies cardiovasculaires (tabagisme, vieillissement, hypercholestérolémie) diminuaient également la réponse angiogénique suite à une ischémie. Cependant, les mécanismes précis impliqués dans cette physiopathologie sont encore inconnus. Un point commun à tous ces facteurs de risque cardiovasculaire est l’augmentation du stress oxydant. Ainsi, le présent ouvrage visait à élucider l’influence de différents facteurs de risque cardiovasculaire et du stress oxydant sur la néovascularisation. Nos résultats démontrent que l’exposition à la fumée de cigarette et le vieillissement sont associés à une diminution de la néovascularisation en réponse à l’ischémie, et que ceci est au moins en partie causé par une augmentation du stress oxydant. De plus, nous démontrons que les acides gras dérivés de la diète peuvent affecter la réponse à l’ischémie tissulaire. La première étude du projet de recherche visait à évaluer l’impact de l’exposition à la fumée de cigarette sur la néovascularisation post-ischémique, et l’effet d’une thérapie antioxydante. L’exposition à la fumée de cigarette a été associée à une réduction significative de la récupération du flot sanguin et de la densité des vaisseaux dans les muscles ischémiques. Cependant, une récupération complète de la néovascularisation a été démontrée chez les souris exposées à la fumée de cigarette et traitées au probucol ou aux vitamines antioxydantes. Nous avons démontré qu’une thérapie antioxydante administrée aux souris exposées à la fumée de cigarette était associée à une réduction significative des niveaux de stress oxydant dans le plasma et dans les muscles ischémiques. De plus, les cellules endothéliales progénitrices (EPCs) exposées à de l’extrait de fumée de cigarette in vitro présentent une diminution significative de leur activité angiogénique (migration, adhésion et incorporation dans les tissus ischémiques) qui a été complètement récupérée par le probucol et les vitamines antioxydantes. La deuxième étude avait pour but d’investiguer le rôle potentiel de la NADPH oxydase (Nox2) pour la modulation de la néovascularisation post-ischémique dans le contexte du vieillissement. Nous avons trouvé que l’expression de la Nox2 est augmentée par le vieillissement dans les muscles ischémiques des souris contrôles. Ceci est associé à une réduction significative de la récupération du flot sanguin après l’ischémie chez les vieilles souris contrôles comparées aux jeunes. Nous avons aussi démontré que la densité des capillaires et des artérioles est significativement réduite dans les muscles ischémiques des animaux vieillissants alors que les niveaux de stress oxydant sont augmentés. La déficience en Nox2 réduit les niveaux de stress oxydant dans les tissus ischémiques et améliore la récupération du flot sanguin et la densité vasculaire chez les animaux vieillissants. Nous avons aussi démontré que l’activité fonctionnelle des EPCs (migration et adhésion à des cellules endothéliales matures) est significativement diminuée chez les souris vieillissantes comparée aux jeunes. Cependant, la déficience en Nox2 est associée à une récupération de l’activité fonctionnelle des EPCs chez les animaux vieillissants. Nous avons également démontré une augmentation pathologique du stress oxydant dans les EPCs isolées d’animaux vieillissants. Cette augmentation de stress oxydant dans les EPCs n’est pas présente chez les animaux déficients en Nox2. La troisième étude du projet de recherche a investigué l’effet des acides gras dérivés de la diète sur la néovascularisation postnatale. Pour ce faire, les souris ont reçu une diète comprenant 20% d’huile de maïs (riche en oméga-6) ou 20% d’huile de poisson (riche en oméga-3). Nos résultats démontrent qu’une diète riche en oméga-3 améliore la néovascularisation post-ischémique au niveau macro-vasculaire, micro-vasculaire et clinique comparée à une diète riche en oméga-6. Cette augmentation de la néovascularisation postnatale est associée à une réduction du ratio cholestérol total/cholestérol HDL dans le sérum et à une amélioration de la voie VEGF/NO dans les tissus ischémiques. De plus, une diète riche en acides gras oméga-3 est associée à une augmentation du nombre d’EPCs au niveau central (moelle osseuse) et périphérique (rate). Nous démontrons aussi que l’activité fonctionnelle des EPCs (migration et incorporation dans des tubules de cellules endothéliales matures) est améliorée et que le niveau de stress oxydant dans les EPCs est réduit par la diète riche en oméga-3. En conclusion, nos études ont permis de déterminer l’impact de différents facteurs de risque cardiovasculaire (tabagisme et vieillissement) et des acides gras dérivés de la diète (oméga-3) sur la néovascularisation post-ischémique. Nous avons aussi identifié plusieurs mécanismes qui sont impliqués dans cette physiopathologie. Globalement, nos études devraient contribuer à mieux comprendre l’effet du tabagisme, du vieillissement, des oméga-3, et du stress oxydant sur l’évolution des maladies vasculaires ischémiques. / Atherosclerosis is the main cause of myocardial infarction, sudden cardiac death, stroke and lower limb ischemia. It is responsible for nearly half of all deaths in industrialized countries. When atherosclerotic arterial obstructions are so important that direct revascularization techniques cannot be successfully performed, the severity of residual tissue ischemia depends on the ability of the organism to spontaneously develop new blood vessels (neovascularization). Postnatal neovascularization is the result of two phenomena: the formation of new bloods vessels from the existing vasculature (angiogenesis) and vessel formation from progenitor cells (vasculogenesis). Our laboratory has demonstrated that several cardiovascular risk factors (smoking, aging, and hypercholesterolemia) also impair the angiogenic response after ischemia. However, the precise mechanisms involved in that pathophysiology are still unknown. A common feature of all the cardiovascular risk factors is increased oxidative stress. Therefore, the purpose of the present work was to elucidate the influence of cardiovascular risk factors and oxidative stress on neovascularization. Our results demonstrate that exposure to cigarette smoke and aging are associated with impaired neovascularization in response to ischemia, and that this is at least in part due to increased oxidative stress. In addition, we demonstrate that fatty acids derived from the diet can modulate the response to tissue ischemia. The first study of the research project evaluated the effect of cigarette smoke exposure on neovascularization in response to ischemia, and the effect of an antioxidant therapy. Exposure to cigarette smoke was associated with a significant reduction in the recovery of blood flow perfusion and vessel density in ischemic muscles. However, a complete recovery of neovascularization was demonstrated in mice exposed to cigarette smoke that were treated with probucol or antioxidant vitamins. We found that antioxidant therapy in mice exposed to cigarette smoke was associated with a significant reduction of oxidative stress levels in the plasma and in ischemic muscles. In addition, endothelial progenitor cells (EPCs) exposed to cigarette smoke extracts in vitro showed a significant decrease in their angiogenic activities (migration, adhesion and homing into ischemic tissues) that was completely rescued by probucol and antioxidants vitamins. The goal of the second study was to investigate the potential role of NADPH oxidase (Nox2) in the modulation of ischemia-induced neovascularization in the context of aging. We found that the expression of Nox2 is increased by aging in ischemic muscles of control mice. This is associated with a significant reduction of blood flow recovery after ischemia in older compared to young control mice. We also demonstrated that the density of capillaries and arterioles is significantly reduced in ischemic muscles of older animals, whereas oxidative stress levels are increased. Nox-2 deficiency reduces oxidative stress levels in ischemic tissues and improves blood flow recovery and vascular densities in older animals. We also demonstrated that the functional activities of EPCs (migration and adhesion to mature endothelial cells) were significantly reduced in older compared to young mice. However, Nox2 deficiency is associated with preserved EPCs functional activities in older animals. We also demonstrated an age-dependent pathological increase of oxidative stress in EPCs that is not found in Nox2-deficient animals. The third study of the research project investigated the effect of fatty acids derived from the diet on postnatal neovascularization. To this end, mice received a diet containing either 20% corn oil (rich in omega-6) or 20% fish oil (rich in omega-3). Our results demonstrate that an omega-3 rich diet increases neovascularization in response to ischemia at the macrovascular, microvascular and clinical level compared to an omega-6 rich diet. This increased postnatal neovascularization is associated with decreased total cholesterol/HDL cholesterol ratio in the serum and improved VEGF/NO pathway in ischemic tissues. In addition, the omega-3 rich diet is associated with a significant increase of central (bone marrow) and peripheral (spleen) EPCs. We also show that the functional activities of EPCs (migration and incorporation into tubules) are improved and oxidative stress level in EPCs is reduced by the omega-3 rich diet. In conclusion, our studies have clarified the impact of cardiovascular risk factors (smoking and aging) and fatty acids derived from the diet (omega-3) on ischemia-induced neovascularization. We have also identified several mechanisms involved in that physiopathology. Globally, our studies should contribute to a better understanding of the effects of cigarette smoking, aging and omega-3 on the evolution of ischemic vascular diseases.

L’obésité est un facteur de risque lié à des problèmes physiques, émotionnels et comportementaux. Aujourd’hui, l’alimentation est composée d’un régime typiquement occidental «Western diet» qui est riche en acides gras saturés (AGS) et pauvre en acides gras polyinsaturés (AGPI) tel que les oméga-3 (N-3) et occasionnant un déséquilibre du ratio alimentaire N-6/N-3. Ce déséquilibre est une des causes de la prévalence des maladies mentales y compris celles des troubles de l'humeur et de l’anxiété. L’acide docosahexaénoïque (ADH, 22: 6 n-3) est l’acide gras (AG) le plus abondant dans le cerveau et son accumulation est particulièrement élevée pendant la période périnatale. Il joue un rôle important dans le développement neuronal et d'autres fonctions du cerveau tel l'apprentissage et la mémoire. Des perturbations de l’environnement périnatal peuvent influencer à très long terme l’avenir de la descendance en la rendant plus susceptible de développer des problèmes d’obésité dans un contexte nutritionnel riche. On ignore cependant si le déficit alimentaire chez la mère et particulièrement en ADH aura un impact sur la motivation alimentaire de la progéniture. L’objectif principal de cette thèse est d’étudier le rôle potentiel des N-3 sur la balance énergétique, la motivation alimentaire, la dépression et le niveau d’anxiété des descendants de souris mâles adultes assujetties à une alimentation riche en gras. Nos données ont démontré qu‘un régime maternel déficitaire en ADH durant la période périnatale incitait la descendance à fournir plus d’effort afin d’obtenir un aliment palatable. Ceci entraînerait un dérèglement de l’homéostasie énergétique en augmentant le gain de poids et en diminuant l’activité locomotrice tout en exacerbant le comportement de type anxieux dès que les souris sont exposées à un milieu obésogène. Les acides gras libres (AGL) sont des nutriments essentiels fonctionnant comme des molécules de signalisation dans le cerveau en ayant des récepteurs qui jouent un rôle important dans le contrôle du métabolisme énergétique. Parmi eux, on distingue un récepteur couplé à la protéine G (GPCR), le GPR120. Ce récepteur activé par les AGPI ω-3 intervient dans les mécanismes anti-inflammatoires et insulino-résistants via les N-3. Une mutation dans le gène GPR120 occasionnée par une réduction de l’activité de signalisation du gène est liée à l’obésité humaine. L'objectif premier de cette deuxième étude était d’évaluer l'impact de la stimulation pharmacologique de GPR120 dans le système nerveux central (SNC) sur l'alimentation, les dépenses d'énergie, le comportement de type anxieux et la récompense alimentaire. Nos résultats démontrent qu’une injection centrale aiguë d'agoniste GPR120 III réduit la prise alimentaire ad libitum et la motivation alimentaire pour un aliment riche en gras et en sucre; ainsi que les comportements de type anxieux. L’injection centrale chronique (21 jours) de ce même agoniste GPR120 III transmis par une pompe osmotique a démontré que les souris placées sous diète hypercalorique (HFD n’ont présenté aucune modification lors de la prise alimentaire ni de gain de poids mais qu’il y avait comparativement au groupe de véhicule, une réduction du comportement de type anxieux, que ce soit dans le labyrinthe en croix surélevé (LCS) ou dans le test à champ ouvert (OFT). L’ADH est reconnu pour ses propriétés anorexigènes au niveau central. De plus, la stimulation des récepteurs de GPR120 au niveau du cerveau avec un agoniste synthétique peut produire un effet intense intervenir sur le comportement lié à l'alimentation des rongeurs. Trouver une approche visant à contrôler à la fois la neuroinflammation, la récompense alimentaire et les troubles émotionnels aiderait assurément au traitement de l'obésité et du diabète de type 2. / Obesity is a risk factor for metabolic and mood disorders. The increasing abundance of the "Western diet" that is rich in saturated fatty acids (SFA) and low in polyunsaturated fatty acids (PUFA) omega-3 (N-3) can generate a physiological imbalance in the ratio of N-6/N-3 fatty acids. Such an imbalance has also been implicated in the increased prevalence of mood disorders and metabolic diseases. Docosahexaenoic acid (DHA, 22:6n-3), the most abundant fatty acid (FA) in the brain is accumulated not only during the post-natal period but also during the perinatal period. It plays an important role in neuronal development and other brain functions such as learning and memory. Disturbances of the perinatal environment can influence the sustainable future of the offspring, making it more likely to develop obesity in rich nutritional context. Some data suggest that an inadequate maternal intake of N-3 during pregnancy and the perinatal period may cause an increase in appetite signalling in the offspring as well as an increase rate of neurological and cardio-metabolic disease. It is not known if maternal dietary deficiency in N-3 will have an impact on food motivation of the offspring. The main objective of this thesis was to study the potential effect of dietary deficiency of DHA during the perinatal period on energy balance, food motivation and the anxiety-like behavior of adult male mouse offspring placed on HFD. Our data showed, as expected, that the maternal DHA deficient diet during perinatal period encouraged offspring to work harder to get a palatable food, entailed a dysregulation of energy homeostasis by increasing the body weight and reducing locomotor activity and exacerbated the anxiety-like behavior once they were exposed to an obesogenic environment. Free fatty acids (FFA) are essential nutrients that they also function as signalling molecules in the brain and have receptors that play a significant role in the control of energy metabolism. Among them is GPR120, also known as N-3 FA receptor, a g-protein coupled receptor that is reportedly activated by PUFA and shown to mediate the anti-inflammatory and insulin-sensitizing effects of N-3 FA. A mutation in the GPR120 gene that is associated with reduced GPR120 signalling activity is linked to human obesity. The objective of our second study was to test the impact of pharmacological GPR120 stimulation in the CNS on feeding, energy expenditure, anxiety-like behavior and food reward. Our results showed that an acute central injection GPR120 agonist III: reduced ad libitum food intake and the rewarding effect for high fat, high sugar food; produced a significant decrease in the anxiety-like behavior. While mice with the chronic injection (21 days) of GPR120 III agonist pump on HFD didn’t show any modification in food intake or body weight gain, but show a reduction of anxiety-like behavior in Elevated plus maze (EPM) and open-field test (OFT) compare to the vehicle group. DHA is notifies to have an anorectic action. Furthermore, stimulation of GPR120 receptors with synthetic agonist may cause an acute and profound effect on food related behavior in rodents. To find an approach that aims to control neuroinflammation, food reward and emotional disorders would greatly assist the treatment of obesity and type 2 diabetes.

Un faible apport alimentaire en acides gras polyinsaturés (AGPI) de la série n-3 a été associé à la prévalence des troubles de l'humeur chez l’Homme. Chez les rongeurs, les approches nutritionnelles visant à modéliser une alimentation pauvre en AGPI n-3 ont largement été développées au siècle dernier. En effet, un régime alimentaire carencé en AGPI n-3 sur une ou plusieurs générations induit chez le rongeur des altérations des comportements émotionnels tels que des comportements de type dépressif ou anxieux. Nous avons montré au laboratoire Nutrineuro que des souris nourries avec un régime déficient en AGPI n-3 présentent des niveaux d’AGPI n-3, en particulier l'acide docosahexaénoïque (DHA, un AGPI n-3) plus faible dans le cortex préfrontal (PFC) et dans le noyau accumbens (NAc) par rapport aux souris contrôle. De plus, nous avons pu mettre en évidence qu’une alimentation déficiente en AGPI n-3 est capable de moduler la plasticité synaptique dépendante du système endocannabinoïde (eCB). De fait, la réduction de DHA dans le CPF et le NAc est accompagnée d'une altération de la dépression à long terme (LTD-eCB) et des voies de signalisation dépendantes du système eCB au niveau du CPF (Lafourcade et al., 2011 ; Larrieu et al, 2012). Nos données indiquent que ces altérations sont dues à un découplage entre le récepteur cannabinoïde 1 (CB1R) et la protéine Gi/o. De plus, les souris déficientes en AGPI n-3 présentent des déficits comportementaux dans plusieurs tests évaluant les comportements émotionnels. Afin de mieux comprendre les mécanismes qui sous-tendent la diminution du DHA dans le CPF et les altérations des comportements émotionnels, nous avons étudié la morphologie neuronale dans le CPF et l’axe hypothalamo-hypophysaire (HPA) chez les souris déficientes en AGPI n-3. Nous avons montré que le régime alimentaire déficient en AGPI n-3 induit une atrophie de l’arborisation dendritique dans les neurones pyramidaux du CPF. L'atrophie dendritique est semblable à celle mesurée chez les souris soumises au régime équilibré en AGPI n-3 et soumises à un stress chronique de défaite sociale (CSDS). Aucun effet additionnel du CSDS sur la morphologie neuronale et le comportement émotionnel n’a été observé chez les souris déficientes en AGPI n-3. Nous avons ensuite étudié le rôle de l’axe HPA dans le développement des altérations comportementales et neurobiologiques chez les souris déficientes en AGPI n-3. Ces souris présentent une diminution de l'expression des récepteurs des glucocorticoïdes (GR) dans le CPF associée à une augmentation des taux circulants de corticostérone. Dans leur ensemble, nos résultats montrent qu’un faible apport alimentaire en AGPI n-3 peut modifier la plasticité synaptique dépendante du système eCB ainsi que l’arborisation dendritique des neurones du CPF. Nous avons également pu montrer que l’élévation des niveaux de corticostérone était impliquée dans l’altération des comportements émotionnels observée chez des souris nourries avec un régime déficient en AGPI n-3. / Low dietary intake of n-3 polyunsaturated fatty acids (PUFAs) has been associated with the prevalence of mood disorders in humans. In rodents, nutritional approaches aiming at modeling poor dietary n-3 PUFAs intake have been extensively developed in the last century. As a result, one- or multi-generation dietary n-3 deficiency induces depressive and anxiety-like behaviors. We have shown in the Nutrineuro lab that mice fed with a diet deficient in n-3 PUFAs exhibit decreased n-3 PUFAs levels, especially docosahexaenoic acid (DHA, a n-3 PUFA) levels in the prefrontal cortex (PFC) and in the nucleus accumbens (NAc). We showed that dietary n-3 PUFA is able to modulate endocannabinoid (eCB) dependent plasticity since DHA reduction in PFC and NAc is accompanied with eCB dependent long term depression (eCB-LTD) and eCB signaling impairment in the PFC (Lafourcade et al., 2011; Larrieu et al., 2012). Our data indicate that LTD alteration results from region-specific uncoupling of CB1 receptor from its effector Gi/o protein. In addition, n-3 deficient mice display behavioral deficits in several tests measuring emotional behavior. To further understand the mechanisms underlying DHA decrease in the PFC and emotional behavior alteration, we thoroughly investigated neuronal morphology and hypothalamic-pituitary-adrenal (HPA) axis in n-3 deficient mice. We showed that n-3 deficient diet induced dendritic atrophy in pyramidal neurons within the PFC. The dendritic atrophy was comparable to the one measured in control diet mice submitted to chronic social defeat stress (CSDS). No additional effect of CSDS on both neuronal morphology and emotional behavior was measured in n-3 deficient mice. We therefore investigated the role of the HPA axis deregulation in the development of behavioral and neurobiological alterations of n-3 deficient mice. We found a decreased expression of glucocorticoid receptor (GR) in the PFC of n-3 deficient mice together with increased circulating levels of corticosterone. Collectively, we unraveled one crucial mechanism underlying n-3 deficiency-induced alterations. Our results show that low dietary n-3 PUFAs can alter eCB-dependent plasticity and neuronal dendritic atrophy within the PFC leading to emotional behavior impairment. Importantly, we further demonstrated that corticosterone elevation in n-3 deficient mice was involved in the n-3 deficiency-induced emotional behavior and dendritic arborization alterations.

La présente étude évalue la capacité de la formulation d’oméga-3 EPA:DHA 6:1, une formulation capable d’induire la formation continue de monoxyde d’azote par la NO synthase endothéliale, à améliorer la dysfonction endothéliale liée à l’âge établie chez le rat. La dysfonction endothéliale liée à l’âge est caractérisée par une altération des composantes de la relaxation et une augmentation des réponses contractiles dépendantes de l’endothélium. L’âge augmente le stress oxydant vasculaire, l’expression de la NADPH oxydase, COX-2, eNOS, ACE, AT1R, et des marqueurs de senescence, alors que la COX-1 est sous-exprimé. La formulation EPA:DHA 6:1 améliore la composante NO, diminue l’EDCF et le stress oxydant vasculaire, et normalise l’expression des protéines cibles. En conclusion, la consommation chronique de EPA:DHA 6:1 améliore la dysfonction endothéliale liée à l’âge chez le rat, probablement en prévenant l’activation du système angiotensine locale et le stress oxydant en résultant. / EPA:DHA 6:1 omega-3 formulation has been shown to induce a sustained endothelial NO synthase-derived formation of nitric oxide. This study examined if the intake of EPA:DHA 6:1 improves an established ageing-related endothelial dysfunction. Ageing-related endothelial dysfunction was characterized by a blunted NO-mediated component of relaxation, abolished EDH-mediated component and increased COX-derived endothelium-dependent contractile responses. Ageing increased vascular oxidative stress, expression of NADPH oxidase subunits, COX-2, eNOS, ACE, AT1R, and senescence markers, whereas COX-1 was down-regulated. Chronic intake of EPA:DHA 6:1 improved the NO-mediated relaxations, reduced EDCFs, vascular oxidative stress and normalized the expression of protein markers. In conclusion, chronic intake of EPA:DHA 6:1 prevented the ageing-related endothelial dysfunction in old rats, most likely by preventing activation of the local angiotensin system and the subsequent vascular oxidative stress.

Une mort cellulaire par apoptose impliquant un processus inflammatoire est observée dans le système limbique, suite à un infarctus du myocarde. Les oméga-3 et ses métabolites, en plus de leurs propriétés bénéfiques pour le système cardiovasculaire, réduisent l’inflammation, contrairement aux oméga-6 qui sont plus pro-inflammatoires. Comme le métabolisme de ces deux acides gras essentiels impliquent les mêmes enzymes, le ratio alimentaire oméga-3/6 aurait donc des impacts importants sur l'état inflammatoire et ainsi indirectement sur l'apoptose. Conséquemment, cette étude a pour but d'évaluer l'effet de différents ratios oméga-3/6 sur la taille de l’infarctus, l’inflammation et l’apoptose dans le système limbique suite à un infarctus du myocarde. Des rats Sprague-Dawley ont été aléatoirement distribués dans trois groupes contenant des ratios 1:1, 1:5 et 5:1 oméga-3/6. Ils ont été nourris pendant 2 semaines, suivie d’une occlusion de l’artère coronaire gauche descendante pendant 40 minutes et d’une période de reperfusion (15 min et 24 h). De hauts ratios d’oméga-3 (5:1 et 1:1) diminuent significativement la taille de l’infarctus de 32 % et augmentent l’activité d’Akt, impliquée dans la voie cardioprotectrice RISK, comparativement au ratio 1:5. Ils diminuent aussi la concentration plasmatique de TNF-D. Dans le système limbique, l’activité de la caspase-3 est augmentée dans la région CA1, après 15 min, et dans les régions du CA1 et du gyrus dentelé (Gd), après 24 h, avec la diète 1:5 en comparaison aux diètes 1:1 et 5:1. L’activité enzymatique de la caspase-8 est augmentée dans le Gd, alors que dans le CA1, il y a une activité plus importante de la caspase-9 aux temps de reperfusion étudiés. Conclusion: Les diètes élevées en oméga-3/oméga-6 réduisent la taille de l'infarctus, l’inflammation et diminuent l’apoptose dans le système limbique après un infarctus du myocarde. / Apoptosis occurs in the limbic system by a mechanism involving inflammation after a myocardial infarction. Omega-3 are essential fatty acids known for their benefits in cardiovascular health and to reduce inflammation, whereas, omega-6 and their metabolites are more inflammatory. Since these two essential fatty acids are metabolized by the same group of enzymes, the resulting competition would affect the inflammation and thus indirectly the apoptosis. Therefore, the aim of this study is to evaluate the effect of different omega-3/6 ratios on the infarct size, inflammation and apoptosis in the limbic system after myocardial infarction. Male Sprague-Dawley rats were divided randomly between three diet groups containing 1:5, 1:1 and 5:1 omega-3/6 ratios. Rats were fed for two weeks followed by a left anterior descending coronary occlusion for 40 min and by reperfusion time (15 min or 24 h). Infarct size was significantly reduced by 32% and Akt activity, implicated in RISK cardioprotection pathway, enhanced by the 5:1 and 1:1 in comparison to the 1:5 diet ratios. They also reduced TNF-D plasma concentration. In the limbic system, caspase-3 enzymatic activity was doubled in CA1 after 15 min and in CA1 and dentate gyrus (Dg), after 24 h, in the 1:5 compared to 1:1 and 5:1 groups. Caspase-8 enzymatic activity was increased in Dg and capase-9 was enhanced in the CA1 at both reperfusion time in the 1:5 against the 1:1 and 5:1 groups. Conclusion: High omega-3 dietary ratio helps to reduce infarct size, inflammation and to prevent apoptosis in the limbic system.

L’athérosclérose est la principale cause d’infarctus du myocarde, de mort subite d’origine cardiaque, d’accidents vasculaires cérébraux et d’ischémie des membres inférieurs. Celle-ci cause près de la moitié des décès dans les pays industrialisés. Lorsque les obstructions artérielles athérosclérotiques sont tellement importantes que les techniques de revascularisation directe ne peuvent être effectuées avec succès, la sévérité de l’ischémie tissulaire résiduelle dépendra de l’habilité de l’organisme à développer spontanément de nouveaux vaisseaux sanguins (néovascularisation). La néovascularisation postnatale est le résultat de deux phénomènes : la formation de nouveaux vaisseaux à partir de la vasculature existante (angiogenèse) et la formation de vaisseaux à partir de cellules souches progénitrices (vasculogenèse). Notre laboratoire a démontré que plusieurs facteurs de risque associés aux maladies cardiovasculaires (tabagisme, vieillissement, hypercholestérolémie) diminuaient également la réponse angiogénique suite à une ischémie. Cependant, les mécanismes précis impliqués dans cette physiopathologie sont encore inconnus. Un point commun à tous ces facteurs de risque cardiovasculaire est l’augmentation du stress oxydant. Ainsi, le présent ouvrage visait à élucider l’influence de différents facteurs de risque cardiovasculaire et du stress oxydant sur la néovascularisation. Nos résultats démontrent que l’exposition à la fumée de cigarette et le vieillissement sont associés à une diminution de la néovascularisation en réponse à l’ischémie, et que ceci est au moins en partie causé par une augmentation du stress oxydant. De plus, nous démontrons que les acides gras dérivés de la diète peuvent affecter la réponse à l’ischémie tissulaire. La première étude du projet de recherche visait à évaluer l’impact de l’exposition à la fumée de cigarette sur la néovascularisation post-ischémique, et l’effet d’une thérapie antioxydante. L’exposition à la fumée de cigarette a été associée à une réduction significative de la récupération du flot sanguin et de la densité des vaisseaux dans les muscles ischémiques. Cependant, une récupération complète de la néovascularisation a été démontrée chez les souris exposées à la fumée de cigarette et traitées au probucol ou aux vitamines antioxydantes. Nous avons démontré qu’une thérapie antioxydante administrée aux souris exposées à la fumée de cigarette était associée à une réduction significative des niveaux de stress oxydant dans le plasma et dans les muscles ischémiques. De plus, les cellules endothéliales progénitrices (EPCs) exposées à de l’extrait de fumée de cigarette in vitro présentent une diminution significative de leur activité angiogénique (migration, adhésion et incorporation dans les tissus ischémiques) qui a été complètement récupérée par le probucol et les vitamines antioxydantes. La deuxième étude avait pour but d’investiguer le rôle potentiel de la NADPH oxydase (Nox2) pour la modulation de la néovascularisation post-ischémique dans le contexte du vieillissement. Nous avons trouvé que l’expression de la Nox2 est augmentée par le vieillissement dans les muscles ischémiques des souris contrôles. Ceci est associé à une réduction significative de la récupération du flot sanguin après l’ischémie chez les vieilles souris contrôles comparées aux jeunes. Nous avons aussi démontré que la densité des capillaires et des artérioles est significativement réduite dans les muscles ischémiques des animaux vieillissants alors que les niveaux de stress oxydant sont augmentés. La déficience en Nox2 réduit les niveaux de stress oxydant dans les tissus ischémiques et améliore la récupération du flot sanguin et la densité vasculaire chez les animaux vieillissants. Nous avons aussi démontré que l’activité fonctionnelle des EPCs (migration et adhésion à des cellules endothéliales matures) est significativement diminuée chez les souris vieillissantes comparée aux jeunes. Cependant, la déficience en Nox2 est associée à une récupération de l’activité fonctionnelle des EPCs chez les animaux vieillissants. Nous avons également démontré une augmentation pathologique du stress oxydant dans les EPCs isolées d’animaux vieillissants. Cette augmentation de stress oxydant dans les EPCs n’est pas présente chez les animaux déficients en Nox2. La troisième étude du projet de recherche a investigué l’effet des acides gras dérivés de la diète sur la néovascularisation postnatale. Pour ce faire, les souris ont reçu une diète comprenant 20% d’huile de maïs (riche en oméga-6) ou 20% d’huile de poisson (riche en oméga-3). Nos résultats démontrent qu’une diète riche en oméga-3 améliore la néovascularisation post-ischémique au niveau macro-vasculaire, micro-vasculaire et clinique comparée à une diète riche en oméga-6. Cette augmentation de la néovascularisation postnatale est associée à une réduction du ratio cholestérol total/cholestérol HDL dans le sérum et à une amélioration de la voie VEGF/NO dans les tissus ischémiques. De plus, une diète riche en acides gras oméga-3 est associée à une augmentation du nombre d’EPCs au niveau central (moelle osseuse) et périphérique (rate). Nous démontrons aussi que l’activité fonctionnelle des EPCs (migration et incorporation dans des tubules de cellules endothéliales matures) est améliorée et que le niveau de stress oxydant dans les EPCs est réduit par la diète riche en oméga-3. En conclusion, nos études ont permis de déterminer l’impact de différents facteurs de risque cardiovasculaire (tabagisme et vieillissement) et des acides gras dérivés de la diète (oméga-3) sur la néovascularisation post-ischémique. Nous avons aussi identifié plusieurs mécanismes qui sont impliqués dans cette physiopathologie. Globalement, nos études devraient contribuer à mieux comprendre l’effet du tabagisme, du vieillissement, des oméga-3, et du stress oxydant sur l’évolution des maladies vasculaires ischémiques. / Atherosclerosis is the main cause of myocardial infarction, sudden cardiac death, stroke and lower limb ischemia. It is responsible for nearly half of all deaths in industrialized countries. When atherosclerotic arterial obstructions are so important that direct revascularization techniques cannot be successfully performed, the severity of residual tissue ischemia depends on the ability of the organism to spontaneously develop new blood vessels (neovascularization). Postnatal neovascularization is the result of two phenomena: the formation of new bloods vessels from the existing vasculature (angiogenesis) and vessel formation from progenitor cells (vasculogenesis). Our laboratory has demonstrated that several cardiovascular risk factors (smoking, aging, and hypercholesterolemia) also impair the angiogenic response after ischemia. However, the precise mechanisms involved in that pathophysiology are still unknown. A common feature of all the cardiovascular risk factors is increased oxidative stress. Therefore, the purpose of the present work was to elucidate the influence of cardiovascular risk factors and oxidative stress on neovascularization. Our results demonstrate that exposure to cigarette smoke and aging are associated with impaired neovascularization in response to ischemia, and that this is at least in part due to increased oxidative stress. In addition, we demonstrate that fatty acids derived from the diet can modulate the response to tissue ischemia. The first study of the research project evaluated the effect of cigarette smoke exposure on neovascularization in response to ischemia, and the effect of an antioxidant therapy. Exposure to cigarette smoke was associated with a significant reduction in the recovery of blood flow perfusion and vessel density in ischemic muscles. However, a complete recovery of neovascularization was demonstrated in mice exposed to cigarette smoke that were treated with probucol or antioxidant vitamins. We found that antioxidant therapy in mice exposed to cigarette smoke was associated with a significant reduction of oxidative stress levels in the plasma and in ischemic muscles. In addition, endothelial progenitor cells (EPCs) exposed to cigarette smoke extracts in vitro showed a significant decrease in their angiogenic activities (migration, adhesion and homing into ischemic tissues) that was completely rescued by probucol and antioxidants vitamins. The goal of the second study was to investigate the potential role of NADPH oxidase (Nox2) in the modulation of ischemia-induced neovascularization in the context of aging. We found that the expression of Nox2 is increased by aging in ischemic muscles of control mice. This is associated with a significant reduction of blood flow recovery after ischemia in older compared to young control mice. We also demonstrated that the density of capillaries and arterioles is significantly reduced in ischemic muscles of older animals, whereas oxidative stress levels are increased. Nox-2 deficiency reduces oxidative stress levels in ischemic tissues and improves blood flow recovery and vascular densities in older animals. We also demonstrated that the functional activities of EPCs (migration and adhesion to mature endothelial cells) were significantly reduced in older compared to young mice. However, Nox2 deficiency is associated with preserved EPCs functional activities in older animals. We also demonstrated an age-dependent pathological increase of oxidative stress in EPCs that is not found in Nox2-deficient animals. The third study of the research project investigated the effect of fatty acids derived from the diet on postnatal neovascularization. To this end, mice received a diet containing either 20% corn oil (rich in omega-6) or 20% fish oil (rich in omega-3). Our results demonstrate that an omega-3 rich diet increases neovascularization in response to ischemia at the macrovascular, microvascular and clinical level compared to an omega-6 rich diet. This increased postnatal neovascularization is associated with decreased total cholesterol/HDL cholesterol ratio in the serum and improved VEGF/NO pathway in ischemic tissues. In addition, the omega-3 rich diet is associated with a significant increase of central (bone marrow) and peripheral (spleen) EPCs. We also show that the functional activities of EPCs (migration and incorporation into tubules) are improved and oxidative stress level in EPCs is reduced by the omega-3 rich diet. In conclusion, our studies have clarified the impact of cardiovascular risk factors (smoking and aging) and fatty acids derived from the diet (omega-3) on ischemia-induced neovascularization. We have also identified several mechanisms involved in that physiopathology. Globally, our studies should contribute to a better understanding of the effects of cigarette smoking, aging and omega-3 on the evolution of ischemic vascular diseases.

Contexte : De la conception à l'âge adulte, de nombreux déterminants environnementaux influencent le neurodéveloppement. Des études montrent que durant la fin de la grossesse et les premiers mois de vie, une grande quantité d'acides gras polyinsaturés (AGPI), notamment à longue chaîne (AGPI-LC), se fixe dans le tissu cérébral. Un apport optimal durant ces périodes critiques pourrait soutenir précocement le bon développement du cerveau et de ses fonctions.Objectifs : Étudier les relations entre les expositions pré- et postnatales précoces aux AGPI, et le neurodéveloppement d'enfants de 2 et 3 ans.Population : Les données utilisées étaient celles de l'étude EDEN, une cohorte mère enfant ayant recruté 2002 femmes enceintes dans les maternités de Nancy et Poitiers entre 2003 et 2006. L'alimentation maternelle pendant la grossesse a été évaluée par un questionnaire de fréquence alimentaire et une table de composition nutritionnelle. Quatre questionnaires postnatals ont permis d'évaluer la durée d'allaitement maternel, et la composition lipidique du colostrum des mères allaitantes a été analysée par chromatographie en phase gazeuse. Des questionnaires parentaux (2 et 3 ans) et un examen neuropsychologique (3 ans) ont permis d'évaluer plusieurs aspects du neurodéveloppement. Les analyses statistiques ont été réalisées par régressions linéaires multivariées, après ajustement sur de nombreux facteurs de confusion potentiels.Résultats : Les scores de neurodéveloppement à 2 et 3 ans des enfants allaités étaient plus élevés que ceux des enfants non allaités. Chez les enfants allaités, la durée d'allaitement maternel était associée positivement au neurodéveloppement. Le rapport n 6/n 3 dans l'alimentation maternelle en acides gras en fin de grossesse était négativement associé à plusieurs mesures du neurodéveloppement, et cette association était renforcée chez les enfants non allaités. La composition du colostrum en AGPI et en AGPI-LC reflétait amplement les apports nutritionnels en AGPI et en AGPI-LC en fin de grossesse. L'utilisation de matières grasses alimentaires était aussi associée à la composition du colostrum. Les différences de neurodéveloppement des enfants allaités ne semblait pas être expliquées par la composition du colostrum en AGPI ni en AGPI-LC, à l'exception de la teneur en acide linoléique qui était négativement associée à certaines mesures du neurodéveloppement. Dans l'ensemble, les associations avec le neurodéveloppement étaient plus fréquemment retrouvées avec les questionnaires parentaux, mais certaines évaluations par les psychologues venaient parfois conforter ces résultats.Conclusion : Associés à ceux de la littérature, ces résultats soulignent le rôle notable des AGPI durant les périodes pré- et postnatale précoce pour le neurodéveloppement de l'enfant. Le suivi des enfants de l'étude EDEN jusqu'à leur 5 ans permettra d'étudier la persistance de ces résultats. Dans une perspective de santé publique, ces travaux rappellent la nécessité de promouvoir l'allaitement maternel dans la durée et de surveiller l'équilibre des apports nutritionnels en AGPI pendant la grossesse et la période de lactation.

La résistance des cellules tumorales à la chimiothérapie constitue une cause majeure d’échec des traitements anticancéreux. Des études précliniques montrent que les acides gras polyinsaturés oméga-3 à longues chaînes (AGPIn-3LC), apportés par l’alimentation, améliorent l’efficacité des chimiothérapies sans majorer les effets secondaires. Cette thèse a eu pour but d’identifier les mécanismes moléculaires impliqués dans l’augmentation de la sensibilité des cellules tumorales mammaires au docétaxel. Nous avons montré que le docétaxel induit un mécanisme de résistance via l’activation des voies de signalisation PKC/ERK et Akt impliquées dans la prolifération et la survie cellulaires. La modification de l’environnement lipidique membranaire par la supplémentation en AGPIn-3LC inhibe ces voies de signalisation et augmente l’efficacité du docétaxel dans des lignées tumorales mammaires et dans un modèle préclinique de tumeurs mammaires autochtones chez le rongeur. De plus, dans ce modèle in vivo, nous avons identifié une autre cible moléculaire régulée par les AGPIn-3LC : l’épiréguline, membre de la famille EGF. Les AGPIn-3LC bloquent l’induction de l’épiréguline par le VEGF dans les cellules endothéliales et induisent un remodelage de la vascularisation tumorale. Outre un effet direct des AGPIn-3LC sur les cellules tumorales, les AGPIn- 3LC agissent sur le microenvironnement tumoral. Ces travaux de thèse apportent des arguments supplémentaires pour l’utilisation des AGPIn-3LC comme molécules adjuvantes pour lutter contre la résistance des tumeurs mammaires aux agents anticancéreux. / Chemotherapy-resistant tumor cells are a major cause of cancer treatment failure. Preclinical studies show that polyunsaturated omega-3 long chain fatty acids (AGPIn-3LC), provided by food, improve the efficacy of chemotherapy without increasing side effects. AGPIn-3LCs are incorporated in cancer and stromal cells. This thesis aimed to identify molecular mechanisms involved in the increased sensitivity of mammary tumor cells to docetaxel. We have shown that docetaxel induces a resistance mechanism via activation of PKC/ERK and Akt pathways involved in cell proliferation and survival. Modification of the membrane lipid environment by AGPIn-3LCs supplementation inhibits these signaling pathways and increases the efficacy of docetaxel in mammary tumor cell lines and in a preclinical rodent model of native mammary tumors. Moreover, in this mammary tumor model we have found another molecular target regulated by AGPIn-3LCs: epiregulin, a member of the EGF family. AGPIn-3LCs inhibit epiregulin-VEGF induced in endothelial cells and induce a remodeling of tumor vasculature. Furthermore, AGPIn-3LCs act on the tumor microenvironment directly. This thesis work provides additional arguments for the use of AGPIn-3LCs as adjuvant molecules to reduce the resistance of breast tumors to anticancer agents.