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Résumé : Les maladies cardio-vasculaires (MCV) constituent l'une des principales causes de mortalité et de morbidité dans le monde. De nombreuses études épidémiologiques montrent que les niveaux des lipoprotéines de haute densité (HDL) sont inversement corrélés au risque des MCV. Les propriétés antiathérogènes des HDL sont attribuées, en partie, à l'action de l'enzyme Paraoxonase 1 (PON1) qui leur est associée exclusivement. Le rôle de la PON1 dans l’activité antioxydante des HDL a été largement étudié, alors que le mécanisme par lequel la PON1 exerce ses effets anti-inflammatoires reste à établir. La prévalence accrue des MCV avec l'augmentation de l'âge incite à rechercher certains facteurs qui pourraient expliquer cette tendance. Peu de travaux se sont intéressés à l'impact d'une réduction de la fonctionnalité de HDL dans le développement de l'athérosclérose et encore moins en présence d'un facteur de risque pour les MCV, tel que l'âge. À ce jour, plusieurs travaux ont mis en évidence une diminution de l'activité antioxydante de HDL et de la PON1 chez la personne âgée. Cependant, il n'existe pas de données sur l'effet de la réduction de l'activité de la PON1 sur l'activité anti-inflammatoire des HDL. Nos objectifs sont d'élucider le rôle de la PON1 dans les activités anti-inflammatoires des HDL et de déterminer l'effet de sa modulation sur l'activité athéroprotectrice des HDL chez les personnes âgées. Nos résultats montrent que la PON1 diminue significativement le niveau d'expression des molécules d'adhésion intercellulaire-1 (lCAM-1) au niveau des cellules endothéliales inhibant ainsi l'induction de l'inflammation en présence de phospholipides oxydés. Cette activité anti-inflammatoire de la PON1 est due à la fois à sa capacité de réduire l'oxydation des lipides (effet antioxydant) mais aussi à son activité phospholipase like, hydrolysant ainsi les lipides oxydés. Toutefois, cet effet anti-inflammatoire dépend de son association aux HDL. Nos résultats démontrent ainsi que l'effet anti-inflammatoire des HDL est dû en grande partie à la PON1. Cette activité des HDL diminue significativement au cours du vieillissement. Nos résultats montrent aussi que 12 semaines de consommation d'huile d'olive extra vierge (EVOO) augmentent significativement l'activité anti-inflammatoire des HDL. Cet effet est dû à une augmentation de l'activité de PON1 et d'une réduction du niveau de stress oxydant. Cet effet bénéfique de l'EVOO est plus significatif chez les personnes âgées que chez les personnes jeunes. Conclusions: Nos résultats apportent la démonstration de l'implication de la PON1 dans la régulation des activités antiathérogènes des HDL et proposent des mécanismes de l'implication de la PON1 dans la régulation de cette activité anti-inflammatoire des HDL. Aussi, nos résultats montrent l'importance de la diète de type méditerranéen dans la régulation des fonctions antiathérogènes des HDL, et plus particulièrement, en présence d'un facteur de risque pour les MCV, tel que le vieillissement. // Abstract : Cardiovascular diseases are one of the main causes of mortality and morbidity throughout the world. Several epidemiologic studies show that there is an inverse correlation between the levels of high density lipoproteins (HDL) and cardiovascular risk. The antiatherogenic properties of HDL are due, in part, to paraoxonase 1 (PON1) enzyme, which is associated exclusively to HDL. The role of PON1 in the antioxidant activity of HDL has been widely studied. However, the mechanism by which PON1 exerts its antiinflammatory effect remains to be determined. Increased prevalence of cardiovascular diseases and the increasing life span encourages investigations for certain predisposing factors that could explain this tendency. Few studies have focused on the impact of a reduction of HDL activity within the development of atherosclerosis during the aging process. Nowadays, several studies had demonstrated a reduction in the antioxidant activities of HDL and PON1 in the elderly population. However, there is no data of the effect of aging on the anti-inflamm atory activities of PON 1 and HDL. The main objectives of the present study were to explain the role of the PON1 in the anti-inflammatory properties of the HDL and to determine the effect of the modulation of PON1 activity on the atherprotective effect of HDL in the elderly population. Our results show that PON1 decreased significantly ICAM-1 expression within the endothelial cells, which inhibits the induction of inflammation in the presence of oxidized phospholipids. The anti-inflammatory activity of PON1 is due to its capacity to reduce lipid oxidation (antioxidant effect) and to its phospholipase-like activity, which consists of hydrolyzing oxidized lipids. Our results also show that 12 weeks of extra virgin oil (EVOO) increase significantly the anti-inflammatory activity of HDL. This effect is due principally to an improvement of the activity of PON1 and reduction of oxidative stress status. This beneficial effect of EVOO was more significant in the elderly than in young subjects. Conclusions: Our results demonstrate the role of the PON1 in the regulation of the antiatherogenic activities of HDL and suggest a mechanism for the implication of PON1 in the regulation of the anti-inflammatory activity of HDL. In addition, our results show the importance of the Mediterranean diet in the regulation of antiatherogenic function HDL, and particularly, in the presence of a risk factor for cardiovascular disease such as aging.

Paraoxonase 1 (PON1) is an enzyme synthesised in the liver that is associated with High Density Lipoprotein (HDL) and increasingly with a number of human diseases, including cardiovascular disease and cancer. PON1 is (i) a lactonase, hydrolysing aliphatic and aromatic lactones, (ii) a phosphotriesterase, acting on certain organophosphates and (iii) a peroxidase that combats lipid oxidation. The aim of this study was to investigate the extent to which PON1 might impact on the levels of lactone-induced and oxidative DNA damage. Initially, the plasmid DNA (pDNA) nicking assay was used to show that of the 12 lactones and homocysteine (HC) examined, only alpha angelica lactone (AAL), Furanone (FUR) and HC caused DNA single strand breaks (SSB) under physiological conditions. Further studies indicated that AP sites were not involved suggesting that DNA-phosphotriesters were responsible. AAL-reacted pDNA bound the damage sensing protein, Atl1, and AAL, HC and HC thiolactone (HCTL) -reacted calf thymus DNA inhibited the activity of the DNA repair protein, MGMT, both indicating the presence of O6-alkylguanines in DNA, although this could not be confirmed using MALDI-ToF MS analyses of tryptic digests of MGMT incubated with lactone-reacted DNA. The inhibition of rPON1 by these lactones and HC was determined using paraoxon as a substrate and two groups were identified comprising lactones that caused reductions in PON1 activity of (i) ˃15% (e.g. HCTL, and AAL) and (ii) ˂10% (e.g. FUR, and HC). The pDNA nicking assay then showed that only AAL and FUR induced DNA single strand breaks. PON1 itself nicked pDNA, and bound to group 1 lactone-reacted pDNA by an unknown mechanism, both effects not previously reported, but, with the possible exception of AAL, did not increase the extent of plasmid nicking. The MTT, cell viability assay, indicated that all of the lactones with the exception of γ-BL (IC50 >12 mM) were to some degree toxic in HepG2 cells with AAL being the most toxic (IC50 1.0 ±0.03 mM). It was not possible to quantify PON1 activity in HepG2 cells and agents that are reported to change the expression levels of PON1 had no detectable impact on the toxicity of AAL, γ-VL, FUR or MBL, so any possible effect of PON1 could not be determined. The neutral Comet assay showed that AAL and HCTL generated the highest levels of DNA double strand breaks and DNA fragmentation in HepG2 cells, and that this effect was greatly enhanced for most of the lactones by the addition of rPON1. The impact of PON1 on oxidative stress was investigated using serum samples collected as part of a previous case-control study of lung cancer. Initially, an in-house developed ELISA assay to quantify 8-hydroxydeoxyguanosine (8-OHdG) levels had insufficient sensitivity and poor reproducibility. Hence 8OHdG levels were measured using kits along with PON1 levels and other serum parameters including HDL-C, LDL-C, TG and apoAI in serum from 112 patients with lung cancer and 249 patients without. No correlation was found between serum level of PON1 activity and level of 8-OHdG in patients with lung cancer, however a negative non-significant correlation was found between PON1 and 8-OHdG in control. The level of 8-OHdG was significantly higher in lung cancer patients than in controls and in the controls, the OGG1 wild type genotype correlated with reduced levels of 8-OHdG in serum. These studies showed that certain lactones, are toxic and DNA damaging and this can be increased by PON1, suggesting that any association between PON1 and human disease will be substrate dependent and may be PON1 genotype-dependent.

Paraoxonase-1 (PON1) has an anti-oxidative function in preventing the formation of oxidized lipoproteins (LDL and HDL) and hydrolyzing the active metabolites of some organophosphate insecticides (e.g., paraoxon and diazoxon) and other non-physiological substrates. PON1Q192R affects PON1 hydrolytic activity and its protective role against oxidative stress, thereby influencing susceptibility to cardiovascular disease among individuals. The objectives of this study were to determine the effect of race, gender, and age on PON1 activities and PON1192 genotypes in Caucasian and African American Southerners. Serum samples from 200 individuals (equally distributed race and gender classes, ages 25-55) were assayed spectrophotometrically for paraoxon and diazoxon hydrolysis. Data indicate a positive correspondence between PON1192 genotypes and race and PON1 activity and race. Data do not indicate an influence of gender and age on PON1 activities or PON1192 genotypes. These results are useful in explaining the increased risk of cardiovascular disease in African Americans compared to Caucasians

Mississippi has a very high prevalence of coronary artery disease (CAD) and type 2 diabetes (T2D), especially among African Americans compared to Caucasians. This project determined the L55M genotypes of paraoxonase 1 (PON1) in 187 people and evaluated associations of PON1 single nucleotide polymorphisms (SNPs), Q192R and L55M, with CAD and T2D in a Mississippian (southern) population. Significant associations were found with PON1 SNPs and race: genotypes LL, LM, QR, and RR showed significant associations with race (p values 0.0000955, 0.0024, 0.00001244, and 0.00001676, respectively), and combined genotypes LMQQ and LMRR were significantly associated with race (p values = 0.0001013 and 0.000473, respectively). While no significant associations were found between PON1 SNPs and CAD (p values > 0.2374), combined genotype LMQQ and genotype LM trended towards the likelihood of having T2D with p values = 0.0723 and 0.0931, respectively, and are suggestive of a potential biomarker for T2D risk.

La maladie d’Alzheimer (MA) touche environ 35 millions de personnes à travers le monde ce qui en fait la première forme de démence. Le principal facteur de risque de cette maladie est l’âge et donc, avec l’augmentation de l’espérance de vie, on pense que ce nombre va doubler d’ici 2025. C’est donc un problème de santé publique. Le mécanisme à l’origine de la MA n’est pas connu, et il n’existe aucun traitement permettant de guérir ou de ralentir efficacement l’évolution des symptômes. Il est donc urgent de mieux comprendre cette maladie afin de proposer aux patients des traitements efficaces. Certaines études épidémiologiques ont montré que l’hypercholestérolémie est un facteur de risque pour la MA. A l’inverse, la prise de statines diminuerait les risques de développer cette maladie. De plus, des études réalisées in vitro et in vivo ont montré que le cholestérol peut favoriser la production des peptides amyloïdes qui sont à l’origine de la formation des plaques, caractéristiques de la MA. Enfin, certaines études ont montré qu’une baisse des niveaux de HDL peut être un facteur de risque pour la MA. Tous ces résultats nous amènent à penser que le métabolisme du cholestérol puisse être altéré dans la MA. La PON1 est une enzyme associée aux HDL. Elle possède des propriétés anti-inflammatoires et anti-oxydantes. Certaines études ont montré que son activité est réduite dans la MA, et que certains de ses polymorphismes sont associés à cette maladie. La PON1 pourrait donc jouer un rôle dans la MA. Mon projet de thèse a pour but d’investiguer si l’efflux du cholestérol est altéré dans la MA, et de comprendre le mécanisme à l’origine de cette éventuelle altération. Il vise également à étudier la PON1 dans la MA. Nos résultats montrent que l’efflux du cholestérol est diminué dans la MA. Cette baisse est due à une perturbation de la fonctionnalité des HDL et non, à une baisse de l’expression du transporteur ABCA1 qui est impliqué dans la première étape de l’efflux du cholestérol. Nos résultats suggèrent que la baisse de fonctionnalité des HDL soit due à leur oxydation, et à une altération de leur structure. Notre étude montre que l’activité paraoxonase est réduite de manière non significative dans la MA supposant donc, une légère baisse de la fonctionnalité de la PON1. De plus, les polymorphismes 192Q/R et 55L/M de la PON1 ne sont pas associés à cette maladie. Enfin, nos résultats montrent que les HDL des personnes Alzheimer sont plus sensibles à l’oxydation probablement du fait d’une baisse de la fonctionnalité de la PON1. En conclusion, dans la MA, les HDL sont oxydés et leur structure est altérée ce qui entraîne une baisse de l’efflux du cholestérol. Une altération de la fonctionnalité de la PON1 pourrait expliquer, en partie, la sensibilité des HDL à l’oxydation.

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Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.