Bien que l’environnement intra-utérin défavorable soit associé à des conditions pathologiques à l’âge adulte, les mécanismes mis en place in utero ne sont pas encore élucidés. Nous avons établi un modèle de restriction de croissance intra-utérine (RCIU) en donnant une diète faible en sodium à la rate pendant la dernière semaine de gestation. Ce modèle se caractérise par une diminution de perfusion placentaire et une redistribution du flot sanguin, favorisant l’irrigation des organes nobles (cœur et cerveau) au détriment du rein fœtal. De plus, l’expression rénale du facteur de croissance endothéliale vasculaire (VEGF) est diminuée chez le fœtus. L’hypothèse de travail est que la néoglucogenèse hépatique et rénale augmente chez les fœtus RCIU afin de compenser la diminution de perfusion placentaire, et que l’expression rénale des récepteurs de VEGF (Flt-1 et Flk-1) est altérée à la suite de la redistribution du flot sanguin. Nos objectifs étaient de comparer l’expression protéique des enzymes de la néoglucogenèse et des récepteurs de VEGF entre les fœtus témoins et RCIU. L’aldolase B, la fructose-1,6-biphosphatase et la glucose-6-phosphatase augmentent dans les reins de fœtus RCIU par rapport aux témoins alors qu’aucun changement n’est observé dans le foie. De plus, l’expression de ces enzymes est différente selon le sexe du fœtus. Une diminution de Flt-1 est notée dans les reins de fœtus RCIU. Nos résultats démontrent que des adaptations surviennent chez le fœtus à la suite d’une insulte intra-utérine favorisant sa survie mais ayant des conséquences telles que la dysfonction rénale observée chez les adultes de ce modèle animal. À long terme, ces travaux pourront permettre d’entrevoir des avenues pour mieux identifier les approches de prévention lors de naissance à la suite d’une RCIU. / An adverse intrauterine environment is associated with several pathological conditions at adult age, however, the mechanisms underlying such a link remain to be elucidated. Feeding a low-sodium diet to dams during the last week of gestation consistently resulted in giving birth to intrauterine growth restriction (IUGR) offsprings. The present model is characterized by a reduced placental perfusion and a redistribution of a preferential blood flow to the brain and heart at the expense of the kidney. Moreover, renal expression of the vascular endothelial growth factor (VEGF) is decreased in the IUGR fetuses. In this view, we hypothesize that the hepatic and renal gluconeogenesis is increased in the IUGR fetus in order to compensate the diminished placental perfusion, and the renal expression of VEGF receptors (Flt-1 and Flk-1) is altered in response to the redistribution of the blood flow. The specific aim of this study was to compare the protein expression of gluconeogenic enzymes and VEGF receptors between IUGR and control fetuses. Aldolase B, fructose-1,6- biphosphatase and glucose-6-phosphatase were significantly increased in the IUGR fetal kidneys compared to controls. However, gluconeogenic enzymes did not show any significant change in the IUGR liver. The fetal sex had an impact on the enzymes expression. A decreased expression of Flt-1 was also noted in the kidneys of the IUGR fetuses. Our results pointed out alterations in the fetal life that may be, in a way, essentiel for the survival of the fetus, but somehow, responsible for many pathological consequences at adult age, as the renal dysfunction observed in the present model. For the long term, this work may lead to many future perspectives helping to prevent several diseases, such as hypertension or diabetes for an IUGR case.

L'influence de l'hypothèse de la programmation fœtale sur la stéato-hépatite non-alcoolique (NASH) n’a pas été suffisamment étudiée. La carence en donneurs de méthyles pendant la grossesse et l'allaitement est fréquente dans la population et est un modèle expérimental de programmation fœtale. Dans ce modèle, elle entraîne une stéatose hépatique chez les ratons de 21 jours, résultant notamment d'une déficience de l'oxydation des acides gras. Nous avons évalué les effets de la programmation fœtale sur la NASH chez des rats Wistar nés de mères recevant soit un régime standard, soit un régime carencé en donneurs de méthyles (iMDD), pendant la gestation et l'allaitement. Les ratons sevrés ont ensuite reçu un régime standard (D21 à D50), puis une partie de ces rats devenus adultes ont ensuite été soumis à un régime hyper-énergétique (HF) (D50 à D185). Les animaux ont été sacrifiés à D50 et D185. Nous avons observé une augmentation de la graisse abdominale et du rapport ASAT/ALAT, mais aucune anomalie histologique hépatique chez les rats D50 iMDD. En revanche, les rats D185 iMDD/HF ont développé une NASH, avec les caractéristiques d'une insulino-résistance ainsi qu'une augmentation de l'expression de nombreux gènes et protéines impliqués dans l'inflammasome, l'activation des cellules étoilées hépatiques, la fibrose et le remodelage tissulaire, incluant l'AngII, TGFβ1 et NFκB. En conclusion, la carence en donneurs de méthyles pendant la gestation et l'allaitement produit une NASH chez des animaux soumis ultérieurement à un régime hyper-énergétique à l'âge adulte, malgré le retour préalable à une alimentation standard. Ces résultats suggèrent qu'une carence gestationnelle en donneurs de méthyles est un facteur de risque de NASH chez les individus exposés ultérieurement à un régime hyper-énergétique. / The influence of fetal programming hypothesis on non-alcoholic steato-hepatitis (NASH) has deserved insufficient interest. Methyl donor deficiency during pregnancy and lactation is frequent in population and is an experimental model of fetal programming. In this model, it produces a liver steatosis in 21 days old pups, which results from decreased fatty acid oxidation. We evaluated the effects of fetal programming on NASH in Wistar rats born from mothers fed either a control or a methyl donor deficient (iMDD) diet during pregnancy and lactation. Pups received a control diet after weaning (D21 to D50) and a part from adult rats were fed with an high-fat diet (HF) (D50 to D185). Animals were sacrificed at D50 and D185. In D50 iMDD rats, we observed an increased abdominal fat and ASAT/ALAT ratio, but no liver histological abnormality. However, D185 iMDD/HF rats have developed NASH, with hallmarks of insulin resistance and increased expression of several genes and proteins involved in inflammasome, stellate cell stimulation, fibrosis and tissu remodelling, including AngII, TGFβ1 and NFκB. In conclusion, MDD during pregnancy and lactation produces NASH in animals subjected subsequently to an high-fat diet during adulthood, despite the recovery of a control diet. These results suggest that MDD during pregnancy is a risk factor of NASH development in subjects subsequently exposed to high-fat diet.

Bien que l’environnement intra-utérin défavorable soit associé à des conditions pathologiques à l’âge adulte, les mécanismes mis en place in utero ne sont pas encore élucidés. Nous avons établi un modèle de restriction de croissance intra-utérine (RCIU) en donnant une diète faible en sodium à la rate pendant la dernière semaine de gestation. Ce modèle se caractérise par une diminution de perfusion placentaire et une redistribution du flot sanguin, favorisant l’irrigation des organes nobles (cœur et cerveau) au détriment du rein fœtal. De plus, l’expression rénale du facteur de croissance endothéliale vasculaire (VEGF) est diminuée chez le fœtus. L’hypothèse de travail est que la néoglucogenèse hépatique et rénale augmente chez les fœtus RCIU afin de compenser la diminution de perfusion placentaire, et que l’expression rénale des récepteurs de VEGF (Flt-1 et Flk-1) est altérée à la suite de la redistribution du flot sanguin. Nos objectifs étaient de comparer l’expression protéique des enzymes de la néoglucogenèse et des récepteurs de VEGF entre les fœtus témoins et RCIU. L’aldolase B, la fructose-1,6-biphosphatase et la glucose-6-phosphatase augmentent dans les reins de fœtus RCIU par rapport aux témoins alors qu’aucun changement n’est observé dans le foie. De plus, l’expression de ces enzymes est différente selon le sexe du fœtus. Une diminution de Flt-1 est notée dans les reins de fœtus RCIU. Nos résultats démontrent que des adaptations surviennent chez le fœtus à la suite d’une insulte intra-utérine favorisant sa survie mais ayant des conséquences telles que la dysfonction rénale observée chez les adultes de ce modèle animal. À long terme, ces travaux pourront permettre d’entrevoir des avenues pour mieux identifier les approches de prévention lors de naissance à la suite d’une RCIU. / An adverse intrauterine environment is associated with several pathological conditions at adult age, however, the mechanisms underlying such a link remain to be elucidated. Feeding a low-sodium diet to dams during the last week of gestation consistently resulted in giving birth to intrauterine growth restriction (IUGR) offsprings. The present model is characterized by a reduced placental perfusion and a redistribution of a preferential blood flow to the brain and heart at the expense of the kidney. Moreover, renal expression of the vascular endothelial growth factor (VEGF) is decreased in the IUGR fetuses. In this view, we hypothesize that the hepatic and renal gluconeogenesis is increased in the IUGR fetus in order to compensate the diminished placental perfusion, and the renal expression of VEGF receptors (Flt-1 and Flk-1) is altered in response to the redistribution of the blood flow. The specific aim of this study was to compare the protein expression of gluconeogenic enzymes and VEGF receptors between IUGR and control fetuses. Aldolase B, fructose-1,6- biphosphatase and glucose-6-phosphatase were significantly increased in the IUGR fetal kidneys compared to controls. However, gluconeogenic enzymes did not show any significant change in the IUGR liver. The fetal sex had an impact on the enzymes expression. A decreased expression of Flt-1 was also noted in the kidneys of the IUGR fetuses. Our results pointed out alterations in the fetal life that may be, in a way, essentiel for the survival of the fetus, but somehow, responsible for many pathological consequences at adult age, as the renal dysfunction observed in the present model. For the long term, this work may lead to many future perspectives helping to prevent several diseases, such as hypertension or diabetes for an IUGR case.

Une des caractéristiques les plus connues de la programmation métabolique est qu’un événement commun physiopathologique à l'âge adulte obtenu indépendamment du stress nutritionnel au début de la vie. Cela a conduit à penser que les altérations métaboliques dûes au stress nutritionnel précoce pouvaient résulter de la programmation seulement d’un petit nombre de gènes qui agissent comme gardiens d'un réseau de gènes ou d'une voie de signalisation. Ici nous avons l’intention de tester cette hypothèse par l'analyse combinée du transcriptome et méthylome avec des échantillons de foie des rats nés de mères nourries avec une alimentation restreinte en protéines (MPR) ou carencée en donneur de méthyles (MDD) pendant la gestation et la lactation et comparer entre les 2 modèls. Au moment du sevrage, la progéniture MDD a été sacrifiée, tandis que la progéniture du groupe MPR a reçu une nourriture standard jusqu'à l'âge de 6 mois. Les rats à jours 21 nés de mères nourries avec un régime MDD ont 3.269 gènes surexprimé (P <0,0009) et 2.841 gènes sous-exprimés (P <0,0004) par rapport aux témoins. Les modifications de méthylation de l'ADN ont été trouvées dans les régions promotrices de 1.032 gènes. Les analyses fonctionnelles ont révélé que ces gènes sont principalement impliqués dans le métabolisme des lipides et du glucose, du système nerveux, la coagulation, le stress du réticulum endoplasmique et la fonction mitochondriale. Les master genes présentant des changements à la fois dans l'expression et la méthylation d'ADN sont limités à 266 gènes et ils sont principalement impliqués dans le système rénine-angiotensine, le métabolisme de la mitochondrie et de l'homéostasie phospholipide. La plupart de ces master genes participent à la Non Alcoholic Fatty Liver Disease (NAFLD). La restriction protéique maternelle (MPR) a entraîné une augmentation de la masse grasse abnominale, de l'hypertriglycéridémie, de l'hypercholestérolémie et un taux élevé d’acides gras par rapport aux témoins. 3.020 gènes sont surexprimés (P<0,0003) et 3.601 sous-exprimés (P<0,002) au niveau du transcriptome et 3.968 gènes modifiés au niveau du méthylome par rapport aux témoins. L'analyse fonctionnelle a indiqué que les gènes surexprimés sont principalement impliqués dans les voies métaboliques et les gènes sous-exprimés et différemment méthylés sont principalement impliqués dans des processus du développement. 998 master genes ont été trouvés, et léanalyse fonctionnelle de ces gènes a indiqué un effet significatif sur le développement des tissus, la régulation de la transcription et le métabolisme, et beaucoup d'entre eux sont associés à des maladies chroniques comme l'hypertension, l'obésité centrale et le diabète. L'expression des gènes et la méthylation de l'ADN du génome obtenus en utilisant ces modèles ont été comparés aux données de méthylome et de transcriptome précédemment obtenus à partir de foie des rats restreints en protéines et sacrifiés à la naissance. Cette analyse a révélé un ensemble commun de 46 gènes qui sont sur-exprimés et 42 gènes sous-exprimés dans les trois modèles de programmation métabolique par rapport aux animaux témoins. La plupart des gènes surexprimés sont impliqués dans la régulation de la fonction mitochondriale alors que les gènes sous-exprimés sont principalement impliquées dans la régulation de la prolifération cellulaire et l'expression des gènes. Nous avons identifié également un ensemble de 122 gènes dont les niveaux de méthylation ont été modifiés à la fois par une carence en donneurs de méthyle et une restriction protéique. Ces observations soutiennent l’hypothèse qu’un petit nombre de gènes essentiels sont à la base de la programmation de troubles métaboliques, indépendamment du stress nutritionnel / One of the most striking features of metabolic programming is that a common physiopathological output at adulthood is obtained irrespective to the nutritional insult during early life. This has suggested that the metabolic alterations due to early nutritional stress might result from the programming of only a small number of genes which act as gatekeepers of a fundamental gene network or signalling pathway. Here we aimed to test this hypothesis through the combined analysis of the transcriptome and methylome in rat liver samples derived from animals born to dams fed either a protein-restricted diet (MPR) or a methyl donor deficient (MDD) diet through gestation and lactation. At weaning, the offspring born to MDD dams were sacrificed whereas the pups from the MPR group were fed standard chow until the age of 6 months. 21-day-old rats born to mothers fed a MDD diet during gestation and lactation have 3,269 over-expressed (P<0.0009) and 2,841 under-expressed (P<0.0004) genes compared to controls. Modifications of DNA methylation were found in the promoter regions of 1,032 genes. Functional analyses revealed that these genes are mainly involved in glucose and lipid metabolism, nervous system, coagulation, endoplasmic reticulum stress and mitochondrial function. Master genes exhibiting changes in both gene expression and DNA methylation are limited to 266 genes and are mainly involved in the renin-angiotensin system, mitochondrion metabolism and phospholipid homeostasis. Most of these master genes participate in Non Alcoholic Fatty Liver Disease (NAFLD). Maternal protein restriction (MPR) resulted in increased fat mass, hypertriglyceridemia, hypercholesterolemia and high fatty acids compared to control. 3,020 genes were up-regulated (p < 0.0003) and 3,601 (p ? 0.002) down-regulated by MPR compared to controls. Modifications of DNA methylation was found in 3,968 genes. The functional analysis indicated that the overexpressed genes were mainly involved in metabolic pathways and the under-expressed and differentially methylated genes were mainly involved in physiological process. 998 master genes were found, functional analysis of these genes indicated a significant effect on tissue development, regulation of transcription and metabolism, and many of them are associated with chronic diseases such as hypertension, central obesity and diabetes. The genome-wide expression and DNA metylation results obtained using these models, were compared to previous methylome and transcriptome data obtained using liver from MPR pups sacrificed at birth. This analysis revealed a common set of 46 genes that were up regulated and 42 genes down regulated in the three models of metabolic programming compared to control animals. Most of the up regulated genes are involved in the regulation of mitochondrial function whereas the down-regulated genes are mainly involved in the regulation of cell proliferation and gene expression. We identified also a set of 122 genes whose methylation levels were changed both by methyl donor deficiency and protein-restriction. These observations sustain the hypothesis that a small set of core genes underlies the programming of metabolic disorders irrespective of the nutritional insult

Le retard de croissance intra-utérin (RCIU) est une complication fréquente de la grossesse qui se traduit à la naissance par un poids et/ou une taille inférieurs au dixième percentile par rapport à l’âge gestationnel. Il représente un problème majeur de santé publique avec une augmentation de la morbi-mortalité néonatale et un risque accru de développer des maladies cardiovasculaires et un diabète à l’âge adulte. Le RCIU humain est une pathologie complexe et multifactorielle avec une physiopathologie incomplètement élucidée dans près de 30 à 40% des cas. L’objectif de ce travail a été de progresser sur la physiopathologie du RCIU humain et de proposer des gènes candidats impliqués. J’ai analysé les perturbations d’expression génique dans des placentas issus de grossesses avec et sans RCIU, participé à la caractérisation d’un modèle animal de rate gestante soumise à un régime hypoprotidique, mis au point et validé un modèle cellulaire de cellules JEG-3 transformées par surexpression du gène PDX1 et/ou déplétées en acides aminés constituant un modèle important des effets du RCIU. J’ai étudié le rôle et l’implication de plusieurs gènes candidats : IMP3, les Cullines et PDX1. J’ai enfin participé à l’identification de nouveaux gènes soumis à empreinte dans le placenta. Ce travail de thèse a confirmé le rôle essentiel de l’apoptose et des régulations épigénétiques, plus particulièrement les modifications de profil de méthylation de l’ADN, dans le RCIU. L’analyse transcriptomique des placentas humains de grossesse avec RCIU a confirmé le rôle essentiel de 3 gènes : la leptine, IGFBP1 et RBP4. Enfin l’utilisation de notre modèle cellulaire a permis de confirmer l’implication de PDX1 dans le RCIU, PDX1 contrebalance les effets transcriptomiques de la déplétion en acides aminés sur les cellules JEG en culture. En extrapolant ces résultats à la pathologie humaine, on peut émettre l’hypothèse que l’induction placentaire de PDX1 en situation de RCIU permettrait de contrebalancer ou de limiter les effets délétères du RCIU pour la survie du fœtus. La leptine, IGFBP, RBP4 et PDX1 sont de bons candidats à la fois pour l’origine du RCIU et également pour la prédiction de l’évolution possible vers un syndrome métabolique chez les adultes anciens RCIU. Des études complémentaires sur le rôle et l’implication de ces 4 gènes dans la physiopathologie du RCIU ainsi que dans la programmation fœtale des pathologies cardiovasculaires, de l’obésité et de l’intolérance glucidique à l’âge adulte restent nécessaires. / Intra-uterine growth restriction (IUGR) is a frequent complication of pregnancy that leads to a baby with a birth weight and/or size below the 10th percentile for a given gestational age. IUGR represents a major public health problem associated with neonatal increased morbidity and mortality and an increased risk to develop cardiovascular pathologies and diabetes in adulthood. Human IUGR is a complex and multi-factorial pathology with an incompletely characterised physiopathology in up to 30 to 40% of cases. The goal of this work was to improve the knowledge on the physiopathology of IUGR and to propose implicated candidate genes.I analysed modulations of gene expression in placentas from pregnancies with and without IUGR, participated to the characterisation of an IUGR animal model of female rat fed with a hypoprotidic diet during gestation, set up and validated a cellular model of JEG-3 cells transformed by over-expression of the PDX1 gene and/or depletion of amino acids to provide a handy model of IUGR effects. I studied the role and implication of candidate genes: IMP3, the Cullin family and PDX1. Finally I participated to the identification of new imprinted genes in the human placenta. This thesis work confirmed the essential role of apoptosis and epigenetic regulations, in particular modifications of DNA methylation profiles, in IUGR. Transcriptomic analysis of human placentas from IUGR and control pregnancies confirmed the crucial role of 3 genes: leptin, IGFBP1 and RBP4. Finally, the use of our cellular model strengthened the role of PDX1 in IUGR, where it counterbalances the transcriptomic effects of amino acid depletion in cultured JEG-3 cells. By extrapolating these results to the human pathology, we can suggest the hypothesis that the placental induction of PDX1 in IUGR could counterbalance or limit the deleterious effects of IUGR on the foetus’ survival. Leptin, IGFBP1, RBP4 and PDX1 are good candidates to explain the origin of IUGR as well as to predict the potential evolution towards a metabolic syndrome in adults that suffered from IUGR. Complementary studies on the role and function of these 4 genes in IUGR physiopathology and also in foetal programming of cardiovascular pathologies, obesity and glucidic intolerance in adulthood remain necessary.

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La santé maternelle et la santé pédiatrique font partie des priorités de santé publique mondiale. La présente thèse a pour objectif d’élargir les connaissances portant sur l’influence de la santé maternelle durant la grossesse sur la santé pondérale et cardiométabolique de la population pédiatrique. Une première étude a montré qu’une exposition intra-utérine à une ou plusieurs conditions gestationnelles sous-optimales (diabète gestationnel, désordres hypertensifs de la grossesse, tabagisme maternel durant la grossesse) avait un effet délétère sur la santé pondérale et cardiométabolique de la population pédiatrique et que cet effet était spécifique au sexe. Une seconde étude a montré que l’efficacité mécanique et l’oxydation des substrats énergétiques (lipides et glucides) au repos et durant l’exercice ne sont pas altérées dans cette population en comparaison avec les enfants non exposés. Ainsi, ce résultat suggère que d’autres mécanismes seraient à l’origine des effets délétères des conditions gestationnelles sous-optimales sur la santé pondérale et cardiométabolique de cette population. Enfin, la troisième étude a montré que seule l’activité physique d’intensité légère réduisait l’effet délétère d’une exposition intra-utérine à plus d’une condition gestationnelle sous-optimale sur le taux de cholestérol à lipoprotéine de haute densité chez les garçons. De plus, une durée de sommeil correspondant aux recommandations canadiennes actuelles n’avait pas d’effet protecteur vis-à-vis du risque d’obésité abdominale (enfants) et d’obésité (filles) dans le contexte d’une exposition au tabagisme maternel durant la grossesse. Par ailleurs, les autres saines habitudes de vie telles que l’activité physique d’intensité moyenne à élevée et une alimentation riche en fruits et légumes, en produits laitiers et en produits céréaliers n’ont pas contrecarré les effets délétères d’une exposition intra-utérine à une ou plusieurs conditions gestationnelles sous-optimales sur la santé pondérale et cardiométabolique des enfants. L’ensemble de ces résultats souligne l’importance de la santé maternelle durant la grossesse pour la santé pondérale et cardiométabolique de la population pédiatrique. Par ailleurs, étant donné que ces effets délétères ne sont que peu contrecarrés par les habitudes de vie durant l’enfance, il reste important de continuer les efforts de prévention et de prise en charge des conditions gestationnelles sous-optimales auprès des femmes enceintes qui les présentent. En terminant, il est important de continuer à explorer les mécanismes sous-jacents à ces effets délétères et à déterminer si des interventions en habitudes de vie peuvent prévenir l’obésité et les facteurs de risque cardiométaboliques dans cette population. / Maternal and children’s health are major worldwide public health concerns. The current thesis aimed to explore the impact of maternal health during pregnancy on children’s and adolescents’ health and included three original research projects. The first study found that a prenatal exposure to independent or combined suboptimal gestational factors (SGF : gestational diabetes mellitus, hypertensive disorders during pregnancy, maternal smoking during pregnancy) was positively associated with obesity and cardiometabolic risk factors in children around puberty, and these associations were sex-dependent. The second study found that children exposed to one SGF display a similar physiological response in terms of mechanical efficiency and substrate oxidation at rest and during exercise (submaximal and maximal) in comparison with non-exposed children. The third study of the thesis found that light-intensity physical activity reduced the adverse impact of prenatal exposure to combined SGF on high density lipoprotein-cholestrol levels in boys. A sleep duration within the range of the current Canadian recommendations for sleep did not mitigate the risk of high waist circumference (children) and obesity (girls) in a context of exposure to maternal smoking during pregnancy. Furthermore, other lifestyle factors such as moderate-to-vigorous physical activity and a healthy diet (intakes of: fruits and vegetables, grains, and dairy products), did not mitigate the adverse impact of a prenatal exposure to independent or combined SGF on children’s risk of obesity and cardiomeatbolic outcomes. Taken together, these results suggest that it is important to continue maternal SGF prevention and management programs to provide optimal health for children. Moreover, future studies should also develop and evaluate the impact of lifestyle habits interventions to design future prevention strategies during childhood and adolescence to reduce obesity and cardiometabolic risk factors in this population.