Nigella sativa ou cumin noir est une plante et un condiment populaires. Les graines de N. sativa sont très utilisées en médecine traditionnelle des pays nord africains pour le traitement du diabète. Cependant, les mécanismes d'actions cellulaires et moléculaires via lesquels cette plante exerce son effet euglycémiant restent encore mal compris. Le but de notre étude est d'examiner l’effet de N. sativa sur la sécrétion d’insuline, le transport de glucose et sur les voies de signalisation impliquées dans l’homéostasie et le métabolisme de glucose, en utilisant des essais biologiques sur des cultures cellulaires murines (cellules β pancréatiques βTC, myoblastes C2C12, hépatocytes H4IIE et adipocytes 3T3-L1) et des études in vivo chez le rat normoglycémique et le Meriones shawi (rongeur) diabétique. Chez les cellules β pancréatiques, N. sativa a augmenté leur prolifération ainsi que la sécrétion basale et gluco-stimulée de l’insuline. N. sativa a augmenté aussi la prise de glucose de 50% chez les cellules musculaires alors que chez les cellules graisseuses, la prise de glucose est augmentée jusqu’au 400%. Les expériences d’immunobuvardage de type western ont montré que N. sativa stimule les voies de signalisation de l’insuline (Akt et ERKs) et aussi celle insulino-indépendante (AMPK) chez les cellules C2C12. Par contre, chez les 3T3-L1, l’augmentation de transport de glucose est plutôt reliée à une activation de la voie de peroxisome proliferator activated receptor γ (PPARγ). Chez les hépatocytes, N. sativa augmente la stimulation des protéines intracellulaires Akt et 5' adenosine monophosphate-activated protein kinase (AMPK). Cette activation de l’AMPK est associée à un effet découpleur de la plante au niveau de la phosphorylation oxydative mitochondriale. Par ailleurs, chez les Meriones shawi diabétiques, N. sativa diminue graduellement la glycémie à jeun ainsi que la réponse glycémique (AUC) à une charge orale en glucose (OGTT) pour atteindre des valeurs semblables aux animaux témoins après quatre semaines de traitement. Une amélioration du profile lipidique est observée autant chez les Meriones shawi diabétiques que chez les rats normaux. Au niveau moléculaire, N. sativa augmente le contenu musculaire en glucose transporter 4 Glut4 et la phosphorylation de l’acetyl-coenzyme A carboxylase ACC dans le muscle soléaire et le foie chez les Mériones shawi diabétiques. Par contre, chez le rat normal, on assiste à une stimulation des voies de signalisation de l’insuline (Akt et ERK) au niveau hépatique. En conclusion, nous avons confirmé l’action insulinotropique de N. sativa au niveau des cellules β pancréatiques et mis en évidence un effet proliférateur pouvant potentiellement s’avérer utile pour contrecarrer la perte de masse cellulaire observée chez les diabétiques. Notre étude a également mis en évidence pour la première fois que N. sativa exerce son activité antidiabétique par une combinaison d’effets insulino-mimétiques et insulino-sensibilisateurs directs permettant ainsi d’augmenter le transport de glucose des tissus périphériques. Cette action de N. sativa est liée à une stimulation des voies de signalisation intracellulaires insulinodépendantes et -indépendantes (AMPK) chez le muscle squelettique et le foie alors qu’elle passe par la voie des PPARγ au niveau du tissu adipeux. Finalement, l’étude in vivo vient confirmer l’effet antidiabétique de N. sativa. Notre apport novateur se situe au niveau de la démonstration que l’activité antidiabétique de N. sativa chez le Meriones shawi diabétique est la résultante des mêmes activités que celles déterminées au niveau de l’étude in vitro. En effet, N. sativa active la voie de l’AMPK, améliore la sensibilité à l’insuline et augmente l’insulinémie. Notre étude montre aussi que N. sativa possède une activité antilipidémiante. Ces résultats confirment le bien-fondé de l'utilisation ethnopharmacologique de N. sativa comme traitement du diabète et des perturbations du métabolisme lipidique qui y sont associées. De plus, les actions pléiotropiques de N. sativa en font un traitement alternatif ou complémentaire du diabète très prometteur qui encouragent à présent la tenue d’études cliniques de bonne qualité. / Nigella sativa or black cumin is a medicinal plant and a popular condiment. The seeds of N. sativa are widely used in the traditional medicine of North African countries for the treatment of diabetes. However, the cellular and molecular mechanisms of action through which the plant exerts its hypoglycemic effect remain unclear. The aim of our study is to determine the effect of N. sativa on insulin secretion, glucose transport and signaling pathways involved in the regulation of glucose homeostasis and metabolism. We carried out in vitro murine cell-based bioassays (βTC pancreatic β cells, C2C12 myoblasts, H4IIE hepatocytes and 3T3-L1 adipocytes) and in vivo studies in normoglycemic rats and diabetic Meriones shawi (rodent). In pancreatic β cells, N. sativa increased cell proliferation as well as basal and glucose stimulated insulin secretion. It also enhanced glucose uptake in muscle cells by 50%. Moreover, the increase of glucose uptake in fat cells reached levels up to 400%. The experiments using Western immunoblot analysis showed that N. sativa stimulated insulin-dependent (Akt and ERK) as well as -independent (AMPK) pathways in C2C12 cells. In 3T3-L1 cells, the increase of glucose uptake was attributed to the activation of the peroxisome proliferator activated receptor γ (PPARγ) pathway. Similarly to C2C12 cells, N. sativa activated Akt and 5' adenosine monophosphate-activated protein kinase (AMPK) in hepatocytes. This activation of AMPK was associated with an uncoupling effect on mitochondrial oxidative phosphorylation. In diabetic Meriones, N. sativa gradually decreased fasting blood glucose and the glycemic response to an oral glucose load (OGTT) to values similar to normal animals at the end of treatment. Improved lipid profile is observed in both animal models. At the molecular level, N. sativa increased muscle glucose transporter 4 (Glut4) content and acetyl-coenzyme A carboxylase (ACC) phosphorylation in soleus muscle and liver in diabetic Meriones shawi. In normal rats, the plant extract induced a stimulation of insulin signaling pathways (Akt and ERK) in the liver. In conclusion, N. sativa has an insulinotropic effect on pancreatic β cells. Our study has revealed for the first time that N. sativa exerts its antidiabetic activity by a combination of insulino-mimetic and insulin-sensitizing effects, thereby increasing glucose uptake in peripheral tissues. This effect of N. sativa is linked to the stimulation of insulin-dependent and -independent (AMPK) pathway in skeletal muscle and liver, while in adipose tissue, the effect was attributed to the activation of PPARγ. Finally, the in vivo study confirms the antidiabetic and antihyperlipidemic effects of N. sativa. Our original contribution lies in the demonstration that the in vivo antidiabetic action of N. sativa is exerted though the same mechanisms identified by our in vitro studies. These data support the soundness of the ethnobotanical use of this plant for the treatment of diabetes and its associated dyslipidemia. Moreover, the pleiotropic actions of N. sativa make it a very promising alternative or complementary treatment for diabetes, which calls for immediate high quality clinical trials.

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L’axe adénosinergique est au cœur de divers processus pathophysiologiques. L’enzyme CD73 joue un rôle pivot dans la génération de l’adénosine en catalysant la déphosphorylation de l’adénosine monophosphate. L’adénosine contribue à un éventail large de processus biologiques et pathologiques, principalement via l’activation de récepteurs transmembranaires. L’adénosine est principalement reconnue pour son activité régulatrice des cellules immunitaires et CD73 pour son rôle dans l’accumulation de l’adénosine dans le microenvironnement tumoral. En effet, en altérant la réponse immunitaire anti-tumorale via l’inhibition des fonctions effectrices de divers types de cellules immunes, CD73 et l’adénosine sont fréquemment associés à la progression tumorale et s’inscrivent comme cibles thérapeutiques intéressantes. Les rôles de CD73 et l’adénosine dans d’autres processus immunitaires physiologiques ne sont pas tous aussi bien compris, notamment concernant les processus d’immunisations. En utilisant un modèle murin d’immunisation contre le pneumocoque, cette thèse démontre un rôle positif, mais non essentiel, de CD73 et de l’adénosine dans la commutation isotypique des lymphocytes B et la génération d’une immunité protectrice contre l’infection au S. pneumoniae. Cette découverte est pertinente au développement de stratégies thérapeutiques afin d’augmenter l’efficacité d’immunisation dépendante des cellules B, plus particulièrement chez les populations à risque en bas âge. Ensuite, alors que la modulation de l’axe adénosinergique, notamment via l’inhibition de CD73, est une avenue thérapeutique étudiée dans divers contextes de tumeurs solides, ce potentiel thérapeutique demeure largement inexploré dans des modèles de néoplasmes sanguins. En utilisant un modèle de souris transgénique de leucémie spontanée, cette thèse démontre un rôle pro-tumorigénique, avec un biais sexuel, de CD73 dans la leucémie lymphoïde chronique des lymphocytes B (LLC), via l’altération de l’immunité anti-tumorale. Enfin, alors que les rôles immunosuppressifs de CD73 et l’adénosine sont bien décrits, leurs activités pro-tumorigéniques qui s’étendent au-delà de l’immunité anti-tumorale sont peu connues. En accord avec la littérature, cette thèse explore plusieurs hypothèses selon lesquelles CD73 module l’activité métabolique mitochondriale des cellules cancéreuses. Les résultats présentés dans cette thèse suggèrent un rôle pro-tumorigénique à l’enzyme CD73, indépendant de la signalisation adénosinergique et de l’inhibition de l’immunité anti-tumorale, qui favorise la flexibilité métabolique et plus particulièrement la respiration mitochondriale des cellules cancéreuses, via la voie de récupération de la biosynthèse du nicotinamide (NAD+). En résumé, cette thèse apporte plusieurs précisions quant aux rôles biologiques de l’enzyme CD73 qui sont pertinents à l’immunisation dépendante des lymphocytes B, à la pathogénèse de la LLC ainsi qu’à la régulation de l’activité métabolique des cellules cancéreuses. Cette thèse offre de nouvelles pistes de réflexion quant au potentiel thérapeutique que renferme l’axe adénosinergique et plus particulièrement CD73, en approfondissant nos connaissances quant à l’éventail de ses fonctions. / The adenosinergic axis is central to a plethora of pathophysiological processes. The enzyme CD73 is key to the generation of adenosine by catalyzing the dephosphorylation of adenosine monophosphate. Adenosine’s contribution to biological and pathological processes is mainly carried through the activation of transmembrane receptors. Adenosine is mostly appreciated for its regulatory activity on a variety of immunes cells whereas CD73 is often referred to the enzyme responsible for adenosine accumulation within tumor microenvironment. Thus, by hindering antitumoral immune responses, CD73 and adenosine are frequently associated with cancer progression and targeting these offers great therapeutic potential in clinic. CD73 and adenosine’s role in other immune physiological processes are not fully understood, notably regarding immunization processes. Using a murine model of pneumococcal immunization, this thesis herein demonstrates a positive, but non-essential, role for CD73 and adenosine in B cells’ isotype class switching required to protective immunity against S. pneumoniae. This finding is particularly relevant to the development of novel strategies aimed at enhancing B cell-dependent immunization in high-risk populations such as young infants. While targeting the adenosinergic axis, particularly CD73, was extensively proven efficient in restoring antitumor immunity in many solid tumor contexts, its therapeutic potential in blood neoplastic malignancies remain largely unexplored. Using a transgenic mouse model of spontaneous leukemia, this thesis identifies a sex-oriented pro-tumorigenic role for CD73 in favoring B cells chronic lymphocytic leukemia (CLL) progression, through the inhibition of antitumor immunity. Finally, while immunosuppression by CD73 and adenosine is well described in cancer, other immune-independent pro-tumorigenic roles of CD73 are poorly understood. In accordance with literature, this thesis explores various hypotheses by which CD73 regulates cancer cells’ mitochondrial metabolic activity. Results presented herein suggest an immune- and adenosine signaling-independent pro-tumorigenic function for CD73 in favoring cancer cells’ metabolic flexibility and more particularly mitochondrial respiration through the nicotinamide (NAD+) salvage biosynthesis pathway. In sum, this thesis brings many insights into CD73’s biological functions relevant to B cells-dependent immunization, in CLL pathogenesis and in cancer cells’ metabolic activity. By expanding our knowledge of the extend of CD73’s biological functions, this thesis further discusses novel potential therapeutic opportunities.