The objective of these studies was to investigate the milk fat synthesis regulation by transcription factors. In the first study, bovine mammary epithelial (MAC-T) cells were treated with sterol regulatory element binding protein-1 (SREBP-1) specific siRNA. The mRNA and protein expression of SREBP-1 were decreased by more than 90% by siRNA. Fatty acid (FA) synthesis, uptake, and selected lipogenic enzyme expression were reduced in cells treated with SREBP-1 siRNA. Therefore, SREBP-1 plays an important role in integrated regulation of lipid synthesis in MAC-T cells through regulation of key enzymes. In the second study, MAC-T cells treated with hormones or FA were transfected with luciferase reporter constructs containing response elements for SREBP-1, peroxisome proliferator-activated receptor γ (PPARγ), or liver X receptor (LXR). The activation of PPARγ and SREBP-1 were stimulated by insulin and insulin combined with leptin, respectively. Trans-10, cis-12 conjugated linoleic acid (CLA) inhibited SREBP-1 activation, and this inhibition was not attenuated by insulin and leptin. Neither trans-10 nor cis-12 double bond inhibited SREBP-1 activation. Taken together, trans-10 and cis-12 double bonds need to be conjugated in CLA to reduce SREBP-1 activation and this inhibition cannot be overcome by insulin and leptin combination in MAC-T cells. In the third study, lactating dairy cows were intravenously infused with 0.625 g/h trans-10, cis-12 CLA for 14 h. We confirmed the appearance of trans-10, cis-12 CLA in the milk of CLA treated cows. Milk and component yield were not affected by the CLA treatment. The desaturation of stearic acid was reduced by CLA. The mRNA and protein expression of transcription factors or lipogenic enzymes were not affected by trans-10, cis-12 CLA. DNA-binding activities for PPARγ and LXR and the activation of SREBP-1 to its mature form were not changed by the treatment. The infusion time in this study was probably too short to induce any changes in transcription factors and lipogenic enzymes. We confirmed DNA-binding activities of PPARγ and LXR in bovine mammary gland. Overall, a prominent role for SREBP-1 in mammary epithelial cell lipid synthetic pathways was described and regulation of transcription factor activation by trans-10, cis-12 CLA was specific to SREBP-1. / Ph. D.

Les protéines SREBP-1, Sterol Response Element Binding Proteins, sont des régulateurs clés du métabolisme des lipides et du cholestérol. A ce titre, ils ont été largement étudiés dans le foie et le tissu adipeux. Les facteurs SREBP-1 sont également exprimés dans le muscle squelettique au sein duquel ils sont les principaux médiateurs des effets géniques de l’insuline.Les travaux de thèse présentés dans ce manuscrit ont eu pour but de définir le rôle spécifique de SREBP-1 dans le muscle squelettique. L’étude transcriptomique de cellules musculaires humaines révèle plus de1500 gènes régulés par SREBP-1 dans le muscle squelettique humain, dont la moitié est réprimée. L’analyse fonctionnelle de ces gènes révèle l’implication de SREBP-1 dans des fonctions musculaires dépassant la cadre du métabolisme glucido-lipidique. Ainsi, SREBP-1 inhibe l’expression de plusieurs gènes impliqués dans la différenciation et le maintien du phénotype musculaire. En conséquence, la sur expression de SREBP-1 bloque la différenciation myogénique in vitro et induit une atrophie marquée in vitro, sur des myotubes différenciés et in Vivo, dans le muscle squelettique de souris.En parallèle, deux répresseurs transcriptionnels : BHLHB2 et BHLHB3 apparaissent, après étude de leur promoteur, comme deux nouvelles cibles directes de SREBP-1. Ainsi, 20% des gènes inhibés par SREBP-1sont des cibles de BHLHB2 et BHLHB3, de nombreux gènes muscle-spécifiques y compris. De plus, BHLHB2 apparaît, de la même façon que SREBP-1, comme un acteur essentiel dans l’action de l’insuline sur le muscle squelettique, et dans le développement de l’insulino-résistance musculaire chez les patients diabétiques de type2.Le blocage de la différenciation myogénique et l’atrophie induite par SREBP-1 in vitro étant reversées par l’inhibition de l’expression de BHLHB2 et BHLHB3, nous concluons que BHLHB2 et BHLHB3 sont responsables de l’effet répressif de SREBP-1 sur le phénotype musculaire.Ces résultats mettent donc en évidence un nouveau rôle pour les facteurs SREBP-1 dans la régulation de la myogenèse et le maintien de la masse musculaire. SREBP-1 intègrent ainsi la régulation métabolique au contrôle du phénotype musculaire / Transcription factors SREBP-1, Sterol Response Element Binding Proteins, are key regulators of lipid and cholesterol homeostasis. Their function has been largely studied in liver and adipose tissue, but they are also well expressed in skeletal muscle where they mediate insulin transcriptional effects.This work aims to define the muscle specific role of SREBP-1. Microarray analysis of human myotubes over-expressing SREBP-1 identifies more than 1500 SREBP-1 target genes in human skeletal muscle, including number of repressed genes. Gene ontology analysis reveals the involvement of SREBP-1 in a large variety of biological functions in muscle cells. In fact, SREBP-1 represses expression of a number of muscle-specific genes and markers of muscle differentiation. As a result, SREBP-1 over-expression leads to blockage of in vitro myogenic differentiation and marked atrophy in vitro as in Vivo.In the same time, we identified the transcriptional repressors BHLHB2 and BHLHB3 as new direct target genes of SREBP-1, by promoter analysis. 20% of SREBP-1 repressed genes are also target genes of BHLHB2 and BHLHB3. Furthermore, BHLHB2, like SREBP-1, is involved in insulin action on skeletal muscle and muscular insulin-resistance in type 2 diabetic patients.As SREBP-1 effects on atrophy and myogenic differentiation inhibition are reversed by silencing BHLHB2 and BHLHB3 expression, we can conclude that BHLHB2 and BHLHB3 mediate negative SREBP-1action on muscular phenotype.These results confer a new role for SREBP-1 in the regulation of muscle mass and muscle cell differentiation, thus linking the control of muscle mass to metabolic pathways

Les protéines SREBP-1 sont des facteurs de transcription connus pour leur rôle dans la régulation du métabolisme lipidique. Plus récemment des études faites in vitro (myotubes humains en culture primaire) et in vivo (muscle tibial de souris) ont montré que la surexpression de SREBP-1a ou SREBP-1c induit une atrophie musculaire et bloque la différenciation musculaire, en inhibant notamment l’expression des protéines structurales du muscle squelettique et des facteurs de la différenciation musculaire (MRFs). Les travaux de thèse présentés dans ce manuscrit ont eu pour but de décrypter le mécanisme de l’atrophie induite par SREBP-1 et de déterminer comment les protéines SIRT1 pourraient réguler ce facteur de transcription. L’atrophie musculaire résulte d’un déséquilibre entre la quantité de protéines synthétisées et dégradées. Dans nos études, nous montrons que SREBP-1 régule la synthèse protéique et la dégradation protéique, respectivement via le contrôle négatif de l’expression des MRFs et via le contrôle de l’expression des atrogènes, MuRF1 et Atrogin-1. Dans le muscle squelettique, nous démontrons que la désacétylase SIRT1 régule l’activité transcriptionnelle de SREBP-1. Les protéines SREBP-1 et SIRT1 étant toutes deux impliquées dans la régulation du métabolisme lipidique, nous mettons en évidence une nouvelle voie de signalisation reliant le métabolisme énergétique et nutritionnel avec l’activité transcriptionnelle de SREBP-1 dans le muscle. Étant donné le rôle de SIRT1 et SREBP-1 dans le métabolisme lipidique et musculaire, nous nous sommes intéressés au rôle des phospholipides et plus particulièrement des céramides dans la régulation de la masse musculaire.Nos études montrent que la régulation de la quantité de céramides par la cytokine TNFα régule la masse musculaire. Ainsi, nos travaux mettent en évidence de nouveaux liens entre le métabolisme lipidique et la régulation de la masse et du métabolisme musculaire. / SREBP-1 transcription factors are involved in lipid metabolism regulation. Recently, in vitro and in vivo studies have shown that SREBP-1a or SREBP-1c overexpression induce muscular atrophy and block muscular differentiation, notably by inhibiting structural proteins and Myogenics Regulatory Factors (MRFs) expression. The aims of this work are the mecanism determination of the muscular atrophy induced by SREBP-1 overexpression and the elucidation of the role of SIRT1 proteins on SREBP-1 regulation.The muscular atrophy results from an imbalance between the amount of synthesized and degraded proteins. In our studies, we shown that SREBP-1 regulates protein synthesis and protein degradation, respectively via a negative control of MRFs expression and via a control of atrogenes expression, MuRF1 and Atrogin-1. In skeletal muscle, we shown that SIRT1 desacetylase enzyme regulates SREBP-1 transcription activity. Because of SREBP-1 and SIRT1 proteins involvement in lipid metabolism regulation, our results suggest a new signalisation pathway linking energetic metabolism and SREBP-1 transcriptionnal activity in muscle. As SIRT1 and SREBP-1 have a role on lipid and muscular metabolism, we took an interest in phospholipids involvement and more specifically in ceramides involvement in muscle mass regulation. Our studies shown that the regulation of the amount of ceramids by the TNFα regulates muscle mass. Thus, our work allows to identify new links between lipid metabolism and muscle mass and metabolism regulation.

Les protéines SREBP-1, Sterol Response Element Binding Proteins, sont des régulateurs clés du métabolisme des lipides et du cholestérol. A ce titre, ils ont été largement étudiés dans le foie et le tissu adipeux. Les facteurs SREBP-1 sont également exprimés dans le muscle squelettique au sein duquel ils sont les principaux médiateurs des effets géniques de l'insuline.Les travaux de thèse présentés dans ce manuscrit ont eu pour but de définir le rôle spécifique de SREBP-1 dans le muscle squelettique. L'étude transcriptomique de cellules musculaires humaines révèle plus de1500 gènes régulés par SREBP-1 dans le muscle squelettique humain, dont la moitié est réprimée. L'analyse fonctionnelle de ces gènes révèle l'implication de SREBP-1 dans des fonctions musculaires dépassant la cadre du métabolisme glucido-lipidique. Ainsi, SREBP-1 inhibe l'expression de plusieurs gènes impliqués dans la différenciation et le maintien du phénotype musculaire. En conséquence, la sur expression de SREBP-1 bloque la différenciation myogénique in vitro et induit une atrophie marquée in vitro, sur des myotubes différenciés et in Vivo, dans le muscle squelettique de souris.En parallèle, deux répresseurs transcriptionnels : BHLHB2 et BHLHB3 apparaissent, après étude de leur promoteur, comme deux nouvelles cibles directes de SREBP-1. Ainsi, 20% des gènes inhibés par SREBP-1sont des cibles de BHLHB2 et BHLHB3, de nombreux gènes muscle-spécifiques y compris. De plus, BHLHB2 apparaît, de la même façon que SREBP-1, comme un acteur essentiel dans l'action de l'insuline sur le muscle squelettique, et dans le développement de l'insulino-résistance musculaire chez les patients diabétiques de type2.Le blocage de la différenciation myogénique et l'atrophie induite par SREBP-1 in vitro étant reversées par l'inhibition de l'expression de BHLHB2 et BHLHB3, nous concluons que BHLHB2 et BHLHB3 sont responsables de l'effet répressif de SREBP-1 sur le phénotype musculaire.Ces résultats mettent donc en évidence un nouveau rôle pour les facteurs SREBP-1 dans la régulation de la myogenèse et le maintien de la masse musculaire. SREBP-1 intègrent ainsi la régulation métabolique au contrôle du phénotype musculaire

Les protéines SREBP-1 sont des facteurs de transcription connus pour leur rôle dans la régulation du métabolisme lipidique. Plus récemment des études faites in vitro (myotubes humains en culture primaire) et in vivo (muscle tibial de souris) ont montré que la surexpression de SREBP-1a ou SREBP-1c induit une atrophie musculaire et bloque la différenciation musculaire, en inhibant notamment l'expression des protéines structurales du muscle squelettique et des facteurs de la différenciation musculaire (MRFs). Les travaux de thèse présentés dans ce manuscrit ont eu pour but de décrypter le mécanisme de l'atrophie induite par SREBP-1 et de déterminer comment les protéines SIRT1 pourraient réguler ce facteur de transcription. L'atrophie musculaire résulte d'un déséquilibre entre la quantité de protéines synthétisées et dégradées. Dans nos études, nous montrons que SREBP-1 régule la synthèse protéique et la dégradation protéique, respectivement via le contrôle négatif de l'expression des MRFs et via le contrôle de l'expression des atrogènes, MuRF1 et Atrogin-1. Dans le muscle squelettique, nous démontrons que la désacétylase SIRT1 régule l'activité transcriptionnelle de SREBP-1. Les protéines SREBP-1 et SIRT1 étant toutes deux impliquées dans la régulation du métabolisme lipidique, nous mettons en évidence une nouvelle voie de signalisation reliant le métabolisme énergétique et nutritionnel avec l'activité transcriptionnelle de SREBP-1 dans le muscle. Étant donné le rôle de SIRT1 et SREBP-1 dans le métabolisme lipidique et musculaire, nous nous sommes intéressés au rôle des phospholipides et plus particulièrement des céramides dans la régulation de la masse musculaire.Nos études montrent que la régulation de la quantité de céramides par la cytokine TNFα régule la masse musculaire. Ainsi, nos travaux mettent en évidence de nouveaux liens entre le métabolisme lipidique et la régulation de la masse et du métabolisme musculaire.

Les données de la littérature rapportent la supériorité de la chirurgie bariatrique sur le traitement médical optimisé concernant la perte pondérale et l'amélioration du diabète de type 2. Les facteurs prédictifs de bons résultats en terme pondéral et métabolique restent encore méconnus et des échecs sont constatés. Le phénotypage de l'obésité et de son retentissement métabolique semble essentiel afin d'adapter la procédure chirurgicale au cas par cas et améliorer les résultats. Dans ce travail de thèse, par une approche clinique, nous avons cherché à identifier les facteurs prédictifs d'amélioration des paramètres métaboliques et de succès pondéral après chirurgie bariatrique. Nous avons démontré le rôle majeur de la perte de poids après chirurgie dans l'amélioration du métabolisme glucidique et des paramètres métaboliques. Nous avons également montré l'impact positif de la masse musculaire initiale sur la perte pondérale, facteur également déterminant dans le contrôle du métabolisme glucidique. Les marqueurs du dysfonctionnement cellulaire Beta sont également apparus déterminants pour prédire la rémission du diabète de type 2 après chirurgie. Ainsi, l'efficacité de la chirurgie dans le contrôle du syndrome métabolique, au-delà de la technique opératoire, apparaît très dépendante de la perte de poids mais aussi du terrain, confirmant l'importance du phénotypage de l'obésité en préopératoire. Par une approche expérimentale, nous avons cherché à identifier l'impact du tissu adipeux sur les organes sièges de l'insulino-résistance (muscle et foie) impliqués dans le syndrome métabolique. La constitution de la tissuthèque DioMede et l'obtention de milieux conditionnés de tissu adipeux nous ont permis d'étudier l'impact des sécrétions de ce tissu sur les tissus insulino-sensibles en se rapprochant des conditions physiologiques. Nous avons identifié un effet direct du tissu adipeux sur le métabolisme musculaire des acides gras (AG) par la régulation négative du facteur de transcription SREBP-1c. Nos résultats identifient les acides gras insaturés comme les médiateurs de l'inhibition de SREBP-1, conduisant à une diminution de la lipogenèse par l'intermédiaire des gènes cibles de ce facteur de transcription. La composition et les proportions respectives d'AG mono ou poly insaturés et d'AG saturés dans le tissu adipeux, leur niveau de sécrétion, et leur taux circulant apparaissent donc déterminants dans la régulation de la lipogenèse des tissus insulino-sensibles (foie et muscle), et pourraient être un marqueur des obésités avec désordres métaboliques / Literature data reported the superiority of bariatric surgery on optimized medical treatment concerning weight loss outcomes and improvement of type 2 diabetes. Predictive factors of good weight loss results and metabolic control are still unrecognized and failures are recorded. Phenotyping obesity and its metabolic consequences seem essential to tailor the surgical procedure to each patient and to improve the outcomes. In this work, by a clinical approach, we have tried to identify predictive factors of metabolic control and weight loss after bariatric surgery. We have demonstrated the major role of weight loss to achieve glucose homeostasis and metabolic control. We have also reported the positive impact of initial Fat Free Mass on weight loss outcomes and glucose metabolism control. Beta cell dysfunction markers appeared to also have a major impact on Type 2 Diabetes remission after surgery. Thus, the efficacy of surgery on metabolic control, beyond the surgical technique, seems highly related to weight loss and patients history, which underlines the importance of phenotyping obesity before surgery. By an experimental approach, we have tried to identify the impact of adipose tissue on muscle and liver, organs that are involved in the metabolic syndrome. By means of a tissue collection (Diomede) and the use of conditioned media of adipose tissue, we studied the impact of adipose tissue secretions on insulin sensitive tissues, close to physiological conditions. We found a direct effect of adipose tissue on fatty acid metabolism in muscle through SREBP-1c down regulation. Unsaturated Fatty Acids were identified as the mediators of SREBP-1 inhibition, leading to a decrease in lipogenesis through target genes of this transcriptional factor. The composition and the respective proportion of mono or poly unsaturated fatty acids and saturated fatty acids in adipose tissue, their level of secretion, and their circulation rate appear to be determinant in lipogenesis regulation in insuline sensitive tissues (muscle and liver), and could be markers of metabolic disorders in obese patients

Ischemic brain injury causes neurodegeneration. In this study, the mechanism of neurodegeneration was investigated by examining the role of sterol regulatory element binding protein-1 (SREBP-1), CCAAT enhancer binding protein&amp / #946 / (C/EBP&amp / #946 / ), glutathione (GSH), malondialdehyde (MDA), glutathione-S-transferase (GST), and superoxide dismutase (SOD). Carotid artery occlusion (CAO) plus hypotension was produced for 10 minutes. Control groups were sham operated. Animals were sacrificed after 24 hours, 1 week, 2 and 4 weeks of reperfusion periods. The expression of C/EBP&amp / #946 / and SREBP-1 in rat brain cortex and cerebellum were examined by western blotting. C/EBP&amp / #946 / expressions significantly increased in both cytosolic (1.19, 1.58 fold) and nuclear (1.73, 1.81 fold) extracts of brain cortex at 24 hours and 1 week CAO groups, respectively. In cerebellum, C/EBP&amp / #946 / expression significantly increased in 1 week, cytosolic (1.63 fold), and nuclear (1.35 fold) extracts. SREBP-1 expression increased significantly in both cytosolic (2.07 fold) and nuclear (1.41 fold) extracts of brain cortex in 1 week. SREBP-1 expression significantly increased in cytosolic (2.15 fold) and nuclear (1.79 fold) extracts of cerebellum in 1 week. There were no significant alterations in SREBP-1 C/EBP&amp / #946 / expressions for 2 and 4 weeks in both cytosolic and nuclear extracts of brain cortex and cerebellum. There were insignificant changes in GSH and GST levels in cortex. However, MDA and SOD levels significantly increased by 43.0 % and 47.3 %, respectively, in 24 hours. Our findings indicate that increase in SREBP-1 and C/EBP&amp / #946 / expressions may be related to oxidative stress during ischemic neurodegenerative processes.

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / Sterol Regulatory Element Binding Protein-1 (SREBP-1) is a conserved transcription factor of the basic helix-loop-helix leucine zipper family (bHLH-Zip) that primarily regulates glycolytic and lipogenic enzymes such as L-pyruvate kinase, acetyl-CoA carboxylase, fatty acid synthase, stearoyl-CoA desaturase 1, and mitochondrial glycerol-3-phosphate acyltransferase 1. SREBP-1c activity is higher in the liver of human obese patients, as well as ob/ob and db/db mouse models of obesity and type 2 diabetes, underscoring the role of this transcription factor as a contributor to hepatic steatosis and insulin resistance. Nonetheless, SREBP-1 deficient ob/ob mice, do not display improved glycemia despite a significant decrease in hepatic lipid accumulation, suggesting that SREBP-1 might play a role at regulating carbohydrate metabolism. By silencing SREBP-1 in the liver of normal and type 2 diabetes db/db mice, we showed that indeed, SREBP-1 is needed for appropriate regulation of glycogen synthesis and gluconeogenesis enzyme gene expression. Depleting SREBP-1 activity more than 90%, resulted in a significant loss of glycogen deposition and increased expression of Pck1 and G6pc. Hence, the benefits of reducing de novo lipogenesis in db/db mice were offset by the negative impact on gluconeogenesis and glycogen synthesis. Some studies had also indicated that SREBP-1 regulates the insulin signaling pathway, through regulation of IRS2 and a subunit of the PI3K complex, p55g. To gain insight on the consequences of silencing SREBP-1 on insulin sensitivity, we analyzed the insulin signaling and mTOR pathways, as both are interconnected through feedback mechanisms. These studies suggest that SREBP-1 regulates S6K1, a downstream effector of mTORC1, and a key molecule to activate the synthesis of protein. Furthermore, these analyses revealed that depletion of SREBP-1 leads to reduced insulin sensitivity. Overall, our data indicates that SREBP-1 regulates pathways important for the fed state, including lipogenesis, glycogen and protein synthesis, while inhibiting gluconeogenesis. Therefore, SREBP-1 coordinates multiple aspects of the anabolic response in response to nutrient abundance. These results are in agreement with emerging studies showing that SREBP-1 regulates a complex network of genes to coordinate metabolic responses needed for cell survival and growth, including fatty acid metabolism; phagocytosis and membrane biosynthesis; insulin signaling; and cell proliferation.

Le diabète est un syndrome métabolique caractérisé par une hyperglycémie chronique due à un défaut de sécrétion de l’insuline, de l’action de l’insuline (sensibilité), ou une combinaison des deux. Plus d'un million de canadiens vivent actuellement avec le diabète. La prévalence de cette maladie est au moins trois fois plus élevée chez les autochtones que dans la population canadienne en général. Notre équipe vise à étudier les effets potentiellement antidiabétiques de certaines plantes médicinales utilisées par les Cris d'Eeyou Istchee (Baie James, Québec) où l’adhérence aux traitements médicamenteux est faible, en partie à cause de la déconnection culturelle de ces derniers. Grâce à une approche ethnobotanique, notre équipe a identifié 17 plantes médicinales utilisées par cette population pour traiter des symptômes du diabète. Parmi ces plantes, l’extrait éthanolique de Rhododendron groenlandicum (Thé du Labrador) a montré un fort potentiel antidiabétique chez plusieurs lignées cellulaires, notamment les adipocytes (3T3-L1). Cette plante induit la différenciation adipocytaire probablement par l’activation du peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPAR γ). Cette stimulation améliore la résistance à l’insuline et constitue un mécanisme privilégié pour une classe de médicaments antidiabétiques, les thiazolidinediones. Le but de la présente étude est de valider l’efficacité et l’innocuité de R. groenlandicum in vivo, dans un modèle animal de résistance à l’insuline, d’élucider les mécanismes par lesquels cet extrait exerce ses effets antidiabétiques et d’identifier les principes actifs responsables de son activité. L'isolation et l'identification des constituants actifs ont été réalisées à l’aide d'une approche de fractionnement guidé par bioessai; en l'occurrence, l'adipogénèse. Cette approche, réalisée dans la lignée adipocytaire 3T3-L1, a pour but de mesurer leur teneur en triglycérides. Des études in vivo ont été réalisées sur le modèle de souris DIO (diet induced obesity). L'extrait éthanolique du R. groenlandicum a été incorporé à la nourriture grasse (35% d’apport calorique lipidique) à trois doses différentes (125, 250 et 500 mg / kg) sur une période de 8 semaines. Des tissus cibles de l’insuline (foie, muscle squelettique et tissus adipeux) ont été récoltés afin de faire des analyses d’immunobuvardage de type western. La quercétine, la catéchine et l’épicatéchine ont été identifiées comme étant les composés actifs responsables de l'effet antidiabétique du R. groenlandicum. Seules la catéchine et l’épicatéchine activent l’adipogénèse uniquement à forte concentration (125-150 M), tandis que la quercétine l’inhibe. L’étude in vivo a montré que le traitement avec R. groenlandicum chez les souris DIO réduit le gain de poids de 6%, diminue l'hyperglycémie de 13% et l’insulinémie plasmatique de 65% et prévient l’apparition des stéatoses hépatiques (diminution de 42% de triglycéride dans le foie) sans être toxique. Les analyses d’immunobuvardage ont montré que R. groenlandicum stimule la voie de l’insuline via la phosphorylation de l’Akt et a augmenté le contenu protéique en Glut 4 dans les muscles des souris traitées. Par contre, dans le foie, le R. groenlandicum passerait par deux voies différentes, soit la voie insulino-dépendante par l’activation de l’AKT, soit la voie insulino-indépendante par la stimulation de l’AMPK. L’amélioration observée des stéatoses hépatiques chez les souris DIO traitées, a été confirmée par une baisse du facteur de transcription, SREBP-1, impliqué dans la lipogénèse de novo, ainsi qu’une diminution de l’inflammation hépatique (diminution de l’activité d’IKK α/β). En conclusion, l’ensemble de ces résultats soutiennent le potentiel thérapeutique de Rhododendron groenlandicum et de ses composants actifs dans le traitement et la prévention du diabète de type 2. Nous avons validé l'innocuité et l'efficacité de cette plante issue de la médecine traditionnelle Cri, qui pourrait être un traitement alternatif du diabète de type 2 dans une population ayant une faible adhérence au traitement pharmacologique existant. / Diabetes is a metabolic syndrome characterized by chronic hyperglycemia due to a defect in insulin secretion, insulin action (sensitivity), or both. More than one million Canadians are currently living with diabetes. The prevalence of this disease is at least three times higher among indigenous people than in the general Canadian population. Our team studied the potential effects of certain anti-diabetic medicinal plants used by the Cree nation of Eeyou Istchee (James Bay, Quebec) where compliance to western treatment is low due in part to the cultured disconnect of the latter. Using an ethnobotanical approach, we identified 17 medicinal plants used by this population to treat symptoms of diabetes. Among these plants, the ethanol extract of Rhododendron groenlandicum (Labrador Tea) showed strong anti-diabetic potential in several cell lines, including adipocytes (3T3-L1) where it induced differentiation probably by stimulating the peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPAR γ). Such stimulation has been shown to improve insulin resistance, a mechanism used by a class of anti-diabetic drugs, the thiazolidinediones. The aim of the present study is to validate the effectiveness and the safety of R. groenlandicum in vivo in a mouse model of insulin resistance, to elucidate the mechanisms by which it exerts its effects and to identify the active principles responsible for its activity. Isolation and identification of active constituents of R. groenlandicum were performed using a fractionation approach guided by the increase of triglyceride content in the adipocyte (3T3-L1). In vivo studies were performed on a DIO (diet induced obesity) mouse model. The ethanolic extract of R. groenlandicum was incorporated into the high fat diet (35% energy derived from lipids) at three different doses (125, 250 and 500 mg / kg) over a period of 8 weeks. Western immunoblot analysis was performed on different tissues (liver, skeletal muscle, adipose tissue) collected at the end of the study. Quercetin, catechin and epicatechin were identified as the active compounds responsible for the anti-diabetic effect of R. groenlandicum. Alone, catechin and epicatechin activate adipogenesis only at high concentrations (125-150 M) while quercetin inhibits it. In vivo, treatment of DIO mice with R. groenlandicum diminished weight gain by 6 %, reduced blood glucose by 13%, insulin plasma by 65% and prevented hepatic steatosis (triglycerides levels decreased by 42%) without significant toxicity. Western blot analysis showed that R. groenlandicum increased Glut 4 protein content in skeletal muscle by activating the insulin dependent pathway implicating Akt. Effects of R. groenlandicum on hepatic steatosis seems to involve both pathways; the insulin dependent Akt and insulin independent AMPK pathways. This correlated with decreased SREBP-1 hepatic content, a transcription factor involved in de novo lipogenesis, and with a reduction of inflammation (decrease in the activity of IKK alpha / beta). Taken together, these results support the therapeutic potential of Rhododendron groenlandicum and its active compounds in the treatment and prevention of type 2 diabetes. We validated the safety and efficacy of this plant from traditional Cree medicine. It could represent an alternative treatment of type 2 diabetes in a population that has a poor compliance to pharmacological treatments.

Nous avons utilisé une approche ethnobotanique pour identifier des espèces de plantes utilisées par les Cris afin de traiter les symptômes du diabète de type 2. Larix laricina du Roi (L. laricina) a récemment été identifiée comme une des meilleures plantes qui a stimulé le transport de glucose dans les cellules C2C12 et fortement potentialisé la différenciation des 3T3-L1 en indiquant une sensibilité potentiellement accrue à l’insuline. Ensuite, ces études de criblage ont été effectuées sur des extraits éthanolique (EE) en utilisant une série de bioessais in vitro. Cependant, les préparations traditionnelles des plantes sont souvent faites avec l’eau chaude. Le but de cette thèse de doctorat était d’isoler les principes actifs de L. laricina par un fractionnement guidé par l’adipogenèse; d’évaluer et de comparer l’activité et les mécanismes antidiabétiques des EE et des extraits aqueux (HWE) de ces 17 plantes. Pour le fractionnement de L. laricina, on a isolé plusieurs composés connus et identifié un nouveau composé actif cycloartane triterpene, qui a amélioré fortement l’adipogenèse et a été responsable en partie de l’activité adipogénique (potentiellement similaire à l’effet sensibilisateur à l’insuline des glitazone) de l’extrait éthanolique issu de l’écorce de L. laricina. Pour le métabolisme lipidique, nos résultats ont confirmé que 10 parmi les 17 EE ont augmenté la différenciation des adipocytes alors que 2 extraits seulement l’ont inhibée. Les HWE ont montré une faible activité adipogénique ou antiadipogénique. Les EE de R. groenlandicum et K. angustifolia ont le PPAR γ (peroxisome proliferator-activated receptor γ), le SREBP-1 (sterol regulatory element binding protein-1) et le C/EBP (CCAAT-enhancer binding proteins) α, alors que ceux de P. balsamifera et A. incana les ont inhibés. L’effet inhibiteur de P. balsamifera a également été prouvé d’avoir impliqué l’activation de la protéine kinase activée par l’AMP (AMPK). Les EE et HWE de R. groenlandicum ont stimulé les mêmes facteurs de transcription alors que les extraits aqueux d’autres plantes sélectionnées ont perdu ces effets en comparaison avec leurs extraits éthanoliques respectifs. L’analyse phytochimique a également identifié le groupe des espèces actives et inactives, notamment lorsque les espèces ont été séparées par famille de plante. Finalement concernant l’homéostasie de glucose, nos résultats ont confirmé que plusieurs EE ont stimulé le transport de glucose musculaire et inhibé l’activité de la glucose-6-phosphatase (G6Pase) hépatique. Certains des HWE ont partiellement ou complètement perdu ces activités antidiabétiques par rapport aux EE, tandis qu’une seule plante (R.groenlandicum) a juste conservé un potentiel similaire entre les EE et HWE dans les deux essais. Dans les cellules musculaires, les EE de R.groenlandicum, A. incana et S. purpurea ont stimulé le transport de glucose en activant la voie de signalisation de l’AMPK et en augmentant le niveau d’expression des GLUT4. En comparaison avec les EE, les HWE de R.groenlandicum ont montré des activités similaires; les HWE de A. incana ont complètement perdu leur effet sur tous les paramètres étudiés; les HWE de S. purpurea ont activé la voie de l’insuline au lieu de celle de l’AMPK pour augmenter le transport de glucose. Dans les cellules H4IIE, les EE et HWE des 5 plantes ont activé la voie de l’AMPK, et en plus les EE et HWE de 2 plantes ont activé la voie de l’insuline. La quercétine-3-O-galactoside et la quercétine 3-O-α-L-arabinopyranoside ont été identifiées comme des composés ayant un fort potentiel antidiabétique et donc responsables de l'activité biologique des plantes HWE actifs avec le transport du glucose. En conclusion, on a isolé plusieurs composés connus et identifié un nouveau triterpène actif à partir du fractionnement de L. laricina. Nous avons fourni également une preuve directe pour l'évaluation et la comparaison d'une action analogue à l'insuline ou insulino-sensibilisateur des EE et HWE de plantes médicinales Cris au niveau de muscle, de foie et de tissus adipeux. Une partie de leur action peut être liée à la stimulation des voies de signalisation intracellulaire insulino-dépendante et non-insulino-dépendante, ainsi que l’activation de PPARγ. Nos résultats indiquent que les espèces de plantes, les tissus ou les cellules cibles, ainsi que les méthodes d'extraction sont tous des déterminants significatifs de l'activité biologique de plantes médicinales Cris sur le métabolisme glucidique et lipidique. / We have used a collaborative ethnobotanical approach to identify plant species used by the Cree of Eeyou Istchee (CEI) to treat symptoms of type 2 diabetes. Several screening studies were performed on 17 species identified in a survey of the Cree Nation. Firstly, Larix laricina du Roi (L. laricina) was recently identified as one of the top plants, which stimulated glucose uptake in C2C12 muscle cells and strongly potentiated the differentiation of 3T3-L1 pre-adipocytes suggesting enhanced insulin sensitivity. Secondly, these screening studies were performed on ethanol extracts (EE) using an in vitro bioassay platform, however, traditional preparations are often based on hot water. So the purpose of this PhD thesis was to isolate the active principles from L. laricina through adipogenesis-guided fractionation, and to evaluate and compare the antidiabetic activity and mechanisms of EE and hot water extracts (HWE) of these 17 Cree plants. For the fractionation of L. laricina, we isolated several known compounds and identified a new active cycloartane triterpene, which strongly enhanced adipogenesis in 3T3-L1 cells and was responsible partly for the adipogenic (potentially glitazone-like insulin sensitizing) activity of the ethanol extract of the bark of L. laricina. In the adipocyte lipid metabolism course, the results confirmed that 10 of the 17 EE stimulated adipocyte differentiation and adipogenesis, whereas 2 had inhibitory effects. Corresponding HWE exhibited partial or complete loss of such adipogenic or anti-adipogenic activity. R. groenlandicum and K. angustifolia EEs activated Peroxisome proliferator-activated receptor γ (PPAR γ), sterol regulatory element binding protein-1 (SREBP-1) and CCAAT-enhancer binding protein (C/EBP) α, whereas P. balsamifera and A. incana decreased these transcription factors. P. balsamifera’s inhibitory effect was also found to involve AMP-activated protein kinase (AMPK) activation. R. groenlandicum HWE and EE stimulated similar transcription factors, but HWE of other selected plants lost such effects compared to their respective EE. Phytochemical analysis also uncovered clustering of active versus inactive species, notably when species were segregated by plant family. The results showed that several EE stimulated muscle glucose uptake and inhibited hepatic glucose-6-phosphatase (G6Pase) activity. Some of the HWE partially or completely lost these antidiabetic activities in comparison to EE; while one plant (R.groenlandicum) retained similar potential between EE and HWE in both assays. In C2C12 muscle cells, EE of R.groenlandicum, A. incana and S. purpurea stimulated glucose uptake by activating AMPK pathway and increasing GLUT4 expression level. In comparison to EE, HWE of R.groenlandicum exhibited similar activities; HWE of A. incana completely lost its effect on all parameters; interestingly, HWE of S. purpurea activated insulin pathway instead of AMPK pathway to increase glucose uptake. In the H4IIE cells, all selected 5 plants HWE and EE activated AMPK pathway, and in addition, 2 plants EE and HWE also activated insulin pathways. Quercetin-3-O-galactoside and quercetin 3-O-α-L-arabinopyranoside were identified as potential candidates to be responsible for the biological activity of the active HWE plants in the glucose transport assay. In conclusion, we isolated several known compounds and identified a new active triterpene from fractionation of L. laricina. We also provide direct evidence evaluating and comparing of an insulin-like or insulin-sensitizing action of EE and HWE of Cree medicinal plants at the level of muscle, liver and adipose tissue. Part of their actions may be related to stimulation of insulin-dependent and insulin-independent intracellular signaling pathways, as well as to PPARγ activation. The results indicate that plant species, target tissues or cells, as well as extraction methods, are all significant determinants of the biological activity of Cree medicinal plants on glucose and lipid metabolism.