La perte de masse et de force musculaires liée à l’âge, ou sarcopénie, pourrait être partiellementexpliquée par un défaut de récupération de masse musculaire après des épisodes générateursd’atrophie musculaire. Ainsi, les périodes d’immobilisation qui augmentent avec l’âge (alitement,convalescence, fracture) pourraient être suivies d’une absence de récupération musculaire etcontribuer à la fonte musculaire au cours du vieillissement. Les causes de ce défaut de récupérationimpliquent notamment un déséquilibre du taux de renouvellement protéique et du taux derenouvellement cellulaire. L’objectif de cette thèse a donc été de mettre en évidence les mécanismesresponsables de l’atrophie musculaire chez le rat âgé au cours de l’immobilisation et ceux quiseraient défaillants afin de déceler les mécanismes à cibler pour favoriser la récupérationmusculaire.Des rats âgés ont été immobilisés pendant 8 jours par plâtrage unilatéral de la patte arrière, puislaissés en récupération pendant 40 jours après le déplâtrage. Nous avons montré que chez cesanimaux nourris avec un régime contenant 13% de caséine, l’immobilisation entraîne une atrophiedes muscles immobilisés mais, contrairement au rat adulte, le rat âgé ne récupère jamais la massemusculaire perdue. L’atrophie des muscles immobilisés peut être expliquée par 1/ une augmentationde l’apoptose et de la protéolyse ubiquitine-protéasome-dépendante musculaires, 2/ une diminutionde la régénération des cellules musculaires et 3/ une diminution de la protéosynthèse musculaire àl’état nourri. Tous ces phénomènes pourraient résulter de la présence d’un fort stress oxydant etd’une importante inflammation intramusculaire. Tous ces paramètres sont normalisés dès 10 jours derécupération, ce qui permet de stopper l’atrophie mais ne permet pas d’initier la phase derécupération musculaire. Nous avons donc testé l’effet de différentes supplémentationsnutritionnelles au cours de la période de récupération afin de favoriser un gain de masse musculairepost immobilisation. Des supplémentations en leucine (acide aminé bien connu pour stimuler laprotéosynthèse et inhiber la protéolyse) ont ainsi été réalisées. Chez les rats supplémentés, uneamélioration de la synthèse protéique et une normalisation plus précoce des activités protéolytiquesdu protéasome ont été observées. Cependant cette amélioration du métabolisme protéique ne s’estpas traduite par un gain de masse musculaire. Par contre, la modulation qualitative et quantitative desapports en protéines a pu permettre d’obtenir une récupération significative de masse musculaire :ainsi des régimes contenant 13% de lactosérum et des régimes hyper-protéinés ont permis de gagner50% de la masse perdue et ce, dès 20 jours de récupération.Nos résultats montrent que l’immobilisation chez le rat âgé aggrave la sarcopénie. Une fortealtération du métabolisme protéique permet d’expliquer la perte de muscle et la seule normalisationde la protéolyse et de la protéosynthèse permet d’expliquer l’absence de récupération musculaire.Nous avons montré que la modulation des apports en protéines au cours de la phase de récupérationpouvait permettre un gain de protéines. / Sarcopenia, the age-related muscle mass loss, might be partially explained by an impairedmuscle mass recovery of skeletal muscle mass after a catabolic state. Thus, immobilization periodswhich increase with aging could induce a muscle atrophy followed by a lack of muscle massrecovery. An imbalance of protein and cellular metabolisms are certainly involved in this absenceof recovery. The aim on this Ph.D thesis was to explore the mechanisms involved in muscle massatrophy during immobilization and their possible alteration during the recovery period in old rats.Old rats were immobilized for 8 days by unilateral hind limb casting and then allowed torecover for 40 days. Our results showed that animals fed a 13% casein diet wasted muscle mass inimmobilized muscles but, contrarily to adult animals, they never recovered the muscle mass loss.Muscle atrophy was due to 1/ an increase of apoptotic and ubiquitine-proteasome-dependentproteolytic pathways, 2/ a decrease of muscle regeneration processes and 3/ a decrease of muscleprotein synthesis at the fed state. These changes paralleled an increase of intracellular inflammationand oxidative stress. As these parameters were only normalized during the recovery period, theresultant nitrogen balance was then not enough positive as required for the muscle protein gain,hence contributing to the age-related incomplete muscle mass recovery. We tested free leucinesupplementation (an amino acid known for its stimulatory effect on protein metabolism) during therecovery period to improve muscle mass gain. This supplementation induced a greater muscleprotein synthesis in supplemented animals, but without any muscle mass gain. However, wedemonstrated here for the first time that muscle protein accretion after immobilization-inducedatrophy could be achieved with whey protein or high protein diets.In conclusion, we demonstrated that immobilization in old rats induced a muscle mass atrophyfollowed by an incomplete recovery, hence contributing to the development of sarcopenia. We alsodemonstrated that this lack of recovery cannot be overcome by a dietary free leucinesupplementation, despite a positive effect on protein metabolism, contrarily to high protein andwhey protein diets.

Les sociétés économiquement développées sont confrontées à la problématique du vieillissement de leur population associée à la recrudescence des pathologies dégénératives. Parmi les manifestations du vieillissement, l'atteinte de l'appareil locomoteur (ostéoporose et sarcopénie) est considérée comme un problème majeur de santé publique. De ce fait, le développement de mesures préventives permettant de préserver la santé des séniors constitue un véritable enjeu de santé publique. La recherche scientifique fournit de nombreuses preuves concernant l'importance de l'alimentation dans la diminution ou l'exacerbation de certaines maladies. Ces observations confirment le vieux concept soutenant que l'adoption d'une alimentation équilibrée permet le maintien d'un état de santé satisfaisant, en particulier avec l'avancée en âge. A ce jour, le potentiel de l'huile d'olive, en tant que telle ou comme vecteur de nutriments lipophiles d'intérêt pour la prévention nutritionnelle de l'ostéoporose et de la sarcopénie, n'a jamais été testé. La prévalence de l'ostéoporose étant très supérieure chez la femme ménopausée qui souffre également d'une perte musculaire accélérée, cette population a été ciblée dans la présente étude. Dans une première étape, des résultats originaux ont été obtenus concernant l'effet de l'ovariectomie sur le métabolisme musculaire. Ainsi, notre travail montre qu'après ablation des ovaires, la synthèse protéique musculaire est réduite, en association avec une diminution d'un marqueur de la protéolyse de ce tissu. Pris dans son ensemble, ces résultats démontrent un ralentissement du renouvellement protéique musculaire suite à l'ovariectomie. En termes de mécanismes mis en jeu, une augmentation de l'infiltration lipidique tissulaire a été observée. En parallèle du ralentissement du renouvellement musculaire après ovariectomie, une augmentation du renouvellement osseux, classiquement décrit dans la littérature, a été mis en évidence. Dans un second temps, l'effet de l'huile d'olive et plus particulièrement des polyphénols présents dans cet aliment en association avec la vitamine D et l'acide ocosahexaénoïque et leur éventuelle synergie a été évalué à l'aide d'un modèle d'ostéoporose post-ménopausique. Des souris ovariectomisées ont été soumises à une des 4 huiles suivantes : huile de maïs, huile d'olive raffinée, huile d'olive extra vierge ou huile de poisson. Pour chaque huile, un groupe supplémentaire de souris ovariectomisées a reçu de l'huile enrichie en vitamine D. Cette étude a permis de mettre en évidence un effet protecteur de l'association de l'huile d'olive extra vierge et de la vitamine D sur la perte osseuse induite par l'ovariectomie chez la souris. En effet, l'accélération du renouvellement osseux consécutive à la carence estrogénique est freinée par cette association de nutriments, qui diminuent également l'expression des marqueurs du stress oxydant et de l'inflammation. Les résultats obtenus sont en cours de validation chez l'Homme grâce à une investigation clinique réalisée chez des femmes ménopausées. Celle-ci a été mise en place au cours de ces travaux de thèse. / Economically developed societies face the problem of an aging population combined with the increase in degenerative diseases. Among the signs of aging, musculoskeletal pathologies (osteoporosis and sarcopenia) are considered major public health problems. Therefore, the development of preventive measures to preserve seniors’ health is a real public health issue. Scientific research provides ample evidence of the importance of diet in diseases reduction or exacerbation. These observations confirm the old concept arguing that the adoption of a balanced diet helps to maintain a healthy life, especially with advancing age. To date, the potential of the olive oil, as such or as a vector of lipophilic nutrients, for the prevention of osteoporosis and sarcopenia, has never been tested. As the prevalence of osteoporosis is much higher in postmenopausal women who also suffer from an accelerated muscle mass loss, this population was targeted in this study. In a first step, original results were obtained regarding the effect of ovariectomy on muscle metabolism. Thus, our work showed that after removal of the ovaries, muscle protein synthesis was reduced in association with a decrease in the expression of a proteolysis marker of this tissue. Taken together, these results suggest a slowing down of muscle protein turnover after ovariectomy. In terms of mechanisms, an increase in lipid tissue infiltration was observed. The slowdown in muscle protein renewal after ovariectomy was associated with an increased bone turnover, classically described in the literature. In a second step, the effect of olive oil and more particularly its polyphenols in combination with vitamin D and docosahexaenoic acid and their possible synergy was assessed using a postmenopausal osteoporosis model. Ovariectomized mice were subjected to one of the following oils: corn oil, refined olive oil, extra virgin olive oil or fish oil. Four additional groups of ovariectomized mice received the oil fortified with vitamin D. This study demonstrated a protective effect of the combination of virgin olive oil and vitamin D on bone loss induced by ovariectomy in mice. Indeed, the acceleration of the bone turnover induced by the estrogen deficiency was inhibited by this combination of nutrients, which also decreased the expression of oxidative stress and inflammation markers. These results are currently being validated in a clinical investigation conducted in postmenopausal women, which has been established during this thesis work.

Environ 5% des patientes sont diagnostiquées chaque année avec un cancer du sein d’emblée métastatique et 20 à 30% des cancers du sein localisés évoluent vers un stade secondairement métastatique. Les bénéfices de l’activité physique pendant les traitements chez les patientes avec un cancer du sein localisé ont largement été démontrés mais la littérature est limitée dans le cancer du sein métastatique. Ce travail de thèse a permis d’évaluer les effets potentiels de l’activité physique chez des patientes atteintes d’un cancer du sein métastatique à travers trois études.L’étude observationnelle StoRM a montré une association du niveau d’activité physique recueilli par questionnaire à une meilleure survie des patientes HER2. L’étude interventionnelle ABLE a mis en évidence la faisabilité d’une intervention en activité physique avec une montre connectée dans cette population avec un excellent taux d’adhérence (96%), l’intérêt et la volonté des patientes pour les programmes d’activité physique ainsi qu’une amélioration fonctionnelle. L’intervention a contribué au un maintien de la qualité de vie, de la fatigue et du niveau d’activité physique malgré les traitements et l’avancée de la maladie. De potentiels biomarqueurs prédictifs d’une progression tumorale ont été identiés. L’étude MUST a montré que l’antioxydant SOD et de la force isométrique d’extension du quadriceps semblent prévenir la sarcopénie et une association entre le statut sarcopénie et le risque de toxicités a été confirmé. Ce travail de thèse représente une première étape dans l’analyse des effets de l’activité physique auprès de patientes atteintes d’un cancer du sein métastatique. L’activité physique semble être bénéfique dans cette population, mais ces résultats nécessitent d’être confirmés dans une étude à plus grande échelle. Ces résultats préliminaires soulignent l’importance de proposer des interventions adaptées en activité physique aux patientes atteintes d’un cancer du sein métastatique dès le diagnostic pour poursuivre un mode de vie actif le plus longtemps possible / Approximately 5% of patients are diagnosed with metastatic breast cancer each year and 20 to 30% of localized breast cancers become secondarily metastatic. Benefits of physical activity during treatment in patients with localized breast cancer have been widely demonstrated, but the literature is limited in metastatic breast cancer. This thesis work assessed the potential effects of physical activity in patients with metastatic breast cancer through three studies.The StoRM observational study showed an association between the level of physical activity collected by questionnaire with an improvement of survival for HER2 patients. The ABLE intervention study highlighted the feasibility of a physical activity intervention with an activity tracker in this population with an excellent adherence rate (96%), patients' interest and willingness to participate in physical activity programs and functional improvements. The intervention contributed to maintaining quality of life, fatigue and physical activity levels despite treatment and disease progression. Potential biomarkers predictive of tumor progression have been identified. The MUST study showed that the antioxidant SOD and quadriceps isometric extension force appear to prevent sarcopenia and an association between sarcopenia status and toxicity risk was confirmed. This thesis work represents a first step in analyzing the effects of physical activity on patients with metastatic breast cancer. Physical activity appears to be beneficial in this population, but these results need to be confirmed in a larger scale study. These preliminary results highlight the importance of providing appropriate physical activity interventions for patients with metastatic breast cancer at the time of diagnosis in order to maintain an active lifestyle as long as possible

La perte de masse et de force musculaires liée à l'âge, ou sarcopénie, pourrait être partiellementexpliquée par un défaut de récupération de masse musculaire après des épisodes générateursd'atrophie musculaire. Ainsi, les périodes d'immobilisation qui augmentent avec l'âge (alitement,convalescence, fracture) pourraient être suivies d'une absence de récupération musculaire etcontribuer à la fonte musculaire au cours du vieillissement. Les causes de ce défaut de récupérationimpliquent notamment un déséquilibre du taux de renouvellement protéique et du taux derenouvellement cellulaire. L'objectif de cette thèse a donc été de mettre en évidence les mécanismesresponsables de l'atrophie musculaire chez le rat âgé au cours de l'immobilisation et ceux quiseraient défaillants afin de déceler les mécanismes à cibler pour favoriser la récupérationmusculaire.Des rats âgés ont été immobilisés pendant 8 jours par plâtrage unilatéral de la patte arrière, puislaissés en récupération pendant 40 jours après le déplâtrage. Nous avons montré que chez cesanimaux nourris avec un régime contenant 13% de caséine, l'immobilisation entraîne une atrophiedes muscles immobilisés mais, contrairement au rat adulte, le rat âgé ne récupère jamais la massemusculaire perdue. L'atrophie des muscles immobilisés peut être expliquée par 1/ une augmentationde l'apoptose et de la protéolyse ubiquitine-protéasome-dépendante musculaires, 2/ une diminutionde la régénération des cellules musculaires et 3/ une diminution de la protéosynthèse musculaire àl'état nourri. Tous ces phénomènes pourraient résulter de la présence d'un fort stress oxydant etd'une importante inflammation intramusculaire. Tous ces paramètres sont normalisés dès 10 jours derécupération, ce qui permet de stopper l'atrophie mais ne permet pas d'initier la phase derécupération musculaire. Nous avons donc testé l'effet de différentes supplémentationsnutritionnelles au cours de la période de récupération afin de favoriser un gain de masse musculairepost immobilisation. Des supplémentations en leucine (acide aminé bien connu pour stimuler laprotéosynthèse et inhiber la protéolyse) ont ainsi été réalisées. Chez les rats supplémentés, uneamélioration de la synthèse protéique et une normalisation plus précoce des activités protéolytiquesdu protéasome ont été observées. Cependant cette amélioration du métabolisme protéique ne s'estpas traduite par un gain de masse musculaire. Par contre, la modulation qualitative et quantitative desapports en protéines a pu permettre d'obtenir une récupération significative de masse musculaire :ainsi des régimes contenant 13% de lactosérum et des régimes hyper-protéinés ont permis de gagner50% de la masse perdue et ce, dès 20 jours de récupération.Nos résultats montrent que l'immobilisation chez le rat âgé aggrave la sarcopénie. Une fortealtération du métabolisme protéique permet d'expliquer la perte de muscle et la seule normalisationde la protéolyse et de la protéosynthèse permet d'expliquer l'absence de récupération musculaire.Nous avons montré que la modulation des apports en protéines au cours de la phase de récupérationpouvait permettre un gain de protéines.

Le vieillissement entraîne plusieurs changements au niveau de la fonction musculaire qui peuvent mener à une perte de la masse musculaire et de sa fonction qu’on appelle sarcopénie. La sarcopénie entraîne une augmentation du risque de chutes et d’hospitalisations qui nuit à la qualité de vie des personnes âgées. Le vieillissement de la population représente un enjeu important au sein de la société en raison de son impact socioéconomique élevé. Plusieurs facteurs contribuent à ce déclin observé au cours du vieillissement, mais un des éléments clés qui y contribue sont des altérations de la jonction neuromusculaire (JNM). La JNM est une synapse tripartite composée de la terminaison nerveuse présynaptique, de la fibre musculaire postsynaptique et des cellules de Schwann périsynaptiques (CSPs), des cellules gliales. Les CSPs jouent un rôle essentiel dans la maintenance, la modulation de la transmission et de la plasticité synaptique et la réparation de la JNM. Plusieurs études effectuées chez le murin ont démontré que la JNM présente des altérations telles que de la dénervation, de la fragmentation du postsynaptique et des signes de modulation et de réparation gliaux au cours du vieillissement. Ces altérations contribuent aux déficits de la fonction neuromusculaire observés lors du vieillissement. La JNM humaine demeure cependant sous-étudiée, particulièrement en considérant sa structure tripartite. Afin de mieux comprendre le vieillissement neuromusculaire chez l’humain, des biopsies du Vastus lateralis ont été effectuées chez 4 jeunes adultes (23-28 ans) et 5 personnes âgées (60-75 ans) sains et actifs. Un marquage immunohistochimique a été effectué sur les biopsies afin d’identifier les trois composantes de base de la JNM et le type de fibre, puis visualiser en microscopie confocale. Des mesures fonctionnelles ont également été prélevées pour chacun des participants âgés. L’analyse des JNMs a permis de démontrer qu’une instabilité de l’innervation de même qu’une relation tripartite divergente se développe avec l’âge. Ces altérations corrèlent également avec un déficit fonctionnel. Dans l’ensemble, notre étude présente des altérations de la JNM humaine au cours du vieillissement ayant un impact sur la fonction neuromusculaire. Elle pourrait permettre de mieux comprendre les mécanismes à la base du vieillissement neuromusculaire pour développer des stratégies d’intervention thérapeutiques efficaces pour limiter l’impact du vieillissement. / Several changes occur in muscular function in aging which can lead to a loss of muscle mass and function called sarcopenia. Sarcopenia can lead to an increased risk of fall and hospitalization and to a poor quality of life. Aging of the population represents an important societal issue due to its high socioeconomic impact. Many factors contribute to the decline of muscular function seen in aging, but alterations of the neuromuscular junctions are a key element leading to sarcopenia. The NMJ is a tripartite synapse composed of the presynaptic nerve terminal, the postsynaptic muscle fiber as well as perisynaptic Schwann cells (PSC), glial cells. PSCs play a key role in maintenance, modulation of synaptic transmission and plasticity as well as repair of the NMJ. Several rodent studies have shown that the NMJ present alterations such as denervation, fragmentation of the postsynaptic and glial-related signs of modulation and repair in aging. These alterations contribute to the neuromuscular deficits observed in aging. However, the NMJ remain widely understudied, particularly when considering its tripartite structure. In order to get a better understanding of neuromuscular aging in humans, biopsies form the Vastus lateralis were performed on 4 young (23-28 years old) and 5 older (60-75 years old) healthy and physically active men. Immunohistochemistry labelling of the NMJ’s main components and type of fibers was performed and then imaged using confocal microscopy. Functional assessment was also measured for each older adult. Analysis of NMJs revealed an instability in the innervation as well as a divergent tripartite relationship in older individuals. These alterations also correlated with neuromuscular deficits. Taken altogether, our study highlights alterations of the NMJ in aging leading to altered neuromuscular function. This could lead to a better understanding of the underlying mechanisms leading to sarcopenia and to develop better therapeutic strategies to limit its impact during aging.

L'encéphalopathie hépatique (EH) est une complication grave de la cirrhose, provoquant des troubles de mémoire, de coordination motrice et de sommeil, avec une progression vers le coma et la mort. Le stress oxydatif dû au foie défaillant et l'ammoniac provenant de la dégradation des protéines alimentaires sont des facteurs pathogènes connus. Simultanément, l'hyperammoniémie et la malnutrition protéino-calorique contribuent à la sarcopénie. Comme les muscles sont le principal mécanisme d'élimination de l'ammoniac pendant la cirrhose, il existe un cercle vicieux où l'hyperammonémie contribue à l'EH et à la sarcopénie, et la sarcopénie contribue à l'hyperammonémie et à l'EH. Notre objectif était de déterminer les effets d’un régime riche en protéines de lactosérum ou de soja administré à long terme, sur la masse musculaire, l'hyperammonémie, et l'EH chez les rats cirrhotiques. Ensuite, nous voulions déterminer les effets d’un gavage aigu de protéines sur l'hyperammonémie et l'EH. Nos résultats montrent qu'un apport élevé en protéines à long terme n'a pas maintenu la masse musculaire ou diminué l'ammoniac, mais que le stress oxydatif a été réduit, ce qui a conduit à la prévention de l'EH, améliorant la mémoire à court et à long terme, l'anxiété, et l'activité locomotrice. Un gavage aigu de protéines chez les rats cirrhotiques n’a pas augmenté l'ammoniac ni précipité l'EH. Cette étude est la première à évaluer l'effet d'un régime élevé en protéines chez des rats cirrhotiques pour observer la masse musculaire, l'ammoniac et l'EH. Nos résultats soutiennent la sécurité et l'efficacité d'une stratégie nutritionnelle riche en protéines dans la cirrhose. / Hepatic encephalopathy (HE) is a serious complication of liver disease, causing impairments in memory, motor coordination, sleep, with progression to coma and death. It affects up to 70% of patients, severely impacting quality of life. Oxidative stress from the failing liver and ammonia from the breakdown of dietary protein are known pathogenic factors. Concurrently, hyperammonemia and protein-calorie malnutrition contribute to muscle wasting, sarcopenia. As muscle is the main clearance mechanism for ammonia during cirrhosis, a vicious cycle exists where elevated ammonia contributes to HE and sarcopenia, and sarcopenia in turn contributes further to hyperammonemia and HE. Our aim was to determine whether long-term high protein whey or soy diets administered from the onset of liver disease in rats could maintain muscle mass, decrease hyperammonemia, and prevent symptoms of HE. Secondly, we wanted to determine the effects an acute load of high protein on hyperammonemia and HE in cirrhotic rodents. Our results show that long-term high protein intake did not maintain muscle mass or decrease ammonia, but oxidative stress was reduced, leading to HE prevention, as shown by the improvement of short- and long-term memory, anxiety, and locomotor activity. An acute load of protein was shown to be safe in cirrhotic rodents, with no increase in ammonia or precipitation of HE. This study is the first of its kind to evaluate the effect of high protein intake in cirrhotic rodents to observe muscle mass, ammonia, and HE. Our results support the safety and efficacy of a high protein nutritional strategy in cirrhosis.

Au cours du vieillissement, l’organisme subit de nombreuses altérations, dont une perte de masse et de fonction musculaire appelée sarcopénie. Ses causes sont multifactorielles. Elle est partiellement liée à une altération de la stimulation de la synthèse protéique musculaire post-prandiale, et certains facteurs tels que le stress oxydant, l’inflammation et la résistance à l’insuline, responsables de nombreux dysfonctionnements métaboliques, accélèrent ce phénomène. Or, ces dérégulations peuvent être induites par une alimentation trop riche en sucres ajoutés, caractéristique des habitudes alimentaires actuelles et qui pourrait donc accélérer le vieillissement. Pourtant, à ce jour, peu d'études ont étudié les effets combinés du vieillissement et d'un régime riche en sucres ajoutés, et à notre connaissance, aucune ne s’est intéressée à la sarcopénie. Ainsi, notre objectif au cours de cette thèse a été de déterminer si un régime riche en sucres ajoutés était capable d'accélérer la sarcopénie. Il était également intéressant d'étudier les effets combinés du vieillissement et de ce régime sur d'autres tissus qui semblent particulièrement exposés, le foie, et le cerveau. Enfin, nous avons également voulu analyser les effets préventifs d'un mélange de micronutriments à la fois in vivo et in vitro. Pour cela, des rats âgés de 16 mois ont été nourris durant 5 mois avec un régime contrôle ou un régime composé à 62% de saccharose, supplémenté ou non en rutine, vitamine A, vitamine E, vitamine D, zinc, et sélénium. En outre, nous avons également inclut un groupe de témoins adultes (8 mois), nourris avec un régime contrôle. Par ailleurs, les effets anti-inflammatoires des micronutriments ont été testés in vitro.Nous avons pu constater que le régime riche en saccharose a accéléré la perte de masse musculaire liée à l’âge en altérant la synthèse protéique musculaire post prandiale, vraisemblablement via l’altération de la sensibilité à l’insuline plutôt que par une augmentation du stress oxydant et de l'inflammation, qui ont été peu affectés par le régime. Il a également entraîné un gain de masse grasse et une augmentation marquée des triglycérides hépatiques et plasmatiques, qui pourraient en partie s’expliquer par une modification de l’activité des enzymes du métabolisme lipidique dans le foie. Au niveau cérébral, la surconsommation de fructose a entraîné une diminution de la concentration protéique qui ne semble pas due à un défaut de synthèse protéique. La supplémentation en micronutriments n’a que partiellement contrecarré les effets du saccharose puisqu’elle n’a pas eu d’effet sur la masse maigre mais a permis de limiter la prise de masse grasse, notamment en inhibant la lipogenèse hépatique. Elle a également restauré la synthèse protéique diminuée au cours du vieillissement dans le cerveau. In vitro, elle a permis de réduire l'inflammation induite expérimentalement.Ainsi, cette thèse a permis de montrer qu’un régime riche en sucres ajoutés accélère la sarcopénie chez le rat âgé mais entraîne également des altérations au niveau hépatique et cérébral. La prévention par les micronutriments testés reste malgré tout limitée. / With aging, several alterations occur, including a loss of muscle mass and function, called sarcopenia. Many factors are responsible for the development of sarcopenia, but some factors as inflammation, oxidative stress and insulin resistance, which have many deleterious effects during aging, can reduce meal-induced stimulation of muscle protein synthesis which was shown to partly explain age-related muscle mass loss. Those factors can be induced by a diet rich in added sugar, characteristic of current dietary habits. Although this kind of diet could accelerate aging features, little is known about combined effect of aging and high sugar diet, particularly on sarcopenia. Thus, the purpose of this work was to determine whether high chronic intake of added sugars could accelerate sarcopenia. We also interested in the combined effect of added sugars and aging on other exposed tissues: liver and brain. Finally, we assessed the preventive effects of a micronutrient supplementation both in vivo and in vitro.In order to do that, for 5 months, 16 month old rats were starch fed or sucrose fed (62% sucrose), with or without micronutrients supplementation (rutin, vitamin A, vitamin E, vitamin D, selenium and zinc). Additionally, an adult control group of 8 month old rats was included. Besides, anti-inflammatory effects of micronutrients were tested in vitro.We showed that high sucrose diet accelerated age-related muscle mass loss by impairing postprandial protein synthesis, likely through decreased insulin sensitivity since inflammation and oxidative stress were only slightly affected by high sucrose diet. This diet also resulted in fat mass gain and increased plasma and liver triglycerides, by modulating the activity of enzymes involved in liver lipid metabolism. In the brain, high sucrose consumption led to decreased protein concentration independently of protein synthesis alteration. Micronutrients supplementation only partially reversed high sucrose diet effects: it did not act on lean body mass but prevented fat mass gain, by inhibiting hepatic lipogenesis. It also restored brain protein synthesis, which was reduced by aging. In vitro, it reduced experimentally induced inflammation.Thus, this work showed that a high sucrose diet accelerates sarcopenia in old rats but also induces liver and brain alterations. Prevention by micronutrients remained limited.

Contexte et objectifs : L'encéphalopathie hépatique (EH) est un trouble neuropsychiatrique, une complication majeure de la maladie hépatique chronique (MHC). L'EH se manifeste par un large éventail de symptômes, allant d'un léger manque d'attention et de troubles de la mémoire à une léthargie sévère et un coma. L'hyperammoniémie est centrale dans la pathogenèse de l'EH puisque l'ammoniac est neurotoxique et que l'ammoniac dérivé du sang traverse facilement la barrière hémato-encéphalique (BHE). Cependant, d'autres facteurs pathogènes sont également impliqués dans l'EH, notamment le stress oxydatif. Au cours de la MHC, le muscle joue un rôle compensatoire essentiel dans l'élimination de l'ammoniac par l'action de l'enzyme glutamine synthétase (GS), qui transforme le glutamate en glutamine. Étant donné que les cellules endothéliales de la BHE sont l'interface entre le sang et le cerveau, il est plausible qu'elles métabolisent l'ammoniac pour protéger le cerveau de la neurotoxicité induite par l'ammoniac. Cependant, cela n'a jamais fait l'objet d'études. Les thérapies de réduction de l'ammoniac sont les traitements courants de l'EH. Cependant, les réponses des patients aux traitements sont hétérogènes, et les différences de sexe pourraient en être la cause. Par conséquent, nos objectifs étaient 1) d'explorer le métabolisme de l'ammoniac dans les cellules endothéliales de la BHE par la présence de GS et 2) d'évaluer l'impact du sexe sur la MHC et ses complications, y compris la sarcopénie et l'EH. Méthodes : Pour le premier objectif, nous avons évalué l'expression et l'activité de la protéine GS in vitro et ex vivo chez des rats naïfs. Nous avons également évalué l'impact de l'ornithine, du glutamate et du α-kétoglutarate sur l'activité de la GS dans les cellules endothéliales de la BHE via la génération de glutamine 5-13C marquée. Pour le deuxième objectif, nous avons évalué l'impact du sexe sur le neurophénotype (anxiété, mémoire, coordination motrice et activité) chez des rats ligaturés des voies biliaires (BDL) (et contrôles respectifs) ainsi que sur le développement d'une EH sévère (léthargie/perte du réflexe de redressement). Nous avons également évalué les marqueurs des lésions hépatiques, l'hyperammoniémie, le stress oxydatif systémique, la masse et la fonction musculaire et la clairance de l'ammoniac musculaire. Résultats : Nous avons trouvé l'activité et l'expression de la GS in vivo et ex vivo dans les cellules endothéliales de la BHE. L'analyse au microscope confocal a montré que la GS dans les cellules endothéliales est moins abondante que dans les astrocytes. L'exposition de cellules endothéliales cultivées à des substrats marqués a révélé que l'ornithine est la plus efficace pour générer de la glutamine. Chez les femmes, la chirurgie BDL a provoqué une MHC (augmentation des enzymes hépatiques circulantes et de la bilirubine) et de l'EH (altération de la coordination motrice et de l'activité nocturne) par rapport aux rats contrôles respectifs. De plus, le degré d'hyperammoniémie et la clairance musculaire de l'ammoniac étaient similaires entre les sexes. Contrairement aux mâles, les rats femelles n'ont pas développé de perte musculaire, d'œdème cérébral et de perte de mémoire à court terme. De plus, les femelles présentaient un stress oxydatif plus faible et étaient complètement protégées contre les EH sévères précipitées par l'ammoniac par rapport aux mâles BDL. Conclusions : Nous concluons que la GS est exprimée dans les cellules endothéliales de la BHE, jouant peut-être un rôle dans l'atténuation ou le retard de l'entrée de l'ammoniac dans le cerveau et que la supplémentation en ornithine améliore l'activité de la GS en fournissant du glutamate pour la détoxification de l'ammoniac. De plus, nous concluons que le sexe a un impact sur les complications des maladies du foie, y compris la sarcopénie et l'EH, le stress oxydatif systémique jouant un rôle vital dans la susceptibilité à l'EH sévère induite par l'ammoniac. / Background and aims: Hepatic encephalopathy (HE) is a neuropsychiatric disorder and a major complication of chronic liver disease (CLD). HE manifests with a wide range of symptoms, from mild lack of attention and memory impairments to severe lethargy and coma. Hyperammonemia is central in the pathogenesis of HE since ammonia is neurotoxic, and blood-derived ammonia easily crosses the blood-brain barrier (BBB). However, other pathogenic factors are also implicated in HE, including oxidative stress. During CLD, muscle plays an essential compensatory role in removing ammonia by the action of the enzyme glutamine synthetase (GS), which amidates glutamate into glutamine. Since the endothelial cells of the BBB are the interface between the blood and the brain, it is plausible that they metabolize ammonia to protect the brain from ammonia-induced neurotoxicity. However, this has never been investigated. Ammonia lowering therapies are the mainstream treatments for HE. However, patients' response to treatments are heterogeneous, and sex differences might be the cause. Therefore, our aims were 1) To explore ammonia metabolism in BBB’s endothelial cells through the presence of GS and 2) to assess the impact of sex on CLD and its complications, including sarcopenia and HE. Methods: For the first aim, we assessed GS protein expression and activity in vitro and ex vivo in naïve rats. We also evaluated the impact of ornithine, glutamate, and α-ketoglutarate on GS activity in endothelial cells of the BBB via the generation of labeled 5-13C glutamine. For the second aim, we assessed the impact of sex on the neurophenotype (anxiety, memory, motor coordination, and activity) in bile-duct ligated (BDL) rats (and respective SHAMs) as well as on the development of an ammonia-precipitated severe HE (lethargy/loss of righting reflex). We also assessed liver injury markers, hyperammonemia, systemic oxidative stress, muscle mass and function, and muscle ammonia clearance. Results: We found GS activity and expression in vivo and ex vivo in endothelial BBB cells. The confocal microscope analysis showed that GS in endothelial cells is less abundant than astrocytes. Exposing cultured endothelial cells to labeled substrates revealed that ornithine is the most efficient in generating glutamine. In females, BDL surgery caused CLD (increased hepatic enzymes and bilirubin) and HE (impaired motor coordination and night activity) vs. respective SHAMs. Furthermore, the degree of hyperammonemia and muscle ammonia clearance was similar between sexes. Contrary to males, female rats did not develop muscle loss, brain edema, and short-term memory loss. In addition, females had lower oxidative stress and were completely protected against ammonia-precipitated severe HE compared to male BDLs. Conclusions: We conclude that GS is expressed in endothelial cells of the BBB, possibly playing a role in attenuating or delaying ammonia entry into the brain and, ornithine supplementation enhances GS activity by providing glutamate for ammonia detoxification. In addition, we conclude that sex impacts the complications of liver disease, including sarcopenia and HE, with systemic oxidative stress playing a vital role in the susceptibility to ammonia-induced overt HE.