La stimulation cérébrale profonde (SCP) est une procédure chirurgicale utilisée dans le traitement de divers contextes pathologiques. Ce système, composé d’électrodes implantées dans une région cible du cerveau et d’un neurostimulateur reliés par un fil, permet de délivrer un courant électrique dans une région voulue du cerveau. À ce jour, les mécanismes d’action de la SCP et les effets cellulaires qu’elle engendre demeurent mal connus. Cette problématique découle du fait qu’il existe peu de prototypes de micro-stimulation dans le domaine de la recherche, sans compter que ceux-ci ne répondent pas bien aux critères de cette recherche. Mes travaux de maîtrise visaient donc à développer un système de microstimulation pouvant être utilisé chez la souris et de développer et valider toutes les techniques nécessaires à l’implantation de ce système chez la souris. Au terme de ces travaux, nous avons développé un système de micro-stimulation : 1) utilisable chez la souris 2) pour des protocoles de stimulation chronique de longue durée (jusqu’à 1 mois), 3) possédant des paramètres électriques, semblables à ceux utilisés chez l’humain en clinique, 4) pouvant être ajustés à différents contextes pathologiques. Nous avons aussi développé toutes les techniques nécessaires à son implantation chez la souris. Cet outil novateur permettra d’approfondir notre connaissance des mécanismes d’action et des mécanismes cellulaires sous-jacents aux effets de la SCP et pourra mener, à long terme, à l’identification de nouvelles cibles thérapeutiques. / Deep brain stimulation (DBS) is a surgical procedure used in the treatment of various pathologies. This system, composed of electrodes implanted in a target area in the brain and of a neurostimulator connected by a wire, allows the delivery of an electrical current in a specific area in the brain. To this day, mechanisms of action and cellular effects resulting from DBS remain poorly understood because of a lack of micro-stimulation tools available in the domain and by the fact that these tools do not properly address requirements of this research. To address this challenge, the objectives of my master’s research were to develop a micro-stimulation system usable in mice and to develop and validate required techniques to make this system work in small-sized rodents. Through this study, we have developed a micro-stimulation system that is : 1) usable in mice, 2) able to sustain a long term chronic stimulation (up to 1 month), 3) similar to those used in human in terms of electrical parameters and 4) offering the possibility of adjusting those parameters to various pathological contexts. We also developed the required techniques for its use in mice. This novel tool will allow to deepen our knowledge on the mechanisms of action and cellular mechanisms underlying DBS effects and possibly lead to the identification of new therapeutic targets.

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Titre de l'écran-titre (visionné le 22 novembre 2023) / Problématique : La glucuronidation métabolise de nombreux composés exogènes et endogènes, notamment les acides biliaires (AB). Leur propriété amphipathique facilite l'absorption lipidique intestinale, mais les rend cytotoxiques à haute concentration, comme dans les maladies cholestatiques du foie où le flux biliaire est réduit. En catalysant le transfert du groupement glucuronosyle sur le substrat, les enzymes UDP-glucuronosyltransférases (Ugt) facilitent l'élimination. Cette réaction est modulable, permettant ainsi réguler la formation d'AB-glucuronides (-G); la glucuronidation des AB serait donc une cible anticholestatique pour réduire leur concentration intrahépatique. Cependant, son étude est limitée par l'absence d'un modèle animal caractérisé. Hypothèse : La souris constitue un modèle potentiel pour l'étude de la glucuronidation des AB. Objectif : Ce mémoire vise à pallier ce manque en déterminant les contributions enzymatique et tissulaire de la glucuronidation des AB chez la souris et de sa modulation par une diète hyperlipidique et par la température. Méthodes : Un profilage bilacidomique-G a été effectué sur le foie, les contenus intestinaux et les fèces murins. Des essais enzymatiques ont été réalisés en incubant les AB libres en présence de microsomes de cellules embryoniques rénales humaines (HEK)293 exprimant chacune des Ugt2b murines (Ugt2b1, 2b5, 2b34, 2b35, 2b36, 2b37, 2b38) ou d'homogénats de foie ou d'intestin de souris de 4 souris/sexe. Les 7-8 souris/traitement étaient nourries d'une diète normale ou hyperlipidique durant 8 semaines et hébergées à une basse température (10 °C) ou plus élevée (30 °C) durant 4 semaines. Les AB-G ont été quantifiés par chromatographie liquide couplée à de la spectrométrie de masse. Résultats : L'acide β-muricholique-24G (β-MCA-24G) est l'AB-G le plus fréquemment retrouvé, et sa formation proviendrait notamment au foie et au côlon, principalement via l'isoforme Ugt2b37. La glucuronidation du β-MCA est augmentée par une diète hyperlipidique et par une température d'hébergement supérieure. Conclusion : Ces analyses démontrent la contribution des Ugt2b, ainsi que du foie et du côlon, pour la glucuronidation des AB chez la souris. La diète et la température d'hébergement régulent leur glucuronidation par des Ugt spécifiques. Les résultats indiquent que la souris est un modèle animal potentiel pour l'étude de cette cible anticholestatique. / Background: The glucuronidation reaction metabolizes numerous exogenous and endogenous compounds, such as bile acids (BAs). Their amphipathic property enhances intestinal lipid absorption, but renders them cytotoxic in high concentrations, as observed in cholestatic liver diseases where bile flow is impaired. By catalyzing the transfer of the glucuronosyl group on the substrate, UDP-glucuronosyltransferases (Ugt) enzymes allow elimination. This reaction can be modulated, thereby regulating BA-glucuronide (BA-G) formation. However, its understanding is limited by the lack of an animal model fully characterized. Hypothesis: Mouse could serve as a potential model for the study of BA glucuronidation. Objective: This MSc thesis aims to characterize enzymatic and tissular contributions to murine BA glucuronidation and its regulation through dietetic and environmental modulators. Methods: BA-G profiling was achieved on murine liver, intestinal contents, and feces. Enzymatic assays were performed by incubating BA-G precursors with microsomal fractions of human embryonic kidney (HEK)293 cells expressing each murine Ugt2b (Ugt2b1, 2b5, 2b34, 2b35, 2b36, 2b37, 2b38) or liver or intestinal homogenates from conventionally raised or treated mice. Evaluated treatments included a high-fat diet and temperature modulation. BA-Gs were quantified by liquid chromatography coupled with tandem mass spectrometry. Results: β-muricholic acid-24G (β-MCA-24G) was the most frequently detected BA-G, and its formation involves the liver and the colon, mainly from the Ugt2b37 enzyme. β-MCA glucuronidation increased with a high-fat diet and with a higher captivity temperature. Conclusion: Our results assess the contribution of Ugt2bs, as well as liver and colon, to murine BA glucuronidation, and that diet and captivity temperature strongly regulate BA-G formation. The present study reveals that the mouse is a potentially suitable model for studying BA glucuronidation as a therapeutic target for cholestatic liver diseases.

La biologie des sites de contact entre organelles est une nouvelle branche de la biologie cellulaire qui étudie comment les organelles coopèrent ensemble pour coordonner des activités cellulaires complexes. Le premier contact de ce type à être décrit de manière fonctionnelle est celui qui est formé par le réticulum endoplasmique lisse (RE) et la mitochondrie, la MAM (Mitochondria-Associated ER Membrane). La MAM coordonne en effet les échanges de phospholipides et de calcium entre ces deux organelles. Cependant, on ignore si les mitochondries peuvent également former des contacts fonctionnels avec d'autres types de RE. Pour combler ce manque de connaissances, j'ai contribué, dans ma thèse, à étudier pour la première fois l'organisation morphologique et la fonction du contact entre l'ER brut et les mitochondries. Grâce à l'utilisation de la microscopie électronique (EM) et de la tomographie 3D, j'ai contribué à découvrir l'existence d'un nouveau type d'ER brut, que nous avons appelé wrappER, qui enveloppe étroitement les mitochondries dans les hépatocytes hépatiques de la souris. Sa caractérisation biochimique a révélé la présence de protéines et de transcrits impliqués dans la biogenèse des lipoprotéines de très basse densité (VLDL). De plus, mes études ont permis d'établir que la protéine Rrbp1 sert à lier les deux organelles et de découvrir que sa dérégulation dans le foie de la souris est caractérisée par une augmentation de la distance entre la mitochondrie et le wrappER ainsi qu'une diminution du taux de sécrétion des VLDL. Sur la base de ces résultats, nous avons proposé que les contacts wrappER-mitochondrie participent à l'homéostasie des lipides en régulant le taux de sécrétion des VLDL. / The biology of inter-organelle contact sites is a new branch of cell biology that studies how organelles cooperate together to coordinate complex cellular activities. The first contact of this type to be functionally described was that that is formed by the smooth endoplasmic reticulum (ER) and the mitochondrion, the MAM (Mitochondria-Associated ER Membrane). The MAM indeed coordinates phospholipid and calcium exchanges between these two organelles. However, whether mitochondria can also form functionally competent contacts with other types of ER remains unknown. To fill this gap of knowledge, in my thesis I contributed to investigate for the first time the morphological organization and the function of the contact between the rough-ER and the mitochondria. Through the use of electron microscopy (EM) and 3D tomography, I have contributed to discover the existence a new type of rough-ER, which we called wrappER, that closely wraps the mitochondria in the liver hepatocytes of the mouse. Its biochemical characterization revealed the presence of proteins and transcripts involved in the biogenesis of the very low-density lipoproteins (VLDL). Furthermore, my studies have helped establish that the Rrbp1 protein serves to tether between the two organelles and discovered that its down-regulation in the mouse liver is characterized by an increase in the distance between mitochondrion and wrappER as well as to a decrease in the secretion rate of VLDL. Based on these results, we have proposed that wrappER-mitochondrion contacts participate in lipid homeostasis by regulating the rate of VLDL secretion.

L'obésité et ses pathologies associées telles que la résistance à l'insuline, le diabète de type 2 et la stéatose hépatique non-alcoolique deviennent des enjeux de santé publique. Le foie est un organe majeur dans le contrôle de l'homéostasie du glucose corporel. À l'heure actuelle, les modèles de lignées cellulaires d'hépatome sont les principaux modèles d'étude in vitro disponibles pour approfondir la physiologie hépatique. Malheureusement, l'expression et les fonctions des protéines dans ces cellules diffèrent de la réalité in vivo. Les hépatocytes primaires représentent une plateforme attractive dans l'étude des maladies métaboliques car ils conservent la plupart des fonctions hépatiques in vivo. Une limitation fondamentale de la culture des hépatocytes primaires de souris correspond au déclin métabolique après leur isolement. En quelques jours, les cellules primaires se dédifférencient en une lignée cellulaire inférieure entraînant une perte des fonctions spécifiques et une modification de l'expression des gènes. Avec ce projet, nous avons étudié les hépatocytes primaires de souris en culture en présence de petites molécules modulant des voies spécifiques liées à la transition épithéliale à mésenchymateuse, un processus conduisant à la dédifférenciation dans les hépatocytes primaires isolés de souris. Nous avons constaté que des petits inhibiteurs chimiques du remodelage du cytosquelette préservaient partiellement l'expression de certains marqueurs hépatiques et épithéliaux tels que l'albumine, la Zonula-1 et l'occludine. De plus, nos résultats ont révélé que les hépatocytes primaires de souris en culture perdaient la réponse à l'insuline mais maintenaient la réponse au glucagon sur la gluconéogenèse bien que les valeurs soient beaucoup plus faibles après 7 jours de culture par rapport au jour 1. L'ensemble de nos résultats suggèrent que la réduction mécanique de la tension via l'inhibition du remodelage du cytosquelette pourrait être une voie à suivre pour générer un modèle in vitro fonctionnel d'hépatocytes primaires de souris à long-terme dans l'étude des maladies métaboliques. / Obesity and its related pathologies insulin resistance, type 2 Diabetes and non-alcoholic fatty liver disease are becoming one of the major health hazards of modern world. The liver is a major organ in the control of body glucose homeostasis. Nowadays, hepatoma cell lines are in vitro study models available to further study liver physiology. Unfortunately, protein expression and functions in these cells differ from the in vivo reality. Primary hepatocytes are an attractive platform in the study of metabolic diseases because they retain most in vivo hepatic functions. A fundamental limitation of the culture of primary mouse hepatocytes is the metabolic decline taking place after isolation in these cells. Within few days isolated primary cells dedifferentiate into an inferior cell lineage losing specific functions and changing gene expression. Here, we studied primary mouse hepatocytes in culture in the presence of small molecules that modulate specific pathways related to epithelial to mesenchymal transition, a process leading to dedifferentiation in isolated primary mouse hepatocytes. We found that small chemical inhibitors of cytoskeletal changes partially preserved the expression of some hepatic and epithelial markers such as albumin, Zonula-1 and occludin. Furthermore, our results revealed that primary mouse hepatocytes in culture lost the response to insulin but maintained the response to glucagon on gluconeogenesis although the values decreased after 7 days in culture compared to day 1. Taken together, our results suggest that reducing mechanical tension by inhibiting cytoskeletal remodeling could be a way to follow to generate a functional in vitro model of long-term primary mouse hepatocytes to study metabolic diseases.

Les microglies sont les cellules immunitaires résidentes du cerveau. Les microglies sont principalement connues pour leur capacité à éliminer des débris toxiques, des cellules dysfonctionnelles ou dégénérées, ainsi que des pathogènes, et à médier des évènements inflammatoires. Cependant, les fonctions des microglies sont plus diverses que considérées auparavant. Les microglies participent à la modulation neuronale et synaptique, l'organisation vasculaire et la modulation des autres cellules gliales comme les astrocytes et les oligodendrocytes. Les fonctions microgliales sont nécessaires pour un fonctionnement sain du cerveau, le comportement et les fonctions cognitives tout au long de la vie. Les microglies sont sensibles aux changements dans leur environnement et présentent une vaste gamme de réponses aux changements environnementaux. L'exposition au stress psychologique chronique affecte la structure et la fonction du cerveau et mène à des conséquences sur le comportement et la cognition. Les microglies répondent au stress chronique et leurs réponses peuvent devenir dysfonctionnelles. Les facteurs environnementaux peuvent également avoir des effets synergiques avec le stress chronique. L'apport nutritionnel est un facteur de vie modifiable important pour le fonctionnement du cerveau. Certaines diètes sont des facteurs de risque pour développer certaines maladies, mais elles peuvent aussi protéger contre divers risques ainsi que permettre d'acquérir une résilience aux facteurs de risque. La diète cétogène est utilisée comme un régime qui offre des améliorations notamment pour les troubles d'humeur et possède des effets anti-inflammatoires. Cependant, les effets de cette diète et le stress sur le cerveau et les microglies restent peu étudiés. Néanmoins, il est essentiel d'étudier les effets de la diète cétogène sur la résilience au stress et les microglies. Les microglies sont situées dans le parenchyme cérébral et leurs caractéristiques dépendent de leur position dans le cerveau. Ces variations sont accentuées par leur réponse aux facteurs environnementaux ou par des changements dans leur contexte immédiat. La visualisation de la microglie permet leur identification et l'analyse de leur densité, distribution et morphologie. Cette approche a une grande utilité pour étudier les microglies dans des contextes de santé et de pathologie. Les microglies sont des macrophages spécialisés dérivés du sac vitellin qui migrent jusqu'au cerveau dans les premiers jours de gestation où elles restent isolées et deviennent une population autorenouvelable. Les macrophages périphériques proviennent de la moelle osseuse. Dans des contextes spécifiques, les macrophages périphériques peuvent infiltrer le cerveau et co-exister avec la microglie. Le développement de techniques qui permettent de différentier entre la microglie et les macrophages périphériques infiltrant est nécessaire. J'ai développé un protocole pour distinguer entre les microglies et les macrophages infiltrants en fonction de leur expression du marqueur de microglie et macrophages IBA1 et du marqueur de microglies TMEM119. Ce protocole comprend des outils d'analyses pour étudier la densité, la distribution et la morphologie des microglies en utilisant des logiciels d'utilisation libre. Mon protocole inclut également des outils pour interpréter les résultats des analyses présentées et des solutions aux problèmes plus communs. Ce protocole permet d'étudier les contributions de ces deux types cellulaires dans différents contextes sains et pathologiques. L'exposition au stress psychologique augmente le risque d'incidence de plusieurs maladies, incluant les maladies psychiatriques. La résilience et susceptibilité au stress chronique peuvent être modulées par plusieurs facteurs environnementaux, dont des habitudes de vie considérées modifiables. La microglie répond au stress chronique et aux changements de diète. Ainsi, pour la deuxième partie de ma thèse, j'ai étudié les effets de la diète cétogène (KD) et de la résilience au stress chronique sur la microglie. En collaboration avec mes collègues, je présente de nouvelles découvertes sur la biologie du stress, la diète cétogène et ses effets sur la microglie. J'ai examiné des souris mâles adultes supplémentées avec soit une diète contrôle (CD) ou une KD qui ont également été sujettes soit à un protocole de stress psychologique, un protocole de défaite sociale répétitif (RSD), ou demeurées non exposées au stress (contrôles; CTRL). Lors d'un test d'interaction sociale, les souris stressées ont été classifiées comme étant susceptibles (SUS) ou résistantes (RES) au stress psychologique. Ce protocole permet d'étudier les changements spécifiques des souris résistantes ou susceptibles au stress et permet la comparaison avec les souris contrôles. Parmi les souris supplémentées avec une KD, nous avons détecté une tendance plus élevée à être classifiées comme étant des souris RES après le RSD. J'ai analysé la morphologie et l'ultrastructure des microglies dans l'hippocampe ventral, particulièrement le CA1, une région du cerveau connue pour montrer des altérations structurelles suivant la réponse au stress psychologique. Mon étude a identifié de nombreux changements microgliaux liés à la KD et aux phénotypes comportementaux SUS et RES. L'analyse ultrastructurelle en microscopie électronique a montré une réduction des marqueurs de stress cellulaires chez les microglies des souris sur une KD. De plus, mon analyse de microscopie électronique a montré une réduction des contacts entre les microglies et les éléments synaptiques dans les souris SUS en comparaison des souris RES et CTRLs. Finalement, mon analyse de lipidomique dans l'hippocampe a identifié un profil lipidique distinct chez les souris SUS en comparaison des souris CTRLs. Ces différences, combinées avec les réponses microgliales envers la diète et le stress, suggèrent que des changements métaboliques peuvent mener à des phénotypes associés à la susceptibilité au stress. Nos résultats révèlent de nouveaux mécanismes par lesquels la KD pourrait améliorer la résistance au stress psychologique. Somme toute, mon travail comprend le développement de protocoles pour étudier la microglie en utilisant des techniques de microscopie avancées et une caractérisation détaillée de la morphologie et de l'ultrastructure microgliales. Ces méthodes ont été utilisées dans un projet qui étudie les effets synergiques de la diète et du stress sur le comportement et la microglie. Mes résultats suggèrent que la diète cétogène améliore la résistance au stress psychologique. Mes résultats offrent l'opportunité pour des études de suivi dans plusieurs domaines de recherche comme la psychiatrie, la nutrition et la neuroimmunologie. / Microglia are the resident immune cells of the brain. Microglia are mainly known for their roles in clearing toxic debris, removing dysfunctional or degenerating cells and pathogens and for mediating inflammation. However, microglia have other functions including modulating other glial cells (oligodendrocytes, astrocytes), neuronal and synaptic dynamics as well as vascular remodeling. Microglial functions are important for proper brain function, behavior and cognition across the lifespan. Microglia are sensitive to changes in their local environment and present a vast array of responses to an equally diverse set of environmental factors. Chronic psychological stress exposure is an environmental factor known to affect brain structure and function, which results in effects on behavior and cognition. Microglia are able to respond to chronic stress, and their adaptive response to chronic stress can sometimes become maladaptive. Environmental factors interact with each other and alter the physiological response of the brain to them. Diet, a modifiable environmental factor, is also relevant for brain function. Some diets have been known to increase the risk of disease but also confer protection and increase resilience to certain risk factors. The ketogenic diet has been used as a clinical dietary intervention with positive effects on mood improvement and anti-inflammatory properties. Nevertheless, the interactions of stress and diet in the brain, including effects on microglia, remain understudied. Therefore, it is important to study the outcomes of a ketogenic diet on stress resilience and microglial properties. Microglia are distributed across the brain and their function and characteristics vary across the different functional brain domains. This variation is further increased by responses to environmental factors or changes in their immediate environment. Imaging techniques that allow for the identification of microglia, and the analysis of their morphology, density and distribution, remain an important tool to study microglia across different contexts. Microglia are specialized macrophages that originate from the yolk-sac, migrate to the brain during development and become a self-sufficient cell population of the brain. Peripheral macrophages are bone marrow derived. In few contexts, bone marrow-derived macrophages can infiltrate the brain and co-exist alongside microglia. There is a need to develop tools to study the different roles of microglia and bone marrow-derived macrophages. I present a protocol I developed to differentiate between microglia and infiltrating bone marrow-derived macrophages using a double immunostaining for the microglia/macrophage marker ionized calcium-binding adapter molecule 1 (IBA1) and microglial marker transmembrane protein 119 (TMEM119). This protocol also comprises a battery of analyses to assess microglial density, distribution and morphology using open source analyzing tools. It lastly provides tools for result interpretation and troubleshooting of this protocol. My protocol enables the study of microglial features that are relevant in neuroscience research. Psychological stress is major risk for several diseases including psychiatric conditions. Resilience and susceptibility to stress can be modulated by modifiable life-style habits, like diet. Microglia are known to respond to psychological stress and changes in diet. Therefore, in the second part of the thesis, I aimed to study the outcomes of ketogenic diet on stress resilience and microglial properties. In collaboration with my teammates, I present novel findings on the biology of stress resistance, diet and their effects on microglia. I worked with adult male mice following a ketogenic diet (KD) or a control diet (CD) paired with a paradigm of repeated social defeat to study the mechanisms underlying the interindividual differences in the outcomes of psychological stress through the comparison of resistant versus susceptible phenotypes. I observed behavioral changes with a KD. A higher proportion of the KD mice were classified as resistant compared to CD mice following the stress paradigm. Confocal microscopy image analysis of microglia in stress-responsive hippocampus showed morphological adaptations to the diet and stress. Microglia of the non-stressed KD group presented morphological adaptations previously linked to homeostatic microglial states. I further observed distinct morphological changes in microglia of susceptible and resilient animals suggesting specific adaptations to stress. Ultrastructural analysis of hippocampal microglia using scanning electron microscopy also revealed effects of the stress and diet. Microglia of susceptible mice made less contacts with synaptic elements. I observed a reduction of tertiary lysosomes, resulting from phagolysosomal activity, in non-stressed KD mice. I also measured reduced microglial cellular stress markers at the ultrastructural level with the KD treatment. Finally, lipidomic analysis revealed that lipids are differentially regulated by a KD in the hippocampi of susceptible animals. These findings show that diet can boost stress resistance through stress-related lipid changes in the brain and that microglia respond to stress and diet, potentially underlying the beneficial effects of KD. Altogether, my work includes the development of protocols for the study of microglia using advanced imaging techniques and in-depth characterization of microglia morphology and ultrastructure. These methods are employed in a project that studied the interplay of diet and stress and their outcomes on behavior and microglia. My findings showed that KD increases resistance to psychological stress. My results provide the opportunity for followup research in various fields such as psychiatry, nutrition and neuroimmunology.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / Problématique : La glucurono-conjugaison (glucuronidation) métabolise de nombreux composés exogènes et endogènes, notamment les acides biliaires (AB). Malgré leurs propriétés physiologiques, les AB sont cytotoxiques à concentration élevée, tel qu'observé dans le foie de patients souffrant de maladies cholestatiques. En catalysant le transfert du groupement glucuronosyle sur le substrat, les enzymes UDP-glucuronosyltransférases (UGT) facilitent l'élimination de ces molécules. Cette réaction est modulable, régulant ainsi la formation d'AB-glucuronides (AB-G). La glucuronidation des AB serait donc une potentielle cible anticholestatique. Cependant, son étude est limitée par l'absence d'un modèle animal caractérisé. Hypothèse :Nous posons l'hypothèse que, "comme chez l'Humain, la glucurono-conjugaison est une voie importante de détoxification des acides biliaires chez la souris, qu'elle intervient dans les organes du tractus digestif, qu'elle fait intervenir des enzymes spécifiques et qu'elle peut être modulée par des facteurs environnementaux et nutritionnels". Ainsi, les travaux de ce mémoire vise à valider la souris comme modèle adéquat afin d'investiguer le potentiel de cette réaction dans le cas des maladies cholestatiques auto-immunes du foie. Objectif : Ce mémoire vise à combler le manque de modèle animal en explorant la glucuronidation des AB chez la souris et en déterminant les contributions enzymatiques et tissulaires, ainsi que sa modulation par des facteurs diététiques et environnementaux. Méthodes : Un profilage d'AB-G a été effectué sur le foie, les contenus intestinaux et les fèces de souris de souche CD1-Elite. Des essais enzymatiques ont été réalisés en incubant les AB en présence de microsomes de cellules embryoniques rénales humaines (HEK)293 exprimant chacune des Ugt2b murines (Ugt2b1, 2b5, 2b34, 2b35, 2b36, 2b37, 2b38) ou d'homogénats de foie ou d'intestins de souris conventionnelles. Les modulations environnementales (diète et température) ont ensuite été déterminées par le traitement des souris C3H/HeJ par une diète faible en lipides ou hyperlipidique, avec des variations de température. Les AB-G ont été quantifiés par spectrométrie de masse. Résultats : L'acide β-muricholique-24G (β-MCA-24G) est l'AB-G le plus fréquemment retrouvé, et sa formation fait intervenir notamment le foie et le colon, principalement via l'isoforme Ugt2b37. La glucuronidation du β-MCA est augmentée dans le foie par une diète hyperlipidique et par une température d'hébergement élevée, alors que l'inverse est observé dans le colon. Conclusion : Ces analyses démontrent la contribution des Ugt2b, ainsi que le foie et le colon dans la glucuronidation des AB chez la souris, avec la modulation de la diète et température. Les résultats suggèrent que la souris pourrait servir de modèle adéquat pour l'étude de la glucuronidation des AB en tant que cible thérapeutique dans les maladies cholestatiques auto-immunes. / Background: The glucuronidation is a phase II reaction that metabolizes numerous exogenous and endogenous compounds, such as bile acids (BAs). Their amphipatic properties enhance intestinal lipid absorption, but renders them cytotoxic in high concentrations, as observed in cholestatic liver diseases where bile flow is impaired. By catalyzing the transfer of glucuronosyl group on the substrate, UDP-glucuronosyltransferases (UGT) enzymes allow elimination. This reaction can be modulated, thereby regulating BA-glucuronide (BA-G) formation. However, its understanding is limited by the lack of an adequate, fully characterized animal model. Objective: This MSc thesis aims to characterize enzymatic and tissular contributions to murine BA glucuronidation and its regulation through dietetic and environmental modulators. Hypothesis: Despite the fact that this reaction is well known in humans, the absence of a characterized animal model limits the exploitation of this reaction. Thus, the hypothesis of this thesis aims to validate the mouse as a suitable model to investigate the potential of BA glucuronidation as a therapeutic target in autoimmune cholestatic liver diseases. Methods: BA-G profiling was achieved on murine liver, intestinal contents, and feces. Enzymatic assays were performed by incubating BA-G precursors with microsomal fractions of human embryonic kidney (HEK)293 cells expressing each murine Ugt2b (Ugt2b1, 2b5, 2b34, 2b35, 2b36, 2b37, 2b38) or liver or intestinal homogenates from conventionally raised or treated mice. Environmental modulators (diet and temperature) were then determined by treating mice with a low-fat diet (LFD) or high-fat diet (HFD), exposing them to different temperatures. BA-G were quantified by mass spectrometry. Results: β-muricholic acid-24G (β-MCA-24G) was the most frequently detected BA-G, and its formation involves the liver and the colon, mainly from the Ugt2b37 enzyme. β-MCA glucuronidation increased with a HFD and with a higher captivity temperature. Conclusion: Our results assess the contribution of Ugt2bs, as well as liver and colon, to murine BA glucuronidation, and that diet and captivity temperature strongly regulate BA-G formation. The present study reveals that the mouse is a potential suitable model for the study of BA glucuronidation as a therapeutic trget for cholestatic liver disease.

Lorsqu’une femme est à risque d’accoucher prématurément, des glucocorticoïdes lui seront administrés afin d’accélérer la maturation pulmonaire du bébé. Après la naissance, différents protocoles peuvent être mis en place pour aider l’enfant à respirer dont l’administration du surfactant et la ventilation. Les glucocorticoïdes ont un effet positif sur la maturation pulmonaire. Par contre, ils nuisent au processus de la septation après la naissance. Les glucocorticoïdes retrouvés dans le poumon en développement peuvent provenir de deux sources, soit de la voie classique de la synthèse des glucocorticoïdes par les surrénales, soit des gènes exprimés dans le poumon. Les sites d’expression des gènes codant pour les enzymes de la synthèse des glucocorticoïdes dans le poumon sont inconnus ainsi que le gène de la 20α-hydroxystéroïde déshydrogénase (20α-HSD). Cette dernière inactive le substrat et le produit de la 21-hydroxylase. Des poumons de fœtus de souris au jour de gestation 15,5, 17,5 et 19,5 ainsi que de souriceaux âgés de 0, 5 et 15 jours ont été utilisés pour des hybridations in situ. Cette étude a montré qu’avant la naissance, l’ARNm de la 21-hydroxylase est situé au niveau des cellules épithéliales distales alors que l’ARNm de la 20α-HSD se retrouve plutôt au niveau des capillaires. Les gènes de la 21-hydroxylase et de la 20α-HSD sont exprimés dans les cellules épithéliales proximales ainsi que dans les cellules endothéliales de veines dans la période entourant la naissance. À la fin du stade sacculaire et pendant le stade alvéolaire, le gène de la 21-hydroxylase est exprimé seulement dans les septa et les parois minces tout comme le gène de la 20α-HSD sauf dans le stade alvéolaire où il n’y avait pas de signal significatif. Ainsi, ces résultats suggèrent que la 20α-HSD pourrait participer au contrôle du niveau d’activité de la 21-hydroxylase en modulant la disponibilité de son substrat. / For many years, to reduce the risk of respiratory distress in newborns, antenatal glucocorticoids are administered to the mother about to deliver prematurely to accelerate fetal lung maturation. At birth, surfactant therapy can be used with several assisted ventilation strategies according to the morbidity of the neonate. Postnatal administration of glucocorticoids to the neonate is not recommended as they interfere with organ systems including the lung development process named septation. Previous studies performed in the Dr Tremblay’s laboratory have shown in the whole lung of the mouse: 1) the capability of the fetal lung to express several steroidogenic enzyme genes involved in glucocorticoid synthesis and; 2) the presence of a steroid-metabolizing activity compatible with the regulation of the substrate levels. The major enzymes involved in these processes are the 21-hydroxylase and the 20α-hydroxysteroid dehydrogenase, which are respectively encoded by Cyp21a1 and Akr1c18. The objective of my study was to find the sites of expression for these two genes. To do so, mouse fetal lungs isolated on gestation days 15.5, 17.5, and 19.5, and on postnatal days 0, 5, and 15 days were used for in situ hybridization with 21-hydroxylase and 20α-HSD mRNAs. My results indicate that before birth, 21-hydroxylase mRNA is found in epithelial distal cells whereas the 20α-HSD gene is primarily expressed in capillaries. Around birth, 21-hydroxylase mRNA are associated with the proximal epithelium and endothelial cells of several veins. From the late saccular stage up to the half of the alveolar period, 21-hydroxylase mRNA is only associated with thin walls and septae. The situation was the same for 20α-HSD mRNA except for the alveolar stage during which no signal was detected. These results indicate that the expression profile of these two genes is compatible with the modulation of 21-hydroxylase substrates by the 20α-HSD.

La concentration des médicaments cationiques dans les compartiments acides de la cellule est bien connue. Nous avons tenté d'expliquer davantage certains aspects encore inconnus au sujet de cette réaction cellulaire. En premier lieu, nous avons étudié l'accumulation subcellulaire et in vivo d'un médicament cationique fluorescent, la quinacrine, dans un modèle murin. L'accumulation cellulaire de la quinacrine dans les fibroblastes dermiques de souris induisait une inhibition du flux autophagique, ainsi qu'une lysosomogénèse. L'administration de la quinacrine in vivo démontrait une distribution hétérogène et une augmentation autophagique et lysosomale dans les poumons. En deuxième lieu, l'effet cytostatique et cytotoxique d'une série de médicaments cationiques lysosomotropiques furent étudiés dans une série de lignées cellulaires. Une série de 6 triéthylamines substituées furent choisies afin d'étudier davantage l'effet cytostatique de l'ion trapping. L'accumulation du marqueur autophagique LC3 II, le marqueur apoptotique PARP1, la cytotoxicité, le cycle cellulaire et la fonction endocytose furent étudiés plus en détails dans la lignée tumorale U937. Chacun des médicaments cationiques démontrait un effet antiprolifératif significatif, mais aucun signe de cytotoxicité n'était observé à certains niveaux de concentrations. Un cotraitement avec les inhibiteurs de cholestérol, β-cyclodextrine et lovastatine, renversait partiellement l'effet antiprolifératif des amines. L'intensité de l'effet antiprolifératif induit par les médicaments cationiques est clairement prédite par leur puissance de l'inhibition du flux autophagique et par la liposolubilité. L'accumulation tissulaire de la quinacrine et l'effet cytostatique prédit par l'inhibition du flux autophagique et par la liposolubilité des amines substituées offre des possibilités d'application dans le domaine de l'oncologie et de la pharmacocinétique des nombreux médicaments concernés.

La physiologie des épithéliums requiert la distribution asymétrique de nombreuses composantes cellulaires. Cette organisation structurale est nommée polarité épithéliale et se caractérise par la formation d'un domaine apical et un domaine basolatéral. La polarisation des cellules épithéliales dépend de la protéine Crumbs 3 (CRB3 chez la souris). Plus spécifiquement, cette protéine contribue à l'établissement du pôle apical et à la formation des jonctions serrées dans les cellules épithéliales en culture. De plus, la protéine CRB3 est capable de réprimer la croissance tumorale et la formation de métastases dans des modèles de xénogreffes. Toutefois, les mécanismes moléculaires agissant en aval de CRB3 sont méconnus et les fonctions physiologiques de CRB3 in vivo chez les mammifères sont peu caractérisées. Ainsi, l'objectif de mon projet était d'analyser le phénotype des souris invalidées pour Crb3 et de valider son rôle potentiel en tant que suppresseur de tumeurs. Nous avons généré des lignées de souris permettant le knockout conditionnel de Crb3. Comme première approche, nous avons invalidé le gène Crb3 dans tout l'organisme. Nous observons une létalité périnatale associée à une détresse respiratoire. Toutefois, les animaux Crb3-/- ne présentent pas de défaut macroscopique majeur. Une analyse plus détaillée révèle des anomalies de développement des alvéoles pulmonaires, la présence de kystes rénaux et la fusion des villosités intestinales. CRB3 est également essentielle pour maintenir l'identité de la membrane apicale dans les cellules épithéliales rénales et intestinales. Une perte de CRB3 cause également une forte augmentation des niveaux de β-caténine cytoplasmique dans l'épithélium intestinal. Cette protéine est un médiateur essentiel de la voie oncogénique Wnt. De plus, la mutation de Crb3 amplifie la croissance tumorale chez les souris ApcMin/+, qui développent de nombreux adénomes dus à la suractivation de la voie Wnt. Dans l'ensemble, nos résultats mettent en lumière l'importance de CRB3 dans l'homéostasie de l'épithélium pulmonaire, rénal et intestinal. De plus, nos données suggèrent que CRB3 pourrait agir en tant que suppresseur de tumeurs via son action sur la voie Wnt.