Introduction : La fibrose kystique (FK) est une maladie génétique qui atteint plusieurs organes dont le pancréas, le foie et les poumons. Elle s’exprime par une accumulation de mucus visqueux qui va entraîner une altération des fonctions de ces organes. Les progrès scientifiques ont permis d’améliorer la condition de vie et d’augmenter considérablement l’espérance de vie des patients atteints de FK. L’amélioration de l’espérance de vie des patients FK est associée à l’apparition d’anomalies de la tolérance au glucose précédant l’apparition du diabète associé à la FK (DAFK). Le DAFK présente des similitudes avec le diabète de type 1 [DT1] (faible poids, faible sécrétion d’insuline) et le diabète de type 2 [DT2] (intolérance au glucose, anomalies de la sensibilité à l’insuline), mais il est spécifique pour ses causes et ses conséquences. Le DAFK est associé à un risque accru de perte de poids, de réduction de la fonction pulmonaire et de mortalité précoce et touche 50 % des patients adultes. La principale cause de ce diabète est décrite par une sécrétion d'insuline réduite et retardée. Les facteurs de risque, menant au développement du DAFK et les conséquences de son apparition ne sont pas encore bien comprises. La diète (riche en lipides et en énergie) recommandée en FK visant à maintenir un poids adéquat pourrait être responsable de l’accumulation de graisse ectopique, de résistance à l’insuline, de stéatose hépatique et d’anomalies du bilan lipidique rapportés en FK. Pour les patients sans FK, ces anomalies sont associées au développement du DT2. Objectif : Le but de ce travail de thèse visait à l’identification de nouveaux facteurs de risque d’anomalies de la tolérance au glucose dans une population d’adultes atteints de FK. Méthode : Pour cela nous avons i) observé l’évolution de la sécrétion d’insuline chez les patients FK âgés ; ii) identifié l’association entre les enzymes hépatiques et la prévalence du DAFK ; iii) identifié la prévalence de dyslipidémie chez les patients FK adultes et l’association avec le risque de développement du DAFK. Résultats : Nos résultats ont montré que les patients FK adultes présentent une sécrétion d’insuline altérée, mais qu’elle ne se dégrade pas davantage sur une décennie. Par contre, sur la même période, les patients deviennent plus résistants à l’insuline. Nous avons mis en évidence l’existence d’une relation entre le niveau d’enzymes alanine aminotransférase (ALT) élevé et la prévalence de DAFK. Enfin, nous avons montré l’existence d’une forte prévalence de dyslipidémie en FK, mais ces anomalies ne sont pas associées à la survenue du DAFK. Conclusion : Ces travaux ont permis de mieux comprendre l’association entre différents facteurs de risque en lien avec les anomalies de la tolérance au glucose chez des patients adultes FK. Nous avons identifié un mécanisme et un possible biomarqueur du DAFK, les enzymes hépatiques ALT, chez les patients FK adultes. Ces données peuvent fournir un rationnel pertinent pour la poursuite d’autres études cliniques dans le but d’améliorer la qualité de vie des patients atteints de FK. / Introduction: Cystic fibrosis (CF) is a genetic disorder that affects several organs including the pancreas, liver, and lungs. It is expressed by an accumulation of viscous mucus which will cause an impairment of the functions of these organs. Scientific advances have improved the condition of life and significantly increased the life expectancy of patients with CF. This improved life expectancy of CF patients is associated with the onset of glucose tolerance abnormalities before the onset of CF-associated diabetes (CFRD). CFRD has similarities with type 1 diabetes [T1D] (low body weight, low insulin secretion) and type 2 diabetes [T2D] (glucose intolerance, abnormal insulin sensitivity), but it is specific for its causes and consequences. CFRD is associated with an increased risk of weight loss, reduced lung function and early mortality and affects 50% of adult patients. The main cause of this diabetes is described as a reduced and delayed insulin secretion. The risk factors leading to the development of CFRD and the consequences of its appearance are not well understood. The diet (rich in lipids and energy) recommended in CF, that aims at maintaining an adequate body weight, could be responsible for the accumulation of ectopic fat, insulin resistance, fatty liver and abnormalities of the lipid balance reported in FK. For patients without CF these anomalies are associated with the development of T2D. Objective: The aim of this thesis work was to identify new risk factors for abnormal glucose tolerance in a population of adults with CF. Method: For this we have i) observed the evolution of insulin secretion in elderly CF patients; ii) identified the association between liver enzymes and the prevalence of CFRD; iii) studied the prevalence of dyslipidemia in adult CF patients and the association with the risk of developing CFRD. Results: Our results have shown that adult CF patients have impaired insulin secretion, but it has not degraded further over a decade. However, over the same period, patients become more resistant to insulin. We have highlighted a relationship between the high alanine aminotransferase (ALT) enzyme level and the prevalence of CFRD. Finally, we have shown the existence of a high prevalence of dyslipidemia in CF but these anomalies are not associated with the occurrence of CFRD. Conclusion: This work has made possible to better understand the association between different risk factors linked to glucose tolerance abnormalities in adult CF patients. We have identified a mechanism and a possible biomarker, ALT hepatic enzyme, of CFRD in adult CF patients. These data may provide a relevant rationale for the pursuit of other clinical studies in order to improve the quality of life of patients with CF.

Le carcinome hépatocellulaire (CHC) est la première néoplasie létale du foie, représentant 80 à 90% des cas. Actuellement, la majeure partie des patients bénéficient de solutions thérapeutiques avec des efficacités très modestes. La haute variété étiologique, l’hétérogénéité des tumeurs ainsi que l’absence de médiateurs oncogéniques clés connus dans le développement de cette pathologie sont responsables du manque d’options thérapeutiques. À partir d’un crible génétique du kinome humain, nous avons identifié la tyrosine kinase Yes comme un acteur majeur de la prolifération des cellules de CHC. Yes appartient à la famille des kinases Src qui contrôlent de nombreux processus cellulaires notamment la prolifération, la motilité et la survie. La sur-expression ou activation anormale de Yes est retrouvée dans de nombreux cancers et est souvent associée à un mauvais pronostic. Nous avons démontré par des expériences in vitro et in vivo l’activité pro-proliférative de Yes ainsi que son potentiel oncogénique. Notamment, dans un modèle murin de carcinogenèse hépatique induit par le diéthylnitrosamine, la déplétion génétique de Yes abolit totalement la formation de tumeurs. Grâce aux profils transcriptionnels obtenus dans plusieurs modèles cellulaires de CHC, nous avons découvert que l’activité de Yes est associée à une augmentation des signatures géniques des régulateurs transcriptionnels YAP et TAZ ainsi que du facteur transcriptionnel c-Myc. Ces observations ont abouti à identifier YAP, TAZ et c-Myc comme des nouveaux substrats de la tyrosine kinase Yes. Nous avons montré que la phosphorylation par Yes de YAP et TAZ médie leur recrutement dans le noyau ce qui conduit à une hausse de leur activité transcriptionnelle. Nous avons d’ailleurs confirmé l’importance de YAP et TAZ dans les propriétés prolifératives de Yes, notamment dans différents modèles murins de carcinogenèse hépatique. De manière intéressante, nous avons observé que près de 50% de CHCs humains présentent une activation anormale des kinases Src qui corrèle avec la phosphorylation et activation de YAP. Enfin, nous avons observé in vitro et in vivo que Yes stabilise c-Myc. En effet, l’expression transgénique de Yes constitutivement actif dans des hépatocytes entraine la stabilisation de c-Myc à des stades précoces du développement tumoral et une induction de plusieurs de ses gènes cibles à des stades plus tardifs. En plus de leur synergie d’action, cette étude propose que la tyrosine Yes intervient dans les propriétés oncogéniques de c-Myc. Finalement, nous avons découvert que la kinase Yes joue un rôle dans la progression de la stéatose hépatique. En effet, la progression de la pathologie est abolie à la suite de la déplétion de Yes ou suivant l’inhibition pharmacologique des kinases Src. De plus, la survie des cellules tumorales face à leur élimination par le système immunitaire semble être favorisé par la signalisation Yes qui induit l’expression des points de contrôle immuns PD-L1/2. En conclusion nous avons découvert et caractérisé trois nouveaux effecteurs clés de la signalisation oncogénique de la tyrosine kinase Yes dans le CHC. D’ailleurs, la signature génique induite par Yes permet de prédire la survie des patients atteints de CHC. Ces données fournissent de robustes évidences qui placent la tyrosine kinase Yes comme une cible thérapeutique de choix pour la maladie du CHC. / Hepatocellular carcinoma (HCC) is the first lethal neoplasia of the liver, representing 80 to 90% of cases. Currently, for most patients the therapeutic option only provides modest efficiencies. The high etiological variety and heterogeneity of the tumors as well as the absence of known key oncogenic mediator in the development of this pathology is mainly responsible for the lack of therapeutic option. Based on a genetic screen of the human kinome, we identified the tyrosine kinase Yes as a major player in the proliferation of HCC cells. Yes belongs to the family of Src kinases which control many cellular processes including proliferation, motility and survival. The over-expression or abnormal activation of Yes is detected in many cancers and is often associated with poor prognosis. We have demonstrated in vitro and in vivo the pro-proliferative activity of Yes as well as its oncogenic potential. In particular, in a mouse model of hepatic carcinogenesis induced by diethylnitrosamine, the genetic depletion of Yes completely abolishes the formation of tumors. Thanks to the transcriptional profiles obtained in several cellular models of CHC, we discovered that the activity of Yes is associated with an increase in the gene signatures of the transcriptional regulators YAP and TAZ as well as of the transcriptional factor c-Myc. These observations led to the identification of YAP, TAZ and c-Myc as new substrates for the tyrosine kinase Yes. We have shown that the phosphorylation of YAP and TAZ by Yes mediates their recruitment into the nucleus associated with an increase in their transcriptional activity. We have also confirmed the importance of YAP and TAZ in the proliferative properties of Yes in various mouse models of hepatocarcinogenesis. Interestingly, we observed that nearly 50% of human CHCs exhibit an abnormal activation of Src kinases that correlates with phosphorylation and activation of YAP. Moreover, in vitro and in vivo experiments revealed that Yes stabilizes c-Myc. Indeed, the transgenic expression of constitutively active Yes into hepatocytes leads to the accumulation of c-Myc protein at early stages of tumor development and to the induction of several of its target genes at later stages. In addition to their synergistic action, this study suggests that Yes is involved in the oncogenic properties of c-Myc. Finally, we discovered that Yes kinase plays a role in the progression of fatty liver diseases. Indeed, the progression of the pathology is abolished following the depletion of Yes or the pharmacological inhibition of Src kinases. In addition, the survival of Yes-active tumor cells is associated with the induction of PD-L1/2 immune checkpoints that protect cells from immune elimination. In conclusion, we have discovered and characterized three new key effectors of the oncogenic tyrosine kinase Yes in HCC. Interestingly, the gene signature induced by Yes can predict the survival of patients with HCC. These data provide strong evidence for targeting the tyrosine kinase Yes in HCC.

The past two decades have seen an explosive increase of obesity rates worldwide, with more than one billion adults overweight and 300 million of them obese. Obesity and its associated complications have become leading causes of morbidity and mortality in the United States and major contributing factors to the rising costs of national health care. The pathophysiology of obesity and type 2 diabetes in rodents and humans is characterized by low-grade inflammation and chronic activation of immune pathways in adipose tissue and liver. The CD40 receptor and its ligand, CD40L, initiate immune cell signaling promoting inflammation, but conflicting data on CD40L-null mice confound its role in obesity-associated insulin resistance. A clear understanding of how CD40 and its ligand communicate to regulate and sustain the inflammatory environment of obesity is lacking. Here we demonstrate that CD40 receptor deficient mice on a high-fat diet display the expected decrease in hepatic cytokine levels, but paradoxically exhibit liver steatosis, insulin resistance and glucose intolerance compared with their age-matched wild-type controls. Hyperinsulinemic-euglycemic clamp studies also demonstrated insulin resistance in glucose utilization by the CD40-null mice compared with wild-type mice. In contrast to liver, visceral adipose tissue in CD40 deficient animals harbors elevated cytokine levels and infiltration of inflammatory cells, particularly macrophages and CD8+ effector T cells. In addition, ex vivo explants of epididymal adipose tissue from CD40-null mice display elevated basal and isoproterenol-stimulated lipolysis, suggesting a potential increase of lipid efflux from visceral fat to the liver. These findings reveal that 1) CD40-null mice represent an unusual model of hepatic steatosis with reduced hepatic inflammation, and 2) CD40 unexpectedly functions in adipose tissue to attenuate the chronic inflammation associated with obesity, thereby protecting against hepatic steatosis.

La stéatose hépatique non alcoolique (NAFLD) est une affection du foie qui est causée par l’accumulation hépatique de triglycérides. Elle présente plusieurs degrés qui vont de la stéatose hépatique seule à la stéatohépatite avec fibrose. L’obésité et les autres éléments du syndrome métabolique, dont le diabète et l’hypertriglycéridémie, sont des facteurs de risque importants de la NAFLD, laquelle touche entre 20% et 29% des Canadiens. Ces statistiques sont alarmantes, surtout en sachant qu’aucun traitement n’est actuellement disponible pour cette condition et prenant compte de l’augmentation de la prévalence de l’obésité. La lipoprotéine lipase (LPL) hydrolyse les triglycérides contenus dans les lipoprotéines de très basse densité (VLDL) et dans les chylomicrons. La LPL est très souvent régulée à la baisse dans le syndrome métabolique de sorte que certains patients présentent des taux de triglycérides sanguins de plus de 10 mmol/L, comme les patients avec hyperchylomicronémie multifactorielle (MCS pour multifactorial chylomicronemia syndrome). Les chylomicronémies comprennent également celle causée par une déficience totale en LPL, appelée l’hyperchylomicronémie familiale (FCS pour familial chylomicronemia syndrome). La FCS et la MCS sont ainsi deux dyslipidémies caractérisées par une hypertriglycéridémie sévère, laquelle est associée à un risque augmenté de pancréatites. Toutefois, alors que la FCS est monogénique, la MCS est multifactiorielle et liée directement à l’expression du syndrome métabolique avec une influence importante de l’environnement. Les résultats de ce mémoire comparent l’expression de la NAFLD chez les patients atteints de FCS et MCS. L’évaluation par élastographie impulsionnelle de l’expression de la NAFLD a été effectuée chez 18 patients FCS et 18 patients MCS, appariés pour l’âge et le sexe. Des résultats du paramètre d’atténuation contrôlé (CAP) ≥ 280 dB/m, suggérant une NAFLD, ont été rencontrés chez 50% des FCS et 83,3% des MCS. La différence entre les degrés de stéatose hépatique chez les deux groupes est significative avec une valeur de p de 0,03. De plus, seulement 22,2% des patients FCS avec NAFLD sont obèses comparativement à 71,4% chez les patients MCS (p=0,001). Il est aussi intéressant de relever que les patients FCS présentent une NAFLD même en présence d’un indice de masse corporelle très faible (IMC < 18 kg/m2). Par ailleurs, le score de CAP chez les FCS serait négativement corrélé avec le nombre de 2 pancréatites aigues (p=0,004). Notre étude démontre que la NAFLD est fréquemment observée chez les patients FCS et chez les patients MCS. De plus, la NAFLD s’exprimerait indépendamment de l’IMC chez les patients FCS, contrairement à ce que l’on observe chez les patients MCS. Finalement, la NAFLD chez les patients FCS pourrait être associée à une fréquence plus faible de pancréatites aigues. / Nonalcoholic fatty liver disease (NAFLD) is a disorder caused by hepatic triglyceride accumulation. It ranges from hepatic steatosis to steatohepatitis with fibrosis. Obesity and other elements of the metabolic syndrome, such as hypertriglyceridemia and type 2 diabetes, are risk factors for NAFLD, which affects between 20% and 29% of Canadians. These statistics are alarming, especially knowing that there is still no treatment for this condition and considering the increasing prevalence of obesity. Lipoprotein lipase (LPL) hydrolyzes triglycerides contained in very low-density lipoproteins (VLDL) and chylomicrons. LPL is often down-regulated in the metabolic syndrome and some patients may present triglycerides level higher than 10 mmol/L, as multifactorial chylomicronemia syndrome (MCS). Chylomicronemia also characterizes total LPL deficiency, known as familial chylomicronemia syndrome (FCS). FCS and MCS are two dyslipidemias associated with severe hypertriglyceridemia, which is associated with increased risk of recurrent acute pancreatitis. Whereas FCS is monogenic, MCS is polygenic and directly related to the metabolic syndrome with a significant influence of the environment. Results of the present study compare the expression of NAFLD in FCS and MCS patients. NAFLD was assessed using transient elastography performed in 18 FCS and 18 MCS patients matched for age and sex. Controled attenuation parameter (CAP) score ≥ 280 dB/m, suggesting NAFLD expression, were observed in 50% of FCS and 83.3% of MCS. The difference between degrees of hepatic steatosis in both groups is significant with a p-value of 0.036. In addition, only 22.2% of FCS with NAFLD are obese compared to 71.4% for MCS (p = 0.001). It is also interesting to note that FCS patients have NAFLD even in the presence of a very low body mass index (BMI<18 kg / m2). Besides, CAP score in FCS was negatively correlated with the number of acute pancreatitis (p=0.004). Our study shows that NAFLD was frequently observed in FCS and MCS but occurred independently of BMI and could be associated with a lower occurrence of acute pancreatitis.

This thesis aims to investigate fluoxetine, a widely prescribed SSRI antidepressant, for its role in the pathogenesis of NAFLD and uncover novel mechanisms by which it may contribute to drug-induced steatosis. We demonstrated that increased hepatic lipid accumulation was mediated, in part, via elevated serotonin production. The inhibition of hepatic serotonin synthesis prevented lipid accumulation in fluoxetine-treated hepatocytes demonstrating a causal role for serotonin in fluoxetine-induced hepatic steatosis. Interestingly, in several studies, serotonin signaling has been shown to impact prostaglandin biosynthesis. As prostaglandins have been implicated in the development of NAFLD, and fluoxetine has previously been shown to alter the production of prostaglandins I assessed the role of prostaglandins in fluoxetine-induced hepatic lipid accumulation. Fluoxetine treatment increased mRNA expression of prostaglandin biosynthetic enzymes, increased production of prostaglandin 15-deoxy-Δ12,14PGJ2 (PPARG agonist), and elevated PPARG targets involved in fatty acid uptake. Fluoxetine-induced lipid accumulation, 15-deoxy-Δ12,14PGJ2 production, and the expression of PPARG lipogenic genes were attenuated with a PTGS1 specific inhibitor. Taken together these findings suggested that fluoxetine-induced lipid accumulation was mediated via PTGS1 and its downstream product 15-deoxy-Δ12,14PGJ2. Given that Pparg was elevated following fluoxetine treatment, and PPARG regulates microRNA involved in hepatic lipid accumulation, my final project focused on PPARG’s role in altered miRNA expression. Indeed, fluoxetine treatment increased the miRNA expression of miR-122, an effect that was attenuated when fluoxetine treatment was combined with the PPARG antagonist GW9662, suggesting a fluoxetine-PPARG-miR122 axis contributing to hepatic steatosis. While these studies have only been performed in vitro, an understanding of the molecular changes associated with SSRI treatment may lead to the development of strategies to prevent the increased risk of adverse metabolic outcomes associated with the use of SSRI antidepressants. / Dissertation / Doctor of Philosophy (Medical Science) / In adults, major depressive disorder (depression) is one of the most common psychiatric illnesses. Recent data suggests that there are more than 4.1 million Canadians who currently suffer from depression. Depression is commonly treated using selective serotonin reuptake inhibitor (SSRI) antidepressants. While these antidepressants do help manage depressive symptoms, they can also cause unwanted side effects including a build-up of fat in the liver, leading to fatty liver disease. The goal of my research is to understand the link between SSRI use and the development of fatty liver disease. This thesis investigates the effects of fluoxetine (Prozac®), a commonly used SSRI antidepressant, on molecular pathways that can lead to the development of fatty liver disease. An understanding of the molecular changes with SSRI treatment may lead to the development of strategies to prevent the harmful effects of SSRI antidepressants on the liver.

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Les facteurs de risque des maladies cardiovasculaires, telle, que la détérioration du profil lipidique, deviennent plus prononcés après la ménopause, ce qui fait de la maladie coronarienne, l’une des principales causes de décès chez les femmes ménopausées. Une proportion importante de femmes prennent du poids après la ménopause en particulier dans la région abdominale entraînant par conséquent des perturbations métaboliques. Des données récentes suggèrent également que l’absence des œstrogènes observée à la ménopause favorise le développement de la stéatose hépatique. Cette dernière a été incriminée pour incriminée dans le développement de la résistance à l'insuline, et est de ce fait considérée comme une composante hépatique du syndrome métabolique. Il est impératif d'établir des stratégies visant à contrecarrer l'accumulation de graisse dans le foie et l’accroissement du tissu adipeux chez les femmes ménopausées, en tenant compte que l'utilisation de l'hormonothérapie substitutive est de nos jours moins soutenue. Les quatre études de la présente thèse ont été conduites pour tenter de fournir des informations sur le traitement et la prévention de l’augmentation de la masse graisseuse et de la stéatose hépatique qu’entraîne la suppression des œstrogènes, à travers les modifications du mode de vie (diète et exercice physique) chez la rate ovariectomizée (Ovx); un modèle animal de la ménopause. Dans les deux premières études nous nous sommes concentrés sur l’augmentation de la masse graisseuse et sa reprise suite à une perte de poids. Dans la première étude, nous avons montré que les rates Ovx qui ont suivi un programme de restriction alimentaire (FR) ont diminué significativement (P < 0.01) leur poids corporel, leur contenu en graisses intra-abdominales ainsi que leurs triacylglycérols (TAG) hépatiques, comparativement aux rates Ovx nourries à la diète normale. De plus, l’entraînement en résistance (RT) a prévenu la reprise de poids corporel ainsi que l’accroissement du tissu adipeux et l’accumulation de lipides dans le foie des rates Ovx, après l’arrêt du régime amaigrissant. Les résultats de la deuxième étude ont confirmé l'efficacité de la restriction alimentaire associée à l’entraînement en résistance (FR + RT) dans la réduction du poids corporel, des lipides dans le foie et le tissu adipeux chez les rates Ovx. Tenant compte des résultats de notre première étude, l’entraînement en résistance seulement a constitué un atout pour atténuer le poids corporel et la masse grasse reprise par les rates Ovx suite à un programme de perte de poids (FR + RT); bien que l'impact ait été moindre comparé au maintien seul de la restriction alimentaire. De la même manière que la supplémentation en œstrogènes, les résultats de la troisième étude indiquent que l'entraînement en endurance mené concurremment avec l’ovariectomie a significativement atténué l'accumulation de lipides dans le foie ainsi que dans le tissu adipeux. Toutefois, l’entraînement en endurance effectué avant l'ovariectomie n'a pas protégé contre l'accumulation des graisses qu’entraîne l'ovariectomie, si celui-ci est interrompu après l'ovariectomie. Enfin, pour compléter les résultats antérieurs, nous avons montré dans la quatrième étude que l’expression des gènes impliqués dans la synthèse de lipide; SREBP-1c, SCD-1, ChREBP, et ACC dans le foie a augmenté après le retrait des œstrogènes, tandis qu’une diminution (P < 0.01) des niveaux d'ARNm de PPAR-α a été observée. De plus, l'expression hépatique des gènes des cytokines pro-inflammatoires incluant IKKβ, IL-6 ainsi que le contenu protéinique de NF-кB étaient augmentés (P < 0.01) chez les rates Ovx par rapport aux rates ayant subi une Ovx simulée (Sham). Toutes ces perturbations ont été améliorées avec la supplémentation en œstrogènes seulement, ainsi qu'avec l'entraînement en endurance seulement. Dans l'ensemble, nos résultats indiquent que l'exercice physique (en résistance ou en endurance) a un impact significatif sur la réduction de l'accumulation des lipides dans le foie et dans le tissu adipeux des rates Ovx. De plus, chez les rates Ovx, l’entraînement en endurance mimerait les effets des œstrogènes sur l'expression des gènes impliqués dans l'accumulation de lipides et l’inflammation préclinique dans le foie. / Cardiovascular disease risk factors, such as lipid profile deterioration, become more pronounced after menopause making coronary heart disease a leading cause of death among postmenopausal women. A large proportion of women after menopause gain weight especially in the abdominal region resulting in several metabolic disturbances. Recent evidence also suggests that loss of estrogen function in menopause is associated with the development of a state of hepatic steatosis. Excessive fat accumulation in hepatocytes has been shown to play an important role in the development of insulin resistance and is even considered as a hepatic component of the metabolic syndrome. There is an important need to establish strategies to counteract fat accumulation in adipocyte and liver in postmenopausal women specifically considering the fact that utilization of hormone replacement therapy is now less supported. The four studies of the present thesis have been conducted in an attempt to provide information on the treatment and prevention of estrogen withdrawal-induced fat mass and hepatic steatosis via lifestyle modifications (diet and exercise training) in an ovariectomized (Ovx) rat model of menopause. In the first two studies we focused on fat mass gain and regain following weight loss. In study 1, we showed that food restriction program (FR) decreased (P < 0.01) body mass, intra-abdominal fat pad weight, and liver triacylglycerol (TAG) levels as compared to normally fed Ovx rats. Moreover, resistance training program (RT) was useful in preventing body weight as well as adipose tissue and liver fat regain in Ovx rats, following diet-induced weight loss. Results of study 2 confirmed the efficiency of the FR + RT program in reducing body weight as well as liver and adipocytes fat accretion in Ovx rats. In line with the findings of our first study, continuation of only RT constituted an asset to attenuate body weight and fat mass regain in Ovx rats following a FR + RT weight loss program, although the impact was less than maintaining FR alone. Similar to estrogen supplementation, results of study 3 indicated that endurance exercise training conducted concurrently with the induction of ovariectomy significantly attenuated liver and adipocyte fat accumulation. However, an endurance exercise training state acquired before ovariectomy did not provide any protective effects against ovariectomy-induced fat accumulation if exercise is discontinued after the ovariectomy. Finally, complementing previous findings we showed in study 4 that liver gene expressions of transcription factors SREBP-1c and ChREBP along with downstream lipogenic enzymes SCD-1 and ACC were increased with estrogens withdrawal conversely to reduced PPAR-α mRNA levels (P < 0.01). Furthermore, gene expressions of pro-inflammatory cytokines including IKKβ and IL-6 as well as protein content of NF-кB were higher (P < 0.01) in the liver of Ovx than in Sham animals. All of these responses were corrected with estrogen supplementation alone as well as with endurance exercise training alone in Ovx rats. On the whole, our results indicate that exercise training (resistance or endurance) has a significant impact on reducing fat accumulation in liver and adipocytes in Ovx rats. In addition, it seems that endurance exercise training in Ovx rats stimulates estrogenic-like effects on the expression of genes involved in lipid accumulation and sub-clinical inflammation in the liver.

Les facteurs de risque des maladies cardiovasculaires, telle, que la détérioration du profil lipidique, deviennent plus prononcés après la ménopause, ce qui fait de la maladie coronarienne, l’une des principales causes de décès chez les femmes ménopausées. Une proportion importante de femmes prennent du poids après la ménopause en particulier dans la région abdominale entraînant par conséquent des perturbations métaboliques. Des données récentes suggèrent également que l’absence des œstrogènes observée à la ménopause favorise le développement de la stéatose hépatique. Cette dernière a été incriminée pour incriminée dans le développement de la résistance à l'insuline, et est de ce fait considérée comme une composante hépatique du syndrome métabolique. Il est impératif d'établir des stratégies visant à contrecarrer l'accumulation de graisse dans le foie et l’accroissement du tissu adipeux chez les femmes ménopausées, en tenant compte que l'utilisation de l'hormonothérapie substitutive est de nos jours moins soutenue. Les quatre études de la présente thèse ont été conduites pour tenter de fournir des informations sur le traitement et la prévention de l’augmentation de la masse graisseuse et de la stéatose hépatique qu’entraîne la suppression des œstrogènes, à travers les modifications du mode de vie (diète et exercice physique) chez la rate ovariectomizée (Ovx); un modèle animal de la ménopause. Dans les deux premières études nous nous sommes concentrés sur l’augmentation de la masse graisseuse et sa reprise suite à une perte de poids. Dans la première étude, nous avons montré que les rates Ovx qui ont suivi un programme de restriction alimentaire (FR) ont diminué significativement (P < 0.01) leur poids corporel, leur contenu en graisses intra-abdominales ainsi que leurs triacylglycérols (TAG) hépatiques, comparativement aux rates Ovx nourries à la diète normale. De plus, l’entraînement en résistance (RT) a prévenu la reprise de poids corporel ainsi que l’accroissement du tissu adipeux et l’accumulation de lipides dans le foie des rates Ovx, après l’arrêt du régime amaigrissant. Les résultats de la deuxième étude ont confirmé l'efficacité de la restriction alimentaire associée à l’entraînement en résistance (FR + RT) dans la réduction du poids corporel, des lipides dans le foie et le tissu adipeux chez les rates Ovx. Tenant compte des résultats de notre première étude, l’entraînement en résistance seulement a constitué un atout pour atténuer le poids corporel et la masse grasse reprise par les rates Ovx suite à un programme de perte de poids (FR + RT); bien que l'impact ait été moindre comparé au maintien seul de la restriction alimentaire. De la même manière que la supplémentation en œstrogènes, les résultats de la troisième étude indiquent que l'entraînement en endurance mené concurremment avec l’ovariectomie a significativement atténué l'accumulation de lipides dans le foie ainsi que dans le tissu adipeux. Toutefois, l’entraînement en endurance effectué avant l'ovariectomie n'a pas protégé contre l'accumulation des graisses qu’entraîne l'ovariectomie, si celui-ci est interrompu après l'ovariectomie. Enfin, pour compléter les résultats antérieurs, nous avons montré dans la quatrième étude que l’expression des gènes impliqués dans la synthèse de lipide; SREBP-1c, SCD-1, ChREBP, et ACC dans le foie a augmenté après le retrait des œstrogènes, tandis qu’une diminution (P < 0.01) des niveaux d'ARNm de PPAR-α a été observée. De plus, l'expression hépatique des gènes des cytokines pro-inflammatoires incluant IKKβ, IL-6 ainsi que le contenu protéinique de NF-кB étaient augmentés (P < 0.01) chez les rates Ovx par rapport aux rates ayant subi une Ovx simulée (Sham). Toutes ces perturbations ont été améliorées avec la supplémentation en œstrogènes seulement, ainsi qu'avec l'entraînement en endurance seulement. Dans l'ensemble, nos résultats indiquent que l'exercice physique (en résistance ou en endurance) a un impact significatif sur la réduction de l'accumulation des lipides dans le foie et dans le tissu adipeux des rates Ovx. De plus, chez les rates Ovx, l’entraînement en endurance mimerait les effets des œstrogènes sur l'expression des gènes impliqués dans l'accumulation de lipides et l’inflammation préclinique dans le foie. / Cardiovascular disease risk factors, such as lipid profile deterioration, become more pronounced after menopause making coronary heart disease a leading cause of death among postmenopausal women. A large proportion of women after menopause gain weight especially in the abdominal region resulting in several metabolic disturbances. Recent evidence also suggests that loss of estrogen function in menopause is associated with the development of a state of hepatic steatosis. Excessive fat accumulation in hepatocytes has been shown to play an important role in the development of insulin resistance and is even considered as a hepatic component of the metabolic syndrome. There is an important need to establish strategies to counteract fat accumulation in adipocyte and liver in postmenopausal women specifically considering the fact that utilization of hormone replacement therapy is now less supported. The four studies of the present thesis have been conducted in an attempt to provide information on the treatment and prevention of estrogen withdrawal-induced fat mass and hepatic steatosis via lifestyle modifications (diet and exercise training) in an ovariectomized (Ovx) rat model of menopause. In the first two studies we focused on fat mass gain and regain following weight loss. In study 1, we showed that food restriction program (FR) decreased (P < 0.01) body mass, intra-abdominal fat pad weight, and liver triacylglycerol (TAG) levels as compared to normally fed Ovx rats. Moreover, resistance training program (RT) was useful in preventing body weight as well as adipose tissue and liver fat regain in Ovx rats, following diet-induced weight loss. Results of study 2 confirmed the efficiency of the FR + RT program in reducing body weight as well as liver and adipocytes fat accretion in Ovx rats. In line with the findings of our first study, continuation of only RT constituted an asset to attenuate body weight and fat mass regain in Ovx rats following a FR + RT weight loss program, although the impact was less than maintaining FR alone. Similar to estrogen supplementation, results of study 3 indicated that endurance exercise training conducted concurrently with the induction of ovariectomy significantly attenuated liver and adipocyte fat accumulation. However, an endurance exercise training state acquired before ovariectomy did not provide any protective effects against ovariectomy-induced fat accumulation if exercise is discontinued after the ovariectomy. Finally, complementing previous findings we showed in study 4 that liver gene expressions of transcription factors SREBP-1c and ChREBP along with downstream lipogenic enzymes SCD-1 and ACC were increased with estrogens withdrawal conversely to reduced PPAR-α mRNA levels (P < 0.01). Furthermore, gene expressions of pro-inflammatory cytokines including IKKβ and IL-6 as well as protein content of NF-кB were higher (P < 0.01) in the liver of Ovx than in Sham animals. All of these responses were corrected with estrogen supplementation alone as well as with endurance exercise training alone in Ovx rats. On the whole, our results indicate that exercise training (resistance or endurance) has a significant impact on reducing fat accumulation in liver and adipocytes in Ovx rats. In addition, it seems that endurance exercise training in Ovx rats stimulates estrogenic-like effects on the expression of genes involved in lipid accumulation and sub-clinical inflammation in the liver.

Le tractus digestif et le foie interagissent continuellement, non seulement à travers les connexions anatomiques, mais également par des liens physiologiques/fonctionnels. Le déséquilibre de l’axe intestin-foie apparait de plus en plus comme un facteur primordial dans les désordres cardiométaboliques, à savoir l’obésité, le syndrome métabolique, le diabète de type 2 et la stéatose hépatique non alcoolique (NAFLD), pour lesquels la prévalence demeure alarmante, les mécanismes moléculaires encore méconnus, et les traitements peu efficaces. L’hypothèse centrale du présent projet de recherche est que la combinaison d’anomalies génétiques et nutritionnelles affecte la sensibilité de l’insuline intestinale, ce qui conduit à une surproduction des chylomicrons, à une dyslipidémie, une insulinorésistance systémique et des répercussions sur le foie. Dans cet agencement, le foie développe une NAFLD progressive, impliquant plusieurs sentiers métaboliques intrinsèques et des mécanismes comprenant le stress oxydatif, l’inflammation et l’insulinorésistance. En revanche, des nutriments, comme les acides gras polyinsaturés (AGPI) n-3, peuvent présenter des effets bénéfiques en ciblant plusieurs circuits pathogéniques. L’objectif central de cette thèse consiste à : (i) Démontrer que des gènes codant pour les protéines intestinales clés associées au transport des lipides, comme c’est le cas du Sar1b GTPase, peuvent interagir avec l’environnement nutritionnel pour produire l’obésité et des dérangements cardiométaboliques, incluant la NAFLD ; (ii) Explorer les mécanismes hépatiques sous-jacents à la NAFLD; et (iii) Identifier les effets et les cibles thérapeutiques des AGPI n-3 sur la NAFLD. Ces objectifs seront soutenus par une prospection de la littérature scientifique disponible dans les champs du syndrome métabolique et de la NAFLD afin d’en disséquer les forces et les faiblesses au bénéfice de la communauté scientifique. À ces fins, nous avons utilisé des modèles animaux et cellulaires manipulés génétiquement, des animaux exposés de façon chronique à des diètes riches en lipides, des spécimens de tissus hépatiques obtenus durant la chirurgie bariatrique d’obèses morbides, et une cohorte d’adolescents obèses souffrant de NAFLD et qui seront traités avec les AGPI n-3. L’ensemble de nos expériences ont soutenu nos hypothèses et ont mis en évidence les concepts et mécanismes suivants : (i) L’abondance d’un gène crucial (notamment Sar1b GTPase) au niveau de l’intestin, en synergie avec une alimentation obésogène, perturbe l’homéostasie locale et mène à des dérangements cardiométaboliques, défiant même l’axe intestin-foie ; (ii) Les causes développementales de la NAFLD comprennent les dérangements du métabolisme des acides gras, du statut redox et inflammatoire, de la sensibilité à l’insuline, des sentiers métaboliques (lipogenèse, β-oxydation, gluconéogenèse) et de l’expression des facteurs de transcription; et (iii) Les AGPI n-3 représentent un robuste arsenal thérapeutique des dérangements cardiométaboliques, notamment la NAFLD, en agissant sur plusieurs cibles pathogéniques. Globalement, nos résultats montrent le rôle indéniable de l’intestin comme organe insulino-sensible interagissant de près avec les aliments et capable de déclencher des troubles métaboliques. Plusieurs mécanismes gouvernant les désordres métaboliques ont été dévoilés par nos travaux. En outre, nos études cliniques ont pointé la force thérapeutique des AGPI n-3 qui interviennent dans de nombreux processus de régulation métaboliques et notamment dans le stress oxydatif et l’inflammation. / The digestive tract and liver interact continuously, not only through anatomical connections, but also through physiological / functional links. The imbalance of the intestine-liver axis is increasingly emerging as a key factor in cardiometabolic disorders (CMD), namely obesity, metabolic syndrome, type 2 diabetes, and non alcoholic fatty liver disease (NAFLD), for which prevalence remains alarmingly high, molecular mechanisms are poorly understood, and treatments are largely inefficient. The central hypothesis of this research project is that the combination of genetic and nutritional abnormalities affect intestinal insulin sensitivity, leading to overproduction of chylomicrons, dyslipidemia, systemic insulin resistance and dysregulated intestine-liver axis. In this situation, the liver develops progressive NAFLD, implicating several intrinsic metabolic pathways and mechanisms, including oxidative stress, inflammation and insulin resistance. In contrast, functional foods, such as omega-3 polyunsaturated fatty acids (n-3 PUFA), may have beneficial effects by targeting several pathogenic pathways. The central objective of this thesis is to: (i) Demonstrate that genes coding for key intestinal proteins associated with lipid transport, as is the case with Sar1b GTPase, can interact with the nutritional environment to produce obesity and CMD, including hepatic steatosis; (ii) explore the mechanisms underlying NAFLD; and (iii) identify the effects and therapeutic targets of n-3 PUFA. These objectives will be supported by a critical review on metabolic syndrome and NAFLD in order to dissect their strengths and weaknesses for the benefit of the scientific community. For these purposes, we used genetically engineered animal and cell models, chronic exposure of animals to high-fat diets, liver tissue specimens obtained during bariatric surgery of morbidly obese patients, and treatment of obese NAFLD adolescents with n-3 PUFA. All of our experiments supported our hypotheses and highlighted the following concepts and mechanisms: (i) The abundance of a crucial gene (notably Sar1b GTPase) in the intestine, in synergy with an obesogenic diet, disrupts local homeostasis and leads to CMD, challenging even the intestine-liver axis; (ii) Developmental causes of NAFLD include disturbances of fatty acid metabolism, redox and inflammatory status, insulin sensitivity, metabolic pathways (lipogenesis, β-oxidation, gluconeogenesis), and expression of transcription factors; and (iii) n-3 PUFA represent a robust therapeutic arsenal of CMD, including NAFLD, by acting on several pathogenic targets. Overall, our results show the undeniable role of the intestine, as an insulin-sensitive organ, interacting closely with obesogenic food, and capable of triggering CMD, including perturbations of the intestine-liver axis. Several mechanisms governing metabolic disorders have been unveiled by our work. In addition, our clinical studies have pointed to the therapeutic potential of n-3 PUFA involved in many regulatory processes, including oxidative stress and inflammation.

Pour le diagnostic et la stratification de la fibrose hépatique, la rigidité du foie est un biomarqueur quantitatif estimé par des méthodes d'élastographie. L'élastographie par ondes de cisaillement (« shear wave », SW) utilise des ultrasons médicaux non invasifs pour évaluer les propriétés mécaniques du foie sur la base des propriétés de propagation des ondes de cisaillement. La vitesse des ondes de cisaillement (« shear wave speed », SWS) et l'atténuation des ondes de cisaillement (« shear wave attenuation », SWA) peuvent fournir une estimation de la viscoélasticité des tissus. Les tissus biologiques sont intrinsèquement viscoélastiques et un modèle mathématique complexe est généralement nécessaire pour calculer la viscoélasticité en imagerie SW. Le calcul précis de l'atténuation est essentiel, en particulier pour une estimation précise du module de perte et de la viscosité. Des études récentes ont tenté d'augmenter la précision de l'estimation du SWA, mais elles présentent encore certaines limites. Comme premier objectif de cette thèse, une méthode de décalage de fréquence revisitée a été développée pour améliorer les estimations fournies par la méthode originale de décalage en fréquence [Bernard et al 2017]. Dans la nouvelle méthode, l'hypothèse d'un paramètre de forme décrivant les caractéristiques spectrales des ondes de cisaillement, et assumé initialement constant pour tous les emplacements latéraux, a été abandonnée permettant un meilleur ajustement de la fonction gamma du spectre d'amplitude. En second lieu, un algorithme de consensus d'échantillons aléatoires adaptatifs (« adaptive random sample consensus », A-RANSAC) a été mis en œuvre pour estimer la pente du paramètre de taux variable de la distribution gamma afin d’améliorer la précision de la méthode. Pour valider ces changements algorithmiques, la méthode proposée a été comparée à trois méthodes récentes permettant d’estimer également l’atténuation des ondes de cisaillements (méthodes de décalage en fréquence, de décalage en fréquence en deux points et une méthode ayant comme acronyme anglophone AMUSE) à l'aide de données de simulations ou fantômes numériques. Également, des fantômes de gels homogènes in vitro et des données in vivo acquises sur le foie de canards ont été traités. Comme deuxième objectif, cette thèse porte également sur le diagnostic précoce de la stéatose hépatique non alcoolique (NAFLD) qui est nécessaire pour prévenir sa progression et réduire la mortalité globale. À cet effet, la méthode de décalage en fréquence revisitée a été testée sur des foies humains in vivo. La performance diagnostique de la nouvelle méthode a été étudiée sur des foies humains sains et atteints de la maladie du foie gras non alcoolique. Pour minimiser les sources de variabilité, une méthode d'analyse automatisée faisant la moyenne des mesures prises sous plusieurs angles a été mise au point. Les résultats de cette méthode ont été comparés à la fraction de graisse à densité de protons obtenue de l'imagerie par résonance magnétique (« magnetic resonance imaging proton density fat fraction », MRI-PDFF) et à la biopsie du foie. En outre, l’imagerie SWA a été utilisée pour classer la stéatose et des seuils de décision ont été établis pour la dichotomisation des différents grades de stéatose. Finalement, le dernier objectif de la thèse consiste en une étude de reproductibilité de six paramètres basés sur la technologie SW (vitesse, atténuation, dispersion, module de Young, viscosité et module de cisaillement). Cette étude a été réalisée chez des volontaires sains et des patients atteints de NAFLD à partir de données acquises lors de deux visites distinctes. En conclusion, une méthode robuste de calcul du SWA du foie a été développée et validée pour fournir une méthode de diagnostic de la NAFLD. / For diagnosis and staging of liver fibrosis, liver stiffness is a quantitative biomarker estimated by elastography methods. Ultrasound shear wave (SW) elastography utilizes noninvasive medical ultrasound to assess the mechanical properties of the liver based on the monitoring of the SW propagation. SW speed (SWS) and SW attenuation (SWA) can provide an estimation of tissue viscoelasticity. Biological tissues are inherently viscoelastic in nature and a complex mathematical model is usually required to compute viscoelasticity in SW imaging. Accurate computation of attenuation is critical, especially for accurate loss modulus and viscosity estimation. Recent studies have made attempts to increase the precision of SWA estimation, but they still face some limitations. As a first objective of this thesis, a revisited frequency-shift method was developed to improve the estimates provided by the original implementation of the frequency-shift method [Bernard et al 2017]. In the new method, the assumption of a constant shape parameter of the gamma function describing the SW magnitude spectrum has been dropped for all lateral locations, allowing a better gamma fitting. Secondly, an adaptive random sample consensus algorithm (A-RANSAC) was implemented to estimate the slope of the varying rate parameter of the gamma distribution to improve the accuracy of the method. For the validation of these algorithmic changes, the proposed method was compared with three recent methods proposed to estimate SWA (frequency-shift, two-point frequency-shift and AMUSE methods) using simulation data or numerical phantoms. In addition, in vitro homogenous gel phantoms and in vivo animal (duck) liver data were processed. As a second objective, this thesis also aimed at improving the early diagnosis of nonalcoholic fatty liver disease (NAFLD), which is necessary to prevent its progression and decrease the overall mortality. For this purpose, the revisited frequency-shift method was tested on in vivo human livers. The new method's diagnosis performance was investigated with healthy and NAFLD human livers. To minimize sources of variability, an automated analysis method averaging measurements from several angles has been developed. The results of this method were compared to the magnetic resonance imaging proton density fat fraction (MRI-PDFF) and to liver biopsy. SWA imaging was used for grading steatosis and cut-off decision thresholds were established for dichotomization of different steatosis grades. As a third objective, this thesis is proposing a reproducibility study of six SW-based parameters (speed, attenuation, dispersion, Young’s modulus, viscosity and shear modulus). The assessment was performed in healthy volunteers and NAFLD patients using data acquired at two separate visits. In conclusion, a robust method for computing the liver’s SWA was developed and validated to provide a diagnostic method for NAFLD.