La Stearoyl-CoA Désaturase-l (SCD1) est l'enzyme catalysant la synthèse des acides gras monoinsaturés, synthétisant le palmitoléyl-CoA (C16:1) et l'oléoyl-CoA (C18:1) à partir respectivement du palmitoyl-CoA (C16:0) et du stéaroyl-CoA (C18:0). Ces acides gras entrent ensuite dans la composition des triglycérides et des phospholipides membranaires. L'altération de la composition des phospholipides a été impliquée dans de nombreuses maladies incluant l'obésité et le syndrome métabolique associé. SCD1 est fortement exprimée au niveau du foie et du tissu adipeux. Elle est étroitement régulée par de nombreux facteurs nutritionnels et hormonaux principalement au niveau transcriptionnel mais aussi via une dégradation protéique rapide. Ceci permet à la cellule d'adapter l'activité enzymatique de SCD1 à la demande physiologique. Au niveau hépatique, l'insuline et la leptine sont impliquées respectivement dans la stimulation et l'inhibition de l'expression de SCD1. Leur fixation sur leur récepteur respectif précède l'activation de nombreuses voies de signalisation, qu'elles partagent pour la plupart, comme la voie 3-phosphoinositide-dependent protein kinase-1 (PI3K) et la voie des Mitogen Activated Protein Kinase Extracellular Regulated Kinase 1/2 (MAPK ERK1/2). Les travaux présentés dans cette thèse ont permis de caractériser les mécanismes impliqués dans l'action de l'insuline et de la leptine sur l'expression de SCD1. Dans un premier temps, nous avons mis en évidence l'implication de la voie PI3K Mammalian Target Of Rapamycin (mTor) et des facteurs de transcription Sterol Response Element Binding Protein-1 (SREBP-1) et Nuclear Factor Y (NF-Y) dans la stimulation de l'expression de SCD1 par l'insuline. Dans un deuxième temps, nous avons démontré l'implication de la voie des MAPK ERK1/2 dans l'inhibition de l'expression de SCD1 par la leptine. Nos résultats suggèrent aussi un rôle important du facteur de transcription Stimulating Protein 1 (Sp1) dans ce phénomène. Au niveau transcriptionnel, l'action de l'insuline et de la leptine semble indépendante l'une de l'autre. Cependant, il apparaît globalement que l'effet inhibiteur de la leptine supplante l'effet activateur de l'insuline au niveau de l'expression de SCD1. Le tissu adipeux est le lieu de stockage principal des triglycérides. L'analyse de la composition de ces triglycérides révèle que le C18:1 constitue l'acide gras le plus abondant. Des travaux réalisés sur des modèles animaux suggèrent fortement qu'une activité élevée de SCDl au niveau du tissu adipeux est fortement corrélée avec l'adiposité et l'obésité. Dans une troisième partie, nous avons donc testé l'hypothèse que la désaturation induite par SCD1 est positivement reliée à l'expansion du tissu adipeux. Nous avons montré que, indépendamment de leur apport en acides gras, le taux de C18:0 était diminuée dans le tissu adipeux omental de femmes atteintes d'obésité viscérale. De plus, chez ces patientes, ne présentant pas de syndrome métabolique, l'indice de désaturation (C18:1/C18:0) était augmenté. Nous avons aussi montré une association entre le niveau d'adiposité de ces patientes et la diminution du niveau de C18:0. L'adiposité de ces femmes a aussi été associée à l'augmentation de l'indice de. désaturation (C18:1/C18:0) et à l'augmentation du niveau d'expression de SCD1. En conclusion, nos travaux attestent la complexité de la régulation de l'expression de SCD1. Nos études confirment aussi le rôle clé de SCD1 au niveau du métabolisme lipidique, du développement de l'obésité et du syndrome métabolique associé. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Désaturase, SCD1, Insuline, Leptine, Protéines kinases, PI3K, mTor, MAPK, ERK1/2, SREBP-1, NF-Y, Sp1, foie, tissu adipeux.

Contexte: Il n'y a pas de consensus concernant la meilleure activité physique pour réduire le risque cardio-vasculaire (RCV) résultant de l'accumulation du tissu adipeux viscéral dans le syndrome métabolique (SMet). Objectif: analyser les effets de l'activité physique sur le tissu adipeux viscéral et sur le RCV chez des patients SMet. Méthodes: 100 adultes, 50-70 ans, ont été randomisés en trois groupes d'activité physique: mixte (endurance et résistance) résistance modérée + endurance modérée (re), Résistance intense + endurance modérée (Re), résistance modérée + Endurance intense (rE). Une cure de trois semaines (J0 à J20), en institution, a précédé un suivi à domicile d'une année (M12). Nous avons suivi le tissu adipeux viscéral et la composition corporelle par DXA, les paramètres du SMet, les performances en force et en endurance, et le RCV en utilisant le score de Framingham et l'épaisseur intima-média carotidienne. L'observance a été évaluée entre D20 et M12. Résultats: 78 participants (78%) ont terminé l'étude. À J20, la perte de graisse viscérale était la plus élevée pour Re (-18%, p<.0001) et plus élevée pour rE que re (-12% vs 7%, p<.0001). De même, à partir de M3, la graisse viscérale a plus pour Re et rE (p<.05) pour atteindre à M12 une perte de graisse viscérale de -21,5% (Re) et -21,1% (rE) > -13,0% (re) (p<.001). Le RCV, le SMet et les performances physiques ont été améliorées dans tous les groupes. Les principales améliorations ont été obtenues durant la cure et ont ensuite évolué en fonction de l'observance. Particulièrement entre M6 et M12, les non-observants dégradent leurs améliorations alors que les observants restent stables. La perte de tissu adipeux viscéral est corrélée aux améliorations des paramètres du SM. Conclusions: Les 3 modalités d'activité physique induisent une perte de graisse viscérale et améliorent le RCV et le SMet, mais une haute intensité en résistance entraîne une amélioration plus rapide. Une cure avec un encadrement quotidien est indispensable pour aider les patients à atteindre leurs objectifs. L'observance semble être le principal défi dans le succès du traitement du SM.

Reproduction de : Thèse d'exercice : Médecine : Nancy 1 : 2004. / Titre provenant de l'écran-titre.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Physiologie : Lyon 1 : 2003. / Titre provenant de l'écran titre. 331 Réf. bibliogr.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2005. / Bibliogr.: f. [65]-66. Publié aussi en version électronique.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2004. / Bibliogr. Publié aussi en version électronique.

Le développement du tissu adipeux blanc est finement régulé par des facteurs pro- et anti- adipogéniques. Au cours de l’obésité, son expansion conduit à de nombreuses complications métaboliques. A ce jour, peu de données sont disponibles sur les facteurs qui contrôlent négativement son développement. Dans ce contexte, le laboratoire a dirigé ses recherches sur le rôle de l’aldose réductase murine Akr1b7 dans ce tissu. Akr1b7 est exprimée dans la fraction stromale vasculaire du tissu adipeux blanc et possède un effet anti-adipogénique sur les préadipocytes en culture. La réalisation et l’analyse de souris invalidées pour le gène Akr1b7 nous a permis de démontrer que la perte de Akr1b7 entraîne une expansion de la masse adipeuse par une hypertrophie et une hyperplasie des adipocytes associées à une insulino-résistance. Les souris Akr1b7-/- ne sont pas hyperphagiques mais présentent un métabolisme basal réduit. Akr1b7 qui possède une activité prostaglandine synthase, régule le développement excessif du tissu adipeux par deux mécanismes dépendant de la PGF2α à savoir, l’inhibition de l’adipogenèse et de la lipogenèse. D’autre part, nous avons développé un modèle de souris transgéniques sur-exprimant l’aldose réductase humaine AKR1B1 dans le tissu adipeux. Contre toute attente et à l’inverse de Akr1b7, ce modèle montre un effet pro-adipogénique deAKR1B1. Ces données in vivo révèlent des activités inédites et opposées entre différentes isoformes d’aldose réductase et ouvrent de nouvelles pistes pour appréhender les mécanismes contrôlant l’homéostasie adipeuse et ses dérèglements. / White adipose tissue development is tightly regulated by pro-and anti-adipogenic factors. In obesity, its increased development leads to many metabolic complications. To date, little is known about the factors that control negatively its growth. In this context, the laboratory has focused researches on the murine aldose reductase Akr1b7 role in white adipose tissue. Akr1b7 is expressed in stromal vascular fraction of white adipose tissue and exhibits an anti-adipogenic action on a preadipocyte cell line. Generation and study of Akr1b7-/- knockout mice allows us to demonstrate that lack of Akr1b7 leads to adipose tissue expansion due to hypertrophy and hyperplasia of adipose cells associated to insulin resistance. Akr1b7-/- mice are not hyperphagic but show reduced basal metabolic rate. This phenotype confirms Akr1b7 involvement in adipose tissue physiology. Akr1b7 regulates development of adipose tissue by a PGF2α-dependent inhibition of both adipogenesis and lipogenesis. On the other hand, we have developed a transgenic murine model over-expressing the human aldose reductase AKR1B1 in adipose tissue. Against all odds and contrary to Akr1b7, this model shows a pro-adipogenic effect of AKR1B1. These in vivo data reveal new and opposed activities of different aldose reductase isoforms and open new avenues to understand the mecanisms regulating fat homeostasis and its disturbances.

Les muscles se forment au cours du développement embryonnaire, principalement grâce aux capacités de prolifération et différenciation des cellules souches musculaires, néanmoins ces capacités sont insuffisantes pour le développement correct des muscles. La formation des muscles est aussi régulée par des signaux provenant de tissus adjacents, parmi lesquels le tissu conjonctif (TC). Plusieurs facteurs de transcription spécifiquement exprimés dans le TC ont été identifiés comme étant impliqués dans la myogenèse caractérisant ainsi le TC comme une source importante de signaux dans le mécanisme de morphogénèse musculaire. Ces observations soulignent l’importance du rôle du TC dans la formation des muscles, cependant la nature moléculaire des mécanismes médiés par le TC reste à ce jour inconnue. L’objectif de ce travail de thèse a été d’établir le rôle des chimiokines CXCL12 et CXCL14 dans l’intéraction entre le TC et le développement musculaire, en utilisant l’embryon de poulet comme modèle. Dans un premier temps, nous avons défini le patron d’expression de CXCL12 et CXCL14 au cours du développement embryonnaire, et avons mis en évidence une corrélation entre la localisation de ces chimiokines et l’expression de gènes spécifiques à différentes sous populations du TC. Afin d’évaluer le rôle potentiel de ces chimiokines dans la différentiation du TC nous avons utilisé des approches de gain de fonction in vitro et in vivo et avons montré que CXCL12 et CXCL14 activent les facteurs de transcription spécifiques à différentes sous population du TC, démontrant ainsi que CXCL12 et CXCL14 régulent la différentiation du TC au cours du développement du membre. De plus, nous avons établit que la voie de signalisation BMP et les forces mécaniques régulent négativement l’expression des chimiokines CXCL12 et CXCL14. Ces résultats caractérisent pour la première fois l’implication de CXCL12 et CXCL14 dans la différentiation du TC.La deuxième partie de ce travail de thèse a visé à caractériser le rôle paracrine de CXCL12 et CXCL14 sur le développement musculaire. Nous avons pu observé que l’un des récepteur de CXCL12, CXCR7, est exprimé dans les cellules musculaires souches et différenciées, dans les ailes d’embryons de poulets. En utilisant des approches de gains et pertes de fonctions, d’une part in vitro dans des cultures primaires de myoblastes de poulets, nous avons montrés que CXCR7 favorise la myogénèse, notamment en régulant la myogénèse, tandis que CXCL12 n’a pas d’impact sur la différentiation musculaire in vitro. De plus nous avons pu constater que CXCL14 inhibe la myogénèse in vitro. Finalement, in vivo, nous avons observé que la surexpression des chimiokines entraîne un développement anormal des muscles tandis que l’expression du récepteur CXCR7 tronqué favorise le développement musculaire, soulignant l’importance de la signalisation CXCL12/14 dans le processus de morphogénèse musculaire medié par le TC. Ces résultats constituent la première démonstration d’une fonction paracrine du TC dans la morphogénèse musculaire via les chimiokines CXCL12 et CXCL14. / Skeletal muscle development mostly relies on intrinsic capacities of muscle progenitors to proliferate and differentiate. However, extrinsic signals arising from non-myogenic cells also contribute to the establishment of functional skeletal muscles. The aim of this PhD project was to investigate the role of connective-tissue (CT) on the development of skeletal muscle, using the chick embryonic limb as a model. We particularly investigated the influence of the two chemokines CXCL12 and CXCL14, which have been previously shown as expressed in limb mesenchyme giving rise to the different types of CTs during development. The involvement of CXCL12 and CXCL14 in limb CT differentiation was studied, as well as the role of these chemokines in skeletal muscle development mediated by CT. We first showed that CXCL12 and CXCL14 display distinct restricted expression patterns in limb CT of chick embryos and demonstrated that CXCL12 promotes the expression of OSR1, OSR2 and COL3A1 genes, three markers of irregular CT, while CXCL14 enhances the expression of a regular CT gene, SCX. In addition, the expression of CXCL12, CXCL14 and their putative CT target genes were all negatively regulated by the anti-fibrotic BMP signalling, but also in the absence of musculoskeletal mechanical forces. These results show for the first time the involvement of CXCL12 and CXCL14 chemokines in the differentiation of CTs. The putative role of both chemokines on CT-mediated myogenesis was then analysed. We observed that CXCR7, one CXCL12 receptor, was expressed both in muscle progenitors and differentiated muscle cells in embryonic chick limbs. Using gain- and loss-of-function approaches in primary cultures of chick limb myoblasts, we revealed that CXCR7 promoted myogenesis by regulating muscle cell fusion, while CXCL12 did not influence muscle differentiation. CXCL14 dramatically inhibits in vitro myogenesis. Functional assays performed in chick embryonic forelimbs in vivo demonstrate that overexpression of CXCL12, CXCR7 or a dominant-negative form of CXCR7 all resulted in abnormal and mispatterned muscles in chick limbs. Similarly, CXCL14 overexpression in chick limb in vivo led to profound anomalies in muscle differentiation. All together, our results demonstrate an essential contribution of CXCL12 and CXCL14 chemokines in CT differentiation and in CTmediated muscle development in embryonic limb. / Die Entwicklung der Skelettmuskulatur beruht auf den Fähigkeiten von myogenen Progenitorzellen. Im Laufe der Entwicklung proliferieren diese, differenzieren zu Myoblasten, die schließlich zu Muskelfasern fusionieren. Zur Bildung der embryonalen Muskulatur werden jedoch darüber hinaus extrinsische Signale von nicht-myogenen Zellen, vor allem Zellen des Bindegewebes, benötigt. Das Ziel dieser Arbeit war, die Rolle des Bindegewebes in der embryonalen Muskelentwicklung der Extremitäten des Hühnerembryos als Modell genauer zu untersuchen. Speziell wurde hier der Einfluss zweier Chemokine untersucht, CXCL12 und CXCL14, von denen bereits vorher gezeigt wurde, dass sie im Mesenchym der sich entwickelnden Extremität exprimiert sind. In dieser Arbeit wurde die Rolle dieser Chemokine sowohl für die Differenzierung des Bindegewebes selbst, wie auch deren Einfluss auf die Muskeldifferenzierung analysiert. Es konnte gezeigt werden, dass sowohl CXCL12 als auch CXCL14 distinkte regionale Expressionsmuster im Bindegewebe der Extremität aufweisen. Funktionell erhöht CXCL12 die Expression von OSR1, OSR2 und COL3A1, dreier Marker für irreguläres Bindegewebe, während CXCL14 die Expression eines Schlüsselmarkers für reguläres Bindegewebe (Sehne), SCX, erhöht. Die Expression von CXCL12 und CXCL14 selbst, wie auch die Expression ihrer putativen Zielgene, wurden demgegenüber durch Stimulation des antifibrotisch wirkenden BMP Signalweges negativ reguliert. Zudem bewirkte eine experimentell induzierte Muskelparalyse im Hühnerembryo eine Herunterregulation von CXCL12 und CXCL14, was bedeutet, dass die Expression beider Gene abhängig von mechanischen Signalen ist. Diese Ergebnisse involvieren zu ersten Mal die Chemokine CXCL12 und CXCL14 in die Differenzierung des Bindegewebes. Im Folgenden wurde die mögliche Rolle beider Chemokine in der Muskelentwicklung analysiert. Es wurde zunächst gezeigt, dass CXCR7, ein Rezeptor für CXCL12, in Muskelvorläufern wie auch differenzierten Muskelzellen in der Extremität des Hühnerembryos exprimiert wird. Durch Funktionsgewinn und –verlust Versuche in primären Myoblasten aus Hühnerembryos konnte gezeigt werden, dass CXCR7 die Muskelbildung durch die Beeinflussung der Zellfusion fördert, während CXCL12 keinen Einfluss hatte. Demgegenüber zeigte CXCL14 eine starke Inhibition des Myogenese in vitro. Die Misexpression von CXCL12, CXCR7 sowie dominant-negative Versionen von CXCR7 in vivo bewirkten eine abnormale Musterbildung der Extremitäten-Muskulatur. Genauso bewirkte die Misexpression von CXCL14 deutliche Veränderungen der Muskeldifferenzierung. Zusammenfassend konnte eine Funktion der Chemokine CXCL12 und CXCL14 in der Differenzierung des Bindegewebes sowie im nicht-Zell autonomen Einfluss des Bindegewebes auf die Muskelentwicklung gezeigt werden.

Dans le cadre des simulations pour l'entrainement, le planning, ou l'aide per-opératoire aux gestes médicaux-chirurgicaux, de nombreux modèles ont été développés pour décrire le comportement mécanique des tissus mous. La vérification, la validation et l'évaluation sont des étapes cruciales en vue de l'acceptation clinique des résultats de simulation. Ces tâches, souvent basées sur des comparaisons avec des données expérimentales ou d'autres simulations, sont rendues difficiles par le nombre de techniques de modélisation existantes, le nombre d'hypothèses à considérer et la difficulté de réaliser des expériences réelles utilisables. Nous proposons un environnement de comparaison basé sur une analyse du processus de modélisation et une description générique des éléments constitutifs d'une simulation (e.g. géométrie, chargements, critère de stabilité) ainsi que des résultats (expérimentaux ou provenant d'une simulation). La description générique des simulations permet d'effectuer des comparaisons avec diverses techniques de modélisation (e.g. masse-ressorts, éléments finis) implémentées sur diverses plateformes de simulation. Les comparaisons peuvent être faites avec des expériences réelles, d'autres résultats de simulation ou d'anciennes versions du modèle grâce à la description commune des résultats, et s'appuient sur un ensemble de métriques pour quantifier la précision et la vitesse de calcul. La description des résultats permet également de faciliter l'échange d'expériences de validation. La pertinence de la méthode est montrée sur différentes expériences de validation et de comparaison de modèles. L'environnement et ensuite utilisé pour étudier l'influence des hypothèses de modélisations et des paramètres d'un modèle d'aspiration de tissu utilisé par un dispositif de caractérisation des lois de comportement. Cette étude permet de donner des pistes pour l'amélioration des prédictions du dispositif. / Numerous models have been developed to describe the mechanical behavior of soft tissues for medical simulation. Verification, validation and evaluation are crucial steps towards the acceptance of simulation results by clinicians. These tasks, often based on comparisons between simulation results and experimental data or other simulations, are difficult because of the wide range of available modeling techniques, the number of possible assumptions, and the difficulty to perform validation experiments. A comparison framework is proposed based on the analysis of the modelisation process and on a generic description of both constitutive elements of a simulation (e.g. geometry, loads, stability criterion) and results (from simulations or experiments). Generic description allows comparisons between different modeling techniques implemented in various simulation platforms. Comparisons can be performed against real experiments, other simulation results or previous versions of a model thanks to the generic description of results and use a set of metrics to quantify both accuracy and computational efficiency. This description also facilitates validation experiments sharing. The usability of the method is shown on several validation and comparison experiments. The framework is then used to investigate the influence of modeling assumptions and parameters in a biomechanical finite element model of an in-vivo tissue aspiration device. This study gives clues towards the improvement of the predictions of the characterization device.

Le développement d’un biomatériau contrôlant précisément le comportement de cellules souches serait un avantage considérable pour des applications de médecine régénératrice et d’ingénierie tissulaire. Actuellement, le vieillissement de la population mondiale est associé à de nombreux problèmes de dégénérescence des tissus, en particulier dans le contexte osseux. Le coût annuel des opérations chirurgicales orthopédiques pratiquées aux États-Unis s’élève à 8.2 milliards de dollars US. Afin de trouver des alternatives aux greffes traditionnelles, des biomatériaux mimant la physiologie osseuse ont été conçus. Une des stratégies consiste à préparer des matériaux biomimétiques en fonctionnalisant, par exemple, la surface des matériaux par des peptides dérivés des protéines d’adhésion de la matrice extracellulaire (ECM) tel que la fibronectine pour favoriser l’ancrage des cellules osseuses. D’autres molécules comme les protéines morphogénétiques osseuses (BMPs) jouent un rôle essentiel dans le processus physiologique de la réparation osseuse. Ces BMPs peuvent être combinées aux biomatériaux afin d’orienter la réponse des cellules osseuses et ainsi améliorer la régénération des tissus. L’utilisation de peptides dérivés des BMPs, 300 fois moins dispendieux, ajoute un avantage considérable dans le développement des matériaux biomimétiques. En outre, des relations croisées entre les récepteurs cellulaires des protéines de l’ECM et ceux des BMPs peuvent influencer la signalisation et la différenciation des cellules osseuses, d’où l’intérêt de fonctionnaliser les biomatériaux non seulement avec des molécules d’adhésion, mais aussi avec des BMPs ou leurs peptides dérivés. Dans ce projet, un biomatériau biomimétique de 3eme génération a été développé afin de permettre l’adhésion et l’orientation des cellules souches vers la lignée ostéoblastique. L’étude a consisté à analyser le potentiel de la co-immobilisation d’un peptide d’adhésion dérivé de la fibronectine (pFibro) et d’un peptide dérivé de la BMP-9 (SpBMP-9) sur un film de polycaprolactone (PCL). L’utilisation d’un peptide négatif du SpBMP-9, le NSpBMP-9, a permis de vérifier les effets synergiques potentiels de cette co-immobilisation. Dans un premier temps, l’attachement et l’organisation du cytosquelette des cellules ont été déterminés par un immunomarquage des protéines du cytosquelette. Puis la cinétique d’activation de la voie de signalisation Smad impliquée dans la différenciation ostéoblastique a été analysée par immunobuvardage de type Western. Afin de vérifier la différenciation des cellules souches vers un phénotype défini, l’expression de gènes codant pour des marqueurs de différenciation ostéogénique (Runx2, Ostérix), chondrogénique (Sox9) et adipogénique (PPARγ) a également été évaluée par des immunobuvardages de type Western. Ce projet de recherche a amélioré les connaissances actuelles sur les interactions entre les biomatériaux co-fonctionnalisés par des peptides d’adhésion et dérivés de la BMP-9 et les cellules osseuses, afin de potentialiser les propriétés ontéoconductive, ostéointégrative et ostéoinductive essentielles pour obtenir un matériau biomimétique efficace.