Le tissu adipeux (TA) est connu pour sa plasticité puisqu'il est capable de s'hypertrophier ou de s'atrophier, en fonction de la situation métabolique de l'individu. Cette plasticité est liée au fait que le TA joue un double rôle dans le maintien de la balance énergétique : il est à la fois i) réserve d'énergie mobilisable (adipocytes blancs) mais également ii) consommateur d'énergie via la thermogénèse (adipocytes bruns, adipocytes beiges). En raison de l'évolution croissante des maladies métaboliques dites de surcharge dans lesquelles ce TA va s'hypertrophier, la majorité des études abordent cette notion de plasticité à l'échelle cellulaire, et se focalise ainsi sur les adipocytes (prolifération, différenciation, activité) et les autres populations cellulaires résidant dans le TA, capables d'interagir avec eux. En revanche, il y a très peu d'études sur cette plasticité à l'échelle tissulaire. Au cours de ma thèse, je me suis intéressée i) à l'organisation tissulaire d'un dépôt de TA blanc (dépôt sous-cutané inguinal) et ii) les conséquences d'une ablation massive du TA blanc. L'ensemble de ce travail a été réalisé chez la souris.A l'aide de l'imagerie 3D sur tissu entier, nous montrons que ce dépôt est hétérogène : il est composé d'une partie dans laquelle il est possible de segmenter des entités fonctionnelles (lobules ?), située au cœur du dépôt, et d'une partie non segmentable, située à la périphérie du dépôt. Cette hétérogénéité structurale est associée à une hétérogénéité fonctionnelle : les deux régions se distinguent en termes de morphologie adipocytaire et de pattern d'expression génique. De plus, seule la partie segmentable répond à la mise au froid des animaux par une up-régulation du niveau d'expression d'Ucp1 et d'autres gènes marqueurs du " brunissement ". Parallèlement à cela, nous montrons que selon la souche de souris (C57bl6 et MRL), la réponse du TA inguinal à une ablation partielle n'est pas la même : chez la souris MRL (rare mammifère capable de régénération), ce dépôt adipeux est capable de régénérer, ce qui n'est pas le cas chez la souris C57Bl/6. La régénération est inhibée chez la souris MRL par un traitement avec un agoniste des récepteurs aux opioïdes (tramadol) alors qu'elle peut être induite chez la souris C57Bl/6 par un antagoniste de ces récepteurs (naloxone). Cette régénération est dépendante d'une forte et intense production d'espèces actives de l'oxygène par les granulocytes. L'utilisation de souris invalidées pour le récepteur mu démontre l'implication de cette sous-famille de récepteurs. Enfin, cet effet des opioïdes est majoritairement le fait des cellules immunitaires, et plus particulièrement les granulocytes. Ces données mettent en exergue une nouvelle vision du TA blanc sous - cutané, qui ne doit pas être considéré comme un tissu inerte mais bel et bien comme un tissu hétérogène complexe (structurellement et fonctionnellement) pouvant être capable de régénération. / Adipose tissue (AT) is very plastic tissue. During metabolic disease, it would be overdeveloped or atrophy. It is due to the fact that AT is i) energy storage thanks to white adipocyte and ii) energy consumer thanks to brown or brite adipocyte. The cellular composition is very well studied (adipocytes activity, proliferation, differenciation, link between AT stromal cells / adipocytes) but the tissue organization of AT is not known. During my thesis work, we study the i) tissular organization of white AT and ii) AT response after massive removal of white AT. Mice are used for this work. In the first step, our 3 dimensional imaging of white AT shows that AT is heterogeneous tissue: AT has 2 components: segmentable area, in the AT core and non-segmentable area, in the AT periphery. This structural heterogeneity is correlated with functional heterogeneity because segementable area differs to non-segmentable area from adipocyte shape and pattern genic expression. Furthermore, only segmentable area can be respond to cold exposure by Ucp1 up-regulation and browning genes markers. In the second step, massive ablation of subcutaneous white AT is performed on two mice strains: C57Bl/6 and MRL (known to be able to regenerate). MRL mice inguinal AT regenerate, unlike inguinal AT of C57Bl/6 mice. The use of antagonist of opioid receptor (naloxone) treatment leads regeneration AT in C57Bl/6. In opposite, opioid receptor agonist (tramadol) treatment in MRL mice inhibits AT regeneration. AT regeneration is dependant of burst oxydatif production by granulocytes. The use of the receptor knock down mice highlights that is the only receptor is involved in AT regeneration. More precisely, opioids effects are mediated by receptor on granulocyte immune cells.

Les conséquences de l’évolution démographique vers une population de plus en plus âgée ont un impact énorme sur l’économie en termes de santé. Vieillir en bonne santé est devenu un enjeu majeur et il est devenu primordial d’instaurer des politiques de prévention. La nutrition apparait comme l’une des stratégies préventives les plus prometteuses pour contrer la perte de masse osseuse liée à l’âge. Le couple Calcium/vitamine D ayant des effets limités,il est important de développer d’autres alternatives afin de préserver le capital osseux.L’étude de l’effet du collagène hydrolysé (H C) sur le tissu osseux est devenue une thématique montante ces dernières années. Plusieurs études in vivo ont permis de démontrer que l’ingestion de collagène hydrolysé améliorait le développement de la masse osseuse. L’objectif de cette thèse a été d’étudier la pertinence de l’utilisation du H C dans la mise au point de stratégies nutritionnelles pour la prévention de l’ostéoporose.Après avoir mis en évidence l’intérêt du H C sur l’activité d’ostéoblastes murins MC3T3-E1, nous avons évalué son effet in vivo sur des souris ovariectomisées : modèle d’ostéoporose post-ménopausique liée à une carence oestrogénique. Nous avons montré que le collagène hydrolysé d’origine bovine (B H C) contribue à limiter la perte osseuse induite par l'ovariectomie. Cette étude in vivo nous a permis de constater que la limitation de la perte osseuse induite est liée à un effet spécifique du B H C et dépendante de la longueur du peptide.La deuxième partie de nos travaux a consisté à mettre en lumière le rôle des métabolites de collagène sur l’activité des cellules osseuses. Ainsi, le BHC favorise la survie et la différenciation ostéoblastique et inversement pour les ostéoclastes en modulant le ratio OPG / RANKL.En résumé, nos résultats confirment le potentiel du collagène hydrolysé dans la prise en charge de la perte osseuse liée à l’âge et soulignent l’intérêt du collagène hydrolysé dans la conception de stratégies novatrices pour le management des troubles ostéoporotiques / Due to demographic changes healthy aging has become a major issue and interest in prevention has raised accordingly. In this context, nutrition has become one of the most promising strategies to counter age-related complications, including bone loss. Effects of hydrolyzed collagen (HC) on the bone tissue have focused attention in recent years. Several in vivo studies have demonstrated that hydrolyzed collagen ingestion may preserve bone mass. The aim of this thesis was to study the relevance of HC use in the development of nutritional strategies for osteoporosis prevention. The interest of HC was first investigated on the activity of murine osteoblasts MC3T3-E1. Then, we evaluated itseffect on ovariectomized mice: a postmenopausal osteoporosis model related to estrogenic deficiency. We have shownthat bovine hydrolyzed collagen (BHC) helps reducing bone loss induced by ovariectomy and that observed effect wasspecific and not related to protein content and that it was dependent on the mean molecular weight of the peptide. The second part of our work emphasizes the role of collagen metabolites on bone cell activity. We demonstrated that enreiched serum in BHC promotes osteoblast survival and differentiation, conversely inhibits osteoclastogenesis andmodulates the OPG / RANKL ratio. In summary, our results confirm the benefit of hydrolyzed collagen on bone and point out the value of hydrolyzed collagen in the design of innovative strategies for the management of osteoporotic disorders.

Le tissu adipeux est un organe complexe qui centralise de nombreuses fonctions métaboliques. La principale est la régulation de la balance énergétique. Depuis quelques années, il est reconnu pour être le siège d’une activité sécrétoire importante dont les produits sont les adipokines. Au cours du développement de l’obésité, il concentre de nombreux dysfonctionnements cellulaires qui vont avoir des répercutions fonctionnelles importantes, sur lui-même, mais également sur d’autres tissus. Ces dysfonctionnements vont êtres à l’origine de nombreuses complications liées à l’obésité dont l’insulino-résistance, le diabète de type II ou les maladies cardiovasculaires. Dans ce cadre, des études épidémiologiques ont montré que la consommation de fruits et légumes avait un impact bénéfique, attribué en partie à certains micronutriments dont les caroténoïdes, sur ces pathologies et sur certains types de cancer. Parmi ces caroténoïdes, le lycopène et le ß-carotène occupent une place importante. Ils représentent les deux principaux caroténoïdes de notre alimentation et sont stockés physiologiquement au niveau du tissu adipeux. Des études ont suggéré qu’ils étaient spécifiquement et individuellement liés à une diminution des pathologies cardiovasculaires et de ses complications. De plus, compte tenu du lien très fort existant entre tissu adipeux, obésité et les pathologies associées, des études ont suggéré qu’il existait une relation entre ces deux caroténoïdes, le tissu adipeux et ces pathologies. Cependant, à ce jour, il n’existe quasiment pas d’explications sur les liens entre ces trois facteurs. Le but de cette thèse est d’apporter les premières pistes explicatives. Nous avons ainsi évalué les effets du lycopène et du ß-carotène sur certains aspects de la biologie du tissu adipeux et des fonctions adipocytaires. Nous montrons que les deux isomères principaux du lycopène (all-trans et 5-cis), son métabolite et le ß-carotène influencent fortement le transcriptome et le microtranscriptome de l’adipocyte. De plus, le lycopène diminue la réponse inflammatoire en réponse à un régime riche en gras via une diminution de l’activité NF-?B, et que un de ses métabolites, l’acide apo-10’-lycopénoïque transactive RAR in vivo dans le tissu adipeux. Il possède également la même capacité antiinflammatoire. Le ß-carotène quant à lui diminue l’adiposité chez des souris. Ce mécanisme est BCMO1 et PPAR? dépendant. Enfin, L’ensemble de nos résultats apportent de nouvelles perspectives et élargissent les connaissances sur ces deux caroténoïdes. Ils sont capables d’influencer de façon importante de nombreuses fonctions adipocytaires en lien avec l’obésité et ses complications dont les maladies cardiovasculaires selon différents mécanismes. / Adipose tissue is a complex organ who exerts several metabolic functions. It is involved in the regulation of the energy balance and since a decade is well known as an exocrine organ who secrets several proteins collectively called adipokines. It is one of the main organs involved in obesity where it concentrates several cellular dysfunctions which will have important physiological consequences such as development of insulin resistance, type II diabetes and cardiovascular diseases. Epidemiological studies have reported that high consumption of fruits and vegetables is link to a decrease of pathologies such as cardiovascular diseases, type II diabetes and cancer; due to the presence of micronutrients notably carotenoids. Among these carotenoids, lycopene and ß-carotene play an important role. They are the main carotenoids in our diet, and are physiologically store in adipose tissue. Furthermore, others studies point that the high consumption or concentration of these compounds in adipose tissue is associated to a decrease of the risk to develop cardiovascular diseases. However, the link between carotenoids, adipose tissue, obesity-associated pathologies is unclear. The aim of this thesis was to bring some explanatory way to this association. An analyze of the transcriptome and microtranscriptome of adipocytes in response to lycopene (all-trans and 5-cis, the two main isomers and the metabolite) and ß-carotene also reveal that these compounds influence a large amount of genes and miRNAs. These effects can also explain a part of the positives effects attributed to these carotenoids. We found that lycopene decrease the inflammatory state of adipose tissue in response to a high fat diet. This phenomenon is explained by a decrease of the NF-?B activity. We also found that a metabolite of lycopene, the apo-10’-lycopenoic acid is able to transactivate RAR in vivo in different tissues included adipose tissue and possess the same anti inflammatory property than all-trans lycopene. In another article, we show that, a diet rich in ß-carotene in mouse lead to a decrease of adiposity. This effect is BCMO1 and PPAR? dependant. This enzyme, BCMO1, seems to play a key role in adipose tissue. Taking all these results together, we open new ways related to the effect of lycopene and ß- carotene on adipose tissue. These results can explain at least in part the benefic effects observed in several studies.

Non seulement la structure hiérarchisée du tissu osseux mais aussi son hétérogénéité, son anisotropie et les incertitudes expérimentales de mesures liées aux matériaux vivants rendent en pratique impossible la définition d'un modèle déterministe fiable de ses propriétés matérielles. Dans une démarche d'aide au diagnostic clinique, l'objectif de cette thèse est de développer une modélisation robuste desdites propriétés à l'échelle de l'organe en intégrant l'incertitude expérimentale de mesures.Pour ce-faire, nous avons développé un modèle multi-échelle stochastique basé sur le principe du maximum d'entropie et des méthodes d’homogénéisation en champs moyens (micromécanique) qui s'est montré capable de prédire les propriétés matérielles du tissu osseux à l'échelle de l'organe en prenant en compte les incertitudes expérimentales de données issues de l’imagerie. Dans la perspective d'identifier le mécanisme de propagation de l’incertitude à travers le modèle multi-échelle, plusieurs versions de ce modèle ont été analysées.Le modèle principal utilise comme variables primaires la fraction volumique des constituants essentiels (le minéral, l'eau et le collagène) pour lesquelles une discussion est proposée échelle par échelle en examinant leur effet sur les propriétés effectives à chaque échelle. Cette description est à l’image d'une matryoshka, plus communément appelée poupée russe, via l’aspect multi-échelle. Chaque matryoshka est une série de poupées de tailles décroissantes placées les unes à l'intérieur des autres. Grâce à cette analyse, cette version du modèle a pu être liée de façon directe aux mesures expérimentales issues de l’imagerie médicale que sont la densité minérale du tissu (TMD) et la porosité haversienne (HP) de l'os cortical lors d’une calibration à l’échelle millimétrique. Cette version a été validée en utilisant plusieurs méthodes numériques telles que la méthode aux éléments finis et la méthode de la transformée de Fourier rapide. On a ainsi pu non seulement évaluer la précision de la méthode proposée mais aussi analyser le processus de transfert d'incertitudes entre les échelles.Enfin, la modélisation stochastique de l'os cortical a été complétée en introduisant des champs de tenseurs d’élasticité des matériaux impliqués dans le processus d’homogénéisation pour l’obtention des propriétés effectives. L’incertitude est introduite via un tenseur aléatoire et se propage spatialement en respectant des longueurs de corrélation et en une suite de réalisations. Ici encore, cette approche peut être vue comme une déclinaison des matryoshka via les champs de tenseurs d’élasticité qui se déclinent dans la procédure stochastique / The hierarchical structure of bone tissues, as well as the heterogeneity and anisotropy of its physical properties and the uncertainty on in vivo experimental measures make it impossible to establish a deterministic reliable model of bone mechanical properties. Aiming at providing a valuable aide to diagnostics in orthopaedic, the purpose of this thesis is to develop a robust mechanical model able to account for the experimental uncertainty.Therefore we developed a multi-scale stochastic model, based on continuum micromechanics and maximum entropy principle which has proved effective predicting the heterogeneous and anisotropic elastic properties of bone tissue at the organ scale accounting for experimental uncertainty affecting image-based input data.Aiming to clarify the mechanism of propagation of these uncertainties through the chosen principal multi-scale model, others versions have been analyzed. First, the principal model, which uses the volume fractions of the essential constituents (mineral, water, collagen), as primary variables, has been analyzed scale-by-scale (mineral foam, ultra-structure, cortical bone). The effect of the chosen homogenization methods and volume fractions on the resulting composites (as layers of a random Matryoshka) have been discussed. Thanks to this analysis, this model has been simplified and relied directly to the measures straightly accessible form medical imaging of the bone: the tissue mineral density (TMD) and the haversian porosity (HP) and their calibration at millimeter scale. This version of the stochastic model, proved to be as accurate as the proceeding one and, more effective in the description of the bone.Finally, the stochastic model of bone has been completed with the direct modeling of the elastic tensors of the involved materials. For this purpose, the random matrix theory has been applied. This theory can be seen as another declination of the Matryoshka paradigm. In this case, the uncertainty on the random tensor propagate from the inside (random germ) to outside (each layer of random matrix) through a suitable sequence of nonlinear operations. Thanks to the proposed decomposition, at once, the isotropic material class of the resulting material and his spatial variability has been included in the model

La première partie de ce travail introduit un nouveau concept d'analyse des enregistrements des essais cliniques et de la dynamique de leur évolution, aussi bien thématique que temporelle. Ce concept a été appliqué à la médecine régénérative, démontrant l'absence de corrélation entre la source de cellules souches et le champ d'application. Les pathologies odonto-stomatologiques sont très peu concernées par les essais cliniques en thérapie cellulaire par cellules souches. Pourtant les parodontites, pathologies immuno-infectieuses responsables de la destruction du tissu de soutien des dents, constituent un enjeu majeur de santé publique. Bien que les auteurs s'accordent sur la responsabilité de l'écologie immunitaire et microbienne dans la physiopathologie de la maladie, les raisons de la dysbiose, de la susceptibilité individuelle sont encore mal connues. La greffe de cellules stromales mésenchymateuses (CSM) permettrait le retour à l'homéostasie en favorisant l'activation des CSM endogènes. La deuxième partie de ce travail démontre que les parodontites ont été potentiellement associées avec 57 pathologies systémiques ; le registre des essais cliniques de l'Organisation Mondiale de la Santé ayant été analysé. L'efficacité et la sureté de l'utilisation des CSM pour la régénération parodontale dans des modèles animaux ont été également démontrées. Pourtant, les modèles utilisés souffraient de problèmes méthodologiques dont la faible représentativité physiopathologique des lésions parodontales générées. Cette deuxième partie apporte donc des données quant à l'efficacité des ASC (CSM du tissu adipeux) pour améliorer de manière quantitative et qualitative la régénération des tissus de soutien parodontaux dans un modèle murin où les lésions parodontales ont été générées par l'administration répétée de bactéries parodonto-pathogènes. Il s'agit donc d'un modèle dont la physiopathologie est plus proche de celle retrouvée chez l'Homme. Enfin, la deuxième partie démontre un effet antibactérien à large spectre des ASC dont l'effet est à la fois direct (effet macrophage-like) et indirect (via la sécrétion de facteurs antibactériens). / The first part of this work introduces a new concept of analysis of clinical trial records and the dynamics of their evolution, both thematic and temporal. This concept has been applied to regenerative medicine, showing the lack of correlation between the source of stem cells and the fields of application. The stomatognathic diseases are few involved in clinical trials for stem cells therapy. Yet periodontitis, immuno-infectious diseases responsible for the destruction of the tooth supporting tissues, are a major public health issue. While the authors agree on the responsibility of the immune and microbial ecology in the pathophysiology of the disease, the reasons for dysbiosis, individual susceptibilities, are still unclear. Graft of mesenchymal stromal cells (MSCs) would return to homeostasis by promoting the activation of endogenous MSCs. The second part of this work shows that periodontitis were potentially associated with 57 systemic diseases; the clinical trials registry of the World Health Organization have been analyzed. The efficacy and safety of the use of MSCs for periodontal regeneration in animal models have also been demonstrated. Yet the models suffered from methodological problems, periodontal lesions are few representative of the pathophysiology. This second part thus provides data on the effectiveness of ASC (CSM from adipose tissue) to improve quantitative and qualitative regeneration of periodontal supporting tissues in a mouse model where periodontal lesions were generated by repeated administration of parodonto-pathogenic bacteria. It is therefore a model whose pathophysiology is closer to that found in humans. Finally, the second part demonstrates broad antibacterial spectrum of ASC whose effect is both direct (macrophage-like effect) and indirect (via the secretion of antibacterial factors).

La qualité des carcasses et des viandes bovines dépend de l’équilibre entre les masses musculaires et adipeuses qui conditionnent le poids de carcasse et son rendement (composition en muscle et en gras), mais aussi la qualité sensorielle de la viande (tendreté, jutosité et flaveur). Comprendre comment contrôler le rapport des masses de muscle relativement à celles des tissus adipeux (TA) représente donc un enjeu majeur pour les filières de viande bovine. Ce rapport dépend du nombre et du volume des cellules musculaires et adipeuses. Ces propriétés sont sous le contrôle d’événements cellulaires se mettant en place précocement chez le bovin puisque le nombre de cellules musculaires est fixé dès l’âge 180 jours post-conception (jpc) chez le fœtus. Des analyses de l’évolution des protéomes de ces deux tissus, au cours de la vie fœtale ont produit des données originales mais insuffisantes. En outre, il n’est pas toujours aisé d’extraire ou de générer une information biologique pertinente à partir d’expérimentations de génomique. Ceci est particulièrement vrai chez les ruminants, car ils sont peu annotés dans les bases de données et peu de ressources bioinformatiques leur sont dédiées. Dans ce contexte, notre objectif était de concevoir un serveur web « tout en un » permettant une fouille des données de génomique chez le bovin afin d’améliorer les connaissances sur les mécanismes associés à la croissance par hyperplasie et par hypertrophie des tissus musculaire et adipeux. Aussi, nous avons organisé notre travail de thèse en deux axes. Un outil d’analyse de données de génomique, dédié aux ruminants (bovin, ovin et caprin) nommé ProteINSIDE (www.proteinside.org) a été développé. En une seule requête, il synthétise l'information biologique stockée dans les bases de données publiques ou fournie par les annotations fonctionnelles issues de l’ontologie des gènes. Il prédit aussi les protéines qui sont sécrétées (sécrétome des tissus) et qui interviennent dans la signalisation entre les cellules ou tissus. Il lie les protéines selon leurs interactions moléculaires afin d’identifier et de visualiser celles qui contribuent à un même processus biologique et celles qui sont centrales à un processus biologique. ProteINSIDE a été testé avec des jeux de données de 1000 protéines par espèce et a été comparé avec succès à DAVID, BioMyn et AgBase, conçus pour la recherche d'information et l'annotation, ainsi qu'à PrediSi et Phobius qui prédisent les protéines sécrétées. ProteINSIDE a été appliqué à l’analyse des protéomes des tissus musculaires et adipeux. Une première analyse des données relatives à l’ontogenèse des tissus, a révélé des liens entre des protéines présentes dans les deux tissus fœtaux et des protéines impliquées dans les processus d’autophagie. Dans une seconde étude, nous avons décrit les protéomes des deux tissus à 140 jpc. Nous avons identifié 514 protéines musculaires et 752 protéines adipeuses, dont 346 communes. Ces protéines interviennent par exemple dans la régulation négative de l’apoptose, dans les processus d’autophagie, dans la régulation de la prolifération cellulaire et dans la voie de signalisation Wnt. Nous avons identifié 47 et 93 protéines potentiellement sécrétées par le muscle et le TA, dont 24 communes. L’intégration des connaissances sur les protéines sécrétées avec celles disponibles pour le « surfaceome » a suggéré des protéines qui participeraient au dialogue muscle-TA. Nous avons donc produit un serveur web pour la fouille de données de génomique non seulement chez le bovin, l’ovin, le caprin, mais aussi chez l’homme, le rat et la souris. Ce type de serveur devrait être particulièrement utile à la communauté scientifique. Son application a conduit à la production de connaissances nouvelles et d’hypothèses de travail pour la compréhension des mécanismes de régulation de la croissance fœtale du muscle squelettique et du tissu adipeux. / The quality of carcasses and meats depends on the balance between muscle and adipose tissue (AT) masses that determine carcass weight and performance (muscle and fat composition), but also the sensory quality of the meat (tenderness, juiciness and flavor). Understanding how to control the ratio of muscle mass relative to AT mass represents a major challenge for beef producers. The balance between these masses depends on the number and volume of muscle and AT cells. These cellular events are taking place at the early steps of fetal period in cattle, as the total number of muscle cells is fixed at 180 days post-conception (dpc) in the fetus. The analysis of the evolution of these two proteome tissues during fetal life produced original but insufficient data. In addition, it is not always easy to extract or generate relevant biological information from genomic experiments. This is particularly true in ruminant species because they are not annotated in databases and few bioinformatic resources are dedicated to them. In this context, our objective was to design an “all in one” web service to analyze genomic data in cattle in order to improve knowledge of the mechanisms involved in fetal muscle and AT growth. Thus, we have organized our thesis in two axes. We developed a genomic data analysis tool, dedicated to ruminant species (cattle, sheep and goat) and named ProteINSIDE (www.proteinside.org). In a single query, this tool synthesizes the biological information stored in public databases or provided by functional annotations from gene ontology. It also predicts proteins that are secreted (tissue secretome) and which are involved in signaling between cells or tissues. It links proteins according to their molecular interactions to identify and visualize those that contribute to the same biological processes and those that are central to a biological process. ProteINSIDE was tested with data sets of 1000 proteins by species and has been successfully compared with DAVID, BioMyn, and AgBase (designed for information retrieval and annotation), as well as PrediSi and Phobius (that predict proteins secreted). We applied ProteINSIDE to the proteome analysis of muscle and AT. A first analysis of data on the ontogenesis of the tissue revealed links between proteins of both fetal tissues and proteins involved in autophagy processes. In a second study, we constructed and described the bovine proteomes of both tissues at 140 dpc. We identified 514 muscle protein and 752 AT proteins, including 346 commons proteins. As an example, these proteins are involved in the negative regulation of apoptosis, in autophagy processes, in the regulation of cell proliferation, and in the Wnt signaling pathway. We identified 47 and 93 potentially secreted proteins by muscle and TA, including 24 commons proteins. The integration of knowledges about the secreted proteins with those available for the “surfaceome” suggested proteins which could participate in the cross-talk between muscle and AT. Thus, we produced a web server to mine genomic data from bovine, sheep, and goat species, but also from human, rat and mice species. This type of server should be particularly useful to the scientific community. Its implementation has led to the production of new knowledge and working hypotheses for the understanding of the mechanisms which regulate fetal growth of muscle and AT.

Le stress oxydant correspond à un déséquilibre entre les défenses antioxydantes et les espèces pro-oxydantes en faveur de ces derniers. Il joue un rôle central dans de nombreuses pathologies telles que l'obésité, le diabète et les maladies cardiovasculaires. Le diabète est caractérisé par une hyperglycémie chronique, source d'un stress oxydant accru et de dommages oxydatifs tissulaires. Notamment l'hyperglycémie favorise la glycation des protéines aboutissant à la formation de produits avancés de glycation (AGE). Bien que l'action délétère des AGE soit reconnue dans le diabète, leurs rôles au niveau cardiaque et adipeux restent encore assez méconnus. L'objectif de mon travail de thèse a été de déterminer les effets du stress oxydant, induit par l'hyperglycémie et l'albumine glyquée, au niveau des tissus adipeux et cardiaque, mais aussi au niveau de lignées cellulaires adipocytaires et cardiaques. Mes résultats ont montré un impact délétère de l'hyperglycémie tant au niveau cellulaire que tissulaire. De plus, certains dysfonctionnements identifiés au niveau de cœurs ou de tissu adipeux provenant de modèle animaux diabétiques ont pu être reproduits in vitro par l'incubation de lignées cellulaires adipeuses ou cardiaques en présence d'albumine glyquée. Cette étude propose de nouveaux éléments de compréhension sur les dommages de type oxydatif dans le cadre de la pathologie diabétique et ouvre de nouvelle piste d'étude sur le rôle spécifique que pourrait exercer les AGE issus de l'albumine au niveau du tissu adipeux et cardiaque. / Oxidative stress is defined as “an imbalance between oxidants and anti-oxidants in favor of the oxidants”, leading to a disruption of redox signaling and control and/or molecular damage. It plays a central role in many diseases such as obesity, diabetes and cardiovascular diseases. Diabetes is characterized by chronic hyperglycemia, a source of increased oxidative stress and tissue oxidative damage. In particular, hyperglycemia can promote protein glycation leading to the formation of advanced glycation end products (AGEs). Although the deleterious action of AGEs in diabetes is recognized, its impact in the heart and adipose tissues remains relatively unknown. The objective of this thesis was therefore to determine the effects of hyperglycemia-induced oxidative stress together with glycated albumin on the redox balance of adipose and cardiac tissues, and also by in vitro analysis of heart and adipocyte cell lines.This study revealed enhanced oxidative stress and damage induced by hyperglycemia at both cellular and tissue levels. In addition, the oxidative damage identified in heart and adipose tissues isolated from diabetic mice could be reproduced in vitro by the incubation of adipose or cardiac cell lines in the presence of glycated albumin. The current study proposes novel insights into redox imbalance in adipose and heart tissues of diabetic/obese mice and highlights the role of AGEs (especially glycated albumin) as a putative contributor to adipocyte and cardiomyocyte dysfunction.

Contexte: Simuler le comportement du complexe peau/tissu sous-cutané (CPTSC) au cours d'une chirurgie présente de nombreuses difficultés liées principalement à sa complexité anatomique qui génère un comportement mécanique complexe. Les modèles de simulation existants sur ce sujet se présentent majoritairement sous forme d'une mono-couche homogène et isotrope de comportement élastique linéaire. Ils ne prennent jamais en considération les moyens d'union conjonctifs du CPTSC pourtant responsables de la complexité de son comportement mécanique. L'augmentation tissulaire chirurgicale et en particulier l'autogreffe adipocytaire vise à restituer un volume corporel amputé par exemple par un traumatisme ou par une chirurgie carcinologique. A l'heure actuelle, seule l'expérience du chirurgien permet de prévoir l'effet d'une chirurgie d'augmentation tissulaire dans un contexte préopératoire donné. Un outil de simulation et de prévision fiable permettrait d'améliorer l'adhésion des patients à certains protocoles de traitement lourds, d'éviter certaines impasses thérapeutiques ou pourrait servir de support pédagogique.Objectifs: Dans un but de simulation et de prévision chirurgicale, nous avons souhaité développer un modèle mécanique du complexe peau tissu sous-cutané entièrement paramétrable par certaines données morphologiques des patients et adaptable à toute les régions du corps.Patients et méthodes: Afin de confirmer l'existence d'un modèle organisationnel générique du CPTSC, nous avons fait plusieurs acquisitions en IRM 3T de l'ensemble du corps. Ces acquisitions nous ont permis de mettre en évidence une organisation générique du CPTSC qui à été la base d'un modèle géométrique générique paramétrable. Afin de reconstituer l'architecture lobulaire du tissu adipeux et afin de restituer l'effet mécanique des moyens d'unions conjonctifs du CPTSC, nous avons construit de manière procédurale, à l'aide d'une tesselation de Voronoï, l'anatomie lobulaire et les septas inter-lobulaires. Une modélisation mécanique hybride a été réalisée grâce à la plateforme SOFA afin de respecter fidèlement l'organisation complexe du tissu de soutient collagénique. Pour valider le comportement mécanique de notre modèle, nous avons transcrit puis comparer les paramètres de tests d'indentation in vivo à notre modèle générique. Concernant l'augmentation tissulaire, nous avons simulé le phénomène de peau d'orange et les effets de l'autogreffe adipocytaire au dessus et en dessous du plan de fascia superficialis. Nous avons ensuite étudié les conséquences biomécaniques des fasciotomies qui sont utilisées en pratique courante. Nous avons finalement inclus ce modèle générique dans un modèle de face généré à partir des acquisitions IRM afin de simuler une autogreffe adipocytaire au niveau de la face. Résultats: Le modèle générique, paramétré de manière spécifique, nous a permis de transcrire de manière réaliste les tests d'indentation au niveau de l'avant-bras. Les simulations d'injection de graisse autologue ont pu simuler fidèlement les constatations opératoires et nous avons par ailleurs été capable de simuler le phénomène de peau d'orange en s'appuyant sur certaines de ses hypothèses physiopathologique. La simulation des fasciotomies nous a permis d'étudier pour la première fois l'effet mécanique de cette procédure. L'inclusion du modèle procédural dans un modèle géométrique spécifique de la face, acquis à partir de nos images IRM 3T, a pu aboutir à une simulation d'une autogreffe adipocytaire dans la joue. Conclusion: Malgré la mécanique complexe des tissus mous, nous avons pu établir un modèle mécanique fiable qui peut être spécifié de manière paramétrique. Après une phase de validation clinique et certaines améliorations mécaniques, nous souhaitons mettre au point des modèles spécifiques utilisables en simulation chirurgicale. / Background: Simulate the skin / subcutaneous tissue complex behavior presents many difficulties mainly related to its anatomical complexity that generates a complex mechanical behavior. Current simulation models on this subject appear mainly in the form of a homogeneous single layer of isotropic and linear elastic behavior. They never take into account the connective means of union of the skin and subcutaneous tissue which are responsible of the complexity of the mechanical behavior. The surgical tissue augmentation procedures and in particular autologous fat grafting aims to restore corporal volumes after a trauma or a carcinologic surgery. Currently, only the experience of the surgeon can predict the effect of a surgical tissue augmentation in a given preoperative context. A simulation and reliable prediction tool would improve patient adherence to certain protocols of heavy treatment, would avoid certain therapeutic impasses or could be used as a teaching aid.Objectives: As a surgical prevision and simulation tool, we wanted to develop a mechanical model of the skin / subcutaneous complex fully configurable by certain morphological data of patients and adaptable to any parts of the body. Patients and methods: To confirm the existence of a generic organizational model of subcutaneous tissue, we made several acquisitions in 3T MRI of the whole body. These acquisitions allowed us to highlight a generic pattern of organization of subcutaneous tissue that has been the basis of a generic geometric model fully configurable. To reconstruct the lobular architecture of adipose tissue and to restore the mechanical effect of the connective means of union, we constructed in a procedural manner, using a Voronoi tessellation. Hybrid mechanical modeling was performed with the SOFA framework. To validate the mechanical behavior of our model, we parametrized our generic model and transcribed the parameters of an in vivo indentation test and compare the results. Concerning tissue augmentation procedures, we simulated the phenomenon of cellulite and the effects of autologous fat grafting above and below the plane of superficial fascia. We then studied the biomechanical consequences of fasciotomies which are used in current practice. We finally included in our generic model of a face model generated from MRI acquisitions to simulate autologous adipocyte at the level of the cheek. Results: The model, allowed us to transcribe realistically indentation tests at the level of the forearm. Autologous fat injection simulations have faithfully simulate the operative findings and we have also been able to simulate the phenomenon of cellulite relying on some of its pathophysiological hypotheses. The simulation of fasciotomies has allowed us to study for the first time, the mechanical effect of this procedure. The inclusion of procedural model in a specific geometric model of the face result in an acurate simulation cheek fat grafting. Conclusion: Despite the complex mechanics of non visceral soft tissues, we have established a reliable mechanical model that can be specified parametrically. After a phase of clinical validation and some mechanical improvements, we hope to develop specific models used in surgical simulation.

Les divisions asymétriques permettent l’apparition de deux cellules filles différentes via la ségrégation polarisée de déterminants cellulaires pendant la division. La polarisation de la cellule mère est essentielle au bon déroulement des divisions asymétriques. Les précurseurs des organes sensoriels externes de la Drosophile (SOP) se divisent asymétriquement dans le plan de l’épithélium du thorax. La polarisation planaire des SOP dépend de la localisation asymétrique du complexe PAR (Baz-Par6-aPKC). Néanmoins, ces protéines sont aussi impliquées dans le maintient de la polarité apico-basale de l’épithélium. Les mécanismes régulant le remodelage de la polarité épithéliale, permettant la polarisation planaire du complexe PAR sont inconnus.Au cours de ma Thèse, j’ai développé une méthode d’analyse quantitative de la polarisation des protéines PAR au cours du temps. Je montre que Baz, Par6 et aPKC se sont asymétriques avant la mitose, et que cette polarisation dépend de la PCP (Planar Cell Polarity). J’ai également identifié Expanded (ex) et p120/catenin (p120ctn), dont l’expression est réduite dans les SOP, respectivement comme régulateurs de Crumbs et de la dynamique des jonctions. Leur inhibition promeut le remodelage de la polarité épithéliale et la polarisation des SOP.Un modèle de polarisation de la SOP est proposé, où l’inhibition spécifique d’ex et de p120ctn libère Par6-aPKC et Baz, permettant la formation du complexe PAR. Ce dernier interprète la PCP et devient asymétrique. Ainsi, ce travail relie la spécification de la SOP et sa division asymétrique, et propose un modèle général pour l’étude des divisions asymétriques dans les épithéliums. / During development, cell fate diversity can be generated by asymmetric cell division. As fate asymmetry can result from the unequal segregation at mitosis of cell fate determinants, polarization of the mother cell is essential for this process. The epithelial Sensory Organ Precursor cells (SOPs) divide asymmetrically within the plane of the notum epithelium in Drosophila. Planar polarization of mitotic SOPs critically depends on the asymmetric distribution of the PAR polarity complex. Nevertheless, PAR proteins are also involved in the maintenance of epithelial apico-basal polarity. When and how this epithelial polarity is remodelled to allow planar polarization of the PAR complex is unknown. During my thesis, I developed a quantitative live-imaging approach to monitor polarization of the PAR proteins. I showed that the three members of the PAR complex (Bazooka (Baz), Par6 and atypical Protein Kinase C (aPKC)) become planar polarized prior to mitosis and identified Planar Cell Polarity (PCP) as the initial symmetry breaking input. Expanded (Ex) and p120/catenin (p120ctn) were identified as SOP-specific regulators of Crumbs and AJ dynamics, respectively, that negatively regulate planar polarization in SOPs. This work led to a model whereby decreasing levels of Ex and p120ctn in SOPs increases free Par6-aPKC and Baz to promote the formation and polarization of the Baz-Par6-aPKC complex. Thus, this study links fate determination to asymmetric cell division and provides a general framework to understand how epithelial cells can divide asymmetrically despite having junctions.

Nous avons développé un dispositif combinant pinces optiques et imagerie par feuillet de lumière. Nous montrons que les interfaces cellulaires de l'épithélium précoce de l'embryon de Drosophile peuvent être piégées et manipulées directement avec des pinces optiques. La manipulation optique est réalisée à la fin de la cellularisation, processus par lequel des membranes cellulaires séparent les noyaux pour donner naissance à un épithélium ; à ce stade, les mouvements cellulaires sont minimes et les cellules ont des formes hexagonales similaires. En imposant un mouvement sinusoïdal au piège perpendiculairement à une interface, nous étudions la déflection de l'interface en fonction de la puissance laser, de l'amplitude du mouvement du piège et de la fréquence d'oscillation. En outre, des expériences de déflection-relaxation par déplacement instantané puis arrêt du piégeage, ont été réalisées, fournissant une alternative à l'analyse fréquentielle pour étudier les propriétés viscoélastiques de l'interface. Un modèle de type solide linéaire standard rend compte des observations et permet d'extraire les paramètres viscoélastiques de l'interface. Nous mettons également en évidence que la déflection imposée à une interface se propage aux interfaces voisines en s'affaiblissant exponentiellement sur une distance d'une à deux cellules. Cette technique étant établie, nous l'utilisons pour mesurer les tensions durant l'extension de la bandelette germinale. Les tensions sont anisotropes, les jonctions parallèles à la direction dorsoventrale ayant une tension trois fois plus élevée que celles perpendiculaires. Ce travail fournit des mesures absolues des tensions intercellulaire. / Here, an optical tweezers setup was developed on a pre-existing single-plane illumination (SPIM) setup. The cell-cell interface in embryonic epithelia could be trapped and manipulated directly with optical tweezers. The interaction of the interface with the trap was initially characterized at the end of cellularization where the tissue has minimal movements and actomyosin turnover. With a sinusoidal trap excursion, the interface amplitude was found to increase linearly with applied laser power as well as trap amplitude and time period. Furthermore, push and pull experiments on the interface responding to a stationary trap, provided another way to address the viscoelastic properties of the interface. The interface kinetics in stationary experiments could fit adequately to a passive viscoelastic model. This model also explained well the linear response to trap amplitude and time period, and formed the basis of estimating interface tension from its amplitude. Moreover, the propagation of the sinusoidal movement to neighbouring interfaces decayed rapidly with minimal phase lag in both experiments and the model. Having established a suitable regime of trapping conditions, where interface deflection is small and linear, the mechanical anisotropy of the epithelium was at the onset of gastrulation. The interface tension increased by 2-3 fold, exhibiting both apico-basal and dorso-ventral polarization of tension, concomitant with polarized accumulation of myosin. The role of myosin was established further through ROCK-inhibition. Perturbation of actin also decreased the interface tension. My work provides a crucial insight into the mechanical behaviour of dynamic epithelia.