La surexposition aux rayonnements ionisants est actuellement une préoccupation croissante des cliniciens. Lors d'une exposition externe, la peau est le premier tissu lésé. Or, il n'existe pas d'outil fiable qui permette de diagnostiquer l'atteinte tissulaire. L'objectif de ce travail est donc de montrer la possibilité d'utiliser une méthode non invasive pour l'aide in vivo au diagnostic et au pronostic du syndrome cutané d'irradiation aigüe. La première partie de ce travail concerne le choix de la méthode d'investigation. L'interaction entre une lumière cohérente et un milieu diffusant engendre un phénomène d'interférence appelé speckle. Une analyse fréquentielle classique sur le champ de speckle est complétée par une approche stochastique pour en extraire des paramètres caractérisant les figures de speckle. Dans la deuxième partie le protocole expérimental a été testé afin de mieux comprendre le comportement des paramètres en fonciton de quelques propriétés physiques de milieux diffusants synthétiques. Cette étude a révélé que certains des paramètres du speckle étaient plus influencés par les gros diffuseurs (Mie) alors que d'autres l'étaient par les plus petits (Rayleigh). La troisième partie concerne l'application de cette méthode in vivo au syndrome cutané d'irradiation aigüe chez le porc. L'analyse des résultats acquis lors du suivi de plusieurs animaux montre la possibilité de discriminer les zones irradiées des zones saines plusieurs semaines avant l'apparition des premiers signes cliniques. Enfin, pour comprendre les résultats obtenus sur la brûlure radiologique, nous avons confronté l'ensemble des résultats physiques et ceux obtenus par les analyses histologiques. / Overexposure to ionizing radiation is now a growing concern of clinicians. In case of external exposure, the skin is the first tissue exposed. However, there are no tools that can diagnose pathological tissue. The objective of this work is to demonstrate the possibility of using a non-invasive method for in vivo diagnosis and prognosis of acute cutaneous radiation syndrome. The first part of this work concerns the choice of the investigation method. Interaction of coherent light and scattering medium creates a phenomenon called speckle. A classical frequential analysis on the spekle field is supplemented by a stochastic approach to extract parameters characterizing speckle patterns. In the second part, the experimental setup has been tested in order to understand the parameters behavior in function of some physical properties of synthetic scattering media. The study revealed that some of the speckle parameters were more influenced by big scatterers (Mie) while others were by the smallest (Rayleigh). The third part concerns the in vivo application of this method on acute cutaneous radiation syndrome in pigs. Analysis of the results gained during the monitoring of several animals showeb the ability to discriminate between irradiated and healthy zones several weeks before apparition of firsts clinical signs. Finally, in order to understand the results on the radiological burn, we have confronted all physical results and those obtained by histological analyses.

Les travaux décrits dans ce mémoire ont été conduits dans le but de tester l'utilisation potentielle de l'autotomie d'un invertébré d'eau douce Tubifex tubifex (Annélide, Oligochète) comme biomarqueur de la qualité sanitaire et environnementale des milieux aquatiques et apporter notre contribution à l'étude de la toxicité létale et sublétale de divers contaminants (le paraquat sous forme de Gramoxone® ; le fludioxonil sous forme Géoxe® ; l'isoproturon et le fenhexamide) couramment utilisés dans le vignoble champardennais. Nous avons réalisé des expérimentations au laboratoire et au niveau d'un site comportant plusieurs bassins de recueil des eaux de ruissellement du vignoble et présentant des taux de contamination différents et contrastés. Nous avons constaté une forte induction de l'autotomie pendant l'exposition aux contaminants. L'isoproturon et le Géoxe® s'accumulent de façon contrastée selon les régions morphologiques du ver. Des perturbations histopathologiques et biochimiques ont été observées chez les vers exposé aux contaminants. La sévérité des atteintes histopathologiques a été moins importante chez les vers autotomisés que les vers entiers. Les systèmes de défenses antioxydants et le métabolisme de phase II (catalase, glutathion-S-transférase) montrent des perturbations variables selon le contaminant et la région du ver sans qu'un schéma général de réponse n'apparaisse. L'approche expérimentale montre que les eaux des bassins provoquent rapidement une autotomie et un stress chez les vers. Le taux d'autotomie est corrélé avec la durée d'exposition et la concentration en toxique. De même une bonne corrélation existe « in situ » entre ce taux d'autotomie et la qualité sanitaire des bassins. Cette réponse morphologique originale constitue donc un biomarqueur potentiel de contamination et peut être compris comme une réponse adaptative du vers à la présence d'un ou plusieurs contaminants. / The work described in this thesis was conducted in order to test the potential use of autotomy of a freshwater invertebrate Tubifex tubifex (Annelida, Oligochaeta) as a biomarker of the sanitary and environnemental quality of aquatic environments and make our contribution to the study of lethal and sublethal toxicity of various contaminants (paraquat as Gramoxone® ; fludioxonil form Géoxe®; isoproturon and fenhexamid) commonly used in the vineyard Champagne-Ardenne. We conducted experiments in the laboratory and at a site with several ponds collecting vineyard runoff and presenting contrasted contamination rates. We found a significant induction of autotomy during exposure to contaminants. The isoproturon and Géoxe® accumulate in the worm with contrasted pattern according to morphological worm regions. Histopathological and biochemical disturbances were observed in worms exposed to contaminants. Rates of histopathology alterations were less important in worms autotomized than in entire worms. The antioxidant defense systems and phase II metabolism (catalase, glutathione-S-transferase) varied in different way depending on the parameter tested but not general pattern of the biochemical responses occured. The experimental approach showed that the pond water rapidly induced autotomy and stressed worms. The autotomy rate was correlated with the exposure time and toxicant concentration. Similarly a good correlation existed "in situ" between autotomy rates and the sanitary quality of ponds. Thus the autotomy is an original morphological response that might be a potential biomarker of contamination and might be understood as an adaptive response to the presence of contamination.

Différentes techniques d'imagerie par contraste de phase des rayons X ont été récemment développées. Contrairement aux méthodes conventionnelles, qui mesurent les propriétés d'absorption des tissus, ces techniques donnent aussi le contraste du déphasage introduit par l'échantillon. Puisque le changement dans la phase peut être important même quand les différences en atténuation sont faibles ou absentes, le contraste d'image obtenable peut être considérablement augmenté, notamment pour les tissus mous biologiques. Ces méthodes sont donc très prometteuses pour une application dans le domaine médical. Cette Thèse a le but de contribuer à une compréhension plus profonde de ces techniques, en particulier la propagation-based imaging (PBI), la analyzer-based imaging (ABI) et la grating interferometry (GIFM), et d'étudier leur potentiel et la meilleure implémentation pratique pour les applications médicales. Une partie importante de cette Thèse est dédiée à l'utilisation d'algorithmes mathématiques pour l'extraction, à partir des images acquises, d'informations quantitatives (absorption, réfraction et diffusion) concernant l'échantillon. En particulier, cinq parmi les algorithmes les plus connus pour la technique ABI sont analysés théoriquement et comparés expérimentalement, dans les modalités planaire et tomographique, en utilisant des fantômes et des échantillons de tissu mammaire et d'os-cartilage. Une méthode semi-quantitative pour l'acquisition et la reconstruction d'images tomographiques dans les techniques ABI et GIFM est aussi proposée. Les conditions de validité sont analysées en détail et la méthode, permettant une simplification considérable de l'implémentation pratique, est vérifiée expérimentalement sur des fantômes et des échantillons humains. Enfin, une comparaison théorique et expérimentale des techniques PBI, ABI et GIFM est présentée. Les avantages et les désavantages de chacune des techniques sont mis en évidence. Les résultats obtenus par cette analyse peuvent être très utiles pour déterminer quelle technique est la plus adaptée à une application donnée. / Several X-ray phase-contrast techniques have recently been developed. Unlike conventional X-ray methods, which measure the absorption properties of the tissues, these techniques derive contrast also from the modulation of the phase produced by the sample. Since the phase shift can be significant even for small details characterized by weak or absent absorption, the achievable image contrast can be greatly increased, notably for the soft biological tissues. These methods are therefore very promising for applications in the medical domain. The aim of this Thesis is to contribute to a deeper understanding of these techniques, in particular propagation-based imaging (PBI), analyzer-based imaging (ABI) and grating interferometry (GIFM), and to study their potential and the best practical implementation for medical imaging applications. An important part of this Thesis is dedicated to the use of mathematical algorithms for the extraction, from the acquired images, of quantitative sample information (the absorption, refraction and scattering sample properties). In particular, five among the most known algorithms based on the geometrical optics approximation have been theoretically analysed and experimentally compared, in planar and tomographic modalities, by using geometrical phantoms and human bone-cartilage and breast samples. A semi-quantitative method for the acquisition and reconstruction of tomographic images in the ABI and GIFM techniques has also been proposed. The validity conditions are analyzed in detail and the method, enabling a considerable simplification of the imaging procedure, is experimentally verified on phantoms and human samples. Finally, a theoretical and experimental comparison of the PBI, ABI and GIFM techniques is presented. The advantages and drawbacks of each of these techniques are discussed. The results obtained from this analysis can be very useful for determining the most adapted technique for a given application.

Le tissu adipeux blanc (TA) joue un rôle central dans la physiopathologie de l'obésité et la résistance à l'insuline. Durant ma thèse, j’ai étudié la réponse cellulaire et moléculaire du TA au stress métabolique induit chez la souris par l'administration d'un isomère de l'acide linoléique (CLA). Nous avons utilisé l’isomère trans10,cis12 de l'acide linoléique (t10,c12-CLA) pour promouvoir un syndrome lipoatrophique chez la souris C57BL/6J. La dynamique de cette réponse a été explorée dans le TA, l'intestin et au niveau systémique, sur deux périodes consécutives de 7 jours d’administration de t10,c12-CLA puis d’interruption du traitement. Nos résultats montrent que t10,c12-CLA induit une dérégulation des gènes métaboliques et un dépôt de matrice extracellulaire (ECM) dans le TA. Le profil immunologique est perturbé, avec l'accumulation de macrophages M2 anti-inflammatoires. Ces altérations métaboliques, immunitaires et structurelles sont inversées, mais pas toujours normalisées, après 7 jours de récupération. La réversibilité des modifications observées dans le TA indique que cette réponse est plus adaptative que pathologique. Cependant, les altérations induites par t10, c12-CLA dans le TA sont temporellement liées à l'hyperinsulinémie, ce qui renforce l’idée que l'intégrité du TA est cruciale pour l'homéostasie glucidique. Bien qu’aucune réponse immunitaire n’ait été observée dans l'intestin, l’expression des gènes codant pour des protéines de jonctions serrées (claudine et occludine) est diminuée. Une partie des effets de t10,c12-CLA pourrait être relayée par l’augmentation de la perméabilité intestinale. Cette étude montre que, en réponse à un stress nutritionnel de courte durée, le TA regagne rapidement son homéostasie. Lorsque la contrainte est plus chronique, comme dans l'obésité, la plupart des interventions ne parviennent pas à inverser l'état dysfonctionnel du TA. Le grand défi dans les années à venir reste de trouver des stratégies thérapeutiques à long terme dans les maladies métaboliques. / White adipose tissue (WAT) plays a central role in the physiopathology of obesity and insulin resistance. During my PhD, I studied the cellular and molecular response of WAT to metabolic stress induced in mice by the administration of an isomer of linoleic acid (CLA). We used trans10,cis12 isomer of linoleic acid (t10,c12-CLA) as a tool to promote a lipoatrophic syndrome in C57BL/6J lean female mice. The short-term dynamics of this response was explored in WAT, gut and at systemic level, over two consecutive 7-day periods of t10,c12-CLA administration and withdrawal. Our results show that t10,C12-CLA-induced alterations in WAT included metabolic gene deregulation and extracellular matrix deposition. The immunological profile of WAT was markedly disturbed, with anti-inflammatory M2-polarized macrophage accumulation. Metabolic, immune and structural alteration were fully revered, but not always normalized after 7 days without treatment. The reversibility of WAT alterations indicates a more adaptive than pathological response to t10,C12-CLA. However, t10,c12-CLA-induced WAT deregulation is temporally linked to hyperinsulinemia supporting the primacy of WAT integrity for glucose homeostasis. No immune alteration was observed in response to t10,C12-CLA in the gut, where genes encoding tight junction proteins (claudin and occludin) were down regulated. Thus, part of the effects of t10,c12-CLA could be mediated by increased intestinal permeability. This study shows that in response to an acute nutritional stressor, WAT and glucose homeostasis could be rapidly regained. When the stress is more chronic, as in obesity, most of the interventions fail to reverse WAT dysfunctional state, underlining the big challenge in the years ahead of finding long-term therapeutic strategies in metabolic diseases.

Rôle des récepteurs aux cannabinoïdes 1 (CB1R) du tissu adipeux sur la lipolyse et conséquences sur le métabolisme glucido-lipidique de la souris.L’obésité s’accompagne d’une dérégulation de la lipolyse responsable d’une libération excessive d’Acides Gras Libres (AGL) qui sont des acteurs majeurs dans la mise en place de la résistance périphérique à l’insuline. En parallèle, il est maintenant bien établi qu’au cours de l’obésité, une altération de l’activité du Système EndoCannabinoïde (SEC) dans plusieurs tissus métaboliques est observée. S’il est bien décrit que l’hyperactivation de ce système au sein du Tissu Adipeux (TA) favorise son expansion, les conséquences sur la lipolyse adipocytaire restent à déterminer.Ces travaux de thèse ont pour objectif principal de préciser le rôle du SEC dans la régulation de la lipolyse. Pour cela, l’AEA, un agoniste des récepteurs aux cannabinoïdes 1 (CB1R) et le JZL195, un inhibiteur des enzymes de dégradation des endocannabinoïdes, ont été utilisés in vivo chez la souris et in vitro sur un modèle d’explants pour augmenter le tonus endocannabinoïde dans le TA et en mesurer les conséquences sur l’activité lipolytique. Ensuite, les effets du blocage du SEC sur la lipolyse ont été étudiés chez la souris obèse par l’utilisation d’un antagoniste spécifique des CB1R, le Rimonabant.Ces travaux montrent que l’activation du SEC adipocytaire dans des conditions d’insulinémie élevée (période postprandiale) conduit à une altération du signal insulinique et à une perte de son effet antilipolytique favorisant le relargage d’AGL et pouvant, à terme, conduire à des effets délétères sur les tissus périphériques. A l’inverse, lorsque les voies de signalisation à l’insuline sont peu actives comme c’est le cas au cours du jeûne, la stimulation du SEC s’accompagne d’une activation de la voie PI3K/Akt freinant la lipolyse induite par le jeûne et favorisant ainsi le stockage des lipides et l’expansion du TA. Cette situation expérimentale est comparable à celle rencontrée au cours de l’obésité qui est associée à la fois, à une faible activité de la voie PI3K/Akt (résistance à l’insuline) et à une hyperactivation du SEC. Le blocage des CB1R par le Rimonabant chez la souris obèse, conduit à une stimulation importante de la lipolyse qui semble dépendre d’une activation de l’adénylate cyclase. Etant donné qu’un traitement par le Rimonabant s’accompagne également d’une augmentation du catabolisme des acides gras, il est raisonnable de penser que dans ces conditions, les AGL libérés n’exercent pas leurs effets délétères.En conclusion, ces travaux suggèrent que l’activation du SEC participe à l’installation d’une résistance à l’insuline dans le TA qui pourrait, à plus long terme, s’étendre aux tissus périphériques via les effets lipotoxiques des AGL issus de la lipolyse. Au cours de l’obésité, l’association d’une insulinorésistance et d’un tonus endocannabinoïde élevé favoriserait le stockage des lipides et l’expansion de la masse grasse. Au final, le blocage ciblé des CB1R du TA pourrait constituer une piste thérapeutique intéressante pour lutter contre les dérégulations métaboliques associées à l’obésité.Mots clés : Obésité, Insulinorésistance, Système Endocannabinoïde, Tissu Adipeux, Lipolyse, Métabolisme glucido-lipidique / Role of adipose tissue cannabinoid receptor 1 (CB1R) on lipolysis and consequences on lipid and carbohydrate metabolism in miceObesity is accompanied with lipolysis deregulation responsible for excessive Free Fatty Acid (FFA) release, which are key actors in the implementation of peripheral insulin resistance. In parallel, it is now well established that obesity is associated with EndoCannabinoid System (ECS) activity dysfunction in several metabolic tissues. If it is well described that overactivation of this system in the Adipose Tissue (AT) is favourable to its expansion, the consequences on lipolysis remain to be elucidated.The main objective of this thesis work was to precise the role of ECS on lipolysis regulation. To achieve this, AEA, a cannabinoid receptor 1 (CB1R) agonist and JZL195, an inhibitor of the enzymes responsible for the degradation of endocannabinoids, were used, in vivo in mice and in vitro on an explant model, to increase the endocannabinoid tone in the AT and analyse the consequences on lipolytic activity. Then, ECS blockade effect on lipolysis was studied in obese mice by using a specific CB1R antagonist, Rimonabant.This work demonstrates that activation of ECS under high insulinemia condition (postprandial state) alters insulin signalling limiting its antilipolytic effect and increasing FFA release which can ultimately be deleterious for peripheral tissues. Conversely, when insulin signalling pathways are weakly activated, as it is the case during fasting, ECS activation comes with PI3K/Akt activation impeding fasting induced lipolysis and promoting lipid storage and AT expansion. This experimental situation resembles that encountered in obesity which is associated, both with low activity of PI3K/Akt pathway (insulin resistance) and ECS overactivation. CB1R blockade by Rimonabant in obese mice lead to a strong stimulation of lipolysis which seems to be dependent on adenylate cyclase activation. Considering that Rimonabant treatment was also reported to be associated with improved fatty acid catabolism, it can be advanced that FFA released in excess in these conditions, do not have deleterious effects.In conclusion, this work suggests that ECS activation is involved in the onset of AT insulin resistance which ultimately could indirectly affect peripheral tissues via lipolysis derived FFA lipotoxicity. During obesity, the association of insulin resistance and ECS tone elevation would promote lipid storage and AT expansion. Finally, AT CB1R specific blockade could constitute an interesting therapeutic target limiting metabolic deregulations linked to obesity.Key words: Obesity, Insulin Resistance, Endocannabinoid System, Adipose Tissue, Lipolysis, Lipid and carbohydrate metabolism

Le cartilage est un tissu clé des articulations synoviales. Suite à un problème mécanique, traumatique ou inflammatoire, le cartilage est dégradé entrainant des douleurs articulaires et une perte de mobilité. Le cartilage étant un tissu non innervé et non vascularisé, son auto-réparation est très faible. De plus en plus de techniques sont développées pour la réparation des défauts cartilagineux mais aucune n’a encore permis d’obtenir un nouveau cartilage pleinement fonctionnel. En particulier, l’ingénierie tissulaire (IT) est une technique très prometteuse qui consiste à obtenir un greffon de cartilage dont les propriétés mécaniques et structurales soient satisfaisantes une fois implantée dans l’articulation. L’IT est basée sur l’association de cellules, d’un biomatériau et de facteurs de croissance. Le but de cette thèse est d’étudier l’effet de l’âge du donneur des cellules sur la synthèse du greffon par l’IT in vitro et sur la qualité du cartilage obtenu lors de l’implantation dans un modèle de rat NUDE. Puis dans une dernière partie, l’impact de l’environnement chimique et mécanique est étudié sur la qualité du greffon. Nos études montrent ainsi que l’âge du donneur aussi bien dans un contexte in vitro ou in vivo impacte la qualité du greffon et la réparation une fois implanté dans l’animal. En effet, les greffons issus des donneurs âgés ont des propriétés mécaniques légèrement plus élevées et une synthèse des protéines de la matrice extracellulaire (MEC) du cartilage significativement plus élevée que les greffons issus de donneurs jeunes. De plus, la réponse inflammatoire des greffons implantés dans un défaut cartilagineux chez le rat NUDE est plus faible pour les donneurs âgés. Enfin, nous montrons que le microenvironnement mécanique (compression ou pression hydrostatique) et chimique (liquide synovial (LS) ou TGF-β pur) joue un rôle important sur la réponse cellulaire. Par ailleurs, en fonction de l’âge, l’association de ces différents facteurs donnent des résultats différents. Par exemple, pour une sollicitation de type compression, c’est le LS qui est à favoriser pour obtenir les greffons de meilleure qualité dans le cas des donneurs âgés. Au contraire, pour la même sollicitation de type compression, c’est la présence de TGF-β1 qui conduit au greffon de meilleure qualité pour les donneurs jeunes. Ces études mettent en évidence l’importance de l’âge du donneur et montrent de plus qu’un protocole IT patient spécifique est la meilleure solution. / Cartilage is an important tissue of synovial joints. Following a mechanical problem, traumatic or inflammatory, the cartilage is degraded causing joint pain and loss of mobility. Because cartilage is a non-innervated and non-vascularized tissue, its self-repair is very weak. More and more techniques are being developed for the cartilage but none has resulted in a new fully functional cartilage. In particular, tissue engineering (TE) is a very promising technique that consists in obtaining a cartilage graft whose mechanical and structural properties are satisfactory once implanted in the joint. TE is based on the association of cells, biomaterial and growth factors. The aim of this thesis is to study the effect of cell donor’s age on graft synthesis by TE in vitro and on the quality of the cartilage obtained during implantation in a NUDE rat model. Then in a last part, the impact of the chemical and mechanical environment is studied on the quality of the graft. Our studies show that the age of the donor both in vitro and in vivo has an impact on graft quality and repair once implanted in the animal. In fact, grafts from older donors have slightly higher mechanical properties and significantly higher synthesis of extracellular matrix proteins (ECM) than grafts from younger donors. In addition, the inflammatory response of grafts implanted in a cartilage defect in the NUDE rat is lower for older donors. Finally, we show that the mechanical microenvironment (compression or hydrostatic pressure) and chemical microenvironment (synovial fluid (SF) or TGF-β) play an important role in the cellular response. Moreover, depending on age, the combination of these different factors gives different results. For example, for a compression solicitation, it is the SF that is to be favored to obtain better quality grafts in the case of elderly donors. On the contrary, for the same compression stress, it is the presence of TGF-β1 that leads to the best quality graft for young donors. These studies highlight the importance of donor age and further show that a specific patient protocol of TE is the best solution.

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. / Background: Opinions differ over the type of physical activity that best limits the cardiovascular risk (CVR) resulting from visceral fat accumulation in the metabolic syndrome (MetS). Aim: To analyze the effects of physical activity on visceral fat and cardiovascular risk (CVR) in patients suffering from MetS. Methods: 100 adults, aged 50-70y, were randomized to three training groups: moderate endurance and resistance (re), dominant resistance (Re), or dominant endurance (rE). A 1-year at-home follow-up (M12) began with a 3-week residential program (Day 0 to Day 20). We measured the change in central fat and body composition by DXA, MetS parameters, fitness and CVR using the Framingham score and carotid-intima-media-thickness. Compliance was assessed between D20 and M12. Results: 78 participants (78%) completed the study. At D20, central fat loss was highest in Re (-18%, p<.0001) and higher in rE than re (-12% vs. -7%, p<.0001). Likewise, from M3, visceral fat decreased more in Re and rE than in re (p<.05) to reach at M12 a central fat loss of -21.5% (Re) and -21.1% (rE) > -13.0% (re) (p<.001). CVR, MetS parameters and fitness improved in all groups. The main improvements were obtained during the residential program and evolved thereafter depending on compliance. Non-compliers had higher values in most outcomes between M6 and M12 whereas compliers maintained improvement. Central fat loss correlated with changes in MetS parameters. Conclusions: The 3 modalities of physical activity induced central fat loss and improvements in CVR and MetS, but high-intensity-resistance resulted in a faster improvement. A residential program with daily coaching is essential to help patients achieve their aims. Compliance appears to be the main challenge in successful Mets treatment.

Les adipocytes (cellules spécialisées dans le stockage des graisses) sont formés à partir de cellules immatures appelées cellules progénitrices lors du processus d'adipogenèse. Chez l'homme, les différentes étapes de ce processus sont mal connues ainsi que les signaux qui le régulent. La première partie de mon travail de thèse a eu pour but de caractériser la cellule intermédiaire entre la cellule progénitrice et l'adipocyte : le préadipocyte. La deuxième partie a consisté à évaluer le rôle des protéines morphogénétiques de l'os (ou BMP), des inducteurs de l'adipogenèse décrits chez la souris, dans l'adipogenèse humaine. Nous avons montré que les BMP2, 4 et 7 sont produites dans le tissu gras humain et BMP7 est modulée par l'obésité. Les BMP2 et 4 induisent l'adipogenèse des cellules progénitrices humaines mais seule la BMP7 permet la production d'adipocytes particuliers " beiges " décrits pour consommer les lipides et produire de la chaleur. Ces travaux affinent nos connaissances sur les mécanismes impliqués dans l'expansion du tissu gras et permettront d'élaborer des stratégies pour lutter contre le développement des pathologies liées à l'obésité. / Adipocytes (cells specialized in fat storage) arise from immature cells, called progenitor cells, during the process of adipogenesis. In human, the different stages of adipogenesis are not well defined as well as the signals involved in adipogenic modulation. The first part of my thesis work aimed to characterize the intermediate cell state between progenitor cell and mature adipocyte: the preadipocyte. The second part aimed to evaluate the role of bone morphogenetic proteins (BMPs) in human adipogenesis. In mice, BMP2 and BMP4 induce classical adipogenesis whereas BMP7 leads to the production of "brite" adipocytes with the capacity to use lipids to produce heat. We have shown that BMP2, 4 and 7 are produced in human fat depots and BMP7 is modulated by obesity. BMP2 and 4 induce classical adipogenesis and BMP7 only induces brite adipogenesis from human progenitor cells. These works improve our knowledge about the mechanisms involved in the expansion of fat depot and may allow the identification of new strategies to fight against the development of obesity-associated pathologies.

Le tissue adipeux (TA) est un organe complexe specialisé dans le stockage et la libération d'énergie sous forme de lipides. Cet organe adipeux est essentiel pour le maintien de l'homéostasie énergétique. Les adipocytes sont les cellules prototypiques du TA. Elles se forment durant la différenciation de précurseurs, un processus appelé adipogenèse. L'adipogenèse est intimement associée à la synthèse des acides gras et de triglycérides lors de la lipogenèse. Néanmoins, divers facteurs peuvent perturber l'adipogénèse et la lipogenèse, contribuant au dysfonctionnement du TA et au développement des maladies métaboliques. Le but de cette thèse a été d'étudier la lipogenèse dans le contexte du stress du réticulum endoplasmiques (SRE), de la restriction calorique et du vieillissement. Dans le projet A, nous avons montré que l'exposition d'adipocytes à un SRE aigu inhibe l'expression des gènes liés à la lipogenèse et empêche l'incorporation du glucose dans les lipides. En plus, l'exposition des préadipocytes à un SRE chronique, détériore à la fois la lipogenèse et l'adipogenèse. Par contre, pour les adipocytes, un SRE chronique mais modéré n'a pas d'effet évident sur la lipogenèse. Ces effets du SRE pourraient contribuer à la détérioration de la fonction de TA vue dans l'obésité. La capacité du TA à stocker des lipides diminue avec l'âge, probablement à cause de l'accumulation de cellules sénescentes ou un SRE plus élevé. Dans le projet B, nous avons étudié la capacité lipogénique du TA humain en relation à la sénescence et aux marqueurs du SRE au sein d'une cohorte de femmes obèses jeunes ou âgées. Tandis que l'expression des principaux marqueurs de la sénescence était augmentée dans le TA des femmes âgées, l'expression génique des enzymes de lipogenèse et des chaperonnes était diminuée dans le TA des personnes âgées. Ces résultats étaient partiellement retrouvés dans les adipocytes différenciés in vitro des mêmes individus ce qui suggère une moins bonne capacité à faire face au SRE lors du vieillissement. Le régime à très basses calories (VLCD) est souvent prescrit en première intention pour une rapide perte de poids. L'amélioration de la sensibilité à l'insuline se voit dès 2 jours de VLCD. Néanmoins, on ne sait quasiment rien des modifications métaboliques du TA survenant durant les premiers jours. Dans le projet C, nous avons donc comparé les réponses métaboliques et inflammatoires du TA sous-cutané précocément (2 jours) et plus tardivement (28 jours) lors d'un VLCD. A 2 jours de régime, l'expression des gènes lipolytiques était augmentée, alors que l'expression des gènes lipogéniques était diminuées. Les marqueurs d'inflammation n'étaient pas changés dans le TA. Néanmoins, les changements d'expression dans le TA lors de la phase précoce du régime ne pouvait pas expliquer l'effet de ce régime court à l'amélioration de la sensibilité à l'insuline. Dans la phase tardive, l'expression des gènes impliqués dans la lipogenèse et la ß-oxydation était largement réduite, tandis que l'expression des marqueurs inflammatoires était augmentée. Nous avons donc montré que les réponses métaboliques et inflammatoires du TA sous-cutané à 2 jours et 28 jours de VLCD sont différentes. Dans le projet D, nous avons comparé et défini les effets de la restriction calorique modérée sur la physiologie des préadipocytes et des adipocytes différenciés in vitro chez des jeunes obèses ou des personnes âgées obèses. De façon surprenante, on n'a observé aucun effet de l'intervention sur le métabolisme des préadipocytes dans les deux groupes. Par contre, un effet bénéfique de l'intervention sur le métabolisme adipocytaire n'a été observé que chez les personnes âgées. Nos données montrent donc qu'une restriction calorique modérée peut avoir un effet positif sur le métabolisme adipocytaire des séniors. Pour conclure, cette thèse montre que la lipogenèse dans le TA humain peut être inhibée par le SRE, la restriction calorique sévère et le vieillissement. / Adipose tissue (AT) is a complex organ specialised in safe storage and release of energy as lipids. The adipose organ is therefore essential for the maintenance of energy homeostasis. The prototypical cells of AT are adipocytes, emerging from the precursors in a process called adipogenesis. Adipogenesis itself is tightly connected with lipogenesis, i.e. with the synthesis of fatty acids and triglycerides. Various stimuli can disturb adipocyte differentiation and lipogenesis and thus contribute to AT dysfunction and development of associated metabolic diseases. This thesis was focused on the investigation of lipogenesis in the context of endoplasmic reticulum stress (ERS), calorie restriction and aging. In Project A, we showed that exposition of adipocytes to high acute ERS inhibits expression of lipogenic genes and glucose incorporation into lipids. Moreover, chronic exposure of preadipocytes to ERS impaired both, lipogenesis and adipogenesis. On the other hand, chronic low ERS had no apparent effect on lipogenesis in adipocytes. These effects of ERS could therefore contribute to the worsening of AT function seen in obesity. The capacity of AT to store lipids decreases in aging, possibly due to the accumulation of senescence cells or higher ERS. In Project B, we investigated lipogenic capacity of human AT in relation to senescence and markers of ERS. AT and adipose cells from young and elderly women were investigated. While mRNA expression of major senescent markers was increased in AT from the elderly compared to young individuals, mRNA expression of lipogenic enzymes and chaperones was decreased in AT from elderly individuals. These results were also partly observed in vitro in differentiated adipocytes from AT of the same individuals suggesting the reduced capability to cope with ERS in aging. Very-low calorie diet (VLCD) is first line lifestyle intervention to achieve rapid weight loss. The improvement of whole body insulin sensitivity can be seen as soon as after 2 days of VLCD. However, little is known about AT metabolic changes in those early days. Thus, in Project C, we compared metabolic and inflammation-related characteristics of subcutaneous AT in the early (2 days) and later (28 days) phase of a VLCD. In the early phase of VLCD, the expression of lipolytic genes was increased, whereas the expression of lipogenic genes was suppressed. The inflammatory markers remained unchanged in AT. The changes in AT gene expression in the early phase of VLCD could not explain the effect of short calorie restriction on the improvement of insulin sensitivity. At the later phase, expression of genes involved in lipogenesis and ß-oxidation was markedly suppressed, whereas the expression of inflammatory markers was increased. Thus, we found that the early and later phases of VLCD differ with respect to metabolic and inflammatory responses in subcutaneous AT. In Project D, we compared and defined the effects of moderate calorie restriction on preadipocytes and in vitro differentiated adipocytes in two groups of obese men: juniors and seniors. We did not observe any effect of the intervention on metabolism of preadipocytes in either group. However, we observed an intervention-driven improvement in adipocyte metabolism selectively in the group of seniors. Therefore, our data suggest that moderate calorie restriction could initiate positive changes in metabolism of adipocytes in seniors. In conclusion, this thesis brought several pieces of evidence that lipogenesis in human AT can be inhibited by ER stress, severe caloric restriction and aging.

L’os présente la propriété remarquable de s’adapter à son environnement et s’est forgé au cours de l’évolution des caractéristiques exceptionnelles qui fascinent les scientifiques mais aussi les ingénieurs : léger mais d’une rigidité à toute épreuve, une capacité de résistance à la fracture hors norme tout en gardant une certaine flexibilité. Ces propriétés mécaniques de l’os sont l’œuvre d’une optimisation de sa composition et d’une structure fortement hiérarchisée et organisée en multiples niveaux allant de l'échelle nanométrique à l'échelle macroscopique. L’amélioration de la prise en charge des maladies osseuses, l’optimisation des implants orthopédiques et la conception de nouveaux matériaux bio-inspirés passent par une connaissance approfondie des multiples facteurs qui déterminent les propriétés mécaniques de l’os. Dans ce travail, nous mettons l’accent sur les propriétés élastiques de l'os cortical humain à la fois aux échelles millimétrique et micrométrique. Nous avons caractérisé l’élasticité (à l’échelle mésoscopique), la composition et la microstructure de l’os cortical, à partir d’échantillons de fémur, tibia et radius prélevés sur des donneurs âgés, à l’aide d’une batterie de tests expérimentaux comportant des mesures en résonance ultrasonore spectroscopique, micro-tomographie par rayonnement synchrotron, microscopie infrarouge à transformée de Fourier et analyse biochimique. Ces mesures mettent à jour le rôle prépondérant joué par la porosité et le degré de minéralisation dans la détermination de l’élasticité et suffisent à eux seuls à en expliquer les variations. En particulier, les caractéristiques de la microstructure, comme la forme des pores, leur nombre, taille ou connectivité ne semblent pas avoir d’effets mesurables sur l’élasticité à l’échelle mésoscopique. Dans un second temps, une nouvelle approche d’homogénéisation inverse introduite dans cette thèse a permis l’estimation du tenseur des coefficients élastiques de la matrice osseuse à l’échelle microscopique. Connaissant l’élasticité de la matrice, nous avons évalué la gamme des microdéformations qui se produisent localement en réponse à des contraintes physiologiques. Les microdéformations étant à l’origine des signaux qui déclenchent la réponse des cellules mécanosensibles, ce dernier résultat devrait contribuer à une meilleure compréhension du comportement mécanique osseux au niveau microscopique. En conclusion, ce travail de thèse a permis l’obtention d’une base de données unique sur les caractéristiques élastiques de l’os cortical humain et la caractérisation des relations qui existent entre l’élasticité, la microstructure et la composition. / Bone as an important organ in human body is an extraordinary material which exhibits highly optimized properties, strong yet light weight, stiff yet flexible. Its distinct mechanical properties which fascinates not only scientists but also engineers are the results of the highly hierarchized and organized structure and the compositional properties spanning over several lengths from the nanoscale to the macroscale. Hence, a deep understanding of the parameters affecting bone mechanical behavior is necessary to better predict and treat bone diseases, improve orthopedic implants design, and engineer bio-inspired materials. In this work, a special focus is placed on human cortical bone elastic properties both at the millimeter and micrometer scales. Based on a multimodal approach (resonant ultrasound spectroscopy, synchrotron radiation micro-computed tomography, Fourier transform infrared microspectroscopy and biochemistry experiments) involving an exhaustive amount of microstructural and compositional properties, our results provide strong evidence that intra-cortical porosity and degree of mineralization are the most important determinants of bone stiffness at millimeter scale in an elderly population. Further, the other microstructure characteristics independent of porosity have non measurable effects on bone stiffness at this level. At the micrometer scale, a novel inverse homogenization approach is introduced in this work which can evaluate bone matrix anisotropic elastic properties with a good accuracy for all the stiffness constants. Based on the determined bone matrix elasticity data, we investigated the possible range of the magnitude of microstrain experienced by bone matrix. This work opens a way to better evaluate and understand bone mechanical behaviour at the micrometer level, such as the microstrain that can be sensed by osteocytes and builds the bridge to comprehensively investigate the connections between bone anisotropic properties at the millimeter and micrometer scale, and between the anisotropic microelastic properties and the characteristics at the nanometer scale.