Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2010-2011 / Le vieillissement est un facteur de risque important d'accumulation de masse grasse, particulièrement au niveau viscéral, qui conduit aux maladies métaboliques, telles que l'obésité, le diabète de type 2 et l'athérosclérose. D'autre part, le tissu adipeux semble être lui-même un modulateur de la longévité. Les travaux décrits dans cette thèse montrent des adaptations géniques spécifiques à l'accumulation de masse grasse lors du vieillissement. Dans le tissu adipeux, les mécanismes moléculaires responsables semblent impliquer un changement du milieu transcriptionnel de PPARy, menant ainsi à une capacité transactivatrice plus élevée. Lors du vieillissement, les niveaux d'expression génique et protéique du cofacteur SRC-1 sont diminués chez les souris, les rats et l'humain. De ce fait, l'interaction PPARy/SRC-1 est perdue et la capacité de liaison de PPARy au promoteur de gène aP2 adipogénique est augmentée. Lors du vieillissement, la biologie du tissu adipeux est perturbée, particulièrement avec l'infiltration de lymphocytes T et de macrophages. OCA-B est un cofacteur nucléaire essentiel au développement des lymphocytes B, qui sont recrutés à un stade précoce de ces événements et impliqués dans la prévention de l'infiltration des macrophages. Nous avons tenté de découvrir si le débalancement des niveaux des cofacteurs nucléaires du tissu adipeux allait au-delà de SRC-1. Les résultats de cette étude montrent que l'expression de OCA-B est spécifiquement augmentée dans le dépôt viscéral lors du vieillissement, mais drastiquement diminuée chez les modèles murins obèses. OCA-B est exprimé dans les adipocytes. Il interagit également avec PPARy et se lie aux promoteurs de gènes spécifiques des adipocytes matures, soulignant son implication dans la biologie des adipocytes. Les fibroblastes embryonnaires des souris et les nematodes ne possédant pas OCA-B accumulent plus de lipides. De plus, les vers OCA-B-/- ont par ailleurs une diminution de leur longévité, ce qui suggère qu'OCA-B est un joueur central dans le lien entre masse grasse et espérance de vie. La dernière étude de cette thèse implique le gène klotho qui intervient dans la régulation du vieillissement et dans le contrôle transcriptionnel du métabolisme. Klotho agit comme une hormone sécrétée et favorise la différenciation adipocytaire et la résistance à l'insuline. Nous avons montré chez les souris que, lors du vieillissement, klotho est davantage modulé dans le dépôt sous-cutané, alors que la modulation est beaucoup plus drastique dans le contexte de l'obésité et ce dans le dépôt sous-cutané et viscéral. De plus, selon l'espèce, les résultats divergent puisque chez la femme, klotho est augmenté dans le contexte de l'obésité. Dans les adipocytes 3T3-L1, le traitement aigu avec les TZD augmente l'expression de klotho, et diminue dans les traitements à long terme. La diminution de l'expression de klotho est retrouvée uniquement chez les souris jeunes suite à un traitement d'une semaine avec la pioglitazone. Les résultats de l'ensemble de ces études démontrent que le vieillissement a un impact important sur l'environnement transcriptionnel de PPARy en modifiant notamment l'expression et le recrutement des cofacteurs nucléaires SRC-1 et OCA-B. Ces changements mènent à une empreinte génique spécifique qui stimule l'accumulation de masse grasse et réduit la sensibilité à l'insuline, potentiellement via une altération des molécules sécrétées dont klotho.

Le tissu adipeux a longtemps été considéré comme un tissu inerte servant uniquement à la mise en réserve et à la libération des acides gras, mais nous savons maintenant qu’il possède une fonction endocrine et inflammatoire, impliquant ainsi ce tissu dans la pathophysiologie de l’obésité. En ce sens, beaucoup d’efforts sont déployés afin de minimiser son expansion, favoriser sa mobilisation ou encore améliorer l’homéostasie de ses fonctions. Notre compréhension de la nature biologique et physiologique du tissu adipeux a grandement évolué au cours des dernières décennies. De nouveaux concepts ont récemment émergé sur le tissu adipeux, notamment en ce qui concerne : 1) sa densité; et 2) sa plasticité. Dans la présente thèse, nous avons abordé ces deux concepts. L’objectif général des travaux était de caractériser les phénomènes entourant la densité et la plasticité du tissu adipeux. Afin de rencontrer cet objectif, nous avons développé une approche méthodologique nous permettant de mesurer l’accumulation des graisses et la densité radiologique du tissu adipeux, aussi appelée l’atténuation radiologique (la capacité du tissu adipeux à bloquer les rayons X) au niveau abdominal par tomographie axiale dans une cohorte de plus de 240 femmes. Nous avons démontré que l’atténuation radiologique des tissus adipeux sous-cutané et viscéral est significativement et négativement corrélée avec la taille adipocytaire dans le dépôt correspondant. De plus, nos résultats ont révélé que les femmes caractérisées par une hypertrophie des adipocytes viscéraux ont un profil lipidique altéré comparativement aux femmes ayant de plus petits adipocytes. Ces différences sont atténuées après un ajustement statistique pour la surface de tissu adipeux et éliminées après un ajustement statistique pour la surface et l’atténuation des tissus adipeux. Nous avons donc démontré que l’atténuation radiologique des tissus adipeux est un marqueur de la taille adipocytaire. Par le fait même, la taille adipocytaire est un intégrateur de la qualité et de la quantité du tissu adipeux. Nous avons étudié la plasticité des cellules de la fraction stroma-vasculaire et des adipocytes du tissu adipeux. D’abord, nous avons utilisé la cytométrie en flux pour caractériser le phénotype des précurseurs adipocytaires de la fraction stroma-vasculaire. Nous avons démontré qu’une souspopulation de précurseurs adipocytaires natifs CD45- CD31- CD34+ expriment le marqueur de surface CD38. Nous avons observé une expression plus élevée des gènes associés à l’adipogénèse dans les précurseurs CD38+ comparativement aux précurseurs CD38-. Nous avons également démontré que le développement de l’obésité par le biais d’une diète riche en gras est associé à une augmentation du nombre de précurseurs adipocytaires CD38+, particulièrement dans le dépôt intraabdominal. Nos travaux suggèrent donc que le CD38 est un marqueur d’engagement vers la ifférenciation adipocytaire. Par ailleurs, nous avons étudié un exemple de la plasticité des adipocytes matures, soit la dédifférenciation. Nous avons utilisé des puces à ADN pour examiner les changements d’expression génique au cours du processus de dédifférenciation. Nous avons observé une diminution de l’expression des gènes associés aux fonctions de l’adipocyte mature et une augmentation de l’expression des gènes associés à la reprogrammation cellulaire, au cycle cellulaire et à la matrice extracellulaire. Par ailleurs, nous avons développé un modèle de culture cellulaire nous permettant de dédifférencier les adipocytes matures et de moduler certains aspects du processus de dédifférenciation. Cela nous a permis de démontrer un rôle pour le sentier métabolique du Transforming growth factor-β dans la modulation de l’expression des différents types de collagène au cours du processus de dédifférenciation des adipocytes matures. Finalement, nous avons effectué des expériences d’immunofluorescence et de microscopie en temps réel afin de caractériser le processus de dédifférenciation des adipocytes matures. Nous avons démontré que la dédifférenciation est complètement inhibée par l’ajout d’agents bloquant la division cellulaire. Nous avons observé la présence d’adipocytes binucléiques au cours du processus de dédifférenciation, ainsi que des marqueurs de mitose. En conclusion, nos travaux ont permis de caractériser deux nouveaux aspects du tissu adipeux qui reflètent des processus biologiques précis qui ont leurs racines dans le cycle de vie de l’adipocyte, dont l’expansion hypertrophique, la prolifération et la différenciation cellulaire, ainsi que la dédifférenciation des adipocytes matures. Ces travaux proposent des avancées significatives dans notre compréhension de la nature dynamique de ce tissu. / Adipose tissue has been considered a passive reservoir for energy, but we now know that it is also a secretory and endocrine organ. Because of increasing obesity rates, a lot of ressources are being committed to prevent adipose tissue accumulation and associated biological effects. In the last years, our advance in the understanding of adipose tissue biology has greatly evolved. New paradigms on adipose tissue have emerged, especially regarding: 1) its radiologic density (or radiologic attenuation); and 2) its plasticity. In this thesis, we studied these two concepts. The overall objective of this thesis was to characterize the phenomena surrounding adipose tissue density and plasticity. To achieve our objective, we have applied methodological approaches that allowed us to measure abdominal adipose tissue accumulation and attenuation using computed tomography in a cohort of 240 women. We showed that subcutaneous and visceral adipose tissue attenuation is negatively and significantly associated with adipocyte size in the corresponding depot. Our results also demonstrated that women with adipocyte hypertrophy are characterized by an altered lipid profile compared to women with smaller adipocytes. Satistical adjustment for visceral adipose tissue area minimized these differences while subsequent adjustment for adipose tissue attenuation eliminated all differences. Our results suggest that fat cell size is a marker of adipose tissue radiologic attenuation and area, and therefore, an integrator of adipose tissue quality and quantity. We also studied the plasticity of the adipocyte precursors contained in the stromal-vascular fraction of adipose tissue and of mature adipocytes. To do so, we used flow cytometry analysis to characterize the phenotype of adipocyte precursors. We demonstrated that a subpopulation of CD45- CD31- CD34+ adipose progenitors express the cell surface protein CD38. These cells have higher levels of adipogenic genes compared to the CD45- CD31- CD34+ CD38- population. When cultivated, CD38+ cells show a greater adipogenic potential than the CD38- cells. We also found that obesity is associated with an increase in the number of CD38+ adipose progenitors, particularly in the intra-abdominal depot. Our results suggest that CD38 is a marker of commitment toward adipogenesis. Furtheremore, we studied the process of mature adipocyte dedifferentiation as a good example of adipose tissue plasticity. We examined changes in gene expression during the dedifferentiation process using microarray analysis. We found a decrease in the expression of genes associated with mature adipocyte functions and an increase in the expression of genes associated with cellular reprogramming, cell cycle and extra-cellular matrix. We have also developed a cellular culture system that allows us to dedifferentiate mature adipocytes and to modulate various aspects of the process. This allowed us to demonstrate a role for the Transforming growth factor β signaling in modulating collagen gene expression during dedifferentiation. Finally, we performed immunofluorescence and time-lapse microscopy experiments to characterize the process of mature adipocyte dedifferentiation. We demonstrated that adipocyte dedifferentiation is completely prevented by agents blocking cell division. We also observed binucleated adipocytes throughout the ceiling culture process and markers of mitosis. In conclusion, our studies allowed us to characterize various novel aspects of adipose tissue related to specific biological process, which have their roots in the adipocyte life cycle. They include hypertrophic expansion, cellular proliferation and differentiation, and adipocyte dedifferentiation. This is of significant importance in our understanding of adipose tissue dynamics.

La prévalence de l'obésité et de ses complications, qui touchent un large éventail de systèmes physiologiques, augmente rapidement et nécessite un effort collectif accru afin de diminuer son incidence et sa progression. D'après les données recueillies à partir d'une kyrielle d'études, il est proposé que la dysfonction du tissu adipeux est déterminante dans le développement de plusieurs maladies non transmissibles telles que le diabète de type 2, l'hypertension, la stéatose hépatique non alcoolique, certaines dyslipidémies et le cancer du sein. Bien qu'il soit documenté que l'obésité puisse favoriser le cancer par une myriade de mécanismes, y compris par une sécrétion hormonale altérée, les données sont peu nombreuses sur le lien entre la dérégulation locale du tissu adipeux non desmoplasique et les facteurs pronostiques du cancer du sein, dont le phénotype tumoral et individuel ainsi que les aspects comportementaux des individus. Les données sont peu exhaustives sur la quantité de stéroïdes présents dans les tissus adipeux en particulier leur rôle et leur pertinence physiologique, au-delà du lien bien connu entre l'expression et l'activité de l'aromatase et la production des œstrogènes. L'objectif global de cette thèse était de décrire la dysfonction du tissu adipeux, en particulier ses aspects hormonaux et inflammatoires dans le cancer du sein et dans l'obésité sévère. Afin de brosser un portrait plus exhaustif de la portée des altérations induites par l'obésité, les caractéristiques de la tumeur, les phénotypes d'adiposité et les marqueurs d'habitudes de vie ont été combinés à une évaluation morphologique, des marquages cellulaires in situ et des données d'expression génique, ce qui nous a permis de représenter de façon détaillée la dysfonction du tissu adipeux local. À ce titre, dans le cadre de cette thèse, une multitude de nouvelles méthodes pour décrire le dysfonctionnement du tissu adipeux in situ ont été développées. Tout d'abord, un protocole a été mis au point pour caractériser les marqueurs de dysfonction des tissus adipeux congelés instantanément par des techniques de coloration tissulaires et des approches basées sur la reconnaissance antigénique, ce qui permet de tirer profit des échantillons provenant des biobanques. Un nouveau profil d'analyse de stéroïdes par spectrométrie de masse en tandem couplée à la chromatographie liquide dans le tissu adipeux mammaire a été adapté en appliquant une approche innovante de dérivatisation pour le défi que représente la détection et la quantification des œstrogènes pertinents dans un contexte biologique. Notre profil a été élargi afin de caractériser plus en détail le métabolome stéroïdien dans les tissus adipeux sous-cutanés et viscéraux dans l'obésité sévère et après une perte de poids induite par la chirurgie bariatrique. Les résultats suggèrent que les caractéristiques du tissu adipeux mammaire local sont associées aux marqueurs pronostiques du cancer du sein, c'est-à-dire, les marqueurs associés au mode de vie, l'adiposité et les caractéristiques tumorales autant chez les femmes pré- que post-ménopausées. Les quantités d'hormones stéroïdiennes sont associées à la sévérité des lésions mammaires, tout comme l'inflammation, représentée par l'infiltration des cellules inflammatoires et l'hypertrophie adipocytaire. Une amélioration du profil stéroïdien après une perte de poids substantielle a également été observée, ce qui met l'accent sur la capacité d'adaptation du tissu adipeux. En somme, les résultats présentés dans cette thèse soulignent le rôle de la dérégulation hormonale dans le tissu adipeux qui joue probablement un rôle de premier plan dans l'obésité, dans les altérations associées à l'obésité et dans le cancer du sein et révèlent que la dysfonction du tissu adipeux n'est que partiellement renversée par la chirurgie bariatrique. / Obesity and its complications, which affect a wide array of organ systems, are rapidly increasing and require our increased collective efforts in order to limit its incidence and progression. Data gathered from a plethora of studies show that the dysfunction of adipose tissue is decisive for the development of several noncommunicable diseases, such as type 2 diabetes mellitus, hypertension, non-alcoholic fatty liver disease, certain dyslipidaemias, and breast cancer. Although it is well documented that obesity may foster cancer through a constellation of mechanisms, including detrimental hormonal secretion, data are scarce on the link between non-desmoplastic local adipose tissue dysregulation and breast cancer prognostic factors encompassing tumour and individual phenotypes along with behavioural aspects. There is also a scarcity of data concerning white adipose tissue steroid profile and its role in severe obesity and breast cancer. The physiological relevance of adipose tissue steroids beyond the aromatase and oestrogens nexus in the breast cancer paradigm remains largely unexplored. The overall objective of this thesis was to characterise adipose tissue dysfunction, in particular hormonal and inflammatory aspects of local adipose tissue in the context of both breast cancer and severe obesity. Tumour characteristics, adiposity phenotypes, and life style factors were assessed in order to paint a more complete picture of the roles of obesity-mediated alterations. Various techniques were applied to allow for a comprehensive assessment of local adipose tissue dysfunction. As such, in the framework of this thesis, new methods have been developed to describe adipose tissue dysfunction in situ. First, a protocol has been developed to characterise flash-frozen adipose tissue dysfunction markers by general staining and antibody recognition taking advantage of large biobanks. A new liquid chromatography-tandem mass spectrometry steroid profile has been tailored for breast adipose tissue by applying an innovative derivatisation approach for the complex detection and quantification of bioactive oestrogens. Our profile has been expanded in order to characterise in more intricate details the steroid metabolome in subcutaneous and visceral adipose tissues in severe obesity before and after surgery-induced weight loss. The results suggest that local breast adipose tissue features are associated with breast cancer prognostic markers, namely lifestyle, adiposity, and tumour features, in both pre- and postmenopausal women. Steroid hormone amounts were associated with the severity of the breast lesions as was inflammation, assessed by inflammatory cell infiltration and adipocyte hypertrophy. An improvement in steroid profile after substantial weight loss has also been observed which emphasises adipose tissue adaptability. Taken together, results displayed in this thesis underline the role of hormonal dysregulation in adipose tissue, which likely plays a significant role in obesity, obesity-associated alterations and in breast cancer, and unveil that adipose tissue dysfunction is only partially reversed by bariatric surgery.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2012-2013. / Le tissu adipeux, qui a longtemps été considéré comme un tissu relativement inerte servant uniquement au stockage et à la mobilisation des acides gras, a récemment été identifié comme un tissu actif qui possède une fonction endocrinienne et inflammatoire. À cet effet, des données chez l'humain et l'animal ont démontré que l'obésité est associée à une réponse inflammatoire chronique caractérisée par une production anormale d'adipokines pro-inflammatoires induite principalement par l'infiltration de macrophages dans les tissus adipeux. Sachant qu'une accumulation excessive de graisse au niveau de la cavité abdominale représente un facteur de risque indépendant du développement des complications métaboliques de l'obésité, les différences régionales dans l'infiltration de macrophages dans les tissus adipeux pourraient jouer un rôle crucial dans la pathophysiologie des comorbidités associées à l'obésité viscérale. Nous avons donc examiné les différences régionales d'infiltration des macrophages des tissus adipeux abdominaux et les complications de l'obésité chez des femmes dont l'adiposité couvre le spectre de mince à obèse. Nos résultats démontrent que le pourcentage moyen de cellules CD68+, un marqueur de l'infiltration totale de macrophages dans les tissus adipeux, tend à être plus élevé dans le tissu adipeux sous-cutané comparativement au tissu adipeux omental. Pour la première fois jusqu'ici, nous avons également démontré que l'accumulation de tissu adipeux viscéral est un indicateur significatif de l'infiltration de macrophages dans les tissus adipeux abdominaux chez la femme et ce, indépendamment de l'adiposité. Les mécanismes cellulaires et moléculaires impliqués dans l'activation et le recrutement des macrophages dans le tissu adipeux sont possiblement multifactoriels. L'expansion du tissu adipeux peut entraîner de nombreux effets, incluant l'hypoxie, la mort cellulaire, l'augmentation de la sécrétion de chimiokines et une altération dans le flux des acides gras, qui pourraient être impliqués dans le recrutement et l'activation des macrophages. Nos résultats démontrent qu'une réponse lipolytique élevée dans les tissus adipeux humains est associée à une augmentation de l'expression des marqueurs de l'infiltration de macrophages indépendamment de l'adiposité et de la taille des adipocytes. Ainsi, l'infiltration des macrophages dans les tissus adipeux abdominaux semble être un phénomène relié à la physiopathologie de l'obésité et aux complications métaboliques qui y sont associées.