En dehors de son rôle dans la régulation de la balance hydrosodée, le récepteur minéralocorticoïde (MR) est un facteur de transcription hormono-dépendant qui exerce des effets pro-adipogéniques et anti-thermogéniques in vitro, mais son rôle dans la régulation du métabolisme énergétique in vivo n’a jamais été précisément étudié. Dans ce travail, nous avons montré que les souris surexprimant le MR humain (Tg) ont une résistance à l’obésité induite par le régime hyperlipidique. Ceci s’accompagne d’un défaut de développement de la masse adipeuse comme en témoignent des surfaces adipocytaires plus petites en histomoprhométrie et une diminution de l’expression de gènes impliqués dans l’adipogenèse tels que PPARγ2. Ce défaut d’adipogenèse n’est pas dû à une altération de la capacité intrinsèque des préadipocytes surexprimant le MR, isolés de la fraction stroma vasculaire, mais probablement à une modification de la polarisation macrophagique analysée par la technique du FACS. Ces résultats soulignent un impact immuno-métabolique de la surexpression du MR in vivo. Par ailleurs, dans notre modèle adipocytaire brun, nous démontrons que les corégulateurs du MR ont un profil d’expression différentiel pouvant rendre compte d’une coopération moléculaire au cours de la différenciation adipocytaire des cellules T37i. De plus, nous confirmons in vitro l’effet inhibiteur de l’aldostérone sur l’expression de UCP1 (Uncoupling protein 1). Enfin nous démontrons in vivo que la surexpression du MR dans le tissu adipeux brun des souris Tg induit une diminution de l’induction l’expression de UCP1 par une exposition au froid. L’ensemble de ces résultats apporte une meilleure compréhension du rôle du MR dans la régulation du métabolisme énergétique et devrait ouvrir des nouvelles perspectives thérapeutiques innovantes tels que l’utilisation de modulateurs sélectifs du MR dans le traitement des troubles métaboliques / Besides its role in the regulation of sodium homeostasis, the mineralocorticoid receptor (MR) is a hormone-dependent transcription factor that exerts pro-adipogenic and anti- thermogenic effects in vitro, but its role in vivo in the regulation of energy balance has never been precisely studied. In this study, we show that human MR overexpressing mice (Tg) were resistant to high fat diet-induced obesity. This was associated with a defect of fat mass as evidenced by smaller adipocyte size analyzed by histomorphometric study and a decreased expression of genes involved in adipogenesis such as PPARγ2. This alteration in adipogenesis was not related to a defect of the intrinsic capacity of MR overexpressing preadipocytes to differentiate into adipocytes, but probably to a change in macrophage polarization studied by FACS analysis. These results indicate an immuno-metabolic impact of MR overexpression in vivo. Moreover, in our brown adipocyte model, we demonstrate that MR coregulators have a differential expression profile, consistent with a coordinated and physiologically relevant cooperation occuring during brown adipogenesis. In addition, we confirm in vitro the inhibitory effect of aldosterone on UCP1 expression (Uncoupling protein 1). Finally, we demonstrate in vivo that MR overexpression in brown adipose tissue of Tg mice induced a decrease in the cold-induced UCP1 expression. Taken together, these results provide a better understanding of MR involvement in the regulation of energy metabolism and should open new therapeutic oportunities such as the use of selective MR modulators in the management of metabolic disorders.

L’obésité et le diabète sont associés à des complications, notamment une fragilité cutanée. Celle-ci pourrait être associée à une altération du métabolisme du glucose et à une augmentation du tissu adipeux sous-cutané. Il a été montré que l’hypoderme pourrait avoir une fonction spécifique pour la peau. Notre travail a consisté d’une part à caractériser l’adiposité hypodermique et à étudier son influence dans la réactivité du tissu cutané en réponse à des pressions faibles ou fortes chez des souris obèses et d’autre part à étudier le processus de cicatrisation. Les fortes pressions augmentent la fragilité cutanée ce qui peut aboutir à des lésions, notamment des ulcères de pression. Les études ont été réalisées chez des souris C57BL/6J développant une obésité induite par une alimentation riche en lipides et en sucres pendant 4 et 12 semaines. La taille des adipocytes de l’hypoderme a été mesurée ainsi que leur réponse lipolytique en présence ou non d’insuline. La réactivité tissulaire a été évaluée en mesurant les variations du flux sanguin en réponse : 1) à l’application d’une pression locale faible afin de déterminer la vasodilatation induite par la pression (PIV), 2) par iontophorèse d’acétylcholine ou de nitroprussiate de sodium. Afin d’explorer le processus spécifique d’ulcère de pression chez les souris obèses diabétiques, une compression par cycles d’ischémie-reperfusion a été réalisée. Ces études ont été complétées par des explorations métaboliques, histologiques et biochimiques. Par ailleurs nous avons déterminé l’impact de l’augmentation de l’adiposité sur des fibroblastes dermiques in vitro afin de mieux comprendre le processus de cicatrisation.Dans ce travail de thèse, nous avons mis en évidence une augmentation de l’adiposité hypodermique associée à une insulinorésistance tissulaire et systémique. Nous avons également montré un retard de cicatrisation en fonction de l’évolution de l’obésité et des réponses micro vasculaires diminuées post cicatrisation par rapport à une peau non lésée / Obesity and diabetes led to complications, including skin fragility. Skin fragility could be associated to a glucose metabolism alteration and a subcutaneous adipose tissue increase. It has been shown that hypodermis could have a specific function for the skin. Our work consisted on the one hand in characterizing the dermal adiposity and studying its involvement in the skin tissue reactivity in response to low or high pressures in obese mice and, on the other hand, in studying the healing process. High pressures increase cutaneous fragility which can lead to skin wounds, in particular pressure ulcers. This study was realized using C57BL/6J male mice with a diet-induced obesity. C57BL/6J mice were fed a high fat and high sugar diet during 4 or 12 weeks. Hypodermis adipocytes size was measured as well as their lipolytic response in presence or absence of insulin. The skin tissue reactivity was assessed measuring the skin blood flow variations in response to 1) a local pressure application in order to determine the pressure-induced vasodilation (PIV), 2) an acetylcholine or sodium nitroprusside iontophoresis. To examine the specific mechanism of the pressure ulcer in obese diabetic mice, a compression with ischemia-reperfusion cycles was realized. Metabolic assessment, histological and molecular biological studies were carried out to characterize each stage of healing through obesity. Furthermore, we determined the adiposity increase on dermal fibroblasts in vitro to better understand the healing process. In this thesis work, we have highlighted a hypodermis adiposity linked to a tissue and a systemic insulin resistance. We have also showed a delayed healing depending on the evolution of the obesity. The microvascular responses were decreased post healing compared to a non-wounded skin

L'obésité est une épidémie mondiale qui augmente le risque de développer un diabète de type 2 ainsi que ses complications. Chez les individus obèses, le tissu adipeux sécrète de grandes quantités d'hormones et de cytokines qui affectent négativement le métabolisme du glucose et des lipides, ce qui provoque l'inflammation et la résistance à l'insuline. L'obésité augmente également l'activité du système rénine-angiotensine (RAS) localement au niveau de différents tissus et de façon systémique dans la circulation. L’angiotensinogène est convertie en angiotensine I par la rénine, ainsi que par la prorénine uniquement quand la prorénine est liée au récepteur de la rénine et prorénine [(P)RR] 1 . Ceci est la voie angiotensine-dépendante (Ang-D) du (P)RR. La liaison de la rénine et de la prorénine avec le (P)RR active également une voie angiotensine-indépendante (Ang-ND), ce qui produit une signalisation intracellulaire comportant la mitogen activated protein kinase (MAPK), la extracellular regulatory kinase 1/2 (ERK1/2), la promyelocytic leukemia zinc finger protein (PLZF) et le tumor necrosis factor alpha (TNF-a). Ceux-ci peuvent provoquer la croissance et la prolifération cellulaire, l'apoptose et la fibrose et pourraient donc être reliés aux dommages tissulaires et aux complications associées à l'obésité 1, 2. Plusieurs effets bénéfiques d’un blocage pharmacologique du (P)RR ont été rapportés tels la prévention du développement d'une fibrose cardiaque et rénale ainsi que la prévention de la néphropathie et de la rétinopathie diabétique. Cependant, les effets du (P)RR dans le tissu adipeux ont été peu étudiés. Par conséquent, notre objectif était d'étudier le rôle du (P)RR dans le développement de l'obésité et de la résistance à l'insuline par : 1) l'administration de HRP (un peptide bloquant l’effet du (P)RR) chez un modèle de souris obèse par l’administration d’une diète riche en gras (HFD), et 2) l’évaluation de souris ayant une délétion (KO) du gène (P)RR spécifiquement dans le tissu adipeux, qui a été généré dans notre laboratoire par la technologie Cre-LoxP. L'expression du gène et de la protéine du (P)RR dans les tissus adipeux était augmentée chez les souris nourries avec une HFD indépendamment du traitement au HRP. Le traitement par le HRP a réduit le poids corporel et la masse adipeuse chez les souris nourries avec une HFD alors qu’une tendance pouvait être observée chez les souris sur diète normale (ND). De façon similaire, les souris (P)RR KO spécifiquement dans le tissu adipeux avaient une réduction du poids corporel et de la masse adipeuse, même sur ND, ce qui suggère fortement l'implication du (P)RR dans le tissu adipeux dans le développement de l'obésité. Le phénotype des souris KO incluait une augmentation de l'activité horizontale uniquement dans leur période active, ce qui pourrait contribuer à augmenter leur métabolisme énergétique et ainsi réduire leur poids corporel et leur masse adipeuse. De plus, les souris KO homozygotes mâles avaient un métabolisme de base plus élevé car nous avons observé une augmentation de la consommation d'oxygène et de la production de dioxyde de carbone pendant leur période active et de sommeil. Cette augmentation du métabolisme pourrait résulter, en partie, d'une augmentation de la thermogenèse comme en témoigne l’expression accrue du gène de brunissement, PRDM16, dans le tissu adipeux péri-rénale de souris mâles KO. Conformément à cela, des résultats récents provenant de notre laboratoire ont également démontré que le HRP pouvait induire du brunissement au niveau du tissu adipeux sous-cutanée 3. Chez les souris traitées avec le HRP, bien que la glycémie eût été similaire aux souris recevant le placebo, l'insuline plasmatique et le rapport insuline/glucose était plus faible indépendamment de la diète. De façon similaire, les souris (P)RR KO avaient une insulinémie et un taux de peptide C plus faibles par rapport aux souris contrôles, sans aucune différence dans les courbes de la glycémie au cours d'un test de tolérance au glucose par voie orale. Les niveaux d'insuline dans l’état basal et stimulé étaient significativement plus faibles chez les souris KO, sans aucune modification du contenu pancréatique en insuline et du ratio insuline/peptide-C, ceci indique donc qu’il n’y a pas eu d’altération du niveau du métabolisme pancréatique de l'insuline. L’augmentation de l'adiponectine plasmatique chez les souris KO pourrait, entre autres, contribuer à une meilleure sensibilité à l'insuline observée. De plus, dans les groupes traités aux HRP, nous avons observé une amélioration du profil d'expression des gènes des transporteurs de glucose GLUT1 et GLUT4, du TNF-alpha, MCP-1, F4/80 et de la leptine dans le tissu adipeux ce qui pourrait contribuer à la meilleure sensibilité à l'insuline. Comme une meilleure sensibilité à l'insuline a été observée chez la souris suite au blocage pharmacologique et à la suppression génétique du (P)RR, ceci suggère que le (P)RR est impliqué dans la régulation de l’homéostasie du glucose. De plus, un taux circulant réduit des triglycérides (TG) a été observé chez les souris traitées au HRP, alors que des niveaux inférieurs de TG ont été trouvés seulement dans les muscles squelettiques chez les souris KO. Ces modifications du métabolisme des lipides et des taux circulants d'adiponectine résultent probablement d'un tissu adipeux plus sain tel que révélé par nos analyses histologiques démontrant une réduction de la taille des adipocytes chez les souris KO et traitées au HRP 3. Nos résultats démontrent que le (P)RR, en particulier dans le tissu adipeux, est impliqué dans la régulation du poids corporel et de l'homéostasie du glucose probablement par la modulation de la morphologie et de la fonction des adipocytes. Le développement d'une nouvelle stratégie clinique axée sur le blocage du (P)RR pourrait aider à traiter l'obésité et ses pathologies associées telles la résistance à l'insuline et le diabète de type 2. / Obesity is a worldwide epidemic and increases the risk of developing type 2 diabetes and its complications. In obesity, adipose tissue secretes large amounts of hormones and cytokines that negatively regulate glucose and lipid metabolism, causing inflammation and insulin resistance. Obesity also increases the activity of both local (tissue-specific) and circulating renin-angiotensin system (RAS). Angiotensinogen is converted to angiotensin I by renin, whereas prorenin may only do so upon binding to the (pro)renin receptor [(P)RR] 1. This is thus the angiotensin-dependent (Ang-D) pathway of the (P)RR. The binding of renin and prorenin with the (P)RR also activates an angiotensin-independent pathway (Ang-ND), leading to intracellular signaling involving, for instance, the mitogen activated protein kinase (MAPK), the extracellular regulatory kinase ½ (Erk1/2), the promyelocytic leukemia zinc finger protein (PLZF) and tumor necrosis factor alpha (TNF-a) 1, 2. These can produce cell growth and proliferation, apoptosis and fibrosis 1, 2, and as such may contribute to tissue damage and complications associated with obesity. The beneficial effects of pharmacological blockade of the (P)RR include prevention of the development of cardiac and renal fibrosis, as well as of diabetes-associated nephropathy and retinopathy. However, effects of the (P)RR in adipose tissue have been poorly investigated. Hence, our objective was to study the role of the (P)RR in the development of obesity and insulin resistance by: 1) administering HRP (a (P)RR blocker peptide) to mice fed a high-fat diet (HFD), and 2) in knock-out (KO) mice with adipose tissue-specific (P)RR gene deletion, which were generated in our laboratory by cre-loxp technology. (P)RR gene and protein expression in adipose tissue were increased in mice fed a HFD independently of HRP treatment. HRP treatment also reduced mice body weight and fat masses in HFD-fed mice while they only tended to be lower in mice on normal diet (ND). Similarly, the adipose tissue specific (P)RR KO mice had reduced body weight and fat masses, even on ND, and as such confirmed the involvement of adipose tissue (P)RR in the development of obesity. The KO phenotype included increased horizontal activity, only in the dark cycle (active period), which would increase energy expenditure and could contribute to their lower body weight and fat mass. Male hemizygous KO mice had higher basal metabolic rate as they had increased oxygen consumption and carbon dioxide production during both their active and inactive period. This increased basal metabolism may result in part from an increase in thermogenesis as increased “beiging” gene expression, PRDM16, was observed in peri-renal fat of male KO mice. In line with this, recent results from our laboratory have also shown that HRP may induce “beiging” in subcutaneous fat 3. In mice treated with the HRP, although glycemia was similar to placebo treated mice, plasma insulin and the insulin to glucose ratio were lower compared to untreated groups on both HFD or ND. Similarly, (P)RR KO mice had lower plasma insulin and C-peptide levels compared to controls, without any differences in the glycemia curves during an oral glucose tolerance test. Given that the basal and stimulated insulin levels were significantly lower in KO mice, without any changes in total pancreatic insulin content and with similar insulin to C-peptide ratio, this suggests that pancreatic insulin metabolism was not modified. The increased circulating adiponectin levels observed in KO mice may have contributed to the better insulin sensitivity present in the mice. In the HRP treated mice, we observed an improved gene expression profile of glucose transporters GLUT1 and GLUT4, TNF-alpha, MCP-1, F4/80 and leptin in adipose tissue, which may also contribute to the increased insulin sensitivity. Given that better insulin sensitivity was observed in mice with both (P)RR pharmacological blockade and genetic suppression, this suggests that the (P)RR is involved in the regulation of glucose homeostasis. In addition, lower circulating triglycerides (TG) levels were found in mice treated with HRP, whereas lower TG levels were observed only in skeletal muscles in (P)RR KO mice. Put altogether, the lower lipid content and higher plasma adiponectin levels likely result from a healthier fat tissue as revealed by histological analysis which showed a reduction in adipocytes size in KO mice and was recently revealed in HRP treated HFD fed mice 3. Our results demonstrate that the (P)RR, particularly in adipose tissue, is implicated in the regulation of body weight and glucose homeostasis via modulation of adipocytes morphology and function. The development of a new clinical strategy focused on blockade of the (P)RR specifically in adipose tissue could help to treat obesity and its associated pathologies such as insulin resistance and type 2 diabetes.

Le prédiabète et le diabète de type 2 (DT2) affectent approximativement 9 millions de canadiens, soit près de 30% de la population. Le DT2 est caractérisé par une résistance à l’insuline (RI) qui ne peut être compensée par une sécrétion d’insuline augmentée. La dysfonction du tissu adipeux blanc (TAB) est centrale à ce phénomène et est caractérisée par de l’inflammation et un flux augmenté de lipides vers les tissus périphériques, dont on sait qu’ils favorisent le développement de RI et une hypersécrétion d’apoB-lipoprotéines (apoB) par le foie menant à une élévation de l’apoB plasmatique. En parallèle, les études épidémiologiques montrent que l’apoB plasmatique prédit le développement du DT2 de 3 à 10 ans avant l’apparition de la maladie, indépendamment de facteurs de risque classiques. Dans cette thèse, nous avons formulé l’hypothèse que l’augmentation de la sécrétion d’apoB-lipoprotéines secondaire à un TAB dysfonctionnel contribue à aggraver cette même dysfonction. En ce sens, les apoB-lipoprotéines et le TAB seraient le centre d’un cercle vicieux menant au développement de facteurs de risque cardiométaboliques. Au courant de cette investigation, nous avons combiné des expériences in vitro, ainsi que des analyses post-hoc sur des données in vivo et ex vivo au sein d’une population d’hommes et de femmes post-ménopausées recrutés à l’Institut de recherches cliniques de Montréal pour deux études métaboliques entre 2006 et 2019. En circulation, 90% de apoB-lipoprotéines sont des LDL. Le nombre d’apoB-lipoprotéines en circulation se mesure par l’apoB plasmatique, qui est associé au développement du TAB dysfonctionnel chez l’humain via divers mécanismes. Parmi ceux-ci, l’enrichissement postprandial des lipoprotéines riches en triglycérides (TG) par l’apolipoprotéine C-I (apoC-I) sécrétées par le TAB a été suggéré comme un facteur contributoire. Dans un premier manuscrit, nous montrons que les sujets (N=39) avec un TAB dysfonctionnel sécrètent de plus grandes quantités d’apoC-I, ce qui est associé spécifiquement à une clairance postprandiale réduite des chylomicrons. Cette dysfonction semble due à une diminution de l’hydrolyse des TG secondaire à une inhibition de la lipase lipoprotéique (LPL) des adipocytes, ce qui constitue un nouveau mécanisme par lequel le TAB contribue à l’augmentation de l’apoB plasmatique. La proprotéine convertase subtilisin-kexin type 9 (PCSK9) est une enzyme circulante qui cible les récepteurs aux apoB-lipoprotéines comme le récepteur aux LDL (LDLR) et le CD36. Une PCSK9 circulante faible combinée à un haut apoB plasmatique, donc un ratio apoB-sur-PCSK9 élevé, est fortement associée au TAB dysfonctionnel et à la RI, suggérant qu’une augmentation de l’internalisation des apoB-lipoprotéines par voie de récepteurs joue un rôle dans ces pathologies. En parallèle, les apoB-lipoprotéines, principalement les LDL natifs et oxydés, activent l’inflammasome NLRP3 (Nucleotide-binding domain and Leucine-rich repeat Receptor, containing a Pyrin domain 3), le récepteur intracellulaire responsable de la sécrétion d’interleukine 1 bêta (IL-1), dont on sait qu’elle joue un rôle majeur dans le développement de l’inflammation liée au DT2. Dans un deuxième manuscrit, nous montrons que le ratio apoB-sur-PCSK9 plasmatique est un index, dans les états à jeun et postprandial, de l’expression des récepteurs aux apoB-lipoprotéines LDLR et CD36 en surface du TAB chez une population en surpoids ou obèse (N=31). Ce même ratio est aussi indicateur de la régulation à jeun et postprandial de l’expression de l’inflammasome NLRP3 et de l’infiltration de macrophages au sein du TAB. Finalement, les études épidémiologiques récentes suggèrent que le risque de DT2 est aussi augmenté chez les sujets avec un LDL cholestérol (LDL-C) faible causé par des variants génétiques perte-de-fonction dans le gène de la PCSK9 ou suite à une thérapie hypocholestérolémiante. Dans un troisième manuscrit, nous montrons que, chez les sujets avec LDL-C faible (<3.5mM, N=28), une PCSK9 plasmatique plus basse identifie les sujets avec une expression augmentée de LDLR et CD36 en surface de leur TAB. Malgré le LDL-C faible, les sujets avec une PCSK9 faible montraient une dysfonction du TAB et à un indice de disposition diminué et une sécrétion augmentée d’IL-1, suggérant une progression vers le DT2. Dans une exploration mécanistique, une exposition chronique des adipocytes humains SGBS aux LDL natifs induit une différenciation anormale, marquée par une diminution de leur fonction. Bien que ce phénomène soit indépendant de l’inflammasome NLRP3, qui n’est pas exprimé chez ces adipocytes, les LDL natifs induisent une augmentation du ratio de sécrétion d’IL-1 actif relativement à la pro-IL-1 inactive qui suggère une activation du système NLRP3 chez les macrophages humains THP-1. En conclusion, ces données suggèrent que le TAB dysfonctionnel contribue en partie via une sécrétion d’apoC-I à la clairance réduite des lipoprotéines et, donc, à l’hyperapoB et au risque cardiométabolique. En retour, une internalisation plus grande d’apoB-lipoprotéines par voie des récepteurs semble associée au développement d’un TAB dysfonctionnel et aux facteurs de risque cardiométaboliques associés. Au sein du TAB, au niveau cellulaire, ceci pourrait être dû à un effet concomitant des LDL natifs, qui induiraient une baisse de différenciation des préadipocytes menant à leur dysfonction ainsi qu’une activation de l’inflammasome NLRP3 chez les macrophages. / Prediabetes and type 2 diabetes (T2D) affect approximately 9 million Canadians, which represents close to 30% of the population. T2D is characterized by insulin resistance (IR) that cannot be compensated by increased insulin secretion. White adipose tissue (WAT) dysfunction is at the root of this pathology and is characterized by increased lipid flux to peripheral tissues causing IR and hypersecretion of apoB-lipoproteins (apoB) by the liver, contributing to increased plasma apoB. In line, epidemiological studies show that plasma apoB is an independent predictor of T2D development 3 to 10 years before onset. In this thesis, we formulated the hypothesis that increased secretion of apoB-lipoprotein secondary to WAT dysfunction promotes further development of this dysfunction in a feed-forward cycle that contributes to increased metabolic risk. To investigate this, we have combined in vitro experiments as well as post hoc analyses of in vivo and ex vivo data from a cohort of men and postmenopausal women recruited from two metabolic studies conducted at Institut de recherches cliniques de Montréal between 2006 and 2019. In circulation, more than 90% of apoB-lipoproteins are in the form of LDL. The number of apoB-lipoproteins (measured by plasma apoB), is associated to the development of WAT dysfunction in humans via different mechanisms. Postprandial enrichment of triglyceride-rich lipoproteins (TRL) by WAT-secreted apoC-I has been proposed as one of them. In a first manuscript, we show that subjects (N=39) with dysfunctional WAT secrete greater amount of apoC-I, which is associated specifically to delayed postprandial chylomicrons clearance in a mechanism that appears to be dependent on apoC-I-mediated inhibition of adipocyte lipoprotein lipase. This constitutes a new mechanism linking adipose tissue dysfunction to increased plasma apoB. Proprotein convertase subtilisin-kexin type 9 (PCSK9) is a circulatory enzyme that targets apoB-lipoprotein receptors, such as the LDLR and CD36, for degradation. Low circulating PCSK9 relative to high plasma apoB, expressed as a higher apoB-to-PCSK9 ratio, is strongly associated to WAT dysfunction and IR, suggesting that increased receptor-mediated uptake of apoB-lipoproteins plays an important role in these pathologies. In parallel, apoB-lipoproteins, mostly native and oxydized LDL, activate the NLRP3 inflammasome (Nucleotide-binding domain and Leucine-rich repeat Receptor, containing a Pyrin domain 3). The NLRP3 inflammasome is an intracellular receptor responsible for interleukin-1 beta (IL-1) secretion, which is known to be implicated in the pathogenesis of T2D. In a second manuscript, we demonstrate in overweight and obese subjects (N=31) that the apoB-to-PCSK9 is indeed an index of WAT surface-expression of LDLR and CD36 both at fasting and in the postprandial state. Similarly, the apoB-to-PCSK9 ratio is associated with chronic NLRP3 inflammasome priming at fasting and with postprandial macrophage infiltration and concomitant NLRP3 upregulation within WAT. Finally, recent epidemiological studies suggest an increased risk for T2D in subjects with low plasma LDL cholesterol (LDL-C) secondary to loss-of-function genetic variants in PCSK9, or secondary to cholesterol-lowering therapies. In a third manuscript, we show that in subjects with low LDL-C (<3.5mM, N=28), lower plasma PCSK9 identifies subjects with higher WAT LDLR and CD36 surface-expression. Despite having lower LDL-C, subjects with lower plasma PCSK9 show dysfunction WAT and decreased disposition index. Mechanistically, human SGBS adipocytes chronically exposed to native LDL show impaired differentiation and concomitant dysfunction. While this phenomenon cannot be described by NLRP3 inflammasome activation, since it is not expressed in these adipocytes, native human LDL increase the ratio of secreted active Il-1 relative to inactive pro-IL-1 suggesting activation of the NLRP3 inflammasome in human THP-1 macrophages. In conclusion, these observations suggest that dysfunctional WAT promotes delayed postprandial lipoprotein clearance via increased apoC-I secretion, thus promoting hyperapoB and increased cardiometabolic risk. In turn, upregulated receptor-mediated uptake of apoB-lipoproteins appears to be connected to the development of WAT dysfunction and associated cardiometabolic risk factors. At the cellular level within WAT, this could be secondary to a concomitant effect of LDL on preadipocytes inducing their reduced differentiation and function and on macrophage inducing activation of the NLRP3 inflammasome.

Le diabète de type 2 (DT2) est une maladie chronique affectant 3 millions de canadiens. Une augmentation progressive de la résistance à l'insuline (RI) et de la sécrétion d'insuline est observée chez des sujets normoglycémiques bien avant la survenue du DT2. La moindre fonction du tissu adipeux blanc (TAB) est centrale dans le développement du DT2 car elle accroît le flux d'acides gras vers les tissus périphériques, y induisant la RI, l'hyperinsulinémie et l’inflammation chronique. Durant ma maîtrise, nous avions démontré que les lipoprotéines de basses densité (LDL) natifs réduisent la différentiation et la fonction des adipocytes et induisent la dysfonction du TAB humain. De plus, nous avions montré qu'un taux plasmatique élevé d'apolipoprotéine B (apoB), indiquant un nombre élevé d'apoB-lipoprotéines dont principalement les LDL, est associé à la RI, la sécrétion d'insuline gluco-stimulée (SIGS) élevée, la clairance plasmatique retardée des gras alimentaires et la moindre fonction du TAB chez 81 sujets obèses non diabétiques. Afin de déterminer si l'apoB plasmatique permet aussi d'identifier les sujets obèses répondant le mieux à une diète hypocalorique en termes de réduction des facteurs de risque du DT2, nous avons testé l'effet d'une intervention hypocalorique de six mois. Parmis 59 sujets qui ont terminés l’intervention, nous avons mesuré une diminution de la SIGS et une amélioration de la fonction du TAB seulement chez les sujets avec apoB plasmatique élevée. Toutefois, les mécanismes de ces effets délétères possibles des apoB-lipoprotéines n'avaient pas été explorés. Des évidences suggèrent que l'activation chronique de l'inflammasome Nucleotide- binding domain and Leucine-rich repeat Receptor containing a Pyrin domain 3 (NLRP3) et la sécrétion d'interleukine-1b (IL-1b) promeuvent la dysfonction du TAB et la RI systémique. Cependant, les signaux métaboliques induisant l'inflammasome NLRP3 dans le TAB humain sont inconnus. Afin de tester si l'activation de l'inflammasome NLRP3/système IL-1b participe au mécanisme précédemment identifié liant les apoB-lipoprotéines et les facteurs de risque du DT2, nous avons investigué l'association et l'effet direct des apoB-lipoprotéines sur le système IL-1b. Nous avons démontré chez 81 sujets obèses non-diabétiques que les individus avec apoB plasmatique élevée montrent un taux élevé d'antagoniste du récepteur à l'IL-1 (IL-1Ra) plasmatique, un marqueur de l'activation systémique de la voie IL-1b. Aussi, les associations entre l'apoB plasmatique élevée et la RI et SIGS étaient statistiquement dépendantes des niveaux d'IL-1Ra plasmatique. Dans une autre population de 32 sujets, nous avons démontrés que ceux avec apoB plasmatique élevée ont une sécrétion augmentée d'IL-1b par le TAB ex vivo. Les relations entre l'apoB plasmatique, la clairance plasmatique retardée des gras alimentaires et la sécrétion de C-peptide glucostimulée étaient statistiquement dépendantes de la sécrétion d'IL- 1b du TAB. Puis, les LDL natifs ajoutés au TAB ex vivo induisaient la sécrétion d'IL-1b, y agissant en tant que signaux d'amorçage (1er signal de l'inflammasome NLRP3/système IL-1b). En conclusion, ces résultats suggèrent que les LDL natifs, forme principale d'apoB- lipoprotéines, régulent positivement l'inflammasome NLRP3 du TAB humain. Ceci pourrait expliquer la dysfonction du TAB, l'hyperinsulinémie et l'incidence élevée du DT2 présents chez les sujets avec apoB plasmatique élevée. En outre, ils suggèrent que l'apoB plasmatique élevée pourrait être un biomarqueur permettant d'identifier les sujets obèses qui répondraient le mieux à la diète hypocalorique afin de réduire le risque de DT2. / Type 2 diabetes (T2D) is chronic disease affecting 3 million Canadians and a new case is diagnosed every 3 minutes in Canada. Long before the onset of T2D, a progressive increase in insulin resistance (IR) and insulin secretion is observed in normoglycemic subjects. A decreased white adipose tissue (WAT) function is central to the development of T2D as it promotes an increased fatty acid flux to peripheral tissues, inducing IR, hyperinsulinemia and chronic inflammation. During my MSc, we reported that low density lipoproteins (LDL) reduce the differentiation and function of adipocytes and induce the dysfunction of human WAT. Moreover, we showed that elevated plasma apolipoprotein B (apoB), indicating high numbers of circulating apoB-lipoproteins mainly in the form of LDL, is associated to IR, elevated glucose-induced insulin secretion (GIIS), delayed postprandial plasma clarance of fat and reduced WAT function in 81 non-diabetic obese subjects. To explore whether apoB also identifies obese subjects who best respond to weight loss to reduce risk factors for T2D, we tested the effect of a 6 months hypocaloric diet. We showed in the 59 completers of the hypocaloric intervention that the decrease in GIIS and increase in WAT function were significant in subjects with high plasma apoB but not in subjects with low plasma apoB. However, the mechanism underlying the negative effects apoB-lipoproteins was yet unexplored. Chronic activation of the Nucleotide-binding domain and Leucine-rich repeat Receptor containing a Pyrin domain 3 (NLRP3) inflammasome and secretion of interleukin-1b (IL-1b) promote WAT dysfunction and systemic IR. However, endogenous metabolic signals that induce the activation of WAT NLRP3 inflammasome are unknown. To test if the activation of the NLRP3 inflammasome/ IL-1b system is an underlying mechanism linking apoB- lipoproteins to risk factors for T2D, we examined the association and direct effect of apoB- lipoproteins on the IL-1b system. We observed in our cohort of 81 non-diabetic obese subects that subjects with high plasma apoB have higher plasma IL-1 receptor antagonist (IL-1Ra), which is an marker of systemic activation of the Il-1b pathway. Furthermore, the associations between high plasma apoB and IR and GIIS were statistically dependent on plasma IL-1Ra. Additionnaly, in a separate population of 32 subjects, we demonstrated that subjects with high plasma apoB have higher ex vivo WAT IL-1b secretion. The relation between plasma apoB and delayed postprandial plasma fat clearance and elevated glucose-induced C-peptide secretion were statistically dependent on WAT IL-1b secretion. Finally, native LDLs directly induce IL- 1b secretion from ex vivo WAT, acting primarily as priming signals (i.e. the first signal leading to activation of the NLRP3 inflammasome/ IL-1b system). In conclusion, the findings from this thesis suggest that native LDL, the main form of apoB-lipoproteins, upregulate human WAT NLRP3 inflammasome. This may explain WAT dysfunction, hyperinsulinemia and higher incidence of T2D in subjects with high plasma apoB. Moreover, they suggest that high apoB may serve as biomarker to identify obese subjects who best respond to a hypocaloric-intervention to reduce the risk of T2D.

Contexte : La dysfonction du tissu adipeux blanc (TAB) favorise les facteurs de risque de diabète de type 2 (DbT2), c’est-à-dire la résistance à l’insuline (RI), l’hyper sécrétion d’insuline glucostimulée (SIGS), le délai de clairance des gras et les concentrations élevées d’apoBlipoprotéines (apoB plasmatique) incluant les lipoprotéines de faible densité (LDL). De récentes études de notre laboratoire et d’autres suggèrent que le niveau élevé d’apoB plasmatique (hyperapoB) est une cause et non seulement une conséquence de la dysfonction du TAB. De plus, une internalisation augmentée d’apoB-lipoprotéines via les récepteurs tels que le récepteur aux LDLs (LDLR) et le cluster de différenciation 36 (CD36), favorise le risque de DbT2. Cependant, les mécanismes sous-jacents de même que les interventions nutritionnelles pour les cibler demeurent incertains. L'activation de la voie de l’inflammasome NLRP3/ interleukine (IL) -1β favorise la dysfonction du TAB et les facteurs de risque de DbT2 et est activée par les LDLs oxydées dans les cellules immunitaires. L'acide eicosapentaénoïque (AEP) et l'acide docosahexaénoïque (ADH) réduisent l'hyperapoB, l'activité de l’inflammasome NLRP3 dans les cellules immunitaires et les facteurs de risque de DbT2 chez l’humain. Ils sont synthétisés de façon endogène par l’entremise des désaturases d’acides gras δ-5 (D5D) et δ-6 (D6D). Chez l’humain, de faibles niveaux d’AEP et d’ADH circulants et d’activité de la D5D et une activité élevée de la D6D prédisent l'incidence de DbT2 et la RI par des mécanismes inconnus. Objectifs : L'hypothèse de ma thèse est que l'AEP et l’ADH améliorent les facteurs de risque de DbT2, soit la dysfonction du TAB, le délai de clairance des gras, la RI et l’hyper SIGS, ceci via une baisse de l'apoB plasmatique et de l’activité de l’inflammasome NLRP3 dans le TAB. Les objectifs sont d'examiner si: 1) les associations entre les activités de la D5D et de la D6D et les facteurs de risque de DbT2 dépendent de l'apoB plasmatique; 2) la supplémentation en AEP+ADH réduit l'apoB plasmatique, l'expression du LDLR et du CD36 dans le TAB, l'activité de l’inflammasome NLRP3 dans le TAB et les facteurs de risque de DbT2; 3) l’AEP+ADH inhibe la sécrétion d'IL-1β par le TAB humain stimulée par des signaux canoniques ou les LDLs natives. Méthodes: Des hommes et des femmes postménopausées normoglycémiques ont été testés à l’état basal et après une supplémentation en AEP (1,8 g/jour) et ADH (0,9 g/jour) de 12 semaines. Les activités de la D5D et de la D6D ont été estimées à partir des acides gras produits/précurseurs dans les phospholipides plasmatiques. Nous avons mesuré la SIGS, la RI et le disposition index lors d’un clamp Botnia. Après un repas à 66% de gras, le délai de clairance des gras a été mesuré par l’aire sous la courbe (sur 6 h) des triglycérides (TG) ou de l’apoB48 (chylomicrons) plasmatiques. Ex vivo dans une biopsie de TAB, nous avons mesuré l'expression de surface du LDLR et du CD36 par immunohistochimie, l'ARNm de NLRP3 et IL1B par RT-qPCR et la sécrétion d'IL-1β par alpha-LISA en l’absence ou en présence d’une stimulation par le lipopolysaccharide (LPS), l'adénosine triphosphate (ATP) et/ou les LDLs humaines natives et lors d’une co-incubation avec l’AEP+ADH. Résultats: À l’état basal (N=98), l'activité de la D5D corrélait négativement avec l'apoB plasmatique, la 2e phase de SIGS, la RI et le délai de clairance des chylomicrons et ces associations étaient dépendantes de l'apoB plasmatique. Inversement, l'activité de la D6D corrélait positivement avec la SIGS, la RI et le délai de clairance des chylomicrons indépendamment de l'apoB plasmatique. Chez les sujets ayant complété la supplémentation en AEP+ADH (N=30), on notait une amélioration de la 1e phase de SIGS, du disposition index et de la clairance des TGs. Des niveaux initiaux plus élevés d'apoB plasmatique, de TGs postprandiaux plasmatiques et de RI, et dans le TAB d'expression du LDLR et du CD36, de sécrétion d’IL-1β et d'ARNm de NLRP3 prédisaient une plus grande réduction de ces paramètres. En comparaison à l'acide palmitique, l’AEP+ADH inhibait la sécrétion d'IL-1β par le TAB, en l’abscence ou en présence d’une stimulation par le LPS, l'ATP et/ou les LDLs natives de ces sujets. Conclusion: Les associations inverses entre l'activité de la D5D avec les facteurs de risque de DbT2 sont dépendantes de l'apoB plasmatique. Les meilleurs répondants à la supplémentation en AEP et ADH, en termes de réduction d'apoB plasmatique, d’expression du LDLR et du CD36 dans le TAB, d'activité de l’inflammasome NLRP3 dans le TAB, de TGs postprandiaux et de RI, sont les sujets avec des niveaux initiaux élevés de ces paramètres. L’AEP et l’ADH inhibent directement la sécrétion d'IL-1β par le TAB humain induite par les LDLs natives ou d'autres signaux. Nous proposons que la supplémentation en AEP et ADH puisse cibler l'activité de l’inflammasome NLRP3 dans le TAB, induite par un niveau élevé d’apoB-lipoprotéines plasmatiques ou internalisées par les récepteurs, et ainsi aider à prévenir le DbT2. / Background: White adipose tissue (WAT) dysfunction promotes risk factors for type 2 diabetes (T2D), namely insulin resistance (IR), high glucose-stimulated insulin secretion (GIIS), delayed fat clearance and high concentrations of apoB-lipoproteins (measured as plasma apoB) including low density lipoproteins (LDL). Recent studies from our lab and others suggest that high plasma apoB (hyperapoB) is a cause and not only a consequence of WAT dysfunction. Moreover, upregulated receptor-mediated uptake of apoB-lipoproteins via LDL receptor (LDLR) and cluster of differentiation 36 (CD36), promotes the risk for T2D. However, underlying mechanisms as well as nutritional interventions to target them remain unclear. Activation of the NLRP3 inflammasome/interleukin (IL)-1β pathway promotes WAT dysfunction and risk factors for T2D and is activated by oxidized LDLs in immune cells. Eicosapentaenoic acid (EPA) and docosahexaenoic acid (DHA) reduce hyperapoB, NLRP3 inflammasome activity in immune cells and risk factors for T2D in humans. They are synthesized endogenously through δ-5 (D5D) and δ-6 (D6D) fatty desaturases. In humans, low levels of circulating EPA and DHA and D5D activity and high D6D activity predict the incidence of T2D and IR by unknown mechanisms. Objectives: The hypothesis of my thesis is that EPA and DHA improve T2D risk factors, namely WAT dysfunction, delayed fat clearance, IR and high GIIS, this via a reduction of plasma apoB and WAT NLRP3 inflammasome activity. The objectives are to examine whether: 1) the associations between the levels of D5D and D6D activities and the risk factors for T2D are dependent on plasma apoB; 2) supplementation with EPA+DHA reduces plasma apoB, WAT LDLR and CD36 expression, WAT NLRP3 inflammasome activity and T2D risk factors; 3) EPA+DHA directly inhibits IL-1β secretion from human WAT stimulated by canonical signals or native LDLs. Methods: Normoglycemic men and postmenopausal women were tested at baseline and after supplementation with EPA (1.8 g/day) and DHA (0.9 g/day) for 12 weeks. The activities of D5D and D6D were estimated from the product/precursor fatty acids in plasma phospholipids. We measured GIIS, IR and disposition index by a Botnia clamp. Following a 66% fat meal, delayed fat clearance was measured as the area under the curve (over 6 h) of plasma triglycerides (TG) or apoB48 (chylomicrons). Ex vivo in a WAT biopsy, we measured LDLR and CD36 surface expression by immunohistochemistry, NLRP3 and IL1B mRNA by RT-qPCR, and IL-1β secretion by alpha-LISA either unstimulated or stimulated by lipopolysaccharide (LPS), adenosine triphosphate (ATP), and/or native human LDLs, and during co-incubation with EPA+DHA. Results: At baseline (N=98), D5D activity correlated negatively with plasma apoB, 2nd phase GIIS, IR and delayed chylomicron clearance and these associations were dependent on plasma apoB. Conversely, D6D activity correlated positively with GIIS, IR, and delayed chylomicron clearance independently of plasma apoB. In subjects who completed the EPA+DHA supplementation (N=30), there was an amelioration in 1st phase GIIS, disposition index and TG clearance. Higher baseline levels of plasma apoB, plasma postprandial TGs, IR, WAT LDLR and CD36 surface expression, WAT IL-1β secretion and WAT NLRP3 mRNA predicted a greater reduction of these parameters. In comparison with palmitic acid, EPA+DHA inhibited IL-1β secretion from WAT, either unstimulated or stimulated by LPS, ATP and/or subjects’ native LDLs. Conclusion: The negative associations of D5D activity with risk factors for T2D are dependent on plasma apoB. Best responders to EPA and DHA supplementation to reduce plasma apoB, WAT LDLR and CD36 expression, WAT NLRP3 inflammasome activity, delayed TG clearance, and IR are subjects with elevated baseline levels of these parameters. EPA and DHA directly inhibit IL-1β secretion from human WAT induced by native LDLs or other signals. We propose that EPA and DHA supplementation may target upregulated WAT NLRP3 inflammasome activity induced by high plasma concentrations, or receptor-mediated uptake, of apoB-lipoproteins, and thus help prevent T2D.