Lors de l’obésité, les défauts d’expansion du tissu adipeux blanc sont à l’origine des désordres métaboliques. Lorsque les adipocytes atteignent leurs capacités maximales de stockage de triglycérides, des dépôts ectopiques de lipides apparaissent dans le foie et le muscle conduisant à la résistance à l’insuline. De plus, les adipocytes dysfonctionnels sécrètent des facteurs d’alertes établissant une inflammation dans le tissu adipeux. Cette inflammation est médiée par les communications entre les adipocytes et les cellules immunitaires qui sont contrôlées par l’endocytose et le trafic intracellulaire. L’endocytose et les protéines Rab gouvernant ce processus pourraient être des éléments clés de l’expansion du tissu adipeux. L’équipe a démontré que l’expression de Rab4b était diminuée dans le tissu adipeux de patients obèses diabétiques et de souris obèses. Nos travaux montrent que l’expression de Rab4b est diminuée dans les lymphocytes T du tissu adipeux de souris et de patients obèses. L’invalidation de Rab4b dans les lymphocytes T in vivo induit une résistance à l’insuline et une accumulation d’acides gras dans le foie et dans le muscle sous régime normal. Ces défauts sont dus à une inhibition de l’adipogenèse par l’IL-6 et l’IL-17, limitant l’expansion du tissu adipeux. L’augmentation de ces cytokines pro-inflammatoires est une conséquence de l’augmentation du nombre de lymphocytes Th17 et une diminution des lymphocytes T régulateurs. Nous décrivons un nouveau mécanisme par lequel l’expression de Rab4b dans les lymphocytes T régule les complications métaboliques de l’obésité en changeant les sous-populations de cellules immunitaires dans le tissu adipeux. / Expendability defect of adipose tissue during obesity is at the basis of obesity-related metabolic complications. Indeed, when adipocytes reach their maximal triglyceride storage capacity, ectopic lipid depots are appearing in liver and muscles, leading to insulin resistance. Moreover, dysfunctional adipocytes secrete alarming factors leading to adipose tissue inflammation. This inflammation is sustained by adipocytes and immune cells communications that are controlled by endocytosis and intracellular trafficking. Endocytosis and its governing proteins, the Rab GTPases, could be pivotal in the regulation of adipose tissue expandability. Our team has demonstrated that Rab4b expression is reduced in obese diabetic patients and mice adipose tissues. The present work demonstrates that Rab4b is decreased in adipose tissue T cells in both obese patient and mice. The depletion of Rab4b in T cells in vivo leads to insulin resistance and lipid accumulation in liver and muscles under normal diet. These defects are due to adipogenesis inhibition by IL-6 and IL-17, which limits adipose tissue expansion. These pro-inflammatory cytokines are increased in adipose tissue of the mice depleted for Rab4b in T cells because the number of Th17 is increased at the expense of the number of regulatory T cells. We describe here a new mechanism in which Rab4b expression in T cells control obesity-related metabolic complications by tuning T cells subpopulations in adipose tissue.

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.

L'obésité, caractérisée par l'accumulation excessive de tissu adipeux blanc (TAB), est une préoccupation croissante en raison de son impact sur la santé métabolique. Le TAB joue un rôle essentiel dans l'homéostasie métabolique, s'étendant par hyperplasie et hypertrophie pour stocker les lipides excédentaires. Cependant, les facteurs contrôlant l'hyperplasie du TAB restent mal compris. Récemment, la protéine V-set and transmembrane domain-containing protein 2A (VSTM2A) a été identifiée comme sécrétée par les préadipocytes, favorisant l'engagement adipogénique. Des expériences in vitro ont montré que la déplétion de VSTM2A nuit à l'adipogenèse, tandis que sa surexpression l'induit. Néanmoins, les mécanismes régulant l'expression de *Vstm2a* et son rôle dans la formation du tissu adipeux et l'homéostasie métabolique chez les souris demeurent flous. Pour étudier les mécanismes moléculaires régulant l'expression de *Vstm2a*, nous avons exposé des préadipocytes à des molécules reconnues pour influencer les voies de l'adipogenèse. Nos résultats montrent que l'expression de *Vstm2a* est augmentée par les voies PI3K/mTOR et cAMP, tout en étant supprimée par la voie MAPK et le récepteur des glucocorticoïdes. Une analyse des réponses à ces modulateurs a révélé que le signal transducer and activator of transcription 3 (STAT3) agit comme un nouveau régulateur de *Vstm2a*. Nous avons constaté que l'activation de STAT3 augmente l'expression de *Vstm2a*, tandis que son inhibition la réduit. Chez les souris, l'augmentation de la phosphorylation de STAT3 durant les premières étapes de développement du TAB est corrélée aux niveaux d'expression de *Vstm2a*. Ces résultats établissent STAT3 comme un facteur de transcription crucial régissant l'expression de *Vstm2a* dans les préadipocytes. Pour explorer le rôle de VSTM2A in vivo, des souris knock-out pour VSTM2A (*Vstm2a*$^\textup{-/-}$) ont été générées par CRISPR/Cas9 et étudiées sous un régime normal et un régime riche en graisses. Bien qu'aucune différence de poids corporel ou de masse adipeuse n'ait été observée, les souris *Vstm2a*$^\textup{-/-}$ ont développé des adipocytes hypertrophiés, un phénotype lié à l'inflammation, à l'accumulation lipidique ectopique et à des dysrégulations métaboliques, y compris des altérations du métabolisme du glucose et des lipides. L'analyse transcriptomique a révélé que la perte de VSTM2A affecte l'expression de gènes dans le tissu adipeux, notamment ceux liés à la fonction lysosomale. Nous avons observé que l'inhibition aiguë de l'activité lysosomale durant les premières étapes de la vie suffisait à induire une hypertrophie des adipocytes à l'âge adulte. Ces résultats montrent que, bien que VSTM2A ne soit pas essentiel à la formation du tissu adipeux, son absence entraîne une hypertrophie des adipocytes et une dysfonction métabolique. Nos études soulignent aussi un rôle critique des lysosomes dans la régulation de l'adipogenèse in vivo. / Obesity, characterized by the excessive accumulation of white adipose tissue (WAT), is a growing concern due to its impact on metabolic health. WAT plays a critical role in maintaining metabolic homeostasis, expanding through hyperplasia and hypertrophy to store excess lipids. However, the factors controlling WAT hyperplasia are not fully understood. Recently, V-set and transmembrane domain-containing protein 2A (VSTM2A) has been identified as a secreted protein from preadipocytes that promotes adipogenic commitment. Interestingly, in vitro experiments showed that VSTM2A depletion impairs adipogenesis, while its overexpression induces it. Yet, the mechanisms regulating the expression of *Vstm2a* and its role in adipose tissue formation and metabolic homeostasis in mice are still elusive. To investigate the molecular mechanisms regulating *Vstm2a* expression, we exposed preadipocytes to a range of compounds known to influence established pathways in adipogenesis. Our results demonstrated that *Vstm2a* expression is upregulated through PI3K/mTOR and cAMP-dependent signaling while being suppressed by both the MAPK pathway and the glucocorticoid receptor. Comprehensive analysis of the responses to these modulators revealed that the signal transducer and activator of transcription 3 (STAT3) functions as a novel downstream transcription factor regulating *Vstm2a*. We found that activating STAT3 enhances *Vstm2a* expression, whereas inhibiting it reduces its expression. In mice, elevated STAT3 phosphorylation during the early stages of WAT development closely parallels *Vstm2a* expression levels. These findings establish STAT3 as a crucial transcription factor governing *Vstm2a* expression in preadipocytes. To explore the role of VSTM2A in vivo, VSTM2A knockout mice (*Vstm2a*$^\textup{-/-}$) were generated using CRISPR/Cas9 technology and studied under both chow and high-fat diet conditions. Despite showing no differences in overall body weight or adipose mass compared to controls, *Vstm2a*$^\textup{-/-}$ mice developed hypertrophied adipocytes, a phenotype associated with inflammation, ectopic lipid accumulation, and metabolic dysregulation, including altered glucose and lipid metabolism. Transcriptomic analysis revealed that the loss of VSTM2A affects the expression of various genes in adipose tissue, including those linked to lysosomal function. Notably, acute inhibition of lysosomal activity during early life stages was sufficient to induce adipocyte hypertrophy in adulthood. These findings suggest that while VSTM2A is not essential for the formation of adipose tissue, its absence leads to adipocyte hypertrophy and metabolic dysfunction. Our findings also highlight a critical role for lysosomes in regulating adipocyte development in vivo.

L’obésité se caractérise par un excès de masse adipeuse corporelle. Elle est due à un déséquilibre de la balance énergétique qui dépend de l’apport énergétique et les dépenses énergétiques, notamment via la thermogenèse du tissu adipeux brun (brown adipose tissue — BAT). Le BAT est sous l’influence de différents systèmes de neurotransmetteurs au sein du système nerveux central et en particulier au niveau de l’hypothalamus par le système mélanocortines (SM). Cependant, le rôle du SM dans l’hypothalamus sur le contrôle du BAT reste à éclaircir. Les travaux présentés dans cette thèse visaient à i) montrer que le noyau paraventriculaire de l’hypothalamus (PVH) est au centre de la modulation des effets du SM sur la thermogenèse du BAT par le système endocannabinoïde (SE) et ii) mettre en évidence que le noyau préoptique médial (MPO) est un site d’activation de la thermogenèse par les mélanocortines dépendant d’un relais dans le noyau dorsomédian de l’hypothalamus (DMH). Nous avons observé que l’injection intra-cérébro-ventriculaire de MTII, un agoniste des récepteurs aux mélanocortines, augmente la dépense énergétique via la thermogenèse du BAT. D’autre part, les effets du MTII sur le BAT sont inhibés ou partiellement potentialisés par l’injection respective d’un agoniste (Δ9-THC) ou d’un antagoniste (AM251) du SE. Par la suite, nous avons mis en évidence que ces observations font intervenir spécifiquement le récepteur aux mélanocortines 4 et le récepteur aux cannabinoïdes de type 1. Enfin, notre étude a montré que des neurones du PVH co-expriment ces deux récepteurs et que les effets sur la thermogenèse de l’injection de MTII dans le PVH, sont totalement inhibés par l’administration de Δ9-THC dans le 4éme ventricule, suggérant donc, que la modulation du SM par le SE a lieu au sein de neurones du PVH projetant vers la moëlle épinière. D’autre part, l’injection de MTII dans le MPO stimule la thermogenèse du BAT. Toutefois, des lésions du DMH causées par l’acide kaïnique inhibent les effets du MTII. De plus, l’expression de gènes impliqués dans le métabolisme du tissu adipeux blanc inguinal est stimulée par le MTII, mais seulement chez les rats lésés. Ces résultats permettent donc d’établir que le duo MPO-DMH est une cible importante dans la modulation de l’homéostasie énergétique par les mélanocortines. L’ensemble de ces résultats montre le rôle majeur du SM au sein de l’hypothalamus dans le contrôle de l’activité thermogène du BAT. Cependant, la compréhension des réseaux neuronaux impliquant le SM et ses co-régulateurs reste à éclaircir avant d’envisager un traitement thérapeutique de l’obésité via le SM. / Obesity is characterized by an adiposity excess. It is due to an imbalance between energy intake and energy expenditure, which includes a few components including brown adipose tissue (BAT) thermogenesis. BAT is controlled by different neuronal systems of the central nervous system, including the melanocortin system (MS). However, the role of the hypothalamic melanocortin system in the control of BAT thermogeneis remains unclear. The studies presented in this thesis were designed to study i) that the paraventricular nucleus of the hypothalamus (PVH) is central for modulating the effects of MS on BAT thermogenesis by the endocannabinoid system (ES) and ii) to highlight the influence of the medial preoptic nucleus (MPO) as a site of the thermogenic action of MS and exploring the role played by the dorsomedial nucleus of the hypothalamus (DMH) in this action. We observed that intracerebroventricular (i.c.v) injection of melanocotin II (MTII), a melanocortin receptor agonist, increased energy expenditure through BAT thermogenesis. The MTII effects on BAT were inhibited or partially potentiated by an injection of ES agonist (Δ9-THC) or antagonist (AM251) respectively. Subsequently, we demonstrated that the melanocortin 4 receptor and the cannabinoid receptor type 1 were specifically involved in these observations. Finally, our study showed that PVH neurons co-expressed both these receptors and the effects on thermogenesis of the MTII injection into the PVH were completely inhibited by the administration of Δ9-THC in the 4th ventricle, suggesting that the modulation of MS by the ES occurred through PVH neurons projecting to the spinal cord. On the other hand, the injection of MTII in MPO stimulated BAT thermogenesis. Nonetheless, DMH lesions caused by kainic acid inhibited the effects of MTII. Furthermore, the gene expression involved in inguinal white adipose tissue metabolism were stimulated by MTII, but only in lesioned rats. These results indicate that the MPO-DMH duet is an important target in the modulation of energy homeostasis by the melanocortins. All of these results show the major role of MS within the hypothalamus in the control of BAT thermogenic activity. However, understanding of neural networks involving the MS and its co-regulators remains to be clarified before considering therapeutic treatment of obesity through the activation of MS.

La protéine découplante 2 (UCP2) et la ghréline jouent des rôles sur la régulation du métabolisme énergétique et elles sont modulées, respectivement, par la présence d'acides gras et par les situations de bilans énergétiques négatifs. La ghréline est le ligand du récepteur sécrétagogue de l'hormone de croissance de type la (GHSR1a). Après expérimentations, il fut remarqué que les souris Ucp2 knock-out (Ucp2-/-) nourries avec une diète riche en graisse (high-fat [HF]) accumulent moins de masse grasse pour une même prise alimentaire que leurs contrôles (type sauvage [Ucp2+/+]) et ont une thermogénèse plus active. L'infusion d'un agoniste (ago) de GHSR1a chez les souris Ucp2-/- -HF entraine une augmentation du gain de poids associée à une prise alimentaire plus élevée et diminue l'activité thermogène du tissu adipeux brun comparativement aux Ucp2-/- -HF non traitées. La protéine UCP2 ainsi que l'agoniste du GHSR1a semblent donc réduire la dépense énergétique, mais de façon indépendante.

La prévalence de l’obésité sévère ne cesse d’augmenter. La problématique associée à l’obésité sévère est la présence possible de nombreuses comorbidités qui peuvent coexister et altérer le système cardiovasculaire, pulmonaire, endocrinien, articulaire et même favoriser le développement de certains cancers. L’excès de poids, plus particulièrement l’excès de tissu adipeux, sont tous deux liés au développement de ces comorbidités. Aucune donnée n’est disponible quant au rôle de la déposition ectopique du tissu adipeux. Considérant le caractère morbide de l’obésité sévère, la mortalité de toute cause augmentée et l’espérance de vie réduite, à ce jour le seul traitement dit efficace à long terme pour le traitement de l’obésité sévère est la chirurgie bariatrique. L’efficacité est définie par la perte de poids, le maintien à long terme de cette perte de poids ainsi que par l’amélioration ou la résolution des comorbidités. L’intérêt clinique et scientifique pour la chirurgie bariatrique est grandissant. Un nombre important d’études s’intéresse aux mécanismes sous-jacents de la résolution des comorbidités. Le diabète de type 2 est la comorbidité la plus étudiée et peu d’études se sont intéressées aux déterm meil.inants de la résolution de l’hypertension artérielle et de l’apnée obstructive du som Comme premier objectif, cette thèse visait à caractériser les différences de la composition corporelle et de la distribution du tissu adipeux de patients obèses sévères avec ou sans diagnostic de diabète de type 2, d’hypertension artérielle et d’apnée obstructive du sommeil. Le deuxième objectif de cette thèse visait à comparer l’évolution postopératoire suite à une chirurgie bariatrique sur les changements de la composition corporelle et de la distribution du tissu adipeux selon le statut de résolution du diabète de type 2, de l’hypertension artérielle et de l’apnée obstructive du sommeil. De plus, considérant le peu d’évidences dans la littérature au sujet des déterminants de la résolution de l’hypertension artérielle et de l’apnée obstructive du sommeil, l’évaluation du profil inflammatoire, des adipokines et de l’activité du système nerveux autonome ont aussi été caractérisés. Premièrement, nous avons documenté qu’en présence d’obésité sévère, la déposition ectopique du tissu adipeux était plus importante chez les patients avec un diabète de type 2, une hypertension artérielle et une apnée obstructive du sommeil comparativement à ceux n’ayant pas ces comorbidités. Nous avons par la suite montré que la résolution du diabète de type 2 et de l’hypertension artérielle était caractérisée par une réduction plus importante du tissu adipeux viscéral. Au contraire, la résolution de l’apnée obstructive du sommeil était plutôt caractérisée par une réduction plus importante du tissu adipeux sous-cutané à la mi-cuisse et par une tendance à une perte de poids plus élevée. De plus, nous avons observé que chez les patients qui n’avaient pas résolu leur diabète de type 2, leur hypertension artérielle et leur apnée obstructive du sommeil, la quantité de tissu adipeux viscéral, à 12 mois suivant la chirurgie bariatrique, était plus importante comparativement à celle mesurée chez les patients n’ayant pas résolu ces comorbidités. Spécifiquement à l’évaluation du profil inflammatoire et des adipokines, nous avons observé que chez les patients obèses sévères, la présence de l’hypertension artérielle et de l’apnée obstructive du sommeil n’était pas caractérisée par un profil altéré au niveau des marqueurs inflammatoires et des adipokines. Également, nous n’avons pas observé de changements majeurs qui pouvaient expliquer, en partie, la résolution de l’hypertension artérielle et de l’apnée obstructive du sommeil. Quant à l’activité du système nerveux autonome, nous avons observé une faible activité du système nerveux parasympathique chez les patients obèses sévères avec hypertension artérielle et apnée obstructive du sommeil. Nous avons également documenté que la résolution de l’hypertension artérielle et de l’apnée obstructive du sommeil était associée à une tendance à une augmentation plus importante de l’activité parasympathique du système nerveux autonome. Les résultats obtenus au cours de ce doctorat supportent l’importance de la déposition ectopique du tissu adipeux en situation d’obésité sévère, particulièrement le rôle du tissu adipeux viscéral, dans le développement du diabète de type 2, de l’hypertension artérielle et de l’apnée obstructive du sommeil ainsi que dans la résolution de ces comorbidités suivant une chirurgie bariatrique. D’autres recherches devront davantage s’intéresser à la mobilisation des dépôts ectopiques de tissu adipeux comme un déterminant important dans la résolution à plus long terme de ces comorbidités. / Prevalence of severe obesity has risen considerably. Severe obesity is associated with many deleterious health effects that can impact on the cardiovascular, pulmonary and endocrine systems, and to promote the development of cancers. Excess weight, especially excess fat, are both related to the development of comorbidities. However, no data is available on the role of ectopic fat deposition in promoting the development of associated comorbidities. Considering the morbidity of severe obesity and also the increased mortality and the decreased life expectancy, the only treatment that allows significant weight loss, long-term maintenance of weight loss and improvement or cure of comorbidities is bariatric surgery. The interest for bariatric surgery is growing and a significant number of studies focus on mechanisms underlying resolution of comorbidities. Type 2 diabetes is the comorbidity the most commonly studied whereas few studies have examined the determinants of hypertension and obstructive sleep apnea resolution. The first objective of this thesis aimed to characterize the difference in body composition and body fat distribution of severely obese patients with or without type 2 diabetes, hypertension and obstructive sleep apnea. The second objective of this thesis was to compare the postoperative changes in body composition and body fat distribution according to the resolution of type 2 diabetes, hypertension and obstructive sleep apnea. Moreover, considering the lack of evidence in the literature regarding the determinants of the resolution of hypertension and obstructive sleep apnea: the inflammatory profile, adipokines and autonomic nervous activity have also been characterized. We have documented that in the presence of severe obesity, ectopic fat deposition was higher in patients with type 2 diabetes, hypertension and obstructive sleep apnea compared to those without these comorbidities. Also, we have shown that resolution of type 2 diabetes and hypertension was characterized by a greater reduction in visceral adipose tissue. This is in contrast with obstructive sleep apnea, where the resolution was characterized by a greater reduction of mid-thigh subcutaneous adipose tissue and a trend toward higher weight loss. In addition, we have observed that patients who had not resolved their type 2 diabetes, hypertension and obstructive sleep apnea had higher amounts of visceral adipose tissue than those who have experienced their resolution. Specifically, regarding the changes in the inflammatory profile and adipokines, we showed that in severely obese patients, hypertension and obstructive sleep apnea were not characterized by altered inflammatory markers and adipokines concentrations, compared to severely obese patients without these comorbidities. Also, we did not observe any major changes in these variables that could explain the hypertension and obstructive sleep apnea resolution. As for the autonomic nervous system activity, we showed low parasympathetic nervous system activity in severely obese patients with hypertension and obstructive sleep apnea and documented that hypertension and obstructive sleep apnea resolution were characterized by a trend toward greater increases in parasympathetic nervous system activity. The results obtained support the importance of the concept of ectopic fat deposition in severe obesity, especially the role of visceral adiposity in type 2 diabetes, hypertension and obstructive sleep apnea and in their resolution following bariatric surgery. More researches is needed and should focus on the mobilization of ectopic fat depots as an important mechanism implicated in the longer-term resolution of these comorbidities.

Les populations nordiques subissent d'importantes fluctuations thermiques, affectant la santé métabolique en raison des conditions environnementales extrêmes. L'endocannabinoïdome (eCBome) ainsi que les mitochondries jouent des rôles cruciaux dans la régulation de l'équilibre énergétique, tant au niveau central que périphérique, et la dysrégulation de ce système est liée à diverses conditions pathologiques telles que l'obésité et le syndrome métabolique. Cette étude visait à examiner la régulation de l'eCBome et de la biologie mitochondriale dans les tissus métaboliquement actifs suite à une exposition au froid et à un régime riche en matières grasses (HFD). Les souris ont été nourries avec un HFD puis exposées à un environnement froid. Par la suite, des tissus dont le tissu adipeux blanc épididymaire (eWAT), le foie, le muscle soléaire et gastrocnémien (GAS) ont été obtenus, et le profilage des ARNm de synthèse, de dégradation et des gènes récepteurs de l'eCBome, ainsi que de la biologie mitochondriale et des médiateurs lipidiques de l'eCBome, ont été analysés. Les changements dans l'expression de Trpv4 dans le tissu adipeux ont été examinés plus en détail par l'entremise d'un traitement agoniste des récepteurs *in vitro* en plus de la stimulation des récepteurs adrénergiques β3 pour évaluer les effets potentiels sur l'eCBome et les mitochondries. Les résultats ont indiqué que l'exposition au froid et le HFD modifiaient l'expression génique de l'eCBome principalement dans l'eWAT suivi du foie, avec un impact minimal sur les tissus musculaires. Alors que l'exposition au froid augmentait la concentration de certains endocannabinoïdes dans le tissu musculaire GAS, les concentrations de médiateurs lipidiques étaient notablement élevées dans le foie des souris exposées au froid, une réponse atténuée par le HFD. L'exposition au froid et un HFD régulaient le tonus de l'eCBome de manière spécifique aux tissus, avec des différences associées dans l'expression génique mitochondriale et le contenu. / Northern populations experience significant thermal fluctuations, impacting metabolic health due to extreme environmental conditions. Both the endocannabinoidome (eCBome) and mitochondria play crucial roles in regulating energy balance, centrally and peripherally, and dysregulation of this system is linked to various pathological conditions including obesity and metabolic syndrome. This study aimed to investigate the regulation of eCBome and mitochondrial biology in metabolically active tissues following exposure to cold and a high- fat diet (HFD). Mice were fed a HFD and then subjected to a cold environment. Subsequently, tissues including epididymal white adipose tissue (eWAT), liver, soleus, and gastrocnemius (GAS) muscles were collected, and mRNA profiling of eCBome synthesis, degradation, receptor genes, as well as mitochondria biology and eCBome lipid mediators, were analyzed. Changes in *Trpv4* expression in adipose tissue prompted further investigation through *in vitro* receptor agonist treatment in addition to β$_3$ adrenergic receptor stimulation to assess potential effects on eCBome and mitochondria. Results indicated that cold exposure and HFD altered gene expression of eCBome predominantly in eWAT followed by the liver, with minimal impact on muscle tissue. While cold exposure increased the concentration of select endocannabinoids in GAS muscle tissue, the concentrations of lipid mediators were notably elevated in the liver of cold-exposed mice, a response attenuated by HFD. Cold exposure and a HFD regulated eCBome tone in a tissue- specific manner, with associated differences in mitochondrial gene expression and content.

Le tissu adipeux épicardique (TAE) est localisé à la surface du cœur en contact avec les artères coronaires, ce qui suggère un rôle dans la pathogénèse de la maladie coronarienne. Les objectifs de cette étude étaient d’identifier les gènes différentiellemment régulés entre les tissus graisseux épicardique, médiastinal et sous-cutané à l’aide des biopuces d’ADN et d’étudier leurs rôles dans le développement des maladies cardiovasculaires. Les résultats ont montré une grande similarité d’expression entre les tissus adipeux épicardique et médiastinal. Toutefois, certains gènes impliqués dans les maladies cardiovasculaires étaient régulés différemment entre ces deux tissus. L’expression des gènes codant pour le récepteur A1 de l’adénosine (ADORA1) et la prostaglandine D2 synthase (PTGDS), impliqué dans les ischémies myocardiques et la progression de l’athérosclérose, respectivement, était significativement élevée dans le TAE. Cette étude est une première étape pour comprendre le rôle biologique du TAE et ses implications dans les maladies cardiovasculaires. / Increased visceral adipose tissue has been associated with the development of cardiovascular diseases (CVD). Epicardial adipose tissue (EAT) is the visceral fat depot located on the surface of the heart especially around the epica rdial coronary vessels with extension into the myocardium. The proximity of EAT to the coronary arteries suggests a role in the pathogenesis of coronary artery disease (CAD). EAT thickness was significantly correlated with the severity of CAD. However, the biological functions of EAT and its relationship with the development of CVD remain largely elusive. The objectives of this study were to identify genes that were up- or down-regulated among three distinct adipose tissues, namely EAT, mediastinal and subcutaneous using whole-genome gene expression microarrays and to study the possible relationships of these genes with the development of CVD. Overall, the transcriptional profiles of EAT and mediastinal adipose tissue were similar compared to subcutaneous adipose tissue. Despite this similarity, a number of genes involved in cardiovascular diseases were up-regulated in EAT. The expression of the adenosine A1 receptor (ADORA1), involved in myocardial ischemia, was significantly up-regulated in EAT. Levels of the prostaglandin D2 synthase (PTGDS) gene, recently associated with the progression of atherosclerosis, were significantly different in the three pairwise comparisons (epicardial > mediastinal > subcutaneous). Overexpression of ADORA1 and PTGDS in EAT may confer cardioprotection against myocardial ischemia and CAD. This study is an important first step to understand the biological function of EAT and its potential implications in CVD.

La pandémie d'obésité a des répercussions très importantes sur le système de santé de la société. Sa prévention et son traitement représentent donc, à l'heure actuelle, un enjeu majeur de santé publique. Étant caractérisées par une accumulation de graisse abdominale associée à la détérioration du profil cardiométabolique, les femmes ménopausées sont considérées à risque de maladies cardiovasculaires et de diabète non-insulino-dépendant. Par ailleurs, maintenant reconnu pour son activité sécrétoire, le tissu adipeux, organe de stockage et de mobilisation des lipides, joue un rôle de premier plan dans la détérioration du profil cardiométabolique. Sa fonction de stockage des lipides et son activité sécrétoire demeurant encore peu étudiées en réponse à l'activité physique, l'objectif principal du présent mémoire était de vérifier l'effet de la marche sur le stockage des graisses et la sécrétion de facteurs inflammatoires et prothrombotiques impliqués dans le risque cardiométabolique, au niveau du tissu adipeux de femmes pré-ménopausées et récemment post-ménopausées obèses.

Le flot sanguin est un facteur déterminant de l'activité métabolique du tissu adipeux. En effet, tout échange métabolique ou hormonal dépend obligatoirement du produit du flot sanguin et de la différence artérioveineuse du métabolite étudié.Le stockage et la libération énergétique de même que la sécrétion d'hormones et d'adipocytokines nécessitent une régulation précise du flot sanguin dans le tissu adipeux (FSTA). Ce mémoire comportera essentiellement trois parties. Dans la première, nous ferons la recension des écrits qui concernent la régulation du FSTA. Nous avons écrit une revue sur le sujet. Nous décrirons le rôle de l'insuline, des hormones gastro-intestinales, du système nerveux sympathique et parasympathique, de l'endothéline et de diverses cytokines. Nous montrerons aussi que l'absence d'élévation du FSTA en condition postprandiale est une caractéristique de l'insulino-résistance et de l'obésité. Cette caractéristique justifie l'exploration de la physiologie vasculaire du tissu adipeux pour une meilleure compréhension des mécanismes patho-physiologiques qui sous-tendent ces deux pathologies. Dans la deuxième partie, nous discuterons des diverses techniques de mesure du FSTA chez l'humain, la mesure de clairance du 133 Xe, la microdialyse ou d'autres méthodes plus dispendieuses ou non validées. Nous décrirons ensuite une nouvelle méthode, la microinfusion, qui permet de mesurer le FSTA avec la technique de clairance du 133 Xe et de le faire varier simultanément en infusant dans le site radioactif, de façon continue, des agents vasoactifs. Un détecteur placé au-dessus de la source permet l'enregistrement de la clairance du 133 Xe du tissu adipeux vers la circulation sanguine en relation avec les changements environnementaux induits.Le tissu adipeux sous-cutané abdominal a été choisi comme site anatomique d'investigation. Cette méthode permet la comparaison directe entre des composés vasoactifs, agents pharmacologiques ou hormones, et un contrôle controlatéral situé à la même hauteur sur l'abdomen. La description précise de cette méthode fait l'objet d'un deuxième article. Nous y montrons aussi que la microinfusion améliore la précision et la faisabilité des études physiologiques et pharmacologiques in vivo chez l'humain et qu'elle a déjà permis l'évaluation de plusieurs acteurs potentiels impliqués dans la régulation du FSTA chez des sujets sains. Enfin, dans la troisième partie nous ferons le point de notre expérience de maîtrise, des difficultés et des déboires que nous avons eus dans la mise au point de la technique à Sherbrooke. Nous conclurons en montrant que la microinfusion va permettre d'améliorer notre compréhension des mécanismes sous-jacents au syndrome d'insulino-résistance, au développement du diabète de type 2 et des maladies cardiovasculaires. Son implantation et sa mise au point à Sherbrooke sont donc amplement justifiées.