Le développement de l'intolérance au glucose et du diabète de type 2 (DT2) est associé à l'augmentation d'apparition des acides gras non-estérifiés (AGNE) en circulation et à la réduction du stockage des acides gras alimentaires dans les tissus adipeux blancs. Ceci mène à une augmentation des flux lipidiques vers les tissus maigres, conduisant à l'accumulation de métabolites toxiques tels que les glycérolipides, les céramides et les acylcarnitines, qui peuvent induire l'insulino-résistance. D'autre part, le stress du réticulum endoplasmique (RE) est induit suite à une surexposition aux AGNE ainsi qu'une lipogenèse de novo trop active. Cet ouvrage a pour objectif d'étudier les effets d'un traitement au 4phénylbutyrate (4-PBA), un chaperon chimique connu pour augmenter la fonction du RE et prévenir l'induction du stress du RE, sur la sensibilité à l'insuline, la régulation des flux d'AGNE ainsi que leur métabolisme tissulaire. L'hyperinsulinémie, la résistance à l'insuline, l'hypertriglycéridémie et la stéatose hépatique présentes chez les rats sous diète riche en gras et en fructose (high-fat, high-fructose) associé à l'injection d'une petite dose de streptozotocin (rats HFHFS) ne sont pas renversées par le 4-PBA, même si ce traitement réduit la glycémie à jeun tant chez les rats contrôles que les rats diabétiques. Le 4-PBA accélère à la fois l'apparition systémique et la clairance des AGNE. De plus, il normalise l'augmentation du captage fractionnel et le métabolisme non-oxydatif des AGNE par le muscle squelettique. Le 4-PBA augmente l'oxydation hépatique des AGNE et conduit à une augmentation de l'expression génique de Srebpf1 . Les animaux traités présentent une augmentation du captage fractionnel des AGNE par les tissus adipeux sous-cutanés (TASC) malgré que la taille adipocytaire de ce dépôt soit plus importante que celle des animaux contrôles. In vitro, le traitement avec des chaperons chimiques augmente la fonction du RE et inhibe la différenciation des précurseurs adipocytaires. D'autre part, le traitement au 4PBA, mais pas à l'acide tauro-ursodeoxycholique (TUDCA), stimule le captage des acides gras par les adipocytes matures.En dépit de l'amélioration de la glycémie à jeun, le 4-PBA conduit à une augmentation de la lipogenèse hépatique, à l'augmentation des flux systémiques d'AGNE et au remodelage hypertrophique du TASC et n'améliore pas la sensibilité à l'insuline systémique dans un modèle nutritionnel de DT2.

Les tissus adipeux (TA) intra-articulaires (TAIA) sont présents dans la majorité des articulations, au contact de la membrane synoviale. Le genou est l'articulation la plus riche en TA, comprenant le TA de Hoffa (TAH) et les TA suprapatellaires (TASP). A l'inverse, la hanche ne comprend qu'un petit TA, le TA acétabulaire (TAA). Le TAH de sujets arthrosiques est une source plus importante de cytokines inflammatoires que les TA sous-cutanés (TASC). Nous émettons l'hypothèse que les cytokines sécrétées par les TAH modifient le phénotype de la membrane synoviale arthrosique et que l'ensemble des TAIA partage des caractéristiques histologiques et biologiques communes les distinguant des TASC. Nous avons d'abord montré que la stimulation par les milieux conditionnés de TAH autologues induisait une expression et une libération plus importantes d'IL-6, d'IL-8, de PGE2, de MMP-1, de MMP-3 et de MMP-9 par les synoviocytes fibroblastiques (SF) comparativement aux TASC. La PGE2, sécrétée en plus grande quantité par les TAIA que les TASC (75 fois plus), joue un rôle central dans l'activation des SF. A l'instar des TAH, les autres TAIA de genou et de hanche sécrétent également plus de médiateurs inflammatoires que les TASC. Ils sont le siège de plus de remaniements fibreux, de vaisseaux et d'infiltrats leucocytaires que les TASC. Au sein des TAIA, les adipocytes sont plus petits et l'expression génique des médiateurs du métabolisme lipidique (ATGL, LPL, FABP4 et CD36) diminuée. Les TAIA de genou et de hanche arthrosiques partagent donc un phénotype commun et ont la capacité d'interagir avec la membrane synoviale, pouvant ainsi contribuer à la maladie arthrosique. / Intra-articular adipose tissues (IAAT) are located in most joints, lined by synovial membrane. IAAT within the knee are the most numerous and voluminous. They are principally constituted by the infrapatellar fat pad (IFP) and suprapatellar fat pad (SPFP). Inversely, the hip is only constituted by a small single AT, called acetabular fat pad (AFP). Moreover, several studies brought out that IFP from OA patients were a greater source of inflammatory cytokines as compared to subcutaneous AT (SCAT). So, we hypothesized that cytokines released by IFP could modify the phenotype of synovial membrane and also that all IAAT share similar histological, biological and cellular characteristics distinguishing them from SCAT. First, we showed that synoviocyte stimulation by autologous IFP-conditioned media induced a higher gene expression and release of IL-6, IL-8, PGE2, MMP-1, MMP-3 and MMP-9 as compared to SCAT. We also confirmed that IFP released higher rate of inflammatory cytokines than SCAT, particularly PGE2, whom secretion rate was 75 fold higher and which had a central impact in synoviocyte activation. Next, we demonstrated that other IAAT from knee and hip also released higher levels of IL-6, IL-8, and PGE2 as compared to SCAT. IAAT were composed by greater fibrosis remodeling and higher vessel area and leucocyte infiltration as compared to autologous SCAT. In IAAT, adipocytes were smaller and gene expression for most factors involved in lipid metabolism (ATGL, LPL, FABP4 et CD36) were decreased. The specificity of inflammatory secretion and metabolic phenotype were also observed in preadipocytes isolated from knee IAAT and SCAT. To conclude, IAAT from OA knee and hip share a common phenotype and have the ability to interact with synovial membrane, contributing to the onset and/or the progression of OA disease.

Résumé : L’obésité est un enjeu de société de première importance; elle est un facteur de risque de plusieurs maladies et engendre d’importantes dépenses en santé. Outre l’alimentation, la sédentarité et les prédispositions génétiques, il semble que l’environnement fœtal soit un facteur déterminant dans le développement de l’obésité. En effet, il a été démontré que les nouveau-nés exposés à un environnement intra-utérin défavorable ont un risque accru de développer, à l’adolescence et à l’âge adulte, l’obésité ainsi que les désordres métaboliques qui y sont associés. Le diabète gestationnel (DG) est l’une des complications de santé maternelle les plus fréquentes et est associé à un risque accru à long terme pour la santé métabolique de l’enfant. Malgré les nombreuses données probantes épidémiologiques concernant le phénomène de la programmation fœtale associée au DG, les mécanismes moléculaires impliqués ont été très peu étudiés. Il est cependant de plus en plus évident que l’épigénétique soit l’un de ces mécanismes. Cette thèse a pour objectif d’identifier les changements de méthylation de l’ADN, la modification épigénétique la plus stable et la plus connue, chez les nouveau-nés exposés in utero au DG. Dans un premier temps, la méthylation de l’ADN de 44 échantillons de placenta et de sang de cordon a été analysée à l’échelle du génome. Cette approche a permis de démontrer que les gènes épigénétiquement modifiés suite à une exposition au DG sont majoritairement retrouvés dans les voies biologiques associées aux maladies métaboliques. Des analyses dans une cohorte indépendante (n=80) ont confirmé l’effet de la glycémie maternelle sur la méthylation de l’ADN des gènes BRD2, LRP1B et CACNA1D impliqués dans la régulation du métabolisme des lipides et du glucose et du système rénine-angiotensine respectivement. Dans un second temps, l’approche par gènes candidats a démontré que l’exposition au DG est associée à la méthylation de l’ADN de gènes du métabolisme des lipides (LPL et ABCA1) du placenta. L’analyse de la méthylation de la LEP et de l’ADIPOQ dans le sang et les tissus adipeux de sujets sévèrement obèses a permis d’identifier des sites de méthylation pouvant potentiellement être utilisés dans le sang comme marqueur de susceptibilité à l’obésité. L’ensemble des résultats de cette thèse démontrent que le DG modifie le profil épigénétique de gènes impliqués dans les voies biologiques des maladies métaboliques (métabolisme énergétique et des lipides) et supportent l’importance de la méthylation de l’ADN dans la programmation de la santé métabolique du nouveau-né ayant été exposé in utero au DG. / Abstract : Obesity has reached epidemic proportions worldwide in both adult and childhood populations and is now recognized as a major public health issue. Obesity is associated with higher incidence of cardiometabolic complications including type 2 diabetes (T2D), dyslipidemia and hypertension as well as with increased health care costs. The fetal environment now appears, with genetics and the environment, as one cause of the obesity epidemic. Indeed, according to the fetal programming hypothesis, newborns exposed to a detrimental fetal environment are more susceptible to develop obesity, T2D and other related chronic disorders when they become teenagers or adults. Many studies have associated gestational diabetes mellitus (GDM) exposure with these long-term metabolic health risks for the newborn. Although, numerous studies show epidemiological evidence to support the fetal programming hypothesis, only a few studies have been undertaken to understand the underlying molecular mechanisms. However, several studies now suggest that epigenetics may be involved. The objective of this thesis is to study changes in DNA methylation, the more stable and studied epigenetic system, in newborns that have been exposed to GDM in utero. First, a genome-wide DNA methylation analysis (BeadChip) was performed in a sample set of 44 placenta and cord blood samples to identify genes and metabolic pathways dysregulated by GDM. This approach showed that genes epigenetically affected by GDM are predominantly involved in metabolic diseases. The associations between maternal glycemia and DNA methylation levels were confirmed, in an independent birth cohort, for BRD2, LRP1B and CACNA1D gene loci involved in the regulation of lipid and glucose metabolism and the renin-angiotensin system respectively. Then, using a candidate gene approach we reported that DNA methylation levels at gene loci involved in lipid metabolism (LPL and ABCA1) are modified in the placenta following exposure to GDM. Furthermore, analyses of LEP and ADIPOQ DNA methylation levels in blood and adipose tissues of severely obese men and women allowed the identification of CpG sites that might be used in blood as a marker of obesity susceptibility. Altogether the results of this thesis show that GDM affects the epigenetic signature of genes involved in metabolic disease pathways (energy and lipid metabolism) and support the role of DNA methylation in metabolic health programming of the newborn exposed to GDM.

Le rat Lou/C ne développe pas d'obésité et est présenté comme un modèle de vieillissement sain. Afin de caractériser la balance énergétique de ces rats, leur adiposité, leur prise alimentaire ainsi que leur dépense énergétique ont été mesurées à 1, 6, 12, 18 et 24 mois en comparaison avec des rats Wistar. Le rôle des monoamines centrales dans la balance énergétique particulière des rats Lou/C a été évalué en mesurant les contenus en monoamines et l'activité des enzymes limitantes de leur synthèse dans les noyaux bulbo-pontiques noradrénergiques, sérotoninergiques et dans les noyaux hypothalamiques. L'activité sympathique a été mesurée dans les tissus périphériques impliqués dans la mise en réserve et la dépense énergétique. Les concentrations plasmatiques de leptine et d'insuline, deux hormones informant les centres de l'état des réserves énergétiques, ont été déterminées au cours du vieillissement chez les deux souches. <br />Le rat Lou/C présente à tous les âges une prise alimentaire inférieure au rat Wistar et une dépense énergétique supérieure à 6 et 12 mois. Les rats Lou/C ont une activité sympathique spécifiquement augmentée dans les tissus adipeux blancs et brun associée à une diminution du profil catécholaminergique central dans certaines structures bulbo-pontiques et dans les noyaux hypothalamiques régulant la balance énergétique. Dès 6 mois, la leptinémie des rats Wistar est supérieure à celle des rats Lou/C. L'insulinémie augmente fortement chez les rats Wistar âgés, alors qu'elle reste stable au cours du vieillissement chez les rats Lou/C. L'absence de résistance à l'insuline chez les rats Lou/C est confirmée par le test euglycémique-hyperinsulinique. <br />Ainsi, le système nerveux sympathique et le contrôle monoaminergique central sont impliquées dans le déterminisme énergétique du rat Lou/C et cette souche est un modèle de vieillissement sain au regard de sa balance énergétique, de son adiposité, de la résistance à la leptine et à l'insuline

L'imagerie du petit animal est incontournable pour le développement des recherches dans les secteurs de labiologie, de la médecine et de l'industrie pharmaceutique. Parmi les différentes modalités d'imagerie développéeschez l'humain et adaptées à l'animal, l'imagerie tomographique à rayons X est devenue une référencepour l'analyse des caractères anatomiques et phénotypiques chez la souris. Elle permet de réaliser des étudeslongitudinales in vivo et des analyses haute résolution ex vivo de façon non invasives et en 3D. L'analyse deces images 3D nécessite des outils spécifiques à chaque problématique.Dans ce contexte, notre travail de thèse a permis d'apporter des contributions sur les thématiques suivantes :1. le développement d'outils d'analyse, à la fois quantitatifs et qualitatifs, pour l'imagerie des tissusminéralisés et adipeux2. l'application des méthodologies développées à des problématiques de recherche biomédicale3. l'étude comparative et "multi-échelle" de différentes technologies de tomographie X pour l'imagerie dupetit animal4. la mise au point d'une méthode originale par résonnance paramagnétique électronique pour la dosimétried'un acte d'imagerie X chez le petit animalEn conclusion, les outils d'imagerie 3D que nous avons développés représentent un nouvel apport pour la dissectionvirtuelle de l'animal de laboratoire, permettant l'exploration de nombreux tissus et organes et rivalisantavec les méthodes d'histologie et de microscopie électronique.L'application de ces méthodes d'imagerie pour la recherche fondamentale et pré-clinique ouvre la perspectived'une alternative nouvelle dans l'expérimentation animale.

L’imagerie du petit animal est incontournable pour le développement des recherches dans les secteurs de labiologie, de la médecine et de l’industrie pharmaceutique. Parmi les différentes modalités d’imagerie développéeschez l’humain et adaptées à l’animal, l’imagerie tomographique à rayons X est devenue une référencepour l’analyse des caractères anatomiques et phénotypiques chez la souris. Elle permet de réaliser des étudeslongitudinales in vivo et des analyses haute résolution ex vivo de façon non invasives et en 3D. L’analyse deces images 3D nécessite des outils spécifiques à chaque problématique.Dans ce contexte, notre travail de thèse a permis d’apporter des contributions sur les thématiques suivantes :1. le développement d’outils d’analyse, à la fois quantitatifs et qualitatifs, pour l’imagerie des tissusminéralisés et adipeux2. l’application des méthodologies développées à des problématiques de recherche biomédicale3. l’étude comparative et "multi-échelle" de différentes technologies de tomographie X pour l’imagerie dupetit animal4. la mise au point d’une méthode originale par résonnance paramagnétique électronique pour la dosimétried’un acte d’imagerie X chez le petit animalEn conclusion, les outils d’imagerie 3D que nous avons développés représentent un nouvel apport pour la dissectionvirtuelle de l’animal de laboratoire, permettant l’exploration de nombreux tissus et organes et rivalisantavec les méthodes d’histologie et de microscopie électronique.L’application de ces méthodes d’imagerie pour la recherche fondamentale et pré-clinique ouvre la perspectived’une alternative nouvelle dans l’expérimentation animale. / Small animal imaging is highly necessary for the development of biomedical research and pharmaceuticalapplications. Amongst various available imaging methods, X-Ray tomography is now considered as a goldstandard for anatomical and phenotypical analysis in mice. CT imaging allows non invasive longitudinal studiesin vivo and high resolution analysis ex vivo. The 3D image analysis requires the development of specific toolsdepending on the biomedical problematics.In this context, we have investigated the following research areas :1. Development of 3D image tools for qualitative and quantitative image analysis of mineralized andadipose tissues in murin models2. Application of our tools to biomedical investigations3. Comparative and multi-scale analysis of various tomography technologies for small animal imaging4. Development of an original method using Electronic Paramagnetic Resonance (EPR) for X-ray dosimetryin miceIn conclusion, our 3D imaging methods are potentially of high interest for the virtual dissection of laboratoryanimals, allowing extended analysis of various tissues and organs complementary to standard histological andmicroscopic approaches.

Il existe une forte demande sociétale de moyens analytiques robustes permettant d'authentifier de manière objective les modes d'élaboration des produits alimentaires, notamment lorsqu'ils sont d'origine animale. L'objectif de cette thèse était de développer une méthode d'authentification de l'alimentation à l'herbe des agneaux, basée sur l'analyse de la fraction volatile de leurs tissus adipeux. Les animaux étudiés ont été élevés dans le cadre de dispositifs expérimentaux, où leur alimentation était étroitement contrôlée. Le tissus périnéal, sous-cutané caudal, et péricardiaque ont été analysés au moyen d'un système d'Espace de Tête Dynamique-Chromatographie en Phase Gazeuse- Spectrométrie de Masse (ETD-CPG-SM), dont le signal a été corrigé et stabilisé par différentes procédures chimiométriques. La première étape de ce travail de recherche visait à identifier les traceurs distinctifs de tissus adipeux d'agneaux nourris soit à l'herbe soit aux concentrés. Une fois les conditions d'analyse des composés volatils optimisés,126 traceurs de l'alimentation au pâturage ont été identifiés. Cette expérimentation a également permis de montrer l'intérêt de l'analyse parallèle de tissus de natures différentes pour la discrimination des deux alimentations. La deuxième étape avait pour objectif de montrer l'intérêt de l'analyse de la fraction volatile de tissus adipeux d'agneau pour l'authentification des régimes alternés. Ces régimes, couramment utilisés pour l'élevage des ruminants consistent à alterner une période d'alimentation au pâturage avec une finition aux concentrés, ou inversement. Les variations des abondances des traceurs volatils d'une alimentation au pâturage ont été suivies dans les tissus adipeux d'animaux nourris avec ces régimes alternés. Les résultats montrent que les composés volatils permettent de discriminer des tissus adipeux d'animaux nourris d'une part à l'herbe et finis aux concentrés pour un engraissement final de 0, 4, 8, ou 12 kg ; et d'autre part aux concentrés et finis au pâturage durant 0,17, 51, ou 85 jours. Couplés aux données de la littérature, l'ensemble des dispositifs d'élevage mis en oeuvre au cours de cette thèse ont permis de mettre en évidence 19 composés volatils traceurs de l'alimentation à l'herbe particulièrement robustes et génériques. Ces travaux démontrent aussi la faisabilité de l'authentification de l'alimentation d'animaux nourris au moyen de régimes contrastés ou alternés. Enfin, ils confirment aussi l'intérêt des procédures de traitement du signal, comme la correction des dérives instrumentales ou l'utilisation de ratios de variables, pour amplifier le pouvoir discriminant des modèles d'authentification.

Un régime alimentaire déséquilibré et/ou la présence de composés contaminantsexogènes peuvent modifier la signalisation endocrine et l’homéostasie des lipides et induirel’obésité. Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse ont permis, dans un premier temps,de développer une méthode simple et rapide, dénommée "zebrafish obesogenic (ZO) test",pour identifier in vivo, par utilisation de la larve de poisson zèbre, des facteurs qui peuventaugmenter ou diminuer la taille de l’adipocyte blanc et ainsi moduler le niveau de l’adiposité(Tingaud-Sequeira, Ouadah, Babin, J. Lipid Res. 52, 1765-1772, 2011). Ce test permetd’identifier des composés et des mélanges de molécules obésogènes et anti-obésogènes etfournit des informations pertinentes pour l'évaluation des risques liés leur présence maiségalement pour élucider les mécanismes impliqués. Les travaux ont, dans un second temps,permis d’apporter des réponses quant aux modalités d’action d’un obésogène puissant, lechlorure de tributylétain, contaminant retrouvé très largement dans notre environnement.Cette molécule agit sur l’adipocyte blanc à une concentration de l’ordre du nano molaire viales récepteurs nucléaires RXR et LXR, et non pas via les isoformes PPARgamma/delta(Ouadah et Babin, manuscrit en préparation). / An unbalanced diet and / or the presence of exogenous compounds contaminants mayalter endocrine signaling and lipid homeostasis and induce obesity. The work done in thisthesis have, at first, developed a simple and rapid method, called "zebrafish obesogenic (ZO)test" to identify in vivo by using the zebrafish larva, the factors that may increase or decreasethe size of the white adipocyte and therefore modulate the level of adiposity (Tingaud-Sequeira, Ouadah, Babin, J. Lipid Res. 52, 1765-1772, 2011). This test helps to identifycompounds and mixtures of obesogenic and anti-obesogenic molecules and providesinformation relevant to the risk assessment of their presence but also to elucidate themechanisms involved. Work in a second time allowed to answer as to how the action oftributyltin chloride, a powerful obesogenic contaminant found widely in the environment.This molecule acts in vivo on white adipocytes in a concentration of the order of nano molarvia nuclear receptors LXR and RXR, and not via the PPARgamma isoforms / delta (Ouadahand Babin, manuscript in preparation).

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