Nous avons observé dans une cohorte de 9477 sujets que le biais associé à l'équation de Friedewald n'était pas relié au niveau de cholestérol (C) et que cette équation ne démontrait aucun biais significatif chez les patients avec un niveau de triglycérides entre 4.51-8.82 mmol/L. Le ratio C-VLDL/triglycérides expliquait environ 63.0% de la variance du biais associé à l'équation de Friedewald et que le génotype de l'apolipoprotéine (apo) E contribuait à expliquer 39.0% de la variance de ce ratio. D'autre part, la relation inverse entre les niveaux de triglycérides et de C-HDL est très bien établie. Par contre, nous avons observé que la réduction des niveaux de C-HDL associée à l'augmentation des triglycérides est plus élevée que la réduction concomitante de l'apolipoprotéine (apo) A-I des HDL. Le rôle du récepteur LDL dans le métabolisme de l'apo B48-B100 demeure toujours controversé. En examinant les paramètres cinétiques des apos B48-B100 marquées à l'aide d'un isotope stable, nos résultats n'ont démontré aucune évidence d'une une réduction du catabolisme de l'apo B48 des lipoprotéines riches en triglycérides (TRL) chez des patients avec une hypercholestérolémie familiale (HF) hétérozygote comparativement à des contrôles. De plus, nous avons observé une augmentation significative du taux de production de l'apo BlOO des VLDL ainsi qu'une diminution du catabolisme de l'apo BlOO des LDL chez les patients avec une HF comparativement à des sujets contrôles. D'autre part, nos résultats ont également démontré que les patients caractérisés par la coexistence de la dysbêtalipoprotéinémie et de THF démontraient une accumulation de TRL apo B48 et IDL apo BlOO due à une augmentation de leurs productions et à une diminution de leurs catabolismes et qu'un traitement au fénofibrate réduisait considérablement les niveaux de TRL principalement en augmentant leur taux de catabolisme. De plus, ces patients étaient également caractérisés par une augmentation des niveaux d'apo C-III et un traitement au fénofibrate a eu pour effet de diminuer les niveaux d'apo C-III via une augmentation du catabolisme et une diminution de la production. Finalement, chez des patients modérément hypercholestérolémiques, l'ézétimibe a diminué significativement les niveaux de C-LDL principalement en augmentant le catabolisme des particules contenant l'apo BlOO. / We observed in 9477 subjects that the bias associated with the Friedewald formula was not related to the plasma cholesterol (C) levels and that this equation did not show any significant bias in patients with triglyceride levels between 4.51-8.82 mmol/L. The VLDLC/triglyceride ratio explained 63.0% of the variance of the bias associated with the Friedewald formula. Moreover, our results revealed that the apolipoprotein (apo) E genotype explained 39.0% of the variance of the VLDL-C/triglyceride ratio and that the mean error as well as the bias associated with the Friedewald formula were increased in subjects with type III phenotype (E2/E2). On the other hand, the inverse relationship between triglyceride and HDL-C levels is well established. However, we observed that the reduction of HDL-C concentrations associated with the increase of triglyceride levels was higher than the concomitant reduction in HDL-apo A-I levels. The role of the LDL receptor in the apo B48-B100 metabolism is still unclear. Kinetic parameters of apo B48- B100 labeled with a stable isotope showed no significant evidence for a reduction in the triglyceride-rich lipoproteins (TRL) apo B48 catabolism in patient with heterozygous familial hypercholesterolemia (FH) as compared with controls. Furthermore, we observed a significant increase of VLDL apo BlOO production rate and a significant decrease of LDL apoBlOO fractional catabolic rate in FH patients as compared with controls. Our results also showed an accumulation of TRL apo B48 and IDL apo BlOO in subjects with coexisting dysbetalipoproteinemia and heterozygous FH due to an increased synthesis and a decreased catabolism of these particles. A treatment with fenofibrate considerably reduced the TRL-IDL apo B levels mainly by increasing their catabolism. Moreover, these patients also showed increased apo C-III levels and the treatment with fenofibrate also reduced apo C-III concentrations via an increased fractional catabolic rate and a decreased production rate. Finally, in patients with moderate hypercholesterolemia, ezetimibe significantly decreased LDL-C levels mainly by increasing the fractional catabolic rate of apo B100- containing lipoproteins.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2007-2008. / L'amélioration des habitudes de vie se situe au coeur des stratégies préventives visant la prise en charge du syndrome métabolique. Toutefois, il n'existe pas de consensus précis quant aux meilleures recommandations nutritionnelles pour traiter le syndrome métabolique. Dans cette thèse, les mécanismes par lesquels un régime faible en gras et un régime riche en gras monoinsaturés affectent différents facteurs de risque de maladies cardiovasculaires associés au syndrome métabolique ont été étudiés. Les analyses de la cinétique in vivo de diverses apolipoprotéines (apo) ont révélé que la diminution des concentrations plasmatiques de cholestérol-HDL entraînée par la consommation du régime faible en gras était attribuable à une diminution de la production de l'apoA-I. Toutefois, lorsqu'associé à une perte de poids modeste, le régime faible en gras a entraîné une diminution parallèle du catabolisme de l'apoA-I, évoquant ainsi la possibilité d'un mécanisme de compensation bénéfique permettant de ralentir la diminution des concentrations de cholestérol-HDL. L'analyse de la cinétique in vivo de l'apoCIII plasmatique et de l'apoB-100 des lipoprotéines de très faible densité, deux déterminants des concentrations plasmatiques de triglycérides, a montré que la variation des taux de production de ces apolipoprotéines entraînée par la consommation du régime riche en gras monoinsaturés pourrait être responsable, en partie, de l'effet hypotriglycéridémiant de ce régime. Aucun des deux régimes expérimentaux n'a entraîné de changements significatifs dans les concentrations plasmatiques de protéine C-réactive (CRP). Cependant, les valeurs basâtes de CRP des sujets prédisaient leur réponse lipidique et lipoprotéique à chacun des régimes expérimentaux de sorte que les individus ayant des concentrations plasmatiques de CRP plus élevées au départ avaient une réponse moins favorable aux régimes. Finalement, les deux régimes expérimentaux ont entraîné une diminution significative des concentrations plasmatiques d'adiponectine, laquelle semble s'expliquer, entre autres, par les changements lipidiques et lipoprotéiques survenus en réponse aux régimes. Les résultats de cette thèse ne permettent pas d'identifier le régime optimal pour traiter le syndrome métabolique. Toutefois, les connaissances nouvelles engendrées ont permis de soulever des pistes intéressantes concernant les mécanismes d'action de deux régimes préconisés pour améliorer le profil de risque cardiovasculaire. / Lifestyle modifications, which include the adoption of a healthy diet, are at the heart of the preventive strategies aiming to effectively manage the metabolic syndrome and its associated risk factors. However, there is no consensus regarding the optimal dietary recommendations for that purpose. In the present thesis, the mechanisms whereby the cardiovascular risk factors of the metabolic syndrome are affected by a low fat diet and a high monounsaturated fatty acid diet were studied. Analyses of the in vivo kinetics of several apolipoproteins (apo) revealed that the reduction of HDL-cholesterol induced by the consumption of the low fat diet was attributable to a reduction in plasma apoA-I production rate. However, when associated with a modest reduction in body weight, the low fat diet also induced a reduction in plasma apoA-I catabolism, suggesting a compensatory mechanism to prevent further reduction of HDL-cholesterol. In vivo kinetics of plasma apoC-III and very low density lipoprotein-apoB-100, two determinants of plasma triglyceride concentrations, showed that variations in the production rate of these two apolipoproteins induced by the consumption of the high monounsaturated fat diet may have been responsible for the hypotriglyceridemic effect of that diet. None of the experimental diets affected plasma C-reactive protein (CRP) levels. However, subjects' baseline plasma CRP levels modified their lipid and lipoprotein responses to both diets so that those with high plasma CRP levels at study onset had a less favorable response to the dietary interventions. Finally, both diets induced a reduction in plasma adiponectin levels which appeared to be related, at least in part, to diet-induced variations in lipids and lipoproteins. Overall, results of the present thesis could not single out the best diet to treat features of the metabolic syndrome. However, they represent original and valuable information regarding the mechanisms by which two of the most widely advocated heart-healthy diets may favorably alter cardiovascular risk factors associated with the metabolic syndrome.

Les objectifs de ce projet de maitrise sont d'analyser la composition d'un coproduit de l'holothurie Cucumaria frondosa et de déterminer ses effets sur des paramètres cardiométaboliques reconnus quand administré par voie orale. Afin d'atteindre ce dernier objectif, quatre groupes de 10 rats Wistar mâles chacun ont été nourris pendant 28 jours soit avec une diète contrôle purifiée, soit avec une diète enrichie avec le coproduit à 0,5%, 1,5% ou 2,5% de protéines de concombre de mer. Les fèces ont été collectées aux jours 21, 22 et 23. Les rats ont été sacrifiés après un jeûne de 10 heures au jour 29. Le sang a été prélevé par ponction aortique afin d'obtenir du plasma et du sérum. Le poids des tissus adipeux (AT) épididymaux, périrénaux et rétropéritonéaux, de l'extensor digitorum longus (EDL), le soléaire, des glandes surrénales, du foie, ainsi que la longueur des intestins ont été mesurés. Le foie et les tissus adipeux ont ensuite été aliquotés, surgelés et conservés à -80°C pour analyses futures. La composition corporelle a été déterminée à l'aide d'une bombe calorimétrique pour déterminer l'énergie totale et avec une unité d'analyse Foss Kjeltec 8400 pour déterminer la masse maigre. Une extraction Folch modifiée et des kits de test enzymatique colorimétrique ont été utilisés pour mesurer le cholestérol et les triglycérides (TG) hépatiques. Des kits de test enzymatique colorimétrique et immunométrique ont été utilisés pour déterminer les taux de cholestérol à lipoprotéines de haute densité (HDL-C), de cholestérol à lipoprotéines de très basse densité et de basse densité (VLDL + LDL-C), de TG et d'insuline plasmatiques. Le contenu en lipides fécaux a également été mesuré. La taille des adipocytes épididymaux a été mesurée en utilisant des lames d'histologie colorées à l'hématoxyline et à l'éosine (H&E) de l'AT épididymal. Le coproduit de l'holothurie contenait des concentrations élevées de plusieurs nutriments, notamment des protéines, des acides aminés essentiels, des lipides, en particulier des phospholipides et des acides gras polyinsaturés (PUFA) oméga-3, du fer, du potassium, du sodium, du phosphore, du calcium, du sélénium et du zinc. À l'inverse, le coproduit était pauvre en gras saturés, en cholestérol, en PUFA oméga-6 et en glucides. De plus, le coproduit contenait de grandes quantités de composés bioactifs, en particulier des saponines. Par ailleurs, la teneur en arsenic du coproduit, surtout en arsenic inorganique dont une ingestion prolongée peut entraîner des effets indésirables sur la santé, était élevée dans le coproduit. Quant au protocole animal, le coproduit n'a pas influencé la prise alimentaire ni le poids corporel final des animaux. Le groupe à 1,5% avait des adipocytes épididymaux plus petits (P=0.03) que le groupe témoin. Cette diminution suggère que l'administration orale du coproduit à une dose de 1,5% peut diminuer l'adiposité viscérale, indiquant un potentiel bénéfique sur la santé cardiométabolique (CMH). Ces effets observés peuvent être dus à la teneur en saponine du coproduit, mais les effets des autres composants ne peuvent être exclus. À partir de ces résultats, les coproduits d'holothuries et les saponines ont un potentiel dans la prévention des maladies cardiométaboliques, mais des recherches supplémentaires sont nécessaires pour déterminer l'efficacité et l'innocuité du coproduit. / The objectives of this master's project were to analyse the chemical and nutritional composition of a sea cucumber coproduct prepared from the species Cucumaria frondosa and to determine the effects of said coproduct on recognised cardiometabolic parameters when administered orally. In order to achieve the latter objective, four groups of 10 male Wistar rats each were fed for 28 days either a purified control diet or a diet enriched with the coproduct at 0.5%, 1.5% and 2.5% of sea cucumber protein to total protein content. Feces were collected on day 21, 22, and 23. The rats were sacrificed on day 29 after a 10 hour fast. Blood was collected by aortic puncture in order to obtain plasma and serum samples. The weight of the epididymal, perirenal, and retroperitoneal adipose tissues (AT), the extensor digitorum longus (EDL), the soleus, the suprarenal glands, the liver, as well as the length of the intestines were recorded. The liver and adipose tissues were then aliquoted, flash frozen, and stored at -80°C for future analysis. Body composition was calculated using a calorimetric bomb to determine total corporeal energy and a Foss Kjeltec 8400 analyser unit to determine crude protein. A modified Folch extraction and enzymatic colorimetric assay kits were used to measure hepatic cholesterol and triglycerides (TG). Enzymatic colorimetric and immunometric assay kits were also used to determine levels of serum high-density lipoprotein cholesterol (HDL-C), serum very low density and low-density lipoprotein cholesterol (VLDL+LDL-C), plasma TG, and plasma insulin, respectively. The lipid content of the collected feces was also determined. Using hematoxylin and eosin (H&E)-stained histology slides of the epididymal AT, the size of the epididymal adipocytes was measured. The analyses of the coproduct revealed that it contained high concentrations of several nutrients including protein, essential amino acids, lipids, namely phospholipids and omega-3 poly unsaturated fatty acids (PUFAs), iron, potassium, sodium, phosphorus, calcium, selenium, and zinc. Conversely, the coproduct was low in saturated fat, cholesterol, omega-6 PUFAs, and carbohydrates. Furthermore, the coproduct contained high amounts of bioactive compounds, particularly saponins. However, the arsenic content of the coproduct, particularly inorganic arsenic, was high. Regarding the animal protocol, the addition of the coproduct did not influence food intake or final body weight. The 1.5% group had smaller epididymal adipocytes (P=0.03) than the control group. This decrease in adipocyte size suggests that oral administration of the coproduct at a dose of ≈1.5% can decrease visceral adiposity, indicating the potential to benefit cardiometabolic health (CMH). These observed effects may be attributable to the saponin content of the coproduct, but the effects of other components cannot be ruled out. From these results, sea cucumber coproducts and saponins have potential in the prevention of cardiometabolic diseases, but further research is necessary to determine the efficacy and innocuity of the coproduct.

L’obésité est caractérisée par un état inflammatoire chronique dit « à bas bruit », se traduisant par l’augmentation des taux plasmatiques de facteurs inflammatoires qui contribuent au développement des complications métaboliques telles que le diabète de type 2 et la résistance à l’insuline.L’inflammation chronique est initiée par l’accumulation séquentielle et finement régulée de cellules immunes dans le tissu adipeux blanc, contribuant à créer un microenvironnement inflammatoire qui altère la physiologie et l’homéostasie du tissu. Une meilleure compréhension : 1) des mécanismes contrôlant les altérations de la composition en cellules immunes du tissu adipeux blanc et 2) du rôle de ces cellules dans la fonction des principaux tissus métaboliques, pourrait, à terme, permettre de proposer de nouvelles voies thérapeutiques d’immuno-intervention dans le traitement des complications métaboliques associées à l’obésité. Durant mon parcours de thèse, j’ai étudié les conséquences métaboliques et immunologiques du traitement de souris obèses par un agent immuno-modulateur : la rapamycine, ainsi que par des probiotiques ayant des propriétés anti-inflammatoires.Partie 1 : Etude des effets de la rapamycine sur la réponse inflammatoire et l’homéostasie énergétique chez la souris obèse.Cette étude représente la partie principale de mon travail de thèse. L’objectif de mon projet de thèse était de définir les conséquences de l’administration prolongée de rapamycine (ou Sirolimus) sur l’inflammation du tissu adipeux blanc et le métabolisme glucidique de souris obèses. La rapamycine est un inhibiteur spécifique de la voie du mechanistic target of rapamycin (mTOR) possédant des propriétés immunosuppressives et antiprolifératives et qui est fréquemment utilisé chez les patients transplantés afin d’éviter le rejet du greffon. Cependant, la rapamycine a été décrite comme possédant un potentiel diabétogène et pro-inflammatoire : en effet, certains patients traités développent un diabète post-transplantation et sont plus susceptibles de présenter des pathologies inflammatoires et ceci, malgré une perte de poids. Les objectifs de notre étude étaient de : 1) Déterminer les conséquences métaboliques (bénéfiques ou délétères) de l’administration de rapamycine et 2) Définir le profil inflammatoire des souris obèses traitées, notamment dans le tissu adipeux blanc.Partie 2 : Etude des effets des probiotiques sur le développement de l’obésité et la résistance à l’insuline chez la souris obèse.Les effets des probiotiques sur le développement de l’obésité et ses complications métaboliques et immunologiques associées sont contradictoires et restent donc à clarifier. Certaines études ont montré des effets obésogènes de certains probiotiques tandis que d’autres travaux décrivent des effets bénéfiques sur l’homéostasie énergétique. Les objectifs de notre étude étaient de : 1) Déterminer les conséquences métaboliques et immunologiques de l’ingestion prolongée de certaines souches (ou combinaison de souches) de probiotiques dans un modèle de souris obèses et 2) Définir les mécanismes cellulaires et moléculaires sous-tendant les effets de probiotiques sur le développement de l’obésité et de l’inflammation associée. / Obesity is characterized by a low-grade chronic inflammation reflected by increased blood levels of inflammatory factors, which are known to contribute to the development of metabolic complications such as insulin resistance and type 2 diabetes.Obesity-related inflammation is initiated by the accumulation of inflammatory immune cells within the adipose tissue as observed in obese subjects, contributing to alteration of the physiology and the metabolic homeostasis of the tissue. A better understanding of the mechanisms controlling the balance between adipose tissue immune cells and the interaction of these cells with the metabolic tissues (e.g. white adipose tissue) could lead to the development of immune-based new therapeutic strategies to treat metabolic complications associated with obesity.During my PhD thesis, we worked on two projects that both aimed at studying the link between immunity and metabolism. We studied the consequences of the treatment of obese mice with the immunomodulatory drug rapamycin (Part 1) and with probiotics having anti-inflammatory properties (Part 2).Part 1: Beneficial Metabolic Effects of Rapamycin are Associated with Enhanced Regulatory Cells in Diet-Induced Obese MiceThis part corresponded to my main project. We aimed to analyze the effect of rapamycin (or Sirolimus), on the inflammatory response and the metabolic status of high-fat diet fed mice. Rapamycin is an immunosuppressive drug commonly used in transplanted patients to prevent graft rejection. However, the effects of rapamycin on metabolism remain elusive and it has been reported that rapamycin may have pro-inflammatory and prodiabetic properties since some transplanted patients can develop diabetes and inflammatory diseases. Rapamycin is a specific inhibitor of mTOR (mechanistic Target Of Rapamycin), a highly conserved kinase which play a key role in both metabolism and immunity. Our aims were: 1) to define the metabolic consequences of long-term rapamycin administration and 2) to analyze the immune profile of treated animals.Part 2: A Probiotic Mixture Alleviates Diet-Induced Obesity and Insulin Resistance in Mice through Adipose Tissue Cell-RemodelingThe effects of probiotics on the development of obesity and its associated-metabolic complications are contradictory and thus remain to be clarified. In our study, we evaluated the consequences of the consumption of different strains of probiotics (or a combination of strains) selected for their anti-inflammatory properties, on the development of obesity and inflammation. We thus defined the metabolic and immune profile of probiotic-treated obese mice, mostly focusing on the adipose tissue. Finally, we attempted to identify the cellular and molecular mechanisms by which our selected probiotics exerted their metabolic and immune protective effects.

Les antipsychotiques sont des agents psychoactifs utilisés pour traiter les symptômes de la schizophrénie. Si la mise sur le marché de la seconde génération de molécule a permis de diminuer l’apparition des troubles extrapyramidaux, elle reste néanmoins associée à des effets secondaires caractérisés principalement par une prise de poids assortie d’une dyslipidémie et d'un développement du diabète de type 2. Ces effets indésirables entraînent chez les patients une dégradation de leurs conditions de vie et constituent l'une des principales causes d'abandon de ce traitement, les exposant à un risque accru de rechute. L’objectif de ce travail était double : (i) caractériser les troubles métaboliques induits par un traitement à long terme à la rispéridone en utilisant des techniques non-invasives de résonance magnétique ; (ii) prévenir ces troubles par un régime alimentaire supplémenté en curcuminoïdes. Notre modèle a permis de montrer qu'un traitement hebdomadaire de 24 semaines entraînait des perturbations apparentées au syndrome métabolique. L’imagerie par résonance magnétique était suffisamment sensible pour caractériser ces conséquences métaboliques iatrogènes et permettait de définir des biomarqueurs prédictifs de sévérité comme le ratio hydro-lipidique, le degré d’insaturation des acides gras et le remodelage de la répartition des tissus adipeux. Sur le plan pharmacologique, la supplémentation en curcuminoïdes permettait de prévenir l’hépatomégalie et l’intolérance au glucose induite par la rispéridone. Ces bénéfices étaient associés à une modulation de l’expression de gènes hépatiques impliqués dans la lipogenèse (FAS, ACC1), dans la lipolyse (ACO) ou bien dans l’inflammation (NFκB). Le cadre expérimental défini dans ce travail met en avant la possibilité de transférer cette approche prédictive par résonance magnétique en clinique humaine. / Antipsychotics are widely used psychoactive drugs for the treatment of schizophrenia symptoms. The use of second-generation agents has reduced the onset of extrapyramidal disorders, but still causes side effects comprising weight gain, dyslipidemia, and type-2 diabetes. The ensuing deterioration of patients’ conditions is one of the main reasons for the abandonment of this treatment exposing patients to an increased risk of relapse. This PhD had two objectives: (i) to characterize the metabolic disorders generated by a long-term treatment with risperidone, through the use of non-invasive techniques of magnetic resonance (MR); (ii) to prevent these disorders by means of a curcuminoid-supplemented diet. Our murine model enabled us to show that a 24-week treatment including weekly given risperidone induced metabolic disturbances related to the Metabolic Syndrome. Magnetic resonance imaging was sensitive enough to highlight these disturbances and to allow the identification of predictive biomarkers for severity such as the hydrolipidic ratio, fatty acid unsaturation rate, and adipose tissues repartitioning. At the pharmacological level, curcuminoid supplementation prevented the risperidone-induced hepatomegaly and glucose intolerance. These benefits were associated with the modulation of gene expression related to lipogenesis (FAS, ACC1), lipolysis (ACO) or inflammation (NFκB). In a clinical perspective, the herein PhD underlines the diagnostic potential of this MR-based experimental framework for the monitoring of metabolic disturbances.

Les horloges circadiennes permettent aux organismes de synchroniser leurs processus physiologiques avec les variations périodiques de leur environnement telles que le cycle jour-nuit ou les cycles de prise alimentaire . Il n'est donc pas étonnant que les horloges périphériques des mammifères soient sensibles aux signaux de nourriture et soient capables d'ajuster les processus métaboliques (stockage et utilisation des ressources énergétiques) en fonction du status nutritionnel de la cellule. Or, notre style de vie moderne est caractérisé par une grande flexibilité au niveau des comportements alimentaire (heure des repas variable, grignotage, alimentation grasse,...) et cela est corrélé avec une forte augmentation de l'incidence des maladies métaboliques accompagnée de dérèglements de l'horloge. En particulier, les régimes high-fat entrainant de l'obésité sont associés à une importante perte d'amplitude des gènes d'horloge mais les mécanismes sous-jascents restent peu compris. Afin d'étudier ces questions, nous avons construit un modèle mathématique décrivant le couplage entre l'horloge du foie et les senseurs métaboliques SIRT1 et AMPK. Notre modèle reproduit précisément les données d'expression des principaux gènes d'horloge ainsi que l'effet d'une dérégulation de SIRT1 ou de l'AMPK. Dans ce modèle, l'activité de l'AMPK est considérée comme une mesure directe de l'alternance entre prise alimentaire et jeûne. Pour cette raison, nous nous sommes intéressés à l'effet de perturbations du rythme d'AMPK sur l'expression des gènes d'horloge. Le modèle montre qu'un amortissement du rythme d'AMPK donne lieu à une forte baisse d'amplitude dans l'expression des principaux gènes d'horloge et des niveaux de NAD+ similaire à ce qui est observé en régime high fat (ad libitum). Cela suggère fortement que les dérèglements de l'horloge observés dans ces conditions peuvent en bonne partie être expliqués par l'amortissement de l'activité de l'AMPK.Par ailleurs, des résultats expérimentaux récents (Hatori 2012) suggèrent une corrélation entre restauration de l'amplitude des gènes d'horloge et protection contre l'obésité en régime high fat. Le modèle permet de simuler l'administration pharmacologique d'un agoniste de l'horloge et montre que , suite un amortissement du rythme d'AMPK, l''amplitude des gènes d'horloge peut être restaurée mais uniquement si l'agoniste est administré à un moment bien précis de la journée. / To anticipate daily changes in their environment, most living organisms have evolved a circadian clock, which is synchronized to the diurnal cycle and orchestrates numerous biological functions. At organismal level, daylight is the main signal driving the clock. In multicellular organisms, however, clocks in peripheral organs respond to other cues. For example, the liver clock is primarily synchronized by fasting/feeding cycles and variations in the cellular metabolic state, as reflected by the NAD+/NADH and ATP/AMP ratios. To better understand the entrainment of peripheral circadian clocks by metabolic cycles, we have constructed a mathematical model of the mammalian circadian clock incorporating the metabolic sensors SIRT1 and AMPK. This model reproduces accurately experimental clock gene expression data from mouse liver in vivo and predicts correctly the effect of SIRT1 or AMPK loss-of-function. We used our mathematical model to investigate the response of the liver clock to various temporal patterns of AMPK activation, mimicking the effect of a normal diet, of fasting and of a high-fat diet feeding. Our results predict significant changes in clock gene expression and NAD+ time profiles between these situations. They suggest that the night peak in NAD+ level is due to circadian rhythms in NAMPT expression, while the day peak results from transient AMPK activation. Finally, we find that the loss of amplitude in expression rhythms observed when AMPK is depressed may be pharmacologically rescued using a timed REV-ERB agonist administration, suggesting strategies to fight against high fat diet-induced obesity.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2015-2016 / La maladie d’Alzheimer (MA) est la maladie neurodégénérative qui cause le plus important nombre de cas de démence. On estime que près de 15% des canadiens âgés de plus de 65 ans sont atteints de la MA. Avec le vieillissement de la population, le nombre de cas augmentera de manière substantielle dans les prochaines années. À l’heure actuelle, aucun traitement ne permet de ralentir la progression de la maladie. Pour plus de 99% des cas, ses causes exactes demeurent indéterminées. Toutefois, de nombreux facteurs de risque ont été identifiés. Parmi eux, on retrouve plusieurs facteurs liés au métabolisme énergétique dont l’obésité et le diabète de type 2 (DT2). De manière intéressante, des modifications du métabolisme, telles qu’une résistance à l’insuline centrale et périphérique, sont également observées chez les patients Alzheimer. Afin de mieux comprendre l’interaction entre le DT2 et la MA, nous avons d’abord étudié les altérations métaboliques chez la souris triple transgénique (3xTg-AD), un modèle murin de la MA. Nous avons, en premier lieu, observé une intolérance au glucose qui progresse avec l’âge, qui est plus importante chez les femelles et qui semble liée à l’accumulation du peptide beta-amyloïde (Aβ) humain dans le pancréas. Ensuite, nous avons nourri cette souris avec une diète riche en gras pour vérifier l’impact d’une aggravation des déficits métaboliques sur la pathologie Alzheimer. L’aggravation de l’intolérance au glucose chez les souris 3xTg-AD semblait liée à l’atrophie des îlots de Langerhans et, en conséquence, à une réduction de la production d’insuline en réponse à l’injection de glucose. En plus de l’aggravation des déficits métaboliques, la diète riche en gras a augmenté de manière drastique l’accumulation de la forme soluble du peptide Aβ dans le cortex et a déterioré la mémoire des souris 3xTg-AD. De manière intéressante, l’élévation du peptide Aβ et les troubles de la mémoire ont été rétablis par l’administration d’une seule dose d’insuline. Aussi, nous avons observé une augmentation du peptide Aβ dans le plasma 30 minutes à la suite de l’injection d’insuline, suggérant qu’il est possible que la baisse rapide du peptide soit en partie causée par une élévation de la clairance du peptide au cerveau. Ces résultats renforcent les évidences supportant le potentiel thérapeutique de l’insuline dans le traitement de la MA. Toutefois, les résultats chez les patients mettent en lumière l’inefficacité de l’administration intranasale d’insuline chez les porteurs de l’allèle 4 du gène de l’apolipoprotéine E (APOE4). Afin de comprendre les raisons qui expliquent cette différence de réponse à l’insuline chez les porteurs de l’APOE4, nous avons injecté des souris exprimant l’APOE3 et l’APOE4 humain avec de l’insuline dans le but de vérifier l’effet central et périphérique de l’insuline chez ces animaux. Les souris APOE4 montrent une plus importante élévation de la signalisation de l’insuline au cerveau comparativement aux souris APOE3. Cette plus haute réponse est aussi associée à une élévation plus importante de la phosphorylation de la protéine tau, un marqueur neuropathologique de la MA. En somme, ces résultats suggèrent qu’il existe un cercle vicieux entre la MA et le DT2. L’administration d’insuline a un potentiel thérapeutique intéressant pour la MA, malgré des effets limités chez les patients APOE4 en raison de son impact probable sur la phosphorylation de la protéine tau. / Alzheimer’s disease (AD) is the neurodegenerative disorder underlying most dementia cases. About 15% of canadians over 65 years suffer from AD. With the aging of the population, AD cases are expected to increase in years to come. Unfortunately, no treatment is able to slow down the progression of the disease. For more than 99% of the cases, the cause of the disease remain undetermined. However, several risks factors have been identified, including Type 2 Diabetes (T2D) which doubles the risk of developing AD at a later age. Interestingly, metabolic changes such as impaired peripheral and central insulin signaling were also identified in AD patients. To study the interelation between AD and diabetes, we first studied the impact of the induction of AD on peripheral metabolism in an animal model, the 3xTg-AD mouse. We found that the generation of AD neuropathology was associated to glucose intolerance, which progressed with age and was more important in females than in males. Furthermore, glucose intolerance was linked to the accumulation to human beta-amyloid peptide (Aβ) in the pancreas of 3xTg-AD mice. Next, we fed the 3xTg-AD mice a high-fat diet to see the impact of exacerbating metabolic deficits on AD-like neuropathology. The high-fat diet aggravated glucose intolerance and was linked to a reduce pancreatic islets size and impaired insulin production in response to glucose injection. Futhermore, high-fat diet was associated to an increased soluble Aβ accumulation in mice cortex as well as a deteriorated memory function. Interestingly, Aβ accumulation and memory funciton were restored with a single insulin injection. We also observed an increased plasma Aβ 30 min following insulin injection, suggesting that the peptide might be cleared from the brain following insulin administration. Those results strengthen the evidences suggesting that insulin might be an interesting therapeutical tool in AD. However, results in human patients using intranasal insulin suggest that APOE4 carrier do not benefit from insulin. To study the effect of APOE genotype on central insulin response, we injected APOE3 and APOE4 mice with a single insulin injection, five min before sacrifice. We found that APOE4 genotype was linked to a more important cerebral insulin signaling following insulin administration. Also, more increased phosphorylation of tau protein was observe in APOE4 mice injected with insulin. In summary, those results highlight the presence of a vicious circle between AD and T2D. Insulin administration might be an interesting therapeutical tool in AD, although it’s effects are limited in APOE4 patients.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2016-2017. / L’accumulation excessive de gras viscéral est un marqueur majeur des altérations cardiométaboliques associées à l’obésité, telles que les dyslipidémies, la résistance à l’insuline et l’inflammation chronique de faible intensité. À l’inverse, pour un même niveau d’adiposité, l’accumulation préférentielle de tissu sous-cutané semble conférer un effet neutre, voire protecteur. Plusieurs mécanismes peuvent contribuer à l’apparition de l’obésité viscérale et à sa relation avec les facteurs de risque cardiométabolique. L’objectif général de ce mémoire est d’examiner la contribution de l’alimentation et de la morphologie des adipocytes à la physiopathologie de l’obésité viscérale chez l’humain. Pour atteindre cet objectif, nous avons d’abord effectué une revue de la littérature sur la modulation de la distribution des graisses par les composants nutritionnels. Cette étude a révélé que l’effet des nutriments sur la distribution des graisses survenait en grande partie via son effet sur la masse grasse totale. Nous avons ensuite réalisé une analyse critique de la littérature sur l’hypertrophie adipocytaire comme un marqueur de la dysfonction du tissu adipeux. Cette étude a confirmé que la taille adipocytaire des dépôts sous-cutané et viscéral est un excellent prédicteur des altérations du profil lipidique et de l’homéostasie du glucose et de l’insuline, indépendamment des mesures d’adiposité totale. Nous avons également constaté que chaque technique de mesure de la taille adipocytaire générait des résultats variables, et ce, sur tout l’intervalle des valeurs d’indice de masse corporelle. Enfin, dans une étude originale visant à comparer trois techniques de mesure de la taille adipocytaire, nous avons démontré que le choix d’une technique n’influençait pas de manière prononcée les associations entre la taille adipocytaire et les facteurs de risque cardiométabolique ainsi que les associations avec les différentes mesures d’adiposité, régionales ou totales. En conclusion, l’hypertrophie de l’adipocyte viscéral humain est une mesure importante dans l’évaluation du risque associé à l’obésité. / Excess accumulation of visceral fat is a major marker of the cardiometabolic alterations associated with obesity such as dyslipidemia, insulin resistance and chronic low-grade inflammation. Conversely, for the same level of adiposity, preferential accumulation of subcutaneous adipose tissue has a neutral or protective effect. Several factors may contribute to the development of visceral adiposity and its relationship with cardiometabolic risk factors. The general objective of this master thesis is to examine the contribution of diet and the morphology of adipocytes in the pathophysiology of visceral obesity in humans. To achieve this goal, we first conducted a literature analysis on the modulation of fat distribution by nutritional components. This analysis revealed that the effect of nutrients on body fat distribution was mediated in large part by its effect on total fat accumulation. Second, we conducted a critical review of the literature on adipocyte hypertrophy as a marker of adipose tissue dysfunction. This study confirmed that adipocyte size of both subcutaneous and visceral depots is a strong predictor of alterations in the lipid profile and in glucose-insulin homeostasis, independently of adiposity. We also found that each of the measurement techniques for fat cell sizing generated variable results on the entire range of body mass index values. Third, in an original study aimed at comparing three measurement methods for cell sizing, we reported that the choice of technique had little impact on the associations between adipocyte size and cardiometabolic risk factors as well as the various adiposity indices, regional or total. In conclusion, human visceral adipocyte hypertrophy is an important measure to evaluate the risk associated with obesity.

L’obésité est une problématique dont la prévalence s’accroit de façon alarmante. Cet excès de poids est à l’origine de nombreux désordres métaboliques dont le diabète de type 2, les désordres hépatiques, la dyslipidémie et la dysbiose intestinale. Il est reconnu qu’une saine alimentation améliore l’état de santé des personnes souffrant d’obésité. Certains aliments bien spécifiques possèderaient des propriétés particulièrement bénéfiques limitant les répercussions négatives de l’obésité sur le métabolisme. Les petits fruits, dont la canneberge et le bleuet, sont parmi ces derniers. Les polyphénols contenus dans ces fruits sont des composés qui suscitent un grand intérêt. En effet, plusieurs de ces composés organiques dont notamment les proanthocyanidines ont été associés à l’amélioration de la qualité du profil du microbiote intestinal, contribuant à la santé de l’hôte. L’objectif du premier article présenté dans ce mémoire était d’évaluer les propriétés bénéfiques de différentes fractions de bleuets sauvages afin de prévenir les désordres métaboliques associés à l’obésité dans un modèle de souris soumises à une diète obésogène. L’objectif du second article présenté était de démontrer le lien existant entre l’administration d’un extrait de canneberge riche en polyphénols et les effets bénéfiques observés au niveau métabolique dans un contexte d’obésité en utilisant la technique de transfert du microbiote intestinal par adoption croisée. Somme toute, ces projets ont permis d’améliorer notre compréhension des mécanismes qui régissent l’interaction des polyphénols avec le microbiote intestinal dans un contexte d’obésité caractérisé par de multiples désordres métaboliques.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2007-2008. / Les travaux de recherche réalisés dans le cadre de ce projet avaient pour objectif d'étudier le rôle de la lipase endothéliale (LE) dans le métabolisme des lipoprotéines chez l'humain. L'impact de l'obésité et de l'inflammation sur les concentrations de LE a d'abord été étudié. Nous avons rapporté que les concentrations plasmatiques de LE étaient fortement corrélées à l'indice de masse corporelle (IMC) et à l'accumulation de tissu adipeux (TA) viscéral. L'absence d'ARNm de la LE dans les tissus adipeux viscéral et sous-cutané suggère qu'il serait très improbable que l'association entre la LE et l'obésité soit due à une augmentation de production de LE par les tissus adipeux. En revanche, ceci pourrait être le reflet de perturbations métaboliques majeures sous-jascentes, telles que l'inflammation. Nous avons effectivement rapporté que la variance des concentrations plasmatiques de LE étaient expliquée à 26.6% par un score inflammatoire (basé sur les concentrations plasmatiques de CRP, de IL-6 et de sPLA2-IIA), et ce, indépendamment de l'âge, des concentrations d'apoB, et de l'accumulation de TA viscéral. Ceci suggère que la relation entre l'obésité et les niveaux de LE en circulation pourraient en partie être reliée à l'inflammation. Nous avons par la suite observé une augmentation croissante des niveaux plasmatiques de LE chez les femmes préménopausées, les femmes postménopausées et les hommes. Nous avons rapporté que ces concentrations élevées de LE étaient associées à un profil lipidique pro-athérogène i.e. à des concentrations élevées de cholestérol, de triglycérides (TG), d'apoB et de LDL petites et denses ainsi qu'à une réduction de C-HDL. Les résultats d'études cinétiques chez ces sujets ont révélé que l'association entre la LE et un profil lipidique pro-athérogène pourrait s'expliquer par une élimination diminuée d'apoB-VLDL et par une production ralentie d'apoA-I. Finalement, l'étude du variant T111I dans le gène de la LE dans l'Étude des Familles de Québec a montré que ce polymorphisme semblait avoir un effet modeste sur les concentrations plasmatiques de HDL. Toutefois, la découverte d'une interaction gène-diète chez les femmes à l'étude suggère que le variant T111I pourrait conférer une protection contre la réduction des concentrations plasmatiques d'apoA-I et C-HDL3 habituellement causée par une alimentation riche en acides gras polyinsaturés. Ces observations demandent d'être reproduites chez un plus grand nombre de sujets. De plus, l'élévation des concentrations intravasculaires de LE chez les individus obèses ou ayant le syndrome métabolique pourraient être dues à la présence concomitante d'un état pro-inflammatoire. Cet aspect mérite davantage d'attention dans les études futures. / The objective of the present thesis was to investigate the role of endothelial lipase (EL) in human lipoprotein metabolism. First, we studied the impact of obesity and of a pro-inflammatory state on plasma EL concentrations. We reported that plasma EL Ievels were positively correlated with body mass index and visceral adipose tissue (AT) accumulation. The absence of EL mRNA in visceral and subcutaneous AT suggested that it would be unlikely that the association between EL and obesity might be due to an increased production of EL by AT. However, this could reflect major metabolic complications like inflammation. We have, indeed, reported that variance in plasma EL concentrations were explained at 26.6% by an inflammatory score (based on plasma concentrations of CRP, IL-6 and sPLA2- IIA), independently of age, apoB Ievels and visceral AT accumulation. This suggests that the relationship between obesity and plasma EL in circulation might be related, to some extent, to inflammation. We then observed progressively higher plasma EL Ievels among premenopausal women, postmenopausal women and men. We have reported that these higher Ievels in plasma EL were associated with a pro atherogenic lipid profile along with increased Ievels of cholesterol, TG, apoB and small dense LDL and reduced HDL-C. Results from kinetic studies in these subjects revealed that this association between EL and a deleterious lipid profile could be explained by a delayed clearance in VLDL-apoB and a reduced production of apoA-I. Finally, the investigation of the T111I variant in the EL gene in subjects of the Québec Family Study has shown that this SNP has a modest effect on plasma HDL concentrations. However, the apparent interplay between T111I and unsaturated fatty acid consumption suggests that this variant might protect against the réduction in plasma apoA-I and HDL3-C usually caused by a diet rich in polyunsaturated fatty acids. Thèse results need to be reproduced in a larger sample of subjects. The concomitant presence of a pro-inflammatory state in obesity and the metabolic syndrome might be an explanation for the increased plasma EL Ievels, and this issue deserves more attention in future studies.