Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2012-2013. / L’obésité et le diabète de type 2 (T2D) sont étroitement associés à la résistance à l’insuline, une maladie métabolique qui se développe suite à un défaut causé par une réduction de la signalisation de l’insuline et de sa clairance. Afin de comprendre la pathogenèse de la résistance à l’insuline plusieurs molécules qui régulent les voies de signalisation ainsi que la clairance sous contrôle du récepteur à l’insuline ont été étudiées, incluant la protéine tyrosine phosphatase (PTP) SHP1 et la molécule carcinoembryonic antigen-related cell adhesion molecule 1 (CEACAM1 or CC1) qui est régulée en aval sous le contrôle de SHP1. Les nombreuses isoformes de CC1 contribuent à différentes fonctions cellulaires. Dans le foie, l’isoforme CC1-L, qui est phosphorylée sur tyrosine (Tyr), joue un rôle métabolique essentiel dans la régulation de la clairance de l’insuline et dans la suppression de l’activité de la synthase des acides gras (FAS). Nous avons démontré que des souris invalidées pour CC1 (Cc1-/-) sous un régime standard faible en gras (SD) développent néanmoins une importante stéatose hépatique qui est démontré par une augmentation de triglycérides, de cholestérol total ainsi que de cholestérol estérifié dans le foie. Sous un régime contenant 55% de gras (HFD) ces mêmes souris démontrent une prédisposition au développement de la stéatose et dysfonction hépatique induite par le régime, indiqués par une accumulation de lipides hépatiques et une augmentation d’enzymes marqueurs de dommage hépatique dans la circulation. La stéatose hépatique dans la souris Cc1-/- est liée à une augmentation significative d’importantes enzymes lipogéniques et de la synthèse du cholestérol qui sont régulés suite à une augmentation de l’activité nucléaire des facteurs de transcription Srebp1c et Srebp2. Comparées aux souris contrôle sauvages (WT) les souris CC1-/- ont démontré une réduction de la clairance de l’insuline, une intolérance au glucose, une résistance à l’insuline hépatique et une augmentation d’expression des activateurs transcriptionels hépatiques PGC-1 et FoxO1. L’absence de CC1 a aussi exacerbé l’intolérance au glucose et la résistance à l’insuline hépatique induite par le régime à haute teneur de gras mais la clairance de l’insuline n’était pas diminuée dans les souris Cc1 -/-. Nos donnés indiquent que CC1 est un important régulateur de la lipogénèse hépatique et que les souris CC1-/- sont prédisposées à développer une stéatose hépatique qui mène à une résistance à l’insuline hépatique et des dommages dans le foie qui sont surtout évidentes sous un régime riche en lipides. Une importante Tyr phosphatase de CC1 est SHP1. Précédemment nous avons démontré que SHP1 est un important régulateur de l’homéostasie du glucose et de la clairance de l’insuline par le foie, cependant son rôle dans l’obésité liée au diabète reste méconnu. Nous rapportons ici que l’expression de SHP1 est significativement augmentée dans les tissus métaboliques de souris obèses sous régime HFD. Nous avons généré des souris invalidées pour SHP1 spécifiquement dans les hépatocytes (Ptpn6H-KO) pour investiguer le rôle de SHP1 dans le développement de la résistance à l’insuline et de la stéatose hépatique. Sous régime HFD les souris Ptpn6H-KO deviennent aussi obèses que les souris non invalidées pour SHP1 (Ptpn6f/f). Malgré ceci les souris Ptpn6H-KO démontrent une amélioration de la glycémie à jeun et une protection contre la résistance à l’insuline induite par l’obésité qui est confirmée par la suppression de la synthèse de glucose hépatique ainsi qu’une amélioration de l’activation du récepteur pour l’insuline avec une augmentation concomitante des voies de signalisation Akt. Il est aussi possible que la clairance de l’insuline accrue qu’on observe dans les souris Ptpn6H-KO soit due à une augmentation de la phosphorylation sur tyrosine de CC1. Les souris obèses Ptpn6H-KO montrent une augmentation de stéatose hépatique qui est le résultat de 1) une augmentation de lipogénèse hépatique associée à une augmentation importante de l’activité et de l’expression de SREBP-1 et des enzymes lipogéniques en aval FAS et ACC, 2) une augmentation de la captation postprandiale des acides gras qui est possiblement liée à une augmentation de l’expression du gène et de l’activité nucléaire de PPARγ, 3) une diminution de la sécrétion des triglycérides et de l’apolipoprotéine B sous le forme de lipoprotéines de très basse densité (VLDL). Étonnamment, malgré le niveau élevé de stéatose hépatique, le profil inflammatoire dans le foie des souris Ptpn6H-KO était similaire ou même amélioré comparé aux souris contrôles Ptpn6f/f et ceci était accompagné d’une diminution de dommage hépatocellulaire. Ces résultats démontrent que SHP1 est un nouveau médiateur de la résistance à l’insuline dans les hépatocytes et contribue à la détérioration du métabolisme du glucose induite par l’obésité. Chez la souris Ptpn6H-KO la stéatose hépatique induite par le régime suggère par ailleurs un autre rôle de SHP1 dans la régulation du métabolisme hépatique des lipides. Malgré le fait que CC1 et SHP1 se retrouvent dans le même complexe que Cdk2 et le récepteur de l’insuline, ils jouent des rôles opposés, CC1 étant un régulateur positif et SHP1 un régulateur négatif de la clairance de l’insuline. Ceci est en accord avec la régulation hépatique par le glucose des voies de signalisation de l’insuline pour ces deux molécules car les souris Cc1-/- démontrent une détérioration du métabolisme du glucose et de la signalisation de l’insuline alors que les souris Ptpn6H-KO démontrent une amélioration. Notre observation de stéatose hépatique chez ces deux modèles animaux suggère que CC1 et SHP1 limitent la synthèse et l’entreposage des lipides hépatiques de façon dépendante ou indépendante de la signalisation de l’insuline. Les résultats de ces études utilisant des modèles invalidés pour CC1 ou SHP1 révèlent des mécanismes du contrôle de la synthèse de glucose hépatique et du métabolisme des lipides qui sont très complexes et distincts. En plus ces résultats nous apportent une compréhension importante de la régulation hépatique de l’action et de la clairance de l’insuline. / Obesity and type 2 diabetes mellitus (T2D) are tightly associated with a common link, insulin resistance, a metabolic disorder developed from defective insulin action involving impaired insulin signaling and clearance. To investigate the pathogenesis of insulin resistance, many molecules modulating its signaling pathways as well as insulin receptor-mediated insulin clearance have been studied, including the protein tyrosine phosphatase (PTP) SHP1 and its regulated downstream molecule carcinoembryonic antigen-related cell adhesion molecule 1 (CEACAM1 or CC1). CC1 in multiple isoforms contributes differentially to various cellular functions, the tyrosine (Tyr)-phosphorylated isoform of CC1 (CC1-L) is known to play an essential metabolic role in the hepatic regulation of insulin clearance and insulin-mediated acute inhibition of fatty acid synthase (FAS) activity. We have found that CC1-deficient (Cc1-/-) mice on standard diet (SD) already develop spontaneous hepatic steatosis with significantly elevated accretion of triglyceride (TG), total and esterified cholesterol. When challenged with a 55% kcal high-fat diet (HFD), these mice show greater susceptibility to the development of diet-induced hepatic steatosis and dysfunction, indicated by higher hepatic lipid content and serum levels of hepatic enzymes as markers of liver damage. Hepatic steatosis in the Cc1-/- mice is linked to a significant increase of key lipogenic (FAS, ACC) and cholesterol synthetic (HMGCR) enzymes, which is a result of increased nuclear activity of their positive gene transcription factors Srebp1c and Srebp2. Compared to their wild-type (WT) littermate controls, Cc1-/- mice exhibited impaired insulin clearance, glucose intolerance, liver insulin resistance, and elevated hepatic key gluconeogenic transcriptional activators Pgc1 and FoxO1. Lack of CC1 also exacerbated the HFD-induced glucose intolerance and hepatic insulin resistance, while insulin clearance was not further deteriorated. These data demonstrate that CC1 is a key regulator of hepatic lipogenesis and that Cc1-/- mice are predisposed to liver steatosis, leading to hepatic insulin resistance and liver damage, particularly when chronically exposed to dietary fat. An important Tyr phosphatase of CC1, SHP1, has been found previously by our lab to regulate glucose homeostasis and liver insulin clearance, but its potential implication in obesity-linked insulin resistance and hepatic steatosis has not yet been examined. We hereby report that SHP1 expression is significantly upregulated in metabolic tissues of HFD-fed obese mice. We have also further investigated the role of hepatocyte SHP1 in promoting insulin resistance and hepatic steatosis by generating hepatocyte-specific SHP1 knockout mice (Ptpn6H-KO). Upon HFD feeding, Ptpn6H-KO mice develop obesity as their Ptpn6f/f littermates. With consistently improved fasting glycemia, these mice are protected from obesity-induced liver insulin resistance as revealed by normalized insulin suppression of hepatic glucose production and hepatic insulin signaling with improved activation of insulin receptor and downstream signaling through Akt. More rapid insulin clearance in Ptpn6H-KO mice due to heightened CC1 tyrosine phosphorylation is also a possible contribution to the improved insulin action. Unexpectedly, obese Ptpn6H-KO mice exhibit enhanced hepatic steatosis. In detailed mechanisms, this is a result of 1) augmented hepatic lipogenesis, marked by upregulated activity and expression of SREBP-1 as well as the downstream regulated lipogenic enzymes such as FAS and ACC, 2) increased postprandial fatty acid uptake, possibly linked to the upregulation of PPAR gene expression and nuclear activity, and 3) decreased postprandial TG output in apolipoprotein B (ApoB)-associated lipoprotein particles, i.e. very low density lipoprotein (VLDL). More interestingly, the steatotic livers of these Ptpn6H-KO mice display comparable or even reduced level of inflammation accompanied by significantly less hepatocellular damage than that in their Ptpn6f/f counterparts. These results present hepatocyte SHP1 as a novel mediator of insulin resistance compromising hepatic glucose metabolism in diet-induced obesity. The enhanced diet-induced hepatic steatosis in Ptpn6H-KO mice provides a new role for SHP1 in liver lipid metabolism and further supports the bifurcation of insulin signaling in the regulation of hepatic glucose and lipid homeostasis or also confirms a possible disconnection between hepatic regulation of glucose and lipid metabolism. Although both CC1 and SHP1 are found in the same complex with Cdk2 and insulin receptor to regulate insulin clearance, they play opposing roles as CC1 is the positive regulator and SHP1 being the negative one. This is in accordance with the hepatic glucoregulation of insulin signaling for both molecules, since Cc1-/- mice show impaired glucose metabolism and insulin signaling whereas Ptpn6H-KO mice exhibit improvement. Interestingly, our observation of hepatic steatosis in both animal models, though with different characteristics, suggests that both CC1 and SHP1 limit hepatic lipid synthesis and storage, dependent or independent of insulin signaling. Findings from these studies using animal models lacking CC1 and SHP1 reveal complex and differential regulatory mechanisms of hepatic glucose and lipid metabolism, and they also provide important understanding of the hepatic regulation of insulin action and clearance.

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.

Chez l’humain, l’acyl-CoA : diacylglycérol acyltransférase (DGAT), une enzyme transmembranaire localisée au niveau du réticulum endoplasmique, joue un rôle important dans la synthèse des triglycérides puisqu’elle catalyse l’étape ultime de la synthèse de ces molécules lipidiques. Cette enzyme pourrait être impliquée dans la pathogénèse de l’obésité et dans le développement des complications métaboliques qui lui sont associées. Nous avons étudié les différences régionales dans l’activité de la DGAT dans des échantillons adipeux de femmes minces à obèses. Nous avons démontré que l’obésité abdominale n’est pas associée à des altérations dans l’activité de la DGAT lorsque cette dernière est exprimée par µg protéine ou par 1000 cellules. Par ailleur, un taux de synthèse défectueux des triglycérides était associé à un enrichissement en triglycérides des lipoprotéines sanguines, ainsi qu’à une plus grande adiposité lorsque l’activité de la DGAT était exprimée par mg lipide. / In humans, the acyl-CoA : diacyglycerol acyltranferase (DGAT), a transmembrane enzyme mainly found in the endoplasmic reticulum, plays an important role in triglyceride synthesis as it catalyses the final step in the synthesis of these lipid molecules. Studies in animals and humans have demonstrated that this enzyme is implicated in the pathogenesis of obesity. We examined the relationship between DGAT activity and total adiposity, as well as body fat distribution, adipocyte size and the metabolic profile, with a particular emphasis on blood lipoprotein composition. We found that abdominal obesity is not related to alterations in DGAT activity when expressed per g microsomal protein or 1000 cells. A defect in TG synthesis rate is predictive of adiposity and blood lipoprotein TG enrichment only when considering DGAT activity per tissue lipid mass.

L'obésité est une maladie associée à de nombreux désordres métaboliques tels que le diabète de type 2, la dyslipidémie, les maladies hépatiques et cardiovasculaires ainsi que la dysbiose intestinale. L'ensemble de ces désordres peut fortement affecter la qualité et l'espérance de vie des individus qui en sont atteints. À l'heure actuelle, l'augmentation dramatique du nombre de personnes touchées par l'obésité démontre notre inefficacité à prévenir et combattre ces troubles par la pharmacopée. La mise en marché par l'industrie de diètes prétendues miraculeuses se traduit la plupart du temps en une prise de poids et des altérations métaboliques à long terme chez ceux qui en font usage. À cela, s'ajoute l'environnement obésogène dans lequel nous évoluons qui contribue à alimenter cette problématique. Il est donc primordial de trouver des stratégies alternatives ou complémentaires pour améliorer la santé de nos populations. Dans les dernières années, le microbiote intestinal qui représente l'ensemble des microorganismes peuplant le tube digestif est apparu comme une cible d'intervention potentielle pour combattre l'obésité et ses désordres métaboliques. De nombreuses évidences ont démontré la capacité du microbiote intestinal de contribuer à notre propension à développer, ou à être protégé, contre l'obésité et les désordres associés. La majorité des polyphénols provenant de fruits qui font notamment partie d'une saine alimentation ne sont pas absorbés au niveau du petit intestin permettant ainsi leur contact direct avec l'importante charge bactérienne peuplant le tube digestif inférieur de l'hôte. Par conséquent, de nombreux effets métaboliques désirables sont générés grâce à ces multiples interactions. Dans cette thèse, nous avons d'abord évalué l'effet préventif de diverses fractions d'extraits polyphénoliques de fruits sur le développement de désordres métaboliques associés à l'obésité. Nos données suggèrent que les proanthocyanidines (PAC) présents dans les bleuets sauvages sont impliqués dans les effets bénéfiques de ce petit fruit. En effet, nous avons observé, chez les souris soumises à une diète obésogène recevant les PAC de bleuets sauvages, une amélioration de la tolérance au glucose, une restauration partielle de l'intégrité de la paroi de l'épithélium intestinale et des changements dans la composition du microbiote intestinal. Nous avons ensuite étudié l'effet de l'environnement sur le développement d'un phénotype métabolique associé à une diète obésogène et la colonisation du microbiote intestinal dans divers contextes. Dans un premier temps, nous avons démontré que l'environnement postnatal prédomine sur l'environnement prénatal afin de déterminer le risque de développer des désordres métaboliques à l'âge adulte, et ce, en utilisant une technique d'adoption croisée. Il est intéressant de constater que les effets observés en période postnatale étaient fortement dépendants du sexe de l'animal. Cet important dysmorphisme sexuel nous a également permis de souligner l'importance d'évaluer l'effet d'une intervention nutritionnelle autant chez les mâles que chez les femelles lors de l'utilisation de modèles animaux. Dans un deuxième temps, l'hébergement de souris axéniques colonisées avec le contenu fécal de souris donneuses soumises à une diète obésogène et traitées avec des PAC de canneberge dans deux environnements distincts (SPF vs GF) a révélé l'importance de ces derniers. En effet, nous avons observé une exacerbation de l'accumulation de triglycérides au foie associée à une diète obésogène chez les souris hébergées dans le secteur SPF tandis que les souris hébergées dans le secteur GF présentaient des améliorations de ce paramètre par rapport à leur groupe contrôle, et ce, même si les souris étaient colonisées avec le même contenu fécal. Nos résultats suggèrent ainsi que l'environnement externe exerce une forte pression sur le microbiote intestinal et est capable d'influencer le développement d'un phénotype métabolique associé à la transplantation d'un même contenu fécal. Ces résultats mettent également en évidence l'importance de standardiser l'utilisation de technique de transfert du microbiote intestinal dans des modèles de souris axéniques afin d'assurer la reproductibilité des résultats en recherche fondamentale. / Obesity is associated with several metabolic disorders such as type 2 diabetes, dyslipidemia, liver and cardiovascular diseases as well as intestinal dysbiosis who strongly affect life expectancy of individuals suffering from them. The dramatic increase of people with obesity demonstrates our inability to prevent and treat these disorders through pharmacopoeia. The use of so-called miracle diets promoted by the industry often results in weight gain and long-term metabolic alterations in individuals. In addition, the obesogenic environment in which we evolve contributes to forge this issue. It is therefore essential to find alternative or complementary strategies to improve the health of our populations. In recent years, the intestinal microbiota, which represents all microorganisms that inhabit the digestive tract, has emerged as a potential target to prevent and treat obesity-associated metabolic disorders. Many evidence have demonstrated the contribution of the intestinal microbiota to our susceptibility to develop, or to be protected, against obesity-associated disorders. Polyphenols, which are part of a healthy eating, are not absorbed in the upper part of the intestine allowing their direct contact with the host and intestinal bacteria. Many desirable metabolic effects are generated due to these multiple interactions. In this thesis, we first evaluated the preventive effect of different fractions of fruit polyphenolic extracts on the development of obesity-associated metabolic disorders. Our results suggest that proanthocyanidins (PAC) present in wild blueberries are responsible for the beneficial effects of this small fruit. Indeed, we observed in mice submitted to an obesogenic diet receiving wild blueberry PAC an improved glucose tolerance, a partial restoration of the intestinal epithelium integrity and changes of the intestinal microbiota composition. We then studied the effect of the environment on the development of a metabolic phenotype associated with an obesogenic diet and the colonization of the intestinal microbiota in various contexts. We first demonstrated using a cross-fostering technique that postnatal environment can over ride prenatal environment in determining the risk of developing metabolic disorders in adulthood. Interestingly, the effects observed in the postnatal period were highly dependent on the sex of the mice. This strong sexual dysmorphisme observed highlighted the importance of assessing the effect of a nutritional intervention in both males and females when using animal models. In another study, housing axenic mice colonized with the fecal content of donor mice subjected to an HFHS diet and treated with cranberry PAC in two distinct environments (SPF vs GF) revealed the importance of the latter. We observed an exacerbated liver triglyceride accumulation associated with the consumption of an HFHS diet in gnotobiotic mice housed in the SPF sector while mice housed in the GF sector showed reduced liver triglycerides compared to the HFHS-fed control group. These effects were observed even though mice from each group were colonized with the same fecal content. Our results suggest that the environment exerts a strong pressure on the gut microbiota and can influence the development of a metabolic phenotype associated with the transplantation of the same fecal content. These results also highlight the importance of standardizing the use of gnotobiotic mice models to ensure reproducibility of research results.

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.

Les microhémorragies cérébrales (MHC) sont caractérisées par une rupture des petits vaisseaux intracérébraux, conduisant à des épanchements sanguins d’un diamètre inférieur à 5 mm chez l’Homme, et considérées sans gravité. Malgré leur dimension microscopique et leur caractère silencieux, elles sont de plus en plus prises en compte par les cliniciens car elles peuvent représenter une fragilité vasculaire et refléter la sévérité d’une pathologie neurovasculaire sous-jacente. Leur toxicité pour le tissu cérébral est souvent spéculée mais n’a jamais été démontrée, laissant planer le doute à propos de leur impact potentiel sur l’apparition ou la précipitation d’un déclin cognitif. De plus, il est difficile de connaitre les effets propres des MHC car elles sont souvent associées à une pathologie dont les caractéristiques viennent influencer les effets observés. C’est dans ce contexte que nous avons développé une nouvelle méthode d’induction de MHC disséminées chez la souris saine. En plus de l’étude de l’impact de ces lésions au niveau histologique et comportemental à court et à long terme, nous avons évalué l’influence de facteurs de risque vasculaires (par un traitement anticoagulant oral) et métaboliques (par le biais d’une alimentation riche en gras) sur leur sévérité. Nos investigations ont permis de montrer que la présence de MHC disséminées dans un contexte sain est responsable de l’apparition progressive d’une altération de la mémoire de reconnaissance visuelle chez la souris. L’ajout d’un traitement anticoagulant oral augmente la sévérité des lésions mais qui restent cependant silencieuses à court terme, hormis pour la warfarine responsable de transformations hémorragiques mortelles. De même, la présence de troubles métaboliques n’a que peu d’impact sur la gravité des poids microhémorragiques observés. Dans les deux cas, la présence de MHC ne provoque pas de précipitation ou d’aggravation du déclin cognitif induit à long terme. Ainsi, les facteurs de risque vasculaires et métaboliques ne semblent pas avoir d’influence directe sur la toxicité induite par les MHC dans un contexte d’altération cognitive non neurodégénérative. / Cerebral microhemorrhages (CMH) are characterized by the rupture of small intracerebral vessels, leading to blood effusions with a diameter of less than 5 mm in Humans, and considered as asymptomatic. Despite their microscopic size and their silent nature, they are increasingly taken into account by clinicians because they can reflect a vascular fragility and the severity of underlying neurovascular diseases. Their toxicity to the brain tissue is often speculated but has never been demonstrated, raising doubt about their potential impact on the onset or on the evolution of cognitive decline. Moreover, it is difficult to know the specific effects of CMH because they are often associated with a pathology whose characteristics influence the results observed. In this context, we have developed a new method of induction of disseminated CMH in healthy mice. In addition to investigate the histological and behavioral impact of these lesions in the short and in the long term, we assessed the influence of vascular risk factors (through oral anticoagulant treatments) and metabolic disorders (through a high fat diet) on their severity. Our investigations demonstrate that the presence of disseminated CMH in a healthy context induce a progressive impairment of visual recognition memory in mice. The addition of an oral anticoagulant treatment increases the severity of the lesions but they remain silent in the short term, except for the warfarin which provokes fatal hemorrhagic transformations. Similarly, the presence of metabolic disorders has little impact on the severity of microhemorrhagic burdens. In any case, the presence of CMH does not precipitate or aggravate the long-term cognitive decline. Thus, vascular and metabolic risk factors do not appear to have a direct influence on CMH-induced toxicity in a context of non-neurodegenerative cognitive impairment.

L’obésité et ses complications métaboliques dont notamment la stéatose hépatique non alcoolique, sont principalement attribuables à des facteurs environnementaux, parmi lesquels la diète joue un rôle majeur. Il est donc justifié pour les scientifiques de s’intéresser à l’effet des aliments sur cette pathologie, à commencer par les acides gras oméga-3 dont les effets bénéfiques sur la santé métabolique ont été démontrés. La découverte récente du rôle du microbiote intestinal et de ses interactions, non seulement avec les nutriments mais également avec les fonctions métaboliques de l’hôte, ouvre un nouveau champ de recherche. L’étude proposée dans ce mémoire avait pour but de déterminer le lien entre l’obésité, le microbiote intestinal et les acides gras oméga-3. Les résultats démontrent que certains des effets bénéfiques attribués aux acides gras oméga-3 sont dépendants du passage de ces acides gras dans la lumière du tube digestif. La prévention de l’accumulation des triglycérides hépatiques est en effet seulement induite lorsque les acides gras oméga-3 transitent par l’intestin, tandis que leur seule présence au niveau tissulaire est insuffisante pour provoquer ces effets. De même, le passage des acides gras oméga-3 par le tube digestif est associé avec une augmentation de la masse du caecum, ce qui suggère également une implication de la flore intestinale, mais qui demeure toutefois à confirmer par des analyses métagénomiques.

Titre de l'écran-titre (visionné le 30 octobre 2023) / L'épilepsie est une condition neurologique caractérisée par la survenue spontanée de crises résultant d'une activité neuronale synchrone et excessive. Récemment, des mutations dans les gènes du complexe GATOR1 (DEPDC5, NPRL2 et NPRL3) ont été impliquées dans les épilepsies focales familiales (EFF). Bien que les mécanismes moléculaires sous-jacents de la maladie ne soient pas encore compris, une hyperactivité de la voie de signalisation mTORC1 constitue une caractéristique bien établie des EFF reliées à GATOR1. Dans la cellule, GATOR1 est un complexe protéique essentiel dans la détection des acides aminés et il agit comme répresseur de la voie de signalisation mTORC1 lorsque les niveaux d'acides aminés intracellulaires sont bas. mTORC1 joue un rôle central dans la régulation de la croissance cellulaire et contrôle plusieurs processus cellulaires incluant la synthèse protéique et l'autophagie. Une dérégulation de la voie mTORC1 est impliquée dans plusieurs maladies, dont l'épilepsie. Malgré l'importance biologique et clinique de GATOR1, les mécanismes régulant son activité demeurent peu connus. Par l'utilisation de lignées de cellules mutantes, ce projet vise donc à identifier de nouveaux mécanismes biochimiques de régulation de GATOR1 afin de contrôler l'activité de mTORC1 et de mieux comprendre les conséquences moléculaires des mutations de GATOR1 contribuant à l'EFF. En déterminant l'impact fonctionnel de variants de NPRL2 reliés à l'EFF, j'ai montré qu'une portion de ces variants ont perdu leur capacité à réprimer mTORC1 dans des conditions nutritionnelles sous-optimales, ce qui supporte l'hyperactivité de mTORC1 comme mécanisme pathogénique sous-jacents de la maladie. Ce projet a également montré que le variant pathogénique L105P de NPRL2 est incapable de s'associer avec NPRL3 and DEPDC5, ce qui semble souligner le rôle crucial du résidu leucine 105 (Leu105) de NPRL2 dans la formation du complexe GATOR1. Par ailleurs, ce projet a montré que l'acétylation se produit sur certains résidus lysine de NPRL2 retrouvés à proximité du site Leu105. L'acétylation sur ces résidus s'est révélée plus abondante sur le mutant L105P que sur la protéine sauvage. Ces résultats proposent donc NPRL2 comme une cible potentielle sujette à la régulation par l'acétylation, laquelle pourrait avoir pour effet d'abolir les interactions protéiques entre les membres de GATOR1. / Epilepsy is a complex neurological disorder characterized by spontaneous seizures due to excessive neuronal activity. Mutations in the GATOR1 genes (DEPDC5, NPRL2 and NPRL3) have recently been linked to familial focal epilepsy (FFE). The molecular mechanisms underlying the disease are currently unknown, yet hyperactive mTORC1 signaling is an established feature of GATOR1-related epilepsies. The GATOR1 complex is an essential amino acids sensor that acts to repress the mTORC1 signaling pathway when intracellular amino acids levels are low. mTORC1 is a master regulator of cell growth that controls multiple cellular processes such as protein synthesis and autophagy. Dysregulation of mTORC1 contributes to many diseases including epilepsy. Despite the clinical and biological importance of GATOR1, little is known about its regulation. Through the use of mutant cell lines, this project aims to investigate novel biochemical regulatory mechanisms of GATOR1 that control mTORC1 activity, and to understand the molecular mechanisms underlying GATOR1-dependent epilepsies. Functional assessments of FFE-related NPRL2 variants in NPRL2-null cells revealed that some variants completely prevent the ability of GATOR1 to repress mTORC1 under starvation conditions. This further supports the dysregulation of mTORC1 as the main pathogenic mechanism underlying the disease. Additionally, I demonstrated that the pathogenic NPRL2 variant L105P is unable to associate with NPRL3 and DEPDC5, suggesting the critical role of NPRL2 Leu105 residue in organizing the assembly of GATOR1 complex. Finally, I showed that NPRL2 is acetylated on conserved lysine residues that are adjacent to the Leu105 site. Acetylation on Lys103 and Lys104 residues was more abundant in the mutant L105P compared to the wild-type NPRL2. These results suggest NPRL2 as a potential novel target of regulation by lysine acetylation, which may act as an impediment to protein interactions within the GATOR1 complex. Future work aimed at determining the functional consequences of lysine acetylation in NPRL2 will be necessary.

Les femmes qui ont eu un diabète gestationnel durant la grossesse sont prédisposées à des complications cardiométaboliques telles que le diabète de type 2, le syndrome métabolique ou encore les maladies cardiovasculaires. Certains comportements pourraient limiter le développement de ces complications chez ces femmes en période postpartum, telles que l’adoption de saines habitudes alimentaires, la pratique d’activité physique ainsi que l’allaitement. Des études d’intervention visant la réduction des risques de santé chez les femmes avec antécédent de diabète gestationnel ont été réalisées auparavant, mais la plupart d’entre elles comportaient plusieurs limites et n’étaient pas adaptées à la réalité des mères. L’objectif de ce projet de recherche était donc de déterminer la faisabilité d’une intervention d’un an visant la diminution des complications cardiométaboliques chez les femmes avec antécédent de diabète gestationnel par la promotion des saines habitudes de vie en période postpartum. Les résultats de cette étude ont permis de démontrer que les femmes présentent un intérêt envers un programme de suivi après la grossesse ainsi que d’identifier les aspects méritant davantage d’attention dans l’élaboration d’une intervention chez cette population. En effet, le taux de rétention moyen des participantes dans cette étude était inférieur à 75%, avec 94% des femmes du groupe intervention qui ont complété l’étude et 50% des femmes du groupe contrôle. Le taux de complétion des rencontres était de 100% chez les femmes qui sont restées dans l’étude jusqu’à 12mois postpartum, et ce, dans les deux groupes. De plus, 89% des femmes étaient satisfaites par l’intervention, soit 93% et 80% des femmes des groupes intervention et contrôle, respectivement. Ainsi, les résultats de l’étude soulignent l’importance de poursuivre les recherches auprès de cette population afin de justifier l’implantation de programmes de suivi structurés chez ces femmes en période postpartum dans le futur. / Women who had gestational diabetes during pregnancy are predisposed to cardiometabolic complications such as type 2 diabetes, metabolic syndrome, or even cardiovascular disease. Some behaviors could limit the development of these complications in these women in the postpartum period,such as adopting healthy eating habits, practicing physical activity, and breastfeeding. Intervention studies aimed at reducing health risks in women with a history of gestational diabetes have been carried out previously, but they had several limitations and were not adapted to the reality of mothers. The objective of this research project was therefore to determine the feasibility of a one-year intervention aimed at reducing cardiometabolic complications in women with a history of gestational diabetes by promoting healthy lifestyle habits in the postpartum period. The results of this study made it possibleto demonstrate that women have an interest in a post-pregnancy follow-up program as well as toidentify the aspects that deserve further attention in the design of an intervention in this population. Indeed, the average retention rate of participants in this study was less than 75%, with 94% of the women in the intervention group who completed the study and 50% of the women in the control group. The completion rate of sessions was 100% in women who remained in the study for up to 12 months postpartum in both groups. In addition, 89% of women were satisfied with the intervention, i.e. 93%and 80% of women in the intervention and control groups, respectively. Thus, the results of this study discuss the importance of further research in this population in order to implement postpartum follow-up programs in these women in the future.

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.