Le vieillissement démographique qui caractérise le Canada engendre une augmentation des maladies liées à l'âge, au premier rang desquelles figurent les démences et la maladie d'Alzheimer, le type le plus fréquent. Des études observationnelles suggèrent que les vitamines antioxydantes affectent le risque de démence; les associations sur les atteintes cognitives sont moins connues. Le présent travail visait à déterminer l'association entre la prise de suppléments de vitamines E et C, et l'incidence de la maladie d'Alzheimer et des atteintes cognitives à partir des données de l'Étude sur la santé et le vieillissement au Canada. Les résultats obtenus révèlent que la prise de suppléments est associée à un risque significativement réduit de maladie d'Alzheimer. Par ailleurs, une association protectrice, à un moindre degré, a été observée entre les suppléments et les atteintes cognitives. Ces résultats appuient l'hypothèse que les vitamines antioxydantes pourraient prévenir le développement des atteintes cognitives précédant la démence.

Chez un individu vieillissant, le développement graduel d’un grand nombre de petites failles moléculaires couplé à des défauts de réparation conduisent à l’apparition possible d’un large panel de pathologies dites associées au vieillissement. Les syndromes progéroïdes segmentaires, comme le syndrome de Werner, phénocopient en partie les observations faites lors du vieillissement classique des individus. A ce jour, 83 mutations différentes affectant le gène WRN ont pour conséquence l’émergence précoce de cataractes, d’un blanchiment et d’une perte des cheveux, de l’ostéoporose, du diabète de type II ou de l’athérosclérose chez les sujets dont les deux allèles du gène WRN sont mutés. Bien que la protéine WRN joue un rôle important dans le métabolisme du génome nucléaire, les liens qui unissent la perte d’une protéine WRN fonctionnelle avec le développement de pathologies associées au vieillissement n’ont pas été clairement définis. L’orthologue de la protéine WRN chez la souris a autorisé la genèse de deux modèles murins du syndrome de Werner. Ayant pourtant perdues toute synthèse de la protéine Wrn, les souris Wrn-/- ne présentent pas d’affection sévère ni de réduction de leur espérance de vie. A l’inverse, les souris WrnΔhel/Δhel produisent une protéine délétée d’une partie du domaine hélicase, la protéine WrnΔhel. Ces souris souffrent de nombreuses pathologies communes aux patients atteints du syndrome de Werner occasionnant la réduction de leur espérance de vie. Le projet de recherche associé à cette thèse doctorale avait pour but de caractériser les différents stresses et dysfonctionnements qui séparent ces deux modèles murins et qui expliqueraient la dichotomie entre leurs états de santé. La découverte de la perte totale de fonctions enzymatiques de la protéine WrnΔhel et surtout de sa mauvaise localisation subcellulaire constitue un résultat clé du projet. Ainsi, en plus de perdre une protéine Wrn nucléaire, les souris WrnΔhel/Δhel gagnent une protéine WrnΔhel mutante potentiellement toxique au bon fonctionnement de compartiments cytoplasmiques comme les peroxysomes et le réticulum endoplasmique, contrairement aux souris Wrn-/-. Dès l’âge de quatre/cinq mois, cette protéine WrnΔhel mal localisée engendre des changements du protéome et un stress oxydatif dans le réticulum endoplasmique des hépatocytes qui répondent au travers de certains acteurs de la voie de réponse aux protéines mal repliées (Unfolded Protein Response, UPR). De manière intéressante, une étude précédente avait montré que, malgré leur capacité à produire leur propre ascorbate grâce à la gulonolactone oxydase (Gulo), un apport additionnel de 0,4% d’ascorbate (p/v) à l’eau mise à disposition des souris WrnΔhel/Δhel à partir du sevrage empêchait l’apparition de pathologies et allongeait leur espérance de vie. Cette thèse doctorale a décelé que même si cet apport exogène d’ascorbate ne modifie pas la quantité de protéine WrnΔhel toujours mal localisée, la disponibilité plus importante de cet anti-oxydant et de ce co-facteur réussit à combler l’ensemble des besoins subcellulaires afin de lutter efficacement contre le stress oxydatif et d’aider à l’obtention d’un protéome fonctionnel. Puisque les patients atteints du syndrome de Werner ne synthétisent pas de novo de l’ascorbate et que cette synthèse endogène chez les souris WrnΔhel/Δhel complique l’évaluation de l’impact de l’ascorbate sur leur santé, ce projet de recherche avait également pour objectif la genèse d’un nouveau modèle murin qui dépend entièrement d’une source exogène de vitamine C à cause d’une invalidation du gène Gulo. Le gain d’une protéine WrnΔhel mal localisée et l’incapacité à produire de l’ascorbate impactent drastiquement l’espérance de vie, le profil métabolique et immunitaire des souris WrnΔhel/Δhel/Gulo-/- traitées avec 0,01% de vitamine C. Ces souris sont également stériles, montrent un hypogonadisme testiculaire et souffrent d’ostéopénie marquée à l’image des patients du syndrome de Werner. Les besoins accrus en vitamine C de ces souris mènent à l’apparition d’une hypovitaminose C plus sévère que chez des souris Gulo-/- soumises au même traitement. Cette carence se reflète au niveau subcellulaire par la présence d’un stress oxydatif hépatique marqué ainsi que par l’activation exacerbée des acteurs de l’UPR. Un apport de 0,4% de vitamine C chez les souris WrnΔhel/Δhel/Gulo-/- réussit à étendre leur espérance de vie et à contrecarrer des stresses subcellulaires mais conduit de manière intrigante à l’âge de quatre/cinq mois à un profil métabolique semblable à celui de souris de type sauvage de 20 mois. De manière générale, les résultats obtenus à l’issue de ce projet doctoral ont mis en lumière l’impact de la vitamine C sur l’état de santé de modèles murins du syndrome de Werner. / For an aging individual, the gradual buildup of a huge number of molecular tiny faults combined with repair defects lead to the possible appearance of various age-related pathologies. Segmental progeroid syndromes like the Werner syndrome partly phenocopy the observations collected from classical aging process of individuals. To date, 83 different mutations affecting the WRN gene are known and result in premature onset of cataracts, graying and hair loss, osteoporosis, type II diabetes and atherosclerosis. Even if the WRN protein plays a major role in the metabolism nuclear genome, the links which relate the loss of a functional WRN protein to the development of ageassociated diseases are not clearly defined. The existence of a mice orthologue of the WRN protein has made possible the genesis of two Werner syndrome mice models. Even without any synthesis of the Wrn protein, Wrn-/- mice do not display any severe pathologies or a shorter lifespan. In contrast, WrnΔhel/Δhel mice produced a Wrn protein lacking part of the helicase domain, the WrnΔhel protein. These mice exhibit many phenotypic features of the Werner syndrome which result in the reduction of their lifespan. The research project associated to this doctoral thesis aimed to characterise different stresses and dysfunctions which differentiate these two mice models and which may explain the dichotomy between their health status. The discovery of the complete loss of enzymatic functions of the WrnΔhel protein, but also its subcellular mislocalization, is a key outcome of the project. Thus, unlike Wrn-/- mice, beside losing a nuclear Wrn protein, WrnΔhel/Δhel mice gain a mutated WrnΔhel protein that is potentially toxic for the proper function of cytoplasmic compartments such as peroxisomes and the endoplasmic reticulum. At the age of four/five months, the mislocalized WrnΔhel protein leads to proteome changes and oxidative stress into the endoplasmic reticulum of hepatocytes which response through some key actors of the Unfolded Protein Response (UPR). Interestingly, one previous study has shown that, despite their ability to produce their own ascorbate thanks to the gulonolactone oxidase (Gulo), an additional ascorbate supplementation (0.4% (w/v) added to drinking water of WrnΔhel/Δhel mice since weaning, prevents the emergence of pathologies and extends the lifespan of mice. This doctoral thesis has given evidence that, even if this exogenous ascorbate supplementation did not change the quantity and mislocalization of the WrnΔhel protein, the higher availability of this anti-oxidant and this co-factor succeeds to fill all subcellular requirements in order to fight efficiently against oxidative stress and to contribute to the acquisition of a functional proteome. Since patients from Werner syndrome do not synthesize de novo ascorbate and because this endogenous synthesis in WrnΔhel/Δhel mice makes the assessment of ascorbate on the health of mice difficult to precisely decipher, another objective from this research project was to generate a new mice model which relies entirely on exogenous vitamin C source because of the knockout of the mouse Gulo gene. The gain of a mislocalized WrnΔhel protein and the inability to produce ascorbate drastically impact on the lifespan, metabolic and immune profile of WrnΔhel/Δhel/Gulo-/- mice treated with 0.01% vitamin C. Moreover, these mice are sterile, display testicular hypogonadism and suffer from profound osteopenia like patients with the Werner syndrome. The increased vitamin C requirements of these mice lead to an hypovitaminosis C which is even more severe than Gulo-/- mice under the same ascorbate treatment. This deficiency is reflected at subcellular level in the outbreak of a pronounced hepatic oxidative stress and the exacerbated activation of actors of the UPR. The 0.4% vitamin C supplementation delivered to WrnΔhel/Δhel/Gulo-/- mice succeeded to extend their lifespan and to counteract subcellular stresses but intriguingly established, at the age of four/five months, a metabolic profile reminiscent to the one observed in 20 months old WT mice. Overall, the results from this doctoral project unravel the impact of vitamin C on health status of mice models for the Werner syndrome.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdorales, 2014-2015 / Les objectifs de cette thèse étaient d’évaluer les effets d’un supplément combiné d’acide folique et de vitamine B12 sur les performances zootechniques en fermes laitières (première étude) et sur la cinétique du glucose en début de lactation (deuxième étude). Les traitements suivants ont été donnés par injections intramusculaires hebdomadaires de trois semaines avant le vêlage jusqu’à huit ou neuf semaines postpartum : pour la première étude 1) saline ou 2) acide folique et vitamine B12 et pour la deuxième étude 1) saline; 2) acide folique; 3) vitamine B12; ou 4) acide folique et vitamine B12. Pour la première étude, 805 vaches dans 15 troupeaux ont été impliquées. L’incidence de dystocie a été plus basse et la première insémination postpartum a eu lieu plus tôt pour les vaches multipares recevant le supplément que pour les vaches multipares ne le recevant pas. Le supplément n’a pas eu d’effet sur la production laitière. Toutefois, la concentration en gras du lait a diminué et celle en protéines a augmenté pour les vaches recevant le supplément. De plus, ces vaches ont perdu moins de poids corporel en début de lactation suggérant un effet du supplément sur la répartition de l’énergie. L’analyse économique a indiqué que ce supplément a été rentable pour la moitié des fermes à l’étude. Le supplément a augmenté la concentration en vitamine B12 du lait dans tous les troupeaux. Pour la deuxième étude, 24 vaches multipares ont été utilisées. Les concentrations plasmatiques de folates et de vitamine B12 des animaux témoins étaient plus élevées que ce qui a été rapporté dans la littérature. Étonnamment, le supplément d’acide folique a diminué le taux d’apparition du glucose à la neuvième semaine postpartum. L’ingestion, la concentration en glycogène hépatique et le pourcentage de glucose synthétisé provenant du propionate étaient semblables entre les traitements. Les résultats de ces études indiquent que, sous certaines circonstances, les apports d’acide folique et de vitamine B12 par la microflore du rumen semblent adéquats pour optimiser les performances des vaches. Cependant, il n’existe actuellement aucun moyen de prédire les apports en ces vitamines pour l’animal selon la ration reçue. / The objectives of this thesis were to evaluate the effects of a combined supplement of folic acid and vitamin B12 on performance in commercial dairy herds (first study) and on glucose kinetic in early lactation (second study). The following treatments were given by weekly intramuscular injections from three weeks before calving until eight or nine weeks postpartum: for the first study 1) saline or 2) folic acid and vitamin B12 and for the second study 1) saline; 2) folic acid; 3) vitamin B12 or; 4) folic acid and vitamin B12. For the first study, 805 cows in 15 herds were involved. The incidence of dystocia was lower and the first breeding postpartum occurred at an earlier time for multiparous cows receiving the vitamin supplement than for multiparous cows that did not. Vitamin supplement did not affect milk production. However, milk fat concentration decreased and milk protein concentration increased for dairy cows receiving the supplement. Moreover, these cows lost less body weight in early lactation suggesting an effect of the vitamin supplement on energy partitioning. The economic analysis showed that this supplement was profitable for half of the studied herds. The vitamin supplement increased vitamin B12 concentration in milk within each herd. For the second study, 24 multiparous cows were involved. Plasma concentrations of folates and vitamin B12 from controls were higher than previously reported in the literature. Surprisingly, the folic acid supplement decreased whole-body glucose rate of appearance at week nine postpartum. However, dry matter intake, liver glycogen concentration, and percentage of glucose synthesized from propionate were similar among treatments. Results from these two studies highlighted that, under some circumstances, supplies of folic acid and vitamin B12 from ruminal microflora seem to be adequate to optimize cow performance. However, it is not possible under the actual state of knowledge to predict supplies of these vitamins for the animal according to the diet.

L'objectif de ce projet était de déterminer l'effet d'un supplément combiné d'acide folique (320 mg) et de vitamine B12 (10 mg) sur le développement du follicule dominant ovarien chez la vache laitière en période postpartum. Des injections intramusculaires hebdomadaires de vitamines ont été données à partir de la troisième semaine prévêlage jusqu'à la neuvième semaine postvêlage. Suite à la ponction transvaginale d'un follicule dominant, le volume de liqueur folliculaire récolté était plus grand chez les vaches ayant reçu des injections de vitamines. L'analyse de l'expression génique des cellules de la granulosa des follicules dominants (diamètre > 12 mm) menée sur la biopuce bovine d'EmbryoGENE indique que le traitement entraîne une faible expression des gènes associés au cycle cellulaire et une expression plus élevée des gènes associés à l'ovulation. Enfin, les résultats suggèrent que les cellules de la granulosa étaient plus différenciées en raison d'une probable amélioration du métabolisme énergétique au cours de la période postpartum chez les vaches traitées.

L’objectif du présent projet était de caractériser l’impact d’injections d’acide folique et de vitamine B12 sur la reprise de l’activité ovarienne postpartum chez des vaches laitières grâce à une amélioration de l’efficacité du métabolisme énergétique. La phase expérimentale s’est effectuée sur 24 vaches réparties en 12 blocs de deux vaches. À partir de trois semaines avant la date prévue du vêlage les vaches ont reçu une injection intramusculaire hebdomadaire de 5 ml de : 1) saline 0,9 % ou; 2) 320 mg d’acide folique et 10 mg de vitamine B12. La prise alimentaire et la production du lait ont été enregistrées. Des échantillons de lait ont été récoltés aux deux semaines et analysés pour les composantes du lait. Des échantillons sanguins ont aussi été prélevés à toutes les semaines, sauf pour les trois premières semaines postpartum durant lesquelles des échantillons sanguins ont été prélevés aux trois jours, afin d’évaluer le statut métabolique. À compter du jour 30 de lactation, des échantillons sanguins ont été prélevés aux trois jours afin de définir le point de reprise de l’activité ovarienne. Le développement folliculaire a été suivi par un examen échographique aux trois jours à partir du jour 42. Aux fin de caractériser le développement folliculaire, une classification basée sur le diamètre des follicules (f<8 mm; 8<f<10 mm; 10<f<12 mm; 12<f<13 mm and f>14 mm) a été utilisée. Durant chaque échographie, le nombre de follicules dans chaque classe a été enregistré. La comparaison de développement folliculaire entre les vaches demandait un moment précis et comparable, et pour ce faire, le profil de concentrations sanguines de progestérone à l’ovulation comme un point commun des animaux a été retenu. Pour le taux de gestation, seule une conception à la première insémination a été considérée comme un résultat positif. Les concentrations plasmatique plus élevées de vitamine B12 et d’acide folique chez les animaux traités (p<0,0001, p=0,0014 respectivement) confirment que l’administration du traitement fut efficace. Les résultats ont mis en évidence l’effet positif du supplément vitaminique sur la perte de poids en début de lactation, période de balance négative d’énergie (p=0,0036). Le traitement vitaminique a augmenté le lactose total secrété dans le lait (p=0,0139), durant les premières huit semaines suivant la parturition et aussi la sécrétion de protéines totales du lait (p=0,0204), même si les gras totaux n’étaient pas significativement affectés par le traitement (p=0,3059). Ni les pourcentages des composantes du lait (gras, lactose et protéines), ni la prise alimentaire en périodes de pré- et postpartum, ont été affectés par le traitement (p>0,1). La production du lait tendait à augmenter chez les animaux traités (p=0,0543). La concentration de BHB a été diminuée par les vitamines en période postpartum (p=0,032) et un effet du temps a aussi été observé (p=0,005). Les analyses des données postpartum confirment une tendance décroissante dans le temps du BHB chez les vaches traitées (p=0,063). La concentration plasmatique de l'urée n'a pas été influencée par le traitement. La concentration plasmatique des AGL n'a pas été affectée par le traitement, mais une interaction de traitement et temps (p=0,076, p=0,088 pour le pré et postpartum, respectivement) indique une tendance à être plus faible chez les vaches traitées. Il y avait plus de follicules pré-ovulatoires chez les vaches traitées (p=0,0263) et le follicule dominant était plus gros (p=0,0091). Une différence significative des concentrations sériques d’œstradiol à l’ovulation ± 1 jour (p=0,0433) confirme le nombre et la taille plus élevés des follicules chez les vaches traitées. La première insémination des vaches se faisait au premier œstrus après 57 jours de lactation. Les vaches recevant l’injection de vitamine B12 et d’acide folique ont été inséminées 5,5 jours avant les vaches témoins mais la différence n’était pas significative. Les résultats confirment l’hypothèse de départ que des injections de vitamine B12 et d’acide folique auraient des effets positifs sur les performances productives et reproductives de vaches laitières en début de lactation.