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

Le diabète de type 2 constitue un enjeu majeur de santé publique et la mise au point de stratégies insulino-sensibilisantes est un défi permanent pour les scientifiques. Cette étude montre qu’un traitement chronique au myo-inositol améliore la sensibilité à l’insuline, réduit l’accrétion adipeuse et augmente la capacité de survie des souris au paraquat. L’effet insulino-sensibilisant semble passer, au moins en partie, par un effet direct sur la voie de signalisation insuline (éventuelle implication de médiateurs de type inositol glycanes). La diminution de l’accrétion adipeuse semble, quant à elle, liée à une réduction de l’activité de lipogenèse de novo et doit probablement aussi contribuer à l’effet insulino-sensibilisant sur le long terme. Une supplémentation en myo-inositol a également amélioré la sensibilité à l’insuline et réduit l’accrétion adipeuse chez la souris sous régime riche en graisses, mais n’a pu prévenir le dévelopement d’une obésité et d’une insulino-résistance associée à une lipotoxicité. Par ailleurs, chez des souris âgées obèses et au contrôle glycémique altéré, la supplémentation en myo-inositol fut inefficace. Cette réduction ou perte d’effet insulino-sensibilisant dans ces deux modèles murins pourrait être liée à la perte d’efficacité du myo-inositol sur la réduction de la masse adipeuse dans un contexte d’obésité déjà installée (souris âgées) et d’activité de lipogenèse de novo réduite (régime gras). De plus, la génération de messagers secondaires putatifs de l’insuline de type inositol glycanes est probablement réduite en cas d’insulino-résistance et pourrait aussi expliquer la perte d’efficacité du myo-inositol dans ces deux cas. Finalement, le myo-inositol seul et/ou utilisé dans le contexte d’une suralimentation chronique n’est pas une stratégie viable de prévention ou de traitement de la résistance à l’insuline. Par contre, son association avec d’autres stratégies insulino-sensibilisantes pourrait potentialiser son/leurs action(s) et éventuellement aider à réduire l’utilisation de stratégies médicamenteuses. / Insulin resistance is the first step in the development of type 2 diabetes so finding insulin-sensitizing strategies is challenging for scientists. Some inositol isomers or derivatives have been reported to exert insulin-mimetic activity. myo-Inositol being the most abundant stereoisomeric form of inositol in foodstuffs, we tested its insulin-mimetic potential in the long term and as a nutritional strategy for insulin resistance prevention and/or treatment. This study demonstrates that chronic myo-inositol treatment improves insulin sensitivity, reduces white adipose tissue accretion and improves mice survival mice to paraquat challenge. The insulin-sensitizing effect seems to be related to a direct effect on insulin signaling pathway. Reduction in adipose tissue mass also probably contribute to the long term effect of myo-inositol on insulin sensitivity. Myo-Inositol supplementation also improved insulin sensitivity and reduced white adipose tissue deposition in mice fed a high fat diet, but did not prevent insulin-resistance or obesity development. On one year-old mice with established obesity and altered glycemic control, myo-inositol supplementation showed no beneficial effect. myo-Inositol apparently acts on adipose tissue through reduction of de novo lipogenesis rather than stimulation of lipolysis. This may explain the lack or loss of myo-inositol efficiency in reducing adipose tissue mass in contexts of already well-established obesity (old mice) or reduced de novo lipogenesis (high fat diet feeding). Generation of inositol glycan putative insulin second messengers is probably reduced in context of insulin resistance which may explain the reduced effect of myo-inositol in both obese mice models. Moreover, myo-Inositol did not prevent lipotoxicity and so the associated insulin-resistance in high fat diet fed mice. In conclusion, myo-inositol alone and/or in a context of overnutrition is not a suitable strategy for the prevention or treatment of insulin resistance. Combining it with other insulin sentitizing strategies may however potentiate their action and help reducing insulin-sensitizing drugs use.

Previous investigators demonstrated that epididymal white adipose tissue (EWAT) lipectomy suppressed spermatogenesis and caused atrophy of the seminiferous tubules. EWAT lipectomy, however, may disrupt testicular innervation, which reportedly compromises testicular function. To resolve this confound and better clarify the role of EWAT in spermatogenesis, three experimental groups of hamsters were created in which: i.) the superior and inferior spermatic nerves were transected (SSNx) at the testicular level, ii.) EWAT was extirpated (EWATx), and iii.) testicular nerves and EWAT were left intact (SHAM controls). It was hypothesized that transection of the superior and inferior spermatic nerves would disrupt normal spermatogenesis. The findings indicate a significant reduction in spermatogenic activity and marked seminal tubule atrophy within the EWATx testis, as compared to the SSNx and controls testes, which did not differ significantly from each other. From these data, it is concluded that EWAT, and not testicular innervation, is central to normal spermatogenesis.

L’obésité et le diabète sont associés à des complications, notamment une fragilité cutanée. Celle-ci pourrait être associée à une altération du métabolisme du glucose et à une augmentation du tissu adipeux sous-cutané. Il a été montré que l’hypoderme pourrait avoir une fonction spécifique pour la peau. Notre travail a consisté d’une part à caractériser l’adiposité hypodermique et à étudier son influence dans la réactivité du tissu cutané en réponse à des pressions faibles ou fortes chez des souris obèses et d’autre part à étudier le processus de cicatrisation. Les fortes pressions augmentent la fragilité cutanée ce qui peut aboutir à des lésions, notamment des ulcères de pression. Les études ont été réalisées chez des souris C57BL/6J développant une obésité induite par une alimentation riche en lipides et en sucres pendant 4 et 12 semaines. La taille des adipocytes de l’hypoderme a été mesurée ainsi que leur réponse lipolytique en présence ou non d’insuline. La réactivité tissulaire a été évaluée en mesurant les variations du flux sanguin en réponse : 1) à l’application d’une pression locale faible afin de déterminer la vasodilatation induite par la pression (PIV), 2) par iontophorèse d’acétylcholine ou de nitroprussiate de sodium. Afin d’explorer le processus spécifique d’ulcère de pression chez les souris obèses diabétiques, une compression par cycles d’ischémie-reperfusion a été réalisée. Ces études ont été complétées par des explorations métaboliques, histologiques et biochimiques. Par ailleurs nous avons déterminé l’impact de l’augmentation de l’adiposité sur des fibroblastes dermiques in vitro afin de mieux comprendre le processus de cicatrisation.Dans ce travail de thèse, nous avons mis en évidence une augmentation de l’adiposité hypodermique associée à une insulinorésistance tissulaire et systémique. Nous avons également montré un retard de cicatrisation en fonction de l’évolution de l’obésité et des réponses micro vasculaires diminuées post cicatrisation par rapport à une peau non lésée / Obesity and diabetes led to complications, including skin fragility. Skin fragility could be associated to a glucose metabolism alteration and a subcutaneous adipose tissue increase. It has been shown that hypodermis could have a specific function for the skin. Our work consisted on the one hand in characterizing the dermal adiposity and studying its involvement in the skin tissue reactivity in response to low or high pressures in obese mice and, on the other hand, in studying the healing process. High pressures increase cutaneous fragility which can lead to skin wounds, in particular pressure ulcers. This study was realized using C57BL/6J male mice with a diet-induced obesity. C57BL/6J mice were fed a high fat and high sugar diet during 4 or 12 weeks. Hypodermis adipocytes size was measured as well as their lipolytic response in presence or absence of insulin. The skin tissue reactivity was assessed measuring the skin blood flow variations in response to 1) a local pressure application in order to determine the pressure-induced vasodilation (PIV), 2) an acetylcholine or sodium nitroprusside iontophoresis. To examine the specific mechanism of the pressure ulcer in obese diabetic mice, a compression with ischemia-reperfusion cycles was realized. Metabolic assessment, histological and molecular biological studies were carried out to characterize each stage of healing through obesity. Furthermore, we determined the adiposity increase on dermal fibroblasts in vitro to better understand the healing process. In this thesis work, we have highlighted a hypodermis adiposity linked to a tissue and a systemic insulin resistance. We have also showed a delayed healing depending on the evolution of the obesity. The microvascular responses were decreased post healing compared to a non-wounded skin

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A modulação do tecido adiposo marrom (TAM) e do tecido adiposo branco (TAB) está associada à prevenção ou redução do ganho de massa corporal. O óleo de peixe possui diversos efeitos benéficos que podem estar relacionados a esses tecidos. Dessa forma, objetivou-se avaliar os efeitos antiobesogênicos de diferentes dietas hiperlipídicas com óleo de peixe na termogênese do TAM e na lipogênese e beta-oxidação do TAB. Para isso, foram utilizados camundongos machos C57BL/6, com três meses de idade, que foram divididos em quatro grupos experimentais: um que recebeu dieta standard-chow (SC, 10% kcal de lipídios) e outros três que receberam dieta hiperlipídica (HL, 50% kcal de lipídios). Obtivemos os grupos HL com banha de porco (HL-B), HL com banha de porco mais óleo de peixe (HL-B+Px) e HL com óleo de peixe (HL-Px). As dietas foram administradas por um período de oito semanas, sendo que a ingestão alimentar foi avaliada diariamente e a massa corporal, semanalmente. Na última semana de experimento, realizou-se a calorimetria indireta e o teste oral de tolerância à glicose. No sacrifício, a glicemia foi aferida, o sangue foi puncionado para obtenção do plasma e o TAM interescapular e o TAB epididimário foram dissecados e armazenados. A leptina, os triglicerídeos e a insulina foram mensurados no plasma. O índice de adiposidade e o HOMA-IR foram calculados. O TAM e o TAB foram avaliados por microscopia confocal e de luz. Realizou-se RT-qPCR e Western blot para avaliação de marcadores termogênicos, da captação e oxidação de ácidos graxos e glicose e de PPAR no TAM, e para a avaliação da lipogênese e beta-oxidação e de PPAR no TAB. Com relação aos resultados, o grupo HL-B apresentou ganho de massa corporal e elevação da adiposidade, associado com hipertrofia dos adipócitos, hiperleptinemia, hipertrigliceridemia, intolerância à glicose e resistência à insulina, reproduzindo um quadro de obesidade e síndrome metabólica. Por outro lado, a ingestão de óleo de peixe nos dois grupos (HL-B+Px e HL-Px) foi capaz de reduzir o ganho de massa corporal e a adiposidade, sem alterar a ingestão alimentar. Essa ingestão também aumentou o gasto energético dos animais, regularizou a leptina e os triglicerídeos plasmáticos, bem como a tolerância à glicose e a resistência à insulina. Esses efeitos foram associados ao aumento de marcadores termogênicos no TAM, bem como da captação e oxidação de ácidos graxos e glicose e da expressão de PPAR nesse tecido. No TAB, houve redução de marcadores da lipogênese e aumento de marcadores da beta-oxidação, juntamente com elevação na expressão de PPAR. Em conclusão, nossos resultados mostram que a ingestão de óleo de peixe tem efeitos antiobesogênicos em camundongos através da modulação benéfica do TAM e do TAB e pode, portanto, representar uma terapia auxiliar alternativa contra a obesidade e suas comorbidades. / Brown adipose tissue (BAT) and white adipose tissue (WAT) modulation is associated with prevention or reduction of body mass gain. Fish oil has several beneficial effects which can be related to these tissues. Thus, we aimed to evaluate the anti-obesity effects of different high-fat diets with fish oil on BAT thermogenesis and WAT lipogenesis and beta-oxidation. For this, we used 3-mo-old C57BL/6 male mice that were divided into four groups: one that received a standard-chow diet (SC, 10% kcal of lipids) and three that received a high-fat diet (HF, 50% kcal of lipids). We obtained the HF with lard group (HF-L), the HF with lard plus fish oil group (HF-L+FO), and the HF with fish oil group (HF-FO). Diets were administrated for eight weeks, and food intake was evaluated daily and the body mass, weekly. At the end of the experiment, we performed indirect calorimetry and an oral glucose tolerance test. At sacrifice, glycemia was assessed, the blood was punctured to obtain plasma and interscapular BAT and epididymal WAT were dissected and stored. Plasmatic leptin, triglycerides and insulin were analyzed. Adiposity index and HOMA-IR were calculated. BAT and WAT were evaluated through confocal and light microscopy. RT-qPCR and Western blot were performed for analyses of thermogenic markers, fatty acids and glucose uptake and oxidation, and PPAR in BAT, and lipogenesis, beta-oxidation and PPAR in WAT. In relation to the results, the HF-L group presented elevated body mass gain and adiposity, associated with adipocyte hypertrophy, hyperleptinemia, hypertriglyceridemia, glucose intolerance and insulin resistance, displaying a condition that simulates obesity and metabolic syndrome. On the contrary, fish oil intake in both groups (HF-L+FO and HF-FO) was able to reduce body mass gain and adiposity, without affecting food intake. It also increased energy expenditure, normalized plasmatic leptin and triglycerides as well as glucose tolerance and insulin resistance. These effects were associated with increases in thermogenic markers, in uptake and oxidation of fatty acids and glucose and in PPAR expression in BAT. In WAT, lipogenesis was reduced and beta-oxidation and PPAR expression were increased. In conclusion, our results demonstrated that fish oil intake has anti-obesity effects in mice through beneficial modulation of BAT and WAT and can, therefore, represent an auxiliary alternative therapy against obesity and its comorbidities.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A modulação do tecido adiposo marrom (TAM) e do tecido adiposo branco (TAB) está associada à prevenção ou redução do ganho de massa corporal. O óleo de peixe possui diversos efeitos benéficos que podem estar relacionados a esses tecidos. Dessa forma, objetivou-se avaliar os efeitos antiobesogênicos de diferentes dietas hiperlipídicas com óleo de peixe na termogênese do TAM e na lipogênese e beta-oxidação do TAB. Para isso, foram utilizados camundongos machos C57BL/6, com três meses de idade, que foram divididos em quatro grupos experimentais: um que recebeu dieta standard-chow (SC, 10% kcal de lipídios) e outros três que receberam dieta hiperlipídica (HL, 50% kcal de lipídios). Obtivemos os grupos HL com banha de porco (HL-B), HL com banha de porco mais óleo de peixe (HL-B+Px) e HL com óleo de peixe (HL-Px). As dietas foram administradas por um período de oito semanas, sendo que a ingestão alimentar foi avaliada diariamente e a massa corporal, semanalmente. Na última semana de experimento, realizou-se a calorimetria indireta e o teste oral de tolerância à glicose. No sacrifício, a glicemia foi aferida, o sangue foi puncionado para obtenção do plasma e o TAM interescapular e o TAB epididimário foram dissecados e armazenados. A leptina, os triglicerídeos e a insulina foram mensurados no plasma. O índice de adiposidade e o HOMA-IR foram calculados. O TAM e o TAB foram avaliados por microscopia confocal e de luz. Realizou-se RT-qPCR e Western blot para avaliação de marcadores termogênicos, da captação e oxidação de ácidos graxos e glicose e de PPAR no TAM, e para a avaliação da lipogênese e beta-oxidação e de PPAR no TAB. Com relação aos resultados, o grupo HL-B apresentou ganho de massa corporal e elevação da adiposidade, associado com hipertrofia dos adipócitos, hiperleptinemia, hipertrigliceridemia, intolerância à glicose e resistência à insulina, reproduzindo um quadro de obesidade e síndrome metabólica. Por outro lado, a ingestão de óleo de peixe nos dois grupos (HL-B+Px e HL-Px) foi capaz de reduzir o ganho de massa corporal e a adiposidade, sem alterar a ingestão alimentar. Essa ingestão também aumentou o gasto energético dos animais, regularizou a leptina e os triglicerídeos plasmáticos, bem como a tolerância à glicose e a resistência à insulina. Esses efeitos foram associados ao aumento de marcadores termogênicos no TAM, bem como da captação e oxidação de ácidos graxos e glicose e da expressão de PPAR nesse tecido. No TAB, houve redução de marcadores da lipogênese e aumento de marcadores da beta-oxidação, juntamente com elevação na expressão de PPAR. Em conclusão, nossos resultados mostram que a ingestão de óleo de peixe tem efeitos antiobesogênicos em camundongos através da modulação benéfica do TAM e do TAB e pode, portanto, representar uma terapia auxiliar alternativa contra a obesidade e suas comorbidades. / Brown adipose tissue (BAT) and white adipose tissue (WAT) modulation is associated with prevention or reduction of body mass gain. Fish oil has several beneficial effects which can be related to these tissues. Thus, we aimed to evaluate the anti-obesity effects of different high-fat diets with fish oil on BAT thermogenesis and WAT lipogenesis and beta-oxidation. For this, we used 3-mo-old C57BL/6 male mice that were divided into four groups: one that received a standard-chow diet (SC, 10% kcal of lipids) and three that received a high-fat diet (HF, 50% kcal of lipids). We obtained the HF with lard group (HF-L), the HF with lard plus fish oil group (HF-L+FO), and the HF with fish oil group (HF-FO). Diets were administrated for eight weeks, and food intake was evaluated daily and the body mass, weekly. At the end of the experiment, we performed indirect calorimetry and an oral glucose tolerance test. At sacrifice, glycemia was assessed, the blood was punctured to obtain plasma and interscapular BAT and epididymal WAT were dissected and stored. Plasmatic leptin, triglycerides and insulin were analyzed. Adiposity index and HOMA-IR were calculated. BAT and WAT were evaluated through confocal and light microscopy. RT-qPCR and Western blot were performed for analyses of thermogenic markers, fatty acids and glucose uptake and oxidation, and PPAR in BAT, and lipogenesis, beta-oxidation and PPAR in WAT. In relation to the results, the HF-L group presented elevated body mass gain and adiposity, associated with adipocyte hypertrophy, hyperleptinemia, hypertriglyceridemia, glucose intolerance and insulin resistance, displaying a condition that simulates obesity and metabolic syndrome. On the contrary, fish oil intake in both groups (HF-L+FO and HF-FO) was able to reduce body mass gain and adiposity, without affecting food intake. It also increased energy expenditure, normalized plasmatic leptin and triglycerides as well as glucose tolerance and insulin resistance. These effects were associated with increases in thermogenic markers, in uptake and oxidation of fatty acids and glucose and in PPAR expression in BAT. In WAT, lipogenesis was reduced and beta-oxidation and PPAR expression were increased. In conclusion, our results demonstrated that fish oil intake has anti-obesity effects in mice through beneficial modulation of BAT and WAT and can, therefore, represent an auxiliary alternative therapy against obesity and its comorbidities.

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Le prédiabète et le diabète de type 2 (DT2) affectent approximativement 9 millions de canadiens, soit près de 30% de la population. Le DT2 est caractérisé par une résistance à l’insuline (RI) qui ne peut être compensée par une sécrétion d’insuline augmentée. La dysfonction du tissu adipeux blanc (TAB) est centrale à ce phénomène et est caractérisée par de l’inflammation et un flux augmenté de lipides vers les tissus périphériques, dont on sait qu’ils favorisent le développement de RI et une hypersécrétion d’apoB-lipoprotéines (apoB) par le foie menant à une élévation de l’apoB plasmatique. En parallèle, les études épidémiologiques montrent que l’apoB plasmatique prédit le développement du DT2 de 3 à 10 ans avant l’apparition de la maladie, indépendamment de facteurs de risque classiques. Dans cette thèse, nous avons formulé l’hypothèse que l’augmentation de la sécrétion d’apoB-lipoprotéines secondaire à un TAB dysfonctionnel contribue à aggraver cette même dysfonction. En ce sens, les apoB-lipoprotéines et le TAB seraient le centre d’un cercle vicieux menant au développement de facteurs de risque cardiométaboliques. Au courant de cette investigation, nous avons combiné des expériences in vitro, ainsi que des analyses post-hoc sur des données in vivo et ex vivo au sein d’une population d’hommes et de femmes post-ménopausées recrutés à l’Institut de recherches cliniques de Montréal pour deux études métaboliques entre 2006 et 2019. En circulation, 90% de apoB-lipoprotéines sont des LDL. Le nombre d’apoB-lipoprotéines en circulation se mesure par l’apoB plasmatique, qui est associé au développement du TAB dysfonctionnel chez l’humain via divers mécanismes. Parmi ceux-ci, l’enrichissement postprandial des lipoprotéines riches en triglycérides (TG) par l’apolipoprotéine C-I (apoC-I) sécrétées par le TAB a été suggéré comme un facteur contributoire. Dans un premier manuscrit, nous montrons que les sujets (N=39) avec un TAB dysfonctionnel sécrètent de plus grandes quantités d’apoC-I, ce qui est associé spécifiquement à une clairance postprandiale réduite des chylomicrons. Cette dysfonction semble due à une diminution de l’hydrolyse des TG secondaire à une inhibition de la lipase lipoprotéique (LPL) des adipocytes, ce qui constitue un nouveau mécanisme par lequel le TAB contribue à l’augmentation de l’apoB plasmatique. La proprotéine convertase subtilisin-kexin type 9 (PCSK9) est une enzyme circulante qui cible les récepteurs aux apoB-lipoprotéines comme le récepteur aux LDL (LDLR) et le CD36. Une PCSK9 circulante faible combinée à un haut apoB plasmatique, donc un ratio apoB-sur-PCSK9 élevé, est fortement associée au TAB dysfonctionnel et à la RI, suggérant qu’une augmentation de l’internalisation des apoB-lipoprotéines par voie de récepteurs joue un rôle dans ces pathologies. En parallèle, les apoB-lipoprotéines, principalement les LDL natifs et oxydés, activent l’inflammasome NLRP3 (Nucleotide-binding domain and Leucine-rich repeat Receptor, containing a Pyrin domain 3), le récepteur intracellulaire responsable de la sécrétion d’interleukine 1 bêta (IL-1), dont on sait qu’elle joue un rôle majeur dans le développement de l’inflammation liée au DT2. Dans un deuxième manuscrit, nous montrons que le ratio apoB-sur-PCSK9 plasmatique est un index, dans les états à jeun et postprandial, de l’expression des récepteurs aux apoB-lipoprotéines LDLR et CD36 en surface du TAB chez une population en surpoids ou obèse (N=31). Ce même ratio est aussi indicateur de la régulation à jeun et postprandial de l’expression de l’inflammasome NLRP3 et de l’infiltration de macrophages au sein du TAB. Finalement, les études épidémiologiques récentes suggèrent que le risque de DT2 est aussi augmenté chez les sujets avec un LDL cholestérol (LDL-C) faible causé par des variants génétiques perte-de-fonction dans le gène de la PCSK9 ou suite à une thérapie hypocholestérolémiante. Dans un troisième manuscrit, nous montrons que, chez les sujets avec LDL-C faible (<3.5mM, N=28), une PCSK9 plasmatique plus basse identifie les sujets avec une expression augmentée de LDLR et CD36 en surface de leur TAB. Malgré le LDL-C faible, les sujets avec une PCSK9 faible montraient une dysfonction du TAB et à un indice de disposition diminué et une sécrétion augmentée d’IL-1, suggérant une progression vers le DT2. Dans une exploration mécanistique, une exposition chronique des adipocytes humains SGBS aux LDL natifs induit une différenciation anormale, marquée par une diminution de leur fonction. Bien que ce phénomène soit indépendant de l’inflammasome NLRP3, qui n’est pas exprimé chez ces adipocytes, les LDL natifs induisent une augmentation du ratio de sécrétion d’IL-1 actif relativement à la pro-IL-1 inactive qui suggère une activation du système NLRP3 chez les macrophages humains THP-1. En conclusion, ces données suggèrent que le TAB dysfonctionnel contribue en partie via une sécrétion d’apoC-I à la clairance réduite des lipoprotéines et, donc, à l’hyperapoB et au risque cardiométabolique. En retour, une internalisation plus grande d’apoB-lipoprotéines par voie des récepteurs semble associée au développement d’un TAB dysfonctionnel et aux facteurs de risque cardiométaboliques associés. Au sein du TAB, au niveau cellulaire, ceci pourrait être dû à un effet concomitant des LDL natifs, qui induiraient une baisse de différenciation des préadipocytes menant à leur dysfonction ainsi qu’une activation de l’inflammasome NLRP3 chez les macrophages. / Prediabetes and type 2 diabetes (T2D) affect approximately 9 million Canadians, which represents close to 30% of the population. T2D is characterized by insulin resistance (IR) that cannot be compensated by increased insulin secretion. White adipose tissue (WAT) dysfunction is at the root of this pathology and is characterized by increased lipid flux to peripheral tissues causing IR and hypersecretion of apoB-lipoproteins (apoB) by the liver, contributing to increased plasma apoB. In line, epidemiological studies show that plasma apoB is an independent predictor of T2D development 3 to 10 years before onset. In this thesis, we formulated the hypothesis that increased secretion of apoB-lipoprotein secondary to WAT dysfunction promotes further development of this dysfunction in a feed-forward cycle that contributes to increased metabolic risk. To investigate this, we have combined in vitro experiments as well as post hoc analyses of in vivo and ex vivo data from a cohort of men and postmenopausal women recruited from two metabolic studies conducted at Institut de recherches cliniques de Montréal between 2006 and 2019. In circulation, more than 90% of apoB-lipoproteins are in the form of LDL. The number of apoB-lipoproteins (measured by plasma apoB), is associated to the development of WAT dysfunction in humans via different mechanisms. Postprandial enrichment of triglyceride-rich lipoproteins (TRL) by WAT-secreted apoC-I has been proposed as one of them. In a first manuscript, we show that subjects (N=39) with dysfunctional WAT secrete greater amount of apoC-I, which is associated specifically to delayed postprandial chylomicrons clearance in a mechanism that appears to be dependent on apoC-I-mediated inhibition of adipocyte lipoprotein lipase. This constitutes a new mechanism linking adipose tissue dysfunction to increased plasma apoB. Proprotein convertase subtilisin-kexin type 9 (PCSK9) is a circulatory enzyme that targets apoB-lipoprotein receptors, such as the LDLR and CD36, for degradation. Low circulating PCSK9 relative to high plasma apoB, expressed as a higher apoB-to-PCSK9 ratio, is strongly associated to WAT dysfunction and IR, suggesting that increased receptor-mediated uptake of apoB-lipoproteins plays an important role in these pathologies. In parallel, apoB-lipoproteins, mostly native and oxydized LDL, activate the NLRP3 inflammasome (Nucleotide-binding domain and Leucine-rich repeat Receptor, containing a Pyrin domain 3). The NLRP3 inflammasome is an intracellular receptor responsible for interleukin-1 beta (IL-1) secretion, which is known to be implicated in the pathogenesis of T2D. In a second manuscript, we demonstrate in overweight and obese subjects (N=31) that the apoB-to-PCSK9 is indeed an index of WAT surface-expression of LDLR and CD36 both at fasting and in the postprandial state. Similarly, the apoB-to-PCSK9 ratio is associated with chronic NLRP3 inflammasome priming at fasting and with postprandial macrophage infiltration and concomitant NLRP3 upregulation within WAT. Finally, recent epidemiological studies suggest an increased risk for T2D in subjects with low plasma LDL cholesterol (LDL-C) secondary to loss-of-function genetic variants in PCSK9, or secondary to cholesterol-lowering therapies. In a third manuscript, we show that in subjects with low LDL-C (<3.5mM, N=28), lower plasma PCSK9 identifies subjects with higher WAT LDLR and CD36 surface-expression. Despite having lower LDL-C, subjects with lower plasma PCSK9 show dysfunction WAT and decreased disposition index. Mechanistically, human SGBS adipocytes chronically exposed to native LDL show impaired differentiation and concomitant dysfunction. While this phenomenon cannot be described by NLRP3 inflammasome activation, since it is not expressed in these adipocytes, native human LDL increase the ratio of secreted active Il-1 relative to inactive pro-IL-1 suggesting activation of the NLRP3 inflammasome in human THP-1 macrophages. In conclusion, these observations suggest that dysfunctional WAT promotes delayed postprandial lipoprotein clearance via increased apoC-I secretion, thus promoting hyperapoB and increased cardiometabolic risk. In turn, upregulated receptor-mediated uptake of apoB-lipoproteins appears to be connected to the development of WAT dysfunction and associated cardiometabolic risk factors. At the cellular level within WAT, this could be secondary to a concomitant effect of LDL on preadipocytes inducing their reduced differentiation and function and on macrophage inducing activation of the NLRP3 inflammasome.

Le diabète de type 2 (DT2) est une maladie chronique affectant 3 millions de canadiens. Une augmentation progressive de la résistance à l'insuline (RI) et de la sécrétion d'insuline est observée chez des sujets normoglycémiques bien avant la survenue du DT2. La moindre fonction du tissu adipeux blanc (TAB) est centrale dans le développement du DT2 car elle accroît le flux d'acides gras vers les tissus périphériques, y induisant la RI, l'hyperinsulinémie et l’inflammation chronique. Durant ma maîtrise, nous avions démontré que les lipoprotéines de basses densité (LDL) natifs réduisent la différentiation et la fonction des adipocytes et induisent la dysfonction du TAB humain. De plus, nous avions montré qu'un taux plasmatique élevé d'apolipoprotéine B (apoB), indiquant un nombre élevé d'apoB-lipoprotéines dont principalement les LDL, est associé à la RI, la sécrétion d'insuline gluco-stimulée (SIGS) élevée, la clairance plasmatique retardée des gras alimentaires et la moindre fonction du TAB chez 81 sujets obèses non diabétiques. Afin de déterminer si l'apoB plasmatique permet aussi d'identifier les sujets obèses répondant le mieux à une diète hypocalorique en termes de réduction des facteurs de risque du DT2, nous avons testé l'effet d'une intervention hypocalorique de six mois. Parmis 59 sujets qui ont terminés l’intervention, nous avons mesuré une diminution de la SIGS et une amélioration de la fonction du TAB seulement chez les sujets avec apoB plasmatique élevée. Toutefois, les mécanismes de ces effets délétères possibles des apoB-lipoprotéines n'avaient pas été explorés. Des évidences suggèrent que l'activation chronique de l'inflammasome Nucleotide- binding domain and Leucine-rich repeat Receptor containing a Pyrin domain 3 (NLRP3) et la sécrétion d'interleukine-1b (IL-1b) promeuvent la dysfonction du TAB et la RI systémique. Cependant, les signaux métaboliques induisant l'inflammasome NLRP3 dans le TAB humain sont inconnus. Afin de tester si l'activation de l'inflammasome NLRP3/système IL-1b participe au mécanisme précédemment identifié liant les apoB-lipoprotéines et les facteurs de risque du DT2, nous avons investigué l'association et l'effet direct des apoB-lipoprotéines sur le système IL-1b. Nous avons démontré chez 81 sujets obèses non-diabétiques que les individus avec apoB plasmatique élevée montrent un taux élevé d'antagoniste du récepteur à l'IL-1 (IL-1Ra) plasmatique, un marqueur de l'activation systémique de la voie IL-1b. Aussi, les associations entre l'apoB plasmatique élevée et la RI et SIGS étaient statistiquement dépendantes des niveaux d'IL-1Ra plasmatique. Dans une autre population de 32 sujets, nous avons démontrés que ceux avec apoB plasmatique élevée ont une sécrétion augmentée d'IL-1b par le TAB ex vivo. Les relations entre l'apoB plasmatique, la clairance plasmatique retardée des gras alimentaires et la sécrétion de C-peptide glucostimulée étaient statistiquement dépendantes de la sécrétion d'IL- 1b du TAB. Puis, les LDL natifs ajoutés au TAB ex vivo induisaient la sécrétion d'IL-1b, y agissant en tant que signaux d'amorçage (1er signal de l'inflammasome NLRP3/système IL-1b). En conclusion, ces résultats suggèrent que les LDL natifs, forme principale d'apoB- lipoprotéines, régulent positivement l'inflammasome NLRP3 du TAB humain. Ceci pourrait expliquer la dysfonction du TAB, l'hyperinsulinémie et l'incidence élevée du DT2 présents chez les sujets avec apoB plasmatique élevée. En outre, ils suggèrent que l'apoB plasmatique élevée pourrait être un biomarqueur permettant d'identifier les sujets obèses qui répondraient le mieux à la diète hypocalorique afin de réduire le risque de DT2. / Type 2 diabetes (T2D) is chronic disease affecting 3 million Canadians and a new case is diagnosed every 3 minutes in Canada. Long before the onset of T2D, a progressive increase in insulin resistance (IR) and insulin secretion is observed in normoglycemic subjects. A decreased white adipose tissue (WAT) function is central to the development of T2D as it promotes an increased fatty acid flux to peripheral tissues, inducing IR, hyperinsulinemia and chronic inflammation. During my MSc, we reported that low density lipoproteins (LDL) reduce the differentiation and function of adipocytes and induce the dysfunction of human WAT. Moreover, we showed that elevated plasma apolipoprotein B (apoB), indicating high numbers of circulating apoB-lipoproteins mainly in the form of LDL, is associated to IR, elevated glucose-induced insulin secretion (GIIS), delayed postprandial plasma clarance of fat and reduced WAT function in 81 non-diabetic obese subjects. To explore whether apoB also identifies obese subjects who best respond to weight loss to reduce risk factors for T2D, we tested the effect of a 6 months hypocaloric diet. We showed in the 59 completers of the hypocaloric intervention that the decrease in GIIS and increase in WAT function were significant in subjects with high plasma apoB but not in subjects with low plasma apoB. However, the mechanism underlying the negative effects apoB-lipoproteins was yet unexplored. Chronic activation of the Nucleotide-binding domain and Leucine-rich repeat Receptor containing a Pyrin domain 3 (NLRP3) inflammasome and secretion of interleukin-1b (IL-1b) promote WAT dysfunction and systemic IR. However, endogenous metabolic signals that induce the activation of WAT NLRP3 inflammasome are unknown. To test if the activation of the NLRP3 inflammasome/ IL-1b system is an underlying mechanism linking apoB- lipoproteins to risk factors for T2D, we examined the association and direct effect of apoB- lipoproteins on the IL-1b system. We observed in our cohort of 81 non-diabetic obese subects that subjects with high plasma apoB have higher plasma IL-1 receptor antagonist (IL-1Ra), which is an marker of systemic activation of the Il-1b pathway. Furthermore, the associations between high plasma apoB and IR and GIIS were statistically dependent on plasma IL-1Ra. Additionnaly, in a separate population of 32 subjects, we demonstrated that subjects with high plasma apoB have higher ex vivo WAT IL-1b secretion. The relation between plasma apoB and delayed postprandial plasma fat clearance and elevated glucose-induced C-peptide secretion were statistically dependent on WAT IL-1b secretion. Finally, native LDLs directly induce IL- 1b secretion from ex vivo WAT, acting primarily as priming signals (i.e. the first signal leading to activation of the NLRP3 inflammasome/ IL-1b system). In conclusion, the findings from this thesis suggest that native LDL, the main form of apoB-lipoproteins, upregulate human WAT NLRP3 inflammasome. This may explain WAT dysfunction, hyperinsulinemia and higher incidence of T2D in subjects with high plasma apoB. Moreover, they suggest that high apoB may serve as biomarker to identify obese subjects who best respond to a hypocaloric-intervention to reduce the risk of T2D.