Ce travail a eu pour objectif de déterminer les conditions optimales de production d’un caroténoïde original, la torularhodine, par Sporobolomyces ruberrimus, cultivée en réacteur discontinu. Cette souche est capable d’utiliser le glycérol technique comme source de carbone et d’énergie pour sa croissance et pour la production de caroténoïdes. D’abord, il s’est agi d’identifier les facteurs opératoires majeurs qui sont susceptibles d’avoir une influence sur la production de la torularhodine, au travers d’une étude préliminaire. L’identification expérimentale de ces facteurs d’action - la température, le taux d’oxygène dissous et la supplémentation en acide oléique - a été validée statistiquement, à des degrés divers, avant d’engager une étape d’optimisation par la construction d’un plan d’expériences multicritère. Celui-ci a conduit à l’établissement de modèles polynômiaux du second degré pour représenter l’effet conjugué des facteurs retenus et permettre la prédiction des valeurs de µmax et de concentration de torularhodine rapportée à la biomasse. Cette étude a alors été consacrée à un essai de fonctionnalisation de la torularhodine, à partir de sa fonction carboxylique, en vue de la stabilisation de la molécule dont l’activité antioxydante est élevée. L’acylation enzymatique de la lysine par la torularhodine a été envisagée. Les conditions d’acylation par la lipase B de C. antarctica ont été déterminées avec un caroténoïde modèle, la bixine. Le produit dérivé obtenu après transacylation a été purifié et a montré une activité antiradicalaire supérieure à celle de la bixine. Ces résultats permettent d’envisager la synthèse de peptides acylés avec ce type de caroténoïdes / The aim of this work was to determine the optimum of an original carotenoid, the torularhodin, produced by Sporobolomyces ruberrimus, in batch culture. A very interesting characteristic of this strain is its ability to consume raw glycerol as a carbon and energy source for microbial growth and carotenoid production. In the fist part of this study, the identification of operating parameters that have an influence on the optimum torularhodin production, was achieved. Experimental assays reinforced by a statistical study allowed to identify temperature, dissolved oxygen pressure and oleic acid supplementation, as the major parameters of influence, and then the integration of these data was performed for the construction of a multiobjective optimization based on a multicriteria experimental design. The establishment of a mathematical model of a second degree polynomial type was developed for the prediction of the values of µmax and of the torularhodin concentration reported to biomass. In the last part, considering that torularhodin has an important antioxidant property and it exhibits a free carboxyl acid function which can be used as acyl agent, a study of its structure modifying by an enzymatic way as a stabilization pattern was started. The experimental conditions of lysine acylation by the lipase B of Candida antarctica were determined using a model carotenoid, the bixin. The resulting product of the synthesis of bixin derivative was purified and showed an antiradical activity of 2.5 times higher than that of bixin. This result showed the ability of the acylation reaction of peptides with this kind of carotenoids

Nous avons mis au point une méthode de lavage broncho-alvéolaire permettant d'effectuer des mesures répétées (toutes les 15 min. pendant 3h30.) de la perméabilité capillaro-alvéolaire à une macromolécule (FITC-dextran). Après une lésion à l'acide oléique (AO) on observe, en 30 minutes un pic de perméabilité au FITC-dextran. La perméabilité décroît ensuite lentement jusqu'à la fin de l'expérience.<br />Nous avons testé les effets de la terbutaline, un β2-agoniste réputé réduire in vitro l'augmentation de perméabilité dans les lésions pulmonaires inflammatoires. Une perfusion de terbutaline débutée 10 min. après la lésion à l'AO ne modifie pas l'évolution de la perméabilité. Une perfusion tardive de terbutaline (90 min. après la lésion) aggrave la perméabilité. Comme l'index cardiaque et la pression capillaire augmentent au cours de la perfusion de terbutaline, nous supposons que la terbutaline recrute des capillaires lésés et aggrave la perméabilité à la phase tardive de la lésion à l'AO.

L’accumulation de lipides chez une espèce levurienne Yarrowia lipolytica souche sauvage a été caractérisée par l’analyse dynamique et systémique des différents états métaboliques identifiés lors des cultures sous conditions environnementales parfaitement maitrisées, à hautes densités cellulaires selon deux stratégies bien distinctes. En premier lieu sur substrat osidique avec le phosphore comme élément inducteur de l’accumulation de lipides, stratégie originale pour déclencher l’accumulation de lipides chez cette souche. Et deuxièmement sur co-susbtrats glucose et oléate et sans aucune limitation nutritionnelle.Ces stratégies de conduites ont permis de dégager les points suivants :- La limitation phosphore déclenche une accumulation en lipides mais aussi en polysaccharides de réserves mobilisables mais non transitoire contrairement à la limitation azote.- La teneur en phosphore de la biomasse catalytique est très variable. De ce fait, le taux de croissance de la biomasse catalytique n’est pas contrôlable par le débit en phosphore.- Le phosphore joue un rôle dans la régulation de l’entrée de glucose dans la cellule, et permet d’éviter la production de citrate lorsque les voies de production de biomasse et de lipides sont en débordement sur une large gamme de rapport C/P (de 0 à 8000 Cmole.mole-1).- La capacité maximale d’accumulation en réserves carbonées chez Y. lipolytica wT est identique quelle que soit la méthode d’accumulation (limitation azote, limitation phosphore, co-substrats glucose / oléate) et est égale à 0,5 Cmole/CmoleX-1. Il existe donc un phénomène de régulation de la levure encore inconnu et limitant l’accumulation en réserves carbonées chez cette souche.Ces résultats ont permis d’identifier des points clés dans l’accumulation en réserves carbonées de cette espèce levurienne et de proposer un mode de conduite original faisant l’objet d’un dépôt de brevet / Lipid accumulation by the yeast Yarrowia lipolytica wT was characterized by dynamic and systemic analysis of different metabolic states in a microbial culture under fully controlled environmental conditions with high cell concentration and under two different strategies:Glucose as the substrate and phosphorus limitation as an inducer of lipid accumulation, an original strategy for lipid accumulation in Y. lipolytica wT.A co-substrate strategy with glucose and oleic acid and without any nutritional limitation.These strategies allowed showing the following points:- Phosphorus limitation triggers a lipid accumulation and a non-transient accumulation of reserve polysaccharide that can be consumed by biomass when necessary, contrary to nitrogen limitation- Phosphorus rate in catalytic biomass shows great variations. Catalytic growth rate cannot be governed by phosphorus input. - Phosphorus has a role in regulating cellular glucose uptake and allows avoiding citric acid production due to overflow of carbon input over a large range of C/P ratios (0 to 8000 Cmol.mol-1)- Maximum capacity of reserve carbon accumulation in Y. lipolytica wT is similar for any culture strategy tested (under nitrogen limitation, phosphorus limitation or with glucose and oleic acid co-substrates) and is equal to 0,5 Cmol/CmolX-1. There is an unknown phenomenon of carbon regulation limiting reserve carbon accumulation in Y. lipolytica wT. Results allowed identifying key points in reserve carbon accumulation in this particular yeast strain and suggesting an original process, claim of a patent

La neurogenèse est présente, dans le cerveau adulte, dans la zone sous-ventriculaire (ZSV) encadrant les ventricules latéraux et dans le gyrus dentelé (GD) de l’hippocampe, permettant l’apprentissage, la mémoire et la fonction olfactive. Ces micro-environnements possèdent des signaux contrôlant l’auto-renouvellement des cellules souches neurales (CSN), leur prolifération, leur destin et leur différenciation. Or, lors du vieillissement, les capacités régénératives et homéostatiques et la neurogenèse déclinent. Les patients atteints de la maladie d’Alzheimer (MA), comme le modèle animal reproduisant cette maladie (3xTg-AD), montrent une accélération des phénotypes liés au vieillissement dont une diminution de la neurogenèse. Notre hypothèse est que la découverte des mécanismes affectant la neurogenèse, lors du vieillissement et de la MA, pourrait fournir de nouvelles cibles thérapeutiques pour prévenir le déclin cognitif. Les études sur l’âge d’apparition et les mécanismes altérant la neurogenèse dans la MA sont contrastées et nous ont guidé vers deux études. L’examen des changements dans les étapes de la neurogenèse lors du vieillissement et du développement de la neuropathologie. Nous avons étudié la ZSV, les bulbes olfactifs et le GD de souris femelles de 11 et 18 mois, et l’apparition des deux pathologies associées à la MA : les plaques amyloïdes et les enchevêtrements neurofibrillaires. Nous avons découvert que les souris 3xTg-AD possèdent moins de cellules en prolifération, de progéniteurs et de neuroblastes, induisant une diminution de l’intégration de nouvelles cellules dans le GD et les bulbes olfactifs. Notons que le taux de neurogenèse chez ces souris de 11 mois est similaire à celui des souris de phénotype sauvage de 18 mois, indiquant une accélération des changements liés au vieillissement dans la MA. Dans la ZSV, nous avons aussi démontré une accumulation de gouttelettes lipidiques, suggérant des changements dans l’organisation et le métabolisme de la niche. Enfin, nous avons démontré que le déficit de la neurogenèse apparait lors des premières étapes de la MA, avant l’apparition des plaques amyloïdes et des enchevêtrements neurofibrillaires. A l’examen des mécanismes inhibant la neurogenèse lors de la MA, nous voyons que chez des souris de 5 mois, le déficit de la neurogenèse dans la ZSV et le GD est corrélé avec l’accumulation de lipides, qui coïncide avec l’apparition du déclin cognitif. Nous avons aussi découvert que dans le cerveau humain de patients atteints de la MA et dans les 3xTg-AD, des gouttelettes lipidiques s’accumulaient dans les cellules épendymaires, représentant le principal soutien des CSN de la niche. Ces lipides sont des triglycérides enrichis en acide oléique qui proviennent de la niche et pas d’une défaillance du système périphérique. De plus, l’infusion locale d’acide oléique chez des souris de phénotype sauvage permet de reproduire l’accumulation de triglycérides dans les cellules épendymaires, comme dans la MA. Ces gouttelettes induisent un dérèglement de la voie de signalisation Akt-FoxO3 dans les CSN, menant à l’inhibition de leur activation in vitro et in vivo. Ces résultats permettent une meilleure compréhension de la régulation de la neurogenèse par le métabolisme lipidique. Nous avons démontré un nouveau mécanisme par lequel l’accumulation des lipides dans la ZSV induit une inhibition des capacités de prolifération et de régénération des CSN lors de la MA. Les travaux futurs permettront de comprendre comment et pourquoi le métabolisme lipidique du cerveau est altéré dans la MA, ce qui pourrait offrir de nouvelles voies thérapeutiques pour la prévention et la régénération. / In the adult brain, neurogenesis continues in the subventricular zone (SVZ) surrounding the lateral ventricles and the dentate gyrus (DG) of the hippocampus where it plays a critical role in learning, memory, and olfactory function. Within these microenvironments, combinatorial signals control neural stem cell (NSC) self-renewal, proliferation, fate determination and differentiation. Unfortunately, during aging, neurogenesis declines along with many other homeostatic and regenerative capabilities. Furthermore, Alzheimer’s disease (AD) patients and many AD models show an acceleration of several aging related phenotypes including neurogenesis. We hypothesize that uncovering how neurogenesis is affected during aging and in AD will provide novel targets for prevention of cognitive decline. However, conflicting findings including the age of onset and the mechanisms altering neurogenesis in AD propelled us to perform the two following studies. First, we examined the various steps of neurogenesis and how they change as a result of aging, neuropathology development, and neurogenic niches. We studied neurogenesis in the SVZ, olfactory bulb, and DG of 11- and 18-month-old female mice and simultaneously measured the stages of the two major AD-associated pathologies, amyloid plaques and neurofibrillary tangles. We found that, 3xTg-AD mice had fewer proliferating cells, neural progenitors and neuroblasts, resulting in decreased numbers of adult-born cells added to the dentate granule cell layer and the olfactory bulbs. Interestingly, the levels of neurogenesis in 11-month-old 3xTg mice were similar to those in 18-month-old WT mice, indicating an acceleration of aging-related changes in neurogenesis. Interestingly, we found that the deficits in neurogenesis appear at early stages of AD-associated pathologies, before the appearance of the hallmark Aβ plaques and neurofibrillary tangles. Instead, we found a pronounced accumulation of large lipid droplets, suggestive of significant organizational and metabolic changes (Chapter 2). Second, we examined the mechanisms inhibiting neurogenesis in AD. Studying young 5-month-old mice, we found that deficits in SVZ and DG neurogenesis still correlated with extensive lipid accumulation coinciding with the onset of cognitive decline. Importantly, we found that postmortem AD brains and 3xTg-AD mice accumulate neutral lipids within ependymal cells, the main support cell of the SVZ niche. Using novel mass spectrometry techniques, we identified these lipids as oleic acid-enriched triglycerides. Moreover, analysis of plasma, cerebrospinal fluid, and microdissected SVZs showed that these lipids originate from niche-derived rather than peripheral lipid metabolism defects. Remarkably, locally increasing oleic acid in wild-type mice was sufficient to recapitulate the AD-associated ependymal triglyceride phenotype and led to a de-regulation of the Akt-FoxO3 NSC preservation pathway, and inhibition of NSC activation in vitro and in vivo (Chapter 3). Together, this work suggests a novel mechanism of cognitive defects. Specifically, lipid accumulation within SVZ niche cells during early adulthood inhibits the proliferative and regenerative capacity of NSCs in AD. Future work aimed at understanding how and why brain lipid metabolism is altered in AD could provide therapeutic targets for preventative and regenerative strategies for those suffering from AD.