La prééclampsie est caractérisée par une hypertension gestationnelle accompagnée d’une protéinurie détectable après 20 semaines de grossesse. Une invasion anormale de l’endomètre par le placenta est à l’origine de la pathophysiologie. L’apparition d’une condition hypoxique placentaire est associée à un stress oxydatif ainsi qu’à un dérèglement de la synthèse et du transport des acides gras polyinsaturés vers le fœtus. L’oxydation non enzymatique de l’acide arachidonique, un acide gras insaturé oméga-6, mène à la formation potentielle de soixante-quatre isomères de F₂-isoprostanes. Ces derniers sont d’excellents biomarqueurs du stress oxydatif et peuvent jouer un rôle de vasoconstricteurs, lorsque libérés des phospholipides des membranes cellulaires par les phospholipases A₂. J’ai étudié les niveaux d’acides gras intacts et oxydés libérés par les phospholipases A₂ ainsi que la voie du thromboxane A₂ dans le placenta de grossesses normotensives et prééclamptiques. Mes travaux ont mis en lumière que le plasmalogène, une classe particulière de phospholipides riche en acides gras polyinsaturés, est augmenté dans le placenta en prééclampsie. De plus, les F₂-isoprostanes libres se retrouvent en plus grandes concentrations dans le placenta des grossesses prééclamptiques. Parallèlement, l’expression génique de certaines phospholipases A₂ est plus élevée dans le placenta en prééclampsie que chez les contrôles. En résumé, une augmentation des F₂-isoprostanes à effet vasoconstricteur, additionné à une augmentation de l’expression génique du récepteur au thromboxane A₂, pourraient jouer un rôle important dans l’hypertension locale placentaire en cas de prééclampsie. / Preeclampsia is a complex disorder during pregnancy. It is characterized by hypertension and proteinuria detectable after twenty weeks of gestation. An abnormal placental development/invasion is believed to be the first step of the pathophysiology. Preeclampsia is associated with an hypoxic condition, oxidative stress and the deregulation of polyunsaturated fatty acid synthesis and transfer to the growing fetus. Lipid peroxidation of arachidonic acid, an omega-6 fatty acid, lead potentially to the formation of sixty-four isomers of F₂-isoprostanes. F₂-isoprostanes are reliable biomarkers of oxidative stress and some are vasoconstrictors when released from the phospholipids membranes by phospholipases A₂. I have studied intact and oxidized fatty acids liberated by phospholipases A₂ and the thromboxane A₂ pathways in the placenta of normotensives and preeclamptic placentas. We have observed that plasmalogen, a sub-class of phospholipids enriched in polyunsaturated fatty acids, is elevated in the placenta of preeclamptic pregnancies. Furthermore, concentration of free F₂-isoprostanes is higher in preeclamptic placentas compared to controls. The latter was accompanied by elevated mRNA expression of specific phospholipases A₂ in preeclamptic placentas when compared to normotensive controls. In brief, elevated levels of free F₂-isoprostanes in addition to higher expression of thromboxane A₂ receptors could be involved in the local placental hypertension in preeclampsia.

La raréfaction des ressources pétrolières exacerbe la demande de nouveaux produits issus de sources durables, tels que les huiles issues des plantes. Afin de pouvoir intégrer les acides gras insaturés présents dans ces produits biosourcés dans l’industrie pétrochimique, une réaction clivante revêt un grand intérêt. Cette thèse présente des voies de synthèse pour des nanocatalyseurs magnétiques, actifs pour la scission oxydante des acides gras insaturés, et notamment l’acide oléique. Les nanocatalyseurs magnétiques constituent une nouvelle catégorie de catalyseurs hétérogènes dont les propriétés catalytiques permettent d’avoisiner les performances des catalyseurs homogènes. Cependant, leur nature solide couplée à leur propriété magnétique permet facilement leur récupération, et donc leur réutilisation, au contraire des catalyseurs homogènes. Ainsi, un nano catalyseur magnétique est un type de catalyseur prometteur s’inscrivant dès lors dans une démarche de chimie verte. Cette thèse présente, en plus de deux chapitres non expérimentaux, des méthodes de synthèse pour la conception in fine de nanocatalyseurs de type cœur@coquille, permettant d’exhiber des propriétés magnétiques grâce à un cœur constitué d’oxyde de fer et d’une coquille composée en partie de la phase active qu’est le catalyseur. Ainsi, les articles présentés incluent, dans le troisième chapitre, une méthode de synthèse de nanoparticules d’oxyde de fer, la magnétite Fe3O4, ayant une très grande reproductibilité et une très faible dispersité en taille. Ces nanoparticules serviront de cœur pour la conception des nanocatalyseurs au cœur magnétique. Dans un quatrième chapitre, une nouvelle voie de synthèse de nanoparticules cœur@coquille magnétiques ayant de l’oxyde de molybdène à la surface est présentée. L’oxyde de molybdène est reconnu pour ses propriétés catalytiques pour la scission oxydante des acides gras insaturés. Finalement, dans un cinquième chapitre, une seconde voie de synthèse est présentée pour l’élaboration d’un nanocatalyseur cœur@double coquille, entièrement inorganique. Cette nanoparticule est composée d’un cœur de magnétite, le plus magnétique des oxydes de fer, d’une première coquille de silice et finalement d’une coquille d’oxyde de tungstène. En plus de présenter les étapes de synthèse détaillées et les mécanismes associés, cet article a évalué les propriétés catalytiques de cette nanoparticule de Fe3O4@SiO2@WO3.Lorsqu’employé sur l’acide oléique, et comparé à d’autres catalyseurs à base de tungstène, ce nanocatalyseur exhibe une activité catalytique proche du catalyseur homogène (soit l’acide pertungstique) et bien au-delà des catalyseurs hétérogènes, qu’ils soient à l’échelle macroscopique (oxyde de tungstène brut), ou à l’échelle nanoscopique avec des nanoparticules supportées. De plus, sa récupérabilité et sa réutilisabilité permettent de qualifier cette nanoparticule de nanocatalyseur. Cette méthode fiable et robuste pourrait être mise en œuvre sur d’autres oxydes métalliques pouvant être utilisés comme catalyseurs, tels que le molybdène. Elle permettrait ainsi d’ouvrir une nouvelle voie de synthèse de catalyseurs verts que sont les nanocatalyseurs magnétiques de type cœur@coquille. En effet, la silice étant facilement fonctionnalisable, cette méthode offre de multiples possibilités en termes d’applications. / The scarcity of the fossil resources exacerbates the need for new products, based on sustainable resources such as the vegetable oils. To integrate the unsaturated fatty acids of these biobased products to the petrochemical industry, a bond cleavage is required. This thesis provides new synthesis routes for magnetic nanocatalysts, effective for the oxidative cleavage of fatty acids, in particular oleic acid. The magnetic nanocatalysts are a new type of heterogenous catalysts with catalytic properties close to the performances of the homogeneous catalysts. As a solid material exhibiting magnetic properties, they are easy to recover from reaction media and thus to reuse, contrary to the homogeneous catalysts. Thus, a magnetic nanocatalyst is a promising catalyst in green chemistry. This thesis introduces, in addition two theoretical chapters on the above mentioned concepts, various methods of synthesis to in fine conceive a core@shell nanocatalyst. The latter intend to exhibit a magnetic core of iron oxide and a shell containing the active phase of the catalyst. Thus, the articles included in this thesis contribute to achieving this purpose. The first article provides a method for the synthesis of iron oxide nanoparticles, the magnetite Fe3O4, with a high reproducibility and a low dispersity in size. These nanoparticles will be further used as the core in the design of nanocatalysts with a magnetic core. The second article provides a new synthesis route for the synthesis of magnetic core@shell nanoparticles with molybdenum oxide at the external surface. Molybdenum oxide is a known catalyst for the oxidative cleavage of unsaturated fatty acids. Finally, a new method for the design of a nanocatalyst core@dual shell fully inorganic, is presented. This nanoparticle is composed of a magnetic core of magnetite, the more magnetic phase of iron oxide, a first shell of silica and then a shell of tungsten oxide. Not only the detailed step-by-step synthesis route is provided, but the catalytic activity of this Fe3O4@SiO2@WO3 nanoparticle is also assessed. When applied and compared to other tungsten-based catalysts for the oxidative cleavage of oleic acid, this nanocatalyst exhibits a catalytic activity similar to the homogeneous catalyst (i.e. pertungstic acid) and far above that of existing heterogeneous catalysts. The latter were either a macroscopic catalyst (i.e. bulk tungsten oxide) or nanoscopic catalysts with tungsten oxide nanoparticles and supported nanoparticles. In addition, the easy recovery of this material and its reusability allow qualifying this nanoparticle as a nanocatalyst. This reliable and robust method could be implemented on other catalytic active metal oxides such as molybdenum. This method is a new synthesis path for green catalysts as magnetic core@shell nanocatalysts. Indeed, as the silica is an easy functionable support, this method could be easily implemented and open new catalytic possibilities.

Si les lipides contribuent à la valeur nutritionnelle et sensorielle de nombreux aliments, ils sont particulièrement sensibles aux réactions d'oxydation. Les principaux mécanismes mis en jeu lors de l'oxydation des acides gras insaturés sont relativement bien connus. En revanche, il est aujourd'hui quasiment impossible de prédire l'avancement des réactions et souvent nécessaire de recommencer une nouvelle étude de stabilité oxydative pour tout nouveau couple produit alimentaire / procédé de transformation. L'objectif de la thèse est donc de construire un modèle mécanistique couplé à un modèle de transfert de l'oxygène dans le but de prédire l'avancement des réactions d'oxydation dans un milieu lipidique continu et dans des conditions expérimentales définies et contrôlées (température, oxygénation, composition en acides gras, composition en antioxydants). Pour cela, un schéma réactionnel visant à détailler l'ensemble des réactions impliquées dans le phénomène d'auto-oxydation des lipides a été proposé puis un modèle stoechio-cinétique a été construit à partir des valeurs des paramètres cinétiques issues de la littérature. La réactivité des acides gras insaturés présents dans trois huiles végétales d'usage courant (colza, tournesol, tournesol oléique), purifiées de leurs antioxydants naturels, a été étudiée entre 80 et 180°C, en suivant différents marqueurs d'oxydation (diènes conjugués, hydroperoxydes, aldéhydes, polymères). Comme attendu, les cinétiques d'oxydation se sont avérées dépendantes de la composition des huiles en acides gras, de la température et des conditions d'oxygénation. L'ajout d'antioxydant(s) a confirmé l'effet protecteur de l'α-tocophérol, qui n'a pas été amélioré par un enrichissement en acide chlorogénique, acide phénolique naturellement présent dans les graines de tournesol. Les résultats obtenus ont été utilisés pour valider le modèle développé, dont les prédictions permettent de reproduire les tendances expérimentales. Deux limitations ont été mises en évidence au cours de cette phase de validation dont la première concerne la description fiable et précise du mécanisme d'oxygénation du milieu, qu'il sera nécessaire de mesurer dans une huile à haute température pour valider le modèle d'oxydation. Par ailleurs, compte tenu du nombre important de réactions prises en compte, il sera indispensable de disposer d'un jeu de données expérimentales plus important, pouvant inclure des intermédiaires radicalaires. Pour cela, les potentialités de la résonance paramagnétique électronique ont été étudiées au cours de ce travail, à la fois pour suivre les radicaux lipidiques et pour accéder à des paramètres cinétiques pour des réactions radicalaires, peu disponibles dans la littérature.

La formation des liaisons C-C est parmi les cibles les plus élevés de la science et de la technologie de la catalyse. Dans ce cadre, la réaction de métathèse catalytique a gagné une importance considérable en raison de l'efficacité du processus de transformation. Par conséquent, un grand progrès a été réalisé dans ce domaine avec le développement de plusieurs catalyseurs homogènes et hétérogènes, ainsi que les différentes approches de métathèse. Cette formule a permis une conception plus facile et plus durable de diverses stratégies de synthèse dans différents domaines, y compris la synthèse organique, la science des polymères, etc. Cependant, le développement des catalyseurs de métathèse robustes pour les applications à grande échelle est encore une tâche difficile. Tenant compte de cela, les résultats de recherche présentés dans cette thèse de doctorat se concentrent sur la synthèse d'un nouveau catalyseur hétérogène de métathèse. Par conséquent, le méthyltrioxorhénium (MTO) a été supporté sur différents matériaux à base d'alumine. La performance des catalyseurs synthétisés a été étudié par l'auto-métathèse de l'oléate de méthyle, choisi comme substrat modèle; volumineux et fonctionnalisé, afin d'évaluer la tolérance des espèces actives aux groupements fonctionnels, ainsi que d'évaluer sa diffusion à l'intérieur des canaux mésoporeux. Tout d'abord, des supports très organisés à base alumine mésoporeux organisée modifiée avec le chlorure de zinc (ZnCl2-AMO) ont été préparés avec succès grâce à un procédé sol-gel puis une imprégnation post-synthèse. Le MTO supporté sur ces supports catalytiques est très actif pour l'auto-métathèse de l'oléate de méthyle, avec des vitesses de réaction plus élevées et une meilleure sélectivité par rapport aux catalyseurs à base d'alumine classiques. Cette amélioration est attribuée à des meilleurs phénomènes de transfert de masse à l'intérieur du réseau mésoporeux organisé. Ensuite, nous avons développé une voie de synthèse efficace en une seule étape pour la préparation des matériaux ZnCl2-AMO. Cette approche a permis l'accès à des supports ZnCl2-AMO très ordonnés avec de meilleurs rendements de synthèse ainsi que de meilleures propriétés physiques et de surface. En outre, ces fonctionnalités améliorées ont permis aux catalyseurs à base de MTO supportés sur ces matériaux préparés en une seule étape de manifester une meilleure performance catalytique par rapport à celle de ZnCl2-AMO préparé par le processus en plusieurs étapes. Toutefois, des études spectroscopiques ont révélé la formation d'espèces actives semblables sur la surface pour tous les supports catalytiques préparées. Ces caractérisations nous ont guidés pour étudier et proposer un mécanisme complet pour les voies de formation des produits de métathèse, ainsi que le cycle catalytique de métathèse, démontrant l'effet d'encombrement stérique sur l'interface de catalyseurs qui contrôle la sélectivité de la réaction. La synthèse des catalyseurs de métathèse MTO/ZnCl2-AMO nous a permis d'effectuer efficacement les transformations de métathèse utilisant des matières premières renouvelables (par exemple des acides gras estérifiés provenant des huiles végétales), offrant un accès à une variété de monomères fonctionnalisés, qui pourraient éventuellement être utilisés pour d'autres transformations telles que la synthèse des bio-polymères à valeur ajoutée à base (par exemple, les bioplastiques, biosurfactants). / Sustainable C-C bond forming reactions have been among the highest target of catalysis science and technology. In this scope, metathesis reaction has been gaining enormous attention due to the efficiency of the transformation process. Therefore, a great progress has been made in this area by developing several homogeneous and heterogeneous catalysts as well as distinct metathesis reaction approaches. This allows an easier and more sustainable design for various synthesis strategies in different fields including organic synthesis, polymer science, etc. However, the development of robust metathesis catalysts for large scale applications is still a challenging task. Taking this into account, this research presented in this doctoral dissertation is focusing on the synthesis of new heterogeneous metathesis catalysts. Therefore, methyltrioxorhenium (MTO) was supported on various alumina-based materials. The synthesized catalysts' performance was studied though methyl oleate self-metathesis, chosen as a model bulky functionalized substrate, in order to evaluate the active species tolerance to functional groups as well as to evaluate its diffusion inside the mesoporous channels. First, highly organized ZnCl2-modified OMA supports were successfully prepared through a sol-gel method followed by a post-synthesis modification via wet-impregnation process. MTO supported on these catalytic supports were found o be highly active for methyl oleate self-metathesis, displaying higher reaction rate and products selectivity compared to the conventional wormhole-like alumina-based catalysts. This improvement is ascribed to enhanced mass transfer phenomena inside the organized mesoporous network. Afterwards, we have developed efficient one-pot synthesis route ZnCl2-modified OMA supports. Interestingly, this approaches allowed access to numerous highly ordered ZnCl2-modified OMA supports with better synthesis yields and improved textural and surface properties. Moreover, these enhanced features allowed the MTO-based catalyst supported on these one-step prepared materials to exhibit higher metathesis reaction performance compared to ZnCl2-modified OMA supports prepared via the two-steps processes. However, spectroscopic investigations revealed the formation of similar surface active species for all the prepared catalytic supports. These characterizations guided us to study and propose a comprehensive mechanism of metathesis products formation pathways as well as the metathesis catalytic cycle, demonstrating the steric hindrance effect on the catalysts interface that governed the reaction selectivity. The synthesis of the 3 wt.% MTO/ZnCl2-OMA catalysts allowed us to efficiently perform metathesis reaction using renewable feedstock (e.g. fatty acid esters derived from vegetable oils), offering access to a variety of functionalized monomers which could be used for further transformations such as the synthesis of value-added bio-based polymers (e.g. bioplastics, biosurfactants).

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2008-2009 / Les acides gras trans (AGT) proviennent de deux sources différentes dans l'alimentation : 1) des procédés industriels d'hydrogénation des huiles végétales insaturées et 2) de la biohydrogénation des acides gras insaturés par les bactéries naturellement présentes dans le rumen des ruminants. La consommation d'AGT d'origine industrielle (AGTi) augmente le risque de maladies cardiovasculaires. Toutefois, les effets de la consommation d'AGT d'origine naturelle (AGTn) demeurent inconnus. L'objectif de ce mémoire est de comparer les effets, gramme pour gramme, des AGTn et d'AGTi sur le métabolisme in vivo des HDL et des LDL. Les résultats suggèrent que la consommation d'une quantité élevée d'AGTn, en opposition aux AGTi, a un effet minimal sur la cinétique in vivo des HDL. Il ne semble pas y avoir de différence importante entre la consommation de quantités élevées d'AGTn et d'AGTi sur les taux de catabolisme et de production des différentes fractions de lipoprotéines contenant de l' apoB-l 00.

Le métabolisme des lipides joue un rôle primordial au cœur de l'homéostasie cutanée. Précisément, les acides gras polyinsaturés (PUFAs) n-3 et n-6 sont impliqués dans des fonctions à la fois structurales et métaboliques, essentielles au développement et au maintien de la fonction barrière de la peau. Ces fonctions variables et complexes sont toujours partiellement incomprises à ce jour, et les conséquences qui en découlent sont évidentes et parfois néfastes. En effet, cette incompréhension limite notre capacité à reconstruire des modèles cutanés plus représentatifs de la peau normale humaine, qui sont nécessaires aux études pharmaceutiques. De plus, cette dernière fait partie intégrante de notre incapacité à déterminer les causes de certaines pathologies multifactorielles complexes telles que le psoriasis et, conséquemment, à développer des traitements efficaces pour les soigner. Les modèles de peau humaine sains et psoriasiques produits par génie tissulaire ont été exploités afin de mettre en lumière le rôle des acides gras polyinsaturés dans la fonction barrière de la peau. Au cours de cette thèse, plusieurs objectifs spécifiques ont été étudiés. Les deux premiers objectifs visaient l'optimisation du modèle de peau saine grâce à la supplémentation des milieux de culture avec, dans un premier temps, soit une supplémentation individuelle en acide alpha-linolénique (n-3 PUFAs) ou en acide linoléique (n-6 PUFAs). Dans un deuxième temps, une double supplémentation a été réalisée où l'acide alpha-linolénique et l'acide linoléique ont été ajoutés simultanément. Les résultats issus de ces deux études ont montré que la supplémentation des milieux de culture avec l'acide alpha-linolénique et celle avec les deux acides simultanément permettaient d'améliorer la fonctionnalité des substituts cutanés en diminuant l'absorption percutanée de la testostérone, alors que la supplémentation en acide linoléique seul n'avait pas d'effet. Ces résultats surprenants ont mis en évidence l'importance du ratio de n-3 et de n-6 PUFAs lors de la formation de la barrière cutanée in vitro. Le troisième objectif de cette thèse a été de caractériser l'endocannabinoïdome de la peau normale humaine et des substituts sains reconstruits par génie tissulaire. Cette étude a permis de mieux comprendre les différents acteurs du métabolisme des endocannabinoïdes au sein de la peau. Nos résultats ont aussi montré que les différents endocannabinoïdes présents dans la peau humaine étaient également retrouvés dans les substituts cutanés. De plus, une double supplémentation en acide alpha-linolénique et en acide linoléique a permis de moduler le profil d'endocannabinoïdes, confirmant que les peaux représentent un modèle adéquat pour l'étude du métabolisme des endocannabinoïdes cutanés. Finalement, le dernier objectif spécifique de cette thèse consistait à étudier le potentiel de l'acide alpha-linolénique (n-3 PUFAs) comme traitement pour soigner le psoriasis. Cette étude a permis de confirmer que les n-3 PUFAs pouvaient réguler la prolifération et la différenciation des kératinocytes psoriasiques in vitro afin qu'ils retrouvent un phénotype se rapprochant davantage de celui des cellules saines. Nos résultats montrent que cette régulation est induite par la modulation de la production des médiateurs lipidiques issus des acides gras polyinsaturés n-3 et n-6 ainsi que par l'activation et l'inhibition subséquentes des cascades de transduction du signal des kinases. En conclusion, le travail présenté dans cette thèse a permis de faire avancer de manière importante l'état des connaissances en ce qui a trait au métabolisme des acides gras polyinsaturés n-3 et n-6 au sein des peaux saines et psoriasiques. Ce dernier a également permis l'optimisation de la reconstruction tissulaire d'un modèle de peau dans le but d'obtenir un tissu affichant une barrière cutanée similaire à celle d'une peau normale humaine et, par conséquent, de mener à un modèle répondant davantage aux besoins de l'industrie pharmaceutique. Finalement, cette thèse a contribué à supporter et à promouvoir l'utilisation des n-3 PUFAs en tant que traitement possible pour les patients atteints de psoriasis, ainsi qu'à démontrer la pertinence de poursuivre les recherches dans ce domaine puisqu'elles offrent un potentiel important quant à l'amélioration de la qualité de vie des patients. / Lipid metabolism plays a central role in the skin homeostasis. More specifically, omega-3 and omega-6 polyunsaturated fatty acids (n-3 and n-6 PUFAs) are involved in both structural and metabolic functions, which are essential for the development and maintenance of the skin barrier function. These highly variable and complex functions are still partially misunderstood to this day, and the resulting consequences are obvious. Indeed, these gaps in knowledge limit our ability to produce reconstructed skin models that are representative of normal human skin, which are necessary for pharmaceutical studies. In addition, improving our knowledge of skin lipids would help understand the causes of certain complex multifactorial pathologies such as psoriasis and would consequently lead to the development of more effective therapies. Tissue-engineered healthy and psoriatic human skin substitutes have been exploited to shed light on the role of polyunsaturated fatty acids regarding the barrier function of the skin. This thesis evaluated several specific objectives. The first two objectives aimed at the optimization of the healthy skin substitutes using first, individual supplementation of culture media with alpha-linolenic acid (n-3 PUFA) or linoleic acid (n-6 PUFA), as well as in a second step, a dual supplementation with both alpha-linolenic and linoleic acids. The results of these two studies showed that supplementation of culture media with alpha-linolenic acid and with the dual supplementation improved the functionality of skin substitutes by reducing the percutaneous absorption of testosterone, whereas the linoleic acid supplementation alone had no effect. These surprising results demonstrated the importance of the ratio of n-3 to n-6 PUFAs in the formation of the skin barrier in vitro. The third objective of this thesis was to characterize the endocannabinoidome of human skin compared to that of healthy tissue-engineered skin substitutes. This study provides a better understanding of the different actors in the metabolism of endocannabinoids within the skin. Our results show that the different endocannabinoids present in human skin were also found in the skin substitutes, and that they were modulated following a double supplementation with alpha-linolenic acid and linoleic acid, confirming that reconstructed skin equivalents are an adequate model for the study of the metabolism of cutaneous endocannabinoids. Finally, the last specific objective of this thesis was to study the potential of alpha-linolenic acid (n-3 PUFA) as a treatment for psoriasis. This study confirmed that n-3 polyunsaturated fatty acids can regulate the proliferation and differentiation of psoriatic keratinocytes so that they adopt a healthier behavior. This regulation is mediated by the modulation of the lipid mediators produced from n-3 and n-6 polyunsaturated fatty acids, as well as by the activation and inhibition of subsequent signal transduction cascades involving kinases. In conclusion, the results reported in this thesis significantly contribute to advancing the state of knowledge regarding the metabolism of n-3 and n-6 polyunsaturated fatty acids in healthy and psoriatic skin. This thesis also allowed the optimization of a skin model to be more representative of the functionality of normal human skin, and thus the generation of a more efficient model for the pharmaceutical industry. Ultimately, our work will help to support and promote the use of n-3 polyunsaturated fatty acids as a treatment for patients with psoriasis, which could greatly improve their quality of life.

La consommation d'une diète riche en lipides et en sucre et à base de protéines de saumon hydrolysées améliore la sensibilité à l'insuline des rats Wistar comparativement aux rats consommant une diète à base de caséine. Cette amélioration de la sensibilité à l'insuline pourrait être expliquée par un plus faible gain de poids des animaux consommant la diète avec la protéine de saumon hydrolysée comparativement à l'autre diète diabétogénique. Comme aucune variation au niveau du poids des tissus adipeux viscéraux n'est remarquée chez ces animaux, l'hypothèse d'une augmentation de la dépense énergétique, due à la présence de composés tels que la calcitonine du saumon et les sels biliaires, pourrait être une explication possible à ce gain inférieur de poids corporel. Malgré un effet positif de cette protéine sur la sensibilité à l'insuline, cet effet n'est pas aussi remarquable que celui observé avec la protéine de morue dans une diète riche en lipides et en sucre, une étude réalisée précédemment dans notre laboratoire. Une explication possible de cette différence dans la protection de la sensibilité à l'insuline entre les deux diètes pourrait être la qualité de la protéine utilisée. Une partie de la protéine de saumon hydrolysée provient des viscères tandis que la protéine de morue provient entièrement de muscles. Par ailleurs, la consommation d'une diète riche en lipides et en sucre où 6% des lipides ont été remplacés par de l'huile de menhaden a démontré que ces rats ont une amélioration du profil glucidique et insulinémique comparativement aux animaux consommant la diète sans remplacement. La diminution de la phosphorylation de la protéine AKT sur le résidu serine 473 des foies de ces animaux comparativement aux animaux consommant une diète chow démontre que le foie n'est pas le tissu cible de cette amélioration du profil glucidique et insulinémique observée chez ces animaux. La baisse de poids des tissus adipeux viscéraux suggère que cette amélioration observée au niveau du métabolisme pourrait s'expliquer par l'implication des tissus périphériques. D'autre part, la consommation d'une diète riche en lipides et en sucre chez des rats Wistar où 6% des lipides ont été remplacés par de l'huile d'argan a démontré que cette huile n'exerce pas d'effet positif sur la sensibilité à l'insuline. De plus, les huiles d'argan et de menhaden n'ont pas d'effet notable sur la voie des MAPK.

L'épilepsie affecte environ 1% de la population. Il s'agit d'une maladie où les crises d'épilepsie surviennent de façon spontanée et imprévue. La prise en charge de ces crises peut se faire par des antiépileptiques, mais dans environ 20 à 30% des cas, les épilepsies ne répondent pas ou peu aux médicaments. Il s'agit alors d'épilepsies pharmacorésistantes. Un des traitements de recours utilisé pour la prise en charge de ces épilepsies est le régime cétogène. Le régime cétogène consiste à apporter une large quantité de lipides, pour une faible quantité de protéines et de glucides. Le régime possède des propriétés anticonvulsivantes, décrites chez l'Homme et le rongeur, mais les mécanismes d'action restent inconnus à ce jour. Plusieurs mécanismes ont été suggérés tels que : les propriétés anticonvulsivantes des corps cétoniques, la modulation de la neurotransmission, la modulation de l'excitabilité cérébrale via la modulation de canaux ioniques tels que les KATP. L'implication des acides gras poly-insaturés (AGPI) a également été suggérée. Ceux-ci pourraient moduler la fluidité membranaire, l'activité des canaux ioniques ou encore les voies de l'inflammation. Notre hypothèse de travail a été d'explorer des voies supposées être impliquées dans les propriétés anticonvulsivantes du régime cétogène. Nous nous sommes intéressés aux AGPI et à l'activation des récepteurs nucléaires PPAR-alpha (peroxisome proliferator-activated receptor alpha) en comparaison au régime cétogène. Nous avons utilisé un modèle murin d'état de mal épileptique (lithium-pilocarpine) et l'induction de crises épileptiques avec mesure du seuil au pentylènetétrazole.<br />Dans un premier temps, nous avons administré per-os, pendant 4 semaines un mélange d'AGPI contenant 70% d'oméga-3 et 25% d'oméga-6 à des rats Wistar. Les animaux ayant reçu la complémentation alimentaire par des AGPI présentaient une augmentation du seuil au PTZ comparable à celle obtenue chez les animaux ayant reçu un régime cétogène. Les animaux supplémentés par les AGPI ou ayant reçu le régime cétogène présentaient des variations plasmatiques en AGPI concernant l'acide arachidonique, l'acide alpha linolénique et l'acide eicosapentaenoïque. Aucune modification du statut nutritionnel ou des phospholipides cérébraux membranaires n'était retrouvée. Dans un second temps, nous avons administré pendant 14 jours de la nourriture contenant 0,2% de fénofibrate (agoniste des récepteurs PPAR-alpha) à des rats Wistar. Le traitement par 0,2% de fénofibrate conduisait à augmenter le seuil au PTZ et retarder le début de l'état de mal épileptique dans le modèle lithium-pilocarpine. Ces résultats étaient comparables à ceux obtenus avec le régime cétogène. En revanche le traitement associant le régime cétogène et le fénofibrate ne conduisait pas à moduler le seuil au PTZ chez les animaux.<br />Ces travaux ont permis de montrer que les AGPI ont des propriétés anticonvulsivantes, comparables à celles du régime cétogène. Ces propriétés anticonvulsivantes ont également été retrouvées suite à l'activation des récepteurs nucléaires PPAR-alpha par le fénofibrate. Les propriétés anticonvulsivantes portées par les AGPI ne sont pas liées à une variation de la composition des membranes cellulaires cérébrales en phospholipides. Les récepteurs nucléaires PPAR-alpha modulent quant à eux de nombreuses voies (métaboliques, inflammatoires, stress oxydant) via des variations d'expression génique et peuvent être activés par les AGPI. L'implication de ces différentes voies dans l'efficacité anticonvulsivante du fénofibrate, reste à explorer. Ces résultats, s'ils sont confirmés par des études complémentaires dans d'autres modèles, laissent penser qu'une simplification du régime cétogène pourrait être envisagée via l'utilisation des AGPI et/ou via l'activation des récepteurs nucléaires PPAR-alpha

Les quantités importantes d’aliments consommés et la proportion élevée de concentrés devant être incorporée aux rations pour soutenir les besoins des vaches hautes-productrices induisent bien souvent des perturbations de l’équilibre ruminal. Ces changements se répercutent sur la biohydrogénation ruminale des acides gras insaturés de la ration, qui entraînent à leur tour une inhibition de la synthèse des matières grasses par le tissu mammaire. Plusieurs stratégies nutritionnelles ont été mises de l’avant pour mieux tirer profit des rations riches en concentrés. Récemment, des études ont montré la capacité du carbonate de potassium (K2CO3) à prévenir la chute de matière grasse associée à des régimes à forte teneur en concentrés. Toutefois, on comprend encore mal l’origine de ces effets. Les travaux de cette thèse visaient donc, dans un premier temps, à départager si les effets observés en ajoutant du K2CO3 aux rations des vaches laitières étaient dus à une augmentation de la différence alimentaire cation anion (DACA), de la teneur en ions K+ ou encore du pouvoir tampon de la ration. Un autre objectif de cette thèse était de déterminer les effets d’un ajout de K2CO3 sur la synthèse de matières grasses du lait lorsque des sources d’acides gras polyinsaturés (AGPI) sont introduites dans l’alimentation de la vache laitière. Enfin, les travaux cherchaient à déterminer l’effet d’un ajout de K2CO3 à la ration sur les populations microbiennes du rumen, particulièrement celles reconnues pour être impliquées dans le métabolisme lipidique. Pour répondre à ces questions, une première expérience a été mise en place, où 35 vaches Holstein en début de lactation ont été distribuées selon un plan en blocs complets aléatoires. La période expérimentale était de 28 jours et précédée d’une collecte de 5 jours (covariable). Les cinq rations expérimentales étaient constituées en vue de départager les effets du K2CO3 (témoin vs K2CO3), de la capacité tampon (K2CO3 vs KHCO3), de la DACA (K2CO3 vs KCl) et du type de cations (K2CO3 vs Na2CO3). Dans cette expérience, et contrairement aux études antérieures, l’ajout de K2CO3 aux rations riches en concentrés n’a pas permis d’augmenter la production de lait ou la matière grasse des vaches en début de lactation. De plus, les résultats suggèrent qu’une augmentation du K alimentaire via l’ajout de K2CO3 pourrait induire un déséquilibre ionique cellulaire qui pourrait affecter le transport des nutriments dans les cellules épithéliales mammaires et ainsi affecter la synthèse du lait. Une seconde expérience a ensuite été menée, où 28 vaches Holstein en début de lactation ont été distribuées selon un plan en blocs complets aléatoires. La période expérimentale était également de 28 jours et précédée d’une collecte de 5 jours (covariable). Les quatre rations expérimentales étaient offertes selon un arrangement factoriel 2 × 2, soit 0 ou 1,5 % K2CO3 et 0 ou 2 % d’huile de soya, comme source d’acides gras polyinsaturés. Les résultats ont montré que l’ajout de K2CO3 peut entraîner une augmentation de la sécrétion des matières grasses laitières chez des animaux recevant de grandes quantités de concentrés. Cette augmentation dépend toutefois de la teneur en lipides de la ration. Cette étude a également permis de mettre en lumière une relation positive entre la production laitière et la teneur en chlore du lait. Lors de cette seconde expérience, des échantillons de contenu ruminal ont également été prélevés chez 24 vaches (n = 6) afin d’étudier l’impact d’un supplément de K2CO3 sur l’environnement et les populations microbiennes du rumen des vaches en début de lactation recevant des rations riches en concentrés avec ou sans huile de soya. Ces travaux ont permis de comprendre que le K2CO3 et l’huile de soya ont des effets distincts sur les populations microbiennes. L’ajout de K2CO3 a stimulé la croissance de Butyrivibrio hungatei, bactérie productrice de 18:1 trans-11. L’ajout d’huile de soya a, quant à elle, réduit la présence de Butyrivibrio/Pseudobutyrivibrio, un groupe de bactéries productrices de 18:1 trans-11, de Fibrobacter succinogenes, une bactérie fibrolytique, de Butyrivibrio proteoclasticus, une bactérie productrice de 18:0, et de Streptococcus bovis, une bactérie amylolytique Les travaux regroupés dans cette thèse apportent un éclairage nouveau sur le rôle de la supplémentation minérale sur les performances de production des vaches laitières / Negative energy balance typically appears in early-lactation dairy cows as a consequence of a reduction of dry matter intake, as well as of an increase in energy demand for milk production. To compensate this energy deficit, cows are fed with high-concentrate diets. However, highly fermentable carbohydrates introduced in diets can result in a decreased milk fat synthesis. Previous studies reported that addition of potassium carbonate (K2CO3) to high-concentrate diets helps to maintain milk fat, although the mechanism is yet to be established. Consequently, the objective of the current thesis was, firstly, to investigate the effects of dietary cation-anion difference (DCAD), cation source, and buffering ability of the mineral supplement on rumen biohydrogenation of fatty acids (FA) and production performance of dairy cows fed a high-concentrate diet. Secondly, this thesis aimed at evaluating the effect of K2CO3 on production performance, biohydrogenation of fatty acids, and mineral composition of milk in early-lactation dairy cows fed a high-concentrate diet with or without soybean oil (SBO), as a source of polyunsaturated fatty acid. A third objective of this thesis was to evaluate the effect of K2CO3 supplementation, in diets containing soybean oil (SBO) on rumen microbial population associated with lipid metabolism. Consequently, a first experiment was set up, where 35 early-lactation Holstein cows were used in a randomized complete block design with 33-d periods, including a 5-d pretreatment collection period used as a covariate. Five different dietary treatments were used to assess the effects of K2CO3 (control vs. K2CO3), buffering ability (K2CO3 vs. KHCO3), DCAD (K2CO3 vs. KCl), and cation type (K2CO3 vs. Na2CO3). In this experiment, and as opposed to previous studies, supplementing high-concentrate diets with K2CO3 did not increase milk or milk fat yield in early-lactation cows. Also, results suggested that increasing dietary K through the addition of K2CO3 could lead to a disequilibrium in cellular ion composition that can impair nutrient transport into and out of the mammary epithelial cells, and consequently affect milk synthesis. A second experiment was conducted where 28 ruminally fistulated Holstein cows were used in a randomized complete block design. The experiment lasted 33 d, including a 5-d pre-treatment collection period used as a covariate. Experimental treatments were arranged as a 2 × 2 factorial with 0 or 1.5% K2CO3 and with 0 or 2% SBO. Results of this experiment revealed that potential effect of K2CO3 on milk fat synthesis is dependent on the levels of dietary polyunsaturated FA. Moreover, a positive relation was established between milk Cl concentration and milk yield, suggesting that the equilibrium of this ion is linked to the efficiency of lactogenesis Finally, rumen samples were collected from the rumen of 24 cows enrolled in the second experiment (n = 6) to assess treatment effects on rumen microbial population associated with lipid metabolism. Feeding K2CO3 and SBO had distinct effects on rumen bacteria. Dietary K2CO3 stimulated the growth of Butyrivibrio hungatei, a bacterium recognized to produce trans-11-18:1 during biohydrogenation. Conversely, feeding SBO reduced the growth of Butyrivibrio/Pseudobutyrivibrio bacterium group, known to produce trans-11-18:1, of Fibrobacter succinogenes, a fibrolytic bacterium, of Butyrivibrio proteoclasticus, a bacterium involved in 18:0 production, and of Streptococcus bovis, an amylolytic bacterium. Overall, the experiments conducted and reported in this thesis provide new insights on the impact of mineral supplementation on milk performance in dairy cows.

"Thèse en cotutelle, Doctorat en sciences et technologie des aliments, Université Laval, Québec, Canada Philosophiæ doctor (Ph. D.) et Université de Bordeaux, Talence, France." / Les études épidémiologiques récentes montrent une consommation insuffisante d’acides gras polyinsaturés (AGPI) dans les pays occidentaux. Cependant, la sensibilité des AGPI à l’oxydation est l’une des premières causes de détérioration des qualités organoleptique et nutritionnelle dans les produits alimentaires. Parallèlement, les lipides présents dans les produits alimentaires se trouvent le plus souvent sous forme émulsionnée. Ainsi, les entreprises désirant formuler des produits alimentaires enrichis en AGPI adoptent des stratégies technologiques pour les stabiliser chimiquement et physiquement, tout en assurant leur biodisponibilité. Une de ces stratégie consiste à rechercher, dans la nature, des systèmes émulsifiés stables afin d’en extraire des molécules tensioactives d’intérêt et de mimer l’organisation des lipides. C’est dans ce contexte que des études portent, depuis quelques années, sur les corps lipidiques (Oil Bodies, OB), structures végétales naturelles de stockage des lipides des plantes oléagineuses, composées de phospholipides (PL) et de protéines (OBP). L’objectif général de ce projet de thèse vise à maitriser la formulation d’émulsions préparées uniquement à base de colza (huile, PL et OBP) par une meilleure connaissance des interactions PL : OBP, d’étudier la stabilité des émulsions d’un point de vue physicochimique en conditions de stockage et dans des conditions mimant les conditions gastro-intestinales et, enfin, d’évaluer l’influence de la composition de l’interface des émulsions sur la bioaccessibilité des acides gras insaturés in vivo chez le rat. Les études spectroscopiques des interactions PL modèles : OBP ont mis en évidence des interactions favorables à la stabilisation des émulsions entre les PL anioniques, les PL insaturés et les OBP. Ces résultats ont orienté le choix vers une lécithine de colza spécifique. Les interactions PL : OBP, modulées par le pH et le rapport PL : OBP, influencent la réalisation des émulsions, la quantité d’OBP adsorbées à l’interface et la stabilité physique des émulsions, avec un crémage prononcé pour les émulsions riches en protéines. La synergie PL : OBP à l’interface semble être un facteur décisif pour ralentir l’oxydation de l’huile de colza émulsifiée. Le comportement des émulsions, dans des conditions mimant celles du milieu gastro-intestinal, montre que la présence d’OBP à l’interface favorise la floculation des émulsions à pH acide (mimant celui de l’estomac), mais que cette floculation est réversible lorsque le pH est ramené à des valeurs proches de celle de l’intestin. La présence des OBP favorise l’activité de la lipase pancréatique in vitro. Finalement, l’interface composée de PL et d’OBP améliore la bioaccessibilité lymphatique des AGPI in vivo chez le rat. En conclusion, nous avons montré qu’il est possible de formuler des émulsions uniquement à base de colza. Elles pourraient présenter une alternative intéressante aux émulsions stabilisées par des émulsifiants d’origine synthétique (politique clean label) ou d’origine animale (alimentation végane). Mots-clé : Émulsions, bioaccessibilité, oxydation, colza, interactions phospholipides-protéines / Recent epidemiologic studies show an insufficient intake of polyunsaturated fatty acids (PUFA) in occidental countries. Besides, the sensibility of PUFA to oxidation is one of the major causes of organoleptic and nutritional quality deterioration in food products. Moreover, lipids in food products are often in an emulsified stage. Therefore, industrials that care to formulate PUFA enriched food products adopt technological strategies to protect and stabilize the lipids while improving their bioavailability. One of those strategies consists in looking for stable emulsified systems that already exist in nature, extract tensioactive molecules of interest and mimic the lipid state. In this context, several studies deal with oil bodies (OB), that are natural occurring structures involved in lipid storage in oleaginous plants, composed of proteins (OBP) and phospholipids (PL). Therefore, the main objective of this PhD work is to manage emulsion formulation only based on rapeseed (oil, PL and OBP). This goes through: 1) an understanding of the interactions between PL and OBP; 2) a study of the stability of the emulsions under storage and gastrointestinal conditions, and finally, 3) an investigation of the influence of the emulsion interfacial composition on the bioavailability of PUFA in rats. Spectroscopic studies of the model PL:OBP interactions showed favorable interactions for stabilizing the emulsions based on anionic PL, unsaturated PL and OBP. These results allowed choosing an adequate canola lecithin. The PL:OBP interactions, modulated by the pH and the PL:OB ratio, influences the formation of the emulsions, the quantity of OBP adsorbed at the interface and the physical stability of the emulsions while a pronounced creaming in emulsions rich in proteins is observed. The PL:OBP synergy at the interface seems to be a decisive factor to slow down the oxidation of the emulsified canola oil. The emulsion behavior in conditions that mimic those of the gastrointestinal track, shows that the presence of OBP at the interface favored the emulsion flocculation in gastric conditions at acid pH. However, the flocculation was reversible when the pH was readjusted to a value close to that of the intestine. OBP also increased the activity of the pancreatic lipase in vitro. Finally, the presence of PL and OBP at the interface increased the lymphatic bioaccessibility of the PUFA in rats. On the whole, we showed that it is possible to manage emulsion formulation only based on canola products. This could be of great interest for clean labeling or vegan nutrition by subtracting synthetic emulsifiers or emulsifiers from animal origin, respectively. Keywords : Emulsions, bioaccessibility, oxidation, canola/rapeseed, interactions phospholipids-proteins