La picoalgue verte marine Ostreococcus tauri est un eucaryote minimal développé en système modèle et qui a servi de ressource de gènes en biologie des lipides. Des informations détaillées sur ces caractéristiques lipidiques étaient cependant manquantes. Lors de ma thèse j’ai caractérisé le glycérolipidome d’O. tauri et ai cherché à déterminer quelles sont les cibles enzymatiques responsables de la dynamique des acides gras (FA) et de la régulation du métabolisme lipidique en réponse à des modifications de l’environnement (carences nutritives et refroidissement). O. tauri présente des caractéristiques uniques de composition en lipides et en FA mixtes entre les algues vertes et les Chromalveolates, et a été validé comme espèce modèle pour la classe des Mamiellophyceae. L’acide docosahexaénoïque (DHA) est confiné dans les lipides présumés extraplastidiaux : le phosphatidyldimethylpropanethiol (PDPT) et le bétaïne-lipide diacylglyceryl-hydroxymethyl-trimethyl-β-alanine (DGTA), tous deux marqueurs lipidiques des Chromalveolates. Les lipides plastidiaux de type procaryotique sont caractérisés par une prépondérance de FA polyinsaturés (PUFA) en C18 n-3, le 18:5 n-3 étant restreint aux galactolipides. Le 16:4 n-3, PUFA typique des galactolipides des microalgues vertes, est également un composant majoritaire des lipides extraplastidiaux chez O. tauri. Les triacylglycérols (TAG) présentent tout le panel d’acides gras d’O. tauri et leurs combinaisons moléculaires indiquent une origine plastidiale majoritaire. La carence azote provoque une forte accumulation de TAG, notamment des espèces présentant des combinaisons sn-1/sn-2 en 18:X/16:X et s'accompagne d'un transfert de carbone du phosphatidylglycérol (PG) et du monogalactosyldiacylglycérol (MGDG) aux TAG ce qui indique une contribution croissante de la voie plastidiale à la synthèse des TAG. Des expériences préliminaires de RT-qPCR sur des gènes du métabolisme des TAG révèlent une forte activation transcriptionnelle de certaines diacylglycérol acyltransférases (DAGT). Les carences nutritives répriment sévèrement l’activité Δ6 désaturase, générant une inversion du ratio 18:3/18:4 dans les lipides plastidiaux qui se répercute dans les TAG. La régulation fine et dynamique de ce ratio suggère un rôle important du 18:3 et du 18:4 dans les membranes plastidiales. Le refroidissement engendre une augmentation spécifique du 18:5 des galactolipides. La recherche active de la désaturase responsable de ce phénotype par une approche d'expression de gènes candidats en systèmes homologue et hétérologues (S. cerevisiae, N. Benthamiana) a conduit à l’indentification de deux Δ6 désaturases plastidiales jamais caractérisées dans d'autres systèmes. Celles-ci possèdent des spécificités non redondantes et originales entre elles et par rapport à l'acyl-CoA-Δ6 d'O. tauri. / The marine green picoalga Ostreococcus tauri is a minimal eukaryote implemented as model system that has been used as gene resource for lipid biology. Detailed information about its lipidic features was however missing. During my PhD, I characterized O. tauri glycerolipidome and associated dynamics under environmental stresses such as nutrient starvations and chilling and investigated transcriptional variations of putative target enzymes responsible for these changes. O. tauri which could be validated as model for related species of the class Mamiellophyceae, was found to display unique lipidic features related to both green and Chromalveolates microalgae. Docosahexaenoic acid (DHA) is confined to presumed extraplastidial lipids i.e. phosphatidyldimethylpropanethiol (PDPT) and the betaine lipid diacylglyceryl-hydroxymethyl-trimethyl-β-alanine (DGTA); all of these compounds are hallmarks of Chromalveolates. Plastidial lipids found to be of prokaryotic type are characterized by the overwhelming presence of C18 n-3 polyunsaturated FA (PUFA), 18:5 n-3 being restricted to galactolipids. C16:4 n-3, an FA typical of green microalgae galactolipids, also was a major component of O. tauri extraplastidial lipids. Triacylglycerols (TAGs) display the complete panel of FAs, and their molecular combinations designate a major plastidial origin of DAG precursors. Nitrate starvation greatly increases TAG content, in particular 18:X/16:X (sn-1/sn-2) combinations, and was associated with the transfer of carbon from phosphatidylglycerol (PG) and monogalactosyldiacylglycerol (MGDG) to TAG indicating an increased contribution of the plastidial pathway to the TAG synthesis. Preliminary RT-qPCR experiments on TAG metabolism genes revealed an important transcriptional activation of some diacylglycerol acyltransferases (DGAT). Nutrient starvations severely repress Δ6 desaturase activity and result in the inversion of the 18:3/18:4 ratio in plastidial lipids that was feedback into TAG. The fine-tuning and dynamic regulation of the 18:3/18:4 ratio suggests an important physiological role of these FAs in photosynthetic membranes. Chilling generates an increase of 18:5 in galactolipids. The active quest for the desaturases responsible for this phenotype was achieved by expressing candidate genes in homologuous and heterologous (S. cerevisiae, N. Benthamiana) systems and led to the identification of two yet uncharacterized plastidial Δ6 desaturases. These desaturases display original and non-redundant specificity between each other and with the previously characterized in O. tauri Δ6 acyl-CoA desaturase.

L'acide docosahexaénoïque (DHA, C22 :6 w3), l'acide icosapentaénoïque (EPA, C20 : 5, w3) et l'acide adrénique (AdA, C22 :4 w6) sont présents en quantités importantes dans les membranes neuronales. Lors d'un stress oxydant, l'oxydation radicalaire de ces acides gras polyinsaturés conduit à la formation de métabolites nommés neuroprostanes (NeuroPs). Souhaitant avoir accès à de nouveaux biomarqueurs du stress oxydant neuronal, nous sommes intéréssés à la synthèse de NeuroPs de type F, issues du DHA, de l'EPA et de l'AdA. / Docosahexaenoïc acid (DHA, C22 :6 w3), eicosapentaenoïc acid (EPA, C20 : 5, w3) and adrenic acid (AdA, C22 :4 w6) are the major polyunstaurated acids in neuronal membrane. During an oxidative stress, their lipidic peroxidation led to oxygenated metabolites called neuroprostanes (NeuroPs). In order to access to new neuronal oxidtive stress biomarkers, we were interested in the syntheses of F-type NeuroPs derived from DHA, EPA and AdA.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les dernières données de consommation alimentaire de la population française démontrent que les apports nutritionnels en acide eicosapentaénoïque (EPA) et en acide docosahexaénoïque (DHA) sont nettement inférieurs aux recommandations fixées par l’Agence nationale de sécurité sanitaire, de l’alimentation, de l’environnement et du travail (ANSES). Compte tenu de leurs rôles physiologiques, l’amélioration de leur biodisponibilité est devenue une priorité nutritionnelle. La maitrise des formes de vectorisation des acides gras polyinsaturés à longue chaine de la série n-3 (AGPI-LC n-3) représente une piste d’intérêt afin de répondre à cette problématique. C’est dans ce contexte que s’inscrit ce travail de thèse, visant à étudier l’influence de la forme moléculaire (phospholipides (PL) vs triglycérides (TG)) et/ou supramoléculaire (phase continue, émulsion, liposomes) de vectorisation des AGPI-LC n-3 sur leur devenir métabolique.La démarche expérimentale adoptée a consisté, dans un premier temps, à caractériser les différentes formes de vectorisation des AGPI-LC n-3 par un couplage de méthodes d’analyse physico-chimiques (microscopie optique, granulométrie, mesure des produits primaires et secondaires d’oxydation, lipolyse enzymatique). Les données obtenues ont permis de poser des hypothèses mécanistiques pour l’étude de la biodisponibilité chez le rat. Ainsi, dans un deuxième temps, l’étude in vivo a permis d’aborder (1) l’absorption intestinale des acides gras (AG) suite à un apport en bolus de lipides et (2) l’accrétion tissulaire suite à un régime de 8 semaines.Les résultats indiquent que la forme moléculaire de vectorisation des AGPI-LC n-3 (TG marins vs PL marins, en phase continue) n’influence pas leur absorption intestinale mais plutôt leur incorporation dans les lipides lymphatiques, principaux transporteurs des AG alimentaires dans l’organisme. A l’inverse, la structuration des PL marins en milieu aqueux (émulsion ou liposomes), permet d’améliorer l’absorption de l’EPA et du DHA, de façon spécifique à la nature de la structuration supramoléculaire. Les résultats de l’accrétion tissulaire montrent qu’au terme des 8 semaines de régime, l’enrichissement tissulaire en AGPI-LC n-3 s’effectue de façon différente selon leur forme moléculaire de vectorisation. Ainsi, la consommation de TG marins favorise l’incorporation des AGPI-LC n-3 dans les lipides hépatiques, alors que la supplémentation des régimes en PL marins permet d’orienter le DHA vers le cerveau et la rétine.L’ensemble de ces résultats montre que le choix de la forme moléculaire de vectorisation des AGPI-LC n-3 (PL vs TG) peut être un moyen d'orienter leur incorporation tissulaire, alors que leur structuration supramoléculaire (émulsion ou liposomes), une stratégie pour moduler leur absorption intestinale. / The latest data from the cross-sectional national French dietary study show that dietary intakes of eicosapentaenoic acid (EPA) and docosahexaenoic acid (DHA) are significantly lower than those recommended by the French Agency for Food, Environmental and Occupational Health & Safety (ANSES). Considering their physiological roles, improving their dietary intake has became a nutritional priority. The control of the different forms of n-3 long chain polyunsaturated fatty (n-3 LC-PUFA) intake represents an interesting way to address this issue. In this context, this thesis aims at studying the influence of the molecular form (phospholipids (PL) vs triglycerides (TG)) and/or supramolecular form (continuous phase, emulsion, liposomes) of n-3 LC-PUFA towards their bioavailability.The experimental approach consisted in characterizing the different forms of n-3 LC-PUFAs by coupling various physicochemical methods (optical microscopy, granulometry, measurement of primary and secondary oxidation products, enzymatic lipolysis). The data obtained made it possible to propose some mechanistic hypothesis for the bioavailability studies conducted in rat. Thus, in a second step, the in vivo study made addresses (1) the intestinal absorption of fatty acids following a single dose of lipids and (2) the lipid tissue accretion following an 8-week diet.The data obtained from the intestinal absorption study indicate that the molecular form of n-3 LC-PUFA targeting (marine TG vs marine PL, in continuous phase) does not influence their intestinal absorption but rather their incorporation into lymphatic lipids, which are the main carriers for dietary fatty acids in the organism. Conversely, structuring marine PL (emulsion or liposomes) improves the EPA and DHA absorption, but differently according to the supramolecular form. The results concerning tissue accretion show that, after 8-week diet, the tissue enrichment in n-3 LC-PUFA is different according to the molecular form of targeting. The consumption of marine TG favours the incorporation of n-3 LC-PUFA into hepatic lipids, while the supplementation of diets with marine PL targets DHA preferentially to brain and retina.All these results show that the molecular form of targeting (PL vs TG) of n-3 LC-PUFA can be a way for managing their tissue incorporation, whereas the supramolecular organization (emulsion or liposomes) can be envisaged to monitor their intestinal absorption.

Les récepteurs nucléaires LXRα et LXRβ sont activés par la fixation de dérivés oxygénés du cholestérol. Ils régulent l’expression de nombreux gènes appartenant au métabolisme du cholestérol et des acides gras, et jouent un rôle important dans l’inflammation et l’immunité innée. L’activation de LXR inhibe le développement de l’athérosclérose, en augmentant l’efflux de cholestérol des macrophages ainsi que le transport inverse jusqu’au foie et l’excrétion biliaire. De plus, LXR diminue la biosynthèse et la captation du cholestérol dans les tissus périphériques. Enfin, les agonistes synthétiques de LXR administrés à des souris diminuent significativement l’inflammation dans les lésions athérosclérotiques, notamment en inhibant la sécrétion de certaines cytokines inflammatoires. Néanmoins LXR régule également la lipogenèse et la synthèse d’acides gras mono-insaturés, et l’administration d’agonistes de LXR s’accompagne également d’effets indésirables liés à cette régulation, comme une accumulation dérégulée d’acides gras dans le foie et une augmentation du taux de LDLs circulantes. Plusieurs autres mécanismes restent encore à être explorés, comme la synthèse d’acides gras polyinsaturés et les conséquences sur le métabolisme cellulaire. Nos travaux identifient une nouvelle voie régulée entièrement par LXR, le métabolisme des acides gras polyinsaturés. Le récepteur nucléaire LXR régule l’ensemble des enzymes FADS1, FADS2 et ELOVL5, responsables de la synthèse d’acides gras polyinsaturés oméga-6 et oméga-3. Cette régulation s’accompagne d’une incorporation d’acide arachidonique dans les phospholipides, via la régulation de LPCAT3, ce qui prépare les macrophages à une synthèse accrue de dérivés inflammatoires issus de l’acide arachidonique, comme la Prostaglandine E2, suite à une stimulation au lipopolysaccharide. La régulation de cette voie par LXR a également un effet sur le développement de l’athérosclérose, augmentant les taux d’acides gras polyinsaturés oméga-6 et oméga-3 dans les plaques d’athérome. Nos résultats montrent donc que LXR régule la synthèse des acides gras polyinsaturés en plus des acides gras mono-insaturés et de la lipogenèse et que cette régulation a des conséquences sur le profil lipidique des macrophages in vitro et in vivo ainsi que sur leur réponse inflammatoire. / The nuclear receptors LXRα and LXRβ are activated by oxygenated metabolites of cholesterol. They regulate the expression of numerous genes belonging to cholesterol and fatty acids metabolism, and play a central role in inflammation and innate immunity. LXR activation inhibits atherosclerosis development, by increasing cholesterol efflux from macrophages as well as reverse cholesterol transport and biliary excretion. In addition, LXR decreases cholesterol uptake and biosynthesis. Synthetic LXR agonists fed to mice significantly decrease inflammation in atherosclerotic lesions, by inhibiting several inflammatory cytokines. However, LXR also regulate lipogenesis and monounsaturated fatty acids synthesis, and LXR agonists supplementation is accompanied by side effects due to this regulation, such as a deregulated accumulation of fatty acids in the liver and an increase in circulating LDLs. Other mecanisms still need to be characterized, such as polyunsaturated fatty acids synthesis and the consequences on cell metabolism. Our work identify a new pathway regulated by LXR, the metabolism of polyunsaturated fatty acids. The nuclear receptor LXR regulates all enzymes responsible for omega-6 and omega-3 polyunsaturated fatty acids synthesis, FADS1, FADS2 and ELOVL5. This regulation is accompanied by an increase in arachidonic acid incorporation in phospholipids, via LPCAT3 regulation, which subsequently primes human macrophages for an increased inflammatory metabolites secretion derived from arachidonic acid, such as Protaglandin E2, following a LPS stimulation. The regulation of this pathway by LXR has an effect on atherosclerosis, increasing omega-6 and omega-3 ployunsaturated fatty acids in atheroma plaques. Our results show therefore that LXR regulates polyunsaturated fatty acids synthesis in addition to monounsaturated fatty acids and lipogenesis, and that this regulation has direct consequences on lipid profile of macrophages in vitro and in vivo as well as on their inflammatory response.

Les acides docosahexaénoïque (DHA) et arachidonique (ArA), qui appartiennent respectivement aux familles n-3 et n-6, sont présents en grande quantité dans les tissus cérébraux, en particulier dans les phospholipides membranaires. Ces deux acides gras polyinsaturés (AGPI) jouent des rôles essentiels dans le fonctionnement cérébral, notamment dans le neurodéveloppement et la neuroinflammation. De plus, ces AGPI sont des précurseurs de plusieurs médiateurs lipidiques oxygénés impliqués dans divers processus physiologiques et pathologiques.Dans ce contexte, l'objectif de cette thèse était de caractériser les métabolites oxygénés dérivés du DHA et de l'ArA dans le cerveau, étape cruciale pour une meilleure compréhension de leurs rôles biologiques dans cet organe. Ainsi, une technique d'analyse à haute performance a été utilisée, la chromatographie liquide couplée à de la spectrométrie de masse en tandem (UHPLC-MS/MS), pour identifier les différents métabolites oxygénés dérivés du DHA et de l'ArA présents dans les cerveaux de rats exsanguinés et non exsanguinés, que ce soit en conditions basales ou inflammatoires. Ainsi, plusieurs produits oxygénés dérivés du DHA et de l'ArA ont été identifiés et quantifiés dans les cerveaux exsanguinés et non-exsanguinés, à la fois à l'état libre dans le cerveau mais également estérifiés dans les phospholipides. Les métabolites mono-hydroxylés sont les principaux dérivés oxygénés du DHA et de l'ArA, cependant, des quantités mesurables de produits di-hydroxylés, tels que le 8,15-diHETE et la protectine DX, ont également été détectées. L'exsanguination permet de différencier les métabolites oxygénés du tissu cérébral de ceux présents dans le sang. De plus, le métabolisme oxygéné du DHA et de l'ArA est impacté lors d'une inflammation cérébrale. En effet, dans ces conditions, la synthèse de certains métabolites est augmentée, notamment celle de la protectine D1, molécule connue pour ces fortes propriétés anti-inflammatoires. Ces résultats méritent de plus amples recherches dans des conditions pathophysiologiques, notamment lors de maladies neurodégénératives, afin d'observer leur impact sur le métabolisme oxygéné de ces AGPI / Docosahexaenoic (DHA) and arachidonic (ArA) acids, two PUFA which belong to n-3 and n-6 families respectively, are both present at high amount in brain tissues, and especially in membrane phospholipids. These two polyunsaturated fatty acids (PUFA) play important roles in brain functioning, notably in neurodevelopment and neuroinflammation. Moreover, these PUFA are precursors of various oxygenated lipid mediators involved in diverse physiological and pathological processes. In this context, the aim of this work was to characterize oxygenated metabolites derived from DHA and ArA in brain, crucial step for better understanding their biological roles in this organ. For this purpose, a high performance analytical approach was usd, the liquid chromatography coupled with tandem mass spectrometry (UHPLC-MS/MS), in order to identify the different oxygenated metabolites derived from DHA and ArA in exsanguinated and non-exsanguinated brains, both in basal and inflammatory conditions. Several oxygenated products from DHA and ArA were identified and measured in exsanguinated and non-exsanguinated brain, both in the free form and esterified in phospholipids. Mono-hydroxylated metabolites were the main oxygenated derivatives from DHA and ArA, however, measurable amounts of di-hydroxylated products such as 8,15-diHETE and protectin DX, were also detected. Exsanguination allowed discriminating oxygenated metabolites from brain tissue against those in blood brain. Moreover, DHA and ArA oxygenated metabolism was impacted during brain inflammation. Indeed, in these conditions, the synthesis of some metabolites was increased, including that of protectin D1, molecule known for its strong anti-inflammatory properties. These results deserve further research in pathophysiological conditions, especially in neurodegenerative diseases, in order to observe their impact on the oxygenated metabolism of these PUFA

La bactérie Helicobacter pylori est responsable de l’infection la plus répandue dans la population mondiale. Cette bactérie est considérée comme le principal agent étiologique de la gastrite chronique, de l’ulcère duodénal et du cancer gastrique non-héréditaire. La thérapeutique prescrite pour l’éradication de cette infection est inefficace pour un nombre de plus en plus élevé de patients, dû à l’induction constante de souches résistantes aux antibiotiques habituellement prescrits.H. pylori a aussi d’autres façons d’assurer sa survie dans le milieu gastrique que l’induction de résistances aux antibiotiques. En particulier en intéragissant avec le cholestérol des cellules épithéliales gastriques. De ce fait, l’utilisation de molécules inhibitrices de la croissance de H. pylori, autres que les antibiotiques classiques, est une stratégie importante pour combattre cette infection.L’objectif majeur de ce travail a été de mettre en évidence de nouvelles molécules inhibitrices de la croissance et de la viabilité de H. pylori, permettant ainsi le développement de solutions alternatives à la thérapeutique classiquement utilisée. Les acides gras polyinsaturés et l’acide docosahexaenoic (DHA) se mettre en lumière pour réunir incontestable propriété anti-inflammatoires et anti-tumoral. Nous avons émis l’hypothèse que le DHA influence la survie de H. pylori, et peut moduler la disponibilité des acides gras et du cholestérol cellulaires.Nos résultats montrent que le DHA inhibe la croissance de H. pylori in vitro et affecte sa capacité à coloniser la muqueuse gastrique dans le modèle souris. Dans ces conditions, le DHA diminue la réponse inflammatoire gastrique induite par l’infection. Au niveau des cellules épithéliales gastriques, des modifications du profil des acides gras et du cholestérol avec des conséquences sur le métabolisme et la signalisation cellulaire sont observées. De plus, un traitement antibiotique classique combiné à une administration de DHA aux souris infectées diminue de façon drastique la récidive de l’infection. En conclusion, cette étude démontre un effet inhibiteur du DHA sur l’infection par H. pylori et sa récidive. Ces résultats justifient la proposition du DHA comme coadjuvant thérapeutique, constituant ainsi une stratégie prophylactique alternative de l’éradication de l’infection par H. pylori. / H. pylori infection is extremely common worldwide and is recognized as a major etiological factor in chronic active gastritis, gastric duodenal ulcers and gastric cancer development. H. pylori eradication treatment has not changed to a large extent in the last decades and can raise some concern mainly due to recurrence of infection, and most importantly, acquired resistance to classically used antibiotics. In this context, the use of compounds other than antibiotics that could decrease H. pylori infection in a safe way could provide an alternative to tackle this problem. It is known that H. pylori extracts cholesterol from host cell-membrane rafts, modifies it into an α-glycosylated form, and uses this mechanism to increase its survival. The main aim of this thesis work was to explore the role of different non-antibiotic molecules in inhibiting H. pylori growth. Among molecules known to affect in vitro H. pylori growth and viability are certain polyunsaturated fatty acids (PUFAs). Within the many molecules available, we concentrated our efforts on the study of docosahexaenoic acid (DHA). We also pursued the hypothesis that DHA affects survival of H. pylori by modulating the host epithelial cell levels of fatty acids and cholesterol availability.Our results show that DHA inhibits H. pylori growth both in vitro and in vivo, and attenuates the host inflammatory response. Additionally, we demonstrate that DHA induces morphological and cell wall protein composition changes that altogether decrease bacteria-gastric epithelial cell adherence, inflammation and survival. Also, we demonstrated that DHA alters cholesterol levels in epithelial cells, thereby influencing H. pylori ability to uptake and use epithelial cholesterol. This will ultimately impair H. pylori survival. Importantly, the combination of DHA and antibiotic standard treatment decreased the recurrence of H. pylori infection in a mouse model. Our results have gathered important evidence to pave the way for DHA use in the clinical setting and in prophylactic/preventive strategies against H. pylori infection.

Cette thèse s’inscrit dans le cadre du projet SMILE de Microphyt qui vise à proposer une gamme d’ingrédients naturels issus de microalgues afin de répondre à deux enjeux sociétaux majeurs : le surpoids/obésité et le déclin des fonctions cognitives liées à l’âge (DCLA). Les acides gras polyinsaturés oméga-3 (AGPI-w3) et la fucoxanthine (Fx) ont des activités prouvées contre les voies métaboliques liées à la prise de poids et aux DCLA. C’est dans ce contexte que les efforts se sont tout d’abord focalisés vers la sélection de deux espèces de microalgues brunes dont le critère principal a été la productivité en ces molécules d’intérêts. Deux souches des espèces Tisochrysis lutea et Phaeodactylum tricornutum ont alors été sélectionnées du fait de leurs fortes teneurs et productivités en AGPI-w3 et Fx, pour être par la suite cultivées à l’échelle de 5000 L dans des photobioréacteurs (PBR) industriels Camargue©. Dans un second temps, les travaux ont porté sur l’optimisation des procédés post-culture pour les deux espèces, c’est-à-dire, de la récolte de la biomasse à l’obtention d’un extrait, afin de garantir la sécurité, la stabilité et l’efficacité des produits finis. L’étude des procédés de récolte/concentration de la culture a montré leur influence sur les classes lipidiques et l’apparition d’acides gras sous forme libre (AGL), engendrés par les stress mécaniques et thermiques subis par la biomasse lors de cette étape. La formation de ces AGL a pu être limitée par l’utilisation de la filtration tangentielle et de la centrifugation dans certaines conditions. De plus, le lien entre procédé et activité a été souligné via une étude sur modèle cellulaire CaCo2 : les AGL pourraient être à l’origine d’une cytotoxicité accrue des extraits. Enfin, l’optimisation des conditions de co-extraction des AGPI-w3 et de la Fx a abouti à la sélection d’un solvant éco-compatible (éthanol) et a mis en lumière le fort impact de la granulométrie et du ratio solvant/biomasse sur les rendements d’extractions. / This thesis is part of Microphyt's SMILE project, which aims to propose a range of natural ingredients derived from microalgae. The main objective of this project is to respond to two major societal issues: overweight/obesity and the decline of age-related cognitive functions (DCLA). Omega- 3 polyunsaturated fatty acids (PUFAs) and fucoxanthin (Fx) have proven activities against the metabolic pathways associated with weight gain and DCLA. In this context, the first efforts were initially directed towards the selection of two species of brown microalgae with their productivity in these molecules of interest as the main criterion. Two strains of the species Tisochrysis lutea and Phaeodactylum tricornutum were then selected as raw materials rich in PUFAs and Fx and were grown at a 5,000 L scale in Camargue© photobioreactors. The work then focused on optimizing the downstream processing steps to the cultivation of microalgae in order to guarantee the safety, stability and efficiency of the final products. Harvesting processes had, in particular, through the mechanical stress generated, an impact on lipid classes and the appearance of free fatty acids (FFA) in the studied species. A CaCo2 cell model study has suggested that FFA may be responsible for increased cytotoxicity of extracts. The formation of FFA during the concentration stage could be limited by the use of tangential filtration and centrifugation under certain conditions. Finally, the optimization of the co-extraction conditions of PUFAs and Fx resulted in the selection of an eco-friendly solvent (ethanol) and highlighted the strong impact of particle size and solvent/biomass ratio on extraction yields.

Les cours d’eau de tête de bassin versant, malgré leurs tailles réduites, jouent des rôles importants pour le fonctionnement des milieux situés en aval, et rendent de nombreux services écologiques. Depuis l’émergence du River Continuum Concept, le fonctionnement de ces cours d’eau est considéré comme reposant principalement sur les apports allochtones de matière organique détritique par opposition aux écosystèmes aval de plus grande taille dans lesquels la production primaire autochtone est considérée comme prépondérante. Bien que les détritus soient, par définition, des ressources de moindre qualité pour leurs consommateurs que les végétaux vivants, le rôle des facteurs qui limitent la production biologique et les processus fonctionnels dans ces écosystèmes détritiques reste encore peu exploré. Par exemple la carence en éléments minéraux essentiels (notamment en azote et en phosphore) dans les détritus peut limiter le développement des organismes vivants dans les cours d’eau. De ce fait, la disponibilité en éléments minéraux dans la colonne d’eau, en stimulant la croissance, l’activité des décomposeurs et la qualité élémentaire des ressources par le processus d’immobilisation microbienne, pourrait contrôler pour partie les processus écologiques en jeu dans ces écosystèmes. En étudiant in situ la réponse des communautés microbiennes aux nutriments le long d’un gradient d’occupation des sols, nos travaux ont mis en évidence un effet positif des éléments dissous (N et P) sur la décomposition des litières et les activités enzymatiques des décomposeurs, et ce même pour les niveaux en nutriments les plus élevés du gradient, pour lesquels des effets inverses étaient attendus. Indépendamment, dans des cours d’eau anciennement soumis à de forts dépôts acidifiants, nous avons pu observer une récupération du processus de décomposition des litières. Néanmoins, cette restauration s’accompagnant d’un appauvrissement marqué en N, des perturbations du fonctionnement de ces cours d’eau pourrait se manifester à terme. Le rôle de la production primaire dans les cours d’eau de tête de bassin versant a ensuite été questionné. En effet, bien qu’étant mineur quantitativement, l’apport de carbone de forte qualité pourrait jouer un rôle non négligeable sur le fonctionnement des cours d’eau de tête de bassin versant. En particulier, l’importance et le rôle des apports en acides gras polyinsaturés (AGPI) via les biofilms phototrophes ont été questionnés. En se basant sur un suivi de terrain sur 15 cours d’eau des Vosges le long d’un gradient d’acidification, nos recherches ont tout d’abord pu mettre en évidence la présence de biofilms diatomiques riches en AGPI, malgré le caractère très forestier de ces cours d’eau. Dans un second temps, une expérience en conditions contrôlées a permis d’observer le rôle positif des apports, mêmes faibles, de ressources diatomiques sur la croissance et la survie du crustacé amphipode Gammarus fossarum. Sans cet apport, ces organismes se sont avérés incapables de maintenir leurs niveaux internes d’AGPI, suggérant qu’une consommation de producteurs primaires autochtones était indispensable à ces organismes détritivores. Nos résultats ont ainsi pu mettre en évidence les rôles fondamentaux que peuvent jouer la disponibilité en éléments dissous (N et P) et la qualité du carbone dans les ressources sur la production biologique et sur le processus de décomposition des litières dans les cours d’eau de tête de bassin versant. Ces résultats appellent désormais à investiguer plus profondément les interactions entre ces deux facteurs limitants, et à comprendre dans quels contextes l’un des facteurs pourrait suppléer l’autre. En particulier, il sera intéressant de rechercher comment diverses perturbations anthropiques (xénobiotiques, réchauffement climatique etc…) pourraient affecter l’intensité ou la nature de ces limitations / Despite their reduced sizes, headwater streams play important roles in the functioning of downstream ecosystems and provide numerous ecological services. Since the River Continuum Concept, the functioning of these streams has been considered as mainly relying on allochthonous supplies of detrital organic matter for their functioning, in contrast with downstream ecosystems of larger size where primary production is considered to be predominant. Despite that detritus represent, by definition, a resource of lower quality for its consumers than living plants, the nature of the factors limiting the biological production and functional processes in these detrital ecosystems remains sparsely explored. First, the lack of essential elements (in particular nitrogen and phosphorus) in detritus could be a major constraint for the development of living organisms in streams. As a result, the availability of mineral elements in the water column, by stimulating the growth and activity of decomposers, but also by increasing the elemental quality of resources through microbial immobilization, could control ecological processes in a higher extent than previously believed in these ecosystems. By studying in situ, the response of microorganisms to nutrients availability along a land-use gradient, our results have shown a positive effect of the dissolved elements (N and P) on the decomposition of leaf litters and the enzymatic activities of the decomposers, even for the highest nutrient levels of the gradient, for which adverse effects were expected. Independently, in streams formerly subjected to acidification, we observed a recovery of the process of leaf litter decomposition. Nevertheless, this recovery was accompanied by a marked N reduction in the ecosystem, huge changes in stream functioning might be expected in the medium to long term. The role of autochthonous primary production was then questioned. Indeed, while being quantitatively minor, this contribution of high quality carbon may play a significant role in the functioning of headwater streams. In particular, the importance and role of polyunsaturated fatty acid (PUFA) intakes via phototrophic biofilms was questioned. Based on a field survey of 15 rivers in the Vosges Mountains along an acidification gradient, our results first showed the presence of diatomic biofilms rich in PUFA, despite these streams are clearly in a forested context. In a second step, an experimentation carried out under controlled conditions permitted to observe the positive role of diatomic resources, even in low concentrations, on the growth and survival of the crustacean amphipod Gammarus fossarum. Without this input, these organisms were unable to maintain their internal levels of PUFAs, suggesting that the consumption of autochthonous primary producers might be essential for these detritivore organisms. All our results permit to highlight the fundamental roles that can be played by the availability of dissolved elements (N and P) and the carbon quality of the resources on the biological production and on leaf litter decomposition in headwater streams. These results stress the need for more profound investigation of the interactions between these two limiting factors, and for understanding in which contexts one factor could supplement the other. In particular, it will be interesting to investigate to what extent various anthropogenic disturbances (xenobiotics, global warming, etc...) could affect the intensity or the nature of these limitations

Dans une stratégie de diversification des apports en acides gras polyinsaturés très longue chaîne n-3 (AGPI TLC n-3), essentiels à la santé de l'Homme et majoritairement apportés par les produits de la mer, l'objectif de la thèse était de mieux comprendre les mécanismes cellulaires pouvant expliquer la faible teneur en AGPI TLC n-3 présente dans le muscle de bovin, ceci en explorant trois voies métaboliques de ces acides gras potentiellement limitantes (biosynthèse, captage facilité et peroxydation non-enzymatique) par des approches de qPCR ou de transcriptomique. Les principaux résultats montrent que le foie et les muscles de bovin possèdent tout le matériel génétique nécessaire à la synthèse des AGPI TLC n-3 et pourraient donc assurer leur synthèse, sauf chez le mâle entier où l'expression du gène de l'élongase 5 est réprimée par la présence d'hormones sexuelles mâles. D'autre part, les teneurs musculaires en AGPI TLC n-3 plus élevées avec un régime base d'herbe par rapport à de l'ensilage de maïs et dans un muscle glycolitique par rapport à un muscle oxydatif ne semblent pas s'expliquer par une modulation de l'expression des gènes impliqués dans leur biosynthèse, ni dans leur captage facilité et dans la régulation endogène de leur lipoperoxydation. En conclusion, ce travail de thèse a permis de considérablement faire progresser la compréhension des mécanismes impliqués dans la régulation des dépôts d'AGPITLC n-3 dans les muscles de bovin. Toutefois, ces régulations sont certainement plus complexes et probablement multifactorielles. De nombreuses pistes restent encore à explorer avant d'envisager augmenter la teneur en AGPI TLC n-3 dans la viande bovine. / N-3 very long chain polyunsaturated fatty acids (n-3 VLC PUFA) are essential for human health but are almost exclusively present in seafood. Thus, in a strategy of diversification of n-3 VLC PUFA sources for human, the aim of this thesis was to better understand the cellular mechanisms that may explain the low n-3 VLC PUFA content in bovine muscle, by exploring three potentially limiting metabolic pathways of these fatty acids (biosynthesis, facilited uptake and non-enzymatic peroxidation) by qPCR or transcriptomic approaches. The main results indicate that the liver and muscles of cattle possess all the genetic material necessary for the synthesis of n-3 VLC PUFA and may therefore ensure their synthesis, except in entire males where gene expression of the elongase 5 is suppressed by the presence of male sex hormones. On the other hand, the higher n-3 VLC PUFA content in muscle of cattle with a grass based diet compard to corn silage and in glycolytic muscle compared to oxidative muscle do not seem to be explained by a modulation of gene expression of proteins involved in their biosynthesis or in their facilited uptake or in the endogenous regulation of their lipoperoxidation. In conclusion, this thesis has greatly advance our understanding of mechanisms involved in the regulation of n-3 VLC PUFA deposits in muscles of cattle. However, these regulations are certainly more complex and probably multifactorial. Many tracks remain to be explored before considering increasing n-3 VLC PUFA content in beef.