L'obésité est une épidémie mondiale qui augmente le risque de développer un diabète de type 2 ainsi que ses complications. Chez les individus obèses, le tissu adipeux sécrète de grandes quantités d'hormones et de cytokines qui affectent négativement le métabolisme du glucose et des lipides, ce qui provoque l'inflammation et la résistance à l'insuline. L'obésité augmente également l'activité du système rénine-angiotensine (RAS) localement au niveau de différents tissus et de façon systémique dans la circulation. L’angiotensinogène est convertie en angiotensine I par la rénine, ainsi que par la prorénine uniquement quand la prorénine est liée au récepteur de la rénine et prorénine [(P)RR] 1 . Ceci est la voie angiotensine-dépendante (Ang-D) du (P)RR. La liaison de la rénine et de la prorénine avec le (P)RR active également une voie angiotensine-indépendante (Ang-ND), ce qui produit une signalisation intracellulaire comportant la mitogen activated protein kinase (MAPK), la extracellular regulatory kinase 1/2 (ERK1/2), la promyelocytic leukemia zinc finger protein (PLZF) et le tumor necrosis factor alpha (TNF-a). Ceux-ci peuvent provoquer la croissance et la prolifération cellulaire, l'apoptose et la fibrose et pourraient donc être reliés aux dommages tissulaires et aux complications associées à l'obésité 1, 2. Plusieurs effets bénéfiques d’un blocage pharmacologique du (P)RR ont été rapportés tels la prévention du développement d'une fibrose cardiaque et rénale ainsi que la prévention de la néphropathie et de la rétinopathie diabétique. Cependant, les effets du (P)RR dans le tissu adipeux ont été peu étudiés. Par conséquent, notre objectif était d'étudier le rôle du (P)RR dans le développement de l'obésité et de la résistance à l'insuline par : 1) l'administration de HRP (un peptide bloquant l’effet du (P)RR) chez un modèle de souris obèse par l’administration d’une diète riche en gras (HFD), et 2) l’évaluation de souris ayant une délétion (KO) du gène (P)RR spécifiquement dans le tissu adipeux, qui a été généré dans notre laboratoire par la technologie Cre-LoxP. L'expression du gène et de la protéine du (P)RR dans les tissus adipeux était augmentée chez les souris nourries avec une HFD indépendamment du traitement au HRP. Le traitement par le HRP a réduit le poids corporel et la masse adipeuse chez les souris nourries avec une HFD alors qu’une tendance pouvait être observée chez les souris sur diète normale (ND). De façon similaire, les souris (P)RR KO spécifiquement dans le tissu adipeux avaient une réduction du poids corporel et de la masse adipeuse, même sur ND, ce qui suggère fortement l'implication du (P)RR dans le tissu adipeux dans le développement de l'obésité. Le phénotype des souris KO incluait une augmentation de l'activité horizontale uniquement dans leur période active, ce qui pourrait contribuer à augmenter leur métabolisme énergétique et ainsi réduire leur poids corporel et leur masse adipeuse. De plus, les souris KO homozygotes mâles avaient un métabolisme de base plus élevé car nous avons observé une augmentation de la consommation d'oxygène et de la production de dioxyde de carbone pendant leur période active et de sommeil. Cette augmentation du métabolisme pourrait résulter, en partie, d'une augmentation de la thermogenèse comme en témoigne l’expression accrue du gène de brunissement, PRDM16, dans le tissu adipeux péri-rénale de souris mâles KO. Conformément à cela, des résultats récents provenant de notre laboratoire ont également démontré que le HRP pouvait induire du brunissement au niveau du tissu adipeux sous-cutanée 3. Chez les souris traitées avec le HRP, bien que la glycémie eût été similaire aux souris recevant le placebo, l'insuline plasmatique et le rapport insuline/glucose était plus faible indépendamment de la diète. De façon similaire, les souris (P)RR KO avaient une insulinémie et un taux de peptide C plus faibles par rapport aux souris contrôles, sans aucune différence dans les courbes de la glycémie au cours d'un test de tolérance au glucose par voie orale. Les niveaux d'insuline dans l’état basal et stimulé étaient significativement plus faibles chez les souris KO, sans aucune modification du contenu pancréatique en insuline et du ratio insuline/peptide-C, ceci indique donc qu’il n’y a pas eu d’altération du niveau du métabolisme pancréatique de l'insuline. L’augmentation de l'adiponectine plasmatique chez les souris KO pourrait, entre autres, contribuer à une meilleure sensibilité à l'insuline observée. De plus, dans les groupes traités aux HRP, nous avons observé une amélioration du profil d'expression des gènes des transporteurs de glucose GLUT1 et GLUT4, du TNF-alpha, MCP-1, F4/80 et de la leptine dans le tissu adipeux ce qui pourrait contribuer à la meilleure sensibilité à l'insuline. Comme une meilleure sensibilité à l'insuline a été observée chez la souris suite au blocage pharmacologique et à la suppression génétique du (P)RR, ceci suggère que le (P)RR est impliqué dans la régulation de l’homéostasie du glucose. De plus, un taux circulant réduit des triglycérides (TG) a été observé chez les souris traitées au HRP, alors que des niveaux inférieurs de TG ont été trouvés seulement dans les muscles squelettiques chez les souris KO. Ces modifications du métabolisme des lipides et des taux circulants d'adiponectine résultent probablement d'un tissu adipeux plus sain tel que révélé par nos analyses histologiques démontrant une réduction de la taille des adipocytes chez les souris KO et traitées au HRP 3. Nos résultats démontrent que le (P)RR, en particulier dans le tissu adipeux, est impliqué dans la régulation du poids corporel et de l'homéostasie du glucose probablement par la modulation de la morphologie et de la fonction des adipocytes. Le développement d'une nouvelle stratégie clinique axée sur le blocage du (P)RR pourrait aider à traiter l'obésité et ses pathologies associées telles la résistance à l'insuline et le diabète de type 2. / Obesity is a worldwide epidemic and increases the risk of developing type 2 diabetes and its complications. In obesity, adipose tissue secretes large amounts of hormones and cytokines that negatively regulate glucose and lipid metabolism, causing inflammation and insulin resistance. Obesity also increases the activity of both local (tissue-specific) and circulating renin-angiotensin system (RAS). Angiotensinogen is converted to angiotensin I by renin, whereas prorenin may only do so upon binding to the (pro)renin receptor [(P)RR] 1. This is thus the angiotensin-dependent (Ang-D) pathway of the (P)RR. The binding of renin and prorenin with the (P)RR also activates an angiotensin-independent pathway (Ang-ND), leading to intracellular signaling involving, for instance, the mitogen activated protein kinase (MAPK), the extracellular regulatory kinase ½ (Erk1/2), the promyelocytic leukemia zinc finger protein (PLZF) and tumor necrosis factor alpha (TNF-a) 1, 2. These can produce cell growth and proliferation, apoptosis and fibrosis 1, 2, and as such may contribute to tissue damage and complications associated with obesity. The beneficial effects of pharmacological blockade of the (P)RR include prevention of the development of cardiac and renal fibrosis, as well as of diabetes-associated nephropathy and retinopathy. However, effects of the (P)RR in adipose tissue have been poorly investigated. Hence, our objective was to study the role of the (P)RR in the development of obesity and insulin resistance by: 1) administering HRP (a (P)RR blocker peptide) to mice fed a high-fat diet (HFD), and 2) in knock-out (KO) mice with adipose tissue-specific (P)RR gene deletion, which were generated in our laboratory by cre-loxp technology. (P)RR gene and protein expression in adipose tissue were increased in mice fed a HFD independently of HRP treatment. HRP treatment also reduced mice body weight and fat masses in HFD-fed mice while they only tended to be lower in mice on normal diet (ND). Similarly, the adipose tissue specific (P)RR KO mice had reduced body weight and fat masses, even on ND, and as such confirmed the involvement of adipose tissue (P)RR in the development of obesity. The KO phenotype included increased horizontal activity, only in the dark cycle (active period), which would increase energy expenditure and could contribute to their lower body weight and fat mass. Male hemizygous KO mice had higher basal metabolic rate as they had increased oxygen consumption and carbon dioxide production during both their active and inactive period. This increased basal metabolism may result in part from an increase in thermogenesis as increased “beiging” gene expression, PRDM16, was observed in peri-renal fat of male KO mice. In line with this, recent results from our laboratory have also shown that HRP may induce “beiging” in subcutaneous fat 3. In mice treated with the HRP, although glycemia was similar to placebo treated mice, plasma insulin and the insulin to glucose ratio were lower compared to untreated groups on both HFD or ND. Similarly, (P)RR KO mice had lower plasma insulin and C-peptide levels compared to controls, without any differences in the glycemia curves during an oral glucose tolerance test. Given that the basal and stimulated insulin levels were significantly lower in KO mice, without any changes in total pancreatic insulin content and with similar insulin to C-peptide ratio, this suggests that pancreatic insulin metabolism was not modified. The increased circulating adiponectin levels observed in KO mice may have contributed to the better insulin sensitivity present in the mice. In the HRP treated mice, we observed an improved gene expression profile of glucose transporters GLUT1 and GLUT4, TNF-alpha, MCP-1, F4/80 and leptin in adipose tissue, which may also contribute to the increased insulin sensitivity. Given that better insulin sensitivity was observed in mice with both (P)RR pharmacological blockade and genetic suppression, this suggests that the (P)RR is involved in the regulation of glucose homeostasis. In addition, lower circulating triglycerides (TG) levels were found in mice treated with HRP, whereas lower TG levels were observed only in skeletal muscles in (P)RR KO mice. Put altogether, the lower lipid content and higher plasma adiponectin levels likely result from a healthier fat tissue as revealed by histological analysis which showed a reduction in adipocytes size in KO mice and was recently revealed in HRP treated HFD fed mice 3. Our results demonstrate that the (P)RR, particularly in adipose tissue, is implicated in the regulation of body weight and glucose homeostasis via modulation of adipocytes morphology and function. The development of a new clinical strategy focused on blockade of the (P)RR specifically in adipose tissue could help to treat obesity and its associated pathologies such as insulin resistance and type 2 diabetes.

OBJECTIF: La mauvaise clairance des lipoprotéines riches en triglycérides par le tissu adipeux blanc (TAB) entraîne l’hypertriglycéridémie, la résistance à l’insuline et la sécrétion hépatique d’apolipoprotéine B (apoB). Ce mémoire tente de déterminer si le LDL entraîne une clairance réduite des lipoprotéines riches en triglycérides par le TAB. MÉTHODES/RÉSULTATS: Suivant l’ingestion d’un repas riche en gras marqué à la trioléine-13C, des femmes obèses postménopausées avec apoB plasmatique élevé (> médiane 0.93 g/L, N=22, 98% sous forme de IDL/LDL) avaient une clairance réduite de triglycérides-13C et acides gras non-estérifiés-13C (AGNE), comparées à celles avec un apoB plus bas. L'aire sous la courbe à 6 heures des triglycérides-13C et AGNE-13C plasmatiques corrélait avec l'apoB, suggérant une moindre captation dans les tissus périphériques chez les femmes avec apoB élevé. Ex vivo, suivant une incubation de 4 heures de biopsies de TAB avec de la trioléine-3H, l’apoB des patientes corrélait négativement avec les lipides-3H intracellulaires. Le traitement des biopsies de TAB des participantes avec leur propre LDL menait à une réduction de l’hydrolyse et de la captation de la trioléine-3H et à l’accumulation d’AGNE-3H dans le médium. In vitro, le LDL inhibait l’activité de la LPL. De plus, les adipocytes 3T3-L1 différenciés en présence de LDL avaient une hydrolyse et une captation réduite des lipoprotéines riches en trioléine-3H. CONCLUSION: Ce mémoire suggère que le LDL diminue la clairance des lipoprotéines riches en triglycérides par le TAB humain, ce qui pourrait expliquer la résistance à l’insuline observée chez des sujets avec apoB élevé. / OBJECTIVE: Delayed plasma clearance of postprandial triglyceride-rich lipoproteins (TRL) by white adipose tissue (WAT) promotes hypertriglyceridemia, insulin resistance and hepatic secretion of apoB-lipoproteins. The aim of this memoir was to examine whether low-density lipoproteins (LDL) induced delayed clearance of TRL by WAT. METHOD/RESULTS: Six hours following the ingestion of a high-fat meal, 22 postmenopausal obese women were separated based on plasma apoB levels (above/below median of 0.93 g/L). The high apoB group had delayed plasma clearance of postprandial triglyceride and non-esterified fatty acids (NEFA) compared to women with low apoB. There was no group difference in triolein oxidation rate, suggesting a lower NEFA uptake and storage in peripheral tissue in women with high apoB. Ex vivo, following a 4 hour incubation of participant’s WAT with synthetic 3H-triolein-TRL, plasma apoB correlated negatively with incorporated 3H-lipids. Incubation of women’s WAT with their own LDL (90% of apoB-lipoproteins in plasma) decreased 3H-TRL hydrolysis and increased medium 3H-NEFA accumulation. In vitro, LDL directly inhibited LPL activity. Finally, LDL-differentiated 3T3-L1 adipocytes had lower 3H-TRL hydrolysis and 3H-NEFA storage. CONCLUSION: This thesis suggests that LDL delay clearance and storage of TRL in human WAT, possibly explaining the increased insulin resistance observed in subjects with high apoB.

Le cycle glycérolipides/acides gras libres (GL/FFA) est une voie métabolique clé qui relie le métabolisme du glucose et des acides gras et il est composé de deux processus métaboliques appelés lipogenèse et lipolyse. Le cycle GL/FFA, en particulier la lipolyse des triglycérides, génère diverses molécules de signalisation pour réguler la sécrétion d'insuline dans les cellules bêta pancréatiques et la thermogenèse non-frissonnante dans les adipocytes. Actuellement, les lipides provenant spécifiquement de la lipolyse impliqués dans ce processus sont mal connus. L’hydrolyse des triglycérides dans les cellules β est réalisée par les actions successives de la triglycéride lipase adipocytaire pour produire le diacylglycérol, ensuite par la lipase hormono-sensible pour produire le monoacylglycérol (MAG) et enfin par la MAG lipase (MAGL) qui relâche du glycerol et des acides gras. Dans les cellules bêta, la MAGL classique est très peu exprimée et cette étude a démontré que l’hydrolyse de MAG dans les cellules β est principalement réalisée par l'α/β-Hydrolase Domain-6 (ABHD6) nouvellement identifiée. L’inhibition d’ABHD6 par son inhibiteur spécifique WWL70, conduit à une accumulation des 1-MAG à longues chaines saturées à l'intérieur des cellules, accompagnée d’une augmentation de la sécrétion d'insuline stimulée par le glucose (GSIS). Baisser les niveaux de MAG en surexprimant ABHD6 dans la lignée cellulaire bêta INS832/13 réduit la GSIS, tandis qu’une augmentation des niveaux de MAG par le « knockdown » d’ABHD6 améliore la GSIS. L'exposition aiguë des monoacylglycérols exogènes stimule la sécrétion d'insuline de manière dose-dépendante et restaure la GSIS supprimée par un inhibiteur de lipases appelé orlistat. En outre, les souris avec une inactivation du gène ABHD6 dans tous les tissus (ABHD6-KO) et celles avec une inactivation du gène ABHD6 spécifiquement dans la cellule β présentent une GSIS stimulée, et leurs îlots montrent une augmentation de la production de monoacylglycérol et de la sécrétion d'insuline en réponse au glucose. L’inhibition d’ABHD6 chez les souris diabétiques (modèle induit par de faibles doses de streptozotocine) restaure la GSIS et améliore la tolérance au glucose. De plus, les résultats montrent que les MAGs non seulement améliorent la GSIS, mais potentialisent également la sécrétion d’insuline induite par les acides gras libres ainsi que la sécrétion d’insuline induite par divers agents et hormones, sans altération de l'oxydation et l'utilisation du glucose ainsi que l'oxydation des acides gras. Nous avons démontré que le MAG se lie à la protéine d’amorçage des vésicules appelée Munc13-1 et l’active, induisant ainsi l’exocytose de l'insuline. Sur la base de ces observations, nous proposons que le 1-MAG à chaines saturées agit comme facteur de couplage métabolique pour réguler la sécrétion d'insuline et que ABHD6 est un modulateur négatif de la sécrétion d'insuline. En plus de son rôle dans les cellules bêta, ABHD6 est également fortement exprimé dans les adipocytes et son niveau est augmenté avec l'obésité. Les souris dépourvues globalement d’ABHD6 et nourris avec une diète riche en gras (HFD) montrent une faible diminution de la prise alimentaire, une diminution du gain de poids corporel et de la glycémie à jeun et une amélioration de la tolérance au glucose et de la sensibilité à l'insuline et ont une activité locomotrice accrue. En outre, les souris ABHD6-KO affichent une augmentation de la dépense énergétique et de la thermogenèse induite par le froid. En conformité avec ceci, ces souris présentent des niveaux élevés d’UCP1 dans les adipocytes blancs et bruns, indiquant le brunissement des adipocytes blancs. Le phénotype de brunissement est reproduit dans les souris soit en les traitant de manière chronique avec WWL70 (inhibiteur d’ABHD6) ou des oligonucléotides anti-sense ciblant l’ABHD6. Les tissus adipeux blanc et brun isolés de souris ABHD6-KO montrent des niveaux très élevés de 1-MAG, mais pas de 2-MAG. L'augmentation des niveaux de MAG soit par administration exogène in vitro de 1-MAG ou par inhibition ou délétion génétique d’ABHD6 provoque le brunissement des adipocytes blancs. Une autre évidence indique que les 1-MAGs sont capables de transactiver PPARα et PPARγ et que l'effet de brunissement induit par WWL70 ou le MAG exogène est aboli par les antagonistes de PPARα et PPARγ. L’administration in vivo de l’antagoniste de PPARα GW6471 à des souris ABHD6-KO inverse partiellement les effets causés par l’inactivation du gène ABHD6 sur le gain de poids corporel, et abolit l’augmentation de la thermogenèse, le brunissement du tissu adipeux blanc et l'oxydation des acides gras dans le tissu adipeux brun. L’ensemble de ces observations indique que ABHD6 régule non seulement l’homéostasie de l'insuline et du glucose, mais aussi l'homéostasie énergétique et la fonction des tissus adipeux. Ainsi, 1-MAG agit non seulement comme un facteur de couplage métabolique pour réguler la sécrétion d'insuline en activant Munc13-1 dans les cellules bêta, mais régule aussi le brunissement des adipocytes blancs et améliore la fonction de la graisse brune par l'activation de PPARα et PPARγ. Ces résultats indiquent que ABHD6 est une cible prometteuse pour le développement de thérapies contre l'obésité, le diabète de type 2 et le syndrome métabolique. / The glycerolipid/ free fatty acid (GL/FFA) cycle is a key metabolic pathway that links glucose and fatty acid metabolism and it consists of lipogenesis and lipolysis. GL/FFA cycling, especially in its lipolysis arm, generates various lipid signaling molecules to regulate insulin secretion in pancreatic ß-cells and non-shivering thermogenesis in adipocytes. Currently, the lipolysis-derived lipid signals involved in this process are uncertain. Triglyceride hydrolysis in mammalian cells is accomplished by the sequential actions of adipose triglyceride lipase to produce diacylglycerol, by hormone sensitive lipase to produce monoacylglycerol (MAG) and by MAG lipase (MAGL) that releases free fatty acid and glycerol. Our work shows that in pancreatic ß-cell, the classical MAGL is poorly expressed and that MAG hydrolysis is mainly conducted by the newly identified α/β-Hydrolase Domain-6 (ABHD6). Inhibition of ABHD6 by its specific inhibitor WWL70, leads to long-chain saturated 1-MAG accumulation inside the cells, accompanied by enhanced glucose-stimulated insulin secretion (GSIS). Decreasing the MAG levels by overexpression of ABHD6 in the ß-cell line INS832/13 reduces GSIS, while increasing MAG levels by ABHD6 knockdown enhances GSIS. Acute exposure of INS832/13 cells to various MAG species dose-dependently stimulates insulin secretion and restores GSIS suppressed by the pan-lipase inhibitor orlistat. Also, various biochemical and pharmacological experiments show that saturated 1-MAG levels species rather than unsaturated or 2-MAG species best correlate with insulin secretion. Furthermore, whole-body and β-cell-specific ABHD6-KO mice exhibit enhanced GSIS in vivo, and their isolated islets show elevated MAG production and GSIS. Inhibition of ABHD6 in low dose streptozotocin diabetic mice restores GSIS and improves glucose tolerance. Results further show that ABHD6-accessible MAGs not only enhance GSIS, but also potentiate fatty acid and non-fuel-induced insulin secretion without alteration in glucose oxidation and utilization as well as fatty acid oxidation. We have identified that MAG binds and activates the vesicle priming protein Munc13-1, thereby inducing insulin exocytosis. Based on all these observations, we propose that lipolysis-derived saturated 1-MAG acts as a metabolic coupling factor to regulate insulin secretion and ABHD6 is a negative modulator of insulin secretion. Besides its role in ß-cells, ABHD6 is also highly expressed in adipocytes and its level is increased with obesity. Mice globally lacking ABHD6 on high fat diet (HFD) show modestly reduced food intake, decreased body weight gain, insulinemia and fasting glycemia and improved glucose tolerance and insulin sensitivity and enhanced locomotor activity. In addition, ABHD6-KO mice display increased energy expenditure and cold-induced thermogenesis. In accordance with this, these mice show elevated UCP1 level in white and brown adipocytes, indicating browning of white adipocytes. The browning phenotype is reproduced in the mice either chronically treated with the ABHD6 inhibitor WWL70 or an antisense oligonucleotides targeting ABHD6. White and brown adipose tissues isolated from whole body ABHD6 KO mice show greatly elevated levels of 1-MAG, but not 2-MAG. Increasing MAG levels by either exogenous administration of 1-MAG or ABHD6 inhibition or genetic deletion induces browning of white adipocytes in a cell-autonomous manner. Further evidence indicates that 1-MAGs can transactivate PPARα and PPARγ and the browning effect induced by WWL70 or exogenous MAG is abolished by PPARα and PPARγ antagonists. In vivo administration of the PPARα antagonist GW6471 to ABHD6 KO mice partially reversed the ABHD6-KO effects on body weight gain, and abolishes the enhanced thermogenesis, white adipose browning and fatty acid oxidation in brown adipose tissue. All these observations indicate that ABHD6 regulates not only insulin and glucose homeostasis but also energy homeostasis and adipose tissue function. Thus, ABHD6-accessible 1-MAG not only acts as a metabolic coupling factor to regulate fuel and non-fuel induced insulin secretion by activating Munc13-1 in beta cells, but also regulates glucose, insulin and energy homeostasis. The latter effects are mediated at least in part via browning of white adipocytes and enhanced brown fat function through the activation of PPARα and PPARγ. Collectively these findings suggest that ABHD6 is a promising target for developing therapeutics against obesity, type 2 diabetes and metabolic syndrome.

L’imagerie et la spectroscopie par résonance magnétique nucléaire (IRM et SRM) sont des méthodes non-invasives qui ont le potentiel d’estimer in vivo la quantité et la qualité des adiposités abdominales. Le contexte scientifique et clinique de ce manuscrit s’articule autour de l’étude de surnutrition « Poly-Nut » dont l’un des objectifs est d’analyser les évolutions des tissus adipeux (TA) dans une phase rapide de prise de poids. L’originalité et la complexité de cette thèse résident dans le développement, l’adaptation et la comparaison de plusieurs méthodes quantitatives d’IRM et de SRM, pour l’étude du signal lipidique dans un contexte clinique à 3T. La fiabilité et la validation des mesures obtenues in vivo par ces techniques font ici l’objet d’une étude approfondie. Pour l’analyse quantitative du signal de spectroscopie, différentes méthodes existantes ont été comparées à celle développée spécifiquement pour notre étude clinique. L’estimation paramétrique par moindres carrés non linéaires appliquée aux spectres RMN des lipides peut conduire, selon la fonction modèle utilisée, à un problème non linéaire mal posé. Nous montrons alors que l’utilisation d’un modèle simplifié se fondant sur la structure d’une chaine de triglycéride, comme utilisé récemment en imagerie quantitative, constitue une solution valide au regard de l’état de l’art. Ensuite différentes méthodes (IRM, SRM, Dual Energy X-ray absorptiometry, chromatographie en phase gazeuse) ont été utilisées pour caractériser les TA sous-cutanés et viscéraux. Le suivi par IRM du contenu lipidique du foie ainsi que du volume et de la composition en acide gras des TA à partir d’une unique acquisition en multi-écho de gradient est démontré. Enfin des développements expérimentaux menés parallèlement à l’étude clinique sur un imageur préclinique à 4,7T, comparent différentes stratégies d’encodage du déplacement chimique par imagerie et caractérisent des méthodes SRM pour estimer in vivo la proportion d’omégas-3 dans les chaînes d’acides gras. / Magnetic resonance imaging and spectroscopy (MRI and MRS) are non-invasive methods that have the potential to estimate in vivo the quantity and the quality of abdominal adipose tissues (AT). The scientific and clinical context of this thesis is based on an overfeeding study entitled "Poly-Nut". One of the main objectives of this study is to analyze changes in adipose tissues in a rapid phase of weight gain. The originality and complexity of this thesis rely in the development, adaptation and comparison of several quantitative methods of MRI and MRS, for the study of lipid signal, in a clinical context, at 3T. The reliability and the validation of the measurements obtained in vivo using these techniques are the main subject of this PhD thesis. For the quantitative analysis of the spectroscopy signal, different existing methods have been compared to those developed specifically for our clinical study. According to the model function used, the nonlinear-least-squares parametric estimation applied to the lipid spectra can lead to an ill-posed nonlinear problem. We demonstrated that the use of a simplified model based on the structure of a triglyceride chain, as recently used in quantitative imaging, was a valid solution regarding the state of the art. Then different methods (MRI, MRS, Dual Energy X-ray absorptiometry, gas chromatography) were used to characterize the subcutaneous and visceral AT. We demonstrated the feasibility of MRI to follow the lipid content in the liver as well as the volume and the fatty acid composition of AT using a single multiple gradient-echo acquisition. Finally, experimental developments were carried out in parallel with the clinical study, on a 4.7T preclinical system, first, to compare different strategies for encoding the chemical shift using imaging and, secondly, to characterize MRS methods for in vivo estimation of the relative proportion of omega-3 among all fatty acids.

Le diabète est aujourd’hui la 7ème cause de mortalité dans le monde. Dans cette population, la cardiomyopathie diabétique est la principale cause de morbi-mortalité. Le développement de cette complication débutant dès l’apparition du diabète, un dépistage et une prise en charge précoces de cette pathologie sont donc de première importance et sont les deux objectifs visés par ces travaux. La première étude que nous avons réalisée a permis de démontrer l’utilité d’une évaluation compréhensive de la fonction régionale myocardique gauche par 2D speckle-tracking imaging, en conditions de stress à la dobutamine, dans le dépistage précoce de la cardiomyopathie diabétique chez des patients diabétiques de type 2 asymptomatiques. La deuxième partie de ces travaux a, quant à elle, donné lieu à deux études. L’étude clinique a permis de mettre en évidence une amélioration de la réponse au stress de la fonction régionale myocardique après 3 mois de supplémentation en vitamine D3 chez des patients carencés. L’étude expérimentale a, pour sa part, souligné les effets bénéfiques sur le remodelage et la fonction cardiaques de cette supplémentation, en prévention secondaire, dans un modèle murin de diabète de type 2 induit par un régime gras et sucré. Par ailleurs, cette étude a mis en lumière l’implication potentielle d’une modulation des taux myocardiques en espèces lipotoxiques par la vitamine D3 dans ces effets. L’ensemble de ces travaux de thèse a ainsi permis, d’une part, de proposer une technique de dépistage des signes précoces d’altération de la fonction cardiaque chez le patient diabétique de type 2 et, d’autre part, de montrer les effets bénéfiques d’une supplémentation en vitamine D3 dans ce contexte. / Diabetes has reached the 7th place in the world’s top ten mortality causes. In this population, morbi-mortality mainly originates from diabetic cardiomyopathy. This complication evolving from the onset of diabetes, early diagnosis and care are of paramount importance and are the two purposes of this work. In our first study, we demonstrated the relevance of a comprehensive 2D speckle-tracking imaging analysis, under dobutamine stress, in unmasking early left ventricular regional myocardial dysfunction in a population of asymptomatic type 2 diabetic patients. In the second part of this work, we performed two studies. In the first one, we brought to light an improvement of regional myocardial function response to dobutamine stress after a three-month vitamin D3 supplementation protocol, in deficient patients. The second study was performed in a mouse model of diet-induced type 2 diabetes. In this last work, we put forward the beneficial effects of vitamin D3 supplementation, in secondary prevention, on cardiac remodeling and function. These cardioprotective effects may be, at least in part, on account of modulatory effects of vitamin D3 on myocardial lipotoxic species levels. This whole work allow us to propose a tool enabling recognition of early cardiac function impairments in type 2 diabetic patients and to demonstrate the beneficial effects of vitamin D3 supplementation in this context.

The gastrointestinal tract (GIT) regulates nutrient uptake, secretes hormones and has a crucial gut flora and enteric nervous system. Of relevance for these functions are the G protein-coupled receptors (GPCRs) and the solute carriers (SLCs). The Adhesion GPCR subfamily is known to mediate neural development and immune system functioning, whereas SLCs transport e.g. amino acids, fatty acids (FAs) and drugs over membranes. We aimed to comprehensively characterize Adhesion GPCR and SLC gene expression along the rat GIT. Using qPCR we measured expression of 78 SLCs as well as all 30 Adhesion GPCRs in a twelve-segment GIT model. 21 of the Adhesion GPCRs had a widespread (≥5 segments) or ubiquitous (≥11 segments) expression. Restricted expression patterns were characteristic for most group VII members. Of the SLCs, we found the majority (56 %) of these transcripts to be expressed in all GIT segments. SLCs were predominantly found in the absorption-responsible gut regions. Both Adhesion GPCRs and SLCs were widely expressed in the rat GIT, suggesting important roles. The distribution of Adhesion GPCRs defines them as a potential pharmacological target. FAs constitute an important energy source and have been implicated in the worldwide obesity increase. FAs and their ratios – indices for activities of e.g. the desaturase enzymes SCD-1 (SCD-16, 16:1n-7/16:0), D6D (18:3n-6/18:2n-6) and D5D (20:4n-6/20:3n-6) – have been associated with e.g. overall mortality and BMI. We examined whether differences in FAs and their indices in five lipid fractions contributed to obesity susceptibility in rats fed a high fat diet (HFD), and the associations of desaturase indices between lipid fractions in animals on different diets. We found that on a HFD, obesity-prone (OP) rats had a higher SCD-16 index and a lower linoleic acid (LA) proportions in subcutaneous adipose tissue (SAT) than obesity-resistant rats. Desaturase indices were significantly correlated between many of the lipid fractions. The higher SCD-16 may indicate higher SCD-1 activity in SAT in OP rats, and combined with lower LA proportions may provide novel insights into HFD-induced obesity. The associations between desaturase indices show that plasma measurements can serve as proxies for some lipid fractions, but the correlations seem to be affected by diet and weight gain.

Existeix certa controvèrsia sobre els efectes del b-carotè com a promotor o protector del càncer de pulmó. A més, el b-carotè, com a precursor de l'àcid retinoic, podria estimular la termogènesi i regular l'adipositat corporal. La fura representa un bon model per estudiar els efectes de la ingesta de b-carotè ja que l'absorbeix de manera pràcticament intacta (semblant als humans). Hem demostrat que el b-carotè ingerit amb altres antioxidants no sembla tenir efectes inductors del càncer ja que no augmenta la proliferació cel·lular al pulmó i a més prevé els efectes del carcinogen benzo[a]pirè. D'altra banda, dosis farmacològiques de b-carotè fan a la fura efectes contraris als de l'àcid retinoic, ja que augmenten l'adipositat i resulten en una menor capacitat termogènica, principalment al teixit adipós retroperitoneal que, a la fura, presenta certes característiques de teixit adipós marró, ja que té un percentatge considerable d'adipòcits multiloculars i expressa quantitats significatives d'UCP1. / Existe controversia sobre los efectos del b-caroteno como promotor o protector del cáncer de pulmón. Además, el b-caroteno, como precursor del ácido retinoico, podría estimular la termogénesis y regular la adiposidad corporal. El hurón representa un buen modelo para estudiar los efectos de la ingesta de b-caroteno pues lo absorbe de manera prácticamente intacta (similar a los humanos). Hemos demostrado que el b-caroteno ingerido con otros antioxidantes no parece tener efectos inductores del cáncer puesto que no aumenta la proliferación celular del pulmón y además previene los efectos del carcinógeno benzo[a]pireno. Por otra parte, dosis farmacológicas de b-caroteno producen en el hurón efectos contrarios a los del ácido retinoico, ya que aumentan la adiposidad y reducen la capacidad termogénica, principalmente del tejido adiposo retroperitoneal que, en el hurón, presenta ciertas características de tejido adiposo marrón, al contener un porcentaje considerable de adipocitos multiloculares y expresar cantidades significativas de UCP1. / The effects of b-carotene promoting or protecting against lung cancer are unclear. Furthermore, b-carotene, as retinoic acid precursor, could induce thermogenesis and regulate body adiposity. The ferret represents a good model to study the effects of oral administration of b-carotene because it absorbs it almost intact (similarly to humans). We have shown that the intake of b-carotene together with other antioxidants does not seem to inducecancer as it does not increase cellular proliferation in lung and prevents the effects of the carcinogen benzo[a]pyrene. In addition, pharmacological b-carotene doses in ferrets have different effects from retinoic acid, increasing adiposity and decreasing thermogenic capacity, especially in the retroperitoneal adipose tissue which, in ferrets, resembles brown adipose tissue, since it has an important percentage of multilocular adipocytes and expresses significant amount of UCP1.

CONTEXTE: L'inefficacité de captation des acides gras libres (AGL) par le tissu adipeux blanc (TAB) est connue pour favoriser la résistance à l'insuline (RI) dans les tissus périphériques, mais dans le foie, elle favorise également la production accrue de lipoprotéines contenant l'apolipoprotéine B100 (lipoprotéines apoB). Nous avons récemment démontré que les femmes post-ménopausées obèses avec un nombre élevé de lipoprotéines apoB à jeun (apoB plasmatique > 1,2 g/L) avaient plus de RI que les femmes avec un taux d’apoB normal. Notre objectif était donc d'examiner si l'inefficacité de captation des AGL pourrait être un mécanisme expliquant la RI, in vivo dans cette population. HYPOTHÈSES: Les femmes ménopausées en surpoids/obèses avec un taux d’apoB élevé ont moins d'efficacité à capter les AGL par le TAB que les femmes avec un taux d’apoB faible. MÉTHODES/RÉSULTATS: L'efficacité de captation des AGL a été examinée dans 22 femmes non diabétiques en surpoids/obèses. La population a été séparée selon la médiane d’apoB (0.9 g/L) en 2 groupes; les femmes ayant un taux d’apoB inférieur vs supérieur à la médiane (N=11/groupe). L'efficacité de captation des AGL par le TAB a été indirectement évaluée en suivant le sort d'un repas riche en gras (0.0162g 13C-trioléine/g de matières grasses, 66% de gras, 47g gras/m2 surface corporelle) marqué au 13C-trioléine, sur 6h en circulation ([13C]TG et [13C]AGL plasmatiques) et en oxydation (13CO2 dans l’air expiré [AE]). L’enrichissement en 13C des échantillons d’AE et du plasma a été mesuré par spectrométrie de masse pour ratio isotopique. Les femmes ayant un apoB élevé avaient une clairance plasmatique totale postprandiale des TG (p <0,05) réduite sans diminuer de la clairance plasmatique totale des AGL, par rapport aux femmes ayant un faible taux d’apoB. Cependant, en examinant le sort du 13C-trioléine, les femmes ayant un apoB élevé avait une réduction de la clairance des [13C]TG plasmatiques (44,78 μM vs 7,81 μM; p <0,05) et des [13C]AGL plasmatiques (2,64 uM vs 0,06 uM; p <0,05) à 6h, sans aucune différence en % récupéré de 13C-trioléine dans le CO2 de l’AE. Ces données suggèrent que les femmes ayant un taux d’apoB élevé ont une réduction postprandiale de la clairance et de la captation de 13Ctrioléine par le TAB. CONCLUSION: La captation inefficace des AGL par le TAB des femmes post-ménopausées en surpoids et obèses avec un surplus d’apoB peut être un mécanisme sousjacent à la RI chez ces sujets. / BACKGROUND: Inefficiency of fatty acid (FA) trapping in white adipose tissue (WAT) is known to promote insulin resistance (IR) in peripheral tissue, but in the liver, it also promotes increased secretion of apolipoprotein B100-lipoproteins (apoB-lipoproteins). We recently demonstrated that post-menopausal obese women with high numbers of fasting apoB-lipoproteins (plasma apoB> 1.2 g/L) had higher IR than women with normal apoB. Our aim was thus to examine whether inefficiency of FA trapping was a mechanism explaining IR in vivo in this population. HYPOTHESES: Postmenopausal overweight and obese women with high apoB have lower efficiency of FA trapping in WAT than women with low apoB. METHODS/RESULTS: The efficiency of FA trapping was examined in 22 non-diabetic overweight and obese women, and the group was separated around median apoB (0.9 g/L) into women with higher vs lower apoB (N=11 per group). The efficiency of FA trapping in WAT was indirectly assessed by following the fate of a 13C-triolein labelled high-fat meal (0.0162g 13C-triolein/g of fat, 66% fat, 47 g fat/m2 body surface area) over 6 hours in circulation (plasma [13C]TG and [13C]FA) and oxidation (breath 13CO2). 13Cenrichment of breath and plasma samples was measured by isotope ratio mass spectrometry. Women with higher apoB had delayed total postprandial plasma TG clearance (p<0.05) but not total plasma free FA clearance compared to women with lower apoB. However, examining the fate of 13C-triolein revealed that women with higher apoB had delayed plasma [13C]-TG clearance (44.78 μM vs 7.81 μM; p<0.05) and plasma [13C]-FA clearance (2.64 μM vs 0.06 μM; p<0.05) at 6 hours, without any differences in % recovered 13C-triolein in breath CO2. This data suggests that women with higher apoB have lower postprandial 13C-triolein clearance and trapping in WAT. CONCLUSION: Ineffective FA trapping in WAT in post-menopausal overweight and obese women with higher apoB may be a mechanism underlying IR in these subjects.

OBJECTIF: La mauvaise clairance des lipoprotéines riches en triglycérides par le tissu adipeux blanc (TAB) entraîne l’hypertriglycéridémie, la résistance à l’insuline et la sécrétion hépatique d’apolipoprotéine B (apoB). Ce mémoire tente de déterminer si le LDL entraîne une clairance réduite des lipoprotéines riches en triglycérides par le TAB. MÉTHODES/RÉSULTATS: Suivant l’ingestion d’un repas riche en gras marqué à la trioléine-13C, des femmes obèses postménopausées avec apoB plasmatique élevé (> médiane 0.93 g/L, N=22, 98% sous forme de IDL/LDL) avaient une clairance réduite de triglycérides-13C et acides gras non-estérifiés-13C (AGNE), comparées à celles avec un apoB plus bas. L'aire sous la courbe à 6 heures des triglycérides-13C et AGNE-13C plasmatiques corrélait avec l'apoB, suggérant une moindre captation dans les tissus périphériques chez les femmes avec apoB élevé. Ex vivo, suivant une incubation de 4 heures de biopsies de TAB avec de la trioléine-3H, l’apoB des patientes corrélait négativement avec les lipides-3H intracellulaires. Le traitement des biopsies de TAB des participantes avec leur propre LDL menait à une réduction de l’hydrolyse et de la captation de la trioléine-3H et à l’accumulation d’AGNE-3H dans le médium. In vitro, le LDL inhibait l’activité de la LPL. De plus, les adipocytes 3T3-L1 différenciés en présence de LDL avaient une hydrolyse et une captation réduite des lipoprotéines riches en trioléine-3H. CONCLUSION: Ce mémoire suggère que le LDL diminue la clairance des lipoprotéines riches en triglycérides par le TAB humain, ce qui pourrait expliquer la résistance à l’insuline observée chez des sujets avec apoB élevé. / OBJECTIVE: Delayed plasma clearance of postprandial triglyceride-rich lipoproteins (TRL) by white adipose tissue (WAT) promotes hypertriglyceridemia, insulin resistance and hepatic secretion of apoB-lipoproteins. The aim of this memoir was to examine whether low-density lipoproteins (LDL) induced delayed clearance of TRL by WAT. METHOD/RESULTS: Six hours following the ingestion of a high-fat meal, 22 postmenopausal obese women were separated based on plasma apoB levels (above/below median of 0.93 g/L). The high apoB group had delayed plasma clearance of postprandial triglyceride and non-esterified fatty acids (NEFA) compared to women with low apoB. There was no group difference in triolein oxidation rate, suggesting a lower NEFA uptake and storage in peripheral tissue in women with high apoB. Ex vivo, following a 4 hour incubation of participant’s WAT with synthetic 3H-triolein-TRL, plasma apoB correlated negatively with incorporated 3H-lipids. Incubation of women’s WAT with their own LDL (90% of apoB-lipoproteins in plasma) decreased 3H-TRL hydrolysis and increased medium 3H-NEFA accumulation. In vitro, LDL directly inhibited LPL activity. Finally, LDL-differentiated 3T3-L1 adipocytes had lower 3H-TRL hydrolysis and 3H-NEFA storage. CONCLUSION: This thesis suggests that LDL delay clearance and storage of TRL in human WAT, possibly explaining the increased insulin resistance observed in subjects with high apoB.

La tuberculose est l’une des maladies infectieuses mortelles les plus fréquentes, causée par des mycobactéries tuberculeuses dont principalement M. tuberculosis. Notre thèse a porté sur Mycobacterium canettii caractérisée par un morphotype lisse et un temps de génération plus court que M. tuberculosis. Notre revue de la littérature a montré que moins d'une centaine de cas d’infection à M. canettii ont été rapportés majoritairement à Djibouti située dans la Corne de l’Afrique. Ensuite, notre étude prospective de la tuberculose pulmonaire à Djibouti a mesuré une prévalence d’infections à M. canettii de 4%. A travers un modèle murin d’infection par gavage, nous avons observé la translocation de M. canettii des intestins vers la circulation lymphatique et sanguine ; suivie par une dissémination principalement vers les poumons et les ganglions lymphatiques. Cette étude a alors démontré que M. canettii peut infecter les individus par voie orale et a révélé que M. canettii peut interagir avec le tissu adipeux brun. Ensuite, à travers des modèles cellulaires d’infection, nous avons montré que les pré-adipocytes bruns pourraient constituer une cible potentielle des mycobactéries tuberculeuses et que M. canettii ne persiste pas dans les adipocytes matures contrairement à M. tuberculosis. En conclusion, nous avons apporté des connaissances nouvelles sur l’infection à M. canettii : sa prévalence, son mode de transmission ainsi que de nouvelles pistes sur de possibles réservoirs environnementaux. L’ensemble de ces données suggèrent que l’infection à M. canettii doit être considérée comme une entité clinique distincte de la tuberculose que nous proposons de nommer « Canettose ». / Tuberculosis is one of the most frequent deadly infectious diseases worldwide, caused by tuberculous mycobacteria including mainly M. tuberculosis. Our thesis focused on Mycobacterium canettii characterized by a smooth morphotype and a shorter generation time than M. tuberculosis. Our review of the literature showed that less than one hundred cases of M. canettii infection have been reported in Djibouti situated in the Horn of Africa. Then, our prospective microbiological study of pulmonary tuberculosis in Djibouti measured a prevalence of M. canettii lung infections of 4%. Through a mouse model by gavage, we observed the translocation of M. canettii from the intestines to the lymphatic and blood circulation; followed by dissemination mainly to the lungs and lymph nodes. In conclusion, this study demonstrated that M. canettii can follow the digestive tract to infect individuals and revealed also that M. canettii can interact with brown adipose tissue. Then, through cell infection models, we have shown that brown pre-adipocytes may be a potential target for tuberculous mycobacteria and that M. does not persist in mature adipocytes contrary to M. tuberculosis. In conclusion, this work allowed to bring new knowledge about M. canettii infection: its prevalence, its mode of transmission as well as new avenues on possible environmental reservoirs. All of these data suggest that M. canettii infection should be considered as a distinct clinical entity from tuberculosis. We propose to name "Canettosis" the M. canettii infection.