Thèse d'exercice : Médecine. Chirurgie générale : Université de Nantes : 2004. / Bibliogr. f. 130-139 [98 réf.].

Thèse de doctorat--Sciences naturelles--Faculté des sciences de Paris, 1893. N°: 796.

Th.--Méd.--Paris, 1905-1906. / Paris, 1905-1906, tome 22, n ° 29.

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

Introduction : La glucuronidation a pour effet de rediriger l’élimination des acides biliaires (AB) vers l’urine. En état cholestatique, caractérisé par une interruption du flux biliaire, ce métabolisme pourrait représenter une cible pharmacologique car il peut être stimulé par certains agonistes de récepteurs nucléaires. Le rein exprime aussi toutes les protéines œuvrant cette voie biologique, donc, cet organe est suspecté comme étant un joueur prédominant dans l’homéostasie des AB lors de cholestase. Objectif 1 : Évaluer l’effet de la glucuronidation sur la toxicité des AB. Après avoir déterminé la toxicité différentielle des AB dans le modèle cellulaire hépatique HepG2 en utilisant des tests moléculaires classiques (mesure de l’activité de la caspase 3, évaluation de la nécrose et de l’apoptose par FACS et mesure de la prolifération cellulaire par MTS et BCA), nous avons démontré que la glucuronidation des AB diminuait leurs propriétés pro-nécrotique et pro-apoptotique, ainsi que leur toxicité générale. Objectif 2 : Caractériser la glucuronidation hépatique et rénale des AB. L’expression (protéine et ARNm) des UGT a été quantifiée dans le foie et le rein humain. Ensuite, les constantes cinétiques de la glucuronidation rénale et hépatique des AB ont été déterminées, ce qui a mené à l’exposition des propriétés allostériques de ces réactions. Objectif 3 : Caractériser la glucuronidation des AB effectuées par les membres de la famille des UGT2A. Des microsomes surexprimant soit l’UGT2A1, l’UGT2A2 ou l’UGT2A3 ont été utilisés en essais enzymatiques afin d’extrapoler leurs constantes cinétiques de la glucuronidation des AB. Les enzymes UGT2A1 et UGT2A2 ont démontrées une excellente activité de glucuronidation des AB. Conclusion : La glucuronidation des AB diminue leur toxicité et semble être effectuée par un complexe oligomérique. Le mécanisme enzymatique catalysant la glucuronidation des AB dans le foie et le rein présente des différences majeures, mais offre un rendement similaire en état physiologique normal. Cependant, le rein possède une meilleure capacité d’adaptation à une surcharge d’AB. En somme, les résultats présentés indiquent que la glucuronidation rénale et hépatique des AB est une cible thérapeutique pour le traitement de la cholestase, cependant, elle doit être mieux caractérisée afin d’être optimisée et utilisée. / Introduction: Glucuronidation redirect bile acids (BA) elimination toward the urine. During cholestasis, a condition characterized by a bile flow interruption, this metabolism may represent a pharmacological target, because it can be stimulated by numerous nuclear receptor agonists. The kidney also expresses all proteins involved in this biological pathway, therefore, this organ is suspected as a predominant player in BA homeostasis during cholestasis. Objective 1: Evaluate the effect of glucuronidation on BA toxicity. After determining the differential BAs toxicity in the selected liver model cell (HepG2) using molecular tests (caspase 3 activity measurement, necrosis and apoptosis evaluation by FACS and proliferation assessment using MTS reduction and total protein content evaluated by BCA), we have demonstrated that BA glucuronidation decreased their pro-necrotic and pro-apoptotic properties, and, therefore, their general toxicity. Objective 2: Characterizing the hepatic and renal BA glucuronidation. The expression (protein and mRNA) of various UGT was quantified in human liver and kidney. Then, the kinetic constants for BA glucuronidation in human kidney and liver extracts were determined, which led to the exposure of the allosteric properties of these reactions. Objective 3: Characterizing BA glucuronidation carried out by UGT2As. Microsomes over-expressing either UGT2A1, UGT2A2 or UGT2A3 have been used in enzyme assays to extrapolate the kinetic constants for BA glucuronidation by these enzymes. UGT2A1 and UGT2A2 Glucuronidation decreases BAs toxicity and seems to be performed by a oligomeric enzyme complex. Major differences have been observed between the liver and kidney enzymatic mechanism of BA glucuronidation, but they offers similar performance in normal physiological state. However, the kidney has a better ability to adapt to an overload of BA. In sum, the results presented in this thesis indicate that renal and hepatic BA glucuronidation is a therapeutic target for the treatment of cholestasis, however, it must be better characterized and optimized in order to be used.

Titre de l'écran-titre (visionné le 11 avril 2023) / Introduction: Les acides biliaires, en plus de posséder diverses fonctions digestives, présentent également des propriétés endocrines. En se liant au récepteur nucléaire farnésoïde X, ils jouent un rôle important dans la régulation du métabolisme des acides biliaires, ainsi qu'au niveau de l'inflammation intestinale et du foie, la triglycéridémie et la glycémie hépatique. Les acides biliaires sont susceptibles aux réactions de glucuronidation et de sulfatation, soit des réactions de phase II qui leur ajoutent un groupement polaire. Quoi que l'on accorde généralement à ces réactions un effet d'inactivation et de détoxification des molécules, quelques études ont illustré des exceptions à ce phénomène. Objectif : Chercher à valider la perte de fonction et la neutralité des métabolites glucuronidés (-G) ou sulfatés (-S) et identifier des possibles exceptions qui maintiennent leur activité en dépit des réactions de phase II. Méthodologie : La fonction agoniste et antagoniste de plusieurs acides biliaires et leurs métabolites -G/-S ont été testés en utilisant la trousse LanthaScreen TR-FRET FXR produite par ThermoFisher. Lorsqu'un effet était noté, des courbes doses réponses furent produites afin de caractériser davantage cet effet. Résultats : Une quasi-totalité des métabolites testés ne présentaient pas d'activité agoniste, ou antagoniste avec FXR. L'acide chénodésoxycholique 24-acyl-β-D-glucuronide (CDCA-24G) antagonise FXR en co-incubation avec l'acide chénodésoxycholique (CDCA), l'acide obéticholique (OCA), cilofexor et GW4064 alors que l'acide obéticholique 24-acyl-β-D-glucuronide (OCA-24G) ne démontait qu'un effet mesurable en présence d'OCA, ne pouvant pas produire d'IC50 calculable en présence des autres agonistes. Conclusions : Ce projet illustre une fonction antagoniste précédemment inconnue in vitro du CDCA-24G et de l'OCA-24G. Puisque des tests utilisant un modèle cellulaire ont été tentés, mais sans succès, il serait important que ces observations soient validées dans un modèle cellulaire fonctionnel, et ce, afin d'assurer qu'il ne s'agit pas d'une interaction observable seulement in-vitro. De plus, une validation à l'aide de tests utilisant un modèle animal serait aussi nécessaire. / Introduction: Bile acids present endocrine properties as well as their documented digestive functions. By binding to farsenoid X receptor (FXR), they play an important part in regulating their metabolism, as well as effecting intestinal and liver inflammation, triglyceridemia and hepatic glycemia. Bile acids, alongside multiple endogenous and exogenous compounds, can be conjugated by two phase II reactions, glucuronidation and sulfation, which add a polar group to non-polar molecules. While it is usually understood that these reactions inactivate and detoxify their targets, some exceptions have previously been identified in previous studies. Objective: Validate loss of function and neutrality of glucuronide (-G) and sulfate (-G) metabolites and identify possible exceptions that remain active following phase II reactions. Methodology: Agonist and antagonist function of various bile acids and their -G/-S metabolites were tested using a ThermoFisher LanthaScreen TR-FRET FXR assay kit. Noted effects were further characterised through production of dose-response curves. Results: Almost all tested metabolites did not display either agonist or antagonist functions on FXR. However, chenodeoxycholic acid 24-acyl-β-glucuronide (CDCA-24G) antagonises FXR in co-incubation with obeticholic acid (OCA), chenodeoxycholic acid (CDCA), cilofexor and GW4064, while obeticholic acid 24-acyl-β-glucuronide (OCA-24G) only displayed a measurable effect against FXR when co-incubated with OCA, being unable to produce measurable IC50s in presence of other agonists. Conclusions: This project highlights previously unknown functions of CDCA-24G and OCA-24G to antagonise FXR. Tests using cellular models were attempted but failed. Nonetheless, these observations should be validated in a functional cellular model, as well as in animal models, to ensure that they are not exclusive to in vitro conditions.

Les acides biliaires ont une importance primordiale dans le maintien de l'homéostasie du cholestérol. Malgré ce rôle physiologique majeur, les acides biliaires peuvent devenir toxiques pour l'organisme à haute concentration. Puisque les différents acides biliaires possèdent une toxicité qu'il leur est propre, il est important de déterminer la composition exacte de l'ensemble de ces molécules dans l'organisme. Ceci est particulièrement vrai lors d'interruption du flux biliaire, aussi connu sous le nom de cholestase, au cours de laquelle une accumulation hépatique excessive de ces molécules survient. Le but de nos travaux était de caractériser les niveaux des différentes formes d'acides biliaires chez des sujets sains et des patients cholestatiques souffrant de PBC, PSC et sténose biliaire afin de déterminer les profils de base. De plus, nous avons analysé l'effet de deux traitements, le Fenofibrate et le drainage biliaire, afin de déterminer s'ils avaient la capacité de moduler les niveaux d'acides biliaires toxiques pour les faire revenir à des valeurs normales. Nous avons ainsi quantifié 28 molécules (7 acides biliaires libres, 5 conjugués à la taurine, 4 à la glycine, 1 au groupement sulfate et 11 au groupement glucuronidé) grâce à la chromatographic liquide couplée à la spectrométrie de masse. Nous avons démontré une accumulation des espèces toxiques, telles que l'acide cholique conjugué à la taurine, en circulation chez les patients cholestatiques. Concernant les traitements, nous avons observé que le Fenofibrate module les niveaux des acides biliaires chez les sujets sains, et ce, de façon plus importante chez les hommes que chez les femmes. Le drainage biliaire permet de réduire radicalement les acides biliaires toxiques, comme les acides primaires conjugués aux acides aminés, chez des patients souffrant d'obstruction biliaire. Un deuxième volet consistait à caractériser la glucuronidation du norUDCA, un dérivé synthétique C23 de l'acide ursodéoxycholique (UDCA), qui est le seul médicament approuvé pour le traitement de la PBC. L'identification de l'UGTI A3 comme principale responsable est d'une importance capitale, puisque la glucuronidation est la voie majeure d'élimination de cette molécule. Ces travaux ont permis d'enrichir les connaissances concernant la modification du profil d'acides biliaires circulants par des pathologies cholestatiques ainsi que par des traitements, en plus de caractériser le métabolisme d'acides biliaires naturels et synthétiques chez l'homme.

**Problématique :** L'accumulation excessive des acides biliaires (AB) est incriminée dans la pathogénie de plusieurs maladies hépatiques et intestinales. Il a été démontré que la β-glucuronidation hépatique favorise l'élimination et la détoxification des AB. Cependant, l'action des enzymes β-glucuronidase (GUS) de la flore intestinale contrecarre ce processus d'inactivation. **Objectif :** Mettre en évidence l'action des enzymes GUS du microbiote intestinal sur les acides biliaires glucuronoconjugués (AB-G) et la possibilité du moduler cette action par des interventions nutritionnelles et pharmacologiques. **Méthodes :** Des essais enzymatiques *in vitro* dans des conditions expérimentales adaptées ont été réalisés sur différents groupes d'échantillons de fèces humaines, incluant des individus sains, des individus atteints de maladies hépatiques, ainsi que des échantillons de selles et contenus intestinaux de souris axéniques et conventionnelles, et des crottes de rats après diverses chirurgies bariatriques. De plus, deux molécules amoxapine et inhibiteur 1 de la β-glucuronidase ont été utilisés pour explorer *in vitro* leurs effets en tant qu'inhibiteurs GUS sur la réaction GUS-AB-G. En outre, l'effet d'une supplémentation de 50g/j de poudre de bleuet lyophilisée (PBL) pendant 8 semaines chez des adultes humains (n=24) sur cette réaction a également été caractérisé. **Résultats :** Le microbiote intestinal GUS (β-glucuronidase), provenant des échantillons testés, a la capacité de déconjuguer les AB-G avec des variations entre individus, entre genres et entre espèces. Les acides biliaires glucuronidés en position 24 (AB-24G) sont déconjugués de manière plus efficace que leurs analogues en position 3 et 6 (AB-3G, AB-6G). *In vitro* l'amoxapine a montré une inhibition plus marquée des enzymes GUS *d'E.coli*, humains et murins que l'inhibiteur 1 de la β-glucuronidase, avec une IC50 de 34.74 ±1.09 µM (IC50 ± SD) pour GUS d'*E.coli* envers β-MCA-24G. La supplémentation par PBL a diminué de manière significative (p<0.01) l'activité GUS envers les AB-G mais uniquement chez les hommes avec des changements dans les valeurs de Km et Vmax. **Conclusion :** Nos résultats confirment le rôle des enzymes GUS du microbiote intestinal dans la retoxification des AB et révèlent la possibilité de moduler cette activité. Cette modulation pourrait contribuer à établir ces enzymes comme une nouvelle cible pour potentialiser l'effet détoxifiant de la glucuronidation envers les AB et réduire leur toxicité. / **Background:** Excessive accumulation of bile acids (BA) is implicated in the pathogenesis of many hepatic and intestinal diseases. Hepatic glucuronidation has been shown to promote the elimination and detoxification of BA. However, the action of β-glucuronidase (GUS) enzymes in the intestinal flora counteracts this inactivation process. **Objective:** To demonstrate the action of GUS enzymes in the intestinal microbiota on bile acid glucuronides (BA-G) and the possibility of modulating this action through nutritional and pharmacological interventions. **Methods:** *In vitro* enzymatic assays under adapted experimental conditions were performed on different groups of human fecal samples, including healthy individuals, individuals with liver diseases, as well as stool samples and intestinal contents from germ-free and conventional mice, and rats fecal samples after various bariatric surgeries. Additionally, two molecules, amoxapine and β-glucuronidase inhibitor 1, were used to explore *in vitro* their effects as GUS inhibitors on the GUS-BA-G reaction. Furthermore, the impact of a supplementation of 50g/day of freeze-dried highbush blueberry powder (BBP) for 8 weeks in adult humans (n=24) on this reaction was also characterized. **Results:** The GUS (β-glucuronidase) enzymes of intestinal microbiota from the samples tested efficiently deconjugate BA-G with variations between individuals, genera, and species. Bile acid glucuronides at position 24 (BA-24G) are deconjugated more efficiently than their analogues at positions 3 and 6 (BA-3G, BA-6G). *In vitro*, amoxapine showed more marked inhibition of human, murine and *E.coli* GUS enzymes than β-glucuronidase inhibitor 1, with an IC50 of 34.74 ±1.09 µM (IC50 ± SD) for *E.coli* GUS towards β-MCA-24G. BBP supplementation significantly (p<0.01) decreased GUS activity towards BA-G but only in males with changes in Km and Vmax values. **Conclusion:** Our results confirm the role of β-glucuronidase (GUS) enzymes from the intestinal microbiota in the re-toxification of BA and reveal the potential to modulate this activity. This modulation could help establish these enzymes as a new target to enhance the detoxifying effect of glucuronidation towards BA and reduce their toxicity.

Thèse ou mémoire avec insertion d’articles. / Les maladies cardiométaboliques affectent de nombreuses populations à l'échelle mondiale, notamment les populations autochtones qui résident dans le nord du Canada. Des travaux scientifiques récents suggèrent que ces maladies peuvent avoir été causées en partie par des perturbations du microbiote intestinal. Le profilage métabolique d'acides biliaires (AB) est un moyen reconnu pour analyser le microbiote. Cependant, ces analyses sont principalement effectuées a posteriori sur des échantillons fécaux et ne fournissent aucune information spatiale ou temporelle sur les variations métaboliques au sein du tractus gastro-intestinal. Le présent projet vise à développer une méthode de détection sélective aux AB basée sur la spectroscopie Raman exaltée en surface (SERS), une technique d'identification moléculaire. Les capteurs développés à partir de cette méthode permettront une étude en temps réel du microbiote avec une résolution spatiale et temporelle inégalée. La spectroscopie Raman est une technique d'identification moléculaire non invasive et non destructive qui produit un spectre hautement spécifique avec diverses bandes corrélées à la structure moléculaire de l'échantillon. Il est possible d'améliorer sa sensibilité de détection en utilisant une surface métallique nanostructurée amplificatrice de signal, ce qui permet de mesurer différentes espèces moléculaires dans des concentrations réduites et un temps de mesure relativement court. La combinaison du SERS avec des méthodes d'apprentissage machine permet dans certains cas d'augmenter davantage les capacités de détection et de classification. Afin de détecter les AB, un microscope confocal Raman à balayage laser a été construit en laboratoire. Des substrats actifs en SERS et sélectifs aux AB ont par la suite été développés en immobilisant des nanoétoiles d'or sur des lamelles de verre. Afin de réaliser une analyse approfondie avec des algorithmes d'apprentissage machine, une base de données spectrales a été conçue en mesurant plusieurs spectres SERS provenant d'AB individuelles ou de mélanges d'AB, et ce dans diverses matrices moléculaires. Un modèle du type « réseau de neurones convolutif » a été entraîné et jumelé à plusieurs techniques de traitement spectral et d'augmentation des données afin d'effectuer la classification de différentes espèces d'AB à partir de leur spectre. Le modèle résultant a été appliqué avec succès sur cinq espèces d'AB et validé à différentes concentrations. / Cardiometabolic diseases are affecting many populations worldwide, including indigenous populations residing in northern Canada. Recent scientific evidence suggests that these diseases may be caused in part by disorders of the gut microbiota. Bile acid (BA) metabolic profiling is a recognized method for analyzing the gut microbiota. However, these analyses are mostly performed on fecal samples and do not provide any spatial or temporal information on metabolic variations in the gastrointestinal tract. The present project aims to develop an AB-selective sensing method based on Surface Enhanced Raman Spectroscopy (SERS), a molecular identification technique. The resulting sensors will allow a real time study of the microbiota with an unmatched spatial and temporal resolution. Raman spectroscopy is a non-invasive and non-destructive molecular identification technique that produces a highly specific spectrum with various bands correlated to the molecular structure of the sample. Its detection sensitivity can be improved using a signal enhancing nanostructured metal surface, which allows the measurement of various chemical species at lower concentrations and/or shorter measurement times. Combining SERS with machine learning methods can, in some cases, increase even further detection and classification capabilities. In order to detect ABs, a confocal laser scanning Raman microscope was built in the laboratory. AB-selective SERS active substrates were developed by immobilizing gold nanostars on glass coverslips. In order to perform an extensive analysis with machine learning algorithms, a database of spectra was developed by measuring several SERS spectra from individual ABs or mixtures of ABs in various molecular matrices. A convolutional neural network model was trained and combined with several spectral processing and data augmentation techniques to perform classification of different BA species based on their spectra. The resulting model was successfully applied to five species of BA and validated at different concentrations.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2005-2006 / Les acides biliaires sont des détergents naturels jouant un rôle crucial dans le maintien de l'homéostasie du cholestérol. Cependant, leur cytotoxicité rend nécessaire un contrôle strict de leurs concentrations intracellulaires, afin d'éviter diverses pathologies comme la cholestase. La glucuronidation hépatique, catalysée par les enzymes UDPglucuronosyltransférases (UGT), permet l'excrétion urinaire des acides biliaires. Dans la présente étude, nous avons identifiée 11JGT1A3 comme l'enzyme majeure pour l'inactivation de l'acide chenodeoxycholique sous forme de dérivés glucuronides (CDCA-G). D'autre part nous avons pu démontrer que l'activation de différents récepteurs nucléaires comme le « pregnane-X-receptor » (PXR) ou le « Liver X-receptor » (LXR)a induisait l'expression et l'activité de TUGT1A3, en stimulant l'activité transcriptionnelle du gène codant pour cette enzyme. Ces observations indiquent que les activateurs synthétiques des récepteurs PXR et LXRa peuvent être considérés comme des molécules ayant un potentiel pharmacologique pour stimuler l'expression hépatique de 1TJGT1A3 et ainsi favoriser l'élimination des acides biliaires chez le patient choie statique.