Mon travail de thèse a été axé sur l'étude du rôle des lipides musculaires dans la régulation du métabolisme énergétique et la sensibilité à l'insuline. Les lipides sont présents sous deux formes au sein du muscle squelettique : soit sous forme d'adipocytes insérés entre les fibres/faisceaux musculaires, soit sous forme de gouttelettes lipidiques à l'intérieur des fibres musculaires (i.e. triglycérides intramyocellulaires ou IMTG). Ces deux dépôts de lipides, lorsqu'ils sont présents en excès, sont associés à la mise en place de l'insulino-résistance musculaire chez l'homme, via l'accumulation intracellulaire d'espèces lipidiques lipotoxiques altérant la signalisation insulinique pour les IMTG, et par un mécanisme inconnu pour les adipocytes. Dans un premier temps, nous avons isolé et mieux caractérisé, à partir de biopsies musculaires humaines, deux populations de cellules progénitrices. La première population présente un potentiel de différenciation myogénique en culture, il s'agit des cellules satellites (cellules progénitrices musculaires). La deuxième population est composée de cellules capables d'acquérir les propriétés phénotypiques et métaboliques d'adipocytes blancs matures, il s'agit des progéniteurs fibro/adipocytaires (FAPs). Grace à ces modèles d'étude, nous avons mis en évidence que les sécrétions des adipocytes dérivés des FAPs sont capables d'altérer la voie de signalisation et les effets de l'insuline sur des fibres musculaires humaines in vitro. Cet effet paracrine pourrait en partie expliquer la corrélation négative observée entre le contenu en adipocytes intramusculaires et la sensibilité à l'insuline chez l'homme. Dans un second temps, nous avons étudié le rôle de deux protéines, G0/G1 Switch Gene 2 (G0S2) et la périlipine 5 (PLIN5), dans la dynamique des gouttelettes lipidiques ainsi que leur impact sur le métabolisme des lipides et la sensibilité à l'insuline. Nous avons montré in vitro que ces deux protéines jouent un rôle clé dans le contrôle de la lipolyse musculaire (i.e. hydrolyse des IMTG) via l'adipose triglyceride lipase (ATGL, enzyme limitante de la lipolyse musculaire), et que G0S2 et PLIN5 inhibent l'activité de l'ATGL par des mécanismes directs et indirects, respectivement. Par ailleurs, nos données ont montré que l'invalidation de G0S2 et PLIN5 dans le muscle squelettique active la lipolyse, augmente la lipotoxicité et diminue la sensibilité à l'insuline in vivo chez la souris. Nous avons également démontré un rôle important de PLIN5 dans la régulation de l'oxydation des acides gras en ajustant finement leur disponibilité aux besoins énergétiques des cellules. En résumé, ces travaux démontrent d'une part qu'une communication entre adipocytes et fibres au sein du muscle peut entraîner une altération de la sensibilité à l'insuline musculaire chez l'homme, et d'autre part que G0S2 et PLIN5, deux protéines de la gouttelette lipidique, sont au centre du contrôle de l'homéostasie lipidique et du maintien de l'insulino-sensibilité musculaire. Ces données permettent ainsi d'élargir les connaissances existantes sur le lien entre les lipides musculaires et la sensibilité à l'insuline chez l'homme. / My PhD research work was focused on the role of muscle lipids in the regulation of energy metabolism and insulin sensitivity. Lipids can be found under two different forms in skeletal muscle: adipocytes located between muscle fibers/bundles and lipid droplets inside muscle fibers (i.e. intramyocellular triacylglycerols or IMTG). These depots, when present in excess, have both been associated with insulin-resistance in humans, mainly because of intracellular lipotoxic lipid accumulation known to impair insulin signaling for IMTG, and through a yet unknown mechanism for adipocytes. First, we isolated and characterized two distinct populations of progenitor cells from human muscle biopsies. The first population is composed of satellite cells (muscle progenitor cells) and display a myogenic differentiation potential in vitro. The second population is composed of cells that acquire the phenotypic and metabolic properties of functional white adipocytes, called fibro/adipogenic progenitors (FAPs). By using these cell models, we showed that FAPs-derived adipocytes secretions are able to impair insulin signaling and action in human skeletal muscle fibers in vitro. This paracrine effect could explain, at least partly, the inverse relationship observed between intramuscular adipocyte content and insulin sensitivity in humans. Secondly, we studied the role of two proteins, G0/G1 Switch Gene 2 (G0S2) and perilipin 5 (PLIN5), in lipid droplets dynamics as well as their impact on lipid metabolism and insulin sensitivity. We showed in vitro that these two proteins play a key role in the control of muscle lipolysis (i.e. IMTG hydrolysis) via the adipose triglyceride lipase (ATGL, catalyzing the limiting step of muscle lipolysis), and that G0S2 and PLIN5 inhibit ATGL activity through direct and indirect mechanisms, respectively. Furthermore, our data showed that G0S2 and PLIN5 invalidation in vivo in mouse skeletal muscle activates lipolysis, increases lipotoxicity and impairs insulin sensitivity. We have also highlighted an important role for PLIN5 in the regulation of fatty acids oxidation, by finely adjusting their availability to energy demand. Overall, these results clearly show on one hand that a crosstalk between adipocytes and fibers within skeletal muscle can lead to an alteration of insulin sensitivity in humans, and on the other hand that G0S2 and PLIN5, two lipid droplet proteins, play a central role in the control of muscle lipid homeostasis and insulin sensitivity. These data help to develop our current understanding of the link between muscle lipids and insulin sensitivity in humans.

Les maladies humaines les plus fréquentes sont complexes avec plusieurs facteurs génétiques et environnementaux qui interagissent. Ce travail propose deux nouvelles méthodes statistiques pour étudier les interactions gène-environnement. La première méthode utilise la récurrence familiale de la maladie pour identifier une interaction entre un facteur environnemental et la composante génétique impliquée dans la maladie. La seconde méthode permet de prendre en compte ces interactions dans les études d'associations pangénomiques lorsque l'information sur le facteur d'exposition n'est pas disponible chez les témoins. Cette situation est devenue fréquente avec l'utilisation de panels de témoins de référence. Ces deux méthodes apportent de nouveaux outils pour étudier simultanément les facteurs génétiques et environnementaux dans les maladies complexes. Elles ont été appliquées sur deux jeux de données concernant le diabète de type 2 et les réactions cutanées sévères aux médicaments.

La caractérisation des mécanismes moléculaires exacts de la signalisation de l'insuline est très importante pour comprendre, traiter et prévenir le diabète de type 2. Le deacetylase SIRT1 est une protéine récemment découverte qui est impliquée dans la régulation métabolique, comme dans la sécrétion de l'insuline et l'homéostasie glucidique. Un des activateurs de SIRT1, le resvératrol, a des effets bénéfiques sur la santé, dont une amélioration de la sensibilité à l'insuline et une durée de vie prolongée. Cependant, l'interaction exacte entre la signalisation de l'insuline, SIRT1 et le resvératrol n'est pas connue. Par conséquent j'ai étudié au cours de ma thèse l'impact du resvératrol et de SIRT1 sur la voie de signalisation de l'insuline, principalement dans des cellules musculaires mais aussi in vivo dans le modèle expérimentale du nématode C.elegans. J'ai pu montrer que le resvératrol est un inhibiteur class IA-spécifique de la PI3K. Le resveratrol inhibe aussi l'installation d'une insulino-résistance, peut-être par l'inhibition des protéines kinases comme JNK, diminuant ainsi la phosphorylation en sérine des IRS. Nous montrons aussi que SIRT1 intensifie la signalisation de l'insuline, probablement par l'interaction avec le complexe IRS-PI3K. L'interaction de SIR-2.1, l'homologue de SIRT1, avec la PI3K joue aussi un rôle important dans la régulation de la durée de vie de C.elegans / Characterisation of the exact molecular mechanisms of insulin signalling is of great importance in understanding, treating and preventing type 2 diabetes. The recently discovered deacetylase SIRT1 is implicated in several metabolic regulation mechanisms, including insulin secretion and glucose homeostasis. The SIRT1 activator resveratrol also has beneficial metabolic effects, including improved insulin sensitivity and prolonged lifespan. However, the exact interplay of insulin signalling, SIRT1 and resveratrol is not known. I have therefore studied the impact of resveratrol and SIRT1 on the insulin signalling pathway, mainly in muscle cells, but also in the living model C.elegans. This work has allowed me to show that resveratrol is an isoform-specific PI3K inhibitor. Resveratrol also inhibited instalment of insulin resistance, possible through inhibition of kinases like JNK thereby reducing the IRS serine phosphorylation. We also showed that SIRT1 potentiates insulin signalling, probably through interaction with IRS-PI3K. The interaction with SIR-2.1, the SIRT1 homolog, is important also in PI3K-mediated lifespan regulation in C.elegans

Les maladies cardiovasculaires (MCV) sont la principale cause de décès dans les pays occidentaux et constituent la principale complication associée au diabète. La lipoprotéine lipase (LPL) est une enzyme clé du métabolisme des lipides et est responsable de l'hydrolyse des lipoprotéines riches en triglycérides (TG). Plusieurs études ont démontré que la LPL sécrétée par les macrophages dans la paroi artérielle est pro-athérogénique. La dysfonction endothéliale caractérise les stades précoces du processus athérosclérotique. Il a été observé qu’un récepteur nouvellement identifié des lipoprotéines de basse densité oxydées (LDLox), le récepteur de type lectine des LDLox (LOX-1), est fortement exprimé dans les lésions athérosclérotiques humaines et dans l’aorte de rats diabétiques, suggérant un rôle clé de LOX-1 dans la pathogénèse de l’athérosclérose diabétique. Au vu du rôle potentiel de la LPL macrophagique et du LOX-1 dans l’athérosclérose associée au diabète de type 2, nous avons évalué la régulation de ces deux molécules pro-athérogéniques par des facteurs métaboliques et inflammatoires augmentés dans le diabète, soit la leptine, l’acide linoléique (LA) et la protéine C-réactive (CRP). Nos résultats démontrent que : 1) Dans les cellules endothéliales aortiques humaines (HAECs), LA augmente l’expression protéique de LOX-1 de façon temps- et dose-dépendante; 2) La pré-incubation de HAECs avec des antioxydants et des inhibiteurs de la NADPH oxydase, de la protéine kinase C (PKC) et du facteur nucléaire-kappa B (NF-kB), inhibe l’effet stimulant de LA sur l’expression protéique de LOX-1; 3) Dans les HAECs traitées avec LA, on observe une augmentation d’expression des isoformes classiques de la PKC; 4) LA augmente de manière significative l’expression génique de LOX-1 ainsi que la liaison des protéines nucléaires extraites des HAECs à la séquence régulatrice NF-kB présente dans le promoteur du gène de LOX-1; 5) LA augmente, via LOX-1, la captation des LDLox par les cellules endothéliales. Pris dans leur ensemble, ces résultats démontrent que LA augmente l’expression endothéliale de LOX-1 in vitro et appuient le rôle clé de LA dans la dysfonction endothéliale associée au diabète. Au vu de nos études antérieures démontrant qu’une expression accrue de LPL macrophagique chez les patients diabétiques de type 2 et que l’augmentation de facteurs métaboliques dans cette maladie, soit l’homocystéine (Hcys), les acides gras et les produits terminaux de glycation (AGE), accroissent l’expression de la LPL macrophagique, nous avons par la suite déterminé l’effet, in vitro, de deux autres facteurs métaboliques et inflammatoires surexprimés dans le diabète, soit la leptine et la CRP, sur l’expression de la LPL macrophagique. Les concentrations plasmatiques de leptine sont élevées chez les patients diabétiques et sont associées à un accroissement des risques cardiovasculaires. Nous avons démontré que : 1) Dans les macrophages humains, la leptine augmente l’expression de la LPL, tant au niveau génique que protéique; 2) L’effet stimulant de la leptine sur la LPL est aboli par la pré-incubation avec un anticorps dirigé contre les récepteurs à la leptine (Ob-R), des inhibiteurs de la PKC et des antioxydants; 3) La leptine augmente l’expression membranaire des isoformes classiques de la PKC et la diminution de l’expression endogène de la PKC, abolit l’effet de la leptine sur l’expression de la LPL macrophagique; 4) Dans les macrophages murins, la leptine augmente le taux de synthèse de la LPL et augmente la liaison de protéines nucléaires à la séquence protéine activée-1 (AP-1) du promoteur du gène de la LPL. Ces observations supportent la possibilité que la leptine puisse représenter un facteur stimulant de la LPL macrophagique dans le diabète. Finalement, nous avons déterminé, in vitro, l’effet de la CRP sur l’expression de la LPL macrophagique. La CRP est une molécule inflammatoire et un puissant prédicteur d’événements cardiovasculaires. Des concentrations élevées de CRP sérique sont documentées chez les patients diabétiques de type 2. Nous avons démontré que : 1) Dans les macrophages humains, la CRP augmente l’expression de la LPL au niveau génique et protéique et la liaison de la CRP aux récepteurs CD32 est nécessaire pour médier ses effets; 2) La pré-incubation de macrophages humains avec des antioxydants, des inhibiteurs de la PKC et de la protéine kinase mitogénique activée (MAPK), prévient l’induction de la LPL par la CRP; 3) La CRP augmente l’activité de la LPL, la génération intracellulaire d’espèces radicalaires oxygénées (ROS), l’expression d’isoformes classiques de la PKC et la phosphorylation des kinases extracellulaires régulées 1/2 (ERK 1/2); 4) Les macrophages murins traités avec la CRP démontrent une augmentation de la liaison des protéines nucléaires à la séquence AP-1 du promoteur du gène de la LPL. Ces données suggèrent que la LPL puisse représenter un nouveau facteur médiant les effets délétères de la CRP dans la vasculopathie diabétique. Dans l’ensemble nos études démontrent le rôle clé de facteurs métaboliques et inflammatoires dans la régulation vasculaire de la LPL et du LOX-1 dans le diabète. Nos données suggèrent que la LPL et le LOX-1 puissent représenter des contributeurs clé de l’athérogénèse accélérée associée au diabète chez l’humain. Mots-clés : athérosclérose, maladies cardiovasculaires, diabète de type 2, macrophage, LPL, cellules endothéliales, LOX-1, stress oxydatif, leptine, LA, CRP. / Atherosclerotic cardiovascular disease is the leading cause of death in western countries and is the major complication of diabetes. Lipoprotein lipase (LPL) is a key enzyme in lipid metabolism, responsible for the hydrolysis of triglyceride (TG) rich lipoproteins. Many studies have shown that LPL secreted by macrophages in the arterial wall is proatherogenic. Endothelial dysfunction is a characteristic feature of early-stage atherosclerosis. The observation that lectin-like oxidized low-density lipoprotein receptor-1 (LOX-1), a newly identified receptor for oxidized LDL (oxLDL), is highly expressed in human atherosclerotic lesions and upregulated in the aorta of diabetic rats, suggests a key role for LOX-1 in the pathogenesis of diabetic atherosclerosis. Based on the role of macrophage LPL and LOX-1 in atherosclerosis, we sought to investigate the regulation of these two proatherogenic molecules by metabolic and inflammatory factors dysregulated in diabetes namely leptin, linoleic acid (LA) and C-reactive protein (CRP). Our results demonstrated that: 1) In human aortic endothelial cells (HAECs), LA increased LOX-1 protein expression in a time- and dose-dependent manner; 2) Pretreatment of HAECs with antioxidants and inhibitors of NADPH oxidase, protein kinase C (PKC), and nuclear factor-kB (NF-kB) inhibited the stimulatory effect of LA on LOX-1 protein expression; 3) Increased expression of classic PKC isoforms was observed in LA-treated HAECs; 4) LA led to a significant increase in LOX-1 gene expression and enhanced the binding of nuclear proteins extracted from HAECs to the NF-kB regulatory element of the LOX-1 gene promoter; 5) LA enhanced, through LOX-1, oxLDL uptake by endothelial cells. Overall, these results demonstrated that LA enhances endothelial LOX-1 expression in vitro and support a key role for LA in endothelial dysfunction associated with diabetes. Based on our previous studies showing that macrophage LPL expression is increased in patients with type 2 diabetes and that metabolic factors dysregulated in this disease such as glucose, homocysteine (Hcys), fatty acids and advanced glycation end products (AGE), increased macrophage LPL expression, we next determined the effect of two other metabolic and inflammatory factors dysregulated in diabetes, namely leptin and CRP, on macrophage LPL expression in vitro. Leptin levels are elevated in diabetic patients and are associated with greater cardiovascular risks. We found that: 1) In human macrophages, leptin increased LPL expression, at both the gene and protein levels; 2) The stimulatory effect of leptin on LPL was abolished by pre-treatment with anti-leptin receptor (Ob-R) antibody, PKC inhibitors and antioxidants; 3) Leptin increased the membrane expression of conventional PKC isoforms and downregulation of endogenous PKC expression abolished the effects of leptin on macrophage LPL expression; 4) In murine macrophages, leptin raised LPL synthetic rate and enhanced the binding of nuclear proteins to the activated protein-1 (AP-1) sequence of the LPL gene promoter. These observations support the possibility that leptin may represent a macrophage LPL stimulatory factor in diabetes. Finally, we sought to determine the effect of CRP on macrophage LPL expression in vitro. CRP is an inflammatory molecule and a strong predictor of cardiovascular events and high serum levels of CRP are observed in type 2 diabetic patients. We found that: 1) In human macrophages, CRP increased LPL expression at the gene and protein levels and CRP binding to CD32 receptors is required for these effects; 2) Preincubation of human macrophages with antioxidants, PKC and mitogen-activated protein kinase (MAPK) inhibitors, prevented the CRP-induced LPL expression; 3) CRP increased LPL activity, intracellular reactive oxygen species (ROS) generation, classic PKC isozymes expression and extracellular signal-regulated protein kinase (ERK) 1/2 phosphorylation; 4) CRP-treated murine macrophages demonstrated increased binding of nuclear proteins to the AP-1 sequence of the LPL gene promoter. These data suggest that LPL might represent a novel factor underlying the adverse effect of CRP on the diabetic vasculature. Overall, our studies indicate a key role of metabolic and inflammatory factors in the regulation of vascular LPL and LOX-1 in diabetes. Our data suggest that LPL and LOX-1 are key contributors to the accelerated atherogenesis associated with human diabetes. Keywords : atherosclerosis, cardiovascular diseases, type 2 diabetes, macrophage, LPL, endothelial cells, LOX-1, oxidative stress, leptin, LA, CRP.

La résistance à l’insuline et le diabète de type 2 (DT2) sont caractérisés par une hyperlipidémie. Le but de cette étude est de déterminer si le DT2 contribue au dérèglement du métabolisme du cholestérol au niveau du petit intestin et du foie du Psammomys obesus, un modèle animal nutritionnel d’induction de la résistance à l’insuline et du DT2. L’absorption intestinale du cholestérol est diminuée chez les animaux diabétiques. Cette diminution est associée à une baisse (i) de l’expression génique et protéique de NPC1-L1 qui joue un rôle primordial dans l’absorption du cholestérol au niveau des entérocytes; et (ii) de l’ARNm de l’ABCA1 responsable de l’efflux de cholestérol des cellules intestinales à l’apolipoprotéine A-I et aux HDLs. En ce qui a trait aux transporteurs SR-B1 et Annexin II, aucune différence n’a été observée au niveau intestinal. Toutefois, une diminution significative de l’expression génique de l’ABCG5, un intervenant majeur dans la sécrétion du cholestérol des entérocytes vers la lumière intestinale, est mesurée chez les animaux diabétiques. De plus, l’expression protéique est diminuée pour le PCSK9 et augmentée pour le LDLr au niveau du jéjunum, tandis que la quantité de protéine de l’enzyme HMG-CoA réductase est régulée à la baisse chez les Psammomys obesus diabétiques. Finalement, de tous les facteurs de transcription testés seule une augmentation de LXR et une diminution de PPAR/δ sont détectées au niveau de l’intestin. Au niveau hépatique, il y a (i) une augmentation de la masse protéique de NPC1-L1, SR-BI et Annexin II; (ii) une élévation l’ARNm de SR-BI; (iii) une diminution du contenu protéique de ABCG8 et de l’expression génique de l’ABCG5 et de l’ABCA1; et (iv) une élévation de l’ARNm de LXR et de PPAR/δ, tout comme une baisse de l’expression protéique de SREBP-2. Somme toute, nos résultats montrent que le développement du diabète de type 2 chez le Psammomys obesus entraîne un changement dans la machinerie intra-entérocytaire et hépatocytaire, qui mène à un dérèglement de l’homéostasie du cholestérol. / Insulin resistance and type 2 diabetes (T2D) are characterized by hyperlipidemia. The aim of the present study was to elucidate whether T2D contributes to abnormal cholesterol homeostasis in the small intestine and liver of Psammomys obesus, a model of nutritionally induced insulin resistance and type 2 diabetes. Diabetic animals exhibited a lower intestinal cholesterol uptake, which was associated with a decrease in (i) the gene and protein expression of NPC1L1, which plays a pivotal role in cholesterol incorporation in the enterocytes; and (ii) mRNA of ABCA1 that mediates cholesterol efflux from intestinal cells to apolipoprotein A-I and HDL. No changes were observed in the other intestinal transporters SR-BI and Annexin II. On the other hand, in diabetic animals, a significant mRNA decrease was noticed in ABCG5 responsible for the secretion of absorbed cholesterol back into the lumen. Furthermore, jejunal PCSk9 protein was diminished and LDLr was raised, along with a significant downregulation in jejunal HMG-CoA reductase in diabetic Psammomys obesus. Finally, among the transcription factors tested, only an increase in LXR and a decrease in PPAR/δ were detected in the intestine. In the liver, there was (i) an augmentation in the protein mass of NPC1L1, SR-BI and Annexin II; (ii) an upregulation of SR-BI mRNA; (iii) a fall in ABCG8 protein content, ABCG5 mRNA and ABCA1 mRNA; and (iv) an augmentation in LXR and PPAR/δ mRNA, as well as a drop in SREBP-2 protein. Overall, our findings show that the development of type 2 diabetes in Psammomys obesus modifies the whole intra-enterocyte and hepatocyte machinery, causing alterations in cholesterol homeostasis.

Par la sécrétion d’adipokines, le tissu adipeux blanc viscéral présent chez des patients souffrant d’obésité promeut l’installation d’altérations métaboliques telles que l’intolérance au glucose, la résistance à l’insuline et le diabète de type 2. Les complications cardiovasculaires, en particulier l’athérosclérose, sont les principales causes de mortalité chez les patients atteints de diabète de type 2. Il a été démontré que la fraction vasculaire stromale du tissu adipeux est composée de cellules régénératives dérivées du tissu adipeux (CRTA) et que ces cellules possèdent des caractéristiques des cellules progénitrices stromales (CPS). L’impact de l’intolérance au glucose et du diabète de type 2 sur les adipocytes sont assez bien documentés. Par contre, les conséquences de ces pathologies sur le comportement des CRTA n’ont pas été mesurées d’une façon approfondie. Plus particulièrement, l’impact de ces altérations métaboliques sur le potentiel de différenciation des CRTA en adipocytes et en cellules endothéliales n’a pas été étudié. Ce projet a pour but d’évaluer, dans un modèle murin, l’effet de ces altérations métaboliques sur l’équilibre de la différenciation in vitro des CRTA en adipocytes ou en cellules endothéliales. L’intolérance au glucose et le diabète de type 2 ont été induit chez les souris par la prise de deux diètes riches en acides gras de provenance végétale (DV) ou animale (DA). L’impact de l’origine des acides gras sur la différenciation des CRTA a également été étudié. Pour ce faire, une mise au point de la culture cellulaire des CRTA s’est avérée nécessaire et compte pour une partie de ces travaux de maîtrise. Nos travaux ont démontré en premier lieu, que le DMSO est un agent qui conserve la viabilité et les propriétés progénitrices des CRTA suite à leur congélation. De plus, parmi les matrices testées, le collagène s’est avéré être celle qui conserve le mieux les caractéristiques des progéniteurs et même, qui enrichie la population cellulaire ensemencée en cellules progénitrices. La densité cellulaire des cellules non-adipeuses du tissu adipeux s’avère être significativement plus élevée chez les souris du groupe de la DV comparativement aux souris contrôles. De plus, l’évaluation in vitro de la différenciation adipogénique démontre un potentiel de différenciation plus important pour les CRTA provenant des souris de la DV par rapport au groupe contrôle et à la DA. Cependant, la différenciation en cellules endothéliales est inhibée chez les CRTA de la DV, comparativement à un retard de ce processus pour la DA. Nos travaux suggèrent que le potentiel de différenciation adipogénique et endothéliale des CRTA est affecté par le statut métabolique des souris ainsi que par la nature de la diète. Ces résultats mettent en lumière pour la première fois l’importance d’évaluer le comportement des CRTA en fonction du statut métabolique du donneur, un paramètre pouvant avoir un impact majeur dans l’utilisation des CRTA autologues en thérapie cellulaire pour la réparation de tissus vasculaires chez des patients diabétiques. / The secretion of a large number of bioactive mediators by adipose tissue in abdominal obesity promotes metabolic diseases such as glucose intolerance, insulin resistance and type 2 diabetes. Cardiovascular complications, in particular atherosclerosis, are the leading causes of mortality in patients with type 2 diabetes. It has been shown that the stromal vascular fraction of adipose tissue comprised adipose-derived regenerative cells (ADRC) and that these cells possess progenitor cells characteristics. Effects of glucose intolerance and type 2 diabetes on adipocytes are well documented. However, consequences of these pathologies on ADRC behaviors are not well understood. Particularly, the impact of these metabolic alterations on the adipogenic and endothelial differentiation potential of ADRC has not been investigated. Aim of this project was to evaluate, in a murine model, the effect of these metabolic alterations on the balance of the in vitro ADRC differentiation into adipocytes or endothelial cells. Glucose intolerance and type 2 diabetes were induced in mice by the intake of two high-fat diets enriched in vegetal (VD) or animal (AD) fat. The impact of the fat origin on the ADRC differentiation was then evaluated. To do this, the development of cellular culture conditions of ADRC was necessary and an important part of this work. Our results suggest that DMSO is an efficient cryoprotective agent that conserves the viability and progenitor properties of ADRC following their freezing. Moreover, among tested scaffolds for the culture of ADRC, collagen is the best matrix to maintain progenitor characteristics and this matrix enriched the cellular population in progenitor cells. The cellular density of non-adipose cells fraction in the adipose tissue was significantly more elevated for VD mice than for the control group. The in vitro evaluation of adipogenic differentiation demonstrated an increase in the differentiation potential for ADRC from VD group compared to AD and control groups. In addition, the endothelial differentiation was abrogated for ADRC from VD group, compared to a delayed one for AD. These results suggest that the adipogenic and endothelial differentiation potential of ADRC and, consequently, the balance between emerging mature cells, are affected by the metabolic status of mice together with the nature of fatty acids. These results highlight, for the first time, the importance to evaluate the ADRC behavior in function to the metabolic status of donor, a parameter that could have an important impact in the use of autologous ADRC in cell-based therapy for the repair of injured vascular tissues in diabetic patients.

Au cours des dernières années, il est devenu évident que les sociétés des pays industrialisés sont à haut risque de maladies métaboliques. Une alimentation riche en énergie (lipide/glucide), combinée à une sédentarité accrue, est un facteur environnemental contribuant à l'augmentation de la prévalence de maladies reliées spécifiquement à des troubles endocriniens comme l'obésité et le diabète. Le traitement de ces désordres métaboliques doit donc passer par la connaissance et la compréhension des mécanismes moléculaires qui contrôlent ces désordres et le développement de traitements ciblés vers les facteurs responsables. Le tissu adipeux est une glande endocrine qui sécrète des substances, regroupées sous le terme d'adipokines, qui contrôlent l'homéostasie énergétique. L'augmentation de la masse adipeuse est responsable du développement de dérégulation hormonale qui mène à des dysfonctions physiologiques et métaboliques. Pour contrecarrer le développement démesuré du tissu adipeux, la signalisation insulinique ainsi que l’apport énergétique, responsables de la différenciation adipocytaire, doivent être inhibés. In vivo, la leptine, adipokine dont la concentration est corrélée à la masse adipeuse, présente des actions pro ou anti-insuliniques dans l’organisme pour réguler ce phénomène. Elle favorise l’effet inhibiteur de l’insuline sur la synthèse hépatique de glucose alors qu’elle s’oppose à son action sur l’expression des enzymes glucokinase et phosphoénol-pyruvate carboxykinase. La leptine influence aussi le taux circulant de triglycérides en diminuant sa concentration plasmatique. D'autre part, l'adiponectine, adipokine insulino- sensibilisante, voit sa sécrétion diminuée avec la prise de poids. La sensibilité à l'insuline est ainsi diminuée au fur et à mesure que le débalancement de ces deux adipokines s'accentue. La résistance à l'insuline s'installe alors pour s'opposer au stockage énergétique et à la prise illimitée de poids et la glycémie augmente. L'augmentation du glucose sanguin stimule la sécrétion d'insuline au niveau des cellules pancréatiques. C'est le diabète caractérisé par une hyperglycémie et une résistance à l'insuline. Le diabète, une des premières causes de mortalité dans le monde, est plus répandu sous sa forme non insulinodépendante (diabète de type 2, DT2) liée à l'obésité. Récemment, différents facteurs de transcription ont été identifiés comme régulateurs de l'expression d'une panoplie de gènes impliqués dans le métabolisme glucidique et lipidique. Parmi eux, les récepteurs des inducteurs de la prolifération des peroxysomes (PPAR, Peroxisome Proliferator-Activated Receptor), appartenant à la famille des récepteurs nucléaires. Les PPAR ont été démontrés comme ayant un rôle central dans le contrôle de la transcription des gènes codants pour des protéines impliquées dans le métabolisme : les adipokines. PPARg, en plus de son implication dans le contrôle de l'homéostasie glucidique et lipidique, est reconnu comme étant un facteur de transcription pivot régulant l'adipogenèse du fait de son expression majeure dans le tissu adipeux. D'autre part, il est bien établi maintenant que l'obésité et le diabète sont des facteurs contribuant au développement du processus inflammatoire vasculaire caractéristique de l’athérosclérose. En effet, les cellules endothéliales et musculaires lisses, principales composantes de la média de l’artère, sont très sensibles aux altérations métaboliques. Une diminution de la sensibilité à l’insuline entraine une réduction de la disponibilité du glucose et l’utilisation des acides gras comme alternatif par ces cellules. Ceci induit l’accumulation des acides gras oxydés dans l’intima et leur filtration dans la média pour former un core lipidique. Bien que l’induction de la dysfonction endothéliale soit impliquée très précocement, certaines études pointent l’accumulation lipidique dans les cellules musculaires lisses vasculaires (CML) et leur dysfonction comme déclencheurs de l’athérosclérose. Ce travail visait donc, dans un premier temps, à développer un modèle d'altérations métaboliques liées à la modulation de l'activité du tissu adipeux via une alimentation riche en lipides. Dans un second temps, cette étude tentait d'évaluer l’impact des adipocytes de souris sur les CML vasculaires et sur la modulation de leurs fonctions dans ce modèle d'altérations métaboliques et DT2 liés à l'alimentation et à l'obésité. Ainsi, par le biais de deux diètes pauvres en cholestérol à profil lipidique différent, nous avons développé un modèle murin présentant divers stades d'altérations du métabolisme allant jusqu'au DT2 en lien avec l'obésité chez les mâles et chez les femelles. D’autre part, des signes de cardiomyopathie ainsi qu’une modulation du taux des adipokines sont reliés à ces mêmes diètes. Parallèlement, l’activité de PPAR!2 est modulée chez les souris sous diètes enrichies en gras. Ensuite, nous avons démontré que les adipocytes, provenant de souris alimentées avec une diète enrichie en gras, modulaient la migration et la prolifération des CML comparativement au groupe contrôle. Ces modulations dépendaient en grande partie de la nature de la diète consommée, mais également du sexe de la souris. Par ailleurs, les altérations fonctionnelles des CML, couplées à des modulations géniques, sont associées aux changements du profil de sécrétion des adipokines mesurées chez les adipocytes. L’ensemble de ces travaux suggère une action directe de la nature de la stimulation du tissu adipeux blanc dans la modulation du profil de sécrétion des adipokines et l'induction du DT2 in vivo. Ces altérations de la physiologie adipocytaire se reflètent in vitro où le tissu adipeux contribue aux altérations physiopathologiques des CML liées au DT2. Ainsi, cette étude est l'une des premières à établir un lien direct entre les modulations adipocytaires et les effets de leurs sécrétions sur la physiologie des CML. Ces observations peuvent être exploitées cliniquement dans un développement futur d’outils thérapeutiques visant à prévenir et à traiter les troubles métaboliques et le DT2, en ciblant le tissu adipeux comme entité métabolique et endocrine. / Obesity is recognized as a risk factor to a variety of chronic diseases linked to the metabolic syndrome like atherosclerosis and type 2 diabetes (T2D), and is a major cause of increased risk of morbidity and mortality worldwide. High fat diets (HFD) coupled with sedentarity in the industrialized societies contribute to the raise of metabolic alterations prevalence specifically linked to endocrine troubles. Treatment of these latter should include the comprehension of the molecular mechanisms underlying these disorders in order to appropriately target factors responsible for the disease establishment. Adipose tissue is no longer considered as a passive organ which only stores lipids, but also works as an active gland that secretes several bioactive substances called adipokines. Among them, there are key factors known to play a pivotal role in the regulation of glucose and lipid homeostasis, lipid storage, adipogenesis. They are also recognized for their control of a wide range of cell type like adipocytes, hepatocytes and skeletal myocytes. Accumulation of adipose tissue in obesity, linked with the type as much as the amount of dietary lipids, is due to hyperplasia and hypertrophy of adipocytes. These changes are associated with modification in their secretion and inflammatory profile. To counteract excessive fat tissue development, insulin signalling known for its role in adipogenesis is inhibited. Thus, leptin is secreted by adipocytes to inhibit insulin action and the insulin sensitizer adipokine, adiponectin, is down regulated. The two factors are correlated to weight gain and their respective secretion profile is upregulated for leptin and down regulated for adiponectin. Insulin resistance is developed to prevent energetic storage and unlimited weight gain but glycemic control fails and glycaemia raises. Hyperglycaemia stimulates more insulin secretion, a characteristic of T2D linked to obesity. An estimated 80% of those who develop T2D are obese. Obesity induces important and complex changes, not only in glycemic homeostasis but also in the adipocytes. Following fatty acids (FA) stimulation, the main ligand-activated transcriptional factor that controls adipose tissue metabolism and adipokine secretion, peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPARg), is activated. This nuclear receptor subtype regroups two isoforms: PPARg1, expressed in many tissues (adipose tissue, muscle, heart and liver) where it controls glucose and lipid homeostasis, and PPARg2, the adipocyte’s specific form, which further governs preadipocyte differentiation, up-regulation of genes involved in lipogenesis and the expression of adipokines. Recent advances showed that increased FA and glycaemia trigger vascular alterations that lead to atherosclerosis. In fact, endothelial cells (EC) and smooth muscle cells (SMC), the main arterial components, are sensitive to metabolic alterations. A lack in insulin sensitivity, leading to lower glucose availability, forces arterial cells to use FA as alternative energy source. Thus, in atheroprone regions susceptible to plaque formation, EC and SMC are subjected to metabolic modifications that lead to oxidized low-density lipoprotein (oxLDL) accumulation in the intima and the progression of vascular disease. Many studies confirmed that the presence of SMC in the atherosclerotic plaque originates from the vascular wall but are showing a distinct phenotype. Even if the role of these cells in atherogenesis is not clear, trans-differentiation of SMC into foam cells has been reported in vitro. Thus, the present study aims at studying a HFD-induced obesity mouse model, developed to evaluate the impact of FA nature on the adipokine secretion profile of adipocytes. We also intended to determine gender-specific impact on modulation of metabolic disorders in response to those diets. On the other hand, we aim to determine the role of adipocytes in the development of obesity-linked atherosclerosis. For that, the second part of this study targeted the effect of adipocytes isolated from mice fed with HFD on SMC physiology. We focused our investigation on the effects of adipocytes regardless of the impact of other cell types in the adipose tissue. To reach our goal, we developed a HFD-fed mouse preparation demonstrating different stages of metabolic disorders leading to T2D. This model allowed us to generate adipocytes with different alteration status, reflected by the modulation of their adipokine secretion profile. Modifications in adipokine secretions were associated with PPAR!2 modulation. These results, reported in both genders, were delayed in female who expressed higher levels of estrogen receptor alpha (ER"). Then, the adipocytes were used to produce conditioned cultured media. To decipher the mechanistic contributions of HFD in adipokines modulation, the potential of adipocytes to induce SMC pathophysiologic disorders was evaluated in SMC stimulated by conditioned cultured media. This protocol enables the transposition of diet-induced fat cell modifications into extended alterations in the physiology of vascular SMC. These results strongly support pro-atherogenic effects of abdominal adipocytes on an important vascular component function through paracrine actions. Thus, adipocytes can be recognized as a link between the pathogenic potential of obesity and the impairments of SMC functions. A better understanding of the pathogenic effects of the adipose tissue on other tissues and organ systems might assist to develop better strategies in treating obesity- induced cardiovascular disease and metabolic syndrome.

Les kinines agissent sur deux types de récepteurs couplés aux protéines G, nommés B1 et B2, lesquels jouent un rôle important dans le contrôle cardiovasculaire, la nociception et l’inflammation. Nous considérons l’hypothèse que le récepteur B1 des kinines est induit et contribue aux complications diabétiques, incluant l’hypertension artérielle, les polyneuropathies sensorielles, l’augmentation du stress oxydatif vasculaire, l’inflammation vasculaire et l’obésité chez le rat traité au D-glucose (10% dans l’eau de boisson) pendant 8 ou 12 semaines. Dans ce modèle de résistance à l’insuline, nous avons évalué les effets d’un traitement pharmacologique d’une semaine avec un antagoniste du récepteur B1 des kinines, le SSR240612 (10 mg/kg/jr). Les résultats montrent que le SSR240612 renverse l’hypertension, l’allodynie tactile et au froid, la production de l’anion superoxyde et la surexpression de plusieurs marqueurs inflammatoires dans l’aorte (iNOS, IL-1β, macrophage (CD68, CD11), ICAM-1, E-selectine, MIF ainsi que le B1R) et dans les adipocytes (iNOS, IL-1β, TNF-α et macrophage CD68). De plus, le SSR240612 corrige la résistance à l’insuline, les anomalies du profil lipidique plasmatique et le gain de poids et de masse adipeuse. Ces données supportent l’implication des kinines dans les complications diabétiques dans un modèle animal de résistance à l’insuline et suggèrent que le récepteur B1 est une cible thérapeutique potentielle dans le diabète et l’obésité. / Kinins act on two G-protein-coupled receptors, denoted as B1 and B2, and play an important role in cardiovascular regulation, nociception and inflammation. We have considered the hypothesis that kinin B1 receptor is upregulated and involved in diabetic complications, notably hypertension, pain sensory neuropathy, the oxidative stress in the vasculature, vascular inflammation, insulin resistance and obesity in rats treated for 8 or 12 weeks with D-glucose (10% of glucose in their drinking water). In this model of insulin resistance, we assessed the effects of one-week treatment with SSR240612 (10 mg/kg/day), a selective kinin B1 receptor antagonist. Data show that SSR240612 reverses high blood pressure, tactile and cold allodynia, the production of oxidative stress (superoxyde anion) in the aorta, the overexpression of iNOS, IL-1β, macrophage (CD68, CD11), ICAM-1, E-selectine, MIF and B1R in the aorta and iNOS, IL-1β, TNF-α and macrophage (CD68) in adipocytes. Moreover, SSR240612 reverses insulin resistance, plasma fatty acids composition changes and body and tissue fat gain. These data support a key role for kinins in diabetic complications in a rat model of insulin resistance and suggest that kinin B1 receptor is a promising therapeutic target in diabetes and obesity.

L’athérosclérose est étroitement liée au diabète de type 2. De fortes concentrations plasmatiques en acides gras libres (AGL) et en insuline sont des caractéristiques retrouvées chez les patients souffrant de ces deux pathologies. Les AGL, présents dans notre alimentation, font partie de l’environnement auquel les cellules sont exposées. Leurs effets dépendent de leur nature, les acides gras saturés (AGS) étant néfastes et les acides gras monoinsaturés (AGMI) plus protecteurs. Ils ont donc des effets variés sur les cellules musculaires lisses vasculaires (CMLV) impliquées dans la pathogénèse de l’athérosclérose. Ainsi, l’objectif principal de ce projet de maîtrise était d’évaluer l’impact de deux combinaisons d’AGL sur la viabilité des CMLV, en condition hyperinsulinémique ou non. Les deux combinaisons renfermaient les mêmes AGL mais en proportions différentes, l’une étant plus riche en AGS et l’autre en AGMI. Nos résultats ont montré que les combinaisons d’AGL ont un effet pro-apoptotique principalement dû aux AGS. L’acide oléique présent dans les combinaisons atténue cependant cet effet. Il diminue même plus fortement l’apoptose des CMLV lorsqu’associé à un AGS que lorsqu’utilisé seul. Cet impact est significatif uniquement dans certaines proportions de ces AGL et est plus efficace en présence d’insuline. Ces résultats mettent en lumière la présence d’une compétition entre mécanismes anti- et pro-apoptotiques en fonction des proportions d’AGS versus AGMI et de l’insulinémie chez les CMLV. Ils soulignent également l’importance de la présence des AGMI dans les diètes riches en AGS et pourraient être utiles pour l’élaboration de nouvelles diètes adaptées aux patients athérosclérotiques et diabétiques. / Atherosclerosis is closely linked to type 2 diabetes. High plasmatic concentrations of free fatty acids (FFA) and insulin are common features in patients suffering from both diseases. FFA, present in our diet, are part of the environment to which body cells are exposed. Their effects are dependent of their nature, being harmful for saturated fatty acids (SFA) and more protective for monounsaturated fatty acids (MUFA). They can have therefore various effects on vascular smooth muscle cells (VSMC) implicated throughout the development of atherosclerosis. Thus, this study aimed to assess the impact of two FFA combinations on VSMC viability, whether or not in a hyperinsulinemic condition. Both combinations contained the same FFA but in different proportions, one being richer in SFA and the other in MUFA. Our results showed that FFA combinations have a pro-apoptotic impact, mainly due to SFA. However, the presence of oleic acid in the combinations attenuated this effect. Furthermore, oleic acid had the capacity to reduce more strongly VSMC apoptosis when combined with a SFA than when used alone, although only under specific FFA ratios. This impact is even more effective in presence of insulin. These results highlight the presence of a competition between anti- and pro-apoptotic mechanisms dependent of FFA ratios (SFA vs. MUFA) and insulinemia to which are exposed VSMC. They also underline the importance of the presence of MUFA such as oleic acid in diets rich in SFA and could be useful for the development of new diets adapted to atherosclerotic and diabetic patients.

L'Approche Centrée Patient (ACP) permet sur le plan conceptuel la réalisation d'une démarche éducative vis-à-vis du patient diabétique de type 2. Mais la question de son fonctionnement se pose en pratique clinique de médecine générale. Dans le cadre d'une étude exploratoire qualitative phénoménologique, une Démarche Educative DEADIEM a été testée auprès de 10 patients diabétiques de type 2 inclus par 5 médecins généralistes pour en comprendre son fonctionnement. Cette démarche comprenait l'exploration de la perspective du patient, ce qui est VRAI (Vécu, Représentation, Attentes, Important) pour lui, une démarche explicative, des conseils hygiéno-diététiques adaptés et un objectif de compréhension commune avec le médecin avec évaluation à 3 mois de ses résultats. En confrontant les données du discours avec les modèles transthéorique et transactionnel par procédure de triangulation théorique, cette démarche a corroboré une dynamique d'adaptation " coping ", des processus expérientiels et comportementaux favorisant ou pas des changements. Les médecins traitants ont été sollicités pour parler de leur perception de la relation. L'étude a illustré l'interaction symbolique qui existe entre des représentations " personnages " que chacun se fait de l'autre et qui peuvent bloquer ou faciliter la relation et la compréhension commune. Les médecins traitants ont pu exprimer de manière réaliste leurs limites et les difficultés de la relation transférentielle. A l'issu de cette étude, l'ACP, enrichi par d'autres modèles, est apparue comme un processus thérapeutique systémique qui peut être accessible à tout médecin généraliste, enseignable et faire l'objet de travaux de recherche complémentaires