Le tissu adipeux brun (TABr) est devenu ces dix dernières années le centre d’intérêt de nombreux laboratoires en raison de sa capacité à dissiper l’énergie apportée par les substrats sous forme de chaleur. Chez les mammifères, le développement du TABr intervient à la fin de la gestation et devient fonctionnel à la naissance. Sa capacité thermogénique permet aux nouveau-nés de s’adapter face à l'environnement extra-utérin, puis son activité régresse avec l’âge. Ceci suggère que l’environnement intra-utérin joue un rôle important dans la programmation de la physiologie et du métabolisme du TABr. Dans un modèle bien décrit de retard de croissance intra-utérin, qu’est la carence protéique maternelle (CP), la jeune progéniture CP est normoglycémique malgré un défaut de sécrétion de l'insuline mais développe avec l'âge une résistance à l'insuline et une hyperglycémie. Lors de mon arrivée au laboratoire, des résultats suggéraient un rôle du TABr dans les changements dynamiques du profil métabolique de la progéniture CP en fonction de l'âge. En effet, le TABr des rats CP est hyperactif à 3 mois par rapport aux animaux contrôles alors qu’il revient au niveau des contrôles chez la progéniture CP âgée de 18 mois, ce qui corrèle avec l’apparition des troubles métaboliques caractéristiques du diabète de type 2. Durant ma thèse, mon premier objectif a été de démontrer le rôle causal du TABr dans le maintien de l’homéostasie glucidique chez les jeunes animaux CP. Pour ce faire, nous avons exposé au froid de jeunes rats CP pour solliciter leur TABr et nous avons procédé à l’ablation chirurgicale de ce tissu. Nos résultats montrent que la jeune progéniture CP est mieux protégée que les contrôles à une exposition au froid grâce à l’activité thermogénique accrue de leur TABr. / Brown adipose tissue (BAT) has grown over the last ten years into the center of interest for many laboratories due to its capacity to burn energy derived from metabolic substrates into heat. Indeed, in mammals, the development of BAT occurs at the end of gestation to become fully functional at birth. Its thermogenic capacity allows newborns to face extrauterine environment, and thereafter its activity declines with age. This suggests that the intrauterine environment plays an important role in the programming of BAT physiology and metabolism. In a well-known model of intrauterine growth retardation (IUGR), the maternal protein restriction model (called LP for low protein), the young LP progeny is normoglycemic despite an insulin secretion defect but develops insulin resistance and hyperglycemia with age. When I started my thesis work, available results in the laboratory suggested a role of BAT in the dynamic changes of the LP progeny metabolic profile according to the age. Indeed, BAT of young LP rats is hyperactive at 3 months compared to controls while this activity drops back to control levels in old 18-months LP progeny, consistent with the appearance of a type 2 diabetic phenotype. During my thesis, the first objective was to search for the causal role of BAT in the maintenance of glucose homeostasis in young LP progeny. Using a first strategy, we exposed young LP progeny to a cold challenge to activate their BAT. In a second approach, we performed surgical ablation of their BAT. Our results show that young LP progeny is more protected against a cold challenge than controls, due to the high thermogenic capacity of their BAT. However, BAT ablation induces hyperglycemia in young LP animals showing that this tissue is required to maintain their normoglycemia. This work, published in Diabetes in March 2017, suggests that a deleterious fetal environment could reprogram BAT metabolism. The second objective of my thesis was to identify the molecular mechanisms allowing the maintenance of active BAT in young LP progeny. To do so, we compared two models of BAT activation, ie our LP model and a well-known model of BAT activation with an agonist of β-3 adrenergic receptors. In both cases, when BAT is active, we observed a global increase in microRNA (miRNA) expression associated to augmented miRNA machinery expression, and in particular AGO2 expression. Interestingly, when BAT is inactive in old LP animals, miRNA expression and miRNA machinery expression return to control levels. While activation of mature brown adipocytes in vitro leads to an increase in AGO2 protein expression, partial deletion of this protein is sufficient to decrease the thermogenic activity of these cells. Collectively our data suggest that AGO2 and increased miRNA expression contribute to BAT activation. The manuscript concerning this research is in the review process at Molecular Metabolism. In the third part of my PhD research efforts, I have found that in the BAT of young LP progeny several miRNAs are robustly downregulated. We have focused on let-7cp and miR-22-3p, which have the most severe decrease in expression. Our key finding is that these two miRNAs act synergistically to hinder mature brown adipocyte thermogenic activity. This work is in the process of being finalized for publication. In conclusion, during my PhD training I have revealed several novel findings, which lead to a better understanding of BAT physiology and its dysregulation in situations eventuating in perturbed glucose homeostasis. While additional efforts are certainly needed, these contributions advance our vision to leverage BAT as a promising target for the prevention and/or treatment of metabolic perturbations associated to obesity and type 2 diabetes.

Nous avons montré que malgré d'importantes améliorations survenues depuis 2001, la maladie rénale chronique reste fréquente et fortement sous-estimée chez les patients diabétiques de type 2, du fait du dosage insuffisant d'albuminurie. Nous avons également montré qu'au stade tardif, près d'un tiers des patients (30%), en particulier diabétiques de type 2 (32%), démarrent le traitement de suppléance en urgence, et que l'augmentation de l'incidence de l'insuffisance rénale chronique terminale en France, est exclusivement attribuée à la part liée au diabète type 2. Ces résultats suggèrent que davantage d'efforts de sensibilisation des patients diabétiques de type 2 et des médecins pour (i) améliorer le dépistage, (ii) renforcer le contrôle de la pression artérielle et la réduction de l'albuminurie pathologique, (iii) et une meilleure préparation des patients à la dialyse. Bien qu'il soit connu que les patients diabétiques de type 2, en particulier âgés, soient moins souvent inscrits sur la liste d'attente de greffe rénale par rapport aux patients non diabétiques, il apparaît in fine à l'issue de ce travail, qu'une fois inscrit, ce n'est pas le diabète en lui-même qui constitue un facteur de risque élevé de décès ou de retrait de liste et d'échecs post-greffe rénale, mais plutôt l'impact des comorbidités cardiovasculaires préexistantes et d'une longue durée de dialyse. Accélérer l'accès à la greffe rénale aux patients, non pas exclusivement diabétiques de type 2, mais plutôt atteints de comorbidités cardiovasculaires, en les priorisant, leur octroieraient un bénéfice certain de survie en terme de réduction du risque d'échecs en liste d'attente et post-greffe rénale. / We have shown that chronic kidney disease (CKD) is frequently seen in patients with type 2 diabetes and is likely to be underestimated because albuminuria screening remains inadequate, despite significant improvements since 2001. We also showed that at of end stage renal disease, almost a third of patients (30%), especially those with type 2 diabetes (32%), starting dialysis or kidney transplantation (KTx) on an emergency basis. The skyrocketing incidence of ESRD observed in France, especially in elderly patients, is exclusively due to an actual increase in that related to type 2 diabetes. These findings suggest that further efforts are needed to raise patients with type 2 and doctor awareness on the issue of (i) CKD screening, (ii) blood pressure and elevated albuminuria control and (iii) predialysis care. Although patients with type 2 diabetes, especially elderly, were less likely to be wait-listed for KTx than their counterparts without diabetes, ultimately, once registered, type 2 diabetes per se was not associated with death or delisting after adjustment for other factors, and death or kidney failure after KTx. Pre-existing cardiovascular comorbidities, regardless of their link to diabetes, and a long-term dialysis appear to be the major predictors of death or delisting. Improving access to KTx, not only to patients with type 2 diabetes, but also with cardiovascular comorbidities, by giving them some priorities, would enhance survival benefit by reducing the risk of failures on waiting list and after KTx.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Le diabète de type-2 et le syndrome métabolique sont associés à une augmentation du stress oxydant et du risque cardiovasculaire. L'hyperactivation plaquettaire et les dyslipoprotéinémies sont deux causes majeures de l'athérothrombose. Nous avons montré que des lipoprotéines de basse densité (LDL) issues du plasma de diabétiques de type-2 activent les plaquettes sanguines. L'objectif principal de notre étude a été d'établir le profil en lipides et peroxydes lipidiques de LDL provenant de volontaires ayant un syndrome métabolique (SM), un diabète de type-1 (DT-1) ou de type-2 (DT-2), comparativement à celui de volontaires sains (V). Un autre objectif a été de déterminer leur impact sur l'activation plaquettaire. Seules les LDL des groupes SM et DT-2 ont des anomalies lipidiques telles que : augmentation des triacylglycérols, diminution des esters de cholestérol et de l'acide linoléique. Les LDL des groupes SM, DT-1 et DT-2 présentent un stress oxydant, démontré par l'augmentation des produits de peroxydation lipidique comme les acides gras hydroxylés et le dialdéhyde malonique, ainsi que par la diminution des plasmalogènes (sous-classe de phospholipides à éthanolamine). Comparativement aux plaquettes incubées avec les LDL de V, les plaquettes incubées avec les LDL des autres groupes sont activées comme le montre une exacerbation de la cascade de l'acide arachidonique (p38 MAPK, phospholipase A2 cytosolique, thromboxane A2). Ainsi, dans les états pré-diabétique et diabétique de type-2, les LDL subissent des modifications lipidiques et oxydatives, puis activent les plaquettes. Nos résultats suggèrent que les peroxydes lipidiques des LDL induisent l'hyperactivation plaquettaire.

Introduction : La présente étude explore pour la première fois en Afrique, l'association entre l'exposition aux pesticides organochlorés (POC) et le risque de diabète de type 2. L’étude se déroule dans la région du Borgou, au nord du Bénin, où l’utilisation intense de pesticides pour la culture du coton coïncide avec une prévalence élevée du diabète par rapport aux autres régions du pays. Objectifs: 1) Décrire le niveau d’exposition de la population des diabétiques et non diabétiques du Borgou par le taux sérique de certains pesticides organochlorés ; 2) Explorer la relation entre le risque de diabète de type 2 et les concentrations sériques des POC; 3) Examiner l’association entre l’obésité globale, le pourcentage de masse grasse et l’obésité abdominale avec les concentrations sériques des POC; 4) Explorer la contribution de certaines sources d’exposition alimentaire et non-alimentaire aux concentrations sériques des POC. Méthodes : Il s'agit d'une étude cas-témoin qui concerne 258 adultes de 18 à 65 ans identifiés par deux valeurs glycémiques capillaire et veineuse au seuil de 7 mmol/l pour les diabétiques et 5,6mmol/l pour les témoins non diabétiques. Les 129 témoins ont été appariés aux 129 cas selon les critères suivants : l’ethnie, l’âge ± 5ans, le sexe et la localité de résidence. Les informations personnelles et celles portant sur les modes d’exposition ont été recueillies par questionnaire. Les concentrations sériques des POC ont été obtenues par chromatographie gazeuse couplée d’une spectrométrie de masse. L’obésité globale est déterminée par l’IMC ≥ 30 kg/m2. L’obésité abdominale est obtenue par le tour de taille selon les critères consensuels d’Alberti et al. pour la définition du syndrome métabolique. Le pourcentage de masse corporelle a été mesuré par bio-impédance électrique et été considéré comme élevé au seuil de 33% chez les femmes et 25% chez les hommes. Résultats: En comparant les 3ème et premier terciles des concentrations de p,p’-DDE et p,p’-DDT, les sujets du 3e tercile étaient deux à trois fois plus susceptibles de présenter du diabète que ceux du 1er tercile. La probabilité d’obésité abdominale ou de l’obésité générale (en contrôlant pour le statut diabétique) était accrue de trois à cinq fois dans le dernier tercile pour trois des quatre POC qui étaient détectables soit p,p’-DDT, β-HCH et trans-Nonachlore. Les facteurs socioéconomiques associés aux POC sériques sont le niveau d’éducation élevé, un meilleur revenu et la résidence en milieu urbain. Les sources d’exposition non alimentaire significativement associées aux concentrations sériques de POC étaient l’exposition professionnelle mixte (primaire et secondaire) aux pesticides et la consommation de tabac local. L’achat en opposition à l’autoproduction de plusieurs groupes de denrées alimentaire était associé à de plus fortes teneurs de POC. La fréquence de consommation hebdomadaire du poisson, des légumes, du fromage, de l’igname séchée ainsi que du mil, de l’huile de palme et de certaines légumineuses comme le soya, le néré, le niébé et le voandzou était significativement associées aux POC sériques. Conclusion : L’étude a mis en évidence la relation entre le niveau sérique de pesticides organochlorés d’une part, du diabète ou de l’obésité d’autre part. Les concentrations de POC observées au Borgou sont assez élevées et méritent d’être suivies et comparées à celles d’autres régions du pays. Les facteurs contribuant à ces teneurs élevées sont le niveau d’éducation élevé, un meilleur revenu, la résidence en milieu urbain, l’achat et la fréquence de consommation de plusieurs aliments. La contribution du mélange des polluants auxquels les habitants de cette région sont exposés à la prévalence croissante du diabète mérite d’être examinée, notamment les pesticides utilisés actuellement dans la région pour les productions de rente et autres polluants persistants. Ces résultats contribuent à accroître les connaissances sur les facteurs de risque émergents pour le diabète que sont des polluants environnementaux comme les pesticides. Les implications pour la santé publique sont importantes tant pour la prévention des maladies chroniques que pour la sensibilisation des autorités politiques du pays pour une politique agricole et sanitaire adéquate visant la réduction de l’exposition aux pesticides. / Background: The present study examines for the first time in sub-Saharan Africa, the association between exposure to organochlorine pesticides (OCPs) and the risk of type 2 diabetes. The study took place in the Borgou area in the northern part of Benin, where the intensive use of pesticides for cotton production coincides with a high prevalence of diabetes compared to other areas of the country. Objectives: 1) To describe in a sample of subjects with diabetes and in non-diabetic control subjects of Borgou serum levels of some OCPs; 2) To assess the relationship between the risk of type 2 diabetes and serum concentrations of OCPs; 3) To examine the association between overall obesity, the percentage of body fat and abdominal obesity with serum concentrations of OCPs; 4) To explore the contribution of some potential sources of exposure to serum concentrations of OCPs. Methods: This is a case-control study of 258 adults aged 18 to 65 years, identified on the basis of a diabetes prevalence study. Subjects were detected by capillary and venous fasting blood glucose at the threshold of 7mmol /l for diabetic subjects and 5.6mmol / l for the controls. The 129 controls were matched with 129 cases for ethnic group, age ± 5 years, sex and residence location. Personal data and information on potential sources of pesticide exposure were collected by questionnaire. Serum OCPs were determined by gas chromatography coupled with mass spectrometry. Overall obesity was determined by a BMI ≥ 30kg/m2. Abdominal obesity was defined according to waist circumference using the Alberti et al. consensual criteria for metabolic syndrome. The percentage of body fat was measured by bioelectrical impedance and was higher at the threshold of 33% in women and 25% in men. Results: Comparing the third and first tertiles of p,p'-DDE and p,p'-DDT serum concentrations, we observed a two to threefold higher odds ratio for diabetes. The likelihood of abdominal obesity or general obesity was three to five times higher in the upper compared to lower tertile for three of the four detected OCPs, that is: p,p'-DDT, β-HCH and trans-Nonachlor. The socioeconomic factors associated with serum OCPs are high level of education, high income and residence in urban area. The non-food sources of exposure were mixed occupational exposure (primary and secondary) and consumption of local tobacco. The food sources of exposure were purchased foods that are greater source of exposure to pesticide than self-production. The frequency of weekly consumption of fish, vegetables, cheese, dried yam as well as millet, oil palm and some legumes such as soybeans, locust bean, cowpea and Bambara groundnut was significantly associated with serum concentrations of OCPs. Conclusion: The study highlighted the relationship between the serum level of organochlorine pesticides on the one hand, diabetes or obesity on the other. Levels of OCPs observed in Borgou are high enough and need to be monitored and compared to others areas in the country. Factors associated with high levels of OCP in Borgou are high levels of education, high income, residence in urban area, purchase and consumption frequency of several foods. The contribution of the mixture of pollutants, to the increasing prevalence of diabetes in Borgou need to be examined, especially pesticides used currently for commercial productions in agriculture and other persistent pollutants. These results contribute to increase the knowledge on emerging risk factors for diabetes that are environmental pollutants such as pesticides. The implications for public health are important in terms of chronic diseases prevention and sensitization of national policies makers, for proper agricultural and health policy aimed at reducing exposure to pesticides.

Le diabète de type 2 (DT2) atteint environ 387 millions de personnes à l’échelle mondiale. Ces individus ont souvent recours à une polymédication pour contrôler leur glycémie, mais également pour prévenir et contrôler les comorbidités micro- et macrovasculaires associées au diabète. Or, aux doses usuelles, certains patients atteints de DT2 ont une réponse aux médicaments différente de celle des patients non-diabétiques. Des variabilités dans les dosages et les effets de certains médicaments, tels le clopidogrel, la warfarine, la cyclosporine et la tacrolimus, sont observées chez les patients diabétiques. Cette variabilité interindividuelle dans la réponse aux médicaments chez les patients avec DT2 constitue une problématique importante, car elle peut causer des échecs thérapeutiques, des effets indésirables et des toxicités médicamenteuses. Un des mécanismes sous-jacent proposé afin d’expliquer cette variabilité interindividuelle dans la réponse aux médicaments chez les patients diabétiques est que leur capacité à éliminer les médicaments par métabolisme soit affectée. De fait, des évidences supportent un lien entre les maladies avec composantes inflammatoires et une modulation de l’activité des enzymes du métabolisme. Certains médiateurs inflammatoires peuvent moduler l’expression et l’activité des protéines enzymatiques telles les cytochromes P450 (CYP450s), un système enzymatique majeur dans le métabolisme des médicaments. Plusieurs organes expriment différentes isoenzymes des CYP450s lesquelles peuvent contribuer au métabolisme local des médicaments et ainsi influencer leurs concentrations atteintes dans les organes cibles. L’objectif de cette étude est d’évaluer les effets du DT2 sur l’expression et l’activité des CYP450s afin d’identifier leur contribution à la variabilité interindividuelle dans la réponse aux médicaments en utilisant la souris diabétique sous diète riche en gras (DIO) comme modèle. Les travaux effectués dans le cadre de ce mémoire démontrent que les souris DIO présentent une modulation de l’expression et de l’activité des CYP450s. Nos résultats montrent que cette modulation est spécifique à certaines isoenzymes et variable selon les tissus. Ces travaux supportent que la présence du diabète avec obésité affecte les CYP450s hépatiques et extra-hépatiques, lesquels peuvent ainsi influencer les concentrations systémiques et les concentrations tissulaires, respectivement. D’une perspective future et translationnelle, notre étude mènera à une meilleure compréhension de la capacité d’élimination des médicaments chez les patients diabétiques et par conséquent, à proposer des dosages appropriés pour des médicaments métabolisés par les CYP450s chez les patients diabétiques : une avancée dans l’approche de la médecine personnalisée. / Around 387 million people worldwide suffer from type 2 diabetes (T2D). Patients with T2D often require polypharmacy, not only to ensure glycaemic control, but also to prevent and control micro- and macrovascular comorbidities associated with T2D. However, clinical practice reveals that some diabetic patients show highly variable responses to different drugs in comparison with non-diabetic patients. Variable drug dosages and effects are observed for drugs such as clopidogrel, warfarin, cyclosporine and tacromilus. This intersubject variability in drug response in diabetic patients is an important issue as it may results in treatment failure, adverse effects or even drug toxicity. One of the underlying mechanisms suggested to explain the intersubject variability in drugs responses in diabetic patients is their modified ability to eliminate drugs through metabolism. Evidence support the association between inflammatory diseases, such as T2D, and an activity modulation of metabolism enzymes. It is known that these inflammatory processes can modulate the expression and activity of enzyme proteins, such as the cytochromes P450 (CYP450s), a major enzyme system in drug metabolism. Moreover, several organs express various CYP450s isoenzymes that may contribute to the local drug metabolism, thus influence the drugs concentration within the target organs. Therefore, the aim of this study is to assess the effects of T2D on the expression and activity of CYP450s in order to identify their responsibility in the intersubject response variability to drugs using diet-induced obesity (DIO) mice as a model. The work carried out as part of this thesis shows that there is a modulation of the expression and activity of CYP450s isoenzymes in the DIO mouse model. Our results indicate that this modulation occurs in an isoenzyme-specific and tissue-dependent fashion. This work supports that the presence of diabetes with obesity affects hepatic and extrahepatic CYP450s, which may influence the systemic and local drug concentrations, respectively. In a future and translational perspective, our study will lead to a better understanding of the drug elimination capacity in diabetic patients, and thus will prompt an appropriate dosage adjustment for drugs metabolized by CYP450s in diabetic patients: a step forward towards a more personalized medicine approach.

L’expansion des maladies métaboliques dans les sociétés modernes exige plus d’activités de recherche afin d’augmenter notre compréhension des mécanismes et l’identification de nouvelles cibles d’interventions cliniques. L’obésité, la résistance à l’insuline (RI) et la dyslipidémie, en particulier sont tous des facteurs de risque associés à la pathogenèse du diabète de type 2 (DT2) et des maladies cardiovasculaires. Ainsi, la dyslipidémie postprandiale, notamment la surproduction des lipoprotéines hépatiques et intestinales, contribue d’une façon significative à l’hypertriglycéridémie. Quoique plusieurs études cliniques et fondamentales chez l’homme et les modèles animaux aient mis en évidence les rôles importants joués par le foie et l’intestin dans la dyslipidémie, les mécanismes moléculaires en cause ne sont pas bien élucidés. L’une des voies principales régulant le métabolisme lipidique est la voie de la protéine kinase AMPK. L’épuisement de l’ATP intracellulaire entraîne une activation de l’AMPK qui va œuvrer pour rétablir l’équilibre énergétique en stimulant des voies génératrices d’ATP et en inhibant des voies anaboliques consommatrices d’ATP. Les effets positifs de l’activation de l’AMPK comprennent l’augmentation de la sensibilité à l’insuline dans les tissus périphériques, la réduction de l’hyperglycémie et la réduction de la lipogenèse, d’où son importance dans les interventions cliniques pour la correction des dérangements métaboliques. Il est à souligner que le rôle de l’AMPK dans le foie et l’intestin semble plus complexe et mal compris. Ainsi, la voie de signalisation de l’AMPK n’est pas bien élucidée dans les situations pathologiques telles que le DT2, la RI et l’obésité. Dans le présent projet, notre objectif consiste à caractériser le rôle de cette voie de signalisation dans la lipogenèse hépatique et dans le métabolisme des lipides dans l’intestin chez le Psammomys obesus, un modèle animal d’obésité, de RI et de DT2. À cette fin, 3 groupes d’animaux sont étudiés (i.e. contrôle, RI et DT2). En caractérisant la voie de signalisation de l’AMPK/ACC dans le foie, nous avons constaté une augmentation de l’expression génique des enzymes clés de la lipogenèse (ACC, FAS, SCD-1 et mGPAT) et des facteurs de transcription (ChREBP, SREBP-1) qui modulent leur niveau d’expression. Nos analyses détaillées ont révélé, par la suite, une nette augmentation de l’expression de l’isoforme cytosolique de l’ACC, ACC1 (impliqué dans la lipogenèse de novo) concomitante avec une invariabilité de l’expression de l’isoforme mitochondrial ACC2 (impliqué dans la régulation négative de la β-oxydation). En dépit d’un état adaptatif caractérisé par une expression protéique et une phosphorylation (activation) élevées de l’AMPKα, l’activité de la kinase qui phosphoryle et inhibe l’ACC reste très élevée chez les animaux RI et DT2. Au niveau de l’intestin grêle des animaux RI et DT2, nous avons démontré que l’augmentation de la lipogenèse intestinale est principalement associée avec une diminution de la voie de signalisation de l’AMPK (i.e. expression protéique et phosphorylation/activation réduites des deux isoformes AMPKα1 et AMPKα2). La principale conséquence de la diminution de l’activité AMPK est la réduction de la phosphorylation de l’ACC. Étant donné que le niveau d’expression totale d’ACC reste inchangé, nos résultats suggèrent donc une augmentation de l’activité des deux isoformes ACC1 et ACC2. En parallèle, nous avons observé une réduction de l’expression protéique et génique de la CPT1 [enzyme clé de la β-oxydation des acides gras (AG)]. L’ensemble de ces résultats suggère une inhibition de l’oxydation des AG concomitante avec une stimulation de la lipogenèse de novo. Enfin, nous avons démontré que l’intestin grêle est un organe sensible à l’action de l’insuline et que le développement de la résistance à l’insuline pourrait altérer les deux voies de signalisation (i.e. Akt/GSK3 et p38MAPK) essentielles dans plusieurs processus métaboliques. En conclusion, nos résultats indiquent que l’augmentation de la lipogenèse qui contribue pour une grande partie à la dyslipidémie dans la résistance à l’insuline et le diabète serait due, en partie, à des défauts de signalisation par l’AMPK. Nos observations illustrent donc le rôle crucial du système AMPK au niveau hépatique et intestinal, ce qui valide l’approche thérapeutique consistant à activer l’AMPK pour traiter les maladies métaboliques. / Understanding the cellular mechanisms involved in the development of insulin resistance, and later on the occurrence of type 2 diabetes and its metabolic complications, is a perquisite step toward the identification of new therapeutic targets to fight against the development of these metabolic diseases. In the present studies, we used the gerbil Psammomys obesus, a well-established animal model of obesity, insulin resistance (IR) and type 2 diabetes (T2D), to characterize the hepatic and intestinal signaling abnormalities associated with lipid metabolism disorders during the pathogenesis of IR and T2D. Thus, we are able to demonstrate that the development of these metabolic diseases in Psammomys obesus animals, is accompanied by increased hepatic and intestinal lipogenesis with very high efficiency to form triglycerides rich-lipoproteins. In the liver, we observed an increase in mRNA levels of key lipogenic enzymes (ACC, FAS, SCD-1 and mGPAT) and transcription factors (SREBP-1, ChREBP), which modulate the expression level of lipogenic enzymes. Thereafter, our detailed analysis of the AMPK/ACC signaling pathway revealed a rise in the gene expression of the cytosolic ACC1 isoform of ACC(involved in de novo lipogenesis) concomitant with a constant expression of the mitochondrial ACC2 (negative regulator of β-oxidation). In spite of an adaptive state characterized by higher protein expression and phosphorylation (activation) of AMPKα, the kinase that phosphorylates and inhibits ACC, the activity of the later remains very high in IR and T2D animals. In the small intestine of IR and T2D animals, we demonstrated that the increase in intestinal lipogenesis is mainly associated with a decrease of AMPK signaling pathway (i.e. reduced expression and protein phosphorylation/activation of the two AMPKα1 and AMPKα2 isoforms). The main consequence of the decline in AMPK activity is the reduction of ACC phosphorylation. Given that, the expression levels of ACC remain unchanged; our results thus suggest an increased activity of both ACC isoforms, ACC1 and ACC2. Next, we observed a reduction in protein and gene expression of CPT1 [key enzyme in fatty acid (FA) β-oxidation]. Taken together, these results suggest an inhibition of FA β-oxidation concomitant with a stimulation of de novo lipogenesis. Finally, we demonstrated that the small intestine is an insulin sensitive organ and that the development of IR affects two signaling pathways (i.e. Akt/GSK3 and p38MAPK) essentials for several metabolic processes. In conclusion, our results indicate that increased lipogenesis, in IR and T2D, which exacerbate the dyslipidemia associated with these diseases, might be, at least partially, a result of AMPK signaling defects. In addition, our observations illustrate the crucial role of AMPK/ACC in the liver and intestine and validate AMPK as a potential target to treat the metabolic diseases.

L’hypertension artérielle essentielle (HTA) est une pathologie complexe, multifactorielle et à forte composante génétique. L’impact de la variabilité dans le nombre de copies sur l’HTA est encore peu connu. Nous envisagions que des variants dans le nombre de copies (CNVs) communs pourraient augmenter ou diminuer le risque pour l’HTA. Nous avons exploré cette hypothèse en réalisant des associations pangénomiques de CNVs avec l’HTA et avec l’HTA et le diabète de type 2 (DT2), chez 21 familles du Saguenay-Lac-St-Jean (SLSJ) caractérisées par un développement précoce de l’HTA et de la dyslipidémie. Pour la réplication, nous disposions, d’une part, de 3349 sujets diabétiques de la cohorte ADVANCE sélectionnés pour des complications vasculaires. D’autre part, de 187 sujets de la cohorte Tchèque Post-MONICA (CTPM), choisis selon la présence/absence d’albuminurie et/ou de syndrome métabolique. Finalement, 134 sujets de la cohorte CARTaGENE ont été analysés pour la validation fonctionnelle. Nous avons détecté deux nouveaux loci, régions de CNVs (CNVRs) à effets quantitatifs sur 17q21.31, associés à l’hypertension et au DT2 chez les sujets SLSJ et associés à l’hypertension chez les diabétiques ADVANCE. Un modèle statistique incluant les deux variants a permis de souligner le rôle essentiel du locus CNVR1 sur l’insulino-résistance, la précocité et la durée du diabète, ainsi que sur le risque cardiovasculaire. CNVR1 régule l’expression du pseudogène LOC644172 dont le dosage est associé à la prévalence de l’HTA, du DT2 et plus particulièrement au risque cardiovasculaire et à l’âge vasculaire (P<2×10-16). Nos résultats suggèrent que les porteurs de la duplication au locus CNVR1 développent précocement une anomalie de la fonction bêta pancréatique et de l’insulino-résistance, dues à un dosage élevé de LOC644172 qui perturberait, en retour, la régulation du gène paralogue fonctionnel, MAPK8IP1. Nous avons également avons identifié six CNVRs hautement hérités et associés à l'HTA chez les sujets SLSJ. Le score des effets combinés de ces CNVRs est apparu positivement et étroitement relié à la prévalence de l’HTA (P=2×10-10) et à l’âge de diagnostic de l’HTA. Dans la population SLSJ, le score des effets combinés présente une statistique C, pour l’HTA, de 0.71 et apparaît aussi performant que le score de risque Framingham pour la prédiction de l’HTA chez les moins de 25 ans. Un seul nouveau locus de CNVR sur 19q13.12, où la délétion est associée à un risque pour l’HTA, a été confirmé chez les Caucasiens CTPM. Ce CNVR englobe le gène FFAR3. Chez la souris, il a été démontré que l’action hypotensive du propionate est en partie médiée par Ffar3, à travers une interférence entre la flore intestinale et les systèmes cardiovasculaire et rénal. Les CNVRs identifiées dans cette étude, affectent des gènes ou sont localisées dans des QTLs reliés majoritairement aux réponses inflammatoires et immunitaires, au système rénal ainsi qu’aux lésions/réparations rénales ou à la spéciation. Cette étude suggère que l’étiologie de l’HTA ou de l’HTA associée au DT2 est affectée par des effets additifs ou interactifs de CNVRs. / Essential hypertension (HT) is a multifactorial complex disease with a strong genetic component. However, little is known about the effects of copy number variance on HT. We hypothesized common Copy Number Variants (CNVs) could increase or decrease the risk for HT. We performed GWAS of CNVs with HT and, with HT and Type 2 Diabetes (T2D), in 21 families of the Saguenay-Lac-St-Jean region of Quebec (FC) affected by early-onset hypertension and dyslipidemia. Replication was tested in a cohort of 3349 unrelated diabetic subjects of Caucasian origin from the ADVANCE trial. Replication was also tested in 187 individuals from the Czech Post-Monica (CPM) cross-sectional survey, ascertained by the presence/absence of albuminuria and/or metabolic syndrome. We performed locus-specific transcriptional analyses in 134 subjects from the CARTaGENE population cohort. We identified two CNV Regions (CNVRs), at 17q21.31, associated with HT and T2D in FC and associated with hypertension in ADVANCE diabetics. A statistical model of association including both CNVRs underlined the main effect size of CNVR1 on insulin resistance, T2D early onset and duration, and risk for cardiovascular diseases (CVD). CNVR1 appeared to influence LOC644172 expression, whose transcript abundance was associated with the prevalence of HT and T2D, and strongly with the risk of CVD and vascular age (P<2×10-16). Our results suggest carriers of copy-number gain at these 17q21.31 loci, principally at the CNVR1 locus, undergo premature β-cell functional deregulation and insulin resistance, due to increase dosage of the LOC644172 pseudogene, which might in turn affect the regulation of expression of its functional paralog, MAPK8IP1. We also report six different CNVR loci, highly heritable and contributing to the risk of hypertension, in French Canadians. The combined CNV risk score appeared robustly related to prevalence of hypertension (p=2×10-10) and age at diagnosis of hypertension. In FC, this combined CNV risk score model showed a C-statistic of 0.71 for HT and appeared as powerful as Framingham HT risk score in predicting hypertension in individuals aged less than 25. We validated the association of a new locus, 19q13.12 deletion-CNVR, with hypertension, in CPM. FFAR3 surrounds this 19q13.12 deletion-CNVR. It has been demonstrated that in mice, a portion of propionate hypotensive effect is mediated by Ffar3, and involves a cross-talk between the gut microbiota and the renal-cardiovascular system. The identified CNVRs appear to influence genes and QTLs mainly related to immune and inflammatory responses and renal damaged and repair. Some CNVRs are exclusive to primates. This study suggests that additive and interactive actions of multiple copy-number variants are involved in the etiology of hypertension or of hypertension associated with T2D.

Contexte: Le diabète de type 2 est un problème de santé publique important. La pratique régulière de l’activité physique contribue à la prévention de cette maladie chronique. Toutefois, peu de recherches portent sur l’association entre l’activité physique de transport, notamment la marche utilitaire, et le diabète. Objectif : L’objectif de cette étude est d’examiner l’association entre la présence d’un diagnostic de diabète de type 2 et les pratiques de marche utilitaire dans un échantillon transversal. Méthode : Cette étude est une analyse secondaire de données provenant d’un projet de recherche sur l’implantation d’un système de vélos libre-service. 7012 adultes ont été recrutés par téléphone au printemps 2009, à l’automne 2009 et à l’automne 2010. La marche utilitaire a été mesurée en utilisant des questions adaptées du International Physical Activity Questionnaire (IPAQ). L’association entre la marche utilitaire et le diabète auto-rapporté a été examinée au moyen d’analyses de régression logistique multivariées. L’influence des variables socio- démographiques, du niveau d’activité physique autre et de l’indice de masse corporelle a été contrôlée. Des analyses de sensibilité ont aussi été faites, utilisant un seuil différent pour le temps de marche utilitaire. Résultats : Dans le modèle final, la marche utilitaire est associée à une prévalence du diabète plus faible (RC=0,721; IC 95% : 0,547-0,950). Conclusion: La pratique de la marche utilitaire est associée à une prévalence plus faible de diabète auto-rapporté. La promotion de ce type d’activité physique aurait sa place dans la prévention du diabète dans une perspective de santé publique. / Background: Type 2 diabetes is an important public health problem. Regular involvement in physical activity contributes to the prevention of this chronic disease. However, limited research has examined associations between transportation physical activity, especially utilitarian walking, and diabetes. Purpose: To examine the association between utilitarian walking and the prevalence of diabetes in a cross-sectional sample. Methods: Secondary analysis of data from a research project on the reach and potential impact of the implementation of a public bicycle share program was conducted. A sample of 7012 adults were recruited to telephone surveys in spring 2009, fall 2009, and fall 2010 via random-digit dialing with oversampling in locations where the public bike share was available. Utilitarian walking was estimated using questions adapted from the International Physical Activity Questionnaire (IPAQ). Multivariable logistic regression models examined the association between utilitarian walking and diabetes. The influence of socio- demographic covariates, involvement in other physical activities, and body mass index were controlled and sensitivity analyses were performed. Sensitivity analyses were performed using a different cut-off for utilitarian walking time. Results: In final models, utilitarian walking was associated with a lower likelihood of self-reporting diabetes (OR=0.721; 95% CI: 0.547, 0.950). Conclusion: Adoption of utilitarian walking is associated with a lower likelihood of reporting diabetes. Replication of these results in longitudinal studies could have implications for strategies to encourage people to incorporate more walking into their daily routine.

Le tissu adipeux blanc n'est pas un simple réservoir énergétique, il secrète également de nombreuses molécules appelées adipokines. En condition basale, les adipokines participent à l'homéostasie générale en permettant la régulation de diverses fonctions et voies métaboliques. Au cours du développement de l'obésité, la physiologie du tissu adipeux est fortement perturbée. Cela se traduit par des dysfonctionnements parmi lesquels l'établissement d'un état inflammatoire chronique à bas bruit. Ces perturbations au sein du tissu adipeux concourent à la dysrégulation de l'expression des adipokines, conduisant à un dysfonctionnement de certaines voies métaboliques, au niveau adipocytaire mais aussi au niveau systémique ce qui aboutit à un état d'insulino-résistance pouvant déboucher sur le développement d'un diabète de type 2. De nombreuses études épidémiologiques montrent qu'une carence en vitamine D est associée à diverses pathologies telles que certains cancers, certaines maladies auto-immunes ou maladies cardiovasculaires. Par ailleurs, il existe une corrélation inverse entre les taux plasmatiques de 25(OH)D et la prévalence de l'obésité, de l'hypertension artérielle, et du diabète de type 2. Cependant, le lien de causalité entre carence en vitamine D et obésité n'est à ce jour pas clairement démontré. Le but de cette thèse est donc de mieux comprendre le lien qui existe entre carence en vitamine D, obésité et désordres physiologiques associés. / White adipose tissue is not a simple energy reservoir, it also secretes several molecules called adipokines. In standard conditions, adipokines are involved in general homeostasis permitting the regulation of numerous functions and metabolic pathways. During the development of obesity, adipose tissue physiology is severely disrupted. This results in dysfunction such as low-grade inflammatory status. The accumulation of these disturbances within adipose tissue generates a dysregulation of adipokines secretion. This will have for consequences a failure of some metabolic pathways resulting in insulin-resistant state leading to type 2 diabetes. Several epidemiological studies show a link between vitamin D deficiency and numerous pathologies like cancers, immunity deseases or cardiovascular deseases. In addition, there is an inverse correlation between plasma levels of 25(OH)D and the prevalence of obesity, hypertension and type 2 diabetes. However, the link between vitamin D deficiency and obesity is not well established. The aim of this thesis is to better understand the link between vitamin D deficiency, obesity and physiological disorders associated. For this purpose, we have evaluated vitamin D effects on adipose tissue and adipocyte biology (inflammation, glucose uptake) and subsequently effects of vitamin D supplementation on diet-induced obesity. In a first study in vitro, we have showed an anti-inflammatory effect of vitamin D on adipocyte. This effect appears to be VDR-dependant and implies a modulation of NF&#954;B signaling pathway. This study could partly explain le link between vitamine D deficiency and low-grade inflammation associated with obesity.