Au cours du couplage excitation-contraction (CEC) cardiaque, une partie du calcium (Ca2+) libéré par le réticulum sarcoplasmique (RS) via les récepteurs de la ryanodine de type (RyR2) est captée par la mitochondrie. Une fois dans la matrice mitochondriale, le Ca2+ module l’activité de plusieurs enzymes du métabolisme oxydatif ainsi que la production d’ATP. Une altération de la libération de Ca2+ du RS et une dysfonction mitochondriale ont été décrites dans plusieurs pathologies cardiovasculaires associées à des troubles métaboliques comme la cardiomyopathie diabétique (CMD). Cependant, les mécanismes qui sous-tendent le remodelage du métabolisme et de l’homéostasie calcique au stade précoce de la CMD demeurent méconnus. Afin de déterminer dans quelle mesure la dynamique calcique et le couplage excitation métabolisme oxydatif sont altérés au stade précoce de la CMD, des souris C57Bl/6 ont été soumises à un régime enrichi en graisses et en sucres (HFS) pendant deux semaines. Au terme du régime, les souris HFS présentent un hyperinsulinisme, une euglycémie et une dyslipidémie. En plus de ce statut pré-diabétique, le flux mitral (E/A) évalué par échocardiographie, est significativement diminué chez les animaux HFS par rapport aux animaux Ctrl, suggérant une dysfonction diastolique précoce du ventricule gauche. A l’échelle du cardiomyocyte, une diminution du raccourcissement cellulaire sans modification de l’amplitude des transitoires calciques induits par stimulation électrique est responsable d’une diminution de l’efficacité du CEC en condition HFS. De plus, l’entrée dynamique de Ca2+ dans la mitochondrie, évaluée à l’aide de la technique de patch-clamp en configuration cellule entière, est également significativement diminuée. Bien que l’expression du canal anionique dépendant du voltage (VDAC) et de l’unipore calcique (MCU) demeure inchangée, l’expression de la protéine MICU1 augmente. Cette altération de l’entrée de Ca2+ dans la mitochondrie est responsable d’une diminution de l’activité de la pyruvate déshydrogénase via sa phosphorylation sur le résidu ser232, réduisant ainsi l’utilisation des glucides comme substrats énergétiques. Enfin, bien que les paramètres de base de l’ECG soient comparables entre les deux groupes, les souris HFS déclenchent spontanément des troubles du rythme et présentent une altération de la modulation de la fonction cardiaque par le système nerveux autonome.Ces travaux suggèrent que MICU1, en modulant l’homéostatisie calcique, le couplage excitation-métabolisme oxydatif et la flexibilité métabolique, pourrait jouer un rôle de senseur métabolique au sein des cardiomyocytes initiant ainsi la cardiomyopathie diabétique. / During cardiac excitation-contraction coupling (ECC) a fraction of the calcium (Ca2+) released by the sarcoplasmic reticulum (SR) through type 2 Ryanodine Receptor (RyR2) is taken up by mitochondria. Once in the matrix, Ca2+ modulates several enzymes of oxidative metabolism and ATP production. SR Ca2+ release alteration and mitochondrial dysfunction have been reported in several cardiovascular diseases associated with metabolic disorders such as diabetic cardiomyopathy (DCM). However, the mechanisms that govern the metabolic remodeling and Ca2+ handling at the early stage of DCM are currently unknown. To determine whether mitochondrial Ca2+ dynamics and excitation oxidative metabolism coupling are affected at the early stage of DCM, C57Bl/6 mice were fed a standard or high fat sucrose (HFS) diet for two weeks. At the end of the diet, HFS mice display hyperinsulinemia, euglycemia and dyslipidemia. In addition to this prediabetic state, the transmitral inflow (E/A), assessed by echocardiography, is significantly reduced in HFS mice compared to their control (Ctrl) littermates suggesting an early left ventricle diastolic dysfunction. At the single cardiomyocyte level, a decrease in peak cell shortening without any change regarding the amplitude of electrically evoked Ca2+ transients leads to reduced ECC efficiency under HFS conditions. Moreover, dynamic mitochondrial Ca2+ uptake measured using the whole cell patch-clamp technique is significantly decreased. While the expression of voltage-dependent anionic channel (VDAC) and mitochondrial uniporter (MCU) is unchanged, expression of mitochondrial Ca2+ uptake protein 1 (MICU1) increases. Impaired mitochondrial Ca2+ uptake leads to reduced pyruvate dehydrogenase activity through the phosphorylation of ser232, thus decreasing the use of carbohydrates as energetic substrate. Finally, although ECG basal parameters are comparable between the two groups, HFS mice trigger spontaneous arrhythmia and impaired autonomic modulation of cardiovascular function.This study suggests that MICU1 could act as a metabolic sensor by modulating mitochondrial Ca2+ handling, excitation–oxidative metabolic coupling and the metabolic flexibility paving the way to the DCM.

Staphylococcus aureus est l’un des principaux agents étiologiques des infections suppuratives superficielles et profondes ainsi que des syndromes liés à l’action de toxines. Paradoxalement, cette bactérie est un agent commensal qui est présent sur la peau ainsi que dans les cavités nasales notamment. Cela permet de considérer cette bactérie comme un organisme colonisant commensale. Les bases génétiques expliquant la différence entre une bactérie pathogène et une bactérie commensale reste inconnues. En utilisant la technique Optical Maps sur des souches de S. aureus isolées de plaies de pieds diabétiques avec différents niveau de virulence, nous avons pu montrer l’existence d’un prophage insérés dans le génome des souches colonisantes et absent des souches infectantes. Le phage, nommé ROSA, est localisé dans un hotspot d’insertion de phage NM2. Il est aussi localisé en amont du locus isd qui est requis pour l’assimilation du fer essentiel à la bactérie dans sa phase pathogène. Le phage ROSA inactive la voie isd en dérégulant l’activité du régulateur transcriptionnel majeur Fur en absence de fer. Il réduit aussi la virulence de ces souches sur les 2 modèles de virulence (Le ver C. elegans et le Zebrafish). L’expulsion du phage ROSA restaure la régulation du locus isd par Fur et la production de sidérophores en absence de Fer, la formation du biofilm et la virulence des souches. La mutation du gène Fur nous a permis de déduire que le phage ROSA affectait les bactéries de manière indépendante de Fur. Enfin, nous avons étudié la prévalence des souches colonisantes sur les plaies de pieds diabétiques. Nous avons observé que 20% des souches présentait l’insertion ROSA et 89% appartenait au complexe clonal CC8. Les souches colonisantes, avec leur niveau bas de virulence, devraient faire l’objet de détection dans le but de rationnaliser l’utilisation des antibiotiques et ainsi lutter contre l’apparition de bactéries multirésistantes aux antibiotiques. / Staphylococcus aureus is an opportunistic bacterium capable of causing a wide range of severe diseases when it gains access to underlying tissues. Paradoxically, this causative pathogen is a common inhabitant of the skin microflora and colonizes the nares and other human mucosa, and as such, may be considered as a commensal colonizing organism. The genetic basis for the differences in pathogenic/colonizing potential is unknown. By performing optical maps comparisons of a collection of S. aureus strains of defined virulence potential isolated from diabetic foot ulcers at different stages, we brought to light a prophage present in colonizing-causing bacteria. The phage, namely ROSA, was localized in a hotspot region NM2 near the locus isd, the main iron surface determinant that transport iron across the bacterial wall. It induces a deregulation of the activity of the transcriptional regulator Fur involving the biofilm formation of the bacteria in response to low iron environment. It reduced also significantly the virulence of the strain in two in vivo models (the nematode C. elegans and the zebrafish). The expulsion of the phage restored the regulation of the locus isd, the siderophore production, the biofilm formation and the virulence of the strain. The mutation of the fur gene within the colonizing strain enabled us to determine that the phage ROSA affect the the bacteria in a Fur-independent manner. Finally we determined the prevalence of these colonizing strains in skin and soft tissue infections (diabetic foot ulcers). We observed that 20% (39/195) of the strains harboured this insertion and 89% belonged to the clonal complex CC8. This colonizing strain by its low virulence potential must be detected in the aim to contribute to a sounder use of antibiotic treatment, an important point in front of the increase of multidrug resistant bacteria.

Cet essai vise, d'une part, à inventorier les études portant sur l'efficacité de deux modalités de traitements, la thérapie de groupe et la thérapie familiale, sur l'adaptation psychologique d'enfants atteints du diabète de type 1 et de leur famille, et d'autre part, à les comparer entre elles ainsi que par rapport au traitement conventionnel (une rencontre de l'enfant et de son accompagnateur avec les spécialistes-médecin, infirmière, diététiste, psychologue, travailleuse sociale -et, par la suite un suivi qui permet d'assurer le contrôle métabolique). Une revue systématique de la littérature est d'abord effectuée. La méthodologie de celle-ci s'inspire du modèle de Cook (1997) qui comprend: la description des sources de données, le processus de sélection des études, l'extraction et la synthèse des données ainsi que la présentation et l'analyse des résultats. Parmi les treize études recensées, sept ont recours à la thérapie de groupe et six à la thérapie familiale. Des résultats significatifs sont mis en évidence pour trois études utilisant la thérapie de groupe avec groupe contrôle. Pour la première, la simulation du diabète par les parents dans le contexte d'une thérapie multifamiliale a pour effet d'améliorer le contrôle métabolique des adolescents tout en favorisant une attitude plus positive à l'égard du diabète. Pour la deuxième étude, une thérapie comportementale sur la gestion du stress résulte en une diminution du stress relié au diabète. Enfin, dans la troisième étude, l'enseignement de stratégies d'adaptation améliore le contrôle métabolique de l'enfant et sa qualité de vie. En ce qui concerne les six autres études ayant eu recours à la thérapie familiale, deux d'entre elles ont obtenu des résultats significatifs. La première a montré une diminution de l'intensité et du nombre de conflits spécifiques entourant le régime de vie et la relation parents-adolescent, grâce à l'amélioration des habilités de communication et de résolution de conflits. Pour la seconde, l'intervention précoce de type multidisciplinaire s'est révélée être un facteur déterminant dans l'amélioration de la relation familiale, l'assiduité aux soins et la sociabilité de l'enfant. Alors que la première a utilisé avec succès l'intervention behaviorale-systémique, la deuxième a mis à profit l'intervention de crise. Les résultats des autres études n'ont pas été jugés probants à cause principalement du manque de rigueur dans les protocoles de recherche et de l'absence d'instruments de mesure valides. À partir de ces résultats et pour pallier plusieurs des lacunes identifiées lors de l'analyse des études répertoriées notamment le manque de spécificité et de rigueur des construits et des instruments de mesure, la faible fréquence d'inclusion de la fratrie, l'absence de prise en compte des phases développementales de l'enfant dans les interventions -une approche intégratrice à la fois cohérente, souple et adaptable aux besoins spécifiques de l'enfant et de sa famille est proposée. Cette approche adopte une vision systémique (la famille étant considérée comme un tout interactif), intègre un mode d'intervention multidisciplinaire et des modèles théoriques de thérapies complémentaires afin de couvrir tant la dimension biologique que psychologique et sociale de l'enfant incluant aussi sa famille. L'intervention de crise, les suivis post-diagnostic et développementaux inclus aussi dans cette approche assureraient un ajustement adéquat des membres de la famille et garantiront un sain développement de l'enfant. Un plan sommaire d'intervention est présenté afin d'en fournir les modalités et le déroulement chronologique de celles-ci. Enfin, il va de soi que la validation de ce modèle devra passer par une évaluation rigoureuse de son applicabilité et de son efficacité considérant les lacunes et les limites des études antérieures. Cet article sera soumis à la Revue québécoise de psychologie. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Diabète de type 1, Thérapie familiale, Thérapie de groupe, Coping (stratégie d'adaptation), Intervention psychosociale, Intervention, Approche intégratrice.

Les frères et soeurs d'enfants atteints d'une maladie chronique doivent souvent composer avec des contraintes exigeantes, parfois nombreuses. De plus en plus de chercheurs s'intéressent à leur situation, particulièrement sous l'angle des problèmes qu'ils rencontrent (Berge & Patterson, 2004; Drotard & Crawford, 1985; Lobato, Faust, & Spirito, 1988). Cependant, les répercussions de la maladie sur les frères et soeurs ont surtout été examinées du point de vue des parents, ignorant les perceptions des principaux intéressés. Le diabète insulino-dépendant est une des principales maladies chroniques des enfants canadiens (Hanvey, Avard, Graham, Underwook, Campbell, & Kelly, 1994). Les symptômes physiques, de même que les soins qu'imposent le diabète, en interférant dans plusieurs aspects de la vie quotidienne des enfants atteints, ont immanquablement des effets sur leurs frères et soeurs et sur leurs parents (Barlow & Ellard, 2006). La présente étude vise à mieux comprendre ce que vivent les frères et soeurs d'enfants diabétiques en leur donnant la parole, et en faisant de la place au bien-être dans l'examen de leur expérience. Dans une optique de psychologie positive, la présente étude s'inspire de la théorie du champ perceptuel (Combs, Richards, & Richards, 1976) et de l'approche écologique du développement humain (Bronfenbrenner, 1979). Les objectifs de l'étude consistent à (a) décrire le champ perceptuel des enfants en matière d'adaptation au diabète de leur frère ou soeur en abordant les répercussions tant positives que négatives pouvant survenir, (b) analyser les perceptions des frères et soeurs quant aux échanges familiaux favorables au bien-être (Jutras, Normandeau, & Kalnins, 1997): comportements d'assistance, relations interpersonnelles positives, promotion de saines habitudes de vie, actes thérapeutiques, et (c) examiner les variations éventuelles dans les perceptions des enfants en fonction de variables individuelles ou familiales (genre, âge, revenu familial, durée du diabète, etc.). Des entrevues individuelles semi-structurées ont été menées auprès de 55 frères et soeurs (8 à 17 ans) d'un enfant diabétique. Leurs réponses ont fait l'objet d'une analyse de contenu classique (L'Écuyer, 1990) avec accords interjuges. L'analyse révèle que les enfants ont une conception du diabète relativement élaborée: ils le décrivent en abordant les soins nécessaires et les contraintes engendrées, fournissant même des explications médicales. Si les enfants identifient plusieurs conséquences négatives à la maladie (contraintes dans l'alimentation et les activités, attention parentale accrue accordée à l'enfant diabétique), ils rapportent aussi leurs principales stratégies pour les affronter: tenter de conserver un bon moral et exprimer leurs besoins à leurs parents. Les enfants se montrent sensibles à ce que vivent leurs parents et sont capables d'identifier des conséquences positives du diabète dans leur vie. Les frères et soeurs se perçoivent comme des acteurs de bien-être pour l'enfant diabétique. Le soutien et le développement personnel émergent comme perspectives dominantes dans le champ perceptuel des enfants quant à leur adaptation à la maladie. L'analyse des perceptions des enfants quant aux échanges familiaux favorables au bien-être selon l'approche de Jutras & al. (1997) indique que les comportements d'assistance et les relations interpersonnelles positives dominent. Globalement, il y a symétrie ou concordance dans les perceptions des types d'actions offertes et reçues par l'enfant, sauf pour la promotion de saines habitudes de vie avec la mère et les actes thérapeutiques avec l'enfant diabétique. L'analyse de la balance des échanges fait ressortir un surplus avec chaque parent, et un déficit avec l'enfant diabétique. L'analyse plus détaillée de la réciprocité souligne cependant que les frères et soeurs perçoivent l'apport de l'enfant diabétique à leur bien-être affectif. Les perceptions des enfants varient peu en fonction des variables examinées, sauf en ce qui concerne leur position de cadet ou d'aîné de l'enfant diabétique. Cette étude révèle l'importance particulière qu'occupent le soutien et le développement personnel dans le champ perceptuel des frères et soeurs d'enfants malades, suggérant qu'ils les associent dans un processus d'adaptation qui leur conférerait un sentiment de compétence et de valorisation. Les enfants se reconnaissent un rôle dans les soins de leur frère ou soeur diabétique et identifient la contribution de ce dernier à leur propre bien-être. Ils illustrent ainsi des mécanismes par lesquels l'acceptation de la situation, l'autocontrôle et l'altruisme peuvent se conjuguer pour faire de l'expérience des frères et soeurs d'un enfant malade une opportunité de croissance. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Bien-être, Fratrie, Diabète de type 1, Adaptation, Enfants.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Résumé: Le diabète mellitus de type 2 (DT2) est caractérisé par la présence d'une résistance à l'insuline (RI) dans la plupart des tissus et d’une diminution de sécrétion d'insuline stimulée par le glucose (SISG). Les données provenant d'études précliniques, tout comme des études expérimentales chez l'humain, supportent la notion qu'une exposition excessive des tissus maigres aux acides gras (AG) peut causer la RI ainsi qu'une diminution de la SISG, un processus généralement nommé lipotoxicité. Cependant, les mécanismes de la surexposition et d'accumulation des AG dans les tissus maigres au cours du développement du DT2 sont encore nébuleux. Les travaux de la présente Thèse ont permis de caractériser les anomalies métaboliques et fonctionnelles cardiaques du rat DT2 nourri avec une diète riche en gras et en fructose (rat HFHFS). Ce modèle présente une dysfonction systolique cardiaque associée à une diminution de l'efficacité énergétique et du captage du glucose dans le myocarde. Utilisant la tomographie par émission de positrons avec un analogue synthétique des AG (le FTHA), nous avons démontré que le captage myocardique des acides gras est normal alors que le captage des acides gras alimentaires (AGA) est fortement augmenté dans ce modèle. Ces travaux ont aussi permis de valider la technique d’administration orale du FTHA afm de mesurer la distribution tissulaire postprandiale des AGA tant chez l'animal que chez l'humain. Cette technique, la seule connue pouvant simultanément quantifier le captage des AGA dans tous les tissus du corps humain, a permis une étude chez des sujets intolérants au glucose (IGT+) démontrant que les AGA sont captés de façon préférentielle par le myocarde de ces sujets au dépend [i.e. aux dépens] d’un captage réduit dans leurs tissus adipeux blanc [i.e. blancs] (WAT). De plus, nous démontrons une relation directe entre l'augmentation du captage des AGA dans le myocarde et une diminution non symptomatique de la fraction d’éjection ventriculaire gauche chez les IGT+, confirmant ainsi chez l’humain la démonstration qui a été faite chez le rat HFHFS d’un rôle potentiel des AGA dans la dysfonction myocardique associée au diabète. Grâce à une étude de suivi des changements d’habitudes de vie avec perte de poids chez les patients IGT+, nous démontrons une amélioration importante et significative de la fonction cardiaque associée à une amélioration de l'efficacité énergétique du coeur et une diminution dramatique du captage cardiaque des AGA. Les travaux de la présente Thèse établissent de nouvelles approches permettant une évaluation de la contribution des AGA à l'exposition excessive des organes maigres aux AG. Nous avons démontré l'importance de ce processus en regard des anomalies myocardiques tant dans un modèle préclinique de DT2 que chez l'humain pré-diabétique. Nos travaux viennent élucider la relation entre la dysfonction des WAT et la lipotoxicité au sein des tissus maigres dans l'évolution du DT2. Ils mettent également en lumière les bénéfices potentiels des changements d'habitudes de vie avec perte de poids à l'égard de ces phénomènes et, ainsi, démontre [i.e. démontrent] un nouveau mécanisme de protection cardiovasculaire et métabolique de la perte de poids. // Abstract: Type 2 diabetes (T2D) is characterized by the presence of insulin resistance (IR) in most tissues and a decreased in insulin secretion stimulated by glucose (SISG). Data from preclinical studies, as well as experimental studies in humans support the notion that excessive exposure of fatty acids (FA) to lean tissue fatty acids can cause IR and a decrease in SISG, a process generally called lipotoxicity. However, the mechanisms of exposure and accumulation of FA in lean tissue during the development of T2D in humans remain unclear. The work of this thesis have characterized the metabolic and functional cardiac abnormalities in A diet induced T2D with a high fat-high fructose diet and received a small dose of streptozotocin (rat HFHFS). This model has a cardiac systolic dysfunction associated with a decrease in energy efficiency and glucose uptake in the myocardium. Using positron emission tomography with a synthetic analogue of FA (the FTIIA), we demonstrated that the myocardial uptake of non-esterified fatty acids was normal, while the uptake of dietary fatty acids (DFA) was greatly increased in this model. This work also validated the technique of oral administration of FTHA to measure postprandial tissue distribution of DFA in both animals and humans. This technique, the only one known that can simultaneously quantify the uptake of DFA in all tissues of the human body has a study in subjects with impaired glucose tolerance (1GT+) showing that the DFA are uptake preferentially by the myocardium of these subjects at the expense of human adipose tissue. In addition, we demonstrate a direct relationship between increased uptake in the myocardium of the DFA and a reduction of asymptomatic left ventricular ejection fraction in IGT+, confirming in humans the demonstration that was made in the rat HFHFS for a potential role of DFA in the myocardial dysfunction associated with diabetes. With a follow-up study of lifestyle changes with weight loss in patients with 1GT+, we demonstrate an important and significant improvement in cardiac function associated with improved energy efficiency of the heart and a dramatic decrease in the myocardial uptake of DFA. The work of this thesis establishes new approaches to assess the contribution of the DFA in excessive exposure to non-adipose tissue to DFA. We have demonstrated the particular importance of this process in relation to the metabolic and functional myocardial abnormalities in both a preclinical model of T2D and a human pre-diabetic state. Our studies are elucidating the relationship between dysfunction of white adipose tissue and lipotoxicity in lean tissue in the development of T2D. They also highlight the potential benefits of lifestyle changes with weight loss in relation to these phenomena, and thus demonstrate a new mechanism for cardiovascular and metabolic protection of the weight loss.

L'objectif de cette thèse est d'analyser l’utilité de la thermographie dans le cadre du diagnostic précoce du pied diabétique. Un protocole d'acquisition robuste des images thermiques est proposé, ainsi qu'un algorithme spécifique de traitement de ces images. Cet algorithme comporte une étape de prétraitement, suivie d'une segmentation et d’un recalage rigide. Différents paramètres sont ensuite évalués : la moyenne et l'écart type de la température de la voute plantaire de chacun des pieds droit et gauche, de même que le pourcentage des pixels pour lesquels la différence de température entre les pieds droit et gauche est supérieure à 2,2°C. Cela permet de mettre en évidence les régions en hyperthermie. Une étude clinique est menée sur une population de 85 personnes diabétiques. Ces patients sont classés sur critères médicaux dans trois groupes : risque faible, moyen ou élevé. Pour le groupe à faible risque, la température des pieds est proche de 32°C. Pour le groupe à risque moyen, elle descend à 31°C et remonte à 32°C pour le groupe risque élevé. Au stade précoce du pied diabétique, c'est-à-dire entre le risque faible et le risque moyen, la température de la surface plantaire diminue de 1°C : si ce résultat est confirmé par d'autres essais cliniques, cette information peut être utile pour le diagnostic précoce du pied diabétique. Enfin, 9 images sur les 85 étudiées révèlent une hyperthermie significative : cette indication d'hyperthermie peut être d'une aide considérable dans la prévention précoce de l'ulcère du pied et pourrait éviter des complications graves chez ces patients. / The object of the thesis is to analyze the potential of thermography in the early diagnosis of type 2 diabetic foot. The main advantages of thermography are that it is simple to use, non-invasive, contactless, non-irradiant, and fast. A robust acquisition protocol is proposed, as well as a dedicated image processing algorithm. The algorithm includes a pre-processing step, plus a segmentation and a rigid registration procedures. Various parameters are assessed: the mean and standard deviation of right and left feet plantar surfaces temperaure, as well as the percentage of pixels such that the absolute point to point temperature difference between right and left feet is greater than 2.2°C. A percentage greater than 1% indicates significative hyperthermia regions. A transversal clinical study is conducted on a population of 85 persons of type 2 diabetic foot. They are classified in one of these three groups: Low risk, Medium risk, and High risk. For the Low risk group, the mean temperature is close to 32°C. For the medium one, it goes down to 31°C, and increases for the High risk group to a value of 32°C. In the early stage of diabetic foot, i.e. from the Low risk group to Medium risk group, the plantar foot surface temperature is lowered by 1°C: if this result is confirmed by other clinical tests, this information can be useful for the early diagnosis of diabetic foot. Finally, 9 images out of the 85 show hyperthermia, mainly in the heel or toes regions. This hyperthermia indication may be of a substantial assistance in the early prevention of foot ulcer and can help in avoiding subsequent foot amputation.

La néphropathie diabétique (ND), principale cause d’insuffisance rénale chronique, est caractérisée par une dysfonction des podocytes rénaux. Cette dysfonction podocytaire peut être causée par une résistance à l’insuline induite suite à l’exposition des podocytes aux acides gras libres (AGL). L’un des mécanismes par lequel les AGL réduisent les actions de l’insuline serait l’activation de la voie de Mammalian target of rapamycin (mTOR). Les objectifs sont de caractériser les mécanismes de résistance à l’insuline par les AGL dans les podocytes et d’étudier l’implication de la voie du complexe mTORC1 menant à la ND dans un modèle de diabète de type 2. In vivo, la fonction et la pathologie rénale des souris diabétiques de type 2 (db/db) ont été évaluées. Des podocytes murins ont été cultivés pendant 96 h en conditions normales (5,6 mM, NG) ou élevées (25 mM, HG) de glucose avec ou sans palmitate (25 μM) pour les dernières 24 h. In vitro, les podocytes exposés en HG ont montré une diminution de l’activation d’Akt induite par l’insuline. Le palmitate seul a diminué de 50% l’activation d’Akt alors que la combinaison HG + palmitate a accentué cette diminution en la réduisant de 72%. Cette inhibition se ferait via la phosphorylation en sérine d’IRS1. En effet, en présence de palmitate, la phosphorylation d’IRS1 (ser307) est augmentée d’environ 2 fois. De plus, la phosphorylation d’IRS1 par le palmitate est corrélée à une augmentation de la phosphorylation de mTOR (ser2448) et de son substrat S6 (ser240/244). L’inhibition de la voie de signalisation de l’insuline par la voie mTOR serait due à l’activation de la PKC-α suite à une stimulation au palmitate. Pour ce qui est de mTORC2, la phosphorylation inhibitrice de Rictor (thr1135) augmente de 47% en présence de palmitate. In vivo, dans les souris db/db, l’augmentation des marqueurs de la ND (albuminurie, expansion du mésangium, hypertrophie du glomérule et expression de TGF-beta) est associée à une élévation de la p-mTOR, p-Rictor et de p-S6 dans les glomérules rénaux. En conclusion, le phénomène de résistance à l’insuline par les AGL dans les podocytes serait causé par l’activation de PKC-α/mTORC1 menant à la phosphorylation d’IRS1 en sérine 307, un mécanisme complémentaire aux actions de l’hyperglycémie, et contribuant de façon indépendante à la progression de la ND. De plus, l’inhibition du complexe mTORC2 contribue à la diminution de la signalisation de la voie de l’insuline. / Abstract : Diabetic nephropathy (DN) is the leading cause of chronic renal failure in diabetic patients and is characterized by the dysfunction of podocytes. Our laboratory has shown that hyperglycemia caused podocyte insulin unresponsiveness and cell death via the upregulation of PKC- and SHP-1, a tyrosine phosphatase. In contrast, free fatty acids (FFA)-induced insulin resistance in podocytes is not associated with SHP-1 expression. Thus, other signaling pathways could be implicated including the activation of the Mammalian target of rapamycin (mTOR) complexes pathway. The aim of this study was to investigate the insulin resistance mechanisms caused by FFA in podocytes leading to DN in type 2 diabetes. In vitro, cultured podocytes were exposed to normal (5.6 mmol/L; NG) or high glucose (25 mmol/L; HG) levels for 96 h and to palmitate (25 µmol/L) the last 24h with or without insulin stimulation (10 nmol/L). As previously showed, podocytes exposed to HG decreased Akt activation upon insulin stimulation. Palmitate treatment alone reduced insulin-induced Akt phosphorylation by 50% while a combination of palmitate and HG blunted Akt activation by 72%. The inhibition of Akt by palmitate was associated with the increase of PKC- activation leading to mTOR phosphorylation and its substrate S6. Moreover, the mTORC1 complex activation enhanced the serine 307 phosphorylation of IRS1 known to de-activate IRS1. Furthermore, palmitate also mediated the mTORC2 complex inhibition via the Thr1135 phosphorylation of Rictor. In vivo, the implication of mTORC1 complex in DN development was evaluated using 25 weeks old type 2 diabetes mice (db/db). Mice developed increased albuminuria, mesangial cell expansion and glomerular hypertrophy compared to non-diabetic mice, which correlated with the phosphorylation of mTOR, Rictor and S6. In conclusion, elevated FFA levels caused activation of PKC-/mTORC1 pathway and inhibition of mTORC2 leading to insulin resistance in podocytes and DN progression.

Cette thèse a pour objet l’étude de nouvelles méthodes de traitement d’image appliquées à l’analyse d’images numériques du fond d'œil de patients diabétiques. En particulier, nous nous sommes concentrés sur le développement algorithmique supportant un système de dépistage automatique de la rétinopathie diabétique. Les techniques présentées dans ce document peuvent être classées en trois catégories: (1) l’évaluation et l’amélioration de la qualité d’image, (2) la segmentation des lésions, et (3) le diagnostic. Pour la première catégorie, nous présentons un algorithme rapide permettant l’estimation numérique de la qualité d’une seule image à partir de caractéristiques extraites de la vascularisation et de la couleur du fond d'œil. De plus, nous démontrons qu’il est possible d’augmenter la qualité des images et de supprimer les artefacts de réflexion en fusionnant les informations extraites de plusieurs images d’un même fond d'œil (images capturées en changeant le point d’attention regardé par le patient). Pour la deuxième catégorie, deux familles de lésion sont ciblées: les exsudats et les microanévrysmes. Deux nouveaux algorithmes pour l’analyse des images du fond d'œil sont proposés et comparés avec les techniques existantes afin de démontrer leur efficacité. Dans le cas des microanévrismes, une nouvelle méthode basée sur la transformée de Radon a été développée. Dans la dernière catégorie, nous présentons un algorithme permettant de diagnostiquer la rétinopathie diabétique et les œdèmes maculaires en analysant les lésions détectées par segmentation d’image; à partir d’une seule image, notre algorithme permet de diagnostiquer une rétinopathie diabétique et/ou un œdème maculaire en ~ 22 secondes sur une machine à 1,6 GHz avec 4 Go de RAM; de plus, nous montrons les premiers résultats de notre algorithme de détection d'œdème maculaire basé sur des images du fond d'œil multiples, qui peut éventuellement permettre d’identifier le gonflement de la macula même si aucune lésion n’est visible. / In this Ph.D. thesis, we study new methods to analyse digital fundus images of diabetic patients. In particular, we concentrate on the development of the algorithmic components of an automatic screening system for diabetic retinopathy. The techniques developed can be categorized in: quality assessment and improvement, lesion segmentation and diagnosis. For the first category, we present a fast algorithm to numerically estimate the quality of a single image by employing vasculature and colour-based features; additionally, we show how it is possible to increase the image quality and remove reflection artefacts by merging information gathered in multiple fundus images (which are captured by changing the stare point of the patient). For the second category, two families of lesion are targeted: exudate and microaneurysms; two new algorithms which work on single fundus images are proposed and compared with existing techniques in order to prove their efficacy; in the microaneurysms case, a new Radon transform-based operator was developed. In the last diagnosis category, we have developed an algorithm that diagnoses diabetic retinopathy and diabetic macular edema based on the lesions segmented; starting from a single unseen image, our algorithm can generate a diabetic retinopathy and ma cular edema diagnosis in _22 seconds on a 1.6 GHz machine with 4 GB of RAM; additionally, we show the first results of a macular edema detection algorithm based on multiple fundus images, which can potentially identify the swelling of the macula even when no lesions are visible.

Résumé : La néphropathie diabétique (ND) est une complication microvasculaire du diabète évoluant ultimement en insuffisance rénale et l’hyperglycémie est connue comme étant l’un des facteurs de risques. De larges études cliniques, tel que le DCCT et l’UKPDS, ont montré que si le contrôle intensif de la glycémie se faisait de façon précoce, il serait possible de retarder le développement de la ND. Cependant, les résultats de l'EDIC montrent que si ce contrôle intensif se faisait plus tardivement, suite à une période d’hyperglycémie, il n’empêcherait plus sa progression. Les podocytes ont un rôle critique dans le maintien des fonctions rénales et leur apoptose corrèle de façon très spécifique avec la progression de la ND. Récemment, nous avons rapporté que SHP-1, une protéine tyrosine phosphatase, était augmentée en concentrations élevées de glucose (HG), menant à une inhibition des voies de signalisation de l'insuline. Notre hypothèse est que l’augmentation de l’expression de SHP-1 causée par l’hyperglycémie persiste même après réduction des niveaux de glucose, phénomène de mémoire hyperglycémique, causant une résistance à l'insuline, la mort des podocytes et une absence de réversibilité liée à la progression de ND. Les résultats in vivo montrent que la fonction et la pathologie rénale continuent de progresser et ce en dépit de la normalisation des niveaux de glucose avec implants d’insuline de 5 à 7 mois d’âge La progression de la pathologie corrèle avec le maintien de l’augmentation de l’expression de SHP-1, contribuant au maintien de l’inhibition des voies de l’insuline. En culture, des podocytes murins exposés en HG pendant 96 h et ensuite exposés en condition normale de glucose(NG) pour les dernières 24 h montrent une persistance de l’inhibition des voies de signalisation de l’insuline qui corrèle avec l’augmentation persistante de l’expression et l’activité phosphatase de SHP-1. L’activité des caspases 3/7 dans les podocytes est plus élevée lorsque ceux-ci sont exposés en HG qu’en NG. Le retour en NG pour les dernières 24 h n’a aucun effet bénéfique à réduire l’activité des caspases 3/7. Finalement, l’analyse épigénétique a été suggérée comme étant une explication du phénomène de mémoire hyperglycémique. La monométhylation de la lysine 4 de l’histone 3 (H3K4me1), un marqueur d’activation génique, est augmentée sur le promoteur de SHP-1 en HG et demeure élevée malgré le retour en NG pendant les dernières 24 h. En conclusion, l’hyperglycémie engendre une augmentation persistante de SHP-1 due possiblement à des modifications épigénétiques, causant le maintien de l’inhibition les voies de signalisation de l’insuline même après un retour à des niveaux normaux de glucose, contribuant à la progression de la ND. / Abstract : Diabetic nephropathy (DN) is the leading cause of end-stage renal disease. Renal podocytes apoptosis induced by hyperglycemia is an early event of DN. Clinical studies have shown that intensive blood glucose control reduced the development of DN but is not sufficient, if started late, to prevent its progression, introducing the concept of “hyperglycemic memory”. We have recently published that the tyrosine phosphatase SHP-1 is elevated in renal cortex of type 1 diabetic mice (Akita), contributing to insulin unresponsiveness and DN. We hypothesized that SHP-1 expression remains elevated regardless of systemic blood glucose normalization, and is responsible for hyperglycemic memory in podocytes leading to DN progression. In vivo contribution of SHP-1 in hyperglycemic memory was evaluated using Akita mice treated with insulin implants after 4 months of diabetes. Both urinary albuminuria and glomerular filtration rate were significantly increased in diabetic mice compared to non-diabetic mice and remained elevated despite normalization of blood glucose levels. Renal dysfunction was associated with a persistent increase of SHP-1 expression in renal cortex and inhibition of insulin action that were not normalized following insulin implants. Mouse podocytes were cultured in normal (5.6mM; NG), high glucose concentrations (25mM; HG) for 120 h or HG (96 h) followed by NG for an additional 24 h (HG+NG). We observed that Akt and ERK phosphorylation induced by insulin was inhibited in HG and were not restored despite returning glucose level to 5.6 mM after the HG period. This inhibition was associated with persistent increase of SHP-1 expression and phosphatase activity, leading to insulin signaling pathway inhibition. Moreover, caspase 3/7 activity in podocytes exposed to HG was higher than in podocytes cultured in NG and returning glucose concentrations to normal range for the last 24 h after the 96 h HG exposure had no effect on reducing caspase 3/7 activity. Epigenetic changes were studied to explain the hyperglycemic memory effect. On SHP-1 promoter, H3K4me1 levels, an activation mark, tended to be more elevated in podocytes exposed to HG and were maintained despite returning to NG levels after the HG conditions. In conclusion, hyperglycemia induces persistent and epigenetic changes of SHP-1 causing insulin unresponsiveness in the podocytes contributing to DN progression.