HNF1α (hepatocyte nuclear factor-1α) est un facteur de transcription exprimé dans le foie, le pancréas, les reins, l’estomac, l’intestin grêle et le côlon. Il a été démontré que des mutations du gène codant pour cette protéine sont associées à un diabète non insulinodépendant MODY3. De plus, les souris déficientes pour l’expression de Hnf1α souffrent d’hyperglycémie. Ces animaux mutants semblent produire de l’insuline mais présentent cependant une altération de la sécrétion de cette hormone au niveau du pancréas. Dans une précédente étude, nous avons démontré que certains marqueurs de cellules entéroendocrines impliqués dans l’homéostasie du glucose étaient modulés chez les animaux mutants comparativement aux animaux contrôles notamment la ghréline, le Gip, la somatostatine. Notre hypothèse de recherche est que la perte de Hnf1α conditionne la promotion du diabète par l’intermédiaire d’hormones intestinales. Nous avons observé, chez les animaux mutants, une augmentation de l’expression du transcrit, du nombre de cellules positives ainsi que des taux plasmatiques de ghréline. Cette hormone étant reliée à l’homéostasie du glucose, nous avons suivi les variations de la glycémie et des taux d’insuline chez nos animaux. Nous avons observé une hyperglycémie accompagnée d’une diminution des taux d’insuline chez nos animaux mutants. Ces souris présentent une prise alimentaire augmentée, une polyurie et une polydipsie élevées, symptômes connus du diabète. Le traitement de 6 jours sur les souris Hnf1α[indice supérieur -/-] avec un antagoniste commercial du récepteur à la ghréline GHSR1a, le (D-Lys3)-GHRP-6 de BACHEM®, montre un rétablissement de la glycémie proche des valeurs normales, de même qu’une augmentation significative des taux d’insuline plasmatiques des souris traitées, une diminution de la polyurie, de la polydipsie et de la glycosurie. Les souris mutantes traitées avec cet antagoniste voient leur tolérance au glucose améliorée même en cas de choc glycémique. Nous avons, enfin, documenté la régulation possible de Hnf1α vis-à-vis du gène codant pour la ghréline. Des infections lentivirales, réalisées sur des cellules MIN6 avec un shARN dirigé contre le transcrit Hnf1α, montrent une augmentation des taux d’expression du transcrit ghréline. Nous avons également mis en évidence l’interaction physique entre Hnf1α et le promoteur ghréline en plusieurs sites par des expériences d’immunoprécipitation de la chromatine. L’ensemble de ces résultats suggère que la perte de Hnf1α chez la souris joue un rôle dans la promotion de l’hyperglycémie par l’intermédiaire d’une dérégulation de la production de ghréline.

La protéine découplante 2 (UCP2) et la ghréline jouent des rôles sur la régulation du métabolisme énergétique et elles sont modulées, respectivement, par la présence d'acides gras et par les situations de bilans énergétiques négatifs. La ghréline est le ligand du récepteur sécrétagogue de l'hormone de croissance de type la (GHSR1a). Après expérimentations, il fut remarqué que les souris Ucp2 knock-out (Ucp2-/-) nourries avec une diète riche en graisse (high-fat [HF]) accumulent moins de masse grasse pour une même prise alimentaire que leurs contrôles (type sauvage [Ucp2+/+]) et ont une thermogénèse plus active. L'infusion d'un agoniste (ago) de GHSR1a chez les souris Ucp2-/- -HF entraine une augmentation du gain de poids associée à une prise alimentaire plus élevée et diminue l'activité thermogène du tissu adipeux brun comparativement aux Ucp2-/- -HF non traitées. La protéine UCP2 ainsi que l'agoniste du GHSR1a semblent donc réduire la dépense énergétique, mais de façon indépendante.

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

La ghréline, une hormone peptidique principalement synthétisée au niveau de l'estomac, est le ligand endogène du récepteur des sécrétagogues de l'hormone de croissance appelé GHS-R1a. Elle est impliquée dans de nombreux processus biologiques dont principalement la sécrétion de l'hormone de croissance et la régulation de l'homéostasie énergétique. En raison de ses propriétés orexigènes et adipogènes, la ghréline est un outil puissant pour lutter contre les déséquilibres énergétiques. Développer des antagonistes de son récepteur représente ainsi une stratégie prometteuse pour la découverte de nouvelles pharmacothérapies contre l'obésité.Cette thèse est consacrée au développement d'antagonistes du récepteur de la ghréline dont la structure est basée sur une plateforme peptidomimétique : le 1,2,4-triazole 3,4,5-trisubstitué. Notre objectif est de concilier au mieux l'affinité et l'activité de nos ligands vis-à-vis du GHS-R1a avec des propriétés optimisées permettant de favoriser une bonne biodisponibilité orale. Nous nous sommes basés sur une synthèse rapide et efficace de ces composés pour réaliser des études approfondies de relations structure-activité et structure-propriété. En optimisant successivement les différentes positions autour du motif triazole, des compromis intéressants ont été obtenus. Nous avons ainsi identifié des antagonistes affins du récepteur qui présentent une stabilité microsomale suffisante et une perméabilité membranaire satisfaisante pour envisager des études in vivo. / Ghrelin, a peptidic hormone which is mainly synthesized in the stomach, is the endogenous ligand of the growth hormone secretagogue receptor named GHS-R1a. It is involved in numerous biological processes such as the growth hormone secretion and the control of energy homeostasis. Because of its orexigenic and adipogenic properties, ghrelin is a potent tool to control energy imbalance. Developing ghrelin receptor antagonists represents a promising strategy for the discovery of anti-obesity new drugs.This thesis is devoted to the development of ghrelin receptor antagonists based on a peptidomimetic scaffold: the 3,4,5-trisubstituted 1,2,4-triazole. Our aim is to combine ligand affinity and activity towards GHS-R1a with optimized properties which enable to promote a good oral bioavailability. We based our work on a rapid and efficient synthesis of our compounds to carry out detailed structure-activity and structure-property studies. By successively optimizing the different positions around the triazole scaffold, interesting compounds were obtained. We have thus identified receptor antagonists which exhibit sufficient microsomal stability and satisfactory membrane permeability to consider in vivo studies.

Il est désormais clairement établi que la vélocité de croissance dans les premiers mois de la vie influence le risque d’apparition de maladies métaboliques, telles que l’obésité à l’âge adulte. L’un des mécanismes sous-jacents à cette programmation néonatale pourrait mettre en jeu des perturbations de l’environnement hormonal périnatal pendant des périodes critiques du développement. Cette hypothèse repose sur des travaux réalisés au laboratoire montrant que pendant le développement postnatal, des hormones telles que la ghréline et la leptine peuvent influencer le développement des circuits neuronaux impliqués dans la régulation de la prise alimentaire à l’âge adulte. Dans ce contexte, l’objectif général de ce travail de thèse a été de définir les médiateurs hormonaux par lesquels l’environnement nutritionnel périnatal peut influencer le développement de maladies métaboliques à l’âge adulte. Une attention particulière a été portée à la contribution de la ghréline et de la leptine.Pour induire une surnutrition postnatale, nous avons utilisé un modèle murin de surnutrition postnatale induit par la réduction de la taille de portées. Au troisième jour de vie post-natale, les portées ont été réduites à 3 petits (SL) pour induire une suralimentation et les portées contrôles ont conservé 7 petits. Comparées aux souris NL, les souris SL présentent un gain de poids rapide pendant la lactation, et présentent un surpoids à l'âge adulte même sous régime de nourriture standard. A l’âge adulte, les souris SL ont une adiposité et une glycémie à jeun plus élevée. Sous régime « obésogène » les souris SL présentent également une prise de poids et de graisse plus importante que les souris NL. La première partie de ces travaux a été dédiée à l’étude de la nutrition périnatale sur le développement du système ghrélinergique. Les souris SL présentent des taux réduits de ghréline total et active pedant la troisième semaine de vie post-natale. Ces diminutions des taux de ghréline sont associées à une diminution de l’expression de ghreline dans l'estomac. La normalisation de la ghrélinémie ne parvient pas à restaurer un phénotype métabolique normale chez les souris SL ce qui suggère que les souriceaux SL présenteraient une résistance a la ghréline. En accord avec cette hypothèse, les souriceaux SL présente une atténuation de la réponse centrale suite à l’injection périphérique de ghréline. Les mécanismes sous-jacents à cette résistance à la ghréline semblent mettre en jeu un défaut de transport de l’hormone via les tanycytes de l’éminence médiane. La seconde partie de mon travail de thèse a consisté à étudier l’importance de la leptine dans la programmation nutritionnelle. Etant connu que les souris SL présent des taux anormalement élevés de leptine pendant la deuxième semaine de vie postnatale, nous avons émis l’hypothèse que le blocage partiel de la leptine chez les souris SL pourrait avoir des effets bénéfiques sur le métabolisme de ces souris. Les animaux injectés néonatalement avec l’antagoniste de la leptine ne présentent pas de différences de poids par rapport aux animaux contrôles. En revanche, l’injection de l’antagoniste de la leptine chez les souriceaux SL induit une amélioration de leur masse grasse et une normalisation de leur glycémie. Cette amélioration du phénotype métabolique des souris SL est associée à un rétablissement de la sensibilité centrale à l’hormone leptine.Ainsi, les travaux réalisés au cours de ce doctorat confortent l’importance de l’environnement hormonal périnatal, en particulier de la ghéline et de la leptine, dans la programmation nutritionnelle. / Rapid weight gain after birth is associated with increased risk of metabolic disease in adulthood. This metabolic malprogramming may be mediated by endocrine disturbances during critical periods of development. Several hormones that act on hypothalamic feeding circuits in adulthood to regulate energy homeostasis, such as leptin and ghrelin, are also involved in the postnatal development of these circuits. Previous studies have shown that leptin promotes the growth of axons from the arcuate nucleus of the hypothalamus(ARH), whereas ghrelin inhibits arcuate axon growth. The aim of this thesis was to study whether accelerated growth during early postnatal life is associated with alterations in the ghrelin and leptin systems during postnatal development. Our general objective was also to examine the relative contribution of ghrelin and leptin in the metabolic malprogramming associated with neonatal overnutrition. To manipulate nutrient intake specifically during postnatal (pre-weaning) life, we manipulated litter size on postnatal day 3 by randomly distributing pups among mothers such that small litters (overfed) had 3 pups and normal litters (normal fed) had 7 pups. SL pups gained substantially more weight than NL pups during lactation, and remained overweight throughout adulthood on a standard chow diet. Adult SL mice displayed increased adiposity and and elevated fasting glucose levels. Adult SL mice also gained more weight and fat when exposed to an obesogenic diet. During postnatal development, SL pups displayed reduced total and active circulating ghrelin levels compared to NL pups, particularly during the third week postnatal week. This was associated with decreased stomach expression of ghrelin in the third postnatal week. Normalization of hypoghrelinemia in overnourished pups is relatively ineffective in ameliorating metabolic outcomes, suggesting that SL pups may present ghrelin resistance. Consistent with this idea, pups raised in small litters displayed an impaired central response to peripheral ghrelin. The mechanisms underlying this ghrelin resistance include diminished ghrelin transport into the brain.In addition to marked changes in ghrelin levels, neonatally overnourished pups also display a marked increase in circulating leptin levels during early postnatal life. To investigate whether these abnormally high levels in circulating leptin levels might be causally involved in the central leptin resistance and metabolic programming, we used a competitive leptin antagonist to partially block leptin action in SL and NL mice between P6 and 16, i.e. when when endogenous leptin levels are high in SL mice. Neonatal injection of the leptin antagonist had no effect on postnatal growth or adult body weight. However, SL pups treated with the leptin antagonist displayed a marked reduction in adult fat mass and normalized glucose tolerance and insulin sensitivity. Previous studies reported that SL exhibit early central leptin resistance. Remarkably, pretreatment with leptin antagonist significantly increased leptin-induced pSTAT3 levels in the ARH of SL pups, suggesting that neonatal leptin antagonism may normalize metabolic programming in neonatally overnourished mice by enhancing central leptin sensitivity. Together our data show that early postnatal nutrition influence the pattern of secretion of metabolic hormones and their ability to act on hypothalamic regions involved in appetite regulation. These hormonal alterations may contribute to the metabolic defects observed in subject exposed to overnutrition during early life.

La maladie de Parkinson (MP) est une maladie neurodégénérative caractérisée par trois symptômes moteurs principaux : la bradykinésie, la rigidité et le tremblement de repos. Son diagnostic définitif repose sur l’identification post-mortem d’une importante mort des neurones dopaminergiques de la substance noire (SN) et la présence de corps de Lewy dans les neurones survivants. Cette maladie progresse lentement et les premiers symptômes moteurs n’apparaissent qu’après la dégénérescence de plus de 50% de la SN. Le diagnostic clinique de MP est donc établi tardivement, réduisant ainsi la fenêtre d’action thérapeutique. De plus, les traitements actuels ne soulagent que temporairement les symptômes moteurs. Les défis de la recherche actuelle pour la MP sont donc : 1) d’anticiper le diagnostic de la MP à un stade où la SN est encore suffisamment intacte pour mettre en place des stratégies neuroprotectrices, et 2) d’améliorer les traitements actuels et/ou développer de nouvelles stratégies thérapeutiques pour stopper la progression de la maladie avant que le phénotype moteur ne soit installé. Le stade clinique de la MP est précédé d’une phase prémotrice durant laquelle les patients présentent souvent des symptômes non moteurs tels que l’anosmie, la dépression ou la constipation. Des travaux récents suggèrent que les lésions caractéristiques de la MP pourraient d’abord apparaître dans le système nerveux périphérique puis progresser lentement jusqu’au cerveau. Ces stades précoces de la MP sont cependant mal connus et leurs caractéristiques méritent d’être étudiées dans des modèles expérimentaux appropriés. Ainsi, des études récentes ont montré que la ghréline, un peptide gastro-intestinal, protège les neurones dopaminergiques de la SN contre la mort dans des modèles in vivo et in vitro de syndrome parkinsonien. De plus, dans un modèle animal de syndrome parkinsonien, la ghréline prévient l’aggravation des symptômes gastro intestinaux par la L-DOPA, traitement médicamenteux principal de la MP. Enfin, des altérations des concentrations plasmatiques de ghréline ont également été observées chez les patients aux stades précoces de la maladie. Dans ce contexte, nous avons émis l’hypothèse que la ghréline pourrait jouer un rôle important aux stades précoces de la maladie et donc être utilisée comme biomarqueur et/ou agent neuroprotecteur dans la MP. Ainsi, l’objectif de ma thèse était d’étudier les rôles de la ghréline aux stades précoces de la MP par des approches in vitro et in vivo.La première étape a consisté à déterminer les effets de la ghréline dans des cultures primaires de cellules mésencéphaliques exposées au pesticide roténone, un inhibiteur du complexe I mitochondrial connu pour son association avec la MP. Contrairement aux données de la littérature, nous montrons un effet délétère en fonction de la dose et du temps sur les cellules exposées à la roténone. Nous ne confirmons donc pas l’effet neuroprotecteur de la ghréline dans nos conditions expérimentales. En parallèle, nous avons étudié le potentiel de la ghréline en tant que biomarqueur dans un modèle murin de syndrome parkinsonien reproduisant les stades précoces de la maladie après exposition orale chronique à de faibles doses de roténone. Nous avons d’abord validé ce modèle et confirmé le développement des altérations non motrices et l’absence de mort neuronale au sein de la SN après 1.5 mois de ce régime. En revanche, nos résultats ne montrent pas de modification des taux plasmatiques de ghréline chez les souris exposées 1.5 mois à la roténone. Cependant, des facteurs tels que l’anxiété pourraient avoir affecté les taux de ghréline. Ces données devront donc être confirmées avec des animaux stratifiés selon leur niveau d’anxiété et/ou de plus longues expositions. En conclusion, nos résultats interrogent le rôle neuroprotecteur de la ghréline dans la MP et posent les bases pour de futures recherches sur l’implication de cette hormone orexigène dans la MP. / Parkinson’s disease (PD) is the second most frequent neurodegenerative disease in the world. It is characterized by motor symptoms such as bradykinesia, rigidity and resting tremor. Its definite diagnosis relies on the identification of specific neuropathological hallmarks at autopsy including severe neuronal death within the substantia nigra (SN) and the presence of Lewy bodies in the surviving neurons. PD progresses slowly and the first motor symptoms appear when more than 50% of the SN has degenerated. Therefore, the clinical diagnosis is established late in the course of the disease, thus restricting the therapeutic window for clinicians. In addition, the currently available therapeutic options can only temporarily alleviate PD motor symptoms. The challenges of current PD research are: 1) to anticipate the diagnosis and be able to identify the disease as early as possible, when the SN is still intact enough to implement a disease-modifying/neuroprotection strategy to prevent the appearance of motor symptoms, and 2) to improve current medications and/or develop new therapeutic strategies able to stop the disease before the motor phenotype is installed. The decade preceding PD clinical diagnosis is of particular interest since patients often complain about non-motor symptoms such as anosmia, depression or constipation. Moreover, recent evidences suggest that PD-characteristic lesions could first appear in the peripheral nervous system and slowly progress towards the brain. Thus PD earlier stages and their characteristics deserve better investigations using appropriate experimental models. In this regard, recent studies realized in animal and cellular models of advanced parkinsonism have suggested that ghrelin, an orexigenic peptide mainly produced in the stomach, could play a neuroprotective role in PD. Indeed, exposure to ghrelin has shown a protective effect against the neuronal death in animal and cellular models of parkinsonism. In addition, in a rodent model of parkinsonism, ghrelin was shown to alleviate the L-DOPA-induced worsening of gastro-intestinal symptoms, L-DOPA being the current main therapeutic option in PD. Moreover, ghrelin plasma concentrations have shown alterations in early stages of the disease in small cohorts of PD patients. We therefore hypothesized that ghrelin might play an important role in PD early stages and could serve as a biomarker and a neuroprotective agent in PD. In this context, the aim of my PhD was to investigate the roles of ghrelin in PD early stages using both in vitro and in vivo approaches.We first studied the effects of ghrelin in primary mesencephalic cells exposed to the pesticide rotenone, a potent inhibitor of mitochondrial complex I known for its association with PD. Contrary to the data of the literature, we show a dose and time-dependant deleterious effect of ghrelin on mesencephalic cells exposed to rotenone. This does not confirm the neuroprotective potential of ghrelin in our experimental conditions. In parallel, we investigated the potential of ghrelin as a biomarker in a rodent model of parkinsonism mimicking early stages of the disease after chronic oral exposure to low doses of rotenone. We first validated this model in our animal facility and confirmed that mice exposed to such a regimen develop progressive non-motor alterations but no dopaminergic neuronal death in the SN after 1.5 months. Our initial results do not show a modification of plasma ghrelin levels in rotenone-exposed mice at early stages of the pathological condition. However, confounding factors such as anxiety might have altered ghrelin levels. This should therefore be further ascertained in animals stratified for their anxiety levels and/or in longer exposures. In conclusion, these results challenge the suggested role of ghrelin as a disease-modifying agent in PD and set the bases for future investigations of ghrelin in the context of PD.

Confidentiel / Confidentiel

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La réduction des excursions glycémiques postprandiales a été proposée comme un moyen pour limiter le risque de développement du diabète de type 2. L'intérêt s'est donc porté sur les outils nutritionnels susceptibles de moduler la biodisponibilité des glucides et ainsi leur impact sur la glycémie postprandiale. Les travaux réalisés au cours de cette thèse avaient pour but d'étudier les effets de différents ingrédients modifiant la biodisponibilité du glucose, non seulement sur la glycémie postprandiale à court terme (2 heures) mais aussi sur les cinétiques du débit d'apparition et de disparition de glucose (total, exogène et endogène - isotopes stables) et les autres paramètres métaboliques de la phase postprandiale au cours de la journée. Dans la première étude (β-glucanes), nous avons montré que l'addition de fibres β-glucanes à un repas glucidique chez des sujets sains en surpoids ralentit l'absorption du glucose dans le plasma. Ceci a prolongé la réponse insulinique et par conséquent l'inhibition de la lipolyse et de la production endogène de glucose. Dans la deuxième étude (Eurostarch), nous avons montré que la diminution de la biodisponibilité du glucose au petit-déjeuner (amidon lentement digestible, index glycémique bas) diminue l'apparition du glucose exogène dans le plasma et pourrait avoir un effet second-repas chez des sujets sains en surpoids. Mais nous n'avons pas mis en évidence d'amélioration de ces effets métaboliques à plus long terme (5 semaines). Dans la troisième étude présentée (Nutriose), nous avons montré que l'addition de dextrine résistante NUTRIOSE®10 (fermentescible) au petit-déjeuner chez des sujets sains, diminue les réponses glycémiques, insuliniques postprandiales et le profil de ghréline au cours de la journée (en comparaison à une maltodextrine). En parallèle, la prolongation observée de la fermentation et l'oxydation du NUTRIOSE®10 pourraient fournir de l'énergie en phase postprandiale tardive. En conclusion, l'analyse des paramètres métaboliques au-delà de 2 heures après le repas, a permis de mettre en évidence les effets métaboliques à plus long terme de la modulation de l'apparition du glucose dans le plasma (ralentissement, prolongation, réduction) sur les cinétiques du glucose, la réponse insulinique, la lipolyse et l'oxydation des substrats

La ghréline est une hormone de 28 acides aminés, synthétisée principalement par l'estomac. D'abord identifiée comme un sécretagogue de l'hormone de croissance, elle joue également un rôle central dans la prise alimentaire, la glycémie ainsi que dans certains processus liés à l'addiction. Ces effets sont médiés par un récepteur couplé aux protéines G : le GHS-R1a (Growth Hormone Secretagogue Receptor). Ce récepteur possède une activité constitutive élevée et un réseau de signalisation intra-cellulaire relativement complexe via l'activation de β-arrestines et de différentes isoformes de protéines G (Gq, Gi/o, G12/13). Compte tenu de ces multiples effets, les ligands du GHS-R1a présentent un intérêt thérapeutique certain.Cette thèse est consacrée au développement d'antagonistes et d'agonistes inverses du hGHS-R1a, dont la structure est basée sur le motif 1,2,4-triazole 3,4,5-trisubstitué. Grâce à une étude successive des différents substituants de cette plateforme peptido-mimétique nous avons identifié des antagonistes d'affinités nanomolaires ainsi que des agonistes inverses possédant une efficacité significative. Ces composés paraissent donc être des candidats intéressants pour des études in vivo sur des modèles de prise alimentaire ou d'addiction. D'autre part, une étude pharmacologique sophistiquée, menée sur nos composés, a démontré qu'il est possible d'obtenir des ligands biaisés sur la base du motif triazole. Ces résultats fournissent de nouvelles informations sur la sélectivité fonctionnelle du GHS-R1a. Ainsi, associés à des études in vivo complémentaires, ces données pourraient être précieuses pour la conception de nouveaux médicaments possédant des effets secondaires limités. / Ghrelin is a hormone of 28 amino acids, mostly synthesized in the stomach. Firstly identified as a growth hormone secretagogue, this peptide is also involved in food intake, blood glucose and in some processes related to addiction. Ghrelin effects are mediated by a G protein-coupled receptor: GHS-R1a (Growth Hormone Secretagogue Receptor). This receptor has a high constitutive activity and a complex intra-cellular signaling network via the activation of β-arrestin and different isoforms of G protein (Gq, Gi / o, G12 / 13). Given these multiple effects, ligands of GHS-R1a have a therapeutic interest.This thesis is devoted to the development of antagonists and inverse agonists of hGHS-R1a whose structure is based on the 3,4,5-trisubstituted 1,2,4-triazole scaffold. Thanks to a successive study of the various substituents of the peptidomimetic platform we identified antagonists with nanomolar affinity and inverse agonists with a significant efficiency. These compounds appear to be attractive candidates for in vivo studies on food intake or addiction models. On the other hand, a sophisticated pharmacological study, conducted on our compounds, has demonstrated that it is possible to obtain biased ligands based on the triazole motif. These results provide new informations about the functional selectivity of GHS-R1a. Thus, these data, combined with additional in vivo studies, could be useful for the design of new drugs with limited side effects.