L’homéostasie énergétique ou ‘balance énergétique’ est l’équilibre qui s’établit chez l’Homme et l’animal adulte entre la prise quotidienne de nutriments sous la forme de glucides, de lipides ou de protéines et leur oxydation pour ne produire que la quantité énergétique strictement nécessaire. Pour maintenir cette balance l’organisme doit recueillir en permanence des signaux nerveux, métaboliques ou hormonaux de la part de cellules spécifiques. Ces senseurs des besoins énergétiques transmettent alors à des centres régulateurs leurs informations qui en retour, par voie hormonale ou nerveuse, informent les organes effecteurs des mesures à prendre pour stocker, produire ou consommer l’énergie. Les trois principaux centres de cette balance sont 1/ le cerveau, centre intégrateur de l’information ; 2/ un groupe d’organes effecteurs parmi lesquels le foie, le tissu adipeux, les muscles squelettiques, le pancréas et 3/ un centre senseur de la qualité et de la quantité des aliments, le tractus gastrointestinal (Migrenne 2006). En plus d’être la source d’énergie nécessaire à la vie des cellules, les nutriments tels que les acides gras, le cholestérol ou encore le glucose sont aussi des molécules de signalisation cellulaire à la fois par leur fixation à des récepteurs membranaires mais aussi via des récepteurs nucléaires. Un déséquilibre dans l’homéostasie énergétique dû à une alimentation déséquilibrée, à un manque d’exercice physique ou à des facteurs génétiques est une caractéristique de l’obésité et de complications telles que le diabète de type 2 et les maladies cardiovasculaires (Hill, 2006). Au cours de ma thèse je me suis intéressé à l’intestin pour son rôle de régulateur de l’homéostasie énergétique dans un contexte physiologique ou physiopathologique d’obésité via sa capacité à sécréter l’incrétine Glucagon-Like Peptide-1 (GLP-1) en réponse au glucose et aux acides biliaires. J’ai étudié plus particulièrement le rôle du récepteur nucléaire en tant que senseurs moléculaires des acides biliaires FXR dans les cellules sécrétrices de cette incrétine car à l’heure actuelle rien n’était connu quant à son rôle ni même quant à son expression dans la cellule L. Pour cela, j’ai utilisé des lignées cellulaires murines et humaines où j’ai mis au point les conditions expérimentales pour répondre aux questions posées. Grâce à des ARN d’intestins issus de différents modèles de souris la relevance chez le rongeur a été testée. La relevance de ces résultats sur des biopsies intestinales humaine a également été testée. Grâce à ces outils, j'ai pu montré que FXR dans les cellules L était fonctionnel et que son activation interférait avec la voie de la glycolyse entrainant moins de synthèse et de sécrétion de GLP-1. Cela nous a permis de proposer un nouveau mécanisme moléculaire par lequel les séquestrants des acides biliaires exercent leur effets bénéfiques chez des patients atteints de diabète de type 2. / Originally identified as dietary lipid detergents, bile acids (BA) are now recognized as signaling molecules which bind to the transmembrane receptor TGR5 and the nuclear receptor FXR (Farnesoid X Receptor). Upon binding to TGR5 at the surface of enteroendocrine L cells, bile acids (BA) promote the secretion of the incretin GLP-1 which potentiates the glucose-induced insulin secretion by pancreatic beta-cells. More than 50% of the insulin secretion in response to glucose is mediated by GLP-1 and the other incretin Glucose-dependent Insulinotropic Polypeptide (GIP). Once secreted, GLP-1 is rapidly (2-3 minutes) degraded by the endothelial enzyme Dipeptydil Peptidase 4 (DPP4). GLP-1 analogues and DPP4 inhibitors are successfully used for the treatment of T2D. FXR is a ligand-activated nuclear receptor highly expressed in the liver and in the distal intestine. FXR controls BA, lipid and glucose metabolism. Whether FXR is expressed, functional in intestinal enteroendocrine L cells and in which extend its activation affects GLP-1 production are not yet reported. Encouraging data were obtained during my M2 training course. The aim of my thesis was thus to assess whether FXR in enteroendocrines cells could participate in the control of the deregulation of glucose homeostasis. Multiple in vitro, ex vivo and in vivo human and murine models allowed us to show that FXR is present and functional in L cells. FXR activation decreases GLP-1 production and secretion in L cells by inhibiting glycolysis pathway through an interference with the carbohydrate responsive transcription factor ChREBP. Finally, I identified an additional mechanism of action of the bile acid sequestrant Colesevelam, a molecule currently successfully used in USA for treating type 2 diabetic patients.

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

Les maladies métaboliques sont en pleine expansion dans nos sociétés actuelles et constituent un enjeu de santé publique majeur. Les antécédents familiaux, l'environnement et les habitudes de vie de l'individu vont jouer un rôle dans la susceptibilité à certains de ces désordres métaboliques. Sur la base de données épidémiologiques, un lien a été établi entre environnement durant les premières phases de la vie et survenue de pathologies à l'âge adulte conduisant au concept de DOHaD. L'objectif de ce travail était d'étudier, à partir d'un modèle murin, les conséquences de l'exercice physique quotidien de la mère pendant la gestation ou la lactation sur la composition corporelle, la fonction pancréatique et la gestion des substrats énergétiques de la descendance à plus ou moins long terme. L'entraînement maternel avant et pendant la gestation est associé à des modifications de la structure et de la fonction du pancréas de la descendance et semble modifier sa gestion des substrats énergétiques à tous les âges. L'exercice de la mère est également associé à une moindre prise de poids de la descendance et limite sa prise de masse grasse lorsqu'elle est soumise à un régime gras et sucré. L'exercice physique de la mère durant la lactation va modifier la composition du lait et la fonction pancréatique de la descendance. Cependant, il est associé à une augmentation du poids corporel de la descendance adulte mais semble la protéger contre l'insulino-résistance induite par la séparation maternelle. La pratique d'un exercice physique quotidien pendant la gestation et/ou la lactation semble donc modifier le développement et la maturation de certains organes (pancréas, tissu adipeux, foie, muscle squelettique) de la descendance ainsi que sa gestion des substrats énergétiques. Les conséquences de cet entraînement maternel sur la descendance vont être plus ou moins bénéfiques selon son âge et selon son environnement nutritionnel. Ce travail de thèse vient compléter les travaux menés dans le cadre des DOHaD et renforce l'idée que l'environnement lors des premières phases de la vie va avoir des conséquences à plus ou moins long terme sur la santé de l'individu. / Prevalence of metabolic diseases is growing up in our modern societies and constitutes a major public health concern. Family history, environment and lifestyle play a role in the susceptibility to several metabolic disorders. Based on epidemiological data, a link has been established between the environment during the first stages of life and diseases occurrence in adulthood leading to the concept of DOHaD. The aim of this work was to study, using a murine model, the effect of daily maternal exercise during gestation or lactation on offspring body composition, pancreatic function and energy substrates handling on a short- and a long-term basis. Maternal training before and during gestation is associated with changes in offspring pancreas structure and function and in energy substrates handling at all ages. Maternal exercise also decreases offspring body weight gain and fat mass gain when exposed to a high-fat/high sucrose diet. Maternal physical exercise during lactation modifies milk composition and offspring pancreatic function. However, it is associated to an increase in offspring body weight in adulthood but seems to protect against the insulin resistance induced by maternal separation. In conclusion, daily physical exercise during gestation and/or lactation modifies offspring organs development and maturation (such as pancreas, adipose tissue, liver, skeletal muscle) and its energy substrates handling. Maternal training consequences on offspring can be either beneficial or deleterious depending on its age and on its nutritional environment. This work is complementary to studies conducted in the framework of the DOHaD concept and strengthens the idea that the environment during the first stages of life will have short- to long-term impacts on the health of the individual.

Les glucides sont omniprésents dans la nature et jouent un rôle clé dans divers processus de reconnaissance moléculaire. Nous avons réalisé la conception et la synthèse de quatre types de dérivés glucidiques qui se divisent en 4 chapitres. Le le` chapitre est consacré à la synthèse d'analogues C glycosidiques de l'arbutine, une hydroquinone glycosylée, inhibiteur de la tyrosinase utilisé pour le blanchissement de la peau. Le 2è' chapitre concerne la synthèse d'analogues C glycosidiques de la vitamine E avec comme objectif d'améliorer ses propriétés antioxydants. Le 3e' chapitre est consacré à la synthèse des glycosides photolabiles pour la réalisation de glycopuces. Via l'ouverture régiosélective du 4,6 0 (o nitro)benzylidene des methyl glycopyranosides, suivie d'une C 4 épimerization, plusieurs 6 0 (o nitro)benzyl glycopyranosides ont été préparés. Enfin, le chapitre 4 est consacré à la synthèse des C glycosyl amino acides comme inhibiteurs potentiels de PTP 1B, cible potentielle pour le traitement du diabète de type II. Les résultats biologiques montrent que ces molécules inhibent l'enzyme avec IC50 de l'ordre de micromolaire.

Reproduction de : Thèse d'exercice : Médecine : Nancy 1 : 2006. / Titre provenant de l'écran-titre.

Les recommandations émises afin de favoriser l'optimisation du profil de risque cardiovasculaire sont très précises concernant les apports en lipides. Toutefois, les données concernant les glucides sont moins spécifiques. L'indice glycémique (IG) et la charge glycémique (CG) constituent des outils intéressants pour évaluer le type et la quantité de glucides consommés. Les objectifs de ce mémoire de maîtrise sont d'une part, de vérifier si 1TG et la CG sont associés à l'activation endothéliale et d'autre part, d'évaluer les bénéfices d'une diète à faible IG en prévention secondaire. Aucune association significative n'a été observée entre 1TG ou la CG de la diète et les molécules d'adhésion plasmatiques chez des hommes présentant de l'obésité abdominale. De plus, nous avons noté des bénéfices similaires au niveau du profil de risque cardiovasculaire suite à l'enseignement d'une diète faible en gras ou à faible IG chez des patients atteints ou à au risque de MCV.

Un intérêt croissant est porté à la préparation de glucides polyfluorés. Le remplacement de fonctions hydroxyles par des atomes de fluor sur des squelettes d'hexoses pourrait permettre de découvrir de nouvelles molécules aux propriétés uniques. Les glycomimétiques fluorés sont des outils précieux pour l’étude de divers processus biochimiques. Dans nos activités de recherches visant à l’élaboration de nouvelles voies d’accès aux glucides fluorés, nous avons décrit la synthèse d’une série de galactopyranosides mono- et polyfluorés. Le défi synthétique que cela représente, associé à la rareté de certains de ces composés, nous a incités à évaluer leur profil biologique sur une protéine galactophile modèle, la PA-IL, qui est un facteur de virulence de Pseudomonas aeruginosa. Ces travaux de recherche ont porté sur la synthèse d'inhibiteurs d’intérêt pharmaceutique de faibles poids moléculaires qui contournent les inconvénients généralement associés aux oligosaccharides naturels. Seul un nombre limité de glucides fluorés ont été utilisés dans des études biologiques en raison de la difficulté inhérente à leur préparation. Cela nous a poussés à développer diverses voies de synthèse stéréosélectives de dérivés de sucres polyfluorés. Une grande diversité moléculaire a été obtenue grâce à une méthode de synthèse utilisant une approche Chiron à partir de lévoglucosan peu coûteux, processus qui est détaillé dans la présente thèse. Est décrite ici la préparation de composés fluorés dérivés d'hexopyranoses, de glycocluster, disaccharidiques, de glycopeptides et de glycoconjugué d'acide lipoïque. Des analyses structurales et des études RMN ont permis de confirmer la configuration et la conformation des molécules fluorées synthétisées. Certaines propriétés physico-chimiques comme la lipophilie ont été mesurées et l’influence de la stéréochimie relative des atomes de fluor contigus a pu être évaluée. Ces résultats mettent clairement en évidence les défis liés à la préparation de molécules organiques complexes polyhalogénées et ouvrent la voie à de nouveaux outils pertinents pour la chimie médicinale. / There is a growing interest in the preparation of polyfluorinated carbohydrates. The replacement of hydroxyl groups by fluorine atoms on hexopyranoside scaffolds may allow access to the discovery of new chemical entities possessing unique properties. Fluorinated glycomimetics are invaluable tools to study various biochemical processes. As part of ongoing activities toward the preparation of fluorinated carbohydrates, the synthesis of a series of mono- and polyfluorinated galactopyranosides is described. The synthetic challenge they present combined with the scarcity of some of these compounds prompted us to evaluate their biological profile on a model galactophilic protein, PA-IL, a virulence factor from Pseudomonas aeruginosa. This research focused on the chemical synthesis of “druglike” low-molecular weight inhibitors that circumvent drawbacks typically associated with natural oligosaccharides. A limited number of fluorinated carbohydrates have been used in biological investigations because of the challenge they present. This encouraged us to develop diverse synthetic routes towards the stereoselective synthesis of polyfluorinated sugars derivatives. Hence, we report the synthesis of various heavily fluorinated compounds using a Chiron approach from inexpensive levoglucosan. A rich molecular diversity has been achieved, and herein is described the preparation of heavily fluorinated hexopyranoses derivatives, glycocluster, disaccharides, glycopeptides and lipoic acid glycoconjugate. Structural analysis and NMR studies confirm the configuration and conformation for fluorinated carbohydrate analogs, and some physicochemical properties, such as lipophilicities, have been measured and corroborated with the relative stereochemistry of multi-vicinal fluorine atoms. These results clearly highlight challenges related to the preparation of polyhalogenated complex organic molecules and pave the way to access novel medically relevant tools.

Plusieurs études ont démontré que la consommation d’un repas à indice glycémique bas (LGI) avant un exercice physique favorisait l’oxydation des lipides, diminuait les épisodes d’hypoglycémie et améliorait la performance. Par contre, d’autres recherches n’ont pas observé ces bénéfices. Le but de cette étude consiste à démontrer l’impact de l’ingestion de déjeuners avec différents indices glycémiques (IG) sur la performance en endurance de cyclistes de haut niveau. Dix cyclistes masculins ont complété trois protocoles attribués de façon aléatoire, séparés par un intervalle minimal de sept jours. Les trois protocoles consistaient en une épreuve contre la montre, soit trois heures après avoir consommé un déjeuner à indice glycémique bas ou élevé contenant 3 grammes de glucides par kg de poids corporel, soit à compléter l’exercice à jeun. Les résultats obtenus pour le temps de course montrent qu’il n’y pas de différence significative entre les protocoles. Par contre, on observe que le nombre de révolutions par minute (RPM) est significativement plus élevé avec le protocole à indice glycémique élevé (HGI) (94,3 ± 9,9 RPM) comparativement au protocole à jeun (87,7 ± 8,9 RPM) (p<0,005). Au niveau de la glycémie capillaire, on observe que durant l’exercice, au temps 30 minutes, la glycémie est significativement supérieure avec le protocole à jeun (5,47 ± 0,76 mmol/L) comparé à HGI (4,99 ± 0,91 mmol/L) (p<0,002). Notre étude n’a pas permis de confirmer que la consommation d’un repas LGI avant un exercice physique améliorait la performance physique de façon significative. Cependant, notre recherche a démontré que la diversité des protocoles utilisés pour évaluer l’impact de l’indice glycémique sur la performance physique pouvait occasionner des variations positives dans les temps de courses. Par conséquent, il s’avère nécessaire de faire d’autres recherches qui reproduisent les situations de compétition de l’athlète soit la course contre la montre. / Many studies have shown that the consumption of a low glycemic index (LGI) meal before exercise promotes lipid oxidation, thus lowering the amount of hypoglycemic occurrence and improving physical performance. However, other studies have not observed such benefits. The objective of this study is to demonstrate the impact of ingesting various glycemic index (GI) breakfasts on the endurance performance of high-level cyclists. Ten men completed three randomly allocated protocols, and each was separated by a time interval of a minimum of seven days. Each protocol was composed of a time trial, where a measure was taken three hours either after consuming a breakfast of low or high glycemic index containing three grams of glucose per kg of body weight, or after completing exercise while fasting. The race time results demonstrated that there were no significant differences between the protocols. However, the number of revolutions per minutes (RPM) was significantly higher with the high glycemic index level protocol (94,3 ± 9,9) in comparison to the fasting protocol (87,7 ± 8,9) (p<0,005). Furthermore, the capillary glycemic profile showed that, during exercise at 30 minutes, blood glucose level was significantly higher in the fasting protocol (5,47 ± 0,76 mmol/L) in comparison to the high glycemic index (HGI) protocol (4,99 ± 0,91 mmol/L) (p<0,002). Our study did not confirm that the consumption of a LGI meal before physical exercise significantly improves physical performance. Yet it demonstrated that the diversity of protocols used to evaluate the impact of glycemic index on physical performance could generate positive impact during the race time. Therefore, there is a need to conduct further research that can reproduce athletic competition situations, such as time trials.

Dans un contexte de limitation de l'utilisation des pesticides, une voie de recherche prometteuse porte sur le déterminisme environnemental actionnant les mécanismes de défense de la plante, entre autres, la production de métabolites secondaires. L'objectif de mon travail de thèse a été d'étudier le compromis entre croissance et défense (métabolisme primaire vs. secondaire) dans les tissus de la plante saine ou attaquée par différents bioagresseurs, sous différentes conditions de disponibilité en ressources. Pour cela, nous avons mesuré différents paramètres de croissance, les ratios C/N des tissus, les concentrations en principaux métabolites primaires (glucides simples, amidon) et en composés de défense (acide chlorogénique, rutine, kaempferol-rutinoside et tomatine) dans différents organes de tomate en culture hydroponique en serre ou phytotron. Nous avons observé que les variations des ratios C/N total et de ressources sont positivement corrélées à celles de nombreux composés de défense quelle que soit leur composition en N et C. De plus, nous avons montré qu'en présence d'un bioagresseur, les concentrations des composés primaires et secondaires ne suivent pas la même évolution selon leur nature. La synthèse de caffeoyl putrescine est fortement induite lors de l'attaque par P. syringae alors que la concentration en acide chlorogénique est diminuée. L'inoculation de P. syringae réduit les concentrations en glucose et fructose alors que P. corrugata stimule leur synthèse. Enfin, nous avons observé qu'une faible disponibilité en azote altère le développement de P. syringae, P. corrugata et Tuta absoluta mais favorise le développement de Botrytis cinerea. Nos résultats ont montré que le ratio C/N est un indicateur fiable du compromis croissance/défense dans le cas d'une plante saine. Dans le cas d'une plante attaquée, la répartition des ressources entre les différents métabolites varie en fonction du bioagresseur. Et chaque bioagresseur réagit de façon différente aux variations de disponibilité en azote de la plante. La maîtrise des conditions de culture apparaît comme un levier agronomique pertinent pour raisonner la lutte contre les bioagresseurs même s'il est difficile d'appliquer des règles générales sur l'interaction plante/environnement/bioagresseurs / Nowadays, limiting the use of pesticides is mandatory. A promising way for research deals with the environmental determinism of plant defence mechanisms, among others, production of secondary metabolites. The aim of my PhD work was to study the trade-off between growth and defence (primary vs. secondary metabolism) in healthy plant tissues or attacked by different pests, under different conditions of resources availabilities. We measured different growth parameters, C:N ratios of tissue, concentrations of main primary metabolites (simple carbohydrates, starch) and defence metabolites (chlorogenic acid, rutin, kaempferol-rutinoside and tomatine) on healthy or attacked tomato plant grown in hydroponic culture in greenhouse or phytotron. We observed that variations of total and resources C:N ratios were positively correlated to that of several defence compounds whatever their composition in carbon and nitrogen. Moreover, we showed that, during pests attack, concentrations of primary and secondary metabolites did not follow the same evolution, depending on their nature. Caffeoyl putrescine synthesis was strongly induced by P. syringae inoculation whereas chlorogenic acid concentration decreased. Inoculation of P. syringae induced a strong decrease of concentration of glucose and fructose whereas inoculation of P. corrugata enhanced their synthesis. We observed that a low N availability alters the development of P. syringae, P. corrugata and Tuta absoluta but promotes the development of B. cinerea. Our results showed that C:N ratio is a reliable indicator of the trade-off between growth and defence in the case of healthy plant. In attacked plant, the resources allocation between different metabolites varies with pests. And each pests reacts specifically to changes of N availability for the plant. Control of culture conditions appears to be a relevant agronomic tool to monitor the control of pests even if it is difficult to apply general rules to the interaction plant/environment/pests

L'épilepsie affecte environ 1% de la population. Il s'agit d'une maladie où les crises d'épilepsie surviennent de façon spontanée et imprévue. La prise en charge de ces crises peut se faire par des antiépileptiques, mais dans environ 20 à 30% des cas, les épilepsies ne répondent pas ou peu aux médicaments. Il s'agit alors d'épilepsies pharmacorésistantes. Un des traitements de recours utilisé pour la prise en charge de ces épilepsies est le régime cétogène. Le régime cétogène consiste à apporter une large quantité de lipides, pour une faible quantité de protéines et de glucides. Le régime possède des propriétés anticonvulsivantes, décrites chez l'Homme et le rongeur, mais les mécanismes d'action restent inconnus à ce jour. Plusieurs mécanismes ont été suggérés tels que : les propriétés anticonvulsivantes des corps cétoniques, la modulation de la neurotransmission, la modulation de l'excitabilité cérébrale via la modulation de canaux ioniques tels que les KATP. L'implication des acides gras poly-insaturés (AGPI) a également été suggérée. Ceux-ci pourraient moduler la fluidité membranaire, l'activité des canaux ioniques ou encore les voies de l'inflammation. Notre hypothèse de travail a été d'explorer des voies supposées être impliquées dans les propriétés anticonvulsivantes du régime cétogène. Nous nous sommes intéressés aux AGPI et à l'activation des récepteurs nucléaires PPAR-alpha (peroxisome proliferator-activated receptor alpha) en comparaison au régime cétogène. Nous avons utilisé un modèle murin d'état de mal épileptique (lithium-pilocarpine) et l'induction de crises épileptiques avec mesure du seuil au pentylènetétrazole.<br />Dans un premier temps, nous avons administré per-os, pendant 4 semaines un mélange d'AGPI contenant 70% d'oméga-3 et 25% d'oméga-6 à des rats Wistar. Les animaux ayant reçu la complémentation alimentaire par des AGPI présentaient une augmentation du seuil au PTZ comparable à celle obtenue chez les animaux ayant reçu un régime cétogène. Les animaux supplémentés par les AGPI ou ayant reçu le régime cétogène présentaient des variations plasmatiques en AGPI concernant l'acide arachidonique, l'acide alpha linolénique et l'acide eicosapentaenoïque. Aucune modification du statut nutritionnel ou des phospholipides cérébraux membranaires n'était retrouvée. Dans un second temps, nous avons administré pendant 14 jours de la nourriture contenant 0,2% de fénofibrate (agoniste des récepteurs PPAR-alpha) à des rats Wistar. Le traitement par 0,2% de fénofibrate conduisait à augmenter le seuil au PTZ et retarder le début de l'état de mal épileptique dans le modèle lithium-pilocarpine. Ces résultats étaient comparables à ceux obtenus avec le régime cétogène. En revanche le traitement associant le régime cétogène et le fénofibrate ne conduisait pas à moduler le seuil au PTZ chez les animaux.<br />Ces travaux ont permis de montrer que les AGPI ont des propriétés anticonvulsivantes, comparables à celles du régime cétogène. Ces propriétés anticonvulsivantes ont également été retrouvées suite à l'activation des récepteurs nucléaires PPAR-alpha par le fénofibrate. Les propriétés anticonvulsivantes portées par les AGPI ne sont pas liées à une variation de la composition des membranes cellulaires cérébrales en phospholipides. Les récepteurs nucléaires PPAR-alpha modulent quant à eux de nombreuses voies (métaboliques, inflammatoires, stress oxydant) via des variations d'expression génique et peuvent être activés par les AGPI. L'implication de ces différentes voies dans l'efficacité anticonvulsivante du fénofibrate, reste à explorer. Ces résultats, s'ils sont confirmés par des études complémentaires dans d'autres modèles, laissent penser qu'une simplification du régime cétogène pourrait être envisagée via l'utilisation des AGPI et/ou via l'activation des récepteurs nucléaires PPAR-alpha