Le Système Nerveux Central (SNC) est un acteur majeur de la régulation de l’homéostasie énergétique, intégrant différents signaux nerveux, hormonaux ou nutritionnels. Le métabolisme lipidique joue un rôle essentiel notamment dans la détection des signaux lipidiques, et les enzymes y participant sont donc fortement impliquées dans la régulation de ces signaux et leur expression est cruciale au bon équilibre énergétique. La Lipoprotéine Lipase (LPL), enzyme clé de l'hydrolyse des triglycérides, nous est apparue comme une cible de choix dans la mesure où elle est exprimée dans différentes structures cérébrales comme l'hippocampe ou l'hypothalamus. L'hypothalamus a été identifié depuis de nombreuses années comme un centre de régulation de la prise alimentaire et donc de l'équilibre entre entrées et dépenses d'énergie. Ainsi, il est apparu comme légitime que de s'intéresser plus précisément au rôle de la LPL hypothalamique et son implication dans la régulation de l'homéostasie énergétique.L'objet de cette thèse a donc été d'étudier, dans un premier temps, les effets d'une délétion de LPL dans le VMH, réalisée grâce à une injection d'un AAV2/9 exprimant la Cre recombinase chez des souris LPL lox/lox âgées de 8 semaines. La diminution de l'activité LPL dans le VMH conduit au développement d'une obésité au bout de 3 semaines post-injection, ainsi qu'au développement d'une intolérance au glucose, d'une résistance à l'insuline ainsi qu'une diminution de l'activité locomotrice.Ce phénotype est dû à une diminution transitoire de la quantité de céramides synthétisées par l’enzyme CerS1 au sein de l'hypothalamus durant les semaines qui suivent l'injection et qui perturbent la signalisation homéostatique. Il apparait également que le système endocannabinoïde pourrait être impliqué dans la mise en place de ce phénotype. Les caractéristiques de ce phénotype rappelant celles d'un état de torpeur, nous avons cherché dans la deuxième partie de ce travail de thèse, à reproduire celui-ci pour pouvoir étudier plus précisément les liens et les conséquences entre torpeur et lipases cérébrales. Nous avons donc exposés les animaux à 4°C pendant 4 heures et étudié les répercussions de ce stress thermique sur les gènes des lipases centrales ainsi que ceux du rythme circadien : nous avons pu mettre en évidence une modification du rythme circadien. Nous avons également exposé des animaux délétés en LPL hypothalamique et pu établir que cette délétion centrale en LPL modifie la thermogenèse du tissu adipeux brun ainsi et favorise le développement du tissu adipeux beige. Ce travail de thèse a donc permis de mettre en lumière pour la première fois l'implication de la LPL hypothalamique dans la régulation de l'homéostasie énergétique ainsi que son rôle dans la réponse adaptative à une exposition aiguë au froid. / The Central Nervous System (CNS) is a major actor in the energy balance regulation, integrating different nervous, hormonal or nutritional signals. The lipid metabolism plays an essential role especially in the detection of lipid signals. So, the enzymes taking part in it are involved in the regulation of these signals and their expression is crucial to the energy balance. The Lipoprotein Lipase (LPL), the key enzyme in triglycerides hydrolysis appeared to us as a target of choice as it is expressed in different brain structures like the hypothalamus or the hippocampus.The hypothalamus has long been known as a regulation center of food intake and so of the balance between entrance and expenditure of energy. It seemed interesting to focus more precisely on the role of hypothalamic LPL and its implication in the regulation of energy homeostasis.This dissertation’s main objective was to identify the effects of LPL deletion in the VMH, achieved by injection of an AAV2/9 expressing the Cre-recombinase in LPL lox/lox mice aged of 8 weeks. The decrease of LPL activity in the VMH leads to obesity development around 3 weeks post-injection and to the development of glucose intolerance, resistance to insulin and a decrease in locomotor activity.This phenotype is probably due to a transient decrease of ceramides synthesized by the CerS1 enzyme in the hypothalamus during the weeks post-injection and which disrupts the homeostatic signalling. The endocannabinoid system also seems to be involved in the onset of this phenotype.As the characteristics of this phenotype were reminiscent of a torpor state, we tried in a second part of work to reproduce it to study more precisely the links between torpor and brain lipases. We exposed animals to 4°C for 4 hours and studied the repercussions of this thermic stress on the central lipases genes and on circadian rhythm genes: we were able to highlight a modulation of the circadian rhythm. We also exposed to the cold VMH-LPL-depleted mice and established that this depletion in VMH-LPL modifies the thermogenesis of brown adipose tissue and so promotes the development of beige adipocytes.This work highlights for the first time the implication of hypothalamic LPL in the regulation of energy homeostasis and its role in adaptive response to cold exposure.

La capacité à mesurer le volume cellulaire est essentielle pour l'étude de la régulation du volume cellulaire et ses nombreux processus. La perméabilité de la membrane des cellules de mammifères implique que les intrants ou les extrants de biomolécules causent des transports d'eau qui éprouvent l'homéostasie cellulaire. Dès lors, le volume d'une cellule, ainsi que d'autres paramètres biophysiques y étant reliés, sont modifiés aussi bien par des changements du milieu extracellulaire que par sa propre activité. Les cellules ont développé toute une série de mécanismes pour réguler leur volume afin de préserver leur homéostasie. Ainsi, la régulation de volume d'une cellule est un indicateur potentiel de son état. Dans le but de produire des mesures fiables de volume lors de l'étude de ces processus, il est à priori avantageux de développer des outils et des méthodes efficaces. À cet effet, l'imagerie quantitative de phase avec l'holographie numérique de phase peut donner d'utiles informations sur la morphologie et la composition de la cellule. Le signal quantitatif de phase d'un objet contient deux paramètres critiques pour l'étude de la régulation de volume et du transport d'eau : l'indice de réfraction et l'épaisseur cellulaire. L'ambiguïté de leur contribution dans le signal total peut être résolue par le découplage à deux liquides, mesurant deux fois le même échantillon dans deux milieux extracellulaires d'indices de réfraction différents et connus. La procédure sépare les paramètres en un système facilement soluble de deux équations et de deux inconnus. Avec ces deux paramètres, il est possible de déduire le volume cellulaire absolu ainsi que d'autres paramètres biophysiques, comme lamasse sèche, la concentration en biomolécule et la fraction d'eau. Pour mieux utiliser l'information obtenue par le changement de fluide, une chambre d'écoulement imprimable en 3d a été conçue et utilisée conjointement avec des lamelles rainurées permettant d'obtenir l'indice de réfraction du milieu d'immersion en temps réel. Cet ajout, avec une compréhension de la mécanique des fluides, ouvre de nouvelles possibilités pour résoudre des changements de volume dans le temps. Le découplage de l'indice de réfraction et de l'épaisseur cellulaire n'est désormais plus limité à l'état initial et final des changements de fluide, mais peut être effectué dans la période transitoire. Ces nouveaux essais fluidiques sont utilisés pour mesurer les changements de volume des cultures primaires d'astrocytes de cortex de rat lors de chocs au glutamate. / The ability to measure the absolute cell volume is essential to the study of cellular volume regulation and its many different pathways. The permeability of the cell membrane implies that biomolecule inputs and outputs cause transmembrane water transport challenging cell homeostasis. Thenceforth, acell's volume and a number of other biophysical parameters are modified by changes to the extracellular medium as well as its own activity. Thus, cells have developed a whole series of mechanisms toregulate their volume and maintain their homeostasis. Therefore, cell volume regulation is indicativeof the cell's state. In the interest of producing reliable volume measurements, it is first advantageous to develop effective tools and methods. For this purpose, quantitative-phase imaging with digital holographic microscopy can provide useful information on the morphology and composition of the cell.The quantitative-phase signal of any object contains two critical parameters for the study of volume regulation, the refractive index and the thickness. The ambiguity of their contribution in the total quantitative phase signal can be resolved by the two-liquid decoupling approach, measuring twice the same sample in two extracellular mediums with different but known refractive indices. The procedure results in two easily solvable phase shift equations with two unknown variables. With the two parameters, the whole-cell volume can be deduced in addition to the dry mass, intracellular concentrationand water content fraction. In order to make better use of the information acquired with the change of fluid, a custom 3d-printed imaging chamber was designed and optimized for stable laminar flow. Forfurther accuracy, grooves were etched on the sample coverslips to monitor in real-time the extracellular refractive index. The combination of both tools expands the utility of the decoupling procedure.It is no longer limited to the initial and final state of the liquid exchange, but can now be used inthe transition period. These novel fluidic essays are used to measure glutamate-induced swelling of primary rat cortical astrocytes

Titre de l'écran-titre (visionné le 29 mai 2023) / La mitochondrie est connue comme la centrale électrique des cellules vivantes. Son rôle est indispensable à la vie et son dysfonctionnement peut entraîner de graves maladies. D'après certaines expériences faites avec des sondes fluorescentes qui se répartissent principalement du côté matrice de la membrane mitochondriale interne, il a récemment été suggéré que la mitochondrie fonctionne à des températures beaucoup plus élevées (~ 50°C) que la température physiologique du corps. Cette découverte, si elle est vraie, nécessiterait la réévaluation de l'efficacité et de tous les cycles thermodynamiques basée sur l'équation de Mitchell, centrale à la théorie chimiosmotique. C'est l'un des aspects de la bioénergétique des mitochondries qui est au cœur du présent projet. Au chapitre 2, des doutes et des critiques concernant la suggestion d'une mitochondrie plus chaude sont soulevés et brièvement discutés. Les implications et répercussions possibles d'une telle affirmation sur certains aspects de la biochimie et de la biophysique mitochondriales sont passées en revue. Une mitochondrie plus chaude - comme on le revendique - impliquerait une correction de 3% du terme de gradient chimique. De plus, si cette affirmation était vraie et dans la mesure revendiquée (10°C), cela impliquererait un certain caractère de moteur thermique (de Carnot) pour le fonctionnement thermodynamique mitochondrial bien que cet aspect ne représente que 4% au plus. Une « mitochondrie chaude » appelle un examen plus approfondi du bilan énergétique qui lui confère ces prétendues températures élevées. Dans les chapitres 3 et 4, comme première étape de cet effort, nous présentons une comptabilité semi-quantitative dans laquelle une formule est proposée qui donne le taux de production de chaleur dans une mitochondrie typique ainsi qu'une formule pour estimer le nombre de molécules d'ATP synthase par mitochondrie. Cent trente types de cellules protozoaires hétérotrophes sont considérés dans cette étude. Les cellules étudiées, sélectionnées pour couvrir une large gamme de tailles (volumes) d'env. 25 µm³ à 125 millions de µm³, sont estimées correspondre à une puissance par mitochondrie allant d'env. 2×10⁰ pW à 4×10⁻⁴ pW. Dans ces cellules, le nombre correspondant d'ATP synthases actives par mitochondrie varie de 37,000 à une dizaine environ. Au chapitre 5, l'origine du désaccord entre la mesure expérimentale et les estimations théoriques est abordée. Étant donné que les estimations théoriques à l'état d'équilibre placent la différence de températures entre la mitochondrie et son environnement à un maximum de 10⁻⁵ °C, ce désaccord de 6 ordres de grandeur est appelé le « paradoxe de la mitochondrie chaude. » On suggère que chaque proton transloqué via l'ATP synthase déclenche un pic de différence de température, qui durerait seulement quelques picosecondes, de l'ordre de magnitude mesuré par Chrétien et al. La moyenne temporelle de ces pics de température redonne la valeur théorique. De plus, une superposition temporelle et spatiale de l'intensité de fluorescence d'un très grand nombre de thermomètres moléculaires dans l'échantillon peut donner l'apparence d'un signal stable et continu. La membrane mitochondriale interne semble être flanquée de différences de températures fluctuant dans le temps et le long de la surface de la membrane, avec des points « chauds » et « froids » sous forme de pointes de température ultrabrèves. Au chapitre 6, il est montré que le potentiel électrostatique moléculaire intrinsèque (MESP) de l'ATP synthase s'ajoute de manière constructive au potentiel électrostatique chimiosmotique et donc le renforce. Cette tension due à la structure même de la protéine représente un nouveau terme d'énergie libre qui semble avoir été négligé jusqu'à présent. Ce terme est au moins à peu près égal en ordre de grandeur et opposé en signe à l'énergie nécessaire pour être dissipée comme un démon de Maxwell (principe de Landauer). Le potentiel électrique à travers la membrane mitochondriale interne, dans laquelle le MESP de l'ATP synthase joue un rôle important, doit être maintenu dans certaines limites pour le bon fonctionnement de la cellule. Dans le chapitre 7, un mécanisme qualitatif pour l'homéostasie de ce potentiel de membrane est proposé, par lequel une augmentation du champ électrique ralentirait l'étape limitante de la chaîne de transport d'électrons (ETC). Une augmentation de tension limite ainsi la vitesse de pompage des protons dans l'espace intermembranaire en ralentissant directement l'ETC mais aussi en court-circuitant l'ETC par électroporation de la membrane entraînant une dépolarisation de celle-ci. La thèse se termine par un chapitre sur l'orientation future possible de la recherche et les principales conclusions qui découlent des travaux qui y sont présentés. / The mitochondrion is known as the powerhouse of all living cells. Its role is indispensable to life, and its malfunction can lead to serious diseases. On the basis of experiments with fluorescent probes that distribute primarily in the inner mitochondrial membrane and the matrix-side of the inner membrane, it has recently been suggested that the mitochondrion is likely to be operating at much higher temperatures than physiological temperature of the body (~ 50°C). This discovery, if true, would necessitate the re-evaluation of the thermodynamic efficiency and all of the thermodynamic cycles, based on the Mitchell equation central to chemiosmotic theory. It is this aspect of the bio-energetics of mitochondria that is at the core of the present project. In chapter 2, doubts and criticisms regarding the suggestion of a hotter mitochondrion have been raised and are briefly discussed. The possible implications and repercussion of such a claim - if true - on some aspects of mitochondrial biochemistry and biophysics are reviewed. A hotter mitochondrion - as claimed - would imply a 3% correction in the chemical gradient term. Further, if this claim is true and to the extent claimed (10°C), this may imply some heat-engine character for mitochondrial thermodynamic operation albeit this may only represent 4% at most. A "hot mitochondrion" calls for a closer examination of the energy balance that endows it with these claimed elevated temperatures. In chapters 3 and 4, as a first step in this effort, we present a semi-quantitative bookkeeping whereby, in one stroke, a formula is proposed that yields the rate of heat production in a typical mitochondrion and a formula for estimating the number of "active" ATP synthase molecules per mitochondrion. One-hundred thirty heterotrophic protozoa cell types are considered in this study. The studied cells, selected to cover a wide range of sizes (volumes) from ca. 25 µm³ to 125 million µm³, are estimated to exhibit a power per mitochondrion ranging from ca. 2×10⁰ pW to 4×10⁻⁴ pW. In these cells, the corresponding number of active ATP synthases per mitochondrion ranges from 37,000 to just about ten. In chapter 5, the origin of disagreement between the experimental measurement and the theoretical estimates is investigated. Since the steady-state theoretical estimates place the temperature difference between the mitochondrion and its surrounding at a maximum of 10⁻⁵ °C, this million-fold disagreement is called the "hot mitochondrion paradox". It is suggested that every proton translocated via ATP synthase sparks a picosecond temperature-difference spike of the order of magnitude measured by Chrétien et al. Time-averaging of these spikes recovers the theoretical value. Further, a temporal and spatial superposition of the fluorescence intensity of a very large number of molecular thermometer molecules in the sample can give the appearance of a steady signal. The inner mitochondrial membrane appears to be flanked by temperature differences fluctuating in time and along the membrane's surface, with "hot" and "cold" spots as ultrashort temperature spikes. In chapter 6, it is shown that the ATP synthase's intrinsic molecular electrostatic potential (MESP) adds constructively to, and hence reinforces, the chemiosmotic voltage. This ATP synthase voltage represents a new free energy term that appears to have been overlooked. This term, at least in ATP synthase molecules derived from five different organisms, is roughly equal in order of magnitude and opposite in sign to the energy needed to be dissipated as a Maxwell's demon (Landauer principle). The electransic potential across the inner mitochondrial membrane must be maintained within certain bounds for the proper functioning of the cell. In chapter 7, a qualitative mechanism for the homeostasis of this membrane potential is proposed whereby an increase in the electric field slows-down the rate-limiting steps of the electron transport chain (ETC). An increase in voltage thus limits the rate of pumping of the protons in the inter-membrane gap by slowing the ETC directly but also through short-circuiting the ETC by electroporation of the membrane leading to depolarization of the membrane. The thesis ends with a chapter on the possible future directions of this research and the main conclusions that arise from the work presented therein.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / La grossesse est une période déterminante pour la santé de la personne enceinte et celle de l'enfant, à court et à long terme. L'obésité et le diabète gestationnel sont les conditions les plus fréquentes chez les personnes enceintes et peuvent entraîner plusieurs complications. Afin d'éviter des issues périnatales défavorables, une homéostasie du glucose adéquate est essentielle chez toutes les personnes enceintes. Bien que la communauté scientifique s'intéresse de plus en plus à l'alimentation en contexte gestationnel et à ses associations avec diverses complications de grossesse, force est d'admettre que la littérature offre des données limitées quant aux associations entre l'alimentation et la santé métabolique chez la mère en contexte gestationnel. De plus, malgré l'importance de l'alimentation durant cette période, l'adoption de saines habitudes alimentaires représente un défi auprès des personnes enceintes, notamment chez celles présentant un embonpoint ou une obésité avant leur grossesse. Il apparaissait ainsi nécessaire de mieux documenter la santé métabolique en contexte gestationnel et ses associations avec la qualité alimentaire. Par conséquent, l'objectif général de ce mémoire est de caractériser les associations entre la qualité alimentaire en début de grossesse, l'adiposité abdominale, l'homéostasie du glucose et d'autres variables métaboliques, notamment les concentrations de fructosamine sérique, tout au long de la grossesse. Les principaux résultats découlant de cette recherche mettent en évidence qu'une alimentation de meilleure qualité chez les personnes enceintes dès le début de la grossesse est associée à un plus faible niveau d'adiposité abdominale et une meilleure homéostasie glycémique pendant la grossesse. Ce mémoire démontre également l'influence partielle que peuvent avoir le statut pondéral avant la grossesse et le profil adipeux sur de nombreux paramètres métaboliques, comme le contrôle glycémique et la résistance à l'insuline, de même que sur leurs associations avec la qualité alimentaire pendant la grossesse. Ces résultats contribuent, d'une part, à enrichir la littérature relative à la santé métabolique des mères pendant la grossesse et, d'autre part, confirment le besoin d'une prise en charge nutritionnelle dès le début de cette période charnière. / Pregnancy is a critical window which can influence both the health of the mother and the child, in the short and long term. Obesity and gestational diabetes mellitus are the most frequent conditions among pregnant individuals and can lead to multiple gestational complications. Thus, adequate glycemic homeostasis is essential in all pregnant individuals since it is associated with lower risks of several adverse perinatal outcomes. Although the scientific community is increasingly interested in diet during pregnancy and its associations with various gestational complications, the literature is limited regarding the associations between diet and metabolic health in the gestational context. Furthermore, despite the importance of healthy eating during pregnancy, the adoption of a high quality diet is a challenge for pregnant individuals, particularly those who were overweight or obese prior to pregnancy. It was therefore necessary to better document the metabolic health in pregnancy and its associations with diet quality. Therefore, the overall objective of the present thesis is to characterize the associations between diet quality in early pregnancy, abdominal adiposity, glycemic homeostasis, and other metabolic variables, including serum fructosamine concentrations, throughout pregnancy. The main results from this research highlight that a higher quality diet in early pregnancy is associated with lower levels of abdominal adiposity and better glycemic homeostasis during pregnancy. This work also demonstrates the partial influence that pre-pregnancy weight status and adipose profile can have on metabolic parameters, such as glycemic control, insulin resistance, as well as their associations with diet quality during pregnancy. These results contribute to the literature on the metabolic health of individuals during pregnancy and confirm the need for nutritional counseling at the beginning of this important period.

Une perte de poids modérée peut contribuer à prévenir le diabète de type 2 chez les personnes en surpoids/obèses. Certaines études in vitro et in vivo montrent que les algues brunes riches en polyphénols ont le potentiel de contrôler le métabolisme glucidique. Mais l’effet combiné de ces deux stratégies chez l’humain est peu étudié. Cette étude évalue l’effet d’un extrait d’algues brunes riche en polyphénols (InSea2®) combiné à une intervention nutritionnelle individualisée visant une perte de poids modérée sur l’homéostasie du glucose chez des sujets pré-diabétiques en surpoids/obèses avec hyper-insulinémie (insuline à jeun > 60 pmol/L). Le devis expérimental utilisé est randomisé, en double aveugle, en bras parallèles avec groupe placebo. Deux traitements ont été administrés: Traitement 1 avec placebo + déficit modéré de l’apport calorique quotidien et Traitement 2 incluant 500 mg d’algues brunes + déficit modéré de l’apport calorique quotidien. Cinquante-six sujets, hommes et femmes, âgés de 18-70 ans ont participé à l’étude qui a duré 12 semaines. Les apports alimentaires ont été estimés à partir d’un Questionnaire de Fréquence Alimentaire auto-administré et validé. Une perte de poids (p<0,0001) et de gras (p<0,0001) corporels est observée dans les deux groupes, mais sans différence entre les groupes. Une baisse significative du taux de cholestérol des LDL (p<0,05), des battements cardiaques (p<0,01), du C-peptide au temps 120 min durant un test de tolérance au glucose (p=0,002) et une inhibition de la hausse du marqueur pro-inflammatoire IL-6 (p<0,02) ont été observées dans le groupe traité comparativement au groupe placebo. Aucune différence n’est observée concernant la glycémie, l’insuline et le C-peptide à jeun. En conclusion, la consommation de l’extrait d’algues brunes peut améliorer l’homéostasie du glucose, le profil lipidique, les battements cardiaques et le statut inflammatoire chez les personnes obèses prédiabétiques. / Moderate weight loss can help prevent type 2 diabetes in overweight/obese subjects. Some in vitro and in vivo studies show that brown algae rich in polyphenols have the potential to control carbohydrate metabolism. However, the combined effect of these two strategies in humans has been little studied. The objective of this study was to evaluate the effect of a brown algae extract rich in polyphenols (InSea2®) combined with an individualized nutritional intervention aimed at moderate weight loss on glucose homeostasis in prediabetic overweight/obese subjects with hyperinsulinemia (fasting insulin > 60 pmol/L). The experimental design used was randomized, double blind and in parallel arms with the placebo group. Two treatments were administered: Treatment 1 with placebo + moderate deficit in daily caloric intake and Treatment 2 including 500 mg of brown algae + moderate deficit in daily caloric intake. A total of 56 subjects, men and women, aged 18-70 years participated and completed the 12-week study. Food intake was estimated from a validated Self-administered Food Frequency Questionnaire. Weight loss (p <0.0001) and body fat (p<0.0001) were observed in the two groups but no difference was noted between the groups. A significant drop in LDL cholesterol (p<0.05), heartbeat (p<0.01), C-peptide at 120 min during a glucose tolerance test (p=0.002) and inhibition of the rise in the proinflammatory marker IL-6 (p<0.02) were observed in the group treated with brown algae extract compared to the placebo group. There were no differences in fasting blood glucose, insulin and C-peptide. In conclusion, the consumption of brown algae extract can improve glucose homeostasis, and related parameters such as lipid profile, heartbeat and inflammatory status in obese pre-diabetic subjects

Les évidences observationnelles suggèrent une association entre la consommation de produits laitiers et une diminution du risque de diabète de type 2. Néanmoins, les études cliniques demeurent controversées, probablement en raison de la grande variabilité interindividuelle en réponse aux produits laitiers. De plus, très peu d’études utilisent des biomarqueurs objectifs pour évaluer la consommation de produits laitiers. L’analyse sérique des profils de métabolites avec la métabolomique pourrait être une stratégie intéressante d’identification de biomarqueurs de la consommation de produits laitiers et ainsi, améliorer la précision des évaluations nutritionnelles dans les études cliniques. L’objectif global de ce mémoire est d’observer l’effet d’une consommation augmentée de produits laitiers sur les différents paramètres glycémiques et insulinémiques associés au diabète de type 2, de même que sur les profils métabolomiques chez des sujets hyperinsulinémiques. De plus, un objectif spécifique est d’évaluer la réponse interindividuelle en réponse aux produits laitiers. La réalisation d’un essai randomisé en chassé-croisé entrepris auprès de 27 adultes hyperinsulinémiques suggère qu’une consommation de ≥4 portions/jour de produits laitiers pendant 6 semaines n’affecte pas les différents paramètres glycémiques et insulinémiques comparativement à ≤2 portions/jour. Néanmoins, augmenter à ≥4 portions/jour la consommation de produits laitiers semble accentuer la résistance à l’insuline comparativement à avant l’intervention. Toutefois, une grande variabilité dans la réponse interindividuelle fut remarquée pour la résistance à l’insuline, suggérant qu’une consommation augmentée de produits laitiers pourrait être favorable ou défavorable selon les individus. De plus, une consommation de ≥4 portions/jour affecte les profils de métabolites de façon distincte à ≤2 portions par jour, suggérant une signature de métabolites spécifique au nombre de portions consommées. Davantage d’études de longue durée tenant compte de la variabilité interindividuelle et utilisant des biomarqueurs objectifs sont requises afin d’identifier les individus qui pourraient réellement bénéficier d’une augmentation de leur consommation produits laitiers pour prévenir le diabète de type 2. / Observational evidences suggest an association between dairy product intake and a reduced risk of developing type 2 diabetes. However, results from clinical studies remain controversial, notably due to large interindividual variability in response to dairy products. Further, clinical studies using objective dietary biomarkers to assess dietary intake are missing. Serum metabolite analysis using metabolomics could be a novel strategy to identify new biomarkers of dairy product intake and thus, improving accuracy of nutritional evaluations in clinical studies. The main objective of this research was to observe the effects of increased dairy product intake on type 2 diabetes related risk factors such as glycemic and insulinemic parameters, along with metabolomic profiles in hyperinsulinemic subjects. Interindividual variability in response to dairy products was also assessed as a specific objective. Results from a cross-over randomized controlled trial undertaken among 27 hyperinsulinemic adults suggest that consuming 4 servings or more of dairy products daily for 6 weeks does not affect glycemic and insulinemic parameters compared to a standard intake of dairy products (2 servings or less per day). Yet, increasing dairy intake to 4 servings or more per day increased insulin resistance compared with baseline values, without affecting insulin secretion of β-cells function. However, large inter-individual variability in response to dairy products was denoted for insulin resistance, suggesting that higher intake of dairy products might be unfavorable or beneficial depending on the individual. Further, consuming 4 servings or more of dairy products daily affected serum metabolomic profiles distinctly from consuming ≤2 servings per day, suggesting specific metabolite signature to increased dairy product intake. Additional long-term trials studying interindividual variability and using objective biomarkers of dairy intake are required to identify which individuals may really benefit from increasing dairy intake to prevent type 2 diabetes.

La flore intestinale, composée de l’ensemble des microorganismes retrouvés dans le tractus digestif, joue un rôle essentiel dans le développement et l’homéostasie du système immunitaire. Son altération est associée à de multiples maladies inflammatoires ayant des répercussions non seulement à l’intestin, mais bien dans l’ensemble de l’organisme. Les causes de cette dérégulation restent toutefois méconnues. Parmi les multiples facteurs susceptibles de moduler sa composition, on retrouve plusieurs enzymes bactéricides produites à l’intestin. L’une de ces protéines, la phospholipase A2-IIA sécrétée (sPLA2-IIA), est fortement surexprimée en condition inflammatoire. Nous avons émis l’hypothèse que la surexpression de la sPLA2-IIA à l’intestin au cours de maladies inflammatoires pourrait altérer la composition de la flore intestinale, contribuant ainsi à la physiopathologie de ces maladies. L’utilisation de souris surexprimant la sPLA2-IIA humaine (sPLA2-IIATGN) nous a permis d’observer l’apparition spontanée d’un désordre immunitaire encore jamais caractérisé dans ce modèle. En nous intéressant à l’impact de cette enzyme sur la flore intestinale, nous avons pu identifier plusieurs altérations dans le microbiome de ces souris. Nos résultats suggèrent également que l’environnement, et plus spécifiquement le microbiote intestinal, joue un important rôle dans le développement de ce désordre immunitaire. Nos résultats suggèrent que la modulation de l’inflammation systémique par la sPLA2-IIA est dépendante de la flore intestinale. / The mammalian digestive tract harbors trillions of microorganisms that collectively form the intestinal microbiota. This flora has been shown to play a prominent role in the development and homeostasis of the immune system. As such, its alteration was associated with a wide array of inflammatory diseases with intestinal and systemic afflictions. However, the cause of this unbalance remains poorly understood. While the intestinal flora may be regulated by a large number of environmental factors, multiple endogenous intestinal enzymes have been shown or proposed to play an important part in the shaping of its composition. One of those enzymes, the secreted phospholipase A2-IIA (sPLA2-IIA), possesses great bactericidal properties and is overexpressed during multiple inflammatory disorders. We hypothesized that the overexpression of sPLA2-IIA in the intestine during inflammatory processes could alter the composition of the intestinal microbiota, thereby contributing to the pathophysiology of those diseases. To verify this hypothesis, we used transgenic mice overexpressing the human sPLA2- IIA (sPLA2-IIATGN) and observed a yet uncharacterized spontaneous immune disorder in this model. We aimed to evaluate the impact of sPLA2-IIA on the intestinal flora in this model. We identified multiple alterations in the microbiome of sPLA2-IIATGN mice. Our results also suggest that the environment, and more specifically the intestinal microbiota, play a prominent role in the development of this immune disorder. Our results suggest that the modulation of systemic inflammation by sPLA2-IIA is dependent upon the intestinal flora.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / L'obésité viscérale, c'est-à-dire l'accumulation de tissu adipeux dans des régions anatomiques tels que le mésentère et le grand omentum, augmente de façon significative la prévalence de maladies non-infectieuses. La contribution importante de l'obésité viscérale, et donc de la distribution des graisses par rapport à l'adiposité générale dans la prédiction du risque cardiométabolique, pourrait être associée à des altérations pouvant survenir au niveau de la fonction du tissu adipeux. En effet, la dysfonction du tissu adipeux qui comprend une faible différentiation et l'hypertrophie adipocytaire, de même que la résistance à l'insuline et une inflammation de faible intensité, détériore la capacité à garder efficacement dans les tissus adipeux les lipides sanguins provenant de l'excès énergétique. Comme il le sera approfondi dans cette thèse, les hormones stéroïdiennes sont non seulement impliquées dans la distribution des graisses chez l'humain mais pourraient aussi participer dans la survenue de certaines altérations de la fonction adipeuse. Si historiquement, les hormones stéroïdiennes plasmatiques ont été un sujet d'intérêt, l'intracrinologie du tissu adipeux et le renouvellement des hormones stéroïdiennes a été mis en évidence récemment. Malheureusement, le nombre d'études associant la dysfonction adipeuse et l'intracrinologie du même tissu sont peu nombreuses. Les études originales de cette thèse ont été réalisées dans le but de mieux comprendre la physiopathologie de la dysfonction adipeuse ou de l'obésité viscérale chez l'être humain, et de décrire certaines des caractéristiques de l'équilibre hormonal qui y sont associées. L'objectif principal de cette thèse est d'associer certaines dynamiques hormonales aux processus biologiques de l'adipocyte, ainsi que la dysfonction du tissu adipeux blanc ainsi que l'obésité viscérale, en plaçant une emphase particulière sur la dynamique des androgènes. Nous avons réalisé une méta-analyse portant sur l'activité de l'axe hypothalamo-hypophysaire surrénalien et l'adiposité. Les résultats suggèrent qu'uniquement la concentration de cortisol mesurée dans les cheveux, mais pas la réponse du cortisol salivaire au réveil était positivement associée à l'obésité générale et abdominale. Le manque d'associations entre l'adiposité et la réponse du cortisol au réveil a été aussi confirmée dans une cohorte de 31 femmes candidates pour la chirurgie bariatrique. Dans cette étude, nous avons aussi évalué les concentrations des hormones stéroïdiennes plasmatiques et adipeuses et nous n'avons trouvé aucune corrélation entre les deux. Les résultats suggèrent que les femmes avec un indice d'adiposité viscérale augmenté présentaient aussi un diamètre adipocytaire augmenté et une concentration plus faible d'androgènes dans le tissu adipeux viscéral. De plus, les mesures d'activité de AKR1C2 et de l'aromatase étaient augmentées. Nous avons étudié AKR1C2 de plus près et nous avons trouvé que cette enzyme est fortement exprimée dans le tissu adipeux et plus particulièrement dans les cellules progénitrices adipeuses desitnées à devenir des adipocytes. Également, son expression dans le tissu adipeux sous-cutané était positivement associée avec la présence de graisse abdominale chez les femmes, même après ajustement pour l'indice de masse corporelle. Dans le même manuscrit, nous avons examiné des polymorphismes qui pourraient augmenter l'expression de AKR1C2 dans le tissu adipeux et nous avons identifié rs28571848. Dans une étude subséquente, nous avons caractérisé la fonctionnalité de rs28571848 chez des candidats de chirurgie bariatrique. Nos résultats suggèrent que, plutôt que d'augmenter l'expression de AKR1C2, rs28571848 augmente l'expression et l'activité de AKR1C3. Les individus ayant les allèles sauvages avaient un profil lipidique plasmatique favorable en comparaison aux individus avec les allèles mutés. Enfin, les résultats suggèrent que l'association entre le profil lipidique et l'augmentation de AKR1C3 dans le tissu adipeux est partiellement médiée par l'hypertrophie adipocytaire. En conclusion, les résultats de cette thèse suggèrent que le métabolisme local des hormones stéroïdiennes dans le tissu adipeux joue un rôle dans la distribution des graisses et la dysfonction adipeuse chez des individus atteints d'obésité sévère. Nos efforts soulignent l'importance du métabolisme hormonal périphérique et suggèrent que l'intracrinologie locale pourrait être plus importante que les niveaux hormonaux systémiques dans la détermination de la fonction du tissu adipeux. / Visceral obesity, being the specific accumulation of adipose tissue on anatomical structures such as the mesentery and greater omentum, significantly increases the prevalence of non-communicable diseases. The substantial contribution of visceral adiposity, and thus of body fat distribution, goes above and beyond general adiposity in predicting cardiometabolic risk, and might be associated with alterations in adipose tissue function. Indeed, adipose tissue dysfunction, which includes poor preadipocyte differentiation, adipocyte hypertrophy, insulin resistance and local, low-grade inflammation as its main features, significantly impairs the efficient storage of energy excesses in adipose tissue. As further presented in this thesis, steroid hormones are not only involved in body fat distribution in humans, but they may also participate in some features of adipose tissue dysfunction. Although plasma steroid hormones have historically been the focus of research, in the last years, adipose tissue intracrinology and the local turnover of steroid hormones have been highlighted. Unfortunately, the number of studies associating adipose tissue dysfunction to adipose tissue intracrinology are scarce. Thus, the studies included in this thesis were designed to better understand the pathophysiology of adipose tissue dysfunction or visceral obesity in humans and describe some of the associated intracrine features. The main objective was to associate hormonal dynamics to the biological processes of the adipocyte, white adipose tissue dysfunction and visceral obesity with a particular focus on androgen dynamics. First, we conducted a meta-analysis looking at the hypothalamic-pituitary-adrenal axis activity and adiposity. Results suggest that only hair cortisol concentrations, not the cortisol awakening response, was positively associated with general and abdominal adiposity. The lack of association between adiposity and the cortisol awakening response was also confirmed in a cohort of 31 women candidates for bariatric surgery. Here we additionally measured plasma and adipose tissue steroid hormone concentrations and found no significant correlation between the two. In addition, results suggest that women with increased visceral adiposity index were characterized by higher mean adipocyte diameter as well as lower androgens concentrations in visceral adipose tissue. On the other hand, measures of AKR1C2 and aromatase activities were increased. We further studied AKR1C2 and found that this enzyme is highly expressed in adipose tissue and in particular adipocyte-committed progenitor cells. In addition, its expression in subcutaneous adipose tissue was positively associated with abdominal fat distribution in women, even after adjustment for body mass index. In the same paper, we investigated possible single-nucleotide polymorphisms that may increase AKR1C2 expression in adipose tissue and identified rs28571848 as a strong candidate. In a subsequent study, we further functionally characterized rs28571848 in bariatric candidates. Our results suggest that more than increasing AKR1C2 expression, rs28571848 increases AKR1C3 expression and activity in adipose tissue. In addition, individuals carrying the wildtype alleles have a more favorable plasma lipid profile than individuals carrying the mutated alleles. Finally, results suggested that the association between an altered lipid profile and increased AKR1C3 in adipose tissue, was partially mediated by adipocyte hypertrophy. Overall, the results included in this thesis suggest that local adipose tissue steroid hormone turnover plays a role in body fat distribution and adipose tissue dysfunction in individuals with severe obesity. Our efforts highlight the importance of peripheral turnover and suggest that local intracrinology may be more important than systemic hormone levels in dictating adipose tissue function.

PROBLÉMATIQUE. Le tabagisme induit une réponse inflammatoire pulmonaire qui, lorsque soutenue, peut engendrer des dommages tissulaires. Il existe des systèmes de régulation de l’inflammation afin de maintenir et de rétablir l’homéostasie cellulaire tel que le système « Signal regulatory protein alpha » (SIRPa)/CD47. SIRPa est exprimée principalement par les cellules myéloïdes, alors que CD47 est retrouvée de façon ubiquitaire. Il a été démontré que l’activation de SIRPa par la protéine de fusion CD47-Fc réduit la réponse inflammatoire pulmonaire dans un modèle d’asthme allergique sensibilisé à l’ovalbumine. Nous posons donc l’hypothèse que l’activation de SIRPa pourrait limiter l’inflammation pulmonaire induite par la fumée de cigarette. OBJECTIFS. 1) Évaluer l’effet de la fumée de cigarette sur les niveaux d’ARNm et protéiques de SIRPa. 2) Investiguer l’impact d’une activation de SIRPa sur l’inflammation pulmonaire induite par la fumée de cigarette. MÉTHODES. Des souris BALB/c ont été exposées à la fumée de cigarette 2h/jour, 5 jours/semaine pendant 2, 8 et 24 semaines afin d’explorer, par qPCR, les niveaux d’ARNm de SIRPa. D’autres protocoles d’exposition de 4 jours ont été réalisés afin de déterminer les niveaux protéiques de SIRPa par cytométrie en flux et d’investiguer l’impact d’une activation de SIRPa par l’administration systémique du CD47-Fc. L’efficacité du CD47-Fc sur la réponse inflammatoire pulmonaire a été déterminée par des comptes cellulaires totaux et différentiels dans le lavage broncho-alvéolaire. RÉSULTATS. En contexte tabagique, les niveaux d’ARNm de SIRPa augmentent dans le poumon alors que le nombre de phagocytes exprimant cette protéine semble diminuer. Or, SIRPa est retrouvée en plus grande quantité sur les cellules qui l’expriment toujours. L’administration du CD47-Fc engendre une diminution de la neutrophilie chez les souris fumeuses. CONCLUSION. Ces résultats suggèrent que le CD47-Fc peut réduire l’inflammation pulmonaire induite par la fumée de cigarette. De plus amples recherches permettront d’évaluer son potentiel thérapeutique. / RATIONAL. Smoking induces an inflammatory response in the lung that can cause significant tissue damage if sustained. Fortunately, there exist inflammatory regulatory pathways that help maintain and restore cellular homeostasis, such as through the signal regulatory protein alpha (SIRPa)/CD47 system. SIRPa is mainly expressed by myeloid cells while CD47 is found ubiquitously. It has been shown that activation of SIRPa by CD47-Fc fusion protein reduces the inflammatory pulmonary response in an ovalbumin-induced allergic asthma mouse model. Thus, we hypothesize that activation of SIRPa could limit lung inflammation induced by cigarette smoke exposure. OBJECTIVES. 1) To evaluate the effect of cigarette smoke on SIRPa mRNA and protein levels. 2) To investigate the impact of SIRPa activation on lung inflammatory response induced by cigarette smoke exposure. METHODS. SIRPa mRNA levels were explored by qPCR in BALB/c mice that were exposed to cigarette smoke 2 hours/day, 5 days/week during 2, 8 and 24 weeks. Also, 4 days cigarette smoke protocols were performed to investigate SIRPa protein levels by flow cytometry and to evaluate the impact of SIRPa activation by systemic administration of CD47-Fc. Treatment efficacy was determined via total and differential cellular count in the bronchoalveolar lavage (BAL). RESULTS. SIRPa mRNA levels were increased in the lungs of mice exposed to cigarette smoke. Although, the number of phagocytes expressing SIRPa protein seems to decrease, our data show that these cells expressed SIRPa at a higher intensity. Finally, we found that CD47-Fc treatment reduced neutrophilia in BAL of mice exposed to cigarette smoke. CONCLUSION. These results demonstrate that CD47-Fc treatment can reduce lung inflammation induced by cigarette smoke exposure, suggesting further research into CD47-Fc therapeutic potential is required.

Le 24S-hydroxycholestérol (24S-OH) est un dérivé oxydé du cholestérol retrouvé dans le plasma chez l’humain. C’est un activateur endogène du Liver-X-Receptor (LXR) et un biomarqueur plasmatique potentiel pour diverses maladies neurodégénératives. Les concentrations de 24S-OH dans le plasma sont influencées par son métabolisme hépatique mais sa conjugaison dans le foie n’a pas été caractérisée à ce jour. Après analyse d’échantillons humains de plasma et d’urine par LC-MS/MS, le 24S-hydroxycholestérol-3 sulfate, 24S-hydroxycholestérol-24 glucuronide et 24S-hydroxycholestérol-3 sulfate, 24 glucuronide ont pu être identifiés. Les enzymes responsables de leurs formations au niveau du foie sont principalement UGT1A4 et SULT2A1. De plus, alors que le dérivé sulfaté montre une activité agoniste envers LXRα, les dérivés glucuronidés sont inactifs. Ces résultats indiquent que la glucuronidation et la sulfatation du 24S-OH affectent différemment son activité biologique pour LXRα. De plus, puisqu’UGT1A4 est régulé par LXRα, il est possible de dire que le 24S-OH est régulé par une boucle de rétrocontrôle. / 24S-hydroxycholesterol (24S-OH) is an oxidized derivative of cholesterol detected in the human plasma. It acts as a Liver-X-Receptor (LXR) agonist and its plasmatic levels have also proposed as potential biomarkers for several neurodegenerative diseases. Circulating 24S-OH levels are influenced by its hepatic elimination but the enzymatic processes involved in its conjugation in the liver have only received limited attention. After analysis of human plasma samples by LC-MS/MS, the 24S-hydroxycholesterol-3 sulfate, 24S-hydroxycholesterol-24 glucuronide and 24S-hydroxycholesterol-3 sulfate, 24-glucuronide were identified. The enzymes responsible for their formation in the liver are identified as UGT1A4 and SULT2A1. In addition, while the sulfated derivative shows a LXR agonist activity, glucuronidated derivatives are inactive. These results indicate that 24S-OH glucuronidation and sulfation affect differently its biological activity. Since UGT1A4 is regulated by LXRα, it can be envisioned that 24S-OH hepatic metabolism is controlled by a feedback loop.