Introduction. Les effets du tabagisme demeurent problématiques dans notre société. Les mécanismes initiateurs de la réponse immunitaire pulmonaire induits par la fumée de cigarette sont peu caractérisés. Un des phénomènes dominants en contexte tabagique est l’augmentation de la taille des macrophages alvéolaires. Ce changement phénotypique se distingue par une accumulation intracellulaire de lipides suggérant que le transport lipidique pulmonaire des macrophages alvéolaires est modifié en contexte tabagique. Le transport lipidique pulmonaire est composé de plusieurs étapes, dont la capture, le remaniement et l’export de lipides par les macrophages alvéolaires. Les impacts du tabagisme sur le transport lipidique pulmonaire sont actuellement inconnus. Hypothèse. Le tabagisme altère le transport lipidique pulmonaire. Objectifs : Chapitre 1) Investiguer l’impact de l’exposition à la fumée de cigarette sur le transport lipidique pulmonaire dans un modèle murin et chez l’humain ainsi qu’évaluer l’impact d’une thérapie d’augmentation des high-density lipoproteins (HDLs) dans un modèle murin. Chapitre 2) Investiguer les effets d’une thérapie avec un agoniste du récepteur nucléaire liver X receptor (LXR) activant l’export lipidique dans un modèle murin. Chapitre 3) Caractériser les répercussions d’une carence alimentaire sur la santé pulmonaire et sur la réponse pulmonaire en contexte tabagique dans un modèle murin. Méthodes. 1. Le transcriptome pulmonaire de souris exposées à la fumée de cigarette et de sujets non-fumeurs, fumeurs et ex-fumeurs a été étudié. La capacité d’efflux de cholestérol a été mesurée dans le sérum et dans le lavage bronchoalvéolaire (LBA) de souris fumeuses et non fumeuses. Une HDL recombinante, le MDCO-216, a été administrée à des souris fumeuses et non-fumeuses et leurs réponses immunitaires, leurs fonctions pulmonaires et leurs compositions corporelles ont été analysées. 2. Un agoniste du LXR, le T0901317, a été administré à des souris en contexte tabagique. Le transcriptome pulmonaire relié au transport lipidique, la réponse immunitaire pulmonaire et du macrophage alvéolaire ainsi que les impacts sur le surfactant pulmonaire ont été investigués. 3. Des souris fumeuses et non fumeuses ont été nourries avec des diètes déficientes en méthionine (MD), choline (CD) et méthionine et choline (MCD) et leurs fonctions pulmonaires, leurs réponses immunitaires pulmonaires et leurs expressions géniques pulmonaires ont été caractérisées. Résultats. Chapitre 1. L’expression des gènes impliqués dans le transport lipidique pulmonaire murin et humain est modifiée en contexte tabagique. La capacité du sérum et du LBA à promouvoir la sortie de cholestérol est augmentée après une seule exposition à la fumée de cigarette. L’administration du MDCO-216 réduit la réponse inflammatoire pulmonaire et la taille des macrophages alvéolaires dans un modèle d’exposition aiguë à la fumée de cigarette. Le MDCO-216 semble protéger les fonctions pulmonaires et induit une augmentation de la quantité de masse maigre chez les souris fumeuses. Chapitre 2. L’agoniste du LXR augmente l’expression des gènes de transport lipidique pulmonaire, cependant il exacerbe la réponse immunitaire pulmonaire en contexte tabagique. Les macrophages alvéolaires ont aussi un phénotype inflammatoire exacerbé et ont davantage de stress au réticulum endoplasmique lorsqu’ils sont traités en contexte tabagique. L’activation de LXR mène à une réduction des niveaux de surfactant pulmonaire. Chapitre 3. La diète MCD altère les fonctions pulmonaires en induisant un profil restrictif pulmonaire et abolit la réponse immunitaire pulmonaire à la fumée de cigarette. En histologie, ces souris nourries avec la diète MCD n’ont toutefois aucun foyer fibrotique pulmonaire. L’expression génique de plusieurs gènes associés à la matrice extracellulaire et les niveaux de surfactant pulmonaire sont réduits chez les souris nourries avec la diète MCD. Les phénotypes pulmonaires de la diète MCD sont toutefois réversibles après un retour d’une semaine sur la diète contrôle. La diète CD induit un profil pulmonaire de type emphysémateux et la diète MD mène à un profil restrictif. Conclusions. Ces travaux démontrent que le transport lipidique pulmonaire a un rôle majeur en contexte tabagique et qu’il est modulé rapidement. La thérapie d’augmentation des HDLs, avec le MDCO-216, propose une nouvelle voie de traitement envisageable pour les ex-fumeurs. La thérapie ciblant LXR suggère qu’il pourrait y avoir des effets délétères chez les sujets fumeurs actifs. Les carences alimentaires en méthionine et en choline démontrent d’importants changements sur la physiologie pulmonaire. Ce tout nouveau domaine de recherche, le nutri-respiratoire, requiert davantage d’études afin de mieux comprendre l’impact d’une mauvaise nutrition sur la santé pulmonaire. / Introduction. Cigarette smoking remains a major problem in our society.While a lot of cigarette smoke impacts are actually known, few data are available on initiating mechanisms involved in the pulmonary immune response to cigarette smoke. One of the most intriguing phenomena under cigarette smoke exposure conditions is the presence of enlarged alveolar macrophages. This phenotypic change is characterized by an intracellular lipid accumulation which may be a sign of inadequate lipid export by alveolar macrophages induced by cigarette smoking. Pulmonary lipid transport begins with lipid capture, lipid reorganization and lipid droplet formation followed by lipid export by alveolar macrophages. Cigarette smoke impacts on these steps are actually unknown. Hypothesis. Cigarette smoking alters pulmonary lipid transport. Objectives: Chapter 1) To investigate the effect of cigarette smoke exposure on pulmonary lipid transport in cigarette smoke-exposed mice and in healthy controls, smokers and former smokers. To investigate the impact of high-density lipoprotein (HDLs) therapeutic potential in cigarette smoke-exposed mice. Chapter 2) To investigate, in mice, the therapeutic potential of an agonist activating the nuclear receptor liver X receptor (LXR) involved in the transcription of lipid export genes. Chapter 3) To explore, in mice, if a dietary deficiency alters the pulmonary health and the pulmonary response to cigarette smoke. Methods. 1. The pulmonary transcriptome of cigarette smoke-exposed mice and healthy controls, smokers and former smokers was assessed. Cholesterol efflux capacity of serum and bronchoalveolar lavage (BAL) was measured in unexposed and cigarette smoke-exposed mice. MDCO-216, a recombinant HDL, was administered to unexposed and cigarette smoke-exposed mice and analyzed their pulmonary immune response, lung functions and body composition. 2. T0901317, an LXR agonist, was systemically given to mice under cigarette smoke exposure conditions. Pulmonary genes associated with lipid transport, lungs and alveolar macrophage immune pulmonary response to cigarette smoke and the impact of T0901317 on the pulmonary surfactant were assessed. 3. Unexposed and cigarette smoke-exposed mice were fed with methionine deficient (MD), choline deficient (CD) or methionine and choline deficient (MCD) diet. Diets impact on lung functions, pulmonary immune response to cigarette smoke and pulmonary transcriptome were characterized. Results. Chapter 1. Cigarette smoking altered the expression of pulmonary lipid transport genes in mice and in humans. Serum and BALF cholesterol efflux capacities were increased following a twohour cigarette smoke exposure. MDCO-216 dampened the pulmonary inflammatory response and reduced the size of alveolar macrophages in our acute cigarette smoke exposure model. MDCO-216 also seemed to be beneficial to lung functions and induced an increase in lean mass in cigarette smokeexposed treated mice. Chapter 2. T0901317 treatments led to an increase in the expression of pulmonary lipid transport genes. However, it also induced an exacerbated pulmonary immune response during cigarette smoking. Cigarette smoke-exposed treated-alveolar macrophages displayed an exacerbated inflammatory phenotype and showed an augmented endoplasmic reticulum stress. Furthermore, LXR activation led to pulmonary surfactant depletion under cigarette smoke exposure conditions. Chapter 3. The MCD diet altered lung function displaying a restrictive profile and almost abolished the pulmonary immune response to cigarette smoke. Lung histology showed no signs of fibrosis, a phenotype usually associated with restrictive pulmonary functions. MCD diet led to a dramatic change in the pulmonary expression of extracellular matrix genes and also reduced pulmonary surfactant levels. Nevertheless, these pulmonary phenotypes were reversible within a week when mice were refed a control diet. Interestingly, the CD diet induced an emphysema-like profile, while MD diet showed similar pulmonary functions to the MCD diet. Conclusions. The present thesis adds major data to an underestimated field of research and demonstrates the importance of pulmonary lipid transport, especially during cigarette smoking. Recombinant HDL therapy with MDCO-216 may be a new opportunity to overcome adverse effects of cigarette smoking, while activating LXR seems rather deleterious. Nutrient deficiencies, such as methionine and choline led to unprecedented impacts on the pulmonary health and on the pulmonary response to cigarette smoke. This completely new field of research, “nutri-respiratory”, requires additional studies to fully decipher the impact of unhealthy nutrition on the respiratory system.

Les impacts bénéfiques de l'exercice physique en endurance sur la santé cardiovasculaire semblent indépendants des changements des concentrations plasmatiques de LDL-cholestérol, qui est pourtant la première cible dans la prévention des maladies cardiovasculaires. L'absence de changement dans les concentrations de LDL-cholestérol ne signifie pas nécessairement qu'il n'y a aucun changement favorable dans l'homéostasie du LDL. Ce mémoire présente les résultats d'une étude dont l'objectif est d'étudier l'impact de l'exercice physique en endurance sur les marqueurs de synthèse endogène et d'absorption intestinale du cholestérol. Les résultats de cette étude démontrent que 20 semaines d'entraînement en endurance diminuent les niveaux plasmatiques du marqueur de synthèse de cholestérol et augmentent réciproquement les niveaux plasmatiques des marqueurs d'absorption de cholestérol chez des hommes et des femmes en santé et sédentaires. Ces changements dans l'homéostasie du cholestérol semblent bénéfiques d'un point de vue cardiovasculaire malgré l'invariabilité des concentrations plasmatiques de LDL-cholestérol.

PROBLÉMATIQUE : Une exposition à la fumée de cigarette de tabac (FC), via un stress oxydatif accru, affecte l’homéostasie lipidique pulmonaire, induisant une réponse inflammatoire ainsi qu’une altération fonctionnelle et structurelle pulmonaire. L’arrêt tabagique demeure l’outil préventif le plus efficace pour pallier ces effets délétères et le développement de maladies telle la maladie pulmonaire obstructive chronique (MPOC). Récemment, une augmentation d’anticorps pulmonaires contre les lipoprotéines de faible densité oxydées (anti-OxLDL) a été démontrée chez un modèle murin d’exposition à la FC. Des anticorps semblables ont été observés dans l’athérosclérose, qui possèdent des similitudes avec la MPOC associée au tabagisme, et ont servi au développement de stratégies d’immunisation visant la réduction des plaques d’athérome. OBJECTIF : Déterminer l’impact d’un protocole de sensibilisation aux lipides oxydés sur la réponse pulmonaire induite par la FC. MÉTHODES : Un protocole d’immunisation composé d’OxLDL ou de PBS seul (véhicule/contrôle) a été développé puis administré en prophylaxie chez un modèle murin d’exposition à la FC. Les niveaux d’anticorps anti-OxLDL systémiques et pulmonaires, la réponse inflammatoire, les fonctions pulmonaires ainsi que les changements structuraux et transcriptionnels ont été comparés lors de l’administration de l’immunothérapie ou du véhicule. RÉSULTATS : Aucune différence significative au niveau inflammatoire, mais des niveaux d’anticorps anti-OxLDL plus élevés qu’en contexte tabagique seul ont été observé dans les poumons et le sérum des souris immunisées. L’immunothérapie seule affectait les fonctions pulmonaires similairement à la FC, sans induire de changements additifs. Aucun changement histologique ou transcriptionnel n’a été observé entre l’immunisation et le véhicule. CONCLUSION : Bien qu’aucun effet délétère additionnel à la FC n’ait été observé lors de l’administration prophylactique de cette immunothérapie à base d’OxLDL, ces résultats n’apparaissent pas prometteurs quant au développement d’une telle thérapie réduisant les conséquences pulmonaires du tabagisme. De plus amples analyses seront toutefois nécessaires. / BACKGROUND: Cigarette smoke exposure, through increased oxidative stress, affects pulmonary lipid homeostasis, resulting in an inflammatory response as well as functional and structural alterations in the lungs. Smoking cessation remains the most effective prevention tool to counteract these deleterious effects and the development of chronic obstructive pulmonary disease (COPD). Recently, an increase in pulmonary antibodies against oxidized low-density lipoproteins (anti-OxLDL) has been demonstrated in a mouse model of cigarette smoke exposure. Similar antibodies have been observed in atherosclerosis, a condition similar to COPD associated with smoking, and have been used to develop immunization strategies for atheroma plaque reduction. OBJECTIVE: To determine the impact of an oxidized lipids’ sensitization protocol on the pulmonary response induce by cigarette smoke exposure. METHODS: An immunization protocol composed of OxLDL or PBS alone (vehicle/control) was developed and then administered prophylactically in a mouse model of acute or subchronic cigarette smoke exposure. Levels of systemic and pulmonary anti-OxLDL antibodies, inflammatory response, pulmonary functions as well as structural and transcriptional changes were compared (immunotherapy vs vehicle). RESULTS: No significant difference in inflammatory response but higher levels of anti-OxLDL antibodies than in smoking context were observed in the lungs and serum of the immunized mice. Immunotherapy with OxLDL alone affected pulmonary functions similarly to cigarette smoke exposure, but did not induce additive changes. No apparent histological changes or transcriptional changes were observed between immunization and the vehicle. CONCLUSIONS: Although no additional deleterious effects to cigarette smoke exposure have been observed during prophylactic administration of this OxLDL immunotherapy, these results do not seem promising for the development of such a therapy reducing the pulmonary consequences of smoking. However, further experimentations will be necessary.

La chirurgie bariatrique gagne en popularité comme traitement de l’obésité sévère tant au Québec qu’au Canada. Alors que plus du tiers des patients opérés présente un diabète de type 2 avant la chirurgie, une méta analyse a rapporté qu’une résolution du diabète était observée chez 80 % des patients après la gastrectomie en manchon et la dérivation gastrique en Y-de-Roux, et chez 95 % de ceux ayant subi une dérivation biliopancréatique (DBP). Cependant, bien que la chirurgie bariatrique soit associée à plusieurs bienfaits sur la santé, elle a récemment été associée à une augmentation du risque de fractures, en particulier après la dérivation gastrique en Y-de-Roux et la DBP. La mesure sanguine des marqueurs de la formation et de la résorption osseuse après la chirurgie bariatrique pourrait permettre de mieux comprendre la pathophysiologie de la fragilité osseuse. Par ailleurs, plusieurs mécanismes ont été proposés pour expliquer la résolution du diabète de type 2 après la chirurgie bariatrique. Alors que des études précliniques ont montré qu’une hormonedérivée de l’os, l’ostéocalcine décarboxylée (ucOCN), était impliquée dans le métabolisme du glucose, aucune étude n’a évalué si les changements d’ucOCN étaient associés à l’amélioration des indices de l’homéostasie du glucose observés après la chirurgie. Nos objectifs étaient donc d’évaluer les changements dans les marqueurs sanguins de la formation et de la résorption osseuse à court et moyen terme après la DBP, et d’explorer les associations entre les changements de ces marqueurs et les changements de la densité minérale osseuse(DMO) du corps entier et de certains facteurs hormonaux. De plus, nous voulions évaluer si les changements d’ucOCN étaient associés aux changements des indices de l’homéostasie du glucose après la DBP. En utilisant les données et les échantillons de plasma congelés d’une cohorte prospective récoltés à 3 jours, 3 mois et 12mois après la DBP, nous avons démontré une augmentation rapide des marqueurs de la résorption osseuse dès la 3ème journée post-opératoire, et que cette augmentation s’amplifiait jusqu’à 1 an après la chirurgie, avec une augmentation plus marquée des marqueurs de la résorption que de la formation osseuse. De plus, une diminution significative de l’ostéocalcine, un marqueur de la formation osseuse, a été observée à 3 jours après la DBP, suivie d’une augmentation jusqu’à 1 an. Par ailleurs, une association entre l’augmentation des marqueurs de la résorption osseuse et la diminution de la DMO totale, ainsi que quelques associations significatives entre les changements de plusieurs marqueurs du remodelage osseux et ceux de certaines hormones après la DBP ont été trouvés. Enfin, nos résultats ont révélé une forte association, indépendante de la perte de poids, entre l’augmentation de l’ucOCN et l’amélioration de plusieurs indices de l’homéostasie du glucose après la DBP, suggérant un lien entre le métabolisme osseux et glucidique. / Bariatric surgery is gaining in popularity as a treatment of severe obesity in Quebec and across Canada. While more than one third of patients have type 2 diabetes before bariatric surgery, a large meta-analysis reported type 2 diabetes resolution in 80% of patients after sleeve gastrectomy and Roux-in-Y gastric bypass, and in 95% of patients after biliopancreatic diversion (BPD). However, despite clear health benefits, recent evidence showed that bariatric procedures, especially Roux-in-Y gastric bypass and BPD, are associated with an increased risk of fracture. Assessment of circulating biochemical markers of bone formation and resorption after bariatric surgery could provide insight into the pathophysiology of bone fragility after surgery. More over, several mechanisms have been put forward to explain resolution of type 2 diabetes after bariatric surgery. While preclinical studies have reported that a bone-derived hormone, uncarboxylated osteocalcin (ucOCN), is involved in glucose metabolism, no study has evaluated whether changes in this hormone are associated with improvement in glucose homeostasis after bariatric surgery. Our study aimed at evaluating the early- and medium-term changes in bone remodeling markers after BPD, and whether these changes are associated with changes in whole-body (total) bone mineral density (BMD) and in hormonal factors. Furthermore, we assessed if changes in ucOCN are associated with changes in glucose homeostasis indices after BPD. We used data and frozen plasma samples from a one-year prospective cohort study where blood was drawn at 3 days, 3 months and 12 months after BPD. We showed that BPD is associated with an increase in the bone resorption marker C-telopeptide as early as 3 days after surgery, and that it continued to rise up to one year after surgery, with a greater increase in bone resorption over bone formation markers. Furthermore, a significant decrease in the bone formation marker osteocalcin was seen at 3 days after BPD, which was followed by an increase up to one year after surgery. Moreover, an inverse association between the change in bone resorption marker and the change in total BMD, as well as significant associations between the changes in several bone turnover markersand changes in hormonal factors after BPD were observed. Finally, there was a strong correlation between the increase in ucOCN and the improvement in several indices of glucose homeostasis after BPD, independent of weight loss, suggesting a link between bone and glucose metabolism.

L’homéostasie hydrominérale (HH) est un système essentiel à la survie des mammifères. Un des mécanismes principaux de l’HH est le contrôle du volume et de la concentration de l’urine au niveau du rein par plusieurs systèmes hormonaux dont celui de la vasopressine (AVP). L’AVP est l’hormone anti-diurétique principale, sa concentration plasmatique augmente en situation d’hypernatrémie ou d’hypovolémie pour conserver l’eau de l’organisme. L’AVP est synthétisée par les neurones magnocellulaires vasopressinergiques (MCNs) du noyau supraoptique et paraventriculaire, et, en fonction de l’activité électrique des MCNs, elle est sécrétée par la neurohypophyse. Dans cette thèse, des simulations ont été utilisées dans le contexte de l’HH pour atteindre trois objectifs : (1) la création d’une simulation de l’HH du rat, (2) la création d’une simulation de l’osmodétection utilisant un modèle de MCN individuel et (3) la création d’une population simulée de MCNs et d’une dynamique de la concentration d’AVP. Plusieurs prédictions ont été faites grâce à ces simulations pendant l’atteinte des objectifs : (1) la simulation a mis en lumière trois périodes dans le cycle circadien de l’HH. Elle a aussi montré l’importance de l’ingestion d’eau au début de la période de sommeil et de l’effet tampon du compartiment intracellulaire sur les fluctuations quotidiennes de l’HH. Finalement, l’utilité de la simulation comme un outil pratique pour établir un protocole expérimentale a été démontrée par la simulation d’une déplétion en sodium utilisant un composé pharmacologique : le furosémide. (2) L’étude du comportement du neurone simulé soumis à une augmentation d’osmolarité nous a permis de proposer une addition au mécanisme régulant la longueur des bouffées de potentiels d’action (PAs), une fatigue de la sécrétion de dynorphine, et nous a permis de réconcilier des données in vivo et in vitro incohérentes au sujet de l’impact des synapses sur les bouffées de PAs. (3) L’implémentation de la population de MCNs nous a permis de découvrir que c’est une hétérogénéité dans la sensibilité à la dynorphine autocrine qui cause les différences de comportement électrique observées expérimentalement. Finalement, la simulation nous a permis d’analyser l’importance relative des mécanismes de facilitation et de fatigue du couplage stimulus-sécrétion de l’AVP.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2010-2011 / Nous avons investigué le rôle exact du BSTdm dans la gestion des réponses physiologiques et comportementales qui surviennent en condition d'équilibre et lors d'un déficit en ions sodium. Nous avons aussi évalué l'influence qu'aurait le BSTdm au niveau de la circuiterie neuronale impliquée dans l'homéostasie hydrominérale. Nos résultats démontrent que les mesures de la consommation d'eau et de sel en condition de repletion sodique ont respectivement augmenté et diminué suite à la lésion du BSTdm. De plus, la partie coquille du noyau accumbens s'est révélée avoir un indice d'activation cellulaire deux fois plus élevé chez les rats ayant une lésion du BSTdm. Ainsi, nos résultats suggèrent que suite à l'intégration des messages en provenance des structures impliquées dans l'osmorégulation et la détection, le BSTdm désinhibe les structures impliquées dans le comportement motivé afin de favoriser la consommation de sel dans la période de repletion sodique.

De plus en plus de données probantes dans la littérature démontrent des différences sexuelles dans la régulation du débit sanguin cérébral (DSC), notamment dans le DSC de repos et la réactivité vasculaire cérébrale au dioxyde de carbone. De plus, très peu d’études se sont intéressées aux différences sexuelles pour l’autorégulation cérébrale (AC), un déterminant crucial qui décrit la relation entre la pression artérielle moyenne (PAM) et le DSC [souvent évalué via la vitesse moyenne du sang dans l’artère cérébrale moyenne (MCAv)]. Toutes les études qui ont évalué l’influence du sexe sur l’AC pendant un passage de la position assise à debout (StS ou des répétitions de squats) ont été faite sur des population âgées ou par la mesure de l’AC statique (i.e. comparaison de variables en état stable). De plus, la plupart des mesures qui quantifient la réponse dynamique de l’AC ne sont pas reliées entre elles et la comparaison de diverses techniques d’analyses entre les études peut entraîner des interprétations variables. De ce fait, l’utilisation d’une approche multi-métrique pourrait contribuer à améliorer notre compréhension de l’AC. Conséquemment, le but de cette étude était d’évaluer l’influence du sexe sur l’AC dynamique chez une population jeune et en santé à l’aide d’une approche utilisant différents stress et mesures (StS, analyse de la fonction de transfert des oscillations spontanées et forcées de la PAM et de la MCAv). Nous avons aussi évalué la relation entre la prévalence d’hypotension orthostatique initiale et les différentes mesures de l’AC, dans le but de déterminer si l’effet potentiel du sexe dénote un impact fonctionnel. Nos résultats ont indiqué une capacité réduite des vaisseaux cérébraux des femmes à réagir à des changements importants et rapide de la pression artérielle. Cependant, ces changements ne semblent pas suffisant pour indiquer une altération fonctionnelle du système cérébrovasculaire féminin. / Accumulating evidence supports the notion that there are sexual differences in the regulation of cerebral blood flow (CBF), notably for resting CBF and cerebrovascular reactivity to carbon dioxide. Plus, very few studies have attempted to assess sexual differences in cerebral autoregulation (CA), a crucial determinant relating mean arterial pressure (MAP) and CBF [evaluated via mean blood velocity in the middle cerebral artery [MCAv)]. All the studies examining sex influence on CA during either sit-to-stand (StS) or squat-stand maneuvers were done in older populations or by examining static CA (i.e. comparison of steady-state variables). Plus, most metrics quantifying the dynamic cerebral autoregulatory response have a limited ability to characterize each other and comparisons between studies using diverse analytical techniques can produce variable physiological interpretations. Therefore, the aim of this study was to examine the influence of sex on the dynamic cerebral autoregulatory capacity in a young and healthy population using a multiple assessment strategy and hemodynamic stressors (StS, transfer function analysis of spontaneous and forced MAP and MCAv oscillations). We also examined the degree to which dynamic cerebral autoregulatory capacity was related to the prevalence of initial orthostatic hypotension, in order to appreciate whether the potential impact of sex on dynamic cerebral autoregulatory denotes a functional outcome. Our results indicate a reduced ability of women’s cerebrovasculature to react to large and rapid changes in MAP. However, these subtle impairments did not appear sufficient enough to represent a functional impairment of the female cerebrovasculature.

Cette thèse de doctorat porte sur l'étude des notions fondamentales de la vision, plus particulièrement de la compréhension de l'homéostasie et de la cicatrisation de la cornée. En fait, l'attention de ces travaux est accordée à la modulation de l'expression d'un récepteur important dans l'adhésion de l'épithélium cornéen : la sous-unité d'intégrine a6. Les intégrines sont des protéines transmembranaires, des composantes essentielles de l'adhésion entre cellules et la matrice extracellulaire. D'ailleurs, les intégrines sont impliquées dans la plupart des processus cellulaires et sont un élément clef de tout tissu, incluant le tissu oculaire. Les intégrines a6(31 et a6|34 sont toutes deux exprimées au niveau de l'épithélium cornéen, deux intégrines ayant comme ligand la laminine. Lors de la cicatrisation cornéenne, l'expression de la laminine ainsi que celle de la sous-unité a6 est favorisée. Cependant, le rôle des intégrines a6(31 et a6(34 ainsi que la modulation de l'expression du gène de la sous-unité a6 au niveau de l'épithélium cornéen demeuraient des éléments obscurs avant le début de ces travaux. L'objectif principal des travaux était donc d'identifier les facteurs importants dans la modulation du promoteur du gène de la sous-unité d'intégrine a6 dans la réponse des cellules épithéliales de l'épithélium cornéen lors de la cicatrisation cornéenne. Ces travaux ont permis de démontrer l'importance des facteurs Spl, Sp3 et NFI dans la régulation de la transcription du gène a6 dans l'homéostasie, ainsi qu'à des étapes précises du processus de la cicatrisation cornéenne. De plus, l'effet global de la laminine dans la réponse des cellules épithéliales de la cornée suite à l'activation des intégrines a6(31 et a6(34 est mieux défini. / This doctoral thesis is a study based on the fundamental notions of vision, more particularly the comprehension of corneal homeostasis and wound healing. It pays a particular attention to the modulation of expression of a gene that encodes a membrane-bound receptor subunit, the a6 subunit from the a6|31 and a6(34 integrins, important for adhesion of the corneal epithelium to the basement membrane. These integrins constitute essential components of cell-to-cell and cell-extracellular matrix adhesions. These trans-membrane receptors are involved in most cellular processes and represent key elements in ail tissues, including ocular tissues. Expression of both the a6|31 and a6(34 integrins, whose respective ligand is laminin, has been reported in the corneal epithelium. Recently, expression of the a6 subunit has been shown to be coordinated with the massive secretion of laminin that occurs 24 hours following damage to the corneal epithelium. However, the precise function played by laminin on the modulation of expression of the a6 subunit gene had never been explored before the present study. The a6 gene promoter is deprived of a TATA binding cassette. On the other hand, it possesses a high content in guanine and cytosine residue (GC-rich promoter), a condition required in order to ensure proper regulation of a6 gene transcription. This study demonstrates the importance of the transcription factors Spl, Sp3 and NFI in the transcription regulation of the a6 gene during corneal wound healing. In addition, the global influence of laminin in the response of the corneal epithelial cells following activation of the a6|31 and a6(34 integrins is further explored. In conclusion, the results presented in this work shed light at least in part on the extreme complexity of the gene regulation network that takes place at the corneal epithelium during wound healing

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / La production hépatique de glucose dérive du glucose-6-phosphate (G6P) produit par la glycogénolyse et la néoglucogénèse et son hydrolyse subséquente par la glucose-6-phosphatase (G6Pase). C'est pourquoi la G6Pase joue un rôle crucial dans le maintien de la glycémie. La G6Pase est un système enzymatique à plusieurs composantes, situé dans le réticulum endoplasmique (RE) et est exprimé dans les deux organes néoglucogéniques, foie et rein, ainsi que dans l'intestin. Jusqu'à maintenant, deux composantes du système ont été clonées, l'unité catalytique qui est une protéine de 36 kDa (p36) et un transporteur putatif de G6P de masse moléculaire de 46 kDa (p46). Depuis le clonage du gène et de l' ADNc de p36, la régulation de l'expression de p36 a été étudiée en détail. Des effecteurs positifs qui augmentent l' ARNm de p36 comprennent le glucose, l' AMP cyclique, les glucocorticoïdes et les acides gras, tandis que l'insuline diminue l'abondance de l' ARNm de p36. Le glucose, l' AMP cyclique et les glucocorticoïdes ont également un effet positif sur l' ARN m de p46, tandis que l'insuline contrecarre ces effets. Deux modèles ont été proposés pour expliquer le mécanisme fonctionnel du système G6Pase : le modèle de transport du substrat et le modèle conformationnel. Le premier propose que la G6Pase est un système à plusieurs composantes, comprenant une unité catalytique dont le site actif est orienté vers la lumière du RE, un transporteur de G6P appelé Tl, un transporteur de phosphate inorganique (Pi) appelé T2 et un transporteur de glucose appelé T3. Tl serait l'étape limitante de la conversion de G6P en glucose et Pi. Il a été proposé que des mutations dans les gènes de ces quatres composantes causent des glycogènoses de type la, lb, le, and Id, respectivement. Le modèle conformationnel propose que la G6Pase est une protéine formant un canal dans la membrane du RE, où le site actif est enfoui dans une poche hydrophile. Le substrat a accès au site actif via le canal. Le processus hydrolytique a lieu dans la poche hydrophile et les produits sont délivrés dans la lumière et exportés dans le cytoplasme par l'intermédiaire du canal. Les cinétiques rapides d'hydrolyse du G6P indiquent une transition hystérétique dans le processus catalytique qui réduit la vitesse de la réaction au profit d'une spécifité accrue pour le G6P. Le phosphate inorganique (Pi) est une composante fondamentale de l'organisme par son implication dans de nombreuses fonctions physiologiques. L'homéostasie du Pi est règlée au niveau du rein par sa réabsorption par un co-transporteur de sodium et de phosphate (NaPi), essentiellement }'isoforme NaPi-2. Le contenu en Pi dans la diète, qui est important pour le maintien de la phosphatémie normale; affecte l'expression de la NaPi-2, de l'hormone parathyroïdienne, du Pi et du calcium sérique. L'hypophosphatémie liée au chromosome X est causée par une mutation dans le gène PHEX (pour : Phosphate-regulating gene with Homologies to Endopeptidase located on the X chromosome). Des travaux établissant que des perturbations dans l'homéostasie du phosphate pouvaient causer une intolérance au glucose et une résistance à l'insuline suggèrent une association entre l'homéostasie du glucose et du phosphate. La nature même de cette association est néanmoins encore inconnue. Nous avons donc investigué le métabolisme du glucose hépatique lors d'une diète déficiente en phosphate ainsi que chez un modèle animal d'hypophosphatémie liée au chromosome X, la souris Hyp. Les résultats montrent que le phosphate plasmatique était diminué chez des rats nourris pendant 48h avec une diète déficiente en Pi (-Pi) comparés à une diète contrôle (+Pi). Dans le groupe (-Pi), l'activité de la G6Pase hépatique était augmentée lorsque mesurée dans des microsomes intacts ou perméabilisés au moyen de détergent, à des concentrations de substrat physiologiques ou saturantes. Cette activité accrue était due à une stimulation de l'expression de l'unité catalytique, comme en témoigne l'augmentation de l'abondance de l' ARN m et de l'immunoréactivité de p36. L' ARNm de p46 était également augmentée dans le groupe (-Pi), mais sans changement dans la quantité de protéine. Nos études subséquentes montrèrent que dans le foie des animaux du groupe (-Pi), la pyruvate kinase était inactivée et le phosphoenolpyruvate augmenté, et que le fiuctose-2,6- bisphosphate, un inhibiteur de la néoglucogénèse, était réduit de moitié. L'activité de la glucokinase n'était pas modifiée et celle de la phosphoenolpyruvate kinase était marginalement augmentée par la diète (-Pi), L'ensemble de ces résultats peuvent s'expliquer par l'augmentation de la concentration de l' AMP cyclique observée dans le foie des rats nourris avec la diète (-Pï). Ces résultats suggèrent que la néoglucogénèse hépatique pourrait être stimulée dans des conditions d'hypophosphatémie et qu'une production accrue de glucose pourrait contribuer à une altération du métabolisme du glucose. Cette possibilité est renforcée par l'observation que la glycémie des rats nourris avec la diète (-Pi) était nettement augmentée, tandis que la concentration de l'insuline plasmatique était diminuée. Un test de tolérance intravéneuse au glucose n'a pas permis d'observer de différence au niveau de la normalisation de la glycémie, mais a cependant indiqué une légère intolérance au glucose dans la mesure ou le pic de glucose atteint après le test était plus élevé dans le groupe (-Pi). Par ailleurs, la production endogène de glucose était nettement moins inhibée après un bolus de glucose au cours du test de tolérance intravéneuse au glucose. Afin d'élucider d'avantage la relation entre homéostasie du glucose et du :?i, le système G6Pase de foie et de rein furent examinés chez la souris Hyp. Les résultats montrent que l'activité de la G6Pase était augmentée dans ces organes des souris Hyp, semblablement à l'augmentation observée chez les rats nourris avec la diète (­Pi). Cette activité accrue de la G6Pase chez la souris Hyp s'explique par une plus grande quantité d' ARNm et de protéine p36, aussi bien dans le foie que dans le rein. Contrairement au modèle diététique d'hypophosphatémie, chez la souris Hyp l'abondance de l' ARNm et l'immunoréactivité du p46 hépatique et rénal sont nettement diminués. Globalement, l'hypophosphatémie résultant soit d'une carence alimentaire ou due à un défaut génétique a pour effet d'augmenter de façon consistante l'activité de la G6Pase, elle-même causée par une stimulation de l'expression de son unité catalytique, p36. L'expression de p46 est différemment règlée par la diète déficiente en Pi ou dans le modèle génétique, indicant que d'autres facteurs que l'hypophosphatémie affectent ce gène dans ces conditions. Il apparaît que la régulation de l'expression de p3 6 et de p46 est distincte. Bien que le système G6Pase a été étudié depuis vo1c1 cinquante ans, son organisation et son mécanisme fonctionnel restent à être définis. Les propriétés cinétiques de transport du substrat, le G6P, et des produits, le glucose et le Pï, ne sont pas encore élucidés. Ces propriétés ont été investiguées au moyen d'un appareil à collection et filtration rapide (FSRF A). Le transport microsomal du Pi montre des valeurs identiques de T v. à différentes concentrations de KH2P04. Le HgCh et des inhibiteurs potentiels de la G6Pase n'affectent pas les propriétés cinétiques du transport de Pi. On n'a également pas trouvé d'échange accéléré de Pi ou de saturation du transport de celui-ci. Ces résultats ne sont pas compatibles avec l'existence d'un transporteur spécifique pour le Pi dans la membrane du RE. Des conclusions similaires ont été tirées d'études du transport microsomal du glucose. L'accumulation intramicrosomale de radioactivité à partir de [U-14C]G6P ou de [32P]G6P correspond à des paramètres cinétiques différents, indicant que les substances accumulées dans les microsomes à partir de G6P sont les produits de la réaction de la G6Pase plutôt que le substrat. Cette observation suggère que l'étape de transport du G6P, si tant est qu'elle existe, n'est pas l'étape limitante au cours de la conversion du G6P en glucose et Pï, Les paramètres cinétiques d'accumulation de radioactivité à partir de [32P]G6P et les effets des inhibiteurs de la G6Pase démontrent que cette accumulation est étroitement couplée à l'activité hydrolytique de la G6Pase. De plus, nous n'avons pas observé d'échange de transport entre le G6P et le Pi ou le glucose, en accord avec l'absence présumée de transporteur spécifique pour le Pi ou le glucose. Globalement, ces données sont compatibles avec le modèle conformationnel de la G6Pase. Une nouvelle version de ce modèle, intégrant les résultats concernant le transport de Pï et de glucose, propose qu'un pore dans la membrane du RE puisse remplir la fonction d'influx/efllux des produits de la G6Pase. / Glucose-6-phosphatase (G6Pase), a multicomponent enzyme, plays a crucial role in glucose metabolism by hydrolyzing glucose-6-phosphate (G6P) into glucose and inorganic phosphate (Pi). G6Pase is located in the endoplasmic reticulum membrane and highly expressed in liver and kidneys. Two components of G6Pase have been cloned, the catalytic subunit (p36) and the putative G6P translocase (p46). Despite the great progress in G6Pase field, the hydrolytic mechanism of G6Pase is still in debate. Meanwhile, evidence also indicates that Pi deficiency is related to impaired glucose metabolism with an unclear mechanism. In this thesis, the effects of Pi deficiency on G6Pase and other glucoregulatory factors were investigated. Meanwhile, the hydrolytic mechanism of G6Pase was also studied in terms of its transport properties. Results showed that compared to the rats fed with a control diet ( +Pi), in the rats fed with a phosphate deficient diet (-Pi) for 48h, plasma phosphate concentration was decreased. Liver G6Pase was upregulated, gluconeogenesis key steps ;vere stimulated, liver glycogen content was decreased and plasma glucose concentration was increased in the fed (-Pi) group. These changes could be accounted for by increased liver cAMP content and decreased plasma insulin concentration in the fed (-Pi) group. During an intravenous glucose tolerance test, although similar glucose fall rates and insulin responses were observed in overnight fasted (+Pi) and (-Pi) group, a tendency to hyperglycemia and less suppressed endogenous glucose production were obtained in the (-Pi) group. Ali of these results demonstrated that under the phosphate deficient condition, G6Pase was upregulated and glucose production was enhanced. The enhanced glucose production, potentially caused by the altered insulin/glucagon ratio, may contribute to the impaired glucose metabolism. To further elucidate the relationship between glucose homeostasis and phosphate homeostasis, liver and kidney G6Pase system were investigated in X-linked hypophosphatemic mice, Hyp mice. Results showed G6Pase activity was increased in Hyp mouse liver and kidney. Consistently, the protein amount and mRNA abundance of the catalytic subunit, p36, were increased in Hyp mouse liver and kidney. In contrast, the mRNA abundance and protein amount of p46 were decreased in Hyp mouse liver and kidney. These results further dernonstrated that G6Pase activity was stimulated by Pi deficiency. The increased G6pase activity may enhance glucose production, probably contributing to impaired glucose metabolisrn. The hydrolytic mechanism of G6Pase was investigated via transport studies. Inorganic phosphate (KH2P04) transport across rnicrosornes showed identical T 112 values around 23 s at different KH2P04 concentrations, which were unaffected by potential inhibitors of G6Pase. Neither accelerated exchanging transport nor saturable effect was observed in this process. These results supported no specific inorganic phosphate transporter in the ER membrane. Similar phenomena were observed for the glucose transport process, which was characterized with T 112 values of 40 s. Tracer equilibration during [U-14C]- and [32P]G6P hydrolysis proceeded with T 112 values of 4 7 and 21 s, respectively. Steady state levels of tracer accumulation from [U-14C]­and [32P]G6P were also different frorn each other and had a similar ratio to that of their T 112 values. This result dernonstrated that the accumulated radiotracer was the product, Pi or glucose, rather than the substrate G6P. Effects of unlabelled G6P and inhibitors on [32P]G6P uptake dernonstrated that G6P uptake and hydrolysis were tightly coupled processes. Moreover, no exchanging transport between G6P and inorganic phosphate/glucose was observed. These results are not compatible with the substrate-transport rnodel of G6Pase. Based on these data, a new combined­conformational model is proposed to explain the G6Pase system. In this model, G6P transport/hydrolysis are tightly coupled processes whereas glucose and phosphate share with water and a variety of other organic and inorganic solutes a common pore­like structure accounting for their transport through the ER membrane. The p46 protein rnay be more like a G6P sensor than a G6P transporter. The binding of G6P to p46 may affect the conformation of p46 and p36 via their coupling interaction. The conformational change rnay account for the specificity and latency of G6Pase.

L'entraînement par intervalles à haute intensité (HIIT) est très populaire chez les athlètes, mais il existe peu d'informations sur les effets de ce type d'entraînement sur la fonction vasculaire cérébrale. Notre équipe a déjà rapporté une diminution de l'autorégulation cérébrale dynamique (ACd) après six semaines d'entraînement HIIT effectué jusqu'à épuisement chez des athlètes masculins entraînés en endurance. Dans cette étude précédente, l'ACd a été caractérisée à l'aide d'une fonction de transfert sur des oscillations forcées de pression artérielle (PA) et de vélocité du sang dans l'artère cérébrale moyenne (vACM) induite par 5 minutes de squat répétés (SR) effectués à 0,05 Hz et 0,10 Hz. Cette analyse ne prend pas en considération la direction du changement de PA, mais des preuves suggèrent que le système vasculaire cérébral est plus efficace pour atténuer les changements de débit sanguin cérébral lorsque la pression artérielle moyenne (PAM) augmente de manière transitoire par rapport au changement de débit sanguin cérébral lorsque la PAM diminue de manière transitoire. L'objectif de ce travail de maîtrise était d'étudier l'effet de six semaines de HIIT sur la sensibilité directionnelle de la relation pression artérielle - débit sanguin cérébral à l'aide de SR effectués à des fréquences de 0,05 Hz et 0,10 Hz. Nous avons mesuré les changements absolus de PAM et de vACM ajustés en fonction du temps associés à ces changements avant et après les six semaines du protocole HIIT. Les résultats de ce travail suggèrent que six semaines de HIIT ont le potentiel d'améliorer la sensibilité directionnelle de la relation pression artérielle - débit sanguin cérébral chez des athlètes masculins entraînés en endurance. / High-intensity interval training (HIIT) is very popular for athletes, but there is limited information on its effect on the cerebrovascular function. Our team has previously reported a decrease in dynamic cerebral autoregulation (dCA) after 6 weeks of HIIT performed to exhaustion in endurance-trained male athletes. In this previous study, dCA has been characterized using a transfer function analysis on forced oscillations of blood pressure (BP) and middle cerebral artery blood velocity (MCAv) induced by 5 minutes of repeated squat-stands (RSS) performed at 0.05 Hz and 0.10 Hz. This analysis did not consider the direction of BP change, but evidence suggests the cerebral vasculature is more effective in attenuating changes in cerebral blood flow when mean arterial pressure (MAP) transiently increases compared to the change in cerebral blood flow when MAP transiently decreases. The objective of this work was to investigate the effect of six weeks of HIIT to exhaustion on the directional sensitivity of the cerebral pressure-flow relationship using the RSS model performed at 0.05 Hz and 0.10 Hz. We measured the absolute time-adjusted changes in MAP and MCAv associated with these changes before and after the 6-week HIIT protocol. The results of this work suggest that six weeks of HIIT have the potential to improve the directional sensitivity of the cerebral pressure-flow relationship in endurance-trained male athletes.