L’inflammasome NLRP3 est très impliqué dans de nombreuses pathologies inflammatoires comme la fibrose pulmonaire, la polyarthrite rhumatoïde, la goutte ou la maladie de Crohn. Cette voie de signalisation permet la libération de la cytokine pro-inflammatoire IL-1β après activation par des signaux de danger comme l’ATP ou les cristaux d’acide urique (MSU). L’objectif de cette étude est de mieux comprendre le rôle des récepteurs purinergiques dans l’activation de l’inflammasome NLRP3 dans les macrophages humains. Nous montrons ici que le MSU ou les analogues de l’ATP (ATPγS ou BzATP) induisent la libération d’IL-1β dans des macrophages pré-activés par du LPS. Ces macrophages proviennent de la différenciation de monocytes issus de poches de sang périphérique (buffy coat) obtenues à l’EFS (Rennes). Nous observons que des antagonistes du récepteur purinergique P2X7, des inhibiteurs de la cathepsine B ou de la caspase-1 et des siRNA ciblant les récepteurs P2X7 et P2Y2 sont capables de réduire la libération d’IL-1β par les macrophages activés. De plus, dans cette étude nous mettons en évidence le rôle des récepteurs purinergiques dans la sécrétion d’autres cytokines pro-inflammatoires comme l’IL-1α ou l’IL-6. Ce travail suggère que la voie d’activation de l’inflammasome NLRP3 par les récepteurs purinergiques représente une nouvelle cible thérapeutique dans le traitement des pathologies inflammatoires. / NLRP3-inflammasome pathway activation appears as the corner stone of manyinflammatory diseases including pulmonary fibrosis, rheumatoid arthritis, gout and Crohn disease. This pathway is known to be activated by danger signals such as ATP or Monosodium urate (MSU) leading to the pro-inflammatory cytokine IL-1β release. The aim of this study is to investigate the role of purinergic receptors in the activation of NLRP3-inflammasome pathway in human macrophages. We found here that MSU or analogs of ATP (ATPγS or BzATP) induced the release of IL-1β from LPS-primed MDM obtained from buffy coat (EFS, Rennes). We observed that purinergic P2X7 receptor antagonists, cathepsin B or caspase-1 inhibitors, siRNA targeting P2Y2R or P2X7R were able to reduce the release of IL-1β from activated macrophages. Furthermore we studied the role of purinergic receptors in pro-inflammatory cytokines release, such as IL-1α or IL-6. This study suggests that P2 receptors-NLRP3 inflammasome pathway represents a novel potential therapeutic target to control inflammation in inflammatory diseases.

O diabetes mellitus tipo 2 (DM2), uma doença que afeta milhões de pessoas em todo o mundo, é marcado pela presença de complicações micro e macrovasculares, as quais estão associadas à disfunção endotelial, inflamação e fibrose. A aldosterona, cujos níveis plasmáticos estão elevados em pacientes e modelos experimentais de DM2, aumenta a geração de espécies reativas de oxigênio (ERO) e a expressão de marcadores inflamatórios. As citocinas IL-1? e IL-18 são liberadas principalmente após ativação de plataformas moleculares denominadas inflamassomas, as quais incluem os receptores NLRP3. Recentemente, demonstramos que o receptor NLRP3 contribui para a disfunção vascular induzida pela aldosterona. Considerando a existência de evidências que a aldosterona, via receptor mineralocorticoide (MR) e NLRP3, induz a produção de mediadores inflamatórios e, consequentemente, ativação do inflamassoma, podendo assim contribuir para o processo inflamatório no diabetes, nós hipotetizamos que o bloqueio de receptores MR e NLRP3 previne a ativação do inflamassoma e reduz o desenvolvimento das alterações vasculares funcionais associadas ao DM2. Observamos que artérias mesentéricas de animais diabéticos apresentam aumento da expressão/ativação de caspase-1 e IL-11?, aumento dos níveis plasmáticos de IL-1?, aumento da atividade da caspase- 1 em macrófagos do lavado peritoneal e prejuízo no relaxamento dependente de endotélio, comparativamente a artérias do grupo controle. Os tratamentos com espironolactona (antagonista MR) e MCC950 (inibidor de receptor NLRP3) atenuam a disfunção vascular, reduzem a expressão e a atividade da caspase-1 e diminuem os níveis plasmáticos de IL-1?. Células de músculo liso vascular e macrófagos derivados da medula estimulados com aldosterona também apresentam aumento da expressão dos componentes do inflamassoma, o que poderia contribuir para as alterações observadas em animais diabéticos. Pacientes com DM2 apresentam correlação positiva entre os níveis de aldosterona e de IL-1? e/ou glicemia. Em conclusão, nosso estudo demonstra que a aldosterona induz disfunção vascular e processo inflamatório no diabetes tipo 2 através da ativação de MR e do inflamassoma NLRP3. / Type 2 diabetes mellitus (T2DM), a disease that affects millions of people around the world, is marked by the presence of micro and macrovascular complications, which are associated with endothelial dysfunction, inflammation and fibrosis. Aldosterone excess aggravates endothelial dysfunction in diabetes by promoting insulin resistance, fibrosis, oxidative stress and inflammation. Aldosterone activates the molecular platform inflammasome in cells of the immune system, an event that contributes to vascular dysfunction induced by the mineralocorticoid hormone. However, it is unclear whether activation of the inflammasome contributes to the effects of aldosterone in diabetes-associated vascular abnormalities. In the present study we tested the hypothesis that aldosterone induces vascular dysfunction in T2DM via activation of mineralocorticoid receptors (MR) and assembly of the NLRP3 inflammasome. To determine whether aldosterone activates the NLRP3 inflammasome and NLRP3 activation contributes to diabetes-associated vascular dysfunction, mesenteric arteries from control mice (db/m) and mice with type 2 diabetes (db/db), treated with vehicle, spironolactone (MR antagonist) or the NLRP3 antagonist MCC950, were used. Db/db mice exhibited increased vascular expression/activation of caspase-1 and IL-1?, increased plasma IL-1? levels, increased number of caspase-1-positive macrophages in the peritoneal lavage as well as reduced acetylcholine (ACh) vasodilation, compared to control db/m mice. Treatment of db/db mice with spironolactone and MCC950 reduced vascular caspase-1, decreased plasma IL-1? levels and partly restored ACh responses. Spironolactone treatment also reduced the number of caspase-1-positive-macrophages in db/db mice. Vascular smooth muscle cells and bone marrow-derived macrophages stimulated with aldosterone also exhibited increased expression of inflammatory components, which may contribute to diabetes-associated vascular changes. Patients with T2DM exhibited a correlation between aldosterone and IL-1? levels and/or glycemia. In conclusion, our study demonstrates that aldosterone induces vascular dysfunction and inflammatory process in type 2 diabetes through MR receptor activation and NLRP3 inflammation.

La pandémie de l'obésité entraine une augmentation de la prévalence des maladies chroniques du foie ou stéatopathies métaboliques (NAFLD). Le spectre des NAFLD va de la stéatose caractérisée par une accumulation de lipides dans le foie à la stéatohépatite (NASH) associant une inflammation, de la mort hépatocytaire et de la fibrose. Lors de l'obésité, l'élévation de signaux de dangers métaboliques perturbe les fonctions du réticulum endoplasmique (RE) essentielles pour l’homéostasie cellulaire. Les perturbations sont transmises par 3 senseurs : IRE1α, ATF6 et PERK pour activer une réponse adaptative. Si ce stress est sévère ou devient chronique, la cellule enclenchera une réponse terminale apoptotique. La protéine Bax Inhibitor-1 (BI-1) pourrait jouer un rôle hépatoprotecteur en inhibant l’hyperactivation de la voie de signalisation IRE1α.En combinant des études chez l’homme et dans des modèles animaux, l’objectif de cette étude était de mieux caractériser l'activation chronique du stress du RE dans les NAFLD. Ce travail a émis l’hypothèse qu’une déficience en BI-1 entrainerait l’activation soutenue de la voie IRE1α qui serait responsable de la transition de la stéatose à la NASH. Cette étude s'intéresse au dialogue potentiel entre le stress du RE et l’activation de l'inflammasome NLRP3, qui induit la sécrétion des cytokines pro-inflammatoires (IL-1β, IL-18) grâce aux caspases pro-inflammatoires (caspase-1, caspase-4/11). L’utilisation d’un inhibiteur global du stress du RE ou des inhibiteurs pharmacologiques spécifiques à la voie IRE1α améliorerait les caractéristiques pathophysiologiques de la NASH et pourrait ouvrir de nouvelles perspectives thérapeutiques. / Due to the obesity pandemic, the last decades have been marked by a constantly increasing prevalence of Non-Alcoholic Fatty Liver Disease (NAFLD). NAFLD covers a spectrum of hepatic disorders ranging from steatosis, characterized by the ectopic accumulation of lipids in the liver, to steatohepatitis (NASH), featuring inflammation, hepatocellular death and fibrosis. During obesity, an increase in metabolic danger signals leads to disrupted endoplasmic reticulum (ER) function, essential for cellular homeostasis. The resulting ER stress activates a signaling network involving three sensors: IRE1α, ATF6 and PERK to enforce adaptive programs. If this stress is severe or becomes chronic, the cell will trigger a terminal apoptotic response. The protein Bax Inhibitor-1 (BI-1), as a negative endogenous regulator of the IRE1α signaling pathway in the liver, may play a hepatoprotective role.By combining data from obese patients with liver complications and experimental approaches in mice, this thesis aimed to better characterize the chronic activation of ER stress in NAFLD pathogenesis. This work also emitted the hypothesis that a deficiency in BI-1 leads to unrestrained IRE1α signaling that may be responsible for the steatosis to NASH transition. This study further investigated the potential dialogue between ER stress and the activation the NLRP3 inflammasome, which induces the secretion of pro-inflammatory cytokines (IL-1β, IL-18) by activating pro-inflammatory caspases (caspase-1, caspase-4/11). The administration of a broad spectrum ER stress inhibitor or specific inhibitors of IRE1α improved the pathophysiological features of NASH and may open novel therapeutic perspectives.

La dégénérescence maculaire liée à l’âge (DMLA), une maladie neurodégénérative de la rétine, est considérée comme la principale cause de perte de vision chez les personnes âgées. Le CD36 est un récepteur éboueur (scavenger) exprimé à la surface des phagocytes mononucléés et de l’épithélium pigmentaire rétinien (EPR), qui agit également comme corécepteur de l’hétérodimère des récepteurs de type Toll-like (TLR) 2/6 dans l’induction de l’inflammation. Dans la DMLA, l’activation du CD36 favorise l’internalisation des lipides oxydés par les cellules de l’EPR, le recrutement et l’accumulation des phagocytes mononucléés (microglie, monocytes/macrophages), ainsi que l’induction de la réponse inflammatoire au niveau sous-rétinien. L’identification du CD36 comme récepteur de peptides synthétiques de la famille des sécrétines de l’hormone de croissance (GHRPs) par notre laboratoire, nous a conduit au développement de ligands plus sélectifs pour ce récepteur, qui ont été étudiés dans le contexte des maladies inflammatoires chroniques liées aux macrophages telle que l’athérosclérose. Étant donné les similitudes observées entre la pathologie de l’athérosclérose et de la DMLA, nous avons émis l’hypothèse selon laquelle les azapeptides, comme ligands du CD36, auraient des effets protecteurs contre la DMLA en modulant la réponse inflammatoire. Ainsi, l’objectif général de ce projet de doctorat était d’évaluer les effets anti-inflammatoires et immunomodulateurs des azapeptides, comme ligands du CD36, et d’élucider leurs mécanismes d’action au niveau des macrophages ainsi que dans des modèles murins de DMLA. Le premier objectif spécifique de cette thèse était de déterminer l’effet de l’azapeptide MPE-001 dans la modulation de la réponse inflammatoire cellulaire médiée par le TLR2 et les voies de signalisation associées. Pour ce faire, des macrophages péritonéaux de souris C57BL/6 ou déficientes en Cd36 (Cd36-/-) ont été stimulés avec des agonistes du TLR2. Le traitement avec le MPE-001 a induit une diminution significative de la production de cytokines pro-inflammatoires, tels que le TNFa, l’IL-6, l’IL-12 et l’IL-1b et la chimiokine CCL2, de même qu’une inhibition des voies de signalisation nuclear factor kB (NFkB), c-Jun N-terminal kinase (JNK) et P38. Ce premier objectif nous a permis de mettre en évidence les effets anti-inflammatoires du MPE-001 et son mécanisme d’action, en modulant la réponse inflammatoire médiée par l’hétérodimère TLR2/6. Afin de déterminer les effets du MPE-001 sur la modulation de la réponse inflammatoire chez un modèle murin de DMLA, les souris C57BL/6, Cd36-/-, Cx3Cr1-/- et Cx3Cr1-/-/Cd36-/- ont été soumises à un stress photo-oxydatif induit par la lumière bleue pendant 5 jours. Une journée après le début de l’illumination, les souris ont reçu une injection s.c. de MPE-001 répétée pendant 7 jours. Le modèle murin de Cx3Cr1-/- est connue pour exacerber la réponse inflammatoire et induire l’accumulation de phagocytes mononucléés, plus particulièrement les microglies dans la rétine. Les montages à plat des coupes des yeux prélevés ont montré que le traitement au MPE-001 a engendré une diminution importante de 60% de l’accumulation de phagocytes mononucléés dans l’espace sous-rétinien, de même qu’une diminution des marqueurs inflammatoires (iNOS, IL-12), ainsi que la préservation de l’intégrité et de la fonction des photorécepteurs. Ce deuxième objectif nous a permis de démontrer les effets in vivo du MPE-001, en entraînant une diminution de l’accumulation de phagocytes mononucléés sous-rétiniens et la préservation des photorécepteurs. Étant donné les effets inhibiteurs du MPE-001 sur la sécrétion d’IL-1b, notre troisième objectif était d’investiguer l’effet du MPE-001 sur la régulation de l’inflammasome au niveau des macrophages. Nous avons montré que le MPE-001 entraînait une diminution de la réponse inflammatoire en inhibant la sécrétion d’IL-1b au niveau des macrophages, tout en diminuant l’expression de nucleotide-binding domain leucin-rich repeat and pyrin-containing receptor 3 (NLRP3) et de la caspase-1. Ce troisième objectif nous a permis de montrer que le MPE-001 a modulé le profil inflammatoire des macrophages en atténuant l’inflammasome NLRP3. Étant donné que le phénotype des macrophages est régulé par leur métabolisme, notre 4e et dernier objectif était de déterminer si les effets anti-inflammatoires du MPE-001 pouvaient influencer la polarisation des macrophages. Pour ce faire, nous avons utilisé un modèle de bone marrow-derived macrophages (BMDM) induits en phénotype pro-inflammatoire M1 ou anti-inflammatoire M2. Bien que le MPE-001 n’ait eu aucune influence sur les marqueurs de surfaces phénotypiques, nous avons montré que ce dernier induisait un changement métabolique des macrophages pro-inflammatoires M1, en inhibant la glycolyse et en favorisant la phosphorylation oxydative, de façon dépendante du récepteur nucléaire peroxisome proliferator-activated receptor-γ (PPAR-γ). En conclusion, les travaux de cette thèse ont montré que l’azapeptide MPE-001 possède de puissants effets anti-inflammatoires et immunomodulateurs au niveau des macrophages dans un contexte d’inflammation rétinienne, pouvant constituer une nouvelle approche thérapeutique prometteuse pour le traitement de la DMLA. / Age-related macular degeneration (AMD), a neurodegenerative disease of the retina, is considered to be the main cause of vision loss in the elderly. CD36 is a scavenger receptor expressed on the surface of mononuclear phagocytes and retinal pigment epithelium (RPE), which also acts as a co-receptor for the Toll-like receptor (TLR)-2/6 heterodimer in the induction of inflammation. In AMD, CD36 activation promotes the internalization of oxidized lipids by RPE cells, the recruitment and accumulation of mononuclear phagocytes (microglia, monocytes / macrophages), as well as the induction of the inflammatory response at the subretinal level. The identification of CD36 as a receptor for synthetic peptides of the growth hormone releasing-peptides (GHRP) by our laboratory, led us to the development of more selective ligands for this receptor, which have been studied in the context of chronic inflammatory diseases related to macrophages such as atherosclerosis. Given the similarities observed between the pathology of atherosclerosis and AMD, we hypothesized that azapeptides, as CD36 ligands, protect against AMD by modulating the inflammatory response. Thus, the general objective of this doctoral project was to characterize the anti-inflammatory and immunomodulatory effects of azapeptides, as CD36 ligands, and to elucidate their mechanisms of action on macrophages as well as in murine models of AMD. The first specific objective of this thesis was to determine the effect of the azapeptide MPE-001 in the modulation of the cellular TLR2-mediated inflammatory response and the associated signaling pathways. To do so, peritoneal macrophages from C57BL/6 or Cd36-deficient (Cd36-/-) mice were stimulated with TLR2 agonists. Treatment with MPE-001 induced a significant decrease in the production of pro-inflammatory cytokines, such as TNFa, IL-6, IL-12 and IL-1b and the chemokine CCL2, as well as inhibition of the nuclear factor k B (NF kB), N-terminal c-Jun kinase (JNK) and P38 signaling pathways. This first objective allows us to highlight the anti-inflammatory effects of MPE-001 and its mechanism of action, by modulating the inflammatory response mediated by the TLR2/6 heterodimer. In order to determine the effects of MPE-001 on the modulation of the inflammatory response in a mouse model of AMD, the murine models C57BL/6, Cd36-/-, Cx3Cr1-/- and Cx3xr1-/-/Cd36-/- were subjected to photo-oxidative stress induced by blue light for 5 days. One day after the start of illumination, the mice received a repeated s.c. injection of MPE-001 for 7 days. The mouse model of Cx3Cr1-/- is known to exacerbate the inflammatory response and induce the accumulation of mononuclear phagocytes, more specifically microglia, in the retina. Flat mounts from collected eyes showed that MPE-001 treatment caused a significant 60% decrease in the accumulation of mononuclear phagocytes in the subretinal space, as well as a reduction in inflammatory markers (iNOS, IL-12), with the preservation of photoreceptor integrity and function. This second objective allows us to demonstrate the in vivo effects of MPE-001, leading to a decrease in the accumulation of sub-retinal mononuclear phagocytes and the preservation of photoreceptors. Given the inhibitory effects of MPE-001 on IL-1b secretion, our third objective was to investigate the effect of MPE-001 on inflammasome regulation in macrophages. We have shown that MPE-001 decreases the inflammatory response by inhibiting the secretion of IL-1b in macrophages, while decreasing the expression of nucleotide-binding domain leucin-rich repeat and pyrin-containing receptor 3 (NLRP3) and caspase-1. This third objective allows us to show that MPE-001 modulates the inflammatory profile of macrophages by attenuating the NLRP3 inflammasome. Since macrophage phenotypes are regulated by their metabolism, our fourth and final objective was to determine whether the anti-inflammatory effects of MPE-001 could influence the polarization of macrophages. To do so, we used a bone marrow-derived macrophages (BMDM) model induced to pro-inflammatory M1 or anti-inflammatory M2 phenotype. Although MPE-001 had no influence on phenotypic markers, we have shown that the latter induces a metabolic shift of the pro-inflammatory M1 macrophages, by inhibiting glycolysis and promoting oxidative phosphorylation of macrophages, in a peroxisome proliferator-activated receptor-γ (PPAR-g)-dependent manner. In conclusion, the work conducted in this thesis showed that the azapeptide MPE-001 has powerful anti-inflammatory and immunomodulatory effects on macrophages in a context of retinal inflammation, which could constitute a promising new therapeutic approach for the treatment of AMD.

Le prédiabète et le diabète de type 2 (DT2) affectent approximativement 9 millions de canadiens, soit près de 30% de la population. Le DT2 est caractérisé par une résistance à l’insuline (RI) qui ne peut être compensée par une sécrétion d’insuline augmentée. La dysfonction du tissu adipeux blanc (TAB) est centrale à ce phénomène et est caractérisée par de l’inflammation et un flux augmenté de lipides vers les tissus périphériques, dont on sait qu’ils favorisent le développement de RI et une hypersécrétion d’apoB-lipoprotéines (apoB) par le foie menant à une élévation de l’apoB plasmatique. En parallèle, les études épidémiologiques montrent que l’apoB plasmatique prédit le développement du DT2 de 3 à 10 ans avant l’apparition de la maladie, indépendamment de facteurs de risque classiques. Dans cette thèse, nous avons formulé l’hypothèse que l’augmentation de la sécrétion d’apoB-lipoprotéines secondaire à un TAB dysfonctionnel contribue à aggraver cette même dysfonction. En ce sens, les apoB-lipoprotéines et le TAB seraient le centre d’un cercle vicieux menant au développement de facteurs de risque cardiométaboliques. Au courant de cette investigation, nous avons combiné des expériences in vitro, ainsi que des analyses post-hoc sur des données in vivo et ex vivo au sein d’une population d’hommes et de femmes post-ménopausées recrutés à l’Institut de recherches cliniques de Montréal pour deux études métaboliques entre 2006 et 2019. En circulation, 90% de apoB-lipoprotéines sont des LDL. Le nombre d’apoB-lipoprotéines en circulation se mesure par l’apoB plasmatique, qui est associé au développement du TAB dysfonctionnel chez l’humain via divers mécanismes. Parmi ceux-ci, l’enrichissement postprandial des lipoprotéines riches en triglycérides (TG) par l’apolipoprotéine C-I (apoC-I) sécrétées par le TAB a été suggéré comme un facteur contributoire. Dans un premier manuscrit, nous montrons que les sujets (N=39) avec un TAB dysfonctionnel sécrètent de plus grandes quantités d’apoC-I, ce qui est associé spécifiquement à une clairance postprandiale réduite des chylomicrons. Cette dysfonction semble due à une diminution de l’hydrolyse des TG secondaire à une inhibition de la lipase lipoprotéique (LPL) des adipocytes, ce qui constitue un nouveau mécanisme par lequel le TAB contribue à l’augmentation de l’apoB plasmatique. La proprotéine convertase subtilisin-kexin type 9 (PCSK9) est une enzyme circulante qui cible les récepteurs aux apoB-lipoprotéines comme le récepteur aux LDL (LDLR) et le CD36. Une PCSK9 circulante faible combinée à un haut apoB plasmatique, donc un ratio apoB-sur-PCSK9 élevé, est fortement associée au TAB dysfonctionnel et à la RI, suggérant qu’une augmentation de l’internalisation des apoB-lipoprotéines par voie de récepteurs joue un rôle dans ces pathologies. En parallèle, les apoB-lipoprotéines, principalement les LDL natifs et oxydés, activent l’inflammasome NLRP3 (Nucleotide-binding domain and Leucine-rich repeat Receptor, containing a Pyrin domain 3), le récepteur intracellulaire responsable de la sécrétion d’interleukine 1 bêta (IL-1), dont on sait qu’elle joue un rôle majeur dans le développement de l’inflammation liée au DT2. Dans un deuxième manuscrit, nous montrons que le ratio apoB-sur-PCSK9 plasmatique est un index, dans les états à jeun et postprandial, de l’expression des récepteurs aux apoB-lipoprotéines LDLR et CD36 en surface du TAB chez une population en surpoids ou obèse (N=31). Ce même ratio est aussi indicateur de la régulation à jeun et postprandial de l’expression de l’inflammasome NLRP3 et de l’infiltration de macrophages au sein du TAB. Finalement, les études épidémiologiques récentes suggèrent que le risque de DT2 est aussi augmenté chez les sujets avec un LDL cholestérol (LDL-C) faible causé par des variants génétiques perte-de-fonction dans le gène de la PCSK9 ou suite à une thérapie hypocholestérolémiante. Dans un troisième manuscrit, nous montrons que, chez les sujets avec LDL-C faible (<3.5mM, N=28), une PCSK9 plasmatique plus basse identifie les sujets avec une expression augmentée de LDLR et CD36 en surface de leur TAB. Malgré le LDL-C faible, les sujets avec une PCSK9 faible montraient une dysfonction du TAB et à un indice de disposition diminué et une sécrétion augmentée d’IL-1, suggérant une progression vers le DT2. Dans une exploration mécanistique, une exposition chronique des adipocytes humains SGBS aux LDL natifs induit une différenciation anormale, marquée par une diminution de leur fonction. Bien que ce phénomène soit indépendant de l’inflammasome NLRP3, qui n’est pas exprimé chez ces adipocytes, les LDL natifs induisent une augmentation du ratio de sécrétion d’IL-1 actif relativement à la pro-IL-1 inactive qui suggère une activation du système NLRP3 chez les macrophages humains THP-1. En conclusion, ces données suggèrent que le TAB dysfonctionnel contribue en partie via une sécrétion d’apoC-I à la clairance réduite des lipoprotéines et, donc, à l’hyperapoB et au risque cardiométabolique. En retour, une internalisation plus grande d’apoB-lipoprotéines par voie des récepteurs semble associée au développement d’un TAB dysfonctionnel et aux facteurs de risque cardiométaboliques associés. Au sein du TAB, au niveau cellulaire, ceci pourrait être dû à un effet concomitant des LDL natifs, qui induiraient une baisse de différenciation des préadipocytes menant à leur dysfonction ainsi qu’une activation de l’inflammasome NLRP3 chez les macrophages. / Prediabetes and type 2 diabetes (T2D) affect approximately 9 million Canadians, which represents close to 30% of the population. T2D is characterized by insulin resistance (IR) that cannot be compensated by increased insulin secretion. White adipose tissue (WAT) dysfunction is at the root of this pathology and is characterized by increased lipid flux to peripheral tissues causing IR and hypersecretion of apoB-lipoproteins (apoB) by the liver, contributing to increased plasma apoB. In line, epidemiological studies show that plasma apoB is an independent predictor of T2D development 3 to 10 years before onset. In this thesis, we formulated the hypothesis that increased secretion of apoB-lipoprotein secondary to WAT dysfunction promotes further development of this dysfunction in a feed-forward cycle that contributes to increased metabolic risk. To investigate this, we have combined in vitro experiments as well as post hoc analyses of in vivo and ex vivo data from a cohort of men and postmenopausal women recruited from two metabolic studies conducted at Institut de recherches cliniques de Montréal between 2006 and 2019. In circulation, more than 90% of apoB-lipoproteins are in the form of LDL. The number of apoB-lipoproteins (measured by plasma apoB), is associated to the development of WAT dysfunction in humans via different mechanisms. Postprandial enrichment of triglyceride-rich lipoproteins (TRL) by WAT-secreted apoC-I has been proposed as one of them. In a first manuscript, we show that subjects (N=39) with dysfunctional WAT secrete greater amount of apoC-I, which is associated specifically to delayed postprandial chylomicrons clearance in a mechanism that appears to be dependent on apoC-I-mediated inhibition of adipocyte lipoprotein lipase. This constitutes a new mechanism linking adipose tissue dysfunction to increased plasma apoB. Proprotein convertase subtilisin-kexin type 9 (PCSK9) is a circulatory enzyme that targets apoB-lipoprotein receptors, such as the LDLR and CD36, for degradation. Low circulating PCSK9 relative to high plasma apoB, expressed as a higher apoB-to-PCSK9 ratio, is strongly associated to WAT dysfunction and IR, suggesting that increased receptor-mediated uptake of apoB-lipoproteins plays an important role in these pathologies. In parallel, apoB-lipoproteins, mostly native and oxydized LDL, activate the NLRP3 inflammasome (Nucleotide-binding domain and Leucine-rich repeat Receptor, containing a Pyrin domain 3). The NLRP3 inflammasome is an intracellular receptor responsible for interleukin-1 beta (IL-1) secretion, which is known to be implicated in the pathogenesis of T2D. In a second manuscript, we demonstrate in overweight and obese subjects (N=31) that the apoB-to-PCSK9 is indeed an index of WAT surface-expression of LDLR and CD36 both at fasting and in the postprandial state. Similarly, the apoB-to-PCSK9 ratio is associated with chronic NLRP3 inflammasome priming at fasting and with postprandial macrophage infiltration and concomitant NLRP3 upregulation within WAT. Finally, recent epidemiological studies suggest an increased risk for T2D in subjects with low plasma LDL cholesterol (LDL-C) secondary to loss-of-function genetic variants in PCSK9, or secondary to cholesterol-lowering therapies. In a third manuscript, we show that in subjects with low LDL-C (<3.5mM, N=28), lower plasma PCSK9 identifies subjects with higher WAT LDLR and CD36 surface-expression. Despite having lower LDL-C, subjects with lower plasma PCSK9 show dysfunction WAT and decreased disposition index. Mechanistically, human SGBS adipocytes chronically exposed to native LDL show impaired differentiation and concomitant dysfunction. While this phenomenon cannot be described by NLRP3 inflammasome activation, since it is not expressed in these adipocytes, native human LDL increase the ratio of secreted active Il-1 relative to inactive pro-IL-1 suggesting activation of the NLRP3 inflammasome in human THP-1 macrophages. In conclusion, these observations suggest that dysfunctional WAT promotes delayed postprandial lipoprotein clearance via increased apoC-I secretion, thus promoting hyperapoB and increased cardiometabolic risk. In turn, upregulated receptor-mediated uptake of apoB-lipoproteins appears to be connected to the development of WAT dysfunction and associated cardiometabolic risk factors. At the cellular level within WAT, this could be secondary to a concomitant effect of LDL on preadipocytes inducing their reduced differentiation and function and on macrophage inducing activation of the NLRP3 inflammasome.

Le diabète de type 2 (DT2) est une maladie chronique affectant 3 millions de canadiens. Une augmentation progressive de la résistance à l'insuline (RI) et de la sécrétion d'insuline est observée chez des sujets normoglycémiques bien avant la survenue du DT2. La moindre fonction du tissu adipeux blanc (TAB) est centrale dans le développement du DT2 car elle accroît le flux d'acides gras vers les tissus périphériques, y induisant la RI, l'hyperinsulinémie et l’inflammation chronique. Durant ma maîtrise, nous avions démontré que les lipoprotéines de basses densité (LDL) natifs réduisent la différentiation et la fonction des adipocytes et induisent la dysfonction du TAB humain. De plus, nous avions montré qu'un taux plasmatique élevé d'apolipoprotéine B (apoB), indiquant un nombre élevé d'apoB-lipoprotéines dont principalement les LDL, est associé à la RI, la sécrétion d'insuline gluco-stimulée (SIGS) élevée, la clairance plasmatique retardée des gras alimentaires et la moindre fonction du TAB chez 81 sujets obèses non diabétiques. Afin de déterminer si l'apoB plasmatique permet aussi d'identifier les sujets obèses répondant le mieux à une diète hypocalorique en termes de réduction des facteurs de risque du DT2, nous avons testé l'effet d'une intervention hypocalorique de six mois. Parmis 59 sujets qui ont terminés l’intervention, nous avons mesuré une diminution de la SIGS et une amélioration de la fonction du TAB seulement chez les sujets avec apoB plasmatique élevée. Toutefois, les mécanismes de ces effets délétères possibles des apoB-lipoprotéines n'avaient pas été explorés. Des évidences suggèrent que l'activation chronique de l'inflammasome Nucleotide- binding domain and Leucine-rich repeat Receptor containing a Pyrin domain 3 (NLRP3) et la sécrétion d'interleukine-1b (IL-1b) promeuvent la dysfonction du TAB et la RI systémique. Cependant, les signaux métaboliques induisant l'inflammasome NLRP3 dans le TAB humain sont inconnus. Afin de tester si l'activation de l'inflammasome NLRP3/système IL-1b participe au mécanisme précédemment identifié liant les apoB-lipoprotéines et les facteurs de risque du DT2, nous avons investigué l'association et l'effet direct des apoB-lipoprotéines sur le système IL-1b. Nous avons démontré chez 81 sujets obèses non-diabétiques que les individus avec apoB plasmatique élevée montrent un taux élevé d'antagoniste du récepteur à l'IL-1 (IL-1Ra) plasmatique, un marqueur de l'activation systémique de la voie IL-1b. Aussi, les associations entre l'apoB plasmatique élevée et la RI et SIGS étaient statistiquement dépendantes des niveaux d'IL-1Ra plasmatique. Dans une autre population de 32 sujets, nous avons démontrés que ceux avec apoB plasmatique élevée ont une sécrétion augmentée d'IL-1b par le TAB ex vivo. Les relations entre l'apoB plasmatique, la clairance plasmatique retardée des gras alimentaires et la sécrétion de C-peptide glucostimulée étaient statistiquement dépendantes de la sécrétion d'IL- 1b du TAB. Puis, les LDL natifs ajoutés au TAB ex vivo induisaient la sécrétion d'IL-1b, y agissant en tant que signaux d'amorçage (1er signal de l'inflammasome NLRP3/système IL-1b). En conclusion, ces résultats suggèrent que les LDL natifs, forme principale d'apoB- lipoprotéines, régulent positivement l'inflammasome NLRP3 du TAB humain. Ceci pourrait expliquer la dysfonction du TAB, l'hyperinsulinémie et l'incidence élevée du DT2 présents chez les sujets avec apoB plasmatique élevée. En outre, ils suggèrent que l'apoB plasmatique élevée pourrait être un biomarqueur permettant d'identifier les sujets obèses qui répondraient le mieux à la diète hypocalorique afin de réduire le risque de DT2. / Type 2 diabetes (T2D) is chronic disease affecting 3 million Canadians and a new case is diagnosed every 3 minutes in Canada. Long before the onset of T2D, a progressive increase in insulin resistance (IR) and insulin secretion is observed in normoglycemic subjects. A decreased white adipose tissue (WAT) function is central to the development of T2D as it promotes an increased fatty acid flux to peripheral tissues, inducing IR, hyperinsulinemia and chronic inflammation. During my MSc, we reported that low density lipoproteins (LDL) reduce the differentiation and function of adipocytes and induce the dysfunction of human WAT. Moreover, we showed that elevated plasma apolipoprotein B (apoB), indicating high numbers of circulating apoB-lipoproteins mainly in the form of LDL, is associated to IR, elevated glucose-induced insulin secretion (GIIS), delayed postprandial plasma clarance of fat and reduced WAT function in 81 non-diabetic obese subjects. To explore whether apoB also identifies obese subjects who best respond to weight loss to reduce risk factors for T2D, we tested the effect of a 6 months hypocaloric diet. We showed in the 59 completers of the hypocaloric intervention that the decrease in GIIS and increase in WAT function were significant in subjects with high plasma apoB but not in subjects with low plasma apoB. However, the mechanism underlying the negative effects apoB-lipoproteins was yet unexplored. Chronic activation of the Nucleotide-binding domain and Leucine-rich repeat Receptor containing a Pyrin domain 3 (NLRP3) inflammasome and secretion of interleukin-1b (IL-1b) promote WAT dysfunction and systemic IR. However, endogenous metabolic signals that induce the activation of WAT NLRP3 inflammasome are unknown. To test if the activation of the NLRP3 inflammasome/ IL-1b system is an underlying mechanism linking apoB- lipoproteins to risk factors for T2D, we examined the association and direct effect of apoB- lipoproteins on the IL-1b system. We observed in our cohort of 81 non-diabetic obese subects that subjects with high plasma apoB have higher plasma IL-1 receptor antagonist (IL-1Ra), which is an marker of systemic activation of the Il-1b pathway. Furthermore, the associations between high plasma apoB and IR and GIIS were statistically dependent on plasma IL-1Ra. Additionnaly, in a separate population of 32 subjects, we demonstrated that subjects with high plasma apoB have higher ex vivo WAT IL-1b secretion. The relation between plasma apoB and delayed postprandial plasma fat clearance and elevated glucose-induced C-peptide secretion were statistically dependent on WAT IL-1b secretion. Finally, native LDLs directly induce IL- 1b secretion from ex vivo WAT, acting primarily as priming signals (i.e. the first signal leading to activation of the NLRP3 inflammasome/ IL-1b system). In conclusion, the findings from this thesis suggest that native LDL, the main form of apoB-lipoproteins, upregulate human WAT NLRP3 inflammasome. This may explain WAT dysfunction, hyperinsulinemia and higher incidence of T2D in subjects with high plasma apoB. Moreover, they suggest that high apoB may serve as biomarker to identify obese subjects who best respond to a hypocaloric-intervention to reduce the risk of T2D.

Contexte : La dysfonction du tissu adipeux blanc (TAB) favorise les facteurs de risque de diabète de type 2 (DbT2), c’est-à-dire la résistance à l’insuline (RI), l’hyper sécrétion d’insuline glucostimulée (SIGS), le délai de clairance des gras et les concentrations élevées d’apoBlipoprotéines (apoB plasmatique) incluant les lipoprotéines de faible densité (LDL). De récentes études de notre laboratoire et d’autres suggèrent que le niveau élevé d’apoB plasmatique (hyperapoB) est une cause et non seulement une conséquence de la dysfonction du TAB. De plus, une internalisation augmentée d’apoB-lipoprotéines via les récepteurs tels que le récepteur aux LDLs (LDLR) et le cluster de différenciation 36 (CD36), favorise le risque de DbT2. Cependant, les mécanismes sous-jacents de même que les interventions nutritionnelles pour les cibler demeurent incertains. L'activation de la voie de l’inflammasome NLRP3/ interleukine (IL) -1β favorise la dysfonction du TAB et les facteurs de risque de DbT2 et est activée par les LDLs oxydées dans les cellules immunitaires. L'acide eicosapentaénoïque (AEP) et l'acide docosahexaénoïque (ADH) réduisent l'hyperapoB, l'activité de l’inflammasome NLRP3 dans les cellules immunitaires et les facteurs de risque de DbT2 chez l’humain. Ils sont synthétisés de façon endogène par l’entremise des désaturases d’acides gras δ-5 (D5D) et δ-6 (D6D). Chez l’humain, de faibles niveaux d’AEP et d’ADH circulants et d’activité de la D5D et une activité élevée de la D6D prédisent l'incidence de DbT2 et la RI par des mécanismes inconnus. Objectifs : L'hypothèse de ma thèse est que l'AEP et l’ADH améliorent les facteurs de risque de DbT2, soit la dysfonction du TAB, le délai de clairance des gras, la RI et l’hyper SIGS, ceci via une baisse de l'apoB plasmatique et de l’activité de l’inflammasome NLRP3 dans le TAB. Les objectifs sont d'examiner si: 1) les associations entre les activités de la D5D et de la D6D et les facteurs de risque de DbT2 dépendent de l'apoB plasmatique; 2) la supplémentation en AEP+ADH réduit l'apoB plasmatique, l'expression du LDLR et du CD36 dans le TAB, l'activité de l’inflammasome NLRP3 dans le TAB et les facteurs de risque de DbT2; 3) l’AEP+ADH inhibe la sécrétion d'IL-1β par le TAB humain stimulée par des signaux canoniques ou les LDLs natives. Méthodes: Des hommes et des femmes postménopausées normoglycémiques ont été testés à l’état basal et après une supplémentation en AEP (1,8 g/jour) et ADH (0,9 g/jour) de 12 semaines. Les activités de la D5D et de la D6D ont été estimées à partir des acides gras produits/précurseurs dans les phospholipides plasmatiques. Nous avons mesuré la SIGS, la RI et le disposition index lors d’un clamp Botnia. Après un repas à 66% de gras, le délai de clairance des gras a été mesuré par l’aire sous la courbe (sur 6 h) des triglycérides (TG) ou de l’apoB48 (chylomicrons) plasmatiques. Ex vivo dans une biopsie de TAB, nous avons mesuré l'expression de surface du LDLR et du CD36 par immunohistochimie, l'ARNm de NLRP3 et IL1B par RT-qPCR et la sécrétion d'IL-1β par alpha-LISA en l’absence ou en présence d’une stimulation par le lipopolysaccharide (LPS), l'adénosine triphosphate (ATP) et/ou les LDLs humaines natives et lors d’une co-incubation avec l’AEP+ADH. Résultats: À l’état basal (N=98), l'activité de la D5D corrélait négativement avec l'apoB plasmatique, la 2e phase de SIGS, la RI et le délai de clairance des chylomicrons et ces associations étaient dépendantes de l'apoB plasmatique. Inversement, l'activité de la D6D corrélait positivement avec la SIGS, la RI et le délai de clairance des chylomicrons indépendamment de l'apoB plasmatique. Chez les sujets ayant complété la supplémentation en AEP+ADH (N=30), on notait une amélioration de la 1e phase de SIGS, du disposition index et de la clairance des TGs. Des niveaux initiaux plus élevés d'apoB plasmatique, de TGs postprandiaux plasmatiques et de RI, et dans le TAB d'expression du LDLR et du CD36, de sécrétion d’IL-1β et d'ARNm de NLRP3 prédisaient une plus grande réduction de ces paramètres. En comparaison à l'acide palmitique, l’AEP+ADH inhibait la sécrétion d'IL-1β par le TAB, en l’abscence ou en présence d’une stimulation par le LPS, l'ATP et/ou les LDLs natives de ces sujets. Conclusion: Les associations inverses entre l'activité de la D5D avec les facteurs de risque de DbT2 sont dépendantes de l'apoB plasmatique. Les meilleurs répondants à la supplémentation en AEP et ADH, en termes de réduction d'apoB plasmatique, d’expression du LDLR et du CD36 dans le TAB, d'activité de l’inflammasome NLRP3 dans le TAB, de TGs postprandiaux et de RI, sont les sujets avec des niveaux initiaux élevés de ces paramètres. L’AEP et l’ADH inhibent directement la sécrétion d'IL-1β par le TAB humain induite par les LDLs natives ou d'autres signaux. Nous proposons que la supplémentation en AEP et ADH puisse cibler l'activité de l’inflammasome NLRP3 dans le TAB, induite par un niveau élevé d’apoB-lipoprotéines plasmatiques ou internalisées par les récepteurs, et ainsi aider à prévenir le DbT2. / Background: White adipose tissue (WAT) dysfunction promotes risk factors for type 2 diabetes (T2D), namely insulin resistance (IR), high glucose-stimulated insulin secretion (GIIS), delayed fat clearance and high concentrations of apoB-lipoproteins (measured as plasma apoB) including low density lipoproteins (LDL). Recent studies from our lab and others suggest that high plasma apoB (hyperapoB) is a cause and not only a consequence of WAT dysfunction. Moreover, upregulated receptor-mediated uptake of apoB-lipoproteins via LDL receptor (LDLR) and cluster of differentiation 36 (CD36), promotes the risk for T2D. However, underlying mechanisms as well as nutritional interventions to target them remain unclear. Activation of the NLRP3 inflammasome/interleukin (IL)-1β pathway promotes WAT dysfunction and risk factors for T2D and is activated by oxidized LDLs in immune cells. Eicosapentaenoic acid (EPA) and docosahexaenoic acid (DHA) reduce hyperapoB, NLRP3 inflammasome activity in immune cells and risk factors for T2D in humans. They are synthesized endogenously through δ-5 (D5D) and δ-6 (D6D) fatty desaturases. In humans, low levels of circulating EPA and DHA and D5D activity and high D6D activity predict the incidence of T2D and IR by unknown mechanisms. Objectives: The hypothesis of my thesis is that EPA and DHA improve T2D risk factors, namely WAT dysfunction, delayed fat clearance, IR and high GIIS, this via a reduction of plasma apoB and WAT NLRP3 inflammasome activity. The objectives are to examine whether: 1) the associations between the levels of D5D and D6D activities and the risk factors for T2D are dependent on plasma apoB; 2) supplementation with EPA+DHA reduces plasma apoB, WAT LDLR and CD36 expression, WAT NLRP3 inflammasome activity and T2D risk factors; 3) EPA+DHA directly inhibits IL-1β secretion from human WAT stimulated by canonical signals or native LDLs. Methods: Normoglycemic men and postmenopausal women were tested at baseline and after supplementation with EPA (1.8 g/day) and DHA (0.9 g/day) for 12 weeks. The activities of D5D and D6D were estimated from the product/precursor fatty acids in plasma phospholipids. We measured GIIS, IR and disposition index by a Botnia clamp. Following a 66% fat meal, delayed fat clearance was measured as the area under the curve (over 6 h) of plasma triglycerides (TG) or apoB48 (chylomicrons). Ex vivo in a WAT biopsy, we measured LDLR and CD36 surface expression by immunohistochemistry, NLRP3 and IL1B mRNA by RT-qPCR, and IL-1β secretion by alpha-LISA either unstimulated or stimulated by lipopolysaccharide (LPS), adenosine triphosphate (ATP), and/or native human LDLs, and during co-incubation with EPA+DHA. Results: At baseline (N=98), D5D activity correlated negatively with plasma apoB, 2nd phase GIIS, IR and delayed chylomicron clearance and these associations were dependent on plasma apoB. Conversely, D6D activity correlated positively with GIIS, IR, and delayed chylomicron clearance independently of plasma apoB. In subjects who completed the EPA+DHA supplementation (N=30), there was an amelioration in 1st phase GIIS, disposition index and TG clearance. Higher baseline levels of plasma apoB, plasma postprandial TGs, IR, WAT LDLR and CD36 surface expression, WAT IL-1β secretion and WAT NLRP3 mRNA predicted a greater reduction of these parameters. In comparison with palmitic acid, EPA+DHA inhibited IL-1β secretion from WAT, either unstimulated or stimulated by LPS, ATP and/or subjects’ native LDLs. Conclusion: The negative associations of D5D activity with risk factors for T2D are dependent on plasma apoB. Best responders to EPA and DHA supplementation to reduce plasma apoB, WAT LDLR and CD36 expression, WAT NLRP3 inflammasome activity, delayed TG clearance, and IR are subjects with elevated baseline levels of these parameters. EPA and DHA directly inhibit IL-1β secretion from human WAT induced by native LDLs or other signals. We propose that EPA and DHA supplementation may target upregulated WAT NLRP3 inflammasome activity induced by high plasma concentrations, or receptor-mediated uptake, of apoB-lipoproteins, and thus help prevent T2D.