La consommation d'un régime hyper protéique (HP) améliore l'homéostasie glucidique, le gain de poids, l'adiposité, en réduisant le tissus adipeux blanc et la taille des adipocytes. Les adaptations métaboliques dues à l'augmentation de l'apport protéique sont au moins caractérisées, au niveau du foie, par la diminution de la lipogenèse et l'augmentation de la conversion des acides aminés (AA) en glycogène. Cependant, le rôle des acides aminés dans le contrôle de ces adaptations métaboliques et des voies de transduction responsables de la transmission du signal " acides aminés " n'ont pas encore été élucidés. L'objectif de notre étude a été de déterminer l'effet de l'augmentation de l'apport en acides aminés sur la traduction et la protéolyse, et d'identifier les voies de signalisation impliquées dans la détection des acides aminés ainsi que l'acide aminé ou le groupe d'acide aminés responsable de ces effets, en utilisant des approches in vivo et in vitro. Les extraits protéiques ont été analysés par western blots pour examiner l'état de phosphorylation des protéines impliquées dans les voies de signalisation qui participent à la détection des AAs et à la régulation de la traduction, à savoir les voies: " mammalian target of rapamycin " (mTOR), " adenosine monophosphate-activated protein kinase " (AMPK) et " general control non-depressible kinase 2 " (GCN2). Cette étude a montré que l'adaptation à un régime de HP est caractérisée par la stimulation de la traduction dans le foie, au moins au niveau de l'étape d'initiation. Cette activation requiert à la fois la présence de fortes concentrations en AA (au moins la leucine ou des AAs à chaîne branchée) et d'insuline, comme l'indique l'augmentation de la phosphorylation de mTOR, 4E-BP1 et S6 et la diminution de la phosphorylation de l'AMPK et GCN2. L'utilisation de l'AICAR (activateur de l'AMPK) et de la rapamycine (inhibiteur de mTOR) nous a permis de montrer qu'en présence de fortes concentrations en AA et d'insuline, mTOR n'est pas le seul régulateur de 4E-BP1 et de la S6K1 (cibles de mTOR) et que l'AMPK peut également jouer un rôle important dans la régulation de leur état de phosphorylation. En outre, l'augmentation de l'apport protéique provoque une inhibition de la dégradation des protéines dans le foie et une diminution de l'expression des gènes codant les principales protéines du système autophagie et de l'ubiquitine-protéasome. En conséquence, les protéines sont moins ubiquitinées, donc moins dégradées. Les AAs et l'insuline semblent être les principaux régulateurs de la voie de protéolyse ubiquitine-protéasome et les voies mTOR et AMPK seraient les médiateurs des effets acides aminés et de l'insuline. Ces résultats suggèrent que le contrôle des voies cataboliques et anaboliques du métabolisme des protéines sont régulées par les mêmes signaux et font intervenir les mêmes voies de signalisation.

Au cours de l'ovogenèse, les stades vitellogéniques nécessitent une énergie considérable, et leur formation doit être ajustée en fonction d'autres besoins physiologiques. En utilisant la drosophile comme modèle, j'ai montré que la signalisation Insuline régule une transition du cycle cellulaire, mitose/ endocyle (M/E), une étape critique qui contrôle l'entrée des follicules en vitellogenèse. Mes travaux montrent que la transition M/E porte le rôle d'un point de contrôle nutritionnel. La carence protéique induit un blocage de cette transition au travers d'une interaction entre FoxO, Cut et Notch, empêchant une perte d'énergie. Ce blocage reste réversible, autorisant la reprise de l'ovogenèse sous retour à une alimentation normale. Ce travail montre qu'un point de contrôle nutritionnel au cours de l'ovogenèse permet de coupler des signaux métaboliques et développementaux pour protéger les tissus des dommages liés à la carence. D'autre part, j'ai montré que la signalisation Insuline contrôle la migration d'une cohorte de cellules d'origine épithéliale pour assurer la fertilité de l'ovocyte. L'insuline participe à la formation d'extensions cytoplasmiques riches en actine. Lors de ce processus, la signalisation Insuline contrôle notamment l'expression de chickadee, qui code pour la Profiline, une protéine nécessaire pour la polymérisation de l'actine qui permet la motilité des cellules. L'ensemble de ce travail montre que des tissus somatiques assurent l'homéostasie de l'ovogenèse malgré des conditions de nutritions fluctuantes. Ces travaux posent les bases de l'étude de nouveaux aspects de l'ovogenèse, potentiellement conservés chez les mammifères.

De nombreuses études indiquent que la prématurité, qui représente 8 % des naissances, estassociée à des indices précoces de dysfonction vasculaire, d’élévation de la pression sanguineet de survenue de diabète de type 2. Les enfants nés prématurément sont plus sujets auxblessures oxydatives de par l’immaturité de leurs défenses antioxydantes et de leur expositionà des situations pro-oxydantes (exposition à l’air ambiant, à un supplément d’oxygène, ou àune exposition aux infections). Cependant, les conséquences à long terme des blessuresoxydatives induites par une exposition à l’oxygène en période périnatale restent méconnues.Le but de ce doctorat a été de mettre en évidence certains mécanismes pouvant relier lesdommages de la prématurité induits par l’oxygène, et le risque à long terme de développer desmaladies cardiovasculaires et métaboliques dans le concept global d’une programmationdéveloppementale de l’hypertension et des pathologies reliées au syndrome métabolique. Des ratons Sprague-Dawley (SD) ont été exposés à 80 % O2 (O2) vs air ambiant (AA) du 3èmeau 10ème jour de vie. Concernant les paramètres cardiovasculaires, nous avons mesuré aucours de la croissance, la pression sanguine à la queue (de la 4ème semaine à la 15ème semaine)et à l’âge adulte : la réactivité vasculaire à l’angiotensine II (AngII) et au carbachol (ex vivo,carotides) avec ou sans le tempol; la production d’oxyde nitrique (NO) en présence ou non Larginineet de L-sépiaptérine (aorte, immunohistochimie) ainsi que l’expression de la nitricoxyde synthase endothéliale (eNOS) (aorte, immunohistochimie et western blot); le stressoxydant vasculaire (aorte, chemiluminescence) par la mesure de la production d’anionssuperoxide en présence ou non des inhibiteurs de la nicotinamide-adenine-dinucleotide-phosphate (NADPH oxydase) et de la nitric oxyde synthase endotheliale (eNOS), l’apocynine,et N-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME) respectivement, ainsi que le stress oxydantcirculant par la mesure des niveaux plasmatiques de malondialdéhyde (MDA, HPLC); ladensité microvasculaire a été évaluée au niveau du muscle tibial antérieur,immunohistochimie); la vitesse d’onde pulsée (VOP) (entre la valve aortique et juste avant labifurcation ilio-fémorale) a été mesurée par ultrason; le nombre de néphrons a été compté pardigestion acide. L’ontogenèse de la plupart de ces mécanismes a été regardée à l’âge de 4semaines.Concernant les paramètres métaboliques, le poids a été mesuré au cours de la croissance. Àl’âge adulte, la composition corporelle et la tolérance au glucose ont été évaluées. À l’âge de 4 semaines, aucune différence n’a été observée dans la pression sanguine, laréactivité vasculaire et le stress oxydant, mais chez les rats O2 vs AA, la densitémicrovasculaire est moindre, et des changements histologiques suggèrent la présence d’unerigidité artérielle augmentée.À l’âge adulte chez les rats O2 vs AA (n = 6-8 /groupe) : i) les pressions sanguines systoliqueset diastoliques sont augmentées; ii) la réactivité vasculaire à l’AngII est augmentée et celle aucarbachol est diminuée, le tempol prévient ces dysfonctions; iii) la production de NO est plusfaible au niveau basal et après stimulation par le carbachol, mais est restaurée après la préincubationavec L-arginine et L-sépiaptérine; iv) l’expression d’eNOS est diminuée parimmunohistochimie et augmentée par western blot; v) les niveaux d’anions superoxide, auniveau basal et en réponse à l’AngII, sont augmentés et sont induits par la NADPH oxydase etle non-couplage d’eNOS; vi) les niveaux plasmatiques de MDA sont augmentés; vii) Ladensité microvasculaire est moindre; viii) la VOP est augmentée; ix) le nombre de néphrons par rein est réduit; x) le poids est plus faible au cours de la croissance et un catch up estobservé à l’âge adulte; la composition corporelle n’est pas différente entre les groupes; xi) latolérance au glucose est diminuée. Ces résultats supportent l’hypothèse d’une programmation développementale des maladiescardiovasculaires et métaboliques à l’âge adulte à la suite d’un stress hyperoxique néonatal. / Many studies showed that prematurity, which represents 8 % of birth, is associated with earlyindices of vascular dysfunction, increased blood pressure and Type 2 diabetes. Prematuritybabies are more susceptible to oxidative injury, consequence of the immaturity of theirantioxidant defences, and exposure to pro-oxidant situations (oxygen supplementation,infection). However, the long-term consequences of oxidative injury induced by oxygenexposure in the neonatal period are unknown.The aim of these PhD studies was to unravel some mechanisms that might underlie thedamage induced by oxygen and the long-term risk of developing vascular and metabolicdiseases in the overall concept of developmental programming of hypertension and metabolicsyndrome-related diseases. Sprague-Dawley pups were kept with their mother in 80 % O2 (O2) or room air (RA) from day3 to 10 of life. Cardiovascular parameters, tail blood pressure was measured between 4 and15 weeks of life. In adulthood : vascular reactivity (ex vivo carotid rings) to angiotensine II(AngII) and carbachol with and without tempol was studied; studies of nitric oxide (NO)production with and without L-arginine and L-sépiaptérine (aorta, immunohistochemistry)and endothelial nitric oxide synthase expression (eNOS; aorta, immunohistochemistry,western blot) were performed; vascular oxidative stress (aorta, using chemiluminescence) bymeasuring superoxide anion production with and without inhibitors of nicotinamide-adeninedinucleotide-phosphate (NADPH oxydase) and nitric oxyde synthase endotheliale (eNOS),apocynin and N-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME) respectively, and circulating oxidative stress by measuring the plasma levels of malondialdéhyde (MDA, HPLC) wereevaluated; microvascular density was assessed on tibialis anterior muscle sections; pulse wavevelocity (PWV) was measured by ultrasound, between aortic valve and ilio-femoralbifurcation; nephrons were counted after hydrochloric acid digestion. The main observationswere also evaluated at 4 weeks of age. Metabolic parameters: body weight has beenmeasured during the growth. In adulthood, body composition, glucose tolerance wereevaluated. A 4 weeks of age, no difference was observed regarding blood pressure, vascular reactivity,and oxidative stress indices, but in rats O2 vs. RA (n = 6-8 /group), microvascular rarefactionand histological changes suggesting enhanced vascular stiffness were present.To adulthood, rats O2 vs. RA (n = 6-8/group) : i) systolic and diastolic blood pressures areincreased; ii) vascular reactivity to Ang II is increased and to carbachol is decreased, thesedysfunction were totally abolished by co-incubation of the vessel rings with tempol; iii) NOproductionis decreased in basal condition and after carbachol stimulation, but is restored afterpre-incubation of aorta sections with L- arginine and L-sépiaptérine; iv) eNOS expression isdecreased by immunohistochemistry but increased by western blot; v) vascular superoxideanion levels are increased in basal condition, after AngII stimulation and this is mediated byNADPH oxydase and eNOS uncoupling; vi) the plasma levels of MDA are increased; vii)microvascular density is decreased; viii) PWV is increased; ix) nephron count per kidney isdecreased; x) body weight is less during growth, but a catch up is observed in adulthood,body composition is similar; xi) the glucose tolerance is decreased in adults. These results support the hypothesis of developmental programming of vascular andmetabolic diseases in adulthood, after exposure to hyperoxic stress in the neonatal period.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

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

Le système olfactif partage de nombreux liens moléculaires, neuroanatomiques et fonctionnels avec le système de régulation de l’homéostasie énergétique. L’exploration de ces interactions nous a conduit à démontrer que la détection olfactive est modulée par les états alimentaires et métaboliques : des animaux affamés présentent une meilleure sensibilité olfactive que des animaux rassasiés. Cette modulation persiste chez les rats Zucker fa/fa obèses et disparaît chez les rats LouC résistants à l’obésité. Les hormones et les neuropeptides impliqués dans la régulation de l’homéostasie énergétique apparaissent comme de bons candidats pour expliquer l’influence des états alimentaires et métaboliques sur la détection olfactive. Afin de tester directement leur action sur la détection olfactive, nous avons évalué les rôles de l’Orexine A, un neuropeptide hypothalamique orexigène, ainsi que de la leptine et de l’insuline, deux hormones d’adiposité périphériques, sur la capacité de détection olfactive de rats Wistar. Ainsi, nous avons démontré que l’injection ICV d’orexine A induit une augmentation de la détection olfactive. A l’inverse, les injections ICV de leptine et d’insuline induisent une diminution de la détection olfactive. Les récepteurs de l’orexine A, de l’insuline et de la leptine sont largement exprimés au niveau du système olfactif. En particulier, les récepteurs de l’insuline présentent une régionalisation marquée et sont très abondants au niveau de plusieurs catégories cellulaires du bulbe olfactif, le premier relais central de l’information olfactive. Nous avons également montré que la quantité d’insuline bulbaire variait en fonction de l’état alimentaire tandis que la densité des récepteurs n’était pas modifiée. L’ensemble de ces données, corroboré par d’autres travaux de la littérature, suggère que les hormones et les neuropeptides impliqués dans la régulation de l’homéostasie énergétique jouent également un rôle majeur dans la régulation de la fonction olfactive. Les molécules orexigènes, libérées en état de faim et de carence énergétique, augmentent la détection olfactive et participent à l’initiation du comportement alimentaire. A l’inverse, les molécules anorexigènes libérées en état de rassasiement et d’abondance énergétique, diminuent la détection olfactive et conduisent à l’arrêt de la prise alimentaire. La compréhension des mécanismes qui sous-tendent les interactions entre l’odorat et la régulation de la prise alimentaire et de la masse corporelle pourrait permettre à terme d’évaluer l’importance de la perception sensorielle de la nourriture lors de la mise en place de troubles du comportement alimentaire. / Olfaction is closely linked to energy homeostasis regulation. The olfactory system shares several molecular, anatomical and functional links with brain areas and peripheral organs involved in food intake and body weight regulations. We demonstrated that the feeding state modulates olfactory detection: fasted rats display better olfactory sensitivity that satiated ones. This modulation is also observed in Obese Zucker fa/fa rats. However, obesity-resistant LouC rats do not modulate their olfactory detection according to the feeding state. Peripheral hormones and neuropeptides involved in energy homeostasis regulation might be responsible for olfactory detection modulation. To examine this hypothesis, we evaluated the respective roles of Orexin A, a hypothalamic orexigenic neuropeptide; as well as leptin and insulin, two peripheral adiposity hormones; on olfactory detection. We demonstrated that central administration of Orexin A increases olfactory detection; whereas central administration of leptin or insulin decreases olfactory detection. Orexin A, leptin and insulin receptors are widely expressed in the olfactory system. We further demonstrated that insulin receptors were abundantly expressed in discrete olfactory bulb areas and in several neuron types of the olfactory bulb network. The whole of these data, supported by several reports, suggest that hormones and neuropeptides classically involved in energy homeostasis regulation extend their roles to olfactory detection modulation. Indeed, orexigenic signals released upon fasting or in conditions of energy depletion increase olfactory detection which participate in meal initiation. By contrast, anorexigenic signals released during refeeding or in conditions of energy abundance decrease olfactory detection which participate in meal termination. With the ever rising incidence of metabolic disorders, elucidating the cross-talks between olfaction and energy homeostasis regulation is of critical relevance to better understand and manage the etiology of altered food-intake behaviours.

Le diabète de type 1 est une maladie auto-immune caractérisée par la destruction des cellules bêta des îlots de Langerhans du pancréas. Au cours de ce processus auto-immun, des auto-anticorps sont produits contre plusieurs antigènes des cellules bêta, par exemple l'insuline, l'acide glutamique décarboxylase (GAD65), la protéine tyrosine phosphatase (IA-2) et le transporteur de zinc (ZnT8). Au moins un auto-anticorps contre l'un de ces antigènes est présent dans> 95% des personnes atteintes de diabète de type 1 lors de la détection de l'hyperglycémie. Ces auto-anticorps peuvent servir de marqueurs précoces de diabète de type 1, car ils peuvent être présents des années avant l'apparition de la maladie, ce qui permet un diagnostic précoce avant les manifestations cliniques. Dans le cadre de cette thèse, nous avons développé, en partenariat avec une équipe de recherche clinique, une série de tests diagnostiques originaux, basée sur la détection précoce des différents auto-anticorps d’îlots de Langerhans à partir d'échantillons de sérum humain. Ces tests de diagnostic comprennent des tests bridging ELISA pour la détection d'auto-anticorps contre l'insuline, IA-2 et GAD65, qui sont rapides, facile à utiliser et n’utilisent pas de radioactivité. De plus, un test immunochromatographique sur bandelette pour la détection des auto-anticorps contre IA-2 a été développé. Le principal avantage des tests bandelettes est sa convivialité : les résultats peuvent être obtenus en 45 min en utilisant de très petits volumes de sérums et sans l'utilisation d’appareils spécialisés. Tous ces tests développés en interne ont été validés avec des échantillons de sérum de patients atteints de diabète de type 1 et de témoins sains et leurs performances ont été comparées avec celles de tests disponibles sur le marché. En outre, nous avons développé un test multiplex pour la détection simultanée de plusieurs auto-anticorps associés au diabète de type 1, ce qui permet de gagner du temps et d’augmenter la valeur diagnostic et prédictive du test par rapport à la détection d’un seul autoanticorps. Ce test multiplex a été validé pour la détection de deux autoanticorps (IA-2A et GADA) et comparé à nos tests ELISA de IA-2A et GADA. / Type 1 diabetes is an autoimmune disease characterized by the destruction of pancreatic beta cells within the islets of Langerhans. In the course of this autoimmune process, autoantibodies are generated against several beta-cell antigens, e.g. insulin, glutamic acid decarboxylase (GAD65), tyrosine phosphatase-like protein (IA-2) and zinc transporter 8 (ZnT8). At least one autoantibody against one of these antigens is present in >95% of individuals with type 1 diabetes upon hyperglycemia detection. These autoantibodies can serve as early markers of type 1 diabetes, since they can be present years before disease onset, allowing for an early diagnosis before clinical manifestations. In the course of this thesis we have developed, in partnership with a clinical research team, a series of original diagnostic tests, based on the early detection of the different anti-Langerhans islet autoantibodies from human serum samples. These diagnostic tests include bridging ELISAs for the detection of autoantibodies to insulin, IA-2 and GAD65, which are rapid, non-radioactive and easy-to-use. Moreover, a lateral flow immunoassay (dipstick) for detection of autoantibodies to IA-2 was developed. The key advantage of lateral flow immunoassay is its user-friendly format: results can be obtained within 45 min using very small volumes of sera and without the use of any specialized apparatus. All these in-house assays were validated with diabetic and healthy human serum samples and the assay performances were compared to commercially available tests on the market. In addition, we have developed a multiplex assay for simultaneous detection of multiple diabetes-associated autoantibodies, which is time-effective and increases the diagnostic and predictive values of the assay, comparing to single autoantibody detection. This multiplex assay was validated for detection of two autoantibodies i.e. IA-2A and GADA and compared to in-house IA-2A and GADA bridging ELISAs.

Au cours de l’ovogenèse, les stades vitellogéniques nécessitent une énergie considérable, et leur formation doit être ajustée en fonction d’autres besoins physiologiques. En utilisant la drosophile comme modèle, j’ai montré que la signalisation Insuline régule une transition du cycle cellulaire, mitose/ endocyle (M/E), une étape critique qui contrôle l’entrée des follicules en vitellogenèse. Mes travaux montrent que la transition M/E porte le rôle d’un point de contrôle nutritionnel. La carence protéique induit un blocage de cette transition au travers d’une interaction entre FoxO, Cut et Notch, empêchant une perte d’énergie. Ce blocage reste réversible, autorisant la reprise de l’ovogenèse sous retour à une alimentation normale. Ce travail montre qu’un point de contrôle nutritionnel au cours de l’ovogenèse permet de coupler des signaux métaboliques et développementaux pour protéger les tissus des dommages liés à la carence. D’autre part, j’ai montré que la signalisation Insuline contrôle la migration d’une cohorte de cellules d’origine épithéliale pour assurer la fertilité de l’ovocyte. L’insuline participe à la formation d’extensions cytoplasmiques riches en actine. Lors de ce processus, la signalisation Insuline contrôle notamment l’expression de chickadee, qui code pour la Profiline, une protéine nécessaire pour la polymérisation de l’actine qui permet la motilité des cellules. L’ensemble de ce travail montre que des tissus somatiques assurent l’homéostasie de l’ovogenèse malgré des conditions de nutritions fluctuantes. Ces travaux posent les bases de l’étude de nouveaux aspects de l’ovogenèse, potentiellement conservés chez les mammifères. / How oogenesis is controlled upon nutrient challenge is a key biological question to understand the balance between reproduction and adult fitness. During Drosophila oogenesis, vitellogenic stages are highly energy consuming so their formation has to be balanced with other physiological needs. We reveal the role of the Insulin pathway and FoxO in regulating the transition from Mitotic-to-Endocycle, a critical step controlling the entry of egg chambers into vitellogenesis. We show that the M/E switch functions as a nutrient checkpoint, blocking the entry into vitellogenesis upon starvation and therefore protecting adults from energy loss. Pausing of the M/E switch involves a previously unknown crosstalk between FoxO, Cut and Notch, a fully reversible process ensuring rapid resuming of oogenesis upon re-feeding. This work reveals a FoxO-dependent nutrient checkpoint integrating metabolic cues with reproduction and protecting tissues from starvation-induced damages. In addition, we show that the Insulin pathway regulates the migration of a subset of epithelial cells to ensure oocyte fertilization. We demonstrate that Insulin signaling regulates the formation of actin-rich cellular extensions in invasive cells. During this process, FoxO represses chickadee expression, which encodes Profilin. Insulin signaling activity leads to the inhibition of FoxO and subsequent Profilin accumulation, which further allows actin polymerization, necessary for cell motility. Altogether, data reveal a crucial role for the conserved Insulin signaling pathway in regulating ovarian follicles through somatic tissues, a process which is likely to share much in common with oogenesis in mammals.

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