Ce travail de thèse avait pour objectif d’étudier la régulation de l’expression des gènes du métabolisme intermédiaire par les acides aminés alimentaires dans le foie de truite arc-en-ciel. Ces études ont permis de caractériser, pour la première fois dans le foie de truite, les principaux acteurs de la voie de signalisation Akt/TOR et leurs régulations. Nos résultats in vitro montrent qu’un mélange d’acides aminés, seul ou avec l’insuline, est capable de réguler l’expression de nombreux gènes impliqués dans la lipogenèse, la néoglucogenèse et la glycolyse. Les régulations observées en présence conjointe d’un mélange d’acides aminés et d’insuline semblent être, pour la plupart, dépendantes de la voie TOR. Par la suite, nous avons étudié l’effet de certains acides aminés comme la leucine (connue pour son effet « signal ») ainsi que la lysine et la méthionine (souvent ajoutées dans les aliments piscicoles riches en matières premières végétales afin d’atteindre l’équilibre en acides aminés). En présence d’insuline, la leucine, contrairement à la lysine et la méthionine, active la voie de signalisation TOR et régule l’expression de certains gènes (néoglucogenèse et lipogenèse) de façon similaire à un mélange d’acides aminés. Parallèlement, in vivo, nous avons étudié la régulation de l’expression des gènes du métabolisme intermédiaire lors d’un remplacement partiel ou total des huiles et farines de poisson par des produits végétaux dans l’aliment piscicole. Cette expérimentation a montré que, ni les voies de signalisation Akt/TOR, ni l’expression des gènes cibles ne sont affectés par ces nouveaux aliments. En conclusion, ces travaux ont montré que les acides aminés semblent jouer un rôle important dans la régulation de l’expression des gènes hépatiques du métabolisme intermédiaire chez la truite arc-en-ciel. / The objective of my PhD was to characterize the regulation of the intermediary metabolism related gene expression by dietary amino acids in the liver of rainbow trout. This work allowed us to characterize, for the first time in the liver of trout, the main proteins of the Akt/TOR signalling pathway and their regulations. In vitro results showed that a mixture of amino acids, in the presence or absence of insulin, is able to regulate the expression of numerous genes involved in lipolysis, gluconeogenesis and glycolysis. Such regulations induced by an amino acid mix together with insulin appear to be, at least partly, TOR-dependent. Afterwards, I studied the effect of specific amino acids known to be a signalling molecule (leucine) or having potential application as supplements to reach essential amino acid balance in plant ingredients-rich diet (lysine and methionine). In the presence of insulin, leucine, in contrast to lysine and methionine, is able to activate the TOR signalling pathway and regulate the expression of several genes involved in gluconeogenesis and lipogenesis in the same way as a mixture of amino acids. Furthermore, we studied in vivo, the effect of partial or total replacement of fish oil and fish meal by plant products in fish feed on .the regulation of intermediary metabolism related gene expression. This study showed that neither Akt/TOR signalling pathway nor the expression of the target genes were affected by such diets. In conclusion, these studies showed that amino acids seem to play an important role in the hepatic regulation of intermediary metabolism gene expression in the rainbow trout.

La croissance fœtale et postnatale est un processus finement régulé par des facteurs génétiques, épigénétiques et environnementaux complexes. Le système des IGFs (insulin-like growth factors) est l’un des acteurs principaux jouant un rôle crucial dans le développement fœtal et postnatal. Chez l’humain, plusieurs mutations des gènes IGF1 et IGF-1R ainsi qu’une mutation d’origine paternelle d’IGF2 ont été rapportées chez des patients ayant un retard de croissance intra-utérin (RCIU) qui peut persister et/ou s’aggraver en postnatal. Par ailleurs, les phénomènes épigénétiques comme la méthylation de l’ADN et le code histone jouent également un rôle prépondérant dans le développement fœtal et postnatal. L’empreinte parentale, mise en place grâce à des marques épigénétiques, est un des mécanismes important pour le développement fœtal. Chez l’humain, une anomalie de régulation de gènes soumis à empreinte parentale est associée à plusieurs syndromes de retard de croissance intra-utérin et postnatal ou à l’inverse de croissance excessive. Ce travail comporte deux parties: nous nous sommes dans un premier temps particulièrement intéressés à l’étude génétique et épigénétique de la région 11p15.5 et de son centre d’empreinte régulant le domaine IGF2/H19 dans une population de patients ayant une croissance excessive ou bien un RCIU (syndromes de Beckwith-Wiedemann et Silver-Russell respectivement), afin de mieux comprendre la régulation de ce domaine. Puis, la deuxième partie de notre étude a porté sur l’identification de nouvelles causes génétiques et épigénétiques de syndrome de Silver-Russell, altérant l’expression d’IGF2 mais n’étant pas directement secondaires à un défaut moléculaire de la région 11p15.5. / Fetal and postnatal growth is a process finely regulated by genetic, epigenetic and environmental complex. The IGFs system (insulin-like growth factors) is one of the main actors playing a crucial role in fetal and postnatal development. In humans, several mutations of IGF1 and IGF-1R genes and a paternal IGF2 mutation have been reported in patients with intrauterine growth restriction (IUGR), which can persist and/or worsen in postnatal life. Moreover, epigenetic phenomena such as DNA methylation and histone code also play a major role in fetal and postnatal development. Genomic imprinting, established due to epigenetic marks, is one of the major mechanisms for fetal development. In humans, abnormal regulation of genes subject to imprinting is associated with several syndromes of intrauterine and postnatal growth restriction or conversely excessive growth. This work has two parts: we initially particularly interested in the genetic and epigenetic study of the 11p15.5 region and its imprinting control region regulating the IGF2/H19 domain in a population of patients with overgrowth or IUGR (Beckwith-Wiedemann syndrome and Russell-Silver respectively), to better understand the regulation of this area. Then, the second part of our study focused on the identification of new genetic and epigenetic causes of Silver-Russell syndrome, altering the expression of IGF2, without being directly caused by a molecular defect of 11p15.5 region.

Résumé: Comparées aux classiques insulines humaines régulières (IHR), les insulines analogues ultrarapides (IAUR) ont été conçues pour mieux synchroniser le pic insulinémique avec l’absorption du repas. Le progrès a été démontré chez les patients diabétiques de type 1, mais le contrôle glycémique s’est peu ou pas amélioré chez les patients diabétiques de type 2 (DT2), qu’ils soient sous IAUR ou IHR. Or ces patients constituent 75 % des utilisateurs d’insuline. L’utilité des IAUR est donc toujours débattue. La dose (donc le volume) injectée et le flot sanguin dans le tissu adipeux sous-cutané (FSTA) sont les facteurs majeurs de l’absorption de l’insuline. Les patients DT2, résistants à l’insuline, s’injectent des doses importantes et leur FSTA est de 50 à 70 % plus faible que celui des sujets sains de poids normal (PN). Nous avons montré que l’absorption sous-cutanée des IAUR est diminuée chez les sujets obèses et DT2 (ODT2) par rapport aux sujets PN, que le volume injecté avait un effet délétère additionnel et que le FSTA peut être augmenté de façon pharmacologique avec un agent vasoactif (AV) chez des sujets résistants à l’insuline. Nous suggérons que l’ajout d’un AV à une IAUR va augmenter le FSTA au site d’injection et donc améliorer sa pharmacocinétique (PK) et sa pharmacodynamie (PD). Pour vérifier cette hypothèse, nous avons 1) évalué la réponse du FSTA à 4 AV chez des sujets PN, obèses non-diabétiques et ODT2; 2) évalué la PK/PD et la biodisponibilité de l’IAUR lispro ± AV chez des sujets ODT2; et 3) caractérisé l’expression des cibles des AV dans le tissu adipeux sous-cutané chez les sujets énumérés en 1). Les 4 AV ont augmenté le FSTA des sujets ODT2, mais moins que celui des autres sujets. L’occurrence de la raréfaction et/ou dysfonction microvasculaire chez les sujets ODT2 pourrait expliquer l’hyporéactivité vasculaire aux AV testés. Le plus actif des AV chez les sujets ODT2 a été ajouté à l’IAUR lispro pour améliorer sont absorption sc. Les PK/PD ont été améliorées seulement chez les sujets ODT2 avec une hémoglobine glycosylée A1c ≥ 8 %; c’est-à-dire 4 sujets sur 8. Chez ces derniers, l’absorption de 30 U + AV a été plus rapide de 14 et 71 min à 20 et 80 % de l’aire sous la courbe totale de la lispro plasmatique, respectivement. Chez les 4 autres sujets ODT2, l’absorption de la lispro semble s’être détériorée avec l’AV. Une interaction chimique a peut-être eu lieu entre l’AV et la lispro, ce qui aurait perturbé son absorption. Selon nos résultats, le niveau de contrôle du diabète, le volume d’injection et les caractéristiques chimiques de l’AV seraient des modulateurs de l’efficacité du concept IAUR + AV. Il nous faut maintenant déterminer l’impact de ces facteurs sur la capacité d’un AV à améliorer l’absorption sc de l’IAUR chez les sujets ODT2. / Abstract: Compared to classic regular human insulin (RHI), short-acting insulin analogues were designed to better synchronize plasma insulin increase to food absorption. Although improvements were noted in subjects with type 1 diabetes, slight to no improvement in glycemic control were observed in subjects with type 2 diabetes (T2D) using SAIA instead of RHI. Nevertheless, they represent 75 % of all insulin users. Consequently, the relative useful-ness of SAIA in T2D patients is currently hotly debated. Injected volume and subcutaneous (sc) adipose tissue blood flow (ATBF) are two main factors involved in insulin absorption. In fact, T2D patients use large doses of insulin because of their resistance to insulin and have an ATBF 50 to 70 % lower than lean healthy subjects. We already showed that SAIA absorption is decreased in obese T2D (OT2D) subjects compared to normal weight healthy subjects and that volume has additional detrimental effects. We also showed that ATBF can be increased pharmacologically with vasoactive agents (VA) in healthy and insulin-resistant subjects. Then we suggest that in OT2D subjects, addition of VA to SAIA preparations will locally increase ATBF, improve insulin sc absorption (Pharmacokinetic - PK) and bioavailability, thus insulin hypoglycemic effect (Pharmacodynamic - PD). To test this hypothesis, we 1) assessed ATBF response of 4 selected VA within three experimental groups (normal weight, obese non-diabetic and OT2D subjects); 2) evaluated insulin PK/PD and bioavailability improvement in OT2D subjects after the addition of the best VA to SAIA lispro and 3) characterized expression of selected VA targets in sc adipose tissue biopsies, within equivalent experimental groups, and compared results with ATBF responses. All 4 VA were able to increase ATBF of OT2D subjects but in a less extend than other subjects. The occurrence of microvascular rarefaction and/or dysfunction in OT2D subjects can explain the hyporeactivity to tested VA. Nevertheless, one VA among others was shown more effective to increase ATBF in OT2D subjects and was then tested (mixed) with SAIA lispro. With the AV, PK/PD were improved only in OT2D subjects with A1c glycated hemoglobin ≥ 8 %; 4 subjects on 8. The sc absorption of 30 U + VA was faster by 14 and 71 min for respectively 20 and 80 % of the total area under the lispro plasmatic curve. But the sc absorption with VA appeared blunted with the other subjects. Maybe detrimental chemical interactions occurred between the VA and lispro, which could impede absorption. Our results suggest that diabetes control state, injection volume, and VA chemical characteristics influence the efficacy of our SAIA + VA concept. Further tests are needed to seize the impact of these factors on VA effectiveness in sc absorption improvement of SAIA in OT2D subjects.

La réduction des excursions glycémiques postprandiales a été proposée comme un moyen pour limiter le risque de développement du diabète de type 2. L’intérêt s’est donc porté sur les outils nutritionnels susceptibles de moduler la biodisponibilité des glucides et ainsi leur impact sur la glycémie postprandiale. Les travaux réalisés au cours de cette thèse avaient pour but d’étudier les effets de différents ingrédients modifiant la biodisponibilité du glucose, non seulement sur la glycémie postprandiale à court terme (2 heures) mais aussi sur les cinétiques du débit d’apparition et de disparition de glucose (total, exogène et endogène - isotopes stables) et les autres paramètres métaboliques de la phase postprandiale au cours de la journée. Dans la première étude (β-glucanes), nous avons montré que l’addition de fibres β-glucanes à un repas glucidique chez des sujets sains en surpoids ralentit l’absorption du glucose dans le plasma. Ceci a prolongé la réponse insulinique et par conséquent l’inhibition de la lipolyse et de la production endogène de glucose. Dans la deuxième étude (Eurostarch), nous avons montré que la diminution de la biodisponibilité du glucose au petit-déjeuner (amidon lentement digestible, index glycémique bas) diminue l’apparition du glucose exogène dans le plasma et pourrait avoir un effet second-repas chez des sujets sains en surpoids. Mais nous n’avons pas mis en évidence d’amélioration de ces effets métaboliques à plus long terme (5 semaines). Dans la troisième étude présentée (Nutriose), nous avons montré que l’addition de dextrine résistante NUTRIOSE®10 (fermentescible) au petit-déjeuner chez des sujets sains, diminue les réponses glycémiques, insuliniques postprandiales et le profil de ghréline au cours de la journée (en comparaison à une maltodextrine). En parallèle, la prolongation observée de la fermentation et l’oxydation du NUTRIOSE®10 pourraient fournir de l’énergie en phase postprandiale tardive. En conclusion, l’analyse des paramètres métaboliques au-delà de 2 heures après le repas, a permis de mettre en évidence les effets métaboliques à plus long terme de la modulation de l’apparition du glucose dans le plasma (ralentissement, prolongation, réduction) sur les cinétiques du glucose, la réponse insulinique, la lipolyse et l’oxydation des substrats / The reduction of the postprandial glycemic excursions has been proposed as to limit risk of type 2 diabetes. There has been growing interest in the development of dietary ingredients that could potentially modulate carbohydrates bioavailability and thus their impact on postprandial glycemia. The aim of this thesis was to investigate the effects of the the modulation of glucose bioavailability by different ingredients on 2-hour glycemic response but also on glucose kinetics (total, exogenous and endogenous – stable isotopes) and on other daylong metabolic parameters. In the first study (β-glucanes), we showed that the addition of β-glucan fiber to a carbohydrate meal in healthy overweight subjects reduced the appearance of glucose in plasma. As a consequence, insulin response was also prolonged and induced a prolonged inhibition on lipolysis and endogenous glucose production. In the second study (eurostarch), the reduction in glucose availability (slowly available glucose, low GI) at breakfast decreased plasma exogenous glucose appearance and tended to improve glucose control at the subsequent lunch. But we did not observe the improvement of such metabolic effects in the long-term (5 weeks). In the last study, we showed that the addition of a resistant dextrin, NUTRIOSE®10, decreased postprandial glycemic and insulinemic response as well as daylong satiety-related ghrelin profile, compared to maltodextrin. In parallel, the prolonged fermentation and oxidation pattern of NUTRIOSE®10 up to 10 hours after ingestion at breakfast could induced an extended energy release with NUTRIOSE®10 in the late postprandial phase. In conclusion, the follow-up of metabolic parameters beyond 2 hours after the meal have highlighted the longer-term metabolic effects of the modulation of glucose appearance in plasma (delay, extension, reduction) on glucose kinetics, insulin response, lipolysis and nutrients oxidation

La taille finale des organismes dépend de la vitesse et de la durée de croissance. Ces paramètres sont contrôlés par différentes hormones. La production d'hormone stéroïdienne détermine la fin de la période de croissance en déclenchant la maturité sexuelle, alors que la vitesse de croissance est régulée par la voie de signalisation de l’insuline/IGF (IIS). La vitesse de croissance des organismes est influencée par la nutrition. En effet, des défauts de croissance sont observés chez les individus souffrant de carence protéique chronique. La nutrition contrôle la croissance grâce à la voie de signalisation de l’insuline/IGF. Cependant, le mécanisme par lequel la nutrition contrôle la voie IIS est complexe et reste à élucider. Afin d’explorer cette régulation, le laboratoire utilise Drosophila melanogaster comme modèle d’étude. Chez la drosophile, il existe 8 insulin-like peptides (Dilps). Parmi eux, Dilp2 est la principale insuline promouvant la croissance systémique. Elle est produite par des neurones spécialisés appelés les Insulin Producing Cells (IPC), homologues des cellules béta du pancréas. La sécrétion de Dilp2 dans l’hémolymphe, équivalent du sang chez les vertébrés, est précisément ajustée en fonction de la nutrition. Cette régulation implique une communication inter-organe avec le corps gras, homologue du foie et du tissu adipeux blanc. Selon les conditions nutritionnelles, plusieurs signaux dérivés du corps gras (FDS) sont sécrétés et contrôlent la sécrétion de Dilp2. Ces FDS agissent directement ou indirectement sur les IPCs, via des relais neuronaux. Mon projet de thèse avait pour but de découvrir et d’étudier de nouvelles cibles neuronales contrôlant l’activité sécrétrice des IPCs, et par conséquent la croissance systémique, en fonction de la nutrition. J’ai identifié une paire de neurones inhibiteurs des IPCs, que l’on a nommé IPC-Connecting Neurons (ICN). Actifs en carence en acides aminés, ils inhibent la sécrétion des Dilps. J’ai montré que la signalisation EGFR réprime l’activité de ces neurones en condition nourrie, ce qui augmente la sécrétion des Dilps et par conséquent la taille des individus. Cette activation est due à un nouveau ligand d’EGFR : Growth Blocking Peptide (GBP). J’ai montré que ce ligand de type EGF possède des propriétés particulières puisqu’il agit de façon endocrinienne. En effet, en condition nourrie, GBP est sécrété par le corps gras dans l’hémolymphe, et atteint les ICN afin d’activer la signalisation EGFR. En conclusion, nous proposons que GBP produit par le corps gras en condition nourrie active la voie EGFR dans les neurones ICN, lève l’inhibition exercée sur les IPCs et stimule la sécrétion des Dilps. Cependant, les mécanismes moléculaires par lequel le couple GBP/EGFR inhibe l’activité neuronale des ICNs reste à élucider. Ce travail a permis d’identifier un nouveau mode de régulation de la sécrétion des insulines et de la croissance des organismes en fonction de la disponibilité et de la qualité nutritionnelle. / Body growth is tightly regulated by nutrient availability. Upon nutritional shortage, animals harmoniously reduce their body size by modulating the activity of the insulin/IGF signaling pathway (IIS). To understand how nutrition controls the IIS, we used Drosophila melanogaster as a model. Drosophila has a conserved IIS with 8 insulin-like peptides (Dilps), a unique insulin receptor and a conserved downstream signaling cascade. Among the Dilps, Dilp2 is the main growth-promoting factor. Dilp2 is produced by specialized neurons located in the brain, the Insulin-Producing-Cells (IPCs), functionally related to vertebrate beta cells. Dilp2 secretion is precisely adjusted in response to nutrition: it is released in the hemolymph under normal nutrient condition, but not upon dietary amino acid scarcity. This regulation requires several inter-organ cross-talks between the producing neurons and the fat body, which is the equivalent of the vertebrate white adipose tissue and liver. Depending on diet composition, several fat-derived signals (FDS) are secreted into the hemolymph and control Dilp2 secretion from the IPCs. These FDS act either directly or indirectly through a neuronal relay, to control the IPCs secretory activity. The aim of my PhD project was to better understand these regulations and to discover new neuronal relay controlling the IPCs secretory activity and body growth, according to nutrition. I identified a pair of neurons harboring synaptic connections with the IPCs (IPC-connecting neurons, ICNs). I determined that the ICNs activity is maximal upon amino acids shortage and is required to exert a blockage of the neighbouring IPCs. Moreover, in rich nutrient conditions, EGFR signaling prevents activation of the ICNs, allowing Dilp2 release from the IPCs. GBP1 and 2 are EGF-like peptides produced by the fat body in response to amino acids, and they can modify insulin release. However, the neural circuitries at play are unknown. I demonstrated that GBPs are atypical ligands for the EGF receptor (EGFR), with endocrine function. Using ex-vivo brain culture, I showed that the presence of the fat body-derived GBP1 in the hemolymph activates EGFR signaling in the ICNs and alleviates their inhibitory input on the IPCs, allowing Dilp2 release and therefore body growth. In conclusion, I identified a novel neural circuitry responding to fat-derived EGF-like GBPs, coupling dietary amino acids to the release of insulin-like peptides and systemic growth.

Seit Veröffentlichung der Studien von G. Van den Berghe et al. im Jahre 2001 galt es die strikte Blutzuckereinstellung in normoglykämische Bereiche bei Schwerverletzten anzustreben. Die intensivierte Insulintherapie wurde daraufhin von verschiedensten Fachgesellschaften in Leitlinien und Therapieregimen integriert, so auch auf der neurochirurgischen ITS der Universitätsklinik Leipzig. Kurze Zeit später erschienen große multizentrische Studien, die den Benefit der intensivierten Insulintherapie in Frage stellten und sogar von einer signifikant höheren Letalität bei strikt normoglykäm eingestellten Patienten berichteten. Daher wird in dieser Studie die zwiespältige aktuelle Datenlage zum Anlass genommen, die Beziehungen zwischen Blutzuckereinstellung und ITS-Regime sowie die Auswirkungen hyperglykämischer Stoffwechselsituationen und mögliche Bedeutung des Blutglukosespiegels respektive der intensivierten Insulintherapie speziell für Patienten mit isoliertem mittelschwerem und schwerem Schädel-Hirn-Trauma zu evaluieren. Mit Hilfe der Integration wird erstmalig ein Verfahren zur Blutglukosedarstellung verwendet, dass durch die Flächenberechnung (Area under the Curve (AUC-BG)) ein Abbild von Höhe und Dauer der Hyperglykämie schafft. Es konnte gezeigt werden, dass die Blutzuckereinstellung mit dem klinischen Verlauf, krankheitsspezifischen Therapiekonzepten, Komplikationen und dem Outcome der Patienten korreliert und positiv Einfluss nimmt. Von besonderem Interesse war die Auswirkung auf den Hirndruck und die Notwendigkeit von Dekompressionskraniektomien, als auch auf Infektionsereignisse, die kontrollierte Beatmung, Ernährungsform und das Outcome. Nach Einführung der intensivierten Insulintherapie wurde ein Vergleich mit konventionell therapierten Patienten herbeigeführt. Es wurden vergleichende Analysen zwischen der retrospektiven (n = 65, konventionelle Insulintherapie, Blutzucker < 10,0 mmol/l [< 180 mg/dl]) und prospektiven Gruppe (n = 65, intensivierte Insulintherapie, Blutzucker 4,4 – 6,1 mmol/l [80 – 110 mg/dl]) bezüglich Blutzuckerfläche, Intensivverlauf und Outcome durchgeführt. Nach 1:1-Matching hinsichtlich Alter und Geschlechterzugehörigkeit waren die beiden Therapiegruppen homogen und es zeigten sich keine Unterschiede bezüglich der Aufnahmecharakteristik. Schädelhirntraumatisierte Patienten profitierten von einer intensivierten Insulintherapie im Vergleich zur Kontrollgruppe, auch wenn es nicht gelang, den Blutzuckerspiegel entsprechend der initiierten Therapierichtlinie signifikant hin zur Normoglykämie zu senken. Die positiven Effekte zeigten sich deutlich in Bezug auf die Infektionsrate und Ernährungsform. Die intensivierte Insulintherapie senkte den Hirndruck und die Rate risikobehafteter Dekompressionskraniektomien mit einem deutlicheren Trend zu besseren Outcomemesswerten. Vor allem Patienten mit einem besseren initialem GCS und Nicht-Diabetiker scheinen von einer guten Blutzuckereinstellung zu profitieren. Hypoglykämien (Blutzucker ≤ 3 mmol/l) traten entgegen der Vermutung dabei nicht gehäuft auf und stellten somit kein Gegenargument einer derartigen Therapie dar. Die Senkung des Blutzuckers in einen moderaten, therapeutischen Bereich sollte das Mindestziel in der Gesamttherapie von Patienten mit einem mittelschweren und schweren Schädel-Hirn-Trauma sein, wobei ein Konsens über den optimal therapeutischen Blutzuckerzielbereich bisher noch nicht gefunden wurde und somit weitere Untersuchungen gerechtfertigt sind.:BIBLIOGRAPHISCHE BESCHREIBUNG ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS 1 EINFÜHRUNG 1.1 SCHÄDEL-HIRN-TRAUMA – DEFINITION UND EINTEILUNG 1.2 SCHÄDEL-HIRN-TRAUMA – EPIDEMIOLOGIE 1.3 PATHOPHYSIOLOGISCHER HINTERGRUND DES SCHÄDEL-HIRN-TRAUMAS 1.4 KLINIK, MONITORING UND THERAPIE – EIN ÜBERBLICK 1.5 FRAGESTELLUNG UND ZIEL DER ARBEIT 2 MATERIALIEN UND METHODIK 2.1 STUDIENDESIGN 2.1.1 Ein- und Ausschlusskriterien 2.1.2 Studienende 2.1.3 Erfasste Parameter 2.2 PATIENTENMANAGEMENT 2.3 BLUTZUCKERMANAGEMENT 2.3.1 Insulinschema bei konventioneller Insulintherapie 2.3.2 Insulinschema bei intensivierter Insulintherapie 2.4 DATENERFASSUNG 2.5 METHODENBESCHREIBUNG – AREA UNDER THE CURVE 2.6 STATISTISCHE ANALYSE 3 ERGEBNISSE 3.1 PATIENTENCHARAKTERISTIK/DEMOGRAPHIE 3.1.1 Vor Matching 3.1.2 Nach Matching 3.2 INTENSIVVERLAUF UND OUTCOME 3.2.1 Verlaufsparameter 3.2.2 Outcome-Messwerte 3.3 AUSWIRKUNGEN DER EINGANGSVARIABLEN AUF INTENSIVVERLAUF UND OUTCOME 3.4 EINFLUSS VON HÖHE UND DAUER DER HYPERGLYKÄMIE AUF INTENSIVVERLAUF UND OUTCOME 3.4.1 Einfluss auf die Beatmungsdauer 3.4.2 Einfluss auf den Gesamt-SAPS II 3.4.3 Einfluss auf die Dauer bis zur Oralisierung 3.4.4 Einfluss auf das Auftreten von Infektionen 3.4.5 Einfluss auf den intrakraniellen Druck 3.4.5.1 ICP-Sondenliegedauer in Abhängigkeit von der Blutzuckerfläche 3.4.5.2 Zusammenhang zwischen Hirndruckfläche und Blutzuckerfläche 3.4.5.3 Diabetiker versus Nicht-Diabetiker 3.4.6 Einfluss auf die Notwendigkeit einer Dekompressionskraniektomie 3.4.7 Einfluss auf die Dauer der Intensivbehandlung 3.4.8 Einfluss auf das Outcome 3.4.8.1 Glasgow Outcome Score 3.4.8.2 Modified Rankin Scale 3.5 METHODENVERGLEICH 3.5.1 Güte der Therapie 3.5.2 Kontrollierte Beatmung 3.5.3 Gesamt-SAPS II 3.5.4 Dauer bis zur Oralisierung 3.5.5 Auftreten von Infektionen 3.5.6 Hirndruckmanagement 3.5.6.1 Demographie 3.5.6.2 Vergleich des intrakraniellen Druckes 3.5.7 Notwendigkeit einer Dekompressionskraniektomie 3.5.8 Intensivbetreuung und Krankenhausliegedauer 3.5.9 Outcome 3.5.9.1 Glasgow Outcome Score 3.5.9.2 Modified Rankin Scale 3.6 HYPOGLYKÄMIE 3.7 SCHWERE HYPERGLYKÄMIE 3.8 ABHÄNGIGKEIT DES OUTCOMES 3.8.1 Initial- und Verlaufsparameter 3.8.2 Multiple lineare Regressionsanalyse 3.8.2.1 Einfluss der Initialparameter 3.8.2.2 Interaktion von Glasgow Coma Score und Blutzuckerfläche 3.8.2.3 Einfluss der Verlaufsparameter 3.8.2.4 Zusammenfassung der relevanten Initial- und Verlaufsparameter 3.9 ABHÄNGIGKEIT DES HIRNDRUCKES 3.9.1 Multiple lineare Regressionsanalyse 3.9.1.1 Einfluss der Initialparameter 3.9.1.2 Einfluss der Verlaufsparameter 3.10 ZUSAMMENFASSUNG DER ERGEBNISSE 3.10.1 Patientencharakteristik/Demographie 3.10.2 Intensivverlauf und Outcome 3.10.3 Auswirkungen der Eingangsvariablen auf Intensivverlauf und Outcome 3.10.4 Einfluss von Höhe und Dauer der Hyperglykämie auf Intensivverlauf und Outcome 3.10.5 Methodenvergleich 3.10.6 Abhängigkeit des Outcomes 3.10.7 Abhängigkeit des intrakraniellen Druckes 4 DISKUSSION 4.1 PATIENTENCHARAKTERISTIK/DEMOGRAPHIE 4.2 MATERIAL UND METHODIK 4.3 AUSWIRKUNGEN VON HÖHE UND DAUER DER HYPERGLYKÄMIE AUF INTENSIVVERLAUF UND OUTCOME 4.3.1 Einfluss auf allgemeine intensivmedizinische Parameter 4.3.2 Einfluss auf den intrakraniellen Druck und das Outcome 4.4 VERGLEICH BEIDER THERAPIEGRUPPEN 4.4.1 Methodische Aspekte 4.4.2 Klinische Aspekte 4.5 HYPOGLYKÄMIE 4.6 ABHÄNGIGKEIT DES OUTCOMES 4.7 ABHÄNGIGKEIT DES HIRNDRUCKES 4.8 ZUSAMMENFASSUNG 5 ZUSAMMENFASSUNG LITERATURVERZEICHNIS ABBILDUNGSVERZEICHNIS TABELLENVERZEICHNIS ANLAGEN PATIENTENDATENBLATT TABELLEN SAPS II – SCORE VOTUM DER ETHIKKOMMISSION ERKLÄRUNG ÜBER DIE EIGENSTÄNDIGE ABFASSUNG DER ARBEIT LEBENSLAUF DANKSAGUNG

Le glaucome, comme beaucoup d’autres maladies neurodégénératives, entraîne la mort des neurones et reste à ce jour incurable, représentant de ce fait un véritable fardeau pour la société. Il y a donc un réel besoin de développer de nouvelles stratégies thérapeutiques afin de ralentir la progression, voire de guérir les maladies neurologiques. Depuis des décennies, les chercheurs qui étudient les blessures ainsi que les maladies qui affectent le système nerveux central (SNC) ont focalisé leur attention sur la compréhension des mécanismes impliqués dans la dégénérescence axonale afin d’identifier de nouvelles cibles thérapeutiques pour la protection et la régénération des axones. Mais des données récentes indiquent que des déficits dendritiques constituent une caractéristique précoce de la neurodégénérescence, un phénomène maintenant appelé la pathologie dendritique et qui jouerait un rôle prépondérant dans la pathogénèse des maladies neurodégénératives comme le glaucome. Parce que les dendrites représentent des structures essentielles pour la communication et la fonction neuronale, il est donc crucial de protéger et de restaurer non seulement les axones mais aussi les dendrites des neurones encore vivants afin d’améliorer la condition des patients. Malgré cela, la capacité des neurones à régénérer leurs arbres dendritiques reste encore largement inconnue. L’hypothèse centrale de cette thèse propose que : 1) les neurones du SNC peuvent faire repousser leurs dendrites après une blessure axonale, et 2) l’identification des voies de signalisation impliquées pourrait offrir de nouvelles possibilités thérapeutiques permettant de ralentir, voire de prévenir la dégénérescence des neurones rétiniens lors de pathologies oculaires telles que le glaucome. Dans la première partie de cette thèse, nous avons démontré que les neurones des mammifères sont pourvus d’une capacité à restaurer leur arbre dendritique et leurs connectivités synaptiques. Grâce à l’utilisation de souris transgénique soumis à une transsection du nerf optique (axotomie), nous avons montrés que les cellules ganglionnaires de la rétine (CGRs) subissent rapidement un rétrécissement dendritique, bien avant que les dommages axonaux ou la perte des soma ne soient visibles. Nous avons également démontré que l’administration quotidienne d’insuline, par voie topique (gouttes oculaires) ou systémique (injection intrapéritonéale) après la rétraction des dendrites mais avant la mort neuronale induit une régénération robuste des dendrites ainsi qu’une restauration des connections avec les cibles présynaptiques. De plus, cette régénération des arbres dendritiques suite au traitement d’insuline permet d’étendre la survie neuronale et de restaurer la réponse rétinienne à la lumière. Des expériences de perte de fonction ciblée via l’utilisation de petits ARN interférents ont révélé que la régénération induite par l’insuline requiert l’activité des deux complexes de la voie mTOR, mTORC1 et mTORC2. Ces derniers agissent de manière synergique, mTORC1 régulant l’apparition de nouvelles branches dendritiques pour restaurer la complexité des arbres alors que mTORC2 stimule l’élongation des dendrites. Dans la deuxième étude présentée dans cette thèse, nous avons montré pour la première fois que morgana, une protéine chaperonne en aval de mTORC2, est exprimée par les CGRs et que son expression est sévèrement inhibée rapidement après une blessure axonale. Nous avons également démontré que morgana est nécessaire au succès de la régénération ainsi que de la neuroprotection induite par le traitement d’insuline. De plus, nous avons montré que le rétablissement de l’expression de morgana spécifiquement dans les CGRs via l’utilisation d’un vecteur viral (AAV) mène à une régénération robuste non seulement de leurs dendrites mais aussi de leurs synapses. Ainsi, nous avons identifié un nouveau rôle pour la protéine morgana dans la régulation de la morphologie des arbres dendritiques des neurones adultes chez les mammifères. En conclusions, les résultats présentés dans cette thèse contribuent à une meilleure compréhension des mécanismes pathologiques impliqués dans la pathologie dendritique des CGRs et identifient des cibles prometteuses pour le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques dans le cadre des maladies neurodégénératives telles que le glaucome. / Glaucoma, just as many other neurodegenerative diseases, triggers neuronal death and remained incurable, hence representing a heavy burden for the society. Therefore, there is a critical need for developing new therapeutic strategies to delay the progression of and, ultimately, cure neurological conditions. For decades, neuroscientists studying injuries and diseases of the CNS have largely focused on understanding the mechanisms of axon degeneration to identify new targets for axonal protection and regeneration. But recent data indicates that dendritic deficits represent an early feature of neurodegeneration, a phenomenon now called dendritic pathology and playing a key role in the pathogenesis of neurodegenerative diseases including glaucoma. Because dendrites are essential structures for neuronal communication and function, it is therefore crucial to protect or restore connectivity as well as axons of surviving neurons to improve patients’ condition. In spite of this, the ability of injured neurons to regenerate dendrites remains largely ignored. The central hypothesis of the thesis is that: i) adult CNS neurons can regrow their dendrites after axonal injury, and ii) the identification of underlying signalling pathways would offer new therapeutic avenues to slow or prevent retinal ganglion cell death during ocular neuropathies such as glaucoma. In the first part of my thesis, I demonstrated that mammalian neurons are endowed with the ability to restore their dendritic arbor and synaptic connectivity. Using adult transgenic mice subjected to optic nerve axotomy, we have shown that retinal ganglion cells (RGCs) rapidly undergo dendritic shrinkage before cell death or axonal damage become visible. We also demonstrated that daily insulin, administered topically (eye drops) or systemically (intraperitoneal) after dendritic arbour shrinkage and prior to neuronal loss results in a robust regeneration of dendrites and successful reconnection with presynaptic targets. Moreover, insulin-mediated restoration of dendritic arbors extended neuronal survival and rescued lighttriggered retinal responses. Targeted loss-of-function experiments using siRNAs revealed that insulin-dependent regeneration requires both the activity of both mTOR complexes, mTORC1 and mTORC2 which act synergistically, mTORC1 promoting new dendritic branching to restore arbor complexity, while mTORC2 drives dendritic process elongation. In the second study presented in my thesis, we showed for the first time that morgana, a chaperone protein downstream of mTORC2, is expressed by RGCs and severely downregulated soon after axonal injury. We also demonstrate that morgana is required for successful insulinmediated regeneration of RGC dendrites and neuroprotection. Morgana specific knockdown using siRNA designed against morgana resulted in substantial alterations of dendrite elongation, without changes in arbor complexity. Further, we showed that AAV-mediated rescue of morgana expression selectively in RGCs promoted striking regeneration of dendrites and synapses. Hence, our findings identified a new role for morgana in the regulation of dendritic arbor morphology in adult mammalian neurons Collectively, the findings presented in this thesis contribute to a better understanding of the pathological mechanisms underlying RGC dendritic pathology and identified promising targets for the development of novel neuroprotective treatments for neurodegenerative diseases such as glaucoma.

Dans le cadre de cette thèse, nous nous sommes intéressés aux effets de la consommation de protéine de morue pendant quatre semaines sur la sensibilité à l' insuline chez des hommes et des femmes ayant un surpoids ou obèses et résistants à l'insuline. Nous avons noté une amélioration de la sensibilité à l' insuline et une forte tendance à un meilleur ±disposition index¿ (fonction cellules-β x sensibilité à l'insuline) lorsque les sujets ont consommé la protéine de morue comparativement au mélange de protéines animales (BPVOL). Nous avons également observé que seulement le BPVOL a entraîné une diminution des concentrations plasmatiques de cholestérol total, de cholestérol des LDL et d'apolipoprotéine B totale. Par la suite, nous avons voulu identifier des mécanismes par lesquels la protéine de morue exerce des effets bénéfiques sur la sensibilité à l' insuline. Au niveau des marqueurs de l'inflammation, la protéine de morue a provoqué une diminution de la concentration plasmatique de la protéine C-réactive hautement sensible tandis que le BPVOL a eu tendance à induire une augmentation, entraînant une différence significative entre les deux régimes. Toutefois, les changements des concentrations plasmatiques d'interleukine-6, du facteur de nécrose tumorale-α et d'adiponectine ont été similaires entre les deux régimes. Au niveau de la voie de signalisation insulinique, une stimulation à l'insuline a entraîné une augmentation de l'activation de la PI 3-kinase associée à IRS-1 et de la glycogène synthase suite à la consommation de la protéine de morue. De plus, une augmentation de la phosphorylation de IRS-l sur Ser636/639 a été observée avec le BPVOL alors que la protéine de morue n'a pas eu d'effet, ce qui pourrait indiquer une augmentation de la stimulation de la voie mTORlS6K1 lors de la consommation de BPVOL. Les deux régimes n'ont pas eu d'effet sur la morphologie et la capacité métabolique du muscle. Enfin, ils ont affecté différemment la concentration plasmatique à jeun de taurine. Toutefois, il est peu probable qu'un seul acide aminé soit responsable de tous les effets de la protéine de morue. Des études supplémentaires sont nécessaires pour mieux identifier les acides aminés impliqués. Donc, l'étude constituant cette thèse a permis de démontrer que la protéine de morue pourrait améliorer le métabolisme du glucose et potentiellement ralentir la progression vers le diabète de type 2. Les mécanismes impliqués dans l'effet insulinosensibilisateur de la protéine de morue demeurent à être approfondis.

Ce mémoire présente les travaux dont l'objectif était de comparer les effets de la protéine de morue à ceux d'autres protéines animales sur la sensibilité à l'insuline, le métabolisme du glucose et divers marqueurs cardiovasculaires chez des femmes présentant un syndrome des ovaires polykystiques. Neuf femmes ont consommé pendant trois mois un régime alimentaire semi-contrôle incluant un repas par jour composé de protéine de morue et un régime similaire contenant des protéines provenant du boeuf, du porc, du veau, des oeufs et des produits laitiers (BPVOL), dans un dispositif de type chassé-croisé. Durant le test d'hyperglycémie provoquée par voie orale (HGPO), les niveaux de glucose et d'insuline étaient abaissés principalement au cours des 30 premières minutes suite à la consommation de protéine de morue comparativement aux autres protéines animales. La sensibilité à l'insuline et le profil lipidique sont demeurés inchangés. Nos résultats suggèrent qu'au cours de la phase initale d'un HGPO, la consommation d'un repas de morue par jour peut entraîner une meilleure réponse glycémique et insulinémique chez ces femmes.

Le présent travail avait pour but principal de déterminer si l'enrichissement de la l'alimentation avec des acides gras oméga-3 (AGPI n-3), présents en quantités importantes dans les huiles de poisson, modifie le profil lipidique du sang et des spermatozoïdes tout en améliorant les performances de production des verrats, la qualité du sperme et ses propriétés de conservation; ces effets dépendraient aussi du statut en biotine, une vitamine impliquée dans l'élongation des acides gras. Un autre aspect de ce travail a été d'établir si un apport important d'acides gras n-3 pendant une longue période pouvait modifier le métabolisme post-prandial de l'insuline. Au cours d'une première expérience, 64 verrats ont reçu pendant 28 semaines une alimentation de base supplémentée avec l'un des 4 traitements suivants: 1) 62 g de gras animal hydrogéné (AF); 2) 60 g d'huile de menhaden (MO); 3) 60 g d'huile de thon (TO); 4) 60 g d'huile de menhaden et 2 ppm de biotine (MO+B). Outre les données quantitatives et qualitatives, des échantillons de sang et de semence ont été récoltés afin d'évaluer la composition en acides gras et en certaines vitamines. Une seconde expérience visait à évaluer, dans des conditions dites « commerciales », les performances de production de 222 verrats recevant pendant six mois l'un des traitements alimentaires suivants : AF, MO ou TO. À l'issue de ces expériences, une évaluation de la qualité de la semence, après conservation à 17°C pendant plusieurs jours et congélation en paillettes de 0,5 ml, a été effectuée, ainsi qu'un test oral de tolérance au glucose. L'ajout d'huiles de poisson à la ration alimentaire des animaux a modifié efficacement la composition en acides gras du plasma sanguin et des spermatozoïdes, ceci indépendamment du type d'huile de poisson utilisée (MO ou TO) ou du statut en biotine. En revanche, cet apport alimentaire en AGPI n-3 n'a donné aucun effet sur la libido, les caractéristiques quantitatives ou qualitatives de l'éjaculat, la résistance des spermatozoïdes à la conservation ou le métabolisme de l'insuline. / The aim of the present work was to determine if a dietary supplementation of fish oils (rich in long chain omega-3 fatty acids, n-3 PUFA) alters the profile of fatty acids in blood plasma and spermatozoa and improves reproductive performances of boar, semen quality and its properties for conservation. Those effects are dependent upon biotin status, this vitamin being a critical factor in the elongation of long-chain fatty acids. Another aspect of this study was to evaluate the influence of n-3 PUFA on post-prandial insulin metabolism. For Experiment 1, 64 boars were fed a basal diet at 2.5 kg/day top dressed with 0.3 kg/day of one of the following treatment mixtures: 1) 62 g of hydrogenated animal fat (AF); 2) 60 g of menhaden oil (MO); 60 g of tuna oil (TO); 4) 60 g of menhaden oil and with 2 ppm of biotin (MO+B). All diets were isoenergetics. For this experiment, semen production and quality were measured. Blood and spermatozoa samples were also collected to measure composition of fatty acid and of some vitamins. In Experiment 2, 222 animals raised in "commercial conditions" were fed one of the 3 treatments (AF, MO or TO) during six months. Furthermore, an evaluation of sperm quality during storage at 17°C and cryopreservation was also performed. The addition of fish oils to boar diet had an effect on the composition of fatty acid in blood plasma and sperm. This effect was affected by the fish oil type (MO or TO) and the biotin status (MO or MO+B). Dietary supplementation with n-3 PUFA did not have any effect on sexual behaviour, quantitative and qualitative characteristics of the boar semen, and sperm capacity to conservation as well as insulin secretion/sensitivity.