Le repliement et la stabilité des protéines dépendent des conditions physico-chimiques de leur environnement. En particulier, le pH, la température, l’agitation et les interactions avec d’autres macromolécules ou avec les interfaces (liquide–surfaces des matériaux ; air-liquide ; etc.) sont connues pour induire des phénomènes de dénaturation et d’agrégation des protéines.Le contrôle de la stabilité des protéines thérapeutiques représente un enjeu médical et économique pour l’industrie pharmaceutique. L’insuline, qui est la protéine thérapeutique la plus produite, est connue in vitro pour former des fibres amyloïdes induites par les surfaces hydrophobes. Les agrégations amyloïdes sont également impliquées dans un certain nombre de pathologies, notamment humaines et animales présentant de forts enjeux de santé publique et économiques.Cette thèse traite en particulier de l’agrégation amyloïde à la surface des matériaux en utilisant l’insuline comme protéine modèle. Les travaux précédents réalisés par notre équipe ont démontré que des peptides de courte longueur avaient la capacité de modifier très significativement la cinétique d’agrégation induite par la surface des matériaux, et ce à des concentrations sub-stœchiométriques par rapport à l'insuline. En particulier les peptides adoptant une conformation secondaire en feuillet beta une fois adsorbés sur les surfaces hydrophobes, induisent une réduction drastique de la durée de nucléation de fibres amyloïdes d’insuline.Dans les travaux présentés ici nous avons découvert des séquences peptidiques présentant, toujours à des concentrations sub-stœchiométriques, deux effets antagonistes sur la cinétique de l’agrégation amyloïde de l’insuline. Le premier effet, coopératif et localisé à la surface de matériaux hydrophobes, résulte en une accélération de la nucléation. A l’inverse le second effet provient des peptides en solution et résulte en une puissante inhibition à la fois de la nucléation et de l’élongation des fibres.Nous avons premièrement caractérisé quantitativement ces effets pour un ensemble de peptides possédant des séquences de type (LK)nL, et investigué les mécanismes à l’origine du phénomène accélérateur. Des mesures quantitatives de fluorescence (Thioflavine T, marquage fluorescent du peptide) ont permis de montrer que l’adsorption coopérative des peptides sur la surface du matériau était responsable de l’accélération de la vitesse de nucléation. Pour l’effet inhibiteur, provenant des peptides en solution, nous avons démontré que cet effet résulte de la liaison des peptides sur l’insuline fibrillaire et qu’il est médié par les charge.De surcroit nous avons étudié la localisation de la nucléation et de l’apparition des premiers agrégats par microscopie à fluorescence. Nous avons observé que les zones situées à l’interface triple matériau-air-solution et subissant une contrainte de cisaillement élevé étaient les sites préférentiels d’apparition des premiers agrégats amyloïdes et donc très probablement les régions dominantes en termes de nucléation.Nous avons enfin développé une technique permettant une croissance localisée, patternable et induite par la lumière d’agrégats amyloïde d’insuline sur une surface de verre. Cette voie d’agrégation singulière ne présente pas de phase de nucléation apparente et dépend strictement de la présence de Thioflavine T. Nous avons montré que la Thioflavine T insérée entre les feuillets béta et qui peut être excitée à 440 nm fournit localement l’énergie nécessaire pour la transition de conformation de l’insuline native adsorbée vers l’état agrégé. Cette méthode permet d’obtenir une croissance différentielle entre des zones de surface hydrophile et hydrophobe. / The folding and stability of proteins depend on the physico-chemical conditions of their environment. Especially pH, temperature, stirring and interactions with other macromolecules or with interfaces (liquid-material surfaces; air-liquid; etc.) are known to induce protein denaturation and aggregation phenomena.The control of therapeutic protein stability represents a medical and economic challenge for the pharmaceutic industry. For instance insulin, which is the most s model produced therapeutic protein, is known to form amyloid aggregates in vitro induced by hydrophobic surfaces. Amyloid aggregates are also involved in several pathologies including human and animal diseases of high economic and public health impact.This thesis focuses on amyloid aggregation at material surfaces using insulin as a model protein. Previous work from our team have demonstrated that short peptides have the ability to significantly interfere with the kinetics of surface-driven amyloid aggregation and this at sub-stoichiometric concentrations with respect to insulin. In particular peptides adopting a beta-sheet secondary structure when adsorbed on hydrophobic surfaces, were able to reduce the nucleation time of insulin aggregation.In the present work we have discovered peptide sequences presenting, again at sub-stoichiometric concentrations, two antagonistic effects on insulin aggregation kinetics. The first consists in a cooperative reduction of the nucleation time and operates via peptides bound to the material surface. The second, on the other hand, results in a powerful inhibition of both nucleation and fiber elongation via peptides remaining in solution.We have first quantitatively characterized these effects on a set of peptides presenting alternate primary sequences of the type (LK)nL, and investigated the underlying mechanisms promoting insulin nucleation. Quantitative fluorescence measurements (Thioflavin T, fluorescent labelling of the peptide) have shown that the cooperative adsorption of peptides on hydrophobic material surfaces was responsible for the reduction of the insulin nucleation time. We have then shown that the inhibitory effect results from the binding of peptides in solution to fibrillar insulin aggregates and that this effect is mediated by charges.In addition we studied the localization of the insulin nucleation and of the appearance of the first aggregates using fluorescence microscopy. We observed the preferential appearance of the first ThT positive aggregates at the solid-liquid-air triple interface undergoing high shear stress, making these regions the predominant nucleation sites.We eventually developed a technique allowing a localized and patterned growth of light-induced insulin aggregates on glass surfaces. This atypical aggregation pathway does not present any observable lag time and depends strictly on Thioflavin T. We have shown that the ThT inserted between the cross beta-sheets and which can be excited at 440 nm locally provides the energy required for the conformational transition of the native insulin into the aggregated one. This method can be used to obtain a differential amyloid growth between surface area of different hydrophobicity.

La Stéaroyl-CoA Désaturase I (SCD-I) est une enzyme hépatique impliquée dans la synthèse des acides gras monoinsaturés. Une forte activité de l'enzyme SCD-I ainsi qu'une altération du ratio acides gras saturés : insaturés est retrouvée dans diverses pathologies telles que l'obésité, le diabète de type II et le cancer. Principalement transcriptionnelle, la régulation de SCD-I est sous le contrôle de divers facteurs nutritionnels (ex: glucose) et hormonaux (ex: insuline). L'étude tente ici de localiser l'élément de réponse à l'insuline au niveau du promoteur du gène de la SCD-l et d'identifier les facteurs de transcriptions spécifiques qui s'y fixent. Pour cela, des hépatocytes embryonnaires de poulets (CEH) sont transfectés avec différentes constructions contenant des délétions du promoteur du gène aviaire SCD-l (délétions SCD1-1 à SCD1-6) clonées en amont du gène rapporteur de la luciférase (pGL2 basic vector). La mesure de l'activité luciférase après stimulation par l'insuline a permis de distinguer deux éléments de réponse au niveau du promoteur du gène SCDl. L'analyse des séquences consensus de ces éléments a permis de déterminer différents facteurs de transcription (ex: SRE, NF-Y, USF et Sp1) pouvant médier la régulation transcriptionnelle du gène par l'insuline. Des amorces spécifiques ciblant les régions consensus de l'élément le plus en 3' ainsi que la technique de retard sur gel en présence d'extraits nucléaires stimulés ou non par l'insuline, ont permis de vérifier que les séquences contenant les sites de fixation de SREBP-l et NF-Y fixent ces facteurs de transcription seulement en présence d'insuline. L'utilisation d'anticorps spécifiques dirigés contre ces protéines et la perte de l'activité luciférase après transfection de construction dépourvue de ces mêmes régions (délétion SCDI-7) après stimulation par l'insuline ont permis de confirmer l'implication des facteurs de transcription SREBP-l et NF-Y dans cette régulation. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Lipogenèse de novo, stéaroyl-CoA désaturase 1, Foie, Insuline, Facteurs de transcription, SREBP-1, NF-Y.

Une des enzymes clés de la lipogenèse hépatique, la stéaroyl-CoA désaturase 1 (SCD1), qui est impliquée dans la biosynthèse des acides gras monoinsaturés, semble jouer un rôle important dans le développement de l'obésité et de ses désordres métaboliques associés. En fait, une modification du ratio d'acides gras saturés versus acides gras mono-insaturés a été impliquée dans le développement de l'obésité, du diabète de type II et des maladies cardiovasculaires. L'expression de Scd1 est sous la dépendance de diverses hormones qui sont fortement modulées par la diète. L'insuline, dont la concentration augmente après un repas, permet d'activer la transcription du gène Scd1, tandis qu'une diète riche en acides gras polyinsaturés (PUFAs) permet d'inhiber son effet. La régulation de Scd1 est accomplie, entre autres, par la présence d'un élément de réponse à l'insuline sur le promoteur qui fixe les facteurs de transcription (TF) SREBP-1 et NF-Y et par l'activation de voies de signalisation spécifiques impliquant la voie PI3-K/mTOR. Ce projet vise à établir les mécanismes d'action des PUFAs et leurs liens potentiels avec PI3-K/mTOR au niveau hépatique. Grâce à des analyses de retard sur gel, nous avons démontré que l'insuline régulait la fixation de ces TFs sur le promoteur Scd1 et que cette fixation était modulée par les inhibiteurs de cette voie et par l'acide arachidonique. De plus, nous avons évalué par PCR en temps réel le rôle de l'insuline, et donc PI3-K/mTOR, ainsi que celui de l'acide arachidonique sur le niveau d'expression de Scdl et de ses TFs. Nos résultats démontrent au niveau hépatique que la voie PI3-K/mTOR cible des TFs spécifiques sur le promoteur Scd1 activant ainsi l'expression de ce gène en réponse à l'insuline et que les PUFAs permettent de contrer ses effets. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Lipogenèse de nova, SCD1, Insuline, mTOR, PUFA, SREBP-1, NF-Y.

La Stearoyl-CoA Désaturase-l (SCD1) est l'enzyme catalysant la synthèse des acides gras monoinsaturés, synthétisant le palmitoléyl-CoA (C16:1) et l'oléoyl-CoA (C18:1) à partir respectivement du palmitoyl-CoA (C16:0) et du stéaroyl-CoA (C18:0). Ces acides gras entrent ensuite dans la composition des triglycérides et des phospholipides membranaires. L'altération de la composition des phospholipides a été impliquée dans de nombreuses maladies incluant l'obésité et le syndrome métabolique associé. SCD1 est fortement exprimée au niveau du foie et du tissu adipeux. Elle est étroitement régulée par de nombreux facteurs nutritionnels et hormonaux principalement au niveau transcriptionnel mais aussi via une dégradation protéique rapide. Ceci permet à la cellule d'adapter l'activité enzymatique de SCD1 à la demande physiologique. Au niveau hépatique, l'insuline et la leptine sont impliquées respectivement dans la stimulation et l'inhibition de l'expression de SCD1. Leur fixation sur leur récepteur respectif précède l'activation de nombreuses voies de signalisation, qu'elles partagent pour la plupart, comme la voie 3-phosphoinositide-dependent protein kinase-1 (PI3K) et la voie des Mitogen Activated Protein Kinase Extracellular Regulated Kinase 1/2 (MAPK ERK1/2). Les travaux présentés dans cette thèse ont permis de caractériser les mécanismes impliqués dans l'action de l'insuline et de la leptine sur l'expression de SCD1. Dans un premier temps, nous avons mis en évidence l'implication de la voie PI3K Mammalian Target Of Rapamycin (mTor) et des facteurs de transcription Sterol Response Element Binding Protein-1 (SREBP-1) et Nuclear Factor Y (NF-Y) dans la stimulation de l'expression de SCD1 par l'insuline. Dans un deuxième temps, nous avons démontré l'implication de la voie des MAPK ERK1/2 dans l'inhibition de l'expression de SCD1 par la leptine. Nos résultats suggèrent aussi un rôle important du facteur de transcription Stimulating Protein 1 (Sp1) dans ce phénomène. Au niveau transcriptionnel, l'action de l'insuline et de la leptine semble indépendante l'une de l'autre. Cependant, il apparaît globalement que l'effet inhibiteur de la leptine supplante l'effet activateur de l'insuline au niveau de l'expression de SCD1. Le tissu adipeux est le lieu de stockage principal des triglycérides. L'analyse de la composition de ces triglycérides révèle que le C18:1 constitue l'acide gras le plus abondant. Des travaux réalisés sur des modèles animaux suggèrent fortement qu'une activité élevée de SCDl au niveau du tissu adipeux est fortement corrélée avec l'adiposité et l'obésité. Dans une troisième partie, nous avons donc testé l'hypothèse que la désaturation induite par SCD1 est positivement reliée à l'expansion du tissu adipeux. Nous avons montré que, indépendamment de leur apport en acides gras, le taux de C18:0 était diminuée dans le tissu adipeux omental de femmes atteintes d'obésité viscérale. De plus, chez ces patientes, ne présentant pas de syndrome métabolique, l'indice de désaturation (C18:1/C18:0) était augmenté. Nous avons aussi montré une association entre le niveau d'adiposité de ces patientes et la diminution du niveau de C18:0. L'adiposité de ces femmes a aussi été associée à l'augmentation de l'indice de. désaturation (C18:1/C18:0) et à l'augmentation du niveau d'expression de SCD1. En conclusion, nos travaux attestent la complexité de la régulation de l'expression de SCD1. Nos études confirment aussi le rôle clé de SCD1 au niveau du métabolisme lipidique, du développement de l'obésité et du syndrome métabolique associé. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Désaturase, SCD1, Insuline, Leptine, Protéines kinases, PI3K, mTor, MAPK, ERK1/2, SREBP-1, NF-Y, Sp1, foie, tissu adipeux.

Thèse d'exercice : Médecine : Nancy 1 : 2008. / Titre provenant de l'écran-titre.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Physiologie : Lyon 1 : 2003. / Titre provenant de l'écran titre. 331 Réf. bibliogr.

La vitamine C est un antioxydant connu et elle est utilisée comme supplément alimentaire et agent de conservation. Le déshydroascorbate (DHA) est une forme oxydée de la vitamine C. Chez l'humain, la plupart du DHA formé est rapidement retransformé en vitamine C par différentes voies enzymatiques. Toutefois, la dégradation du DHA mène à la formation de produits carbonylés réactifs (C=0) qui sont à leur tour impliqués dans la formation de produits de glycation avancée (AGE), entre autres en situation de stress oxydatif ou lors du vieillissement. De plus, dans les cas d’urémie chronique, l’élimination des produits carbonylés réactifs est diminuée. Récemment, notre laboratoire a démontré qu’un produit de dégradation du DHA modifiait le groupement thiol du glutathion. Cela suggère que les produits carbonylés réactifs pourraient également modifier les thiols d'autres peptides et protéines. L’objectif de cette étude est de caractériser les changements engendrés par les produits de dégradation du DHA sur différents peptides et protéines en utilisant des méthodes de spectrométrie de masse combinée avec la chromatographie liquide. Afin de mieux comprendre les modifications engendrées par le DHA, nous avons utilisé la chaîne ? de l’insuline, qui possède un nombre limité de sites cibles potentiels. En incubant la chaîne ? de l’insuline avec le DHA, nous avons observé des adduits de 130 Da sur les cystéines ayant un thiol libre par analyse aux spectromètres de masse. Des études cinétiques montrent que la modification par le DHA est plus efficace à pH 2,0 qu’à pH 7,0, car l'association des thiols libres en disulfure est facilitée à pH neutre comparativement à pH acide. Nous avons ensuite confirmé le phénomène sur des protéines entières, plus précisément l’?-lactalbumine et la ?-lactoglobuline qui présentent une plus grande complexité que la chaîne ? de l'insuline et qui pourraient être une des cibles physiologiques du DHA. Dans l’ensemble, nos résultats indiquent que les produits carbonylés réactifs provenant de la dégradation du DHA sont capables de modifier les thiols de protéines complexes. En perspective, il serait intéressant d’identifier l'impact physiologique d'une telle modification dans l’homéostasie cellulaire, plus particulièrement dans les dérèglements dus au stress oxydatif. [symboles non conformes]

Le Stress Oxydant (SO) est bien connu pour être impliqué dans la survenue et le développement des complications du diabète. Il est causé, au moins en partie, par une élévation importante de la glycémie. Chez les sujets diabétiques, lathérapie par l'insuline est vitale et constitue la pierre angulaire de la thérapie. Mais elle ne permet pas d'éviter à long terme l'apparition de complications, résultant du SO induit par les épisodes hyperglycémiques persistants.Chez le sujet sain, des prises en charge nutritionnelles et/ou par l'activité physique ont démontré avec succès leur capacité à diminuer le SO. L'activité physique bien conduite présente de plus l'avantage d'exercer un effet glucorégulateur.L'objectif de ces travaux de thèse était donc de déterminer si l'association de différentes prises en charge pouvait permettre de mieux lutter contre le SO, en agissant par des mécanismes complémentaires, démontrant alors des effetsadditifs. En s'appuyant sur différents protocoles de supplémentation, de traitement à l'insuline et/ou d'entraînement en endurance, nos travaux ont mis en évidence démontré l'intérêt d'un composé alimentaire dérivé du soja, le PFS, dansla prise en charge du SO associé audiabète. Nos travaux ont également mis en évidence que l'insuline et l'entraînement en endurance améliorait le SO induit par l'hyperglycémie, via des mécanismes partiellement différents. Leur association dans la prise en charge du diabète leur permet de potentialiser mutuellement leurs effets respectifs

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2008. / Bibliogr.: f. 108-112. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

Le pancréas est constitué de deux tissus : exocrine et endocrine. Le tissu endocrine est organisé en îlots de Langerhans, comprenant 5 sous-types cellulaires dont les deux principaux (α et β) sécrètent respectivement le glucagon et l’insuline. Le diabète de type 1 est une maladie auto-immune caractérisée par la perte des cellules β et donc une hyperglycémie chronique. Les thérapies actuelles sont efficaces mais contraignantes, amenant une partie de la recherche actuelle à déchiffrer les mécanismes de la genèse des cellules β et/ou de leur régénération pour tenter d’établir des thérapies alternatives. Des études ont permis de caractériser la cascade de facteurs de transcription différentiant les cellules progénitrices pancréatiques durant le développement, dont Neurog3 spécifiant le lignage endocrine et le gène Pax4 favorisant le lignage β. De précédents résultats nous ont amenés à établir l’hypothèse que les cellules canalaires pancréatiques contiendraient une source potentielle de précurseurs, qui par la réexpression de Neurog3 pourraient devenir endocrine, ce que nous avons analysé in vivo après avoir généré les souris transgéniques correspondantes. Nous avons observé un accroissement considérable de la taille des îlots, dû à une augmentation du nombre de chaque sous-type cellulaire endocrine. Nous démontrons que ces cellules endocrines supplémentaires ont bien une origine canalaires, tandis que des études physiologiques indiquent une réponse fonctionnelle de l’insuline suite à une injection de glucose. Finalement, nos analyses apportent également la preuve que le devenir de ces nouvelles cellules endocrines peut être modulé en agissant sur l’activité du gène Pax4. / The pancreas can be divided into two tissue types: exocrine and endocrine. The endocrine tissue is organized into clusters of cells named islets of Langerhans, comprising five cell subtypes of which the two main (α and β) secrete respectively glucagon and insulin. Type 1 diabetes is an auto-immune disease resulting in the loss of pancreatic β-cells and, consequently, in chronic hyperglycemia. Current therapies are efficient but remain highly binding, leading current research to aim at deciphering the β-cell genesis and/or regeneration to potentially establish new therapies. Many studies characterized the specific cascade of transcription factors differentiating pancreatic progenitor cells during development, including Neurog3 specifying the endocrine lineage and Pax4 favoring the β-cell lineage. Previous results obtained in the lab led us to establish the hypothesis that pancreatic ducts may contain a potential source of progenitor cells, which could become endocrine cells through re-expression of Neurog3. Thus, we investigated the consequences of the ectopic misexpression of Neurog3 in pancreatic duct cells in vivo. Using this strategy, we observed a dramatic increase in islet size, due to an augmentation in all endocrine cells types. Lineage tracing allowed us to demonstrate that the new endocrine cells have a ductal origin, while physiological studies displayed functional insulin response upon a glucose bolus. Finally, our analyses also demonstrated that the fate of these newly generated endocrine cells could be modulated by acting on the Pax4 gene.