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

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2004-2005 / L'insuline est une hormone sécrétée par les cellules ? du pancréas qui maintient l'homéostasie glucidique en stimulant, notamment, l'entrée du glucose dans le muscle squelettique et le tissu adipeux en situation postprandiale. Elle exerce ces effets en enclanchant une cascade de signaux intracellulaires médiés via son interaction avec le récepteur de l'insuline et culminant vers la translocation des transporteurs de glucose GLUT4 à la surface cellulaire. La régulation de l'action de l'insuline sur le transport du glucose peut être affectée de façon importante par les nutriments, tels que les glucides, lipides et protéines. Les diverses études présentées dans cette thèse montreront le rôle important des facteurs nutritionnels dans la modulation de la signalisation insulinique et de la translocation de GLUT4 dans le muscle squelettique de rats, ainsi que dans des cellules musculaires et adipeuses in vitro. La première étude fut réalisée chez des rats nourris avec une diète riche en lipides où nous avons montré, chez ces derniers, des défauts d'activation de la phophatidylinositol (PI) 3- kinase ainsi que de ses effecteurs proximaux, l'Akt et les protéines kinases C atypiques, par l'insuline. / Cette défectuosité de la signalisation insulinique s'accompagnait d'une diminution de la translocation de GLUT4 autant à la membrane plasmique qu'aux tubules transversaux (T) comparativement à celle observée chez des animaux nourris avec une diète de type chow. Lors de notre deuxième étude, nous nous sommes intéressés à élucider les mécanismes cellulaires par lesquels les protéines issues de la morue prévenaient le développement de la résistance à l'insuline chez des rats rendus obèses suite à l'ingestion d'une diète hyperlipidique. Nous avons en effet observé que ces protéines, comparativement à la caséine et à la protéine de soya, normalisaient l'action de l'insuline sur l'activation de la voie PI 3-kinase/Akt et rétablissaient presqu'entièrement la translocation de GLUT4 au niveau des tubules T. / Dans notre troisième étude, nous nous sommes intéressés au rôle des acides aminés sur l'action de l'insuline dans les cellules musculaires L6 en culture. Nous avons montré que l'ajout d'acides aminés au milieu d'incubation réduisait la stimulation du transport du glucose par l'insuline, un phénomène complètement bloqué par la rapamycine, un inhibiteur hautement spécifique de la mammalian target of rapamycin (mTOR). En effet, nous avons observé que les acides aminés potentialisaient l'activation de la voie mTOR, telle que mesurée par la phosphorylation de la p70 S6 kinase, par l'insuline. Finalement, le rôle de la voie mTOR fut étudié dans les adipocytes 3T3-L1 en culture lors de notre quatrième étude. Nous avons observé que l'activation de cette voie par l'insuline seule ou par les acides aminés en conjonction avec l'insuline menait à une diminution très rapide de l'action de l'insuline sur le transport du glucose en découplant l'activation de la PI 3-kinase à celle de l'Akt. L'ensemble de ces études montre le rôle important que jouent les nutriments, plus particulièrement les protéines et les acides aminés, sur l'action de l'insuline dans les cellules musculaires et adipeuses.

L’hormone peptidique Insulin-like 3 (INSL3) est produite par les cellules de Leydig du testicule. Elle est essentielle à la première phase de la descente testiculaire lors du développement fœtal. Les divers modèles animaux invalidés en Insl3 présentent une descente testiculaire incomplète chez les mâles, la cryptorchidie. Il s’agit du trouble développemental le plus courant chez les garçons nouveau nés des pays industrialisés et son incidence s’est accrue au cours des dernières décennies. Plusieurs études animales indiquent que les estrogènes répriment l’expression d’Insl3. La répression de l’expression d’Insl3 implique probablement le récepteur alpha des estrogènes (ERα) et/ou le récepteur nucléaire Nr0b2, tous deux présents dans les cellules de Leydig. En vue de vérifier la répression d’Insl3 par les estrogènes et d’impliquer ERα et/ou Nr0b2, j’ai analysé l’activité promotrice d’Insl3 murin par transfection et j’ai étudié les variations d’expression de son ARNm en PCR quantitatif. J’ai pu vérifier la répression d’Insl3 par l’estradiol et Nr0b2 ne parait pas être impliqué. L’implication d’ERα semble probable, mais les résultats de techniques différentes sont contradictoires.

La prévalence de l'obésité dans le monde est en hausse constante depuis le milieu du 20ᵉ siècle. Cette augmentation entraîne des conséquences importantes sur les systèmes de santé puisque l'obésité s'avère un facteur de risque important pour des maladies non transmissibles, notamment les maladies cardiovasculaires et le diabète de type 2. Cependant, il existe une grande disparité quant au risque cardiométabolique associé à l'obésité uniquement définie par un indice de masse corporelle supérieur à 30 kg/m². En effet, les personnes en situation d'obésité qui présentent peu de graisse dans la cavité abdominale et très peu de dépôts de graisse ectopique, c'est-à-dire dans des tissus normalement maigres comme le foie, le cœur, et les muscles squelettiques, ont un risque cardiométabolique nettement inférieur. De plus, les personnes en situation d'obésité qui ont une bonne condition cardiorespiratoire ont également un risque de mortalité ainsi qu'un risque de développer le diabète de type 2 inférieurs aux personnes de même poids qui ont une faible condition cardiorespiratoire. Parmi les dépôts ectopiques augmentant le risque cardiométabolique, il a été montré que l'accumulation de lipides dans les muscles squelettiques est associée à la résistance à l'insuline, ce qui peut éventuellement mener au diabète de type 2. De nombreuses études ont montré qu'une augmentation du niveau d'activité physique et une amélioration de la qualité de l'alimentation permettaient à court terme d'améliorer la condition cardiorespiratoire et de diminuer le risque cardiométabolique. À ce sujet, l'étude SYNERGIE conduite dans notre laboratoire a montré que chez des hommes avec obésité viscérale, une intervention d'une durée d'un an ciblant l'activité physique et l'alimentation permet de diminuer significativement les lipides intramusculaires et d'améliorer la condition cardiorespiratoire. Cependant, à la suite d'une période de maintien de deux ans, les participants ont repris de l'adiposité viscérale tout en améliorant davantage la sensibilité à l'insuline, résultat jugé de prime abord contre-intuitif. Ce projet de maîtrise avait donc pour objectif d'explorer les causes qui pouvaient potentiellement expliquer l'apparent paradoxe d'une amélioration de la sensibilité à l'insuline malgré un regain d'adiposité viscérale. Nous avons émis comme hypothèse que la pratique d'activité physique lors de la période de maintien limiterait le regain de lipides intramusculaires tout en permettant une amélioration de la condition cardiorespiratoire, ce qui pourrait expliquer l'amélioration de la sensibilité à l'insuline. Cependant, contrairement à l'hypothèse émise, nos résultats ont montré que les participants ont repris une quantité importante de lipides intramusculaires durant la période de maintien. Toutefois, la condition cardiorespiratoire a été maintenue durant la période de maintien, et l'amélioration de la condition cardiorespiratoire durant cette période semblait limiter la détérioration du profil de risque cardiométabolique et le regain de lipides intramusculaires tout en permettant une amélioration de la sensibilité à l'insuline. En conclusion, nos résultats suggèrent qu'indépendamment du poids corporel ou de l'adiposité viscérale, la condition cardiorespiratoire est une cible importante à considérer dans une intervention visant l'amélioration à long terme de la sensibilité à l'insuline. / The prevalence of obesity worldwide has increased steadily since the middle of the 20th century, which has implications for health care systems as this condition is a major risk factor for non-communicable diseases including cardiovascular disease and type 2 diabetes. However, there is a great disparity in the cardiometabolic risk associated with obesity only defined as a body mass index greater than 30 kg/m². Indeed, individuals with obesity with low levels of body fat in the abdominal cavity and very little ectopic fat deposition, i.e., lipids in normally lean tissues such as the liver, heart, and skeletal muscle, are at low cardiometabolic risk. In addition, individuals with obesity with good cardiorespiratory fitness also have a lower risk of mortality as well as a lower risk of developing type 2 diabetes than individuals of the same weight who have low cardiorespiratory fitness. Among the ectopic fat deposits increasing cardiometabolic risk, lipid accumulation in skeletal muscle has been shown to significantly increase insulin resistance, which can eventually lead to type 2 diabetes. Numerous studies have shown that increasing the level of physical activity and improving the quality of diet can improve cardiorespiratory fitness and decrease cardiometabolic risk over the short term. In this regard, our laboratory has shown in the SYNERGIE study that in men with visceral obesity, a one-year intervention targeting physical activity and diet significantly reduces intramuscular lipids and improves cardiorespiratory fitness. However, following a 2-year maintenance period, participants regained visceral adiposity while further improving insulin sensitivity, a result initially considered counterintuitive. The objective of this project was therefore to explore the potential causes of the apparent paradox of improved insulin sensitivity despite increased visceral adiposity. We hypothesized that physical activity during the maintenance period would have limited the regain in intramuscular lipids while allowing an improvement in cardiorespiratory fitness, which could explain the improvement in insulin sensitivity. However, contrary to our hypothesis, our results showed that participants regained a significant amount of intramuscular lipids during the maintenance period. However, cardiorespiratory fitness was maintained during 2-year follow-up period, and the improvement in cardiorespiratory fitness during this period appeared to limit the deterioration of the cardiometabolic risk profile and the regain of intramuscular lipids while allowing an improvement in insulin sensitivity. In conclusion, our results suggest that regardless of body weight or visceral adiposity, cardiorespiratory fitness is an important target to consider in an intervention aimed at improving insulin sensitivity over the long-term.

Le défi actuel de la production animale est de maximiser l'efficacité alimentaire tout en minimisant les coûts de production et les impacts environnementaux. L'efficacité alimentaire est influencée par les caractéristiques des animaux telles que l'utilisation de l'énergie, qui dépend de la teneur énergétique du gain de poids corporel, en particulier des lipides corporels. Cependant, il existe une variation importante des lipides corporels et de l'efficacité alimentaire chez les porcs même lorsqu'ils sont issus d'une même génétique et élevés dans les mêmes conditions. Par conséquent, comprendre les mécanismes associés à cette variation pourrait aider à améliorer la production animale et/ou à manipuler la composition corporelle chez les porcs. L'objectif de cette thèse était de comprendre les facteurs liés aux variations de la composition corporelle et à l'utilisation de l'énergie afin d'améliorer les connaissances sur les processus métaboliques responsables de la variation observée entre les animaux dans leur capacité à utiliser les nutriments alimentaires. La sensibilité à l'insuline et le comportement alimentaire ont été sélectionnés comme candidats en raison de leur influence sur la dynamique des hormones métaboliques telles que l'insuline qui régule la synthèse des lipides et des protéines. Dans ce travail, une approche originale pour décrire le comportement alimentaire tenant compte des limitations des paramètres d'alimentation conventionnels est proposée, et une technique in vivo pour estimer la lipogenèse de novo a été adaptée des isotopes radioactifs aux isotopes stables. Les résultats de ce travail suggèrent que : 1) le comportement alimentaire n'est pas un facteur important influençant l'utilisation de l'énergie chez les porcs. Cependant, l'indice pour décrire l'irrégularité de la prise alimentaire proposée dans ce travail a abouti à une approche appropriée pour décrire les comportements alimentaires individuels. Cet indice intègre la plupart des informations sur le comportement alimentaire obtenues à l'aide de plusieurs variables de comportement alimentaire conventionnelles et peut être utilisé dans des études concernant l'effet de facteurs externes ou animaux sur le comportement alimentaire. 2) contrairement au comportement alimentaire, la sensibilité à l'insuline était fortement et négativement corrélée avec les lipides corporels totaux et expliquait environ 45 % des variations des lipides corporels totaux et des protéines chez les porcs. De plus, des associations importantes entre la sensibilité à l'insuline et les processus métaboliques ont été trouvées au niveau de l'expression génétique et de la synthèse (par exemple, la synthèse des lipides). Cela indique que la sensibilité à l'insuline est un facteur important déterminant en l'utilisation de l'énergie alimentaire et des nutriments avec des implications pour la composition corporelle des porcs en finition. Ce travail a permis de comprendre le rôle de la sensibilité à l'insuline dans la modulation des réponses à l'insuline et son implication dans l'utilisation de l'énergie et la composition corporelle. En outre, cette thèse suggère que la modulation de l'utilisation de l'énergie par des facteurs externes et le comportement alimentaire ne peut être obtenue si les caractéristiques métaboliques telles que la sensibilité à l'insuline ne sont pas prises en compte au niveau individuel. / The current challenge in animal production is to maximize feed efficiency while minimizing production costs and environmental impacts. Feed efficiency is influenced by animal characteristics such as energy utilisation, which depends on the energy content of body weight gain, especially body lipids. However, there is important variation in body lipids and feed efficiency among pigs of the same genetic background. Therefore, understanding the mechanisms associated with this variation could help to improve animal production and/or manipulate body composition in pigs. The aim of this thesis was to understand factors related with body composition variations and energy utilisation to improve the knowledge regarding the metabolic processes responsible for the observed variation between individual animals in their ability to use dietary nutrients for growth. Insulin sensitivity and feeding behavior were selected as candidates due to their influence in the dynamic of metabolic hormones such as insulin that regulates lipid and protein synthesis. In this work, an original approach to describe feeding behavior accounting for limitations of conventional feeding parameters is proposed, and an in vivo technique to estimate de novo lipogenesis was adapted from radioactive to stable isotopes. The results of this work suggest that: 1) feeding behavior is not an important factor influencing energy utilisation in pigs. However, the index to describe the irregularity of feed intake proposed in this work resulted in a suitable approach for describing individual feeding behavior patterns. This index integrates most of the information on feeding behavior obtained using several conventional feeding behavior variables and can be used in studies regarding the effect of externals or animal factors on feeding behavior. 2) unlike feeding behavior, insulin sensitivity was strongly and negatively correlated with total body lipids and explained about 45 % of the total body lipids and protein variations among pigs. In addition, important associations among insulin sensitivity with metabolic processes were found at the genetic expression and synthesis level (e.g., lipid synthesis). This indicates that insulin sensitivity is an important factor determining the utilization of dietary energy and nutrients with implications for body composition in finishing pigs. This work helped to understand the role of insulin sensitivity in the modulation of insulin responses and its implication in energy utilisation and body composition. In addition, this thesis suggests than modulation of energy utilisation by external factors and feeding behavior cannot be achieved if metabolic characteristics such as insulin sensitivity are not accounted at the individual level.

L'intestin est reconnu comme un organe métabolique clé impliqué dans le développement des complications de l'obésité et du diabète. En présence d'obésité, l'intestin grêle développe un état local de résistance à l'insuline, un métabolisme lipidique altéré et une inflammation ainsi qu'une perméabilité paracellulaire accrue. En raison de l'environnement complexe des cellules épithéliales intestinales, il n'est pas clair à ce jour si la dyshoméostasie intestinale peut être induite par des altérations endogènes liées à l'obésité de l'hôte. L'objectif de cette étude était d'évaluer l'impact individuel de l'hyperglycémie, la dyslipidémie et l'inflammation sur les fonctions épithéliales intestinales en utilisant des organoïdes de crypte intestinale. Les organoïdes, dérivés du duodénum de souris mâle C57BL/6, ont été incubés 24 h dans des conditions inflammatoires, dyslipidémiques avec un taux élevé d'acide gras libres et hyperglycémiques. L'expression génique ainsi que la sensibilité à l'insuline ont été mesuré par qPCR et analyse densitométrique, respectivement. Nous montrons que les organoïdes, et donc les cellules de l'épithélium intestinal, répondent bien à l'insuline car cette hormone induit une activation dose-réponse de la phosphorylation d'Akt, un effecteur clé de cette voie de signalisation. La signalisation de l'insuline a été réduite par le cocktail inflammatoire et par la dyslipidémie, alors que l'hyperglycémie réduit la sensibilité à l'insuline à des niveaux élevés de glucose. L'état inflammatoire affecte l'expression des gènes liés à la perméabilité paracellulaire intestinale, à la réponse immunitaire et inflammatoire, au métabolisme des lipides et des lipoprotéines et au transport des nutriments, alors que la dyslipidémie a eu peu d'effet sur ces gènes. Cette étude suggère que les changements endogènes de l'hôte liés à l'obésité représentent un mécanisme important dans le développement des altérations de l'intestin grêle lors du développement de l'obésité. Ces altérations auraient à leur tour un impact sur les complications systémiques, notamment en augmentant le taux de lipoprotéines et de glucose libéré en circulation.

La voie de signalisation mTORCl/S6Kl est impliquée dans le développement de la résistance à l'insuline associée à l'obésité en exerçant une boucle de rétro-contrôle négative sur la voie de signalisation PI3K-Akt. Tandis que l'utilisation à court terme de la rapamycine, l'inhibiteur pharmacologique de la voie mTORCl, permet d'inhiber le rétro-contrôle négatif, les effets de l'inhibition chronique de la voie sur le métabolisme ne sont pas connus. L'objectif principal des études présentées dans cette thèse était d'investiguer les effets métaboliques de l'inhibition chronique de la voie de signalisation mTORCl/S6Kl in vitro et in vivo. Dans la première étude, nous avons montré que l'inhibition chronique de mTORCl/S6Kl découple l'activation d'Akt de la PI3K ce qui cause une résistance à l'insuline dans les cellules 3T3-L1. Dans une deuxième étude, nous avons découvert que l'utilisation chronique de la rapamycine in vivo cause une intolérance au glucose et une résistance à l'insuline de par une augmentation de la gluconéogénèse hépatique en plus d'affecter négativement le métabolisme des lipides. Dans une troisième étude, nous avons démontré que l'inhibition chronique de mTORCl/S6K1 dans les cellules hépatique FAO découple l'activation d'Akt de la PI3K ce qui augmente la production de glucose hépatique. Finalement, dans une quatrième étude, nous avons déterminé que l'inhibition chronique de mTORCl/S6K1 dans les cellules L6 ne permet pas de restaurer le transport du glucose stimulé par l'insuline en présence d'un excès de nutriments. L'ensemble de nos études démontre le rôle important joué par la voie de signalisation mTORCl/S6K1 sur le contrôle du métabolisme du glucose et des lipides et limite l'inhibition chronique de mTOR comme cible thérapeutique pour le traitement du diabète de type 2 et de l'obésité.

L'objectif de ce travail était d'étudier la stabilité de la gomme de guar (G), du P-glucane d'orge (Bg) et du konjac-mannan (K) seuls et en mélange avec la gomme xanthane (X) durant la pasteurisation et l'entreposage de breuvages à base de jus de fruits et de déterminer l'effet des deux mélanges les plus stables, détenant une viscosité commune à 30 s"1, sur les réponses glycémique et insulinémique de même que sur les sensations d'appétit de 20 sujets masculins sains. L'ajout de X a limité la variation de la viscosité de Bg et K, mais n'a eu aucun effet sur G. Dans un devis randomisé en chassé-croisé, l'ingestion des breuvages enrichis en G-X et en K-X n'a pas diminué significativement les réponses glycémique et insulinémique comparativement au breuvage témoin. Néanmoins, le breuvage enrichi en K-X a significativement augmenté la satiété comparativement aux deux autres breuvages. Ainsi, la nature et la concentration des fibres ont un effet possiblement plus déterminant que la viscosité sur le contrôle de la glycémie et de l'insulinémie.