L'insuline résistance (IR), caractérisée par une diminution cellulaire de la sensibilité à l'insuline dans les organes insulinosensible, est un élément central de l'obésité, du syndrome métabolique, du diabète sucré et conduit à une augmentation des maladies cardiovasculaires en particulier l'insuffisance cardiaque. Tous ces événements sont aujourd'hui de graves problèmes de santé publique. Mais actuellement, il n'existe pas d'outil simple pour mesurer la résistance à l'insuline. La technique de référence reste le clamp euglycémique hyperinsulinémique. Cependant, la complexité et la longueur de cette technique la rendent impropre à l'utilisation clinique de routine. De nombreuses méthodes ou l'index ont été proposées pour évaluer la résistance à l'insuline chez l'homme, mais aucune n'a montré suffisamment de pertinences pour être utilisée dans un usage clinique. L'équipe de unité INSERM U1039 a validé un nouveau traceur du transport du glucose radiomarqué avec de l'iode 123 et a élaboré un protocole d'imagerie rapide et simple avec une petite gamma-caméra animale, qui permet l'obtention d'un indexe de résistance à l'insuline pour chaque organe, se montrant encore plus discriminant pour le cœur. Le projet de ma thèse était de transférer à l'humain cette technique de mesure, parfaitement validé chez l'animal. La première partie de cette thèse évaluait la tolérance, la cinétique in vivo, la biodistribution et de la dosimétrie de ce nouveau traceur du transport du glucose, le [123I] - 6DIG. La sécurité du nouveau traceur et de la technique de mesure était adéquate. Il n'y a pas eu d'effets indésirables avec une excellente tolérance de l'ensemble du protocole. L'élimination du 6DIG est rapide, principalement dans les urines et complète dans les 72h. La dose efficace pour un scan complet avec injection de 92,5 × 2 MBq était de 3 à 4 mSv. La deuxième partie de cette thèse évaluait chez l'homme la faisabilité et la reproductibilité de la technique de mesure validée chez l'animal. La troisième partie montre les techniques utilisées pour permettre le transfert à l'homme de cette méthode. Le protocole d'étude a été appliqué sur 12 sujets (volontaires sains (n = 6) et 2 patients diabétiques de type (n = 6)). Avec une méthode adaptée à une mesure chez l'homme, nous avons déterminé un index d'IR permettant de discriminer une population résistante d'une population sensible à l'insuline. Nous rapportons ici la première utilisation clinique du 6DIG et décrivons une méthode d'imagerie originale pour évaluer le transport du glucose myocardique. Cette étude supervisée par l'INSERM, est le premier à utiliser un traceur SPECT pour étudier le transport du glucose. / Insulin resistance (IR), characterized by a depressed cellular sensitivity to insulin in insulin-sensitive organs, is a central feature to obesity, the metabolic syndrome, and diabetes mellitus and leads to increase cardiovascular diseases, particularly heart failure. All these events are today serious public health problems. But actually, there is no simple tool to measure insulin resistance. The gold standard technique remains the hyperinsulinemic euglycemic clamp. However, the complexity and length of this technique render it unsuitable for routine clinical use. Many methods or index have been proposed to assess insulin resistance in human, but none have shown enough relevance to be used in clinical use. The U1039 INSERM unit previously has validated a new tracer of glucose transport, radiolabelled with123 iodine and has developed a fast and simple imaging protocol with a small animal gamma camera, which allows the obtaining of an IR index for each organ, showing more discriminating for the heart. The project of my thesis was the human transfer of this measurement technique, perfectly validated in animal. The first part of this thesis evaluated to tolerance, in vivo kinetics, distribution and dosimetry of novel tracer of glucose transport, the [123I]-6DIG. The safeties of new tracer and measurement technique were adequate. There were no adverse effects with excellent tolerance of the whole protocol. 6DIG eliminating was fast, primarily in the urine and complete within 72h. The effective whole-body absorbed dose for a complete scan with injection of 92.5 × 2 MBq was between 3 to 4 mSv. The second part of this thesis evaluated in human feasibility and reproducibility of the measurement technique validated in animal. The third part showed techniques used to allow human transfer of this method. The study protocol was applied on 12 subjects (healthy volunteers (n=6) and type 2 diabetic patients (n=6)). With a method adapted to measure in humans, we determined an IR index to discriminate resistant population of a sensitive population to insulin. We report the first clinical use of 6DIG and describe an original method of imaging to assess myocardial glucose transport. This study supervised by INSERM, is the first to use a SPECT tracer to study the transport of glucose.

L'obésité est classiquement associée à plusieurs anomalies métaboliques comme l'insulinorésistance, la dyslipidémie et l'inflammation de bas grade, aujourd'hui reconnues comme facteurs de risques cardio-métaboliques. C’est également un composant fondamental du syndrome métabolique, un concept développé pour aider à l'identification des patients à haut risque cardio-métabolique. Pourtant, il existe une sous-population d'obèses dite "métaboliquement saine" qui est associée à un moindre risque. Cette sous-population n'est actuellement toujours pas définie de manière consensuelle mais l'insulinorésistance est essentielle dans les critères d'identification de la "santé métabolique". Une plus forte prévalence de l'insulinorésistance est associée à l'obésité abdominale, principal facteur diagnostique du syndrome métabolique, mais pourtant ces 2 phénotypes ne sont pas synonymes. Nous savons donc qu'il existe une hétérogénéité métabolique chez les patients obèses. Mon projet proposait d'identifier les meilleurs déterminants de l'insulinorésistance chez ces patients. Nous avons mis en évidence que l’inflammation de bas grade était associée aux marqueurs d’adiposité plutôt qu’à l’insulinorésistance, puis que les anomalies des métabolismes des glucides et des lipides, plus particulièrement les triglycérides et l’hémoglobine glyquée A1c, étaient les principaux facteurs associés de l’insulinorésistance chez nos patients obèses. Ceci restaure l’intérêt de ces dosages simples qui, associés à l’indice de masse corporelle, pourraient servir d’outils rapides et peu couteux pour aider le clinicien à identifier les individus insulino-résistants, alors que les nombreuses définitions du phénotype « obèse métaboliquement sain » ne font pas encore consensus. / Obesity is classically associated with a constellation of metabolic pattern including insulin-resistance, dyslipidemia and low-grade inflammation, now clustered as cardio-metabolic risk factors. Obesity is also a main component of the metabolic syndrome, which has become one of the major public health challenges in helping identify individuals at high risk of both type 2 diabetes and cardiovascular diseases. However a subgroup of metabolically healthy individuals with obesity (MHO) who might be at lower risk of cardiovascular events has been clinically recognized but no universally accepted criteria exist to define it.Assessment of insulin resistance phenotype is essential, and for most definitions of metabolic health, insulin sensitivity is taken into account. It is well accepted that a higher prevalence of insulin resistance is associated with abdominal obesity measured by waist circumference in routine. Although abdominal adiposity is a major component of the concept of metabolic syndrome, it appears that metabolic syndrome is not synonymous with the insulin resistance phenotype. We can assume that there is heterogeneity in the metabolic status of patients with obesity. Accordingly, the aim of my project was to explore what are the best determinants of insulin resistance in the obesity condition. We showed that inflammation was associated to fat accumulation rather than insulin resistance and that triglycerides and glycated hemoglobin were the factors best correlated to insulin resistance. Finally, a simple blood test as triglycerides and glycated hemoglobin determination could be an easy and available method to help physicians identify obesity related insulin resistance for appropriate prevention.

La voie de signalisation insuline/IGF-1 est l'un des déterminants du vieillissement et des maladies liées au vieillissement. IGF binding protéine 2 (IGFBP2) est sécrétée par les adipocytes blancs. De plus, la surexpression d'IGFBP2 chez la souris améliore la sensibilité à l'insuline, et une étude récente a montré que IGFBP2 contribue fortement à l'effet bénéfique de la leptine sur le métabolisme du glucose. Cependant, les niveaux d'expression d'IGFBP2 dans les conditions de résistance à l'insuline, et les facteurs physiologiques et moléculaires qui contrôlent les niveaux de IGFBP2 dans ce contexte ne sont pas bien établis. Le travail présenté dans cette thèse montre que dans le tissu adipeux blanc viscéral (vWAT), mais non le sous-cutané, les niveaux d'ARNm d'IGFBP2 étaient significativement plus faible chez les souris âgées ainsi que dans des modèles génétique (ob/ob, db/db) nutritionnels d'obésité comparés à ceux de leurs témoins jeunes et maigres. Chez la souris, l'expression d'IGFBP2 dans le vWAT était significativement associée au taux d'IGFBP2 circulants, ce qui suggère une contribution importante de ce tissu. L'effet négatif du vieillissement sur le taux d'ARNm d'IGFBP2 dans le vWAT a été confirmé chez les hommes obèses. Ces résultats démontrent que la transcription du gène IGFBP2 est modulée de façon dépôt spécifique chez les souris et les hommes. Nous avons également démontré que l'insuline augmente significativement l'expression d' IGFBP2 dans les adipocytes 3T3L1. Cet effet a été fortement réduit dans les adipocytes insulino-résistants. Le co-traitement avec la wortmannine et la rapamycine diminue les effets de l'insuline, ce qui suggère la contribution de la PI3K et de mTOR dans la stimulation d'IGFBP2 par l'insuline. En outre, les niveaux d'ARNm d'IGFBP2 étaient considérablement augmentés lorsque les adipocytes étaient invalidés pour les gènes TORC2 ou 4EBP1, qui sont les régulateurs en aval de la voie de signalisation de l'insuline. L'incubation des adipocytes avec de l'insuline a déclenché le recrutement de C/EBPa à la région proximale du promoteur IGFBP2, malgré l'absence d'impact notable sur les niveaux de C/EBPa per se. Ces résultats indiquent que la voie de signalisation de l'insuline régule la transcription d'IGFBP2. Puisque les niveaux d'IGFBP2 sont positivement corrélés avec la sensibilité à l'insuline, les méthodes pour accroître la production d'IGFBP2 par cette voie pourraient améliorer les caractéristiques associées au syndrome métabolique. Nous avons exploré cette possibilité dans un contexte clinique, dans lequel nous avons quantifié les taux d'IGFBP2 circulants par ELISA chez les patients obèses ayant perdu du poids et de la graisse corporelle, soit par une chirurgie de diversion biliopancréatique (DBP), ou par les changements de mode de vie (régime alimentaire et exercice physique modéré). Dans les deux cas, les niveaux circulants d'IGFBP2 ont été fortement augmenté par ces interventions. Par ailleurs, les niveaux d'IGFBP-2 étaient corrélés positivement avec la sensibilité à l'insuline et de cholestérol HDL. Ces résultats suggèrent l'implication d'IGFBP2 dans l'amélioration de la sensibilité à l'insuline et dans le métabolisme lipidique. Nous suggérons qu'IGFBP2 est un facteur critique qui est entre autre produit par le tissu adipeux en fonction de la résistance à l'insuline, et que la stimulation de son expression est associée à des effets favorables sur la sensibilité à l'insuline, le métabolisme du glucose et l'accumulation de masse grasse.

L'accumulation de tissu adipeux viscéral associée à l'obésité s'accompagne de profondes altérations du métabolisme lipidique et du système immunitaire, desquelles découle une perte de sensibilité à l'insuline. Le complement C3, composante du système immunitaire innée, est le précusseur de la protéine stimulant l'acylation (l'ASP), une adipokine produite par le tissu adipeux et impliquée dans le métabolisme des lipides et du glucose. Par ailleurs, la dérivation biliopancréatique avec commutation duodénale et gastrectomie pariétale (BPD-DS) est à ce jour le seul traitement efficace pour l'obésité morbide (IMC>40 kg/m ) et le diabète de type 2 qui y est associée. Les travaux décrits dans cette thèse sont effectués d'abord chez l'humain puis chez la souris afin d'établir le rôle de l'ASP comme cibles thérapeutiques moléculaires pour le traitement de la résistance à l'insuline et du diabète de type 2. L'étude clinique, chez des patientes diabétiques et non diabétiques de type 2 avec BPD-DS, a montré une association partielle (r2=0.454, p<0.001) entre les baisses aiguës de niveaux sériques d'ASP postopératoire et l'amélioration de la sensibilité à l'insuline dès la cinquième journée post-chirurgie. Afin d'élucider les mécanismes qui sous tendent cette relation, une étude de gain de fonction a été effectuée chez la souris déficiente du gène du complément C3 et conséquemment déficiente en ASP (C3KO). Nos résultats ont montré que l'ASP, par ses effets métaboliques et immunitaires délétaires dans le tissu adipeux, le muscle et le foie, potentialise sur la signalisation de l'insuline les effets adverses d'un environnement hyperlipidique, lequel est favorable au développement de la résistance à l'insuline. De façon générale nos travaux suggèrent que les états métaboliques et inflammatoires du tissu adipeux, du muscle et du foie seraient déterminants dans l'amélioration aiguë de la résistance à l'insuline et du diabète de type 2 après une chirurgie bariatrique de type BPD-DS. En outre, nos données suggèrent aussi que l'ASP, qui est partiellement responsable de cette amélioration observée, serait une voie de signalisation compensatoire/alternative à celle de l'insuline défectueuse, devenant ainsi une nouvelle cible thérapeutique dans le diabète.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / Malgré la recherche intensive sur l'obésité et son étiologie, la prévalence de celle-ci continue d'augmenter de manière alarmante. L'obésité est un facteur de risque pour de nombreuses conditions, y compris la résistance à l'insuline (IR) et la stéatose hépatique non alcoolique (NAFLD). De ce fait, l'obésité réduit considérablement l'espérance et la qualité de vie et fait pression sur la société en induisant des dépenses de santé ainsi que la stigmatisation des personnes obèses. Au cours des dernières décennies, le déclin de la santé intestinale induit par l'obésité a été impliqué dans l'induction de conditions associées à l'obésité. Cela comprend des changements dans la composition du microbiote intestinal, le développement de l'inflammation intestinale et une réduction de la fonction de la barrière intestinale. La connaissance croissante du rôle intestinal dans les conditions associées à l'obésité amène une approche émergente pour cibler ces effets en réduisant les comorbidités. Le succès des nouvelles thérapies utilisant cette approche est cependant compliqué dû aux influences multidirectionnelles hôte-microbe et à l'induction de cycles vicieux, ce qui rend une caractérisation approfondie nécessaire pour améliorer cette approche. Cette thèse vise à caractériser l'efficacité de nouveaux modulateurs de la santé intestinale, dérivés de l'humain ou de microbes, dans la prévention ou le traitement de l'obésité, IR et NAFLD en utilisant des modèles murins d'induction de l'obésité par la diète (DIO). Cette caractérisation vise en outre à élargir les connaissances actuelles sur le rôle de l'intestin dans l'obésité et à nuancer la compréhension actuelle de l'interaction hôte-microbe pour aider les recherches futures dans le domaine et le développement de nouvelles thérapies contre l'obésité, IR et NAFLD. Les deux premiers chapitres tournent autour des effets des peptides de défense de l'hôte (HDP). Dans le chapitre 1, le traitement de HD-5 chez des souris obèses pendant 10 semaines alors qu'elles étaient continuellement nourries avec une diète riche en gras (HFD) n'a pas changé le phénotype obèse mais a réduit la dyslipidémie, amélioré la sensibilité à l'insuline et réduit les marqueurs NAFLD associés à une modification de la composition du microbiote intestinal par rapport au véhicule. Le deuxième chapitre étudie la capacité d'un autre HDP, un lysozyme d'origine fongique, dans la prévention de DIO. Le lysozyme a empêché la perméabilité intestinale induite par HFD et l'empiètement du microbiote bien que cela n'ait induit qu'une amélioration mineure de l'homéostasie du glucose et qu'aucune différence d'obésité ou de NAFLD n'a été observée. Nous avons ensuite davantage étudié les améliorations intestinales par le lysozyme dans un autre modèle de souris et constaté qu'il pouvait prévenir la colite induite chimiquement. Dans les deux modèles DIO et colite, les effets bénéfiques du lysozyme étaient associés à des changements dans la composition du microbiote intestinal qui étaient comparables. Le troisième chapitre évalue l'efficacité de deux probiotiques Lactobacillus dans la prévention des DIO, IR et NAFLD. Nous avons utilisé deux régimes obésogènes différents et démontré que l'effet de chaque probiotique sur les paramètres mesurés dépendait fortement du régime alimentaire. Cela inclue l'effet du probiotique contre l'obésité, le développement de IR et NAFLD, tandis que nous avons également observé des effets dépendants de la diète sur la composition du microbiote intestinal et la régulation des acides biliaires hépatiques et intestinaux. L'étude a ainsi révélé un lien étroit avec les composantes alimentaires et l'efficacité du traitement non caractérisé auparavant, ce qui doit être pris en compte lors de la recherche préclinique sur des modèles animaux et lors de l'évaluation de l'efficacité de nouveaux traitements chez l'humain. Collectivement, les études ont démontré que les modulateurs de la santé intestinale sont une approche viable pour induire des effets bénéfiques sur l'obésité, IR et NAFLD. Nous avons entre autres observé que les comorbidités associées à l'obésité pourraient être réduites même sans affecter l'obésité, et qu'une grande amélioration de la santé intestinale ne pouvait pas toujours induire des avantages considérables sur l'obésité ou les IR et NAFLD associés, nuançant davantage la compréhension du rôle intestinal dans ce contexte. Cette interaction complexe rend les mécanismes exacts incertains et donc si les effets se produisent directement par le maintien de la santé intestinale ou par des modes d'action indirects devra être démêlé davantage dans des études futures. / Despite intensive research in obesity and its etiology the obesity prevalence is increasing alarmingly worldwide. Obesity is an established risk factor for numerous conditions including insulin resistance (IR) and non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD). As a result, obesity decreases life and health expectancy substantially and poses an increasing toll on society with greater health care expenses and stigmatization of individuals with obesity. The last few decades obesity-induced decline in intestinal health has been implicated in the induction of obesity-associated conditions. This includes changes in gut microbiota composition, development of intestinal inflammation, and reduced gut barrier function. The increasing knowledge of the intestinal role in obesity-associated conditions provides an emerging approach to target these effects to reduce the downstream maladies from obesity. The success of novel therapies using this approach is, however, complicated by multidirectional host-microbe influences and induction of vicious cycles making further characterization urgently needed to improve this approach. This thesis aims to characterize the efficacy of novel gut health modulators derived from human or microbes in the prevention or treatment of obesity, IR, and NAFLD using mouse models of diet-induced obesity (DIO) to assess the efficacy in vivo. This characterization further aims to expand the current knowledge of the role of the gut in obesity and nuance the current understanding of host-microbe interplay to aid future research in the field and development of novel therapeutics against obesity, IR, and NAFLD. The first two chapters revolves around the effects of the host defense peptides (HDPs) human alpha defensin 5 (HD-5) and a fungal lysozyme. In chapter 1, treating already obese mice with HD-5 for 10 weeks while they were continuously high fat diet (HFD)-fed did not change the obese phenotype yet reduced dyslipidemia, IR, and NAFLD markers associated with a change in gut microbiota composition compared to vehicle-treated controls. The second chapter investigates the capability of another HDP, a lysozyme of fungal origin, in the prevention of DIO. The lysozyme prevented HFD-induced intestinal permeability and microbiota encroachment although this only induced a minor improvement in glucose homeostasis while no difference in obesity or NAFLD was observed. We further challenged the intestinal improvements by the lysozyme and found the lysozyme could prevent chemically induced colitis in a different mouse model. In both the DIO and colitis models the beneficial effects of lysozyme was associated with changes in gut microbiota composition that were comparable to some extent. Finally, the third chapter assesses the efficacy of two probiotic Lactobacillus strains in prevention of DIO, IR, and NAFLD. We used two different obesogenic diets and demonstrated that the effect of each probiotic strain on the measured parameters was highly dependent on diet. This included the probiotic effect of obesity, IR, and NAFLD development while we additionally observed diet-dependent effects on gut microbiota composition and hepatic and intestinal bile acid regulations. The study thus revealed a close connection to the dietary components and the efficacy of the treatment not previously characterized, which should be considered when conducting preclinical research in animal models and when evaluating efficacy of novel treatments in humans. The studies collectively demonstrated that gut health modulators in the form of HDPs or probiotics is a viable approach to induce beneficial effects on obesity, IR, and NAFLD. We further described obesity-associated comorbidities could be reduced even without affecting obesity, and that great improvement of intestinal health could not always induce extensive benefits on obesity or associated IR and NAFLD further nuancing the understanding of the intestinal role in this setting. This complex interplay makes the exact modes of actions unclear and thus whether the effects occur directly through the maintenance of intestinal health or by indirect modes of action is to be disentangled further in future studies.

L'insulinorésistance (IR), touchant 80% des sujets obèses, forme, aux côtés du déficit insulinosécrétoire, l'un des deux mécanismes physiopathologiques clés du diabète de type 2. Sa prévention nécessite de bien en comprendre les mécanismes inducteurs. Les facteurs nutritionnels tels que la surconsommation d'aliments hypercaloriques pauvres en micronutriments antioxydants jouent un rôle majeur. Ils conduisent à une production de radicaux libres excédant les défenses antioxydantes et donc à un stress oxydant qui a été proposé comme étant un trait d'union entre la surconsommation alimentaire et l'IR. Dans ce contexte, mon travail de thèse a visé à évaluer si des polyphénols (PP) de raisin rouge, composés phytochimiques antioxydants, étaient capables de moduler favorablement la cascade d'évènements conduisant de la suralimentation au stress oxydant et à l'IR. Ainsi des sujets sains à risque de développer une IR ont été supplémentés durant 9 semaines avec un extrait de raisin riche en PP. Pour sensibiliser les effets potentiels des PP, une surcharge en fructose a été donnée au cours des 6 derniers jours du protocole. Chez nos volontaires nous avons étudié : le statut redox, l'inflammation, la production d'adipokines, l'activité mitochondriale et l'insulinosensibilité par clamp euglycémique à deux paliers. Les résultats obtenus démontrent que les PP de raisins préviennent l'IR hépatique et musculaire en inhibant le stress oxydant et la dysfonction mitochondriale induite par une surcharge en fructose. En conclusion, ces travaux suggèrent l'intérêt thérapeutique d'une supplémentation en antioxydants naturels à doses nutritionnelles de PP de raisins, pour la prévention de l'IR. / Insulin resistance (IR), found in 80% of obesity cases, constitutes with insulin secretory deficiency one of the two key physiopathological mechanisms of type 2 diabetes. In order to better prevent it, in depth knowledge of its inducing mechanisms is required. Nutritional factors such as overconsumption of hypercaloric foods poor in antioxidant micronutrients play a pivotal role. The latter activate an overproduction of free radicals exceeding antioxidant defenses leading to oxidant stress, which is considered to be a unifying mechanism for nutrient overconsumption and IR. In this context, my thesis work aimed to determine if red grape polyphenols (PP), antioxidant phytochemicals, were capable to favorably modulate the cascade of events leading from overconsumption to oxidant stress to IR. Thus healthy subjects at risk of developing IR were supplemented for 9 weeks with an enriched PP grape extract. In order to study PP potential effects in a environment under metabolic stress, during the last 6 days of the protocol volunteers received a fructose overload. Throughout investigations the following parameters were studied: inflammation, adipokine production, mitochondrial activity and insulin sensitivity evaluated by a 2 step glucose clamp.The results obtained demonstrate how red grape PP prevent hepatic and muscular IR by inhibiting oxidant stress and mitochondrial dysfunction induced by fructose overload.In conclusion, this study illustrates the therapeutic efficiency of natural antioxidant supplementation in the form of nutritional doses of grape PP in the prevention of IR.

Le système endocannabinoïde (SEC) est un système clé de la régulation de la balance énergétique. Les rares études réalisées chez l’Homme concluent à une augmentation des concentrations plasmatiques des endocannabinoïdes, anandamide (AEA) et 2-arachidonoylglycerol (2-AG), chez les sujets obèses ou diabétiques de type 2. Cependant plusieurs questions restent posées et cette thèse s’est spécifiquement intéressée : i) à l’existence d’une cinétique prandiale et au rôle des endocannabinoïdes circulants par rapport à la prise alimentaire, ii) aux effets d’une perte de poids obtenue par court-circuit gastrique sur ces concentrations et iii) aux liens physiopathologiques entre insulinorésistance et SEC. Enfin, nous avons tenté de développer un outil non invasif pour faciliter l’étude du SEC chez l’Homme. Dans la 1ère étude, nous avons mis en évidence pour la première fois une augmentation préprandiale de l’AEA indépendante du poids. Ceci suggère que l’AEA plasmatique pourrait jouer un rôle dans l’initiation de la prise alimentaire chez l’Homme. De façon intéressante, la réduction post prandiale de l’AEA est émoussée chez les sujets obèses insulinorésistants, ce qui peut créer un cercle vicieux vis à vis de l’obésité. Dans la 2ème étude, des résultats préliminaires montrent qu’une même perte de poids obtenue par court-circuit gastrique ou par règles hygiéno-diététiques modifie différemment les concentrations plasmatiques d’AEA qui tendent à augmenter après court-circuit gastrique alors qu’elles ne sont pas modifiées après règles hygiéno-diététiques. Ainsi, le court-circuit gastrique pourrait directement affecter le fonctionnement du SEC localisé au niveau du tractus gastro-intestinal. Dans la 3ème étude, 72 heures de régime hypoglucidique permettent de diminuer significativement la glycémie à jeun et la résistance à l’insuline de 8 sujets diabétiques de type 2, mais pas les concentrations plasmatiques d’endocannabinoïdes, qui ne sont par ailleurs pas modifiées chez ces sujets en fonction du statut nutritionnel. Enfin, nous avons pu déterminer les concentrations des endocannabinoïdes dans la salive humaine, qui sont plus élevées chez les sujets obèses par rapport aux normopondéraux, avec une diminution de l’AEA salivaire associée à la perte de poids, mais sans variation en fonction de la prise alimentaire. La salive pourrait donc constituer un outil non invasif pour l’étude du SEC chez l’Homme.Ainsi, notre travail confirme les liens entre SEC et pathologies métaboliques chez l’Homme. Nos résultats suggèrent en particulier un rôle physiologique de l’AEA dans la prise alimentaire ainsi que l’importance potentielle du SEC du tractus gastro-intestinal. Nous confirmons la dérégulation statique et dynamique du SEC dans la situation de diabète de type 2. Enfin nous développons un nouvel outil pour l’exploration du SEC chez l’Homme. Nos résultats sont importants car la meilleure connaissance des systèmes impliqués dans la régulation de la balance énergétique est nécessaire pour le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques efficaces contre l’obésité et ses pathologies associées. / The endocannabinoid system (ECS) is a key system for the regulation of energy balance. Only few studies have been so far carried out in humans but they all lead to conclude that obese subjects have higher plasma fasting levels of the 2 major endocannabinoids, anandamide (AEA) and 2-arachidonoylglycerol (2-AG). However, many questions concerning the role of the ECS in the physiopathology of obesity in humans remain still unanswered. This thesis has therefore attempted to address some of these questions by investigating i) the changes of plasma endocannabinoids in response to food intake, ii) the effect of weight loss induced by gastric bypass or lifestyle intervention on these plasma levels and iii) the potential link between insulin resistance and circulating endocannabinoids. Lastly, we have also tested the possibility to develop a non-invasive tool to ease the investigation of the ECS in humans. In the 1st study, we have described for the first time the existence of a pre-prandial peak in plasma AEA, which is independent of body weight. This evidence suggests that circulating AEA levels might work as a meal initiator factor in humans. Importantly, the AEA postprandial decrease is blunted in obese insulin resistant subjects and might therefore favor the persistence of the obese phenotype. In our 2nd study, preliminary results suggest that the same body weight loss obtained through gastric-bypass or lifestyle intervention differently affects plasma AEA levels. In particular, while AEA tend to increase in subjects who have undergone gastric bypass, no changes are observed after a comparable weight loss induced by lifestyle intervention. Thus, a possibility is that the bypass might directly affect the function of the ECS localized within the gastrointestinal tract. In our 3rd study, which was carried out on 8 type 2 diabetic patients, we have shown that 72 hours of a low carbohydrate diet significantly decreases glycaemia and insulin resistance, without affecting the levels and the kinetic of circulating endocannabinoids. Lastly, we demonstrated that endocannabinoids are reliably measured in saliva. Salivary endocannabinoids are higher in obese as compared to normal weight subjects. Body weight loss significantly decreases salivary AEA, while the consumption of a meal does not influence salivary endocannabinoids levels. Altogether our studies confirm the association between ECS deregulation and metabolic disease in humans. In particular, we have demonstrated that plasma AEA might have a physiological role in the regulation of human feeding behavior, and have hinted the potential relevance of the gastro-intestinal ECS in our studies on gastric-bypass patients. We have also shown that in type 2 diabetes, there is a flattening of the kinetics of circulating endocannabinoids. Finally, we have shown that measurement of salivary endocannabinoids is reliable and might be of clinical value. These findings extend our knowledge on one of the systems majorly implicated in energy balance regulation. Such knowledge is a necessary step towards the development of novel therapeutic strategies needed to halt obesity and metabolic disease.

L'arrivée des souris transgéniques a ouvert une ère nouvelle pour la physiologie intégrative permettant d’étudier la fonction d'un gène au sein d'un organisme vivant. Ces techniques ont permis la découverte du rôle de l'os sur le métabolisme énergétique et la fertilité. Contrôle neurologique de la masse osseuse. La leptine agit dans le tronc cérébral en freinant les neurones sérotoninergiques qui projettent sur l'hypothalamus pour contrôler la masse osseuse (VMH) et l'appétit (noyau arqué). La sérotonine cérébrale freine le tonus sympathique et stimule la masse osseuse. Régulation osseuse du métabolisme énergétique. L’ostéocalcine est une hormone protéique sécrétée par l'ostéoblaste, qui stimule la production d'insuline par le pancréas et diminue l'insulinorésistance périphérique. Nous rapportons la démonstration directe chez l'homme de l'action de l’ostéocalcine sur la glycémie. Ici l’ostéome ostéoïde est un adénome bénin sécrétant de l’ostéocalcine. Dans une large étude, l’ostéocalcine est négativement corrélée à la glycémie, au syndrome métabolique et à l'existence de calcifications aortiques abdominales. Steroides sexuels et os. Le traitement adjuvant du cancer du sein par anti-aromatase induit une perte osseuse sévère. Par ailleurs, nous avons identifié un patient avec une oligospermie, un syndrome métabolique et une mutation F464Y du récepteur de l'ostéocalcine GPRC6A. Nous présentons un nouvel axe « pancréas-os-testicule » qui régule la fertilité. / Transgenic mice offers powerful tools to study integrative physiology especially to study a specific gene function in a whole organism. Using transgenic mice revealed the role of the skeleton on fertility and energy metabolism.Central control of bone mass. Leptin acts on brain stem and decrease serotonin neuron (SN) activity. SN project on hypothalamus to control bone mass (VMH nucleus) and appetite (arcuate nucleus). Brain serotonin reduces sympathetic tone and increases bone mass.Bone regulates energy metabolism. Osteocalcin is a new hormone secreted by osteoblast which stimulates insulin secretion and reduces insulin resistance. We show here for the first time that the action of osteocalcin on blood glucose is conserved in humans. Osteoid osteoma can be considered as a benign tumor secreting osteocalcin. In a large cohort of elderly males, osteocalcin is negatively associated to blood glucose, metabolic syndrome and abdominal aortic calcifications. Sex steroids and bone. First we show aromatase inhibitor induces bone loss after one year of adjuvant therapy in breast cancer. Second we identified a patient presenting severe oligospermia, metabolic syndrome and a F464Y mutation of the GPRC6A osteocalcin receptor. We identified a new independent pancreas- bone – testis axis to regulate fertility.

La dysfonction du tissu adipeux lors de l’obésité participe au développement de la résistance à l’insuline. L’activation de p53 dans l’adipocyte a récemment été impliquée dans la résistance à l’insuline lors de l’obésité, par des mécanismes inconnus. Le microARN miR-34a participe à la réponse cellulaire induite par p53 dans différents types cellulaires. Parmi ses cibles figurent Vamp2 et Sirt1, deux protéines impliquées respectivement dans la translocation des transporteurs de glucose (Glut4) et la sensibilité à l’insuline. Nous montrons que l’expression de p53 est augmentée dans les adipocytes de souris rendues obèses par un régime riche en graisses. Nous observons une augmentation du nombre d’adipocytes avec des dommages à l’ADN et également plus de dommages dans les adipocytes provenant des souris obèses. L’induction de dommage à l’ADN par la doxorubicine et la stabilisation de p53 par la nutline inhibe le transport de glucose induit par l’insuline et la signalisation de l’insuline dans des adipocytes en culture d’origine murine et humaine. En accord avec l’activation de p53 dans l’adipocyte lors de l’obésité, nous montrons que l’expression de miR-34a est augmentée dans le TA et les adipocytes de souris obèses. La surexpression de miR-34a dans des adipocytes 3T3-L1 inhibe le transport de glucose en réponse à l’insuline, la signalisation insulinique, la lipolyse, et augmente l’expression de l’ARNm de la leptine. Nous montrons que l’inhibition de la signalisation insulinique est due à l’induction de l’ARNm et de la tyrosine phosphatase PTP1B par miR-34a. L’inhibition de la lipolyse s’accompagne d’une inhibition d’expression d’ATGL, l’enzyme limitante de la lipolyse. / Dysfunction of adipose tissue in obesity is involved in the development of insulin resistance. Activation of p53 in adipocytes has recently been implicated in insulin resistance in obesity, by unknown mechanisms. MicroRNA miR-34a is involved in the cellular response induced by p53 in different cell types. Among its targets, VAMP2 and Sirt1are two proteins involved respectively in the translocation of glucose transporters (Glut4) and the insulin sensitivity. We show that p53 expression is increased in adipocytes of obese mice. We are seeing an increased number of fat cells with DNA damage and also more damage in adipocytes from obese mice. The induction of DNA damage by doxorubicin and stabilization of p53 by Nutline inhibits glucose transport induced by insulin and the insulin signaling in murine and human adipocytes in vitro. Consistent with the p53 activation in adipocytes in obesity, we show that the expression of miR-34a is increased in the TA and obese mice adipocytes. Overexpression of miR-34a in 3T3-L1 adipocytes inhibits glucose transport in response to insulin, insulin signaling, lipolysis, and increases expression of the mRNA of leptin. We show that the inhibition of the insulin signaling is due to induction of the mRNA and the tyrosine phosphatase PTP1B by miR-34a. Inhibition of lipolysis is accompanied by inhibition of expression of ATGL, the rate-limiting enzyme in lipolysis. Common to all of these effects is the control of the expression of these proteins by Sirt1, a NAD + dependent deacetylase. However, inhibition of expression of miR-34a by Sirt1 can not account for all the observed effects.

L'oxydation phosphorylante mitochondriale est au cœur du métabolisme énergétique hépatique. Son dysfonctionnement participe aux anomalies qui sous-tendent l'insulino-résistance. L'effet d'une nouvelle molécule, E008, sur l'oxydation phosphorylante mitochondriale hépatique est étudié. <br />Sous l'action de E008, les hépatocytes isolés, incubés ou périfusés, présentent une inhibition de leur consommation d'oxygène, une élévation des potentiels redox associée à une baisse des rapports ATP/ADP. E008 inhibe donc l'oxydation phosphorylante. Avec E008, les hépatocytes élèvent leur potentiel de membrane mitochondrial, comme avec l'oligomycine ou l'atractyloside. L'inhibition de la respiration est relevée par l'addition d'un découplant. E008 inhibe le complexe de phosphorylation mitochondrial. <br />La respiration des mitochondries hépatiques isolées de rats traités par E008 en injection sous-cutanée n'est pas inhibée. L'activité du complexe I de la chaîne respiratoire et celle de la F1-ATPase ne sont pas modifiées. Enfin, le gonflement mitochondrial initié par les substrats de la chaîne respiratoire ne montre pas de différence sur la cinétique d'expulsion des protons, ni sur la force proton-motrice. Il en est de même lorsque le gonflement mitochondrial est initié par l'hydrolyse de l'ATP par l'ATP synthase, avec des concentrations croissantes d'ATP qui permettent de mesurer à la fois le Km et la vitesse maximale du système. L'action de E008 sur l'oxydation phosphorylante n'est pas directement observable sur les mitochondries hépatiques isolées. L'inhibition exercée par E008 sur la phosphorylation mitochondriale est donc indirecte, liée à un processus qui nécessite l'intégrité cellulaire.