L'insuline, hormone clé du contrôle de l'homéostasie métabolique, exerce également des effets trophiques sur la croissance et la prolifération cellulaire. Des études épidémiologiques ont récemment montré que les individus obèses ou diabétiques de type 2 ont un risque plus élevé de développer des cancers et elles ont également suggéré que l’insuline jouerait un rôle dans ce développement tumoral. Ainsi, une signalisation adéquate en aval du récepteur de l’insuline est indispensable pour éviter des processus physiopathologiques. La signalisation de l’insuline est contrôlée par des mécanismes de rétrocontrôle, dont l’adaptateur moléculaire Grb14 qui agit comme un inhibiteur endogène de l’activité catalytique du RI. L’objectif de ma thèse a été d’étudier les conséquences métaboliques et mitogéniques de l’inhibition de Grb14 in#vivo spécifiquement dans le foie de souris. Dans une première étude, nous montrons que sept jours après l’invalidation de Grb14, les souris présentent une activation des voies de signalisation de l’insuline, qui s’accompagne d’une amélioration de la tolérance au glucose et de la production hépatique de glucose. Cependant, de façon paradoxale, la voie de la lipogenèse est très fortement diminuée. En décryptant le mécanisme moléculaire impliqué, nous montrons que l’inhibition de Grb14 permet la libération de la protéine p62/sqstm1 qui active le facteur de transcription Nrf2, ce qui entraine une inhibition du récepteur nucléaire pro-lipogénique LXR. De façon intéressante, l’invalidation de Grb14 chez des souris ob/ob permet de restaurer la glycémie et la stéatose hépatiques à des valeurs comparables aux témoins. Cette étude a ainsi permis de mettre en évidence une nouvelle voie de régulation de la lipogenèse hépatique. Dans une deuxième étude, nous nous sommes intéressés à l'action mitogénique de l'insuline. Nous montrons que 48 heures après l'inhibition de Grb14, les hépatocytes, qui sont des cellules quiescentes, entrent massivement dans le cycle cellulaire. Ce processus est dépendant de l’expression du RI et est médié par la signalisation PI3K/Akt/mTORC1 et la voie Rb/E2F1. Ces données révèlent ainsi que l'insuline est un puissant facteur mitogène dans le foie et que son action est étroitement contrôlée par l’adaptateur Grb14. D’un point de vue physiopathologique, nous avons pu mettre en évidence une diminution de significative de 58% de l’expression de Grb14 dans une collection de 70 CHC humains, apportant ainsi une explication moléculaire à une action pro-tumorigène de l’insuline dans le foie. L’ensemble de ces deux études permet de placer Grb14 au centre de la régulation des actions métaboliques et mitogéniques de l’insuline dans le foie. / Insulin is a key hormone controling metabolic homeostasis which also exerts having trophic effects on cell growth and proliferation. Epidemiological studies have recently shown that obese and type 2 diabetes patients are at higher risk of developing cancers, suggesting that insulin could be involved in tumor development. Proper signaling downstream the insulin receptor is thus essential to prevent pathophysiological processes. Insulin signaling is controlled by feedback mechanisms including the molecular adapter Grb14 which acts as an endogenous inhibitor of the IR catalytic activity. The aim of my PhD was to investigate the metabolic and mitogenic consequences of liver specific Grb14 inhibition in mouse. In the first study, we showed that after seven days of Grb14 invalidation, liver insulin signaling is enhanced, resulting in improved glucose tolerance and diminished hepatic glucose production. However, paradoxically, lipogenesis was greatly decreased. Deciphering the molecular mechanism, we show that Grb14 inhibition leads to the release of its partner p62/SQSTM1, inducing the activation of the Nrf2 transcription factor, which ultimatly inhibited the pro-lipogenic LXR nuclear receptor. Interestingly, Grb14 invalidation in ob/ob mice can restore blood glucose and hepatic steatosis comparable to control values. The study thus highlighted a new pathway controlling lipogenesis that could be targetted to improve metabolic diseases. In the second study, we were interested in insulin mitogenic action. We showed that 48 hours after Grb14 inhibition, hepatocytes that are quiescent cells, massively go through one cell cycle. This process depend on IR expression and is mediated by the PI3K/Akt/mTORC1 pathway and the Rb/E2F1 complex. Our data thus suggest that insulin is a potent mitogenic factor in the liver whose action is closely controlled by the Grb14 adapter in physiological conditions. Importantly, Grb14 expression is significantly decreased in a collection of human HCC, hence bringing out a molecular basis for a pro-tumorigenic action of hyperinsulinemia. Together these two studies reveal that Grb14 is a crucial gatekeeper of insulin metabolic and mitogenic actions in the liver.

L'insuline, hormone clé du contrôle de l'homéostasie métabolique, exerce également des effets trophiques sur la croissance et la prolifération cellulaire. Des études épidémiologiques ont récemment montré que les individus obèses ou diabétiques de type 2 ont un risque plus élevé de développer des cancers et elles ont également suggéré que l’insuline jouerait un rôle dans ce développement tumoral. Ainsi, une signalisation adéquate en aval du récepteur de l’insuline est indispensable pour éviter des processus physiopathologiques. La signalisation de l’insuline est contrôlée par des mécanismes de rétrocontrôle, dont l’adaptateur moléculaire Grb14 qui agit comme un inhibiteur endogène de l’activité catalytique du RI. L’objectif de ma thèse a été d’étudier les conséquences métaboliques et mitogéniques de l’inhibition de Grb14 in#vivo spécifiquement dans le foie de souris. Dans une première étude, nous montrons que sept jours après l’invalidation de Grb14, les souris présentent une activation des voies de signalisation de l’insuline, qui s’accompagne d’une amélioration de la tolérance au glucose et de la production hépatique de glucose. Cependant, de façon paradoxale, la voie de la lipogenèse est très fortement diminuée. En décryptant le mécanisme moléculaire impliqué, nous montrons que l’inhibition de Grb14 permet la libération de la protéine p62/sqstm1 qui active le facteur de transcription Nrf2, ce qui entraine une inhibition du récepteur nucléaire pro-lipogénique LXR. De façon intéressante, l’invalidation de Grb14 chez des souris ob/ob permet de restaurer la glycémie et la stéatose hépatiques à des valeurs comparables aux témoins. Cette étude a ainsi permis de mettre en évidence une nouvelle voie de régulation de la lipogenèse hépatique. Dans une deuxième étude, nous nous sommes intéressés à l'action mitogénique de l'insuline. Nous montrons que 48 heures après l'inhibition de Grb14, les hépatocytes, qui sont des cellules quiescentes, entrent massivement dans le cycle cellulaire. Ce processus est dépendant de l’expression du RI et est médié par la signalisation PI3K/Akt/mTORC1 et la voie Rb/E2F1. Ces données révèlent ainsi que l'insuline est un puissant facteur mitogène dans le foie et que son action est étroitement contrôlée par l’adaptateur Grb14. D’un point de vue physiopathologique, nous avons pu mettre en évidence une diminution de significative de 58% de l’expression de Grb14 dans une collection de 70 CHC humains, apportant ainsi une explication moléculaire à une action pro-tumorigène de l’insuline dans le foie. L’ensemble de ces deux études permet de placer Grb14 au centre de la régulation des actions métaboliques et mitogéniques de l’insuline dans le foie. / Insulin is a key hormone controling metabolic homeostasis which also exerts having trophic effects on cell growth and proliferation. Epidemiological studies have recently shown that obese and type 2 diabetes patients are at higher risk of developing cancers, suggesting that insulin could be involved in tumor development. Proper signaling downstream the insulin receptor is thus essential to prevent pathophysiological processes. Insulin signaling is controlled by feedback mechanisms including the molecular adapter Grb14 which acts as an endogenous inhibitor of the IR catalytic activity. The aim of my PhD was to investigate the metabolic and mitogenic consequences of liver specific Grb14 inhibition in mouse. In the first study, we showed that after seven days of Grb14 invalidation, liver insulin signaling is enhanced, resulting in improved glucose tolerance and diminished hepatic glucose production. However, paradoxically, lipogenesis was greatly decreased. Deciphering the molecular mechanism, we show that Grb14 inhibition leads to the release of its partner p62/SQSTM1, inducing the activation of the Nrf2 transcription factor, which ultimatly inhibited the pro-lipogenic LXR nuclear receptor. Interestingly, Grb14 invalidation in ob/ob mice can restore blood glucose and hepatic steatosis comparable to control values. The study thus highlighted a new pathway controlling lipogenesis that could be targetted to improve metabolic diseases. In the second study, we were interested in insulin mitogenic action. We showed that 48 hours after Grb14 inhibition, hepatocytes that are quiescent cells, massively go through one cell cycle. This process depend on IR expression and is mediated by the PI3K/Akt/mTORC1 pathway and the Rb/E2F1 complex. Our data thus suggest that insulin is a potent mitogenic factor in the liver whose action is closely controlled by the Grb14 adapter in physiological conditions. Importantly, Grb14 expression is significantly decreased in a collection of human HCC, hence bringing out a molecular basis for a pro-tumorigenic action of hyperinsulinemia. Together these two studies reveal that Grb14 is a crucial gatekeeper of insulin metabolic and mitogenic actions in the liver.

Rôle des récepteurs aux cannabinoïdes 1 (CB1R) du tissu adipeux sur la lipolyse et conséquences sur le métabolisme glucido-lipidique de la souris.L’obésité s’accompagne d’une dérégulation de la lipolyse responsable d’une libération excessive d’Acides Gras Libres (AGL) qui sont des acteurs majeurs dans la mise en place de la résistance périphérique à l’insuline. En parallèle, il est maintenant bien établi qu’au cours de l’obésité, une altération de l’activité du Système EndoCannabinoïde (SEC) dans plusieurs tissus métaboliques est observée. S’il est bien décrit que l’hyperactivation de ce système au sein du Tissu Adipeux (TA) favorise son expansion, les conséquences sur la lipolyse adipocytaire restent à déterminer.Ces travaux de thèse ont pour objectif principal de préciser le rôle du SEC dans la régulation de la lipolyse. Pour cela, l’AEA, un agoniste des récepteurs aux cannabinoïdes 1 (CB1R) et le JZL195, un inhibiteur des enzymes de dégradation des endocannabinoïdes, ont été utilisés in vivo chez la souris et in vitro sur un modèle d’explants pour augmenter le tonus endocannabinoïde dans le TA et en mesurer les conséquences sur l’activité lipolytique. Ensuite, les effets du blocage du SEC sur la lipolyse ont été étudiés chez la souris obèse par l’utilisation d’un antagoniste spécifique des CB1R, le Rimonabant.Ces travaux montrent que l’activation du SEC adipocytaire dans des conditions d’insulinémie élevée (période postprandiale) conduit à une altération du signal insulinique et à une perte de son effet antilipolytique favorisant le relargage d’AGL et pouvant, à terme, conduire à des effets délétères sur les tissus périphériques. A l’inverse, lorsque les voies de signalisation à l’insuline sont peu actives comme c’est le cas au cours du jeûne, la stimulation du SEC s’accompagne d’une activation de la voie PI3K/Akt freinant la lipolyse induite par le jeûne et favorisant ainsi le stockage des lipides et l’expansion du TA. Cette situation expérimentale est comparable à celle rencontrée au cours de l’obésité qui est associée à la fois, à une faible activité de la voie PI3K/Akt (résistance à l’insuline) et à une hyperactivation du SEC. Le blocage des CB1R par le Rimonabant chez la souris obèse, conduit à une stimulation importante de la lipolyse qui semble dépendre d’une activation de l’adénylate cyclase. Etant donné qu’un traitement par le Rimonabant s’accompagne également d’une augmentation du catabolisme des acides gras, il est raisonnable de penser que dans ces conditions, les AGL libérés n’exercent pas leurs effets délétères.En conclusion, ces travaux suggèrent que l’activation du SEC participe à l’installation d’une résistance à l’insuline dans le TA qui pourrait, à plus long terme, s’étendre aux tissus périphériques via les effets lipotoxiques des AGL issus de la lipolyse. Au cours de l’obésité, l’association d’une insulinorésistance et d’un tonus endocannabinoïde élevé favoriserait le stockage des lipides et l’expansion de la masse grasse. Au final, le blocage ciblé des CB1R du TA pourrait constituer une piste thérapeutique intéressante pour lutter contre les dérégulations métaboliques associées à l’obésité.Mots clés : Obésité, Insulinorésistance, Système Endocannabinoïde, Tissu Adipeux, Lipolyse, Métabolisme glucido-lipidique / Role of adipose tissue cannabinoid receptor 1 (CB1R) on lipolysis and consequences on lipid and carbohydrate metabolism in miceObesity is accompanied with lipolysis deregulation responsible for excessive Free Fatty Acid (FFA) release, which are key actors in the implementation of peripheral insulin resistance. In parallel, it is now well established that obesity is associated with EndoCannabinoid System (ECS) activity dysfunction in several metabolic tissues. If it is well described that overactivation of this system in the Adipose Tissue (AT) is favourable to its expansion, the consequences on lipolysis remain to be elucidated.The main objective of this thesis work was to precise the role of ECS on lipolysis regulation. To achieve this, AEA, a cannabinoid receptor 1 (CB1R) agonist and JZL195, an inhibitor of the enzymes responsible for the degradation of endocannabinoids, were used, in vivo in mice and in vitro on an explant model, to increase the endocannabinoid tone in the AT and analyse the consequences on lipolytic activity. Then, ECS blockade effect on lipolysis was studied in obese mice by using a specific CB1R antagonist, Rimonabant.This work demonstrates that activation of ECS under high insulinemia condition (postprandial state) alters insulin signalling limiting its antilipolytic effect and increasing FFA release which can ultimately be deleterious for peripheral tissues. Conversely, when insulin signalling pathways are weakly activated, as it is the case during fasting, ECS activation comes with PI3K/Akt activation impeding fasting induced lipolysis and promoting lipid storage and AT expansion. This experimental situation resembles that encountered in obesity which is associated, both with low activity of PI3K/Akt pathway (insulin resistance) and ECS overactivation. CB1R blockade by Rimonabant in obese mice lead to a strong stimulation of lipolysis which seems to be dependent on adenylate cyclase activation. Considering that Rimonabant treatment was also reported to be associated with improved fatty acid catabolism, it can be advanced that FFA released in excess in these conditions, do not have deleterious effects.In conclusion, this work suggests that ECS activation is involved in the onset of AT insulin resistance which ultimately could indirectly affect peripheral tissues via lipolysis derived FFA lipotoxicity. During obesity, the association of insulin resistance and ECS tone elevation would promote lipid storage and AT expansion. Finally, AT CB1R specific blockade could constitute an interesting therapeutic target limiting metabolic deregulations linked to obesity.Key words: Obesity, Insulin Resistance, Endocannabinoid System, Adipose Tissue, Lipolysis, Lipid and carbohydrate metabolism

La maladie d’Alzheimer (MA) est une maladie neurodégénérative caractérisée d’un point de vue anatomopathologique par une accumulation extracellulaire de peptides amyloïdes et d’une dégénérescence neurofibrillaire (DNF), résultant de l’agrégation intraneuronale de protéines Tau hyper-et-anormalement phosphorylées. D’autres déterminants sont également associés à la MA dont une neuroinflammation chronique et une insulinorésistance centrale qui contribueraient tous deux au développement des lésions ainsi qu’aux troubles synaptiques et mnésiques associés.La neuroinflammation observée dans la MA est caractérisée par une activation des cellules gliales, une infiltration lymphocytaire ainsi que par la libération de médiateurs inflammatoires solubles dont les chimiokines. Le CCL3 est une chimiokine hautement dérégulée dans le cerveau des patients de MA. Dans notre laboratoire, nous avons montré que dans un modèle de DNF, le CCL3 était le facteur pro-inflammatoire le plus affecté au niveau hippocampique laissant ouverte l’hypothèse d’un rôle dans les dysfonctions mnésiques associées à la pathologie Tau. Pour aborder cette question, nous avons précisément évalué l’impact du CCL3 sur le fonctionnement synaptique hippocampique et sur les fonctions mnésiques. Nos travaux montrent que l’application de CCL3 sur des tranches d’hippocampe entraine une diminution des activités basales ainsi que de la potentialisation à long terme (LTP) sans altérer le fonctionnement présynaptique ni la dépression synaptique à long terme (LTD). Par ailleurs, l’élévation intracérébrale de CCL3 par injections intracérébroventriculaires sub-chroniques affecte également la transmission synaptique basale et la LTP ainsi que la mémoire spatiale à court terme et la mémoire à long terme. La réversion de ces altérations par le Maraviroc permet de conclure que l’effet néfaste du CCL3 est dépendant du récepteur CCR5. Ainsi, ces travaux soulignent l’importance du CCL3 dans la physiopathologie de la MA, notamment en lien avec la DNF.L’insulinorésistance observée dans les cerveaux de patients atteints de la MA est connue pour favoriser le développement des lésions caractéristiques et est suggérée comme participant aux atteintes synaptiques et mnésiques. Cependant les causes de cette insulinorésistance centrale sont peu connues. Quelques études montrent que les oligomères d’Aβ, le diabète de type II ou même la neuroinflammation sont susceptibles de conduire à une insulinorésistance centrale. Néanmoins, à ce jour aucune relation n'a été établie avec la protéine Tau. La seconde partie de ce travail s’est attachée à étudier le rôle de la protéine Tau dans la régulation de la réponse centrale à l’insuline. Diverses expériences réalisées in vitro et in vivo montrent que la surexpression de la protéine Tau induit une augmentation de la sensibilité neuronale à l’insuline alors que la délétion de Tau aboutit à l’effet inverse. Cette régulation semble être liée à une interaction entre la protéine Tau et PTEN, une phospholipase inhibitrice de la signalisation de l’insuline. L’interaction entre Tau et PTEN réduirait l’activité de cette dernière, favorisant de ce fait l’action de l’insuline au niveau central. Par ailleurs, des données physiologiques indiquent que cette régulation de la signalisation centrale de l’insuline pourrait avoir une répercussion sur la régulation de l’homéostasie énergétique. En ce sens, la délétion de la protéine Tau induit une prise de poids, une hyperinsulinémie et une glucointolérance périphérique. Ces données proposent donc une nouvelle fonction de la protéine Tau dans la signalisation neuronale et le métabolisme. Cette perte de fonction dans la MA pourrait expliquer les mécanismes d’insulinorésistance centrale liés à la DNF.En conclusion, nos données mettent en évidence deux mécanismes liant la pathologie Tau aux atteintes mnésiques, l’un passant par la production de la chimiokine CCL3, l’autre impliquant une résistance neuronale à l’insuline. / Alzheimer’s disease (AD) is a neurodegenerative disorder characterized by extracellular amyloid deposits and intraneuronal neurofibrillary tangles, made of aggregated and abnormally hyperphosphorylated Tau proteins. Other components are also involved in AD pathophysiology, including chronic neuroinflammation and central insulinoresistance that would contribute both to the development of Alzheimer lesions as well as associated synaptic and memory impairments.Neuroinflammation observed in AD is characterized by glial cell activation, lymphocyte infiltration, and the release of soluble inflammatory mediators including chemokines. CCL3 is a highly upregulated chemokine in the brain of AD patients. In our lab, we have shown, in a mouse model of Tau pathology, that hippocampal CCL3 was largely upregulated and, thus, we made the assumptions that such increase could play a key-role in the memory dysfunctions associated with Tau pathology. To address to this question, we precisely evaluated the impact of CCL3 upon hippocampal synaptic activity and memory function. Our data show that CCL3 application on hippocampal slices induces a significant decrease of basal synaptic activity and long term potentiation (LTP) impairment without affecting presynaptic activity and long term depression (LTD). Further, intracerebral elevation of CCL3 by sub-chronical intracerebroventricular injections was also found to impact hippocampal basal synaptic activity and LTP but also short term spatial memory and long term memory. Reversion of these alterations by Maraviroc finally suggests that CCL3 deleterious effects are CCR5 dependent. Overall, these studies show the important role of CCL3 towards plasticity and memory as well as in AD physiopathology.Besides chronic inflammation, insulinoresistance observed in AD brain is suggested to favor the development of amyloid and Tau lesions but also to participate to synaptic impairments underlying memory loss. However, origins of the brain insulinoresistance described in AD are unclear. Previous studies ascribed central insulin-resistance to Aβ oligomers, type II diabetes or even neuroinflammation. So far, no relationship has been established with Tau protein. The aim of the second part of the present thesis was evaluate the potential role of Tau protein towards the regulation of central insulin sensitivity. Various experiments performed in vitro and in vivo show that Tau favors the neuronal response to insulin, whereas Tau deletion favors insulin-resistance. This regulation seems to be related to an interaction between Tau and PTEN, a phospholipase inhibiting insulin signaling, which results in a reduced PTEN activity, itself favoring insulin pathway activation. Regulation of brain insulin signaling is known to modulate energy homeostasis, food intake and weight gain. In line with the idea that Tau protein modulates insulin signaling, we found that Tau deletion induces weight gain, hyperinsulinemia and glucointolerance. Together, these data provide a new function for Tau in the control of neuronal signaling and peripheral metabolism. These data also highlight that the loss of Tau function in AD might explain at last in part the central insulinoresistance described as “type 3 diabetes”.In conclusion, our data highlight two mechanisms linking Tau pathology and memory deficits, one through the detrimental effect of the chemokine CCL3 and the other involving neuronal insulin resistance.

L’obésité est une pathologie multifactorielle qui contribue au développement de l’insulinorésistance (l’IR). De nos jours, même si de nombreux travaux ont permis de répondre à plusieurs questions relatives à la pathogenèse de l’IR, les mécanismes cellulaires et moléculaires qui sous-tendent la pathogenèse de l’IR ne sont pas encore complètement élucidés chez l’Homme. Deux hypothèses principales se sont dégagées de ces travaux.D’une part, certaines études suggèrent que le défaut primaire à l’origine de l’IR se trouverait au niveau du tissu adipeux, qui en libérant dans la circulation systémique des adipokines, des cytokines inflammatoires et des acides gras contribue au développement d’une inflammation et d’une hyperlipidémie systémique. Ces deux paramètres exercent des effets délétères sur la sensibilité à l’insuline des autres organes comme le muscle et le foie.D’autre part, le muscle étant l’organe gluco-régulateur par excellence en situation postprandiale, d’autres études le place au cœur de la physiopathologie de l’IR.Malgré ces controverses, aucune étude n’a à ce jour exploré simultanément l’inflammation et l’IR systémique /tissulaire dans le muscle et le tissu adipeux chez un même sujet.Dans ce contexte, l’objectif de ce travail de thèse était de mieux comprendre les mécanismes impliqués dans la mise en place de l’IR. Il s’inscrit dans le cadre d’un projet de recherche translationnel, qui compare dans une cohorte de femmes ménopausées, des sujets minces à des sujets obèses de grade I insulinosensibles (OIS) et insulinorésistants (OIR). Plusieurs paramètres systémiques et tissulaires (lipotoxicité, inflammation et activation du récepteur toll like receptor 4 (TLR4)) impliqués dans la physiopathologie de l’IR ont été analysés chez ces sujets.Les résultats de cette étude mettent en avant l’importance de l’activation des voies de l’immunité innée dans la régulation de la sensibilité à l’insuline. Ainsi, alors qu’aucune inflammation systémique n’est détectée, on observe une activation différentielle des voies de signalisation du récepteur TLR4 de l’immunité innée entre le tissu musculaire et le tissu adipeux des sujets OIR. La voie MyD88-dépendante qui est une voie pro-inflammatoire, est activée dans le muscle squelettique de ces sujets et est associée à une IR au sein de ce tissu. A l’inverse, la voie TRIF-dépendante qui est une voie anti-inflammatoire est activée au sein du tissu adipeux et permet le maintien de la sensibilité à l’insuline. Ce maintien de la réponse à l’insuline se fait grâce l’induction du système interféron et de l’enzyme anti-oxydante manganèse superoxyde dismutase (MnSOD).Dans ce travail, nous montrons d’une part, que le défaut de réponse à l’insuline musculaire se trouve au cœur de la physiopathologie de l’IR chez les sujets obèses de grade I. D’autre part, ces résultats mettent en exergue l’importance de la balance de régulation des voies de l’immunité innée « MyD88 » et « TRIF » dans le maintien de la sensibilité à l’insuline. / Obesity is a multifactorial disease promoting the development of insulin resistance (IR). Nowadays, cellular and molecular mechanisms underlying IR pathogenesis in humans are not fully understood although many studies have been attempted to improve our knowledge. Tow hypotheses arose from these researches.On one hand, several studies have led to the idea that a chronic inflammatory state combined with adipose tissue (AT) dysfunction could be the so-called “central mechanism” leading to IR. AT dysfunction is associated with increase in the release of inflammatory adipokines/cytokines and free fatty acid (FFA), leading to systemic inflammation and lipid overload. These latter parameters would have deleterious effects on diverse organs such as muscles and liver by affecting their insulin sensitivityOn the other hand, skeletal muscle (SM) is responsible for 80% of glucose uptake and metabolism in postprandial state and muscle failure in this function is often considered as the first defect causing IR.Interestingly, despite these controversies, in human, insulin sensitivity and the onset of inflammation have so far never been investigated simultaneously at systemic level and locally in SM and AT in the same individual.In this context, the aim of this thesis was to better understand the mechanisms involved in IR development in grade I obese subject. It is based on a translational research project that compares in a cohort of postmenopausal women, lean subjects with grade I obese insulin-sensitive (OIS) and insulin-resistant (OIR) subjects. Several systemic and tissue parameters (lipotoxicity, inflammation and toll like receptor 4 (TLR4) activation), involved in the IR pathophysiology were analyzed in these subjects.Our results highlight the importance of innate immunity pathways activation in the regulation of insulin sensitivity. Thus, while no inflammation was detected at the systemic level, there is a differential activation of innate immune TLR4 signaling pathways between muscle and AT of OIR subjects. The MyD88-dependent pathway, a pro-inflammatory pathway, is activated in their SM and is associated with IR in this tissue. Conversely, the TRIF-dependent pathway which is an anti-inflammatory pathway is activated in the AT thus maintaining insulin sensitivity in this tissue. This is supported by the induction of interferon system and the antioxidant enzyme manganese superoxide dismutase (MnSOD).In this work, we show that SM defect is the central mechanism which determines IR in grade I obese subject. We have also highlighted the importance of regulation of the balance between the two innate immunity pathways "MyD88" and "TRIF" in maintaining insulin sensitivity.

Notre étude a montré l’implication de la déficience de PPARα dans la modulation de latranscription des gènes de l’insuline et de l’inflammation des adipocytes chez les sourisadultes C57BL/6J (WT) et PPARα-null. A jeun, les souris PPARα-null sont hypoglycémiquespar rapport aux animaux témoins WT. La concentration en insuline et l’expression de sesARNm pancréatiques, par rapport aux animaux témoins, sont diminuées chez les sourisPPARα-null, suggérant que la suppression du gène de PPARα contribuait à la faibletranscription de ces gènes. De plus, la suppression du gène de PPARα aboutit à la diminutiondes facteurs de transcription des gènes de l’insuline comme Pdx-1, Nkx6.1 et MafA. En outre,la capacité pancréatique fonctionnelle est aussi détériorée par la suppression du gène dePPARα puisque le pancréas des souris PPARα-null exprime de faibles taux de Glut2 et deglucokinase. Les souris PPARα-null expriment des taux élevés d’adiponectine et de leptinecomparées aux souris témoins. Dans les tissus adipeux, les souris PPARα-null présentent uneaugmentation de l’expression de CD14 et CD68 généralement exprimés par les macrophages.La suppression du gène de PPARα diminue, au niveau des adipocytes, l’expression de MCP-1, TNFα, IL-1β, IL-6 et RANTES, alors que l’expression de TLR-2 et de TLR-4 (récepteurspro-inflammatoires) était élevée dans les tissus adipeux. Ces résultats suggèrent qu’encondition normale, la déficience en PPARα, chez les souris est impliquée dans la modulationde la transcription des gènes de l’insuline et le statut inflammatoire du tissu adipeux.En outre, l'invalidation du gène de PPARα dans les cellules T a abouti àl'augmentation de T-bet et la diminution de GATA-3 tant aux niveaux de la protéine que del’ARNm. Comme prévu, l’acide Docosahexaénoïque (DHA) a exercé non seulement un effetinhibiteur sur la prolifération des cellules T, mais aussi a diminué la sécrétion d’IFN-γ etstimulé la sécrétion de l’IL-4 dans les deux types cellulaires. Le DHA a aussi diminué T-bet etaugmenté GATA-3 tant au niveau de la transcription qu’au niveau de la protéine. Quoique lescellules T des souris PPARα-null ont exprimé un plus fort niveau de phosphorylation de p38MAP kinase que les cellules T de WT, le DHA a diminué la phosphorylation des MAPkinases (p38 et ERK1/2) dans tous les deux les types cellulaires. Les inhibiteurspharmacologiques des MAP kinases ont aussi diminué T-bet et augmenté GATA-3 dans lescellules T. Ces résultats démontrent que le DHA, via son action sur les MAP kinases, modulel'expression des facteurs de transcription. Ces résultats expliquent aussi le mécanisme d'actionde cet acide gras sur la différenciation des cellules T dans la maladie et la santé / We assessed, in this study, the effects of PPARα deficiency on the expression of mRNAencoding for insulin gene transcription factors in pancreatic β-cells along with thoseimplicated in inflammation in adipose tissues. On fasting, the adult PPARα-null mice werehypoglycemic. Serum insulin concentrations and its pancreatic mRNA transcripts weredownregulated in PPARα-null mice, suggesting that PPARα gene deletion contributes to lowinsulin gene transcription. The PPARα gene deletion downregulates the mRNA expression ofinsulin gene transcription factors, i.e., Pdx-1, Nkx6.1 and MafA. Besides, the pancreaticfunction was diminished by PPARα deficiency as PPARα-null mice expressed low pancreaticGlut2 and glucokinase mRNA. PPARα-null mice also expressed high adiponectin and leptinmRNA levels compared to wild type animals. Adipose tissues of PPARα-null mice exhibitedupregulation of CD14 and CD68 mRNA, generally expressed by macrophages. PPAR-a genedeletion downregulates the adipocyte mRNA of certain pro inflammatory agents, like MCP-1,TNF-a, IL-1b, IL-6, and RANTES, though pro-inflammatory TLR-2 and TLR-4 mRNAswere upregulated in the adipose tissues. Our results suggest that PPAR-a deficiency, in mice,is implicated in the modulation of insulin gene transcription and inflammatory status inadipose tissues.The another part of the study was conducted on CD4+ T-cells, isolated from wild type(WT) and PPARα-null mice, in order to assess the mechanismof action of docosahexaenoicacid (DHA), an n-3 fatty acid, in the modulation of two transcription factors, i.e., T-bet andGATA-3, implicated in T-cell differentiation towards, respectively, TH1 and TH2 phenotype.The T-cells from PPARα-null mice secreted higher IFN-γ and lower IL-4 concentrations thanWT T-cells. Furthermore, the deletion of PPAR-α gene in T-cells resulted in the upregulationof T-bet and downregulation of GATA-3 both at mRNA and protein levels. DHA exerted notonly an inhibitory effect on T-cell proliferation, but also diminished IFN-γ and stimulated IL-4 secretions in both cell types. DHA also downregulated T-bet and upregulated GATA-3 bothat transcription and protein levels. Though the T-cells from PPARα-null mice expressedhigher p38 phosphorylation than WT T-cells, DHA diminished the MAP kinasephosphorylation (p38 and ERK1/2) in both the cell types. The pharmacological inhibitors ofMAP kinases also downregulated T-bet and upregulated GATA-3 in T-cells. Altogether, theseresults demonstrate that DHA, via its action on MAP kinases, modulates the expression oftranscription factors. These results also explain the mechanism of action of this fatty acid onT-cell differentiation in disease and health

L'objectif du présent projet de recherche était de déterminer la biodisponibilité de métabolites de polyphénols (PP) et de l'acide abscissique (ABA) suite à la consommation d'un breuvage à base d'extraits de fraises et de canneberge (fournissant 333mg de polyphénols et 200µg d'ABA) chez 17 sujets (hommes et femmes) en surpoids et résistants à l'insuline. Pour atteindre cet objectif, une analyse de corrélation a été réalisée entre les concentrations sanguines de divers métabolites de PP et d'ABA et différents paramètres du métabolisme du glucose chez ladite cohorte. Les paramètres concernant le métabolisme du glucose ont été mesurés par un clamp hyperinsulinémique-euglycémique et par un test oral de tolérance au glucose (OGTT) dans le cadre d'une étude plus large réalisée dans notre laboratoire. Dans le contexte de mon projet de maîtrise, des mesures de biodisponibilité ont été réalisées grâce à l'extraction, l'identification et la quantification de métabolites de polyphénols et d'ABA dans les échantillons du breuvage ainsi que dans les échantillons du plasma des participants après la consommation du breuvage. Par la suite, l'analyse de corrélation entre les métabolites plasmatiques mesurés et le métabolisme du glucose a été réalisée par régression linéaire multiple robuste. Les résultats ont montré que les concentrations plasmatiques de certaines molécules sont significativement supérieures dans le groupe traité par rapport au groupe contrôle, notamment la concentration plasmatique d'acide p-coumarique, d'acide m-coumarique, d'acide férulique, d'acide hydroxyhippurique, de cis-ABA, d'acide dihydroxyphaséique et d'ABA glucuronide. Seule la teneur en acide p-coumarique a été associée avec la prévention de l'hyperinsulinémie compensatoire lors de la première phase de sécrétion d'insuline, suggérant que cet acide organique serait impliqué dans le métabolisme du glucose chez des sujets résistants à l'insuline.

L’obésité viscérale est identifiée comme étant le facteur de risque de maladies cardiovasculaires le plus contributif à la résistance à l’insuline. De mauvaises habitudes alimentaires et la sédentarité contribueraient à l’obésité et affecteraient de manière indépendante et défavorable les actions métaboliques et vasculaires de l’insuline. L’objectif visé par ce projet de recherche consistait à déterminer l’impact d’une alimentation riche en gras saturé et en sucre (HFHS) sur la fonction endothéliale ainsi que l’établissement d’un stress oxydatif et d’une réponse inflammatoire dans un modèle animal de résistance à l’insuline avec surplus de poids. Plus précisément, le chapitre 2 avait pour but de développer et de caractériser un nouveau modèle expérimental animal, le rat nourri avec un régime HFHS, plus représentatif de la diète consommée par un pourcentage élevé de la population nord-américaine. Le chapitre 3 avait pour objectif de déterminer les effets d’un traitement préventif avec un antioxydant, le tempol, sur la fonction endothéliale ainsi que les actions glucorégulatrices et hémodynamiques de l’insuline dans ce modèle animal. Le chapitre 4 avait pour but d’étudier les effets du régime HFHS et du tempol sur l’expression et l’activité de marqueurs des voies de signalisation de l’insuline ainsi que de biomarqueurs du stress oxydatif et de l’inflammation. Nous avons noté que le régime HFHS entraînait une altération de la vasodilatation endothélium-dépendante, une diminution du transport du glucose stimulé par l’insuline et de la sensibilité à l’insuline ainsi qu’une réduction de l’expression et de l’activation de plusieurs protéines de la voie de signalisation à l’insuline. Nous avons également identifié des facteurs du stress oxydatif ou inflammatoires susceptibles de contribuer à la dégradation de la fonction endothéliale et prendre part aux complications vasculaires et métaboliques induites par le régime HFHS chez le rat. Nous démontrons que plusieurs de ces altérations pouvaient être évitées, atténuées ou retardées par une intervention précoce destinée à contrôler le stress oxydatif. Ce projet de recherche a permis de mieux comprendre l’implication et le lien entre le NO endothélial et le stress oxydatif ainsi que l’inflammation induits par un régime HFHS, dans un modèle animal de résistance à l’insuline avec surplus de poids. / Visceral obesity has been identified as the main cardiovascular disease risk factor that contributes to insulin resistance. Bad eating habits and sedentary lifestyle can contribute to obesity, but can also affect independently and unfavourably the metabolic and vascular insulin actions. The aim of this research project was to determine the impact of a high fat high sucrose diet (HFHS) on endothelial function as well as the establishment of an oxidative stress and inflammatory response in an animal model of dietary-acquired insulin resistance and obesity. Precisely, the objective of chapter 2 was to develop a new animal experimental model, the rat fed with a diet rich in saturated fat and refined sugar, representative of the high-energy diets frequently consumed by a large percentage of North American. The aim of chapter 3 was to determine the effects of a preventive treatment with an antioxidant, tempol, on endothelial function as well as glucoregulatory and hemodynamic actions of insulin in this animal model. The objective of chapter 4 was to study the effects of HFHS diet and tempol on the expression and activity of markers of insulin signalling pathways, oxidative stress and inflammation. We noted that the HFHS diet altered the endothelium-dependent vasodilation, decreased insulin-stimulated glucose transport and insulin sensitivity as well as reduced expression and activation of many insulin signalling pathway proteins. We also identified oxidative stress or inflammatory markers that could contribute to endothelial function degradation and take part in vascular and metabolic complications induced by the HFHS diet, in the rat. We demonstrated that many of those alterations could be avoided, attenuated or prevented by an early intervention aimed at controlling oxidative stress. This research project provided a better understanding of the implication and the link between endothelial NO and the oxidative stress as well as the inflammation induced by a HFHS diet, in an animal model of diet-induced insulin resistance and obesity.

La résistance à l’insuline joue un rôle dans le développement de l’obésité, du diabète de type 2 et des maladies cardiovasculaires. Cette étude avait pour but de caractériser les dérèglements vasculaires et métaboliques chez le rat insulino-résistant nourri avec un régime HFHS (high fat high sucrose). La sensibilité à l’insuline, la fonction endothéliale et l’expression de la protéine eNOS (endothelial nitric oxide synthase) ont été étudiées. Les résultats démontrent que le régime HFHS entraînerait une altération de la vasodilatation associée à une réduction de l’expression de eNOS dans les muscles squelettiques et l’aorte thoracique. De plus, une diminution de la biodisponibilité du NO (monoxyde d’azote) a été observée chez les rats HFHS lié à une augmentation des nitrotyrosines et de l’endothéline. Cette étude démontre que la protéine eNOS est importante dans le développement des maladies vasculaires et métaboliques et qu’il existe une interaction gène-environnement dans la régulation du NO. / Insulin resistance (IR) plays a role in the development of obesity, type 2 diabetes and cardiovascular diseases. This study was initiated to characterize vascular and metabolic dysregulations in a rat model with IR fed a high fat high sucrose diet (HFHS). Insulin sensitivity, endothelial function and eNOS (endothelial nitric oxide synthase) gene expression were studied. The results indiquate that the HFHS diet induce an alteration of the vasodilation associated with a reduction of eNOS protein expression in skeletal muscles and thoracic aorta. Also, a reduction of NO (nitric oxide) bioavailability was observed, linked with an augmentation of nitrotyrosine and endothelin. This study show that eNOS is crucial in the development of metabolic and vascular diseases and that there is a geneenvironnement interaction in NO regulation.

La résistance à l' insuline du muscle squelettique se situe au niveau des étapes subséquentes à la liaison de l'hormone à son récepteur. L' origine de la résis'tance à l'insuline n est pas identifiée avec précision, bien que l'on sache qu'une association de plusieurs facteurs en soit responsable. Parmi ces facteurs de risque, nous avons identifié la synthase inductible du monoxyde d'azote (NO). Cette enzyme (iN OS) a la particularité de produire de fortes concentrations de NO e'n réponse à divers stimuli inflammatoires. Les études présentées dans cette thèse perniettent de mieux comprendre l' implication de cette enzyme dans la résistance à l' insuline ainsi que les mécanismes d'action via lesquels le NO inhibe 1 action de l' insuline. Dans la première étude, nous avons confirmé dans un modèle cellulaire de muscles la capacité de iNOS à causer un défaut du transport du glucose en réponse à l'insuline. Nous avons toutefois également observé que les adipocytes ne développaient pas ce défaut suite à l' induction de l'enzyme. Dans une seconde étude, nous avons cherché à comprendre le mécanisme par lequel la production de NO pouvait être reliée à la résistance à l' insuline. Nous avons montré que la génération d'un oxydant découlant de la synthèse de NO, le peroxynitrite (ONOO-), causait la nitration de tyrosine de la molécule IRS-l et ainsi interfère dans la cascade des étapes de signalisation de l' insuline. Dans une troisième étude, nous avons démontré que l'incubation de muscles in vitro causait des altérations dans la captation de glucose via l' induction de iNOS causée par le procédé d' incubation. Finalement, dans une quatrième étude, nous proposons un mécanisme d'inhibition de iNOS pouvant être mis à profit dans la recherche de cibles thérapeutiques contre la résistance à l' insuline. Nous avons démontré que l'activati.on de la kinase sensible à l'AMP (AMPK) réduisait l' induction de iNOS, tant au niveau cellulaire (myocytes, adipocytes et macrophages) que dans les muscles et le tissu adipeux de rats traités à la lipopolysaccharide (LPS). L' ensemble de nos études précise l'implication de iNOS dans la résistance à l' insuline associée à l'inflammation et oriente la recherche vers de nouvelles pistes et un certain nombre d'applications thérapeutiques.