Après le génome, le nouveau défi est celui du protéome. Nous avons progressé vers la mise au point de la séparation électrophorétique des protéines membranaires dans un milieu qui leur conviendrait, type bicouche lipidique supportée. La grandeur principale, mesurée par FRAPP, a été le coefficient de diffusion des objets d'un système biomimétique modèle (lipides, protéines). L'étude du comportement de la bicouche supportée a permis de mettre en évidence, pour certains supports et dans certaines conditions de température, la formation d'une phase ondulée (ou ripple) malgré la proximité du support. La diminution de la portée des interactions coulombiennes par adjonction de sel se traduit par une augmentation de plusieurs ordres de grandeur du coefficient de diffusion, approchant au final le comportement d'une bicouche libre, tout en conservant les étapes caractéristiques de la transition gel/fluide. L'ordre de grandeur de ces énergies d'interactions a été estimé à partir des courbes D= f(T) et validé par une étude préliminaire originale de DSC sur des bicouches lipidiques supportées. L'α-Hémolysine s'insère spontanément sous forme d'un pore heptamérique dans nos bicouches supportées et diffuse librement. En l'incubant en phase mixte (zones gel+ zones fluide), nous observons la formation de complexes de protéines. La dépendance du coefficient de diffusion avec la taille de l'objet est en 1/R2, R étant le rayon équivalent de la partie insérée de l'objet. L'application d'un champ électrique montre un transport électrophorétique dont la direction et l'importance sont modulées par la charge de l'objet. La mobilité électrophorétique varie également en 1/R2. La dépendance en taille, les valeurs obtenues et le mode opératoire simple permettent d'espérer la réalisation prochaine d'une véritable séparation électrophorétique pour un mélange de protéines.

L'activation de l'« Adenosine monophosphate activated protein kinase » (AMPK), enzyme clé de la régulation du métabolisme énergétique, permet une inhibition de certaines enzymes limitantes du métabolisme des acides gras et du cholestérol. Le 5-aminoimidazole-4carboxiamide-1-β-D-ribofuranoside (AICAR) et la metformine, médicaments largement utilisés pour activer l'AMPK, améliorent l'hyperglycémie, augmentent la captation du glucose périphérique et favorisent l'utilisation et la dégradation des acides gras, ce qui permet la diminution des risques du développement de maladies cardiovasculaires liées au diabète. L'étude de certains effets de l'activation de l'AMPK sur le métabolisme lipidique serait essentielle pour pouvoir mieux comprendre l'interaction entre les métabolismes lipidique et glucidique. L'objectif de ce travail était de savoir si, in vivo, le métabolisme des lipoprotéines réagit à l'activation de l'AMPK. Le traitement des souris avec 0,5 mg/g de poids corporel d'AICAR ou de metformine pendant 7 ou 14 jours a permis d'observer notamment pour le traitement à l'AICAR pendant 14 jours, une diminution de 17,5% du cholestérol plasmatique, de 21,1% du cholestérol associé aux HDL et une augmentation de 47,6% du cholestérol associé aux LDL. L'activation de l'AMPK a augmenté le niveau protéique de récepteurs des lipoprotéines de faible densité (rLDL) suite à l'augmentation de son facteur de transcription « sterol regulatory element binding protein 2 » (SREBP-2) et a diminué celui de SR-BI « Scavenger receptor class B type I » et de sa protéine adaptatrice PDZK1. Les taux protéiques de SR-BI et du rLDL corrélaient avec ceux de leurs ARNm. La protéine SR-BII a augmenté probablement pour contrebalancer la diminution de SR-BI. La diminution de l'expression de SR-BI a provoqué une diminution de 37% de la captation sélective des EC des lipoprotéines de haute densité (HOL) in vivo chez la souris traitée avec 0,5 mg/g de poids corporel d'AICAR. Les protéines ABCA1 (intervenant dans l'efflux de cholestérol vers les HDL) et HNF4a (responsable de l'expression de l'apoA-I qui compose les HDL) ont diminué et seraient peut-être responsables de la diminution du cholestérol associé aux HDL. L'ARNm de PCSK9 « Proprotein convertase subtilisin/kexin type 9 » a augmenté. De plus, ni l'augmentation de rLDL ni la diminution de SR-BI n'ont pu expliquer l'augmentation du taux de cholestérol associé aux LDL. Au niveau du foie, principal tissu responsable du métabolisme de lipoprotéines, des diminutions de 26% des triglycérides et de 13,4% du cholestérol ont été observées. L'activation de l'AMPK semble donc améliorer le bilan lipidique du foie ainsi que celui du cholestérol plasmatique. Toutefois, la diminution du cholestérol associé aux HDL et l'augmentation de celui associé aux LDL apparaissent défavorables en termes de risque d'événements cardiovasculaires. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : AMPK, récepteurs hépatiques, captation sélective, LDL-EC, lipides hépatiques.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Le fer ajouté dans des systèmes complexes tels que les aliments induit divers problèmes comme l'oxydation des lipides ou la précipitation d'autres composés présents dans la matrice. Il s'en suit une diminution de sa biodisponibilité et des défauts de goût. L'utilisation de chélates de fer, comme le bisglycinate de fer ou l'EDTA de fer, constitue une voie intéressante : le fer ainsi protégé n'interagirait pas avec la matrice alimentaire. La stabilité des chélates de fer (bisglycinate de fer et NaFe EDTA), supposés peu réactif pour l'initiation de peroxydation, a été attestée sur des modèles d'émulsions huile dans eau stabilisées par du caséinate de sodium ou de la β lactoglobuline. Dans un second temps, le travail a consisté à vérifier la faible influence de ces complexes sur la nature de l'interface huile/eau (étude de la tension et de la rhéologie interfaciales). La stabilité du bisglycinate de fer en solution aqueuse et en présence de β lactoglobuline a également été évaluée en fonction du pH (pH 2, 3,5 et 6,5) par rayons X. Il a ainsi été montré que la nature des protéines formant l'interface huile/eau et le type de sels de fer jouent un rôle crucial sur la stabilité oxydative des émulsions enrichies en fer. L'affinité des protéines de lait pour les ions fer libres est le premier facteur qui contrôle la peroxydation des matières grasses par l'absence de transfert à l'interface huile/eau. La capacité du complexe bisglycinate à retenir les ions fer et donc à limiter la présence d'ions fer libres (ferriques ou ferreux) apparaît comme le second facteur principal à contrôler. La compétition pour les ions fer entre les groupes fonctionnels des protéines et les contre ions de chélates (glycinate ou EDTA) gouverne ainsi l'état d'oxydation du système dans des conditions acide/base proche de la neutralité. En milieu acide, l'oxydation est principalement gouvernée par l'instabilité du complexe bisglycinate de fer et par conséquent la lente libération fer ionique dans la phase aqueuse. Pour résumer, si le complexe de fer n'est pas déstabilisé et que la protéine à l'interface huile/eau ne présente pas de groupe fonctionnel ayant une forte affinité pour le fer, alors la peroxydation des lipides en émulsion est faible. Dans notre démonstration, si une protéine n'est pas phosphorylée et pour des pH proches de 7, alors l'émulsion ne sera pas peroxydée car le fer ne migre pas à l'interface huile/eau.

Les nucléosides diphosphate kinases (NDPK) sont essentielles pour la génération des nucléosides triphosphates (NTPs) en utilisant l’ATP et des NDPs. L’isoforme mitochondriale de NDPK (NDPK-D), située dans l’espace intermembranaire des mitochondries, possède deux modes de fonctionnement. Dans le premier mode (« phosphotransfert »), la protéine a une activité de kinase comme les autres enzymes NDPK. Dans ce mode de fonctionnement, NDPK-D produit du GTP pour la protéine optique atrophy 1 (OPA1), une GTPase impliquée dans la fusion des mitochondries, et de l’ADP pour le translocateur à adénine (ANT) et l’ATPase mitochondriale pour la régénération d’ATP. Le second mode de fonctionnement est appelé « transfert de lipide » et est lié à la capacité de la protéine à se lier aux phospholipides anioniques, particulièrement la cardiolipine (CL). Dans ce mode NDPK-D peut réticuler les deux membranes mitochondriales et transférer CL de la membrane interne vers la membrane externe des mitochondries, pouvant servir de signal pour la mitophagie et l’apoptose. Ce travail a pour objectif d’étudier plus en détails ces différentes fonctions de NDPK-D. En utilisant des cellules HeLa exprimant de façon stable la protéine sauvage, kinase inactive (mutation H151N) ou incapable de se lier aux lipides (mutation R90D) et des cellules épithéliales de poumons de souris, nous montrons (i) une grande proximité entre NDPK-D et OPA1 qui conduit au channeling de GTP par NDPK-D pour OPA1, (ii) le rôle essentiel de NDPK-D pour l’externalisation de CL vers la surface des mitochondries pendant la mitophagie, servant de signal de reconnaissance pour le complexe LC3-II-autophagosomes afin d’éliminer les mitochondries endommagées, (iii) la possible inhibition de l’externalisation de CL par la présence de complexes NDPK-D/OPA1, et (iv) un phénotype pro-métastatique des cellules HeLa exprimant la NDPK-D mutée (H151N ou R90D), caractérisé par un fort potentiel invasif et migratoire, un profil protéique altéré, et des modifications au niveau structural et fonctionnel du réseau mitochondrial. Finalement, une première stratégie d’expression et de purification de la protéine OPA1 entière a été établie pour de futures études in vitro des complexes NDPK-D/OPA1. / The nucleoside diphosphate kinases (NDPK) are essential for generation of nucleoside triphosphates (NTPs) using ATP and NDPs. The mitochondrial NDPK isoform (NDPK-D) located in the mitochondrial intermembrane space is found to have two modes of function. First, the phosphotransfer mode in which the protein has a kinase activity like other NDPK enzymes. In this mode, NDPK-D produces GTP for the optic atrophy 1 protein (OPA1), a GTPase involved in mitochondrial fusion, and ADP for the adenylate translocator (ANT) and the mitochondrial ATPase for ATP regeneration. The second mode of function is called lipid transfer and is related to the capacity of NDPK-D to bind anionic phospholipids, especially cardiolipin (CL). In this mode, the protein can cross-link the two mitochondrial membranes and transfer CL from the inner to the outer mitochondrial membrane, which can serve as a signal for mitophagy and apoptosis. This work aims to study these NDPK-D functions in more detail. With the use of HeLa cells stably expressing the wild-type, kinase inactive (H151N mutation) or lipid binding deficient (R90D mutation) NDPK-D and mouse lung epithelial cells, we show (i) the close proximity between NDPK-D and OPA1 that leads to GTP channeling from NDPK-D to OPA1, (ii) the essential role of NDPK-D for CL externalization to the mitochondrial surface during mitophagy, serving as a recognition signal for LC3-II-autophagosomes to eliminate damaged mitochondria, (iii) the possible inhibition of CL externalization due to the presence of NDPK-D/OPA1 complexes, and (iv) a pro-metastatic phenotype of HeLa cells expressing either of the NDPK-D mutants (H151N or R90D), characterized by high invasive and migratory potential, altered proteomic profile and changed mitochondrial network structure and function. Finally, a first bacterial expression and purification strategy for full-length OPA1 has been established for future in vitro studies of NDPK-D/OPA1 complexes.

Dans les cellules eucaryotes, chaque membrane a une composition lipidique qui lui est propre. La composition des membranes est finement régulée en fonction des conditions environnementales et physiologiques de la plante. Cette homéostasie lipidique est le résultat des processus de synthèse, conversion, dégradation et de trafic des lipides. Si la majorité des enzymes impliqués dans le métabolisme des lipides est identifiée, la majorité des mécanismes de transferts intermembranaires des lipides reste à caractériser. Nous nous concentrons sur l'homéostasie lipidique des chloroplastes et plus particulièrement celle des galactolipides, lipides essentiels des membranes photosynthétiques. Les galactolipides sont synthétisés au niveau de l'enveloppe des chloroplastes. Cependant, une grande partie des galactolipides proviennent de la phosphatidylcholine, elle-même synthétisée dans le réticulum endoplasmique. Cette délocalisation de la voie de synthèse sur deux compartiments souligne l'importance de l’étape de transfert lipidique associé.Des études transcriptomiques ont montré qu'ALA10, une ATPase de type P4, flippase de phospholipides, est surexprimée dans des conditions faisant varier la synthèse des galactolipides, telles que l'inhibition chimique des MGDG synthases par la galvestine-1 ou la carence de phosphate.Le but de cette thèse est de caractériser ALA10 et d'analyser son rôle dans ce trafic lipidique et dans l’homéostasie des galactolipides chloroplastiques.Pour comprendre le rôle d'ALA10, nous avons d'abord étudié sa localisation subcellulaire à l'aide d'une fusion traductionnelle avec la GFP et effectué des analyses lipidiques de différentes lignées exprimant ALA10 à différents niveaux. L’analyse de la composition lipidique indique qu'ALA10 stimule la synthèse des galactolipides et limite la désaturation de la phosphatidylcholine dans le réticulum endoplasmique. Nous avons recherché les partenaires protéiques potentiels d'ALA10 permettant d'expliquer ces effets et utilisé une approche de complémentation de fluorescence bimoléculaire afin d'étudier ces interactions. Nous avons pu déterminer qu'ALA10 interagit avec ALIS1 et ALIS5, deux sous-unités beta potentiellement nécessaires à la localisation et à la fonction d'ALA10, et confirmer leurs colocalisation avec ALA10 à l'aide de fusions GFP/CFP. ALA10 peut être localisée dans le réticulum endoplasmique à proximité des chloroplastes avec ALIS5 ou au niveau de la membrane plasmique avec ALIS1. Nous avons aussi pu déterminer qu'ALA10 interagit avec l’acide gras désaturase, FAD2, et une E3-ubiquitine ligase, PUB11. L''interaction avec FAD2 confirme un lien entre ALA10 et la désaturation de la phosphatidylcholine.Nous avons ensuite étudié l'effet d'ALIS1 et d'ALIS5 sur la fonction d'ALA10 en utilisant des lignées n’exprimant pas ces protéines ou les surexprimant avec ALA10. L'observation en microscopie électronique a révélé que la forme des chloroplastes et leurs relations avec le système endomembranaire sont modifiées en fonction de l'ALIS coexprimée avec ALA10. Les analyses lipidiques effectuées sur les plantes mutantes confirment un effet d’ALA10 sur l’homéostasie des galactolipides et la désaturation de la phosphatidylcholine. Les résultats suggèrent plusieurs fonctions d'ALA10, dépendantes de l’ALIS. Cet effet apparait variable en fonction de la photopériode ou du rythme circadien et indiquent une régulation post traductionnelle d'ALA10. Le rôle de PUB11 dans cette régulation a été exploré.Au final, cette étude révèle que, dans les cellules chlorophylliennes, ALA10, une flippase de phospholipides du réticulum endoplasmique, est impliquée dans la dynamique de désaturation de la phosphatidylcholine. Son activité stimule la synthèse des galactolipides et active la biogénèse des membranes photosynthétiques, probablement, en favorisant les échanges de lipides entre le chloroplaste et le réticulum endoplasmique. / In a eukaryotic cell, each membrane compartment has a specific lipid composition, regulated according to physiological and environmental conditions. This lipid homeostasis results from coordination of lipid synthesis, conversion, degradation and trafficking. Whereas most enzymes involved in lipid metabolism are now identified, most steps of lipid transport remain to be characterized. We focus on the chloroplast lipid homeostasis, particularly on galactolipid homeostasis, essential lipids of photosynthetic membranes. This lipids are synthetized within the chloroplast's envelope. However, a majority of galactolipids derived from phosphatidylcholine which is synthetized in the endoplasmic reticulum. The delocalization of this synthesis pathway underline the importance of the associated lipid trafficking.Transcriptomic studies have highlighted that ALA10 is overexpressed in condition modifying the galactolipids synthesis such as the chemical inhibition of MGDG synthesis by the galvestine-1, or during phosphate starvation.The aim of this thesis is to characterize ALA10, analyzing its role concerning this lipid trafficking and the chloroplastic galactolipid homeostasis.To understand ALA10's role, we firstly have used GFP fusion to determine its subcellular localization and analyzed lipid composition of different plant lines expressing ALA10 at different levels. Lipid analysis show that ALA10 boosts galactolipid synthesis and limits endoplasmic reticulum located phosphatidylcholine desaturation. We searched ALA10's potential partners in order to explain this effects and studied their interaction using a bimolecular fluorescence complementation approach. We determined that ALA10 interacts with ALIS1 and ALIS5, two beta subunit potentially necessary for ALA10's localization and function, and confirmed the colocalization of these proteins with ALA10 using GFP/CFP fusions. ALA10 with ALIS5 can localize within the endoplasmic reticulum in close proximity to chloroplast, or near the plasma membrane with ALIS1. We have also determined that ALA10 interacts with a fatty acid desaturase, FAD2 and with an E3-ubiquitine ligase PUB11. FAD2 interaction confirms the link between ALA10 and phosphatidylcholine desaturation.Then we have studied the ALIS1 and ALIS5 effect on ALA10 function using KO lines for these proteins or overexpressor lines in conjunction with ALA10 overexpression. Electron microscopy observation revealed that the chloroplast morphology and their relations with endomembrane system are modified depending of the ALIS expressed with ALA10. Lipid analysis on KO lines confirms an impact of ALA10 on galactolipids homeostasis as well as in phosphatidylcholine desaturation. This effect appears to be variable depending of the photoperiod or the circadian rhythm indicating a post traductional regulation of ALA10. The role of PUB11 in this regulation have been studied.Finally this study reveal that, in chlorophyll cells, the endoplasmic reticulum phospholipid flippase ALA10 is involved in the desaturation process of phosphatidylcholine. Its activity stimulates galactolipid synthesis and activates biogenesis of photosynthetic membranes, probably by promoting lipids exchange between chloroplasts and endoplasmic reticulum.

Les graines de pin (Pinus halepensis Mill., Pinus pinea L., Pinus pinaster et Pinus canariensis) sont les quatre espèces les plus disponibles dans le bassin méditerranéen. Elles sont très utilisées par les populations Nord-africaines en médecine traditionnelle et en gastronomie où elles agrémentent les plats traditionnels (salades, riz, poissons …etc), car elles sont bien connues pour leur excellent goût salé. Cependant, la composition biochimique, les valeurs nutritionnelles, et les mécanismes d'actions cellulaires et moléculaires via lesquels ces graines exercent leurs effets thérapeutiques restent mal élucidés. Le but de notre travail est d'étudier les propriétés physico-chimiques des graines de quatre espèces de pin et la valeur nutritionnelle et pharmaceutique des fractions lipidiques des graines de Pinus halepensis Mill., en utilisant différentes techniques de séparation et d'analyse telles que (DRX, IRTF, CC, LC/MS, GC, GC/MS et RMN) et en examinant la voie principale impliquée dans le développement du cancer qui est l'angiogenèse via des essais biologiques in vitro sur la prolifération et la migration des cellules endothéliales sur Matrigel et in vivo sur une membrane chorioallantoïdienne (CAM) des œufs de poulet ainsi que leurs toxicités sur des cultures cellulaires (Myélome humain HL60, Adénocarcinome du coulon, humain HCT15, Cellules épithéliales A549 et cellules de mélanomes B16F1). Les résultats de la caractérisation physico-chimiques montrent que les quatre graines sont très riches en métabolites primaires (sucres, protéines, protéines de réserve) et secondaires (Phénols totaux et flavonoïdes) comme elles présentent une importante concentration en oligo-éléments (phosphore, potassium, magnésium, Zinc, fer, cuivre et manganèse). Leurs huiles essentielles sont riches en limonène. Les principaux acides gras insaturés pour les quatre espèces sont l'acide linoléique et l'acide oléique. Les propriétés chimiques et physiques de leurs huiles fixes sont dans la norme de qualité agroalimentaire. Les graines de Pinus halepensis Mill. sont les plus riches en lipides totaux qui atteignent un taux de 36% diversifiés chimiquement avec des lipides apolaires (Lipides neutres) et polaires (Quatre classes de glycolipides et six classes de phospholipides). Ces résultats sont de bons indicateurs de la qualité nutritionnelle des graines de pins et impliquent que les lipides neutres, les glycolipides et les phospholipides des graines de Pinus halepensis Mill. dépourvus de toxicité aux concentrations de 1, 10, 25, 50, 100 et 200µg/ml et ayant une activité cytotoxique à 500 et 1000µg/ml et anti-angiogénique in vitro à des concentrations de 100 et 500µg/ml et in vivo à des concentrations de 1mg /ml et 10 mg/ml peuvent être utilisés dans la prévention des maladies liées à l'angiogenèse et à la lutte contre le cancer. / The pine (Pinus halepensis Mill., Pinus pinea L., Pinus pinaster and Pinus canariensis) seeds are the four most available species in the Mediterranean basin. They are widely used by North African populations in traditional medicine and gastronomy where they adorn the traditional dishes (salads, rice, fish ... etc) because they are well known for their excellent taste salty. However, the biochemical composition, nutritional value, and the cellular and molecular mechanisms of action through which these seeds exert their therapeutic effects remain poorly understood. The aim of our study was to investigate the physicochemical properties of pine seed species and nutritional and pharmaceutical value of lipid fractions of Pinus halepensis Mill. Seeds using different separation and analysis techniques such as (XRD, FTIR, CC, LC/MS, GC, GC/MS and NMR) and examining the main pathway involved in the development of cancer which is angiogenesis through biological tests in vitro on the proliferation and migration of endothelial cells on Matrigel and in vivo on a chorioallantoic membrane (CAM) of chicken eggs, thus that their toxicity on healthy cell cultures (human myeloma HL60, Adenocarcinoma of human coulon, HCT15, human epithelial cells, A549 and cells melanoma, B16F1). The results of the physico-chemical characterization showed that four seeds are rich in primary metabolites (sugars, proteins, protein reserves) and secondary (total phenolic and flavonoids) as they have a high concentration of trace elements (phosphorus, potassium, magnesium, zinc, iron, copper and manganese). Their essential oils are rich in limonene. The main unsaturated fatty acids of all species are linoleic acid and oleic acid. The chemical and physical properties of their fixed oils are the in standard food quality. Pinus halepensis Mill. seeds are the richest in total lipids which achieved a rate of 36% chemically diverse with non polar lipids (neutral lipids) and polar lipids (Four classes of glycolipids and six classes of phospholipids). These results are good indicators of the nutritional quality of pine seeds and imply that the neutral lipids, glycolipids and phospholipids of Pinus halepensis Mill. seeds devoid of toxicity at the concentrations of 1, 10, 25, 50, 100 and 200µg/ml and having cytotoxic activity at 500 and 1000µg/ml and anti-angiogenic effect in vitro at the concentrations of 100 and 500 µM and in vivo at the concentrations of 1 mg/ml and 10 mg/ml may be useful in prevention of angiogenesis-related and the fight against cancer diseases.

Les antipsychotiques sont des agents psychoactifs utilisés pour traiter les symptômes de la schizophrénie. Si la mise sur le marché de la seconde génération de molécule a permis de diminuer l’apparition des troubles extrapyramidaux, elle reste néanmoins associée à des effets secondaires caractérisés principalement par une prise de poids assortie d’une dyslipidémie et d'un développement du diabète de type 2. Ces effets indésirables entraînent chez les patients une dégradation de leurs conditions de vie et constituent l'une des principales causes d'abandon de ce traitement, les exposant à un risque accru de rechute. L’objectif de ce travail était double : (i) caractériser les troubles métaboliques induits par un traitement à long terme à la rispéridone en utilisant des techniques non-invasives de résonance magnétique ; (ii) prévenir ces troubles par un régime alimentaire supplémenté en curcuminoïdes. Notre modèle a permis de montrer qu'un traitement hebdomadaire de 24 semaines entraînait des perturbations apparentées au syndrome métabolique. L’imagerie par résonance magnétique était suffisamment sensible pour caractériser ces conséquences métaboliques iatrogènes et permettait de définir des biomarqueurs prédictifs de sévérité comme le ratio hydro-lipidique, le degré d’insaturation des acides gras et le remodelage de la répartition des tissus adipeux. Sur le plan pharmacologique, la supplémentation en curcuminoïdes permettait de prévenir l’hépatomégalie et l’intolérance au glucose induite par la rispéridone. Ces bénéfices étaient associés à une modulation de l’expression de gènes hépatiques impliqués dans la lipogenèse (FAS, ACC1), dans la lipolyse (ACO) ou bien dans l’inflammation (NFκB). Le cadre expérimental défini dans ce travail met en avant la possibilité de transférer cette approche prédictive par résonance magnétique en clinique humaine. / Antipsychotics are widely used psychoactive drugs for the treatment of schizophrenia symptoms. The use of second-generation agents has reduced the onset of extrapyramidal disorders, but still causes side effects comprising weight gain, dyslipidemia, and type-2 diabetes. The ensuing deterioration of patients’ conditions is one of the main reasons for the abandonment of this treatment exposing patients to an increased risk of relapse. This PhD had two objectives: (i) to characterize the metabolic disorders generated by a long-term treatment with risperidone, through the use of non-invasive techniques of magnetic resonance (MR); (ii) to prevent these disorders by means of a curcuminoid-supplemented diet. Our murine model enabled us to show that a 24-week treatment including weekly given risperidone induced metabolic disturbances related to the Metabolic Syndrome. Magnetic resonance imaging was sensitive enough to highlight these disturbances and to allow the identification of predictive biomarkers for severity such as the hydrolipidic ratio, fatty acid unsaturation rate, and adipose tissues repartitioning. At the pharmacological level, curcuminoid supplementation prevented the risperidone-induced hepatomegaly and glucose intolerance. These benefits were associated with the modulation of gene expression related to lipogenesis (FAS, ACC1), lipolysis (ACO) or inflammation (NFκB). In a clinical perspective, the herein PhD underlines the diagnostic potential of this MR-based experimental framework for the monitoring of metabolic disturbances.

Le Neuropeptide FF (FLFQPQRFa, NPFF) est un neurotransmetteur peptidique, caractérisé par son activité pharmacologique anti-opioïde. Ce peptide active deux récepteurs couplés aux protéines G, NPFF1 et NPFF2. De nombreuses données suggèrent que le NPFF module l'activité opioïde par un effet direct sur les récepteurs opioïdes situés sur les mêmes neurones plutôt que via un effet indirect dû à une modification d'un circuit neuronal. Néanmoins, les mécanismes moléculaires sous-jacents de ce cross-talk entre les récepteurs sont encore mal compris. Ce travail est composé de deux parties principales : 1) les mécanismes anti-opioïdes médiés par les récepteurs du Neuropeptide FF. Nous avons testé les activités directes et anti-opioïdes des récepteurs NPFF sur les canaux calciques voltage-dépendants activés par dépolarisation sur des neurones du noyau raphé dorsal (DRN) de souris. Le récepteurs NPFF dans ces neurones sont préférentiellement couplés aux protéines G de type Gi/o. Les effets directs et anti-opioïdes induits par les récepteurs NPFF interviennent dans des gammes de concentration différentes indiquant que l'activité anti-opioïde spécifique n'est pas une conséquence directe de leur activité sur les canaux calciques. De plus, nous avons comparé ces interactions entre récepteurs NPFF et NOP (nociception, N/OFQ) observés sur des neurones dissociés de souris avec celles observés sur une lignée cellulaire de neuroblastome humain, SH-SY5Y. Les données obtenues en imagerie calcique et dans le test de stimulation de liaison du [35S]GTPyS aux protéines G, montrent un rôle potentiel important des radeaux membrane/lipides (rafts), qui agirait comme une plateforme de signalisation dans les effets du NPFF. 2) le rôle du Neuropeptide FF dans la dépression. Afin de tester le rôle potentiel pharmacologique du NPFF dans la dépression, des injections locales du 1DMe, un analogue du NPFF, ont été réalisées dans le DRN de souris. Nous avons observé une forte activité de cet analogue dans le test de suspension de la queue test et dans le "splash test", comme respectivement une diminution des temps d'immobilité et une augmentation du temps de toilettage. Du fait de l'existence d'un fort effet antidépressif des antagonistes des récepteurs NOP après injection dans le DRN et de l'effet cellulaire anti-N/OFQ du NPFF que nous avons démontré, il est plausible d'envisager que le NPFF possède un effet antidépressif via son action anti-opioïde sur les récepteurs nociceptine. / Neuropeptide FF (FLFQPQRFa, NPFF) is considered as a potent opioid-modulating peptide. It exhibits the opioid-modulation effect by activating two G protein-coupled receptors, NPFF1 and NPFF2. Several observations suggest that the anti-opioid effect of NPFF is more likely mediated by a cross-talk between NPFF and opioid receptors in the same neuron rather than an indirect effect due to a neuronal circuitry. Nevertheless, the precise molecular mechanisms underlying the cross-talk between both receptors remain need to be investigated. This work is composed of two main parts : 1) Neuropeptide FF receptors and the molecular mechanisms of their anti-opioid effect. We tested both direct and anti-opioid activities of NPFF receptors on Ca2+ transient induced by depolarization in mouse dorsal raphe nucleus (DRN) neurons. The NPFF receptor preferentially coupled with Gi/o proteins, which induced the direct activity. Different threshold to observe the direct and anti-opioid effect of NPFF suggested that the specific anti-opioid activity of NPFF receptors was not a direct consequence of their activity on Ca2+ transients. Furthermore, we studied the molecular mechanisms underlying the cross-talk between NPFF and NOP (Nociceptin/Orphanin FQ, N/OFQ) receptors in mouse DRN neurons and SH-SY5Y human neuroblastoma cells. Data from Ca2+ imaging, [35S]GTPyS binding assay and western blot indicated that cholesterol-rich lipid rafts, which acted as a "platform", were involved in NPFF anti-N/OFQ effect, and the siRNA interference data showed that GRK2 protein mediated this process. 2) The potential role of Neuropeptide FF in anti-depressant response. In order to test the potential role of Neuropeptide FF in anti-depression, the NPFF analogue 1DMe was locally injected into mouse DRN. We observed a decrease of immobility time and an increase of grooming time, in tail suspension test and splash test, respectively, after 1DMe treatment. RF9, the specific antagonist of NPFF receptors, reversed the anti-depression effect of 1DMe. Referencing the strong anti-depression effect of NOP receptor antagonists after DRN injection and the cellular anti-N/OFQ activity of NPFF receptors in this nucleus, the hypothesis that the anti-depression effect of NPFF may due to its cellular anti-N/OFQ activity is interesting to be further verified.

Le psoriasis est une maladie de peau auto-immune et chronique. Le rhumatisme psoriasique est une de ses principales complications qui est très invalidante pour les patients. Cette pathologie reste encore incurable à ce jour. L'usage des médicaments disponibles actuellement dans le psoriasis est limité par leurs effets secondaires dépendant de la dose et de la durée d'utilisation. Le but de ce travail était de développer des nanovecteurs médicamenteux à base de lipides pour un usage topique, en particulier ciblant l'épiderme viable qui est le site principal de la physiopathologie du psoriasis, mais aussi le derme et au-delà pour atteindre les articulations endommagées. Grâce à une nouvelle technique que nous avons développé et optimisé, le double déplacement de solvants, basée sur une organisation des phospholipides en deux temps, nous avons préparé des vésicules lipidiques encapsulant du diclofénac d'une part et de la ciclosporine A 'autre part. Ensuite, nous avons évalué leur aptitude à traverser la peau et cibler les régions d'intérêt. Après une étude systématique permettant d'optimiser les paramètres de préparation, les vésicules lipidiques encapsulant le diclofénac et la cyclosporine A ont montré une efficacité d'encapsulation (EE%) comprise entre 50% et 90% respectivement, selon la concentration en phospholipides. Après réalisation des études in vitro sur peau de cochon, nous avons observé que la formulation contenant une concentration basse en phospholipides (8,5 mg / mL) permettait d'encapsuler plus de 80% du diclofénac et de cibler le derme et au-delà. La formulation de vésicules lipidiques chargées de cyclosporine A qui encapsule la quantité la plus élevée (environ 80%) était également celle contenant la concentration basse de phospholipides. Contrairement au diclofénac, cette formulation n'était pas la meilleure pour cibler une couche profonde de la peau comme l'épiderme viable, alors que c'était le cas pour la formulation avec une concentration élevée de phospholipides (15 mg / mL), bien que l'EE% était d'environ 55%. Le double déplacement de solvant est une technique très prometteuse de préparation de vésicules lipidiques, capable de produire une population monodisperse d'échelle nanométrique. Cette méthode n'est que légèrement impactée lors d'une transposition d'échelle et serait donc facile à mettre en oeuvre à l'échelle industrielle. Cette méthode a été conçue dès le début pour utiliser des solvants favorisant la pénétration cutanée mais l'étendue de ces applications reste à explorer / Psoriasis is an auto-immune and chronic skin disease. Psoriatic arthritis is the main complication which is very disabling for patients. This pathology still remains incurable to date. The currently psoriasis indicated medicines use is limited by their side effects which are dose and use duration dependent. The aim of this work was to develop lipid based nanocarriers for skin targeting, especially the viable epidermis which is the main site of psoriasis physiopathology but also the dermis and beyond in order to reach the damaged articulations. Thanks to a new technique we developed and optimized called the double solvent displacement, based on a two-step phospholipid organization, we prepared diclofenac and cyclosporine A loaded lipid vesicles. Then, we evaluated their potential to cross the skin and target the skin layers of interest. After a systematic study to optimize preparation parameters, diclofenac and cyclosporine A loaded lipid vesicles displayed an encapsulation efficiency (EE %) between 50% and 90% respectively, according to the phospholipid concentration. After in vitro skin studies, we observed that the formulation containing the lower phospholipid concentration (8.5 mg/mL) allowed to encapsulate more than 80% of diclofenac and also to target the dermis and beyond. The formulation of cyclosporine A loaded lipid vesicles which encapsulates the higher amount (around 80%) is also the one containing the lower phospholipid concentration. Unlike to diclofenac, this formulation was not the better to target the viable epidermis whereas the formulation with the higher phospholipid concentration (15 mg/mL) was even though the EE% was of around 55%. The double solvent displacement is a very promising technique of lipid vesicle preparation, capable to produce monodisperse population of nanoscale carriers. This method is hardly impacted during scale-up and would be easy to implement at an industrial scale. This method was designed from the beginning to use skin penetration enhancer solvents but the scope of its applications still remains to be explored