Contexte: Il n’y a pas de consensus concernant la meilleure activité physique pour réduire le risque cardio-vasculaire (RCV) résultant de l'accumulation du tissu adipeux viscéral dans le syndrome métabolique (SMet). Objectif: analyser les effets de l'activité physique sur le tissu adipeux viscéral et sur le RCV chez des patients SMet. Méthodes: 100 adultes, 50-70 ans, ont été randomisés en trois groupes d’activité physique: mixte (endurance et résistance) résistance modérée + endurance modérée (re), Résistance intense + endurance modérée (Re), résistance modérée + Endurance intense (rE). Une cure de trois semaines (J0 à J20), en institution, a précédé un suivi à domicile d’une année (M12). Nous avons suivi le tissu adipeux viscéral et la composition corporelle par DXA, les paramètres du SMet, les performances en force et en endurance, et le RCV en utilisant le score de Framingham et l’épaisseur intima-média carotidienne. L’observance a été évaluée entre D20 et M12. Résultats: 78 participants (78%) ont terminé l'étude. À J20, la perte de graisse viscérale était la plus élevée pour Re (-18%, p<.0001) et plus élevée pour rE que re (-12% vs 7%, p<.0001). De même, à partir de M3, la graisse viscérale a plus pour Re et rE (p<.05) pour atteindre à M12 une perte de graisse viscérale de -21,5% (Re) et -21,1% (rE) > -13,0% (re) (p<.001). Le RCV, le SMet et les performances physiques ont été améliorées dans tous les groupes. Les principales améliorations ont été obtenues durant la cure et ont ensuite évolué en fonction de l’observance. Particulièrement entre M6 et M12, les non-observants dégradent leurs améliorations alors que les observants restent stables. La perte de tissu adipeux viscéral est corrélée aux améliorations des paramètres du SM. Conclusions: Les 3 modalités d'activité physique induisent une perte de graisse viscérale et améliorent le RCV et le SMet, mais une haute intensité en résistance entraîne une amélioration plus rapide. Une cure avec un encadrement quotidien est indispensable pour aider les patients à atteindre leurs objectifs. L’observance semble être le principal défi dans le succès du traitement du SM. / Background: Opinions differ over the type of physical activity that best limits the cardiovascular risk (CVR) resulting from visceral fat accumulation in the metabolic syndrome (MetS). Aim: To analyze the effects of physical activity on visceral fat and cardiovascular risk (CVR) in patients suffering from MetS. Methods: 100 adults, aged 50-70y, were randomized to three training groups: moderate endurance and resistance (re), dominant resistance (Re), or dominant endurance (rE). A 1-year at-home follow-up (M12) began with a 3-week residential program (Day 0 to Day 20). We measured the change in central fat and body composition by DXA, MetS parameters, fitness and CVR using the Framingham score and carotid-intima-media-thickness. Compliance was assessed between D20 and M12. Results: 78 participants (78%) completed the study. At D20, central fat loss was highest in Re (-18%, p<.0001) and higher in rE than re (-12% vs. -7%, p<.0001). Likewise, from M3, visceral fat decreased more in Re and rE than in re (p<.05) to reach at M12 a central fat loss of -21.5% (Re) and -21.1% (rE) > -13.0% (re) (p<.001). CVR, MetS parameters and fitness improved in all groups. The main improvements were obtained during the residential program and evolved thereafter depending on compliance. Non-compliers had higher values in most outcomes between M6 and M12 whereas compliers maintained improvement. Central fat loss correlated with changes in MetS parameters. Conclusions: The 3 modalities of physical activity induced central fat loss and improvements in CVR and MetS, but high-intensity-resistance resulted in a faster improvement. A residential program with daily coaching is essential to help patients achieve their aims. Compliance appears to be the main challenge in successful Mets treatment.

L’acide trans-palmitoléique (C16:1 n-7 trans, TPA) est considéré comme un marqueur de la consommation de produits laitiers. D’une part, la consommation de produits laitiers est associée à un moindre risque de syndrome métabolique. D’autre part, de forts taux circulants de TPA sont épidémiologiquement associés à un moindre risque de diabète de type 2. Les bénéfices de la consommation de produits laitiers peuvent-ils en partie être expliqués par le TPA ? À ce jour cependant, aucune étude de supplémentation en TPA n’existe pour confirmer ces associations, et les doutes sur l’origine formelle du TPA ne sont pas levés. Dans ce travail, nous montrons (1) que le TPA provient de la rétro-conversion endogène de l’acide trans vaccénique (C18:1 n-7 trans, TVA) alimentaire chez l’Homme, (2) que le TPA et le TVA sont apportés exclusivement par la matière grasse de ruminants (lait et viande de ruminants) en France, (3) la possibilité d’obtenir du TPA pur en quantités suffisantes pour mener des études nutritionnelles et (4) que la supplémentation en TPA pur chez la souris dans un contexte de mise en place de syndrome métabolique empêche la mise en place de certaines dysfonctions métaboliques. Dans l’ensemble, ces résultats montrent que le TPA, acide gras spécifique de la matière grasse laitière, peut expliquer en partie l’association épidémiologique entre consommation élevée de produits laitiers et moindre risque de syndrome métabolique. / Trans-palmitoleic acid (trans-C16:1 n-7, TPA) is usually considered as a biomarker of dairy fat consumption. On the one hand, dairy product consumption is associated with lower risk of metabolic syndrome. On the other hand, high circulating levels of TPA in humans are epidemiologically associated with lower risk of type 2 diabetes. Could benefits of dairy products consumption rely in part on TPA? So far, there is no nutritional study involving TPA to confirm such observational associations, and doubts remain as regards to the formal origin of TPA. In this work, we demonstrate (1) that TPA arises from the endogenous retro-conversion of dietary trans-vaccenic acid (trans-C18:1 n-7, TVA) in humans, (2) that both TPA and TVA intakes are exclusively ensured by ruminant products (milk and meat) consumption, (3) the ability to get pure TPA in enough amounts to carry out reliable nutritional studies and (4) that pure TPA supplementation on mice fed an obesogenic diet prevents from several metabolic dysfunctions. Taken together, our results demonstrate that the dairy fatty acid TPA may explain part of the epidemiological association between high consumption of dairy products and lower risk of metabolic syndrome.

L'objectif de cette thèse était de faire un bilan des méthodes et outils validés chez les patients DT2 et de développer une méthode d'estimation de la DE précise et adaptée à ces patients. Après avoir défini les activités quotidiennes les plus couramment réalisées dans une population de patients DT2 (Étude 1), nous nous sommes intéressés aux activités statiques et à la marche. Notre seconde étude a montré que le coût énergétique brut et net lors de la marche est respectivement 8,7 et 14,3 % plus élevé chez les patients DT2 en comparaison à un groupe témoin. Ce résultat mettait en avant la nécessité de valider une méthode d'estimation de la DE adaptée aux spécificités de la population diabétique. Les résultats de notre troisième étude ont démontré la validité de la DE estimée à partir d'un capteur intelligent et d'un algorithme existant pour différentes positions statiques et vitesses de marche chez des sujets DT2 et témoins. Enfin, dans une quatrième étude, trois équations d'estimation de la DE totale ont été développées à partir des données d'accélérations issues de trois capteurs intelligents (bas du dos, hanche et cheville) pour une population de sujets DT2 et témoins. Ces trois équations permettent d'estimer une DE totale lors d'activités statiques et de marches avec une différence moyenne respectivement de 0,009, -0,007 et -0,008 kcal/min pour le bas du dos, la hanche et la cheville en comparaison à celle de référence. Ainsi, ce travail de thèse a permis de valider trois équations d’estimation de la DE totale adaptés à une population de patients DT2, normo-pondérés ou en surpoids et âgés de 35 à 80 ans, basés sur les données d'un capteur intelligent. / The aim of this thesis is to review the methods and tools validated in T2D patients and to developed precise and adapted EE estimation method for these patients. After defining the most common daily activity in T2D patients (Study 1), we are interested, in particular, on static activities and walking. The results of our second study showed that the gross and net metabolic rate were 8.7 % and 14.3 % higher in T2D patients than in control subjects, respectively. These results highlight the need to validate an EE estimation method, adapted to diabetic’s specificities. The results of our third study demonstrated the validity of the activity-related EE estimated with a smart sensor and a validated algorithm during static activities and walking in T2D patients and healthy subjects. However, our results showed a lower accuracy of the estimated EE during walking in T2D patients in comparison with healthy subjects. Finally, in a fourth study, three equations estimating the total EE have been developed with acceleration data from three smart sensors (lower back, hip and ankle) and personal data (body mass index, sex, diabetes) from T2D and healthy subjects. These three equations allow to estimate the total EE during static activities and walking with a mean bias of 0.009, -0.007 et -0.008 kcal/min for the lower back, hip and ankle equation, respectively, in comparison with the reference value. Thus, this thesis enables to validate three suitable equations for the estimation of total EE in population including healthy and T2D patients, normal-weighted and overweighed and aged between 35 and 80 years, based on data from a smart sensor.

Le vieillissement musculaire (sarcopénie) conduit inéluctablement à une perte d'autonomie, et à une moindre capacité à lutter contre les agressions métaboliques. Or, les mécanismes mis en jeu sont complexes et restent mal connus. Ainsi, au cours de cette thèse, une étude protéomique comparative a été développée afin d'identifier de nouveaux biomarqueurs potentiels de la sarcopénie chez la femme âgée post-ménopausée, et 73 protéines exprimées différentiellement dans le muscle âga ont été identifiées. En plus des altérations du muscle squelettique, l'âge est connu comme étant un facteur favorisant l'apparition du syndrome métabolique (SM), facteur de risque pour les maladies cardiovasculaires et le diabète de type II. Cependant, les effets du SM sur le muscle squelettique des personnes âgées sont peu décrits dans la littérature. Des marquages immunohistologiques ont été réalisés à partir de biopsies du muscle vastus lateralis provenant de personnes jeunes (25 ans) et âgées avec ou sans SM (75 ans), afin de décrire les altérations structurales et fonctionnelles du muscle squelettique liées à l'âge et au MS. Les résultats montrent une atrophie des fibres de type II ayant une déformation accrue lors du vieillissement. Chez les personnes âgées atteintes de SM, l'aire des fibres est augmentée par rapport aux personnes âgées contrôles, et une forte diminution de l'activité cytochrome c oxydase a été observée. De plus, le vieillissement et plus particulièrement le SM sont associés à une forte accumulation de lipides intramusculaires. Enfin, alors que peu de différences ont été observées chez les personnes âgées contrôles, le contenu en capillaire est fortement altéré chez les individus atteints de SM. Par la suite, une étude protéomique comparative a permis d'identifier 42 biomarqueurs potentiellement impliqués dans le vieillissement musculaire et/ou dans le syndrome métabolique. L'ensemble des résultats obtenus au cours de cette thèse devrait permettre d'améliorer notre compréhension des facteurs impliqués dans le développement de la sarcopénie, et pourrait permettre d'identifier à la fois de nouvelles voies de régulation et suggérer des cibles thérapeutiques potentielles. / Muscle aging (sarcopenia) contributes to both loss of autonomy and decreased capacity to prevent metabolic aggressions, but the mechanisms involved are complex and remain unclear. Therefore in this thesis, we have undertaken a top-down differential proteomic approach to reveal novel potential biomarkers of sarcopenia, and 73 differentially expressed proteins were identified. In addition to alterations of skeletal muscle, aging favors metabolic syndrome (MS), a risk factor for cardiovascular disease and type II diabetes. However, the effects of MS on skeletal muscle in old individuals have poorly been investigated. Immunohistochemical studies were performed with vastus lateralis muscle biopsies from young (25 years) and old (75 years) men with and without MS, to reveal the importance of age-dependent and MS-associated modifications on fiber-type characteristics. An atrophy of type-II fibers and altered fiber shape characterized muscle aging in lean healthy men. In contrast, increased cross sectional area of fibers, and reduced cytochrome c oxidase activity in all fiber types characterized MS, even in active elderly men. Moreover, aging and particularly MS were associated with accumulation of intramyocellular lipid droplets. Finally, while few differences were observed in lean healthy men, the capillary supply was strongly altered in old men with MS. Thereafter, a differential proteomic approach identified 42 potential biomarkers implicated in muscle aging and/or in metabolic syndrome. Overall the results obtained in this thesis may improve our understanding of the factors influencing sarcopenia, and may both identify new regulatory pathways and provide potential therapeutical targets.

L’obésité est un état physiopathologique d’origine multifactorielle caractérisé par une accumulation excessive de tissu adipeux (TA). Elle est associée à une augmentation du risque de développer une insulino-résistance (IR), un syndrome métabolique et, à terme, un diabète de type 2. L’altération des fonctions du TA au cours de l’obésité joue un rôle central dans l’apparition des troubles métaboliques, tels qu’une accumulation ectopique de graisse et une IR périphérique, notamment dans le muscle. Dans ce contexte, la qualité des apports énergétiques et plus précisément en lipides pourrait jouer un rôle important dans l’adaptation des tissus au cours de l’obésité. Ainsi le palmitate (PAL), un acide gras saturé (AGS) est pro-lipogénique, pro-inflammatoire et lipotoxique, ce qui favorise l’apparition d’une IR. Les acides gras polyinsaturés oméga-3 (3) auraient des effets antagonistes au PAL et donc potentiellement protecteurs vis-à-vis des perturbations métaboliques associées à l’obésité. Parmi les 3, les effets spécifiques des trois principaux acides gras alimentaires, les acides alpha-linolénique (ALA), éicosapentaénoïque (EPA) et docosahexaénoïque (DHA), ont été très peu décrits.L’objectif principal de ce travail de thèse a été d’étudier les effets propres de l’ALA, de l’EPA et du DHA sur les altérations métaboliques induites en situation d’obésité. Des explorations mécanistiques ont été réalisées sur les cellules musculaires C2C12 dans lesquelles l’IR a été induite par le PAL et sur des adipocytes 3T3-L1 pour étudier l’impact des AGPI 3 sur la différenciation adipocytaire. Les effets des AGPI 3 ont ensuite été étudiés in vivo, en supplémentant des souris C57BL/6 sauvages ou déficientes en leptine (ob/ob) lors de la consommation d’un régime obésogène riche en lipides et en sucrose (mimant un régime occidental).Dans les cellules musculaires C2C12, les trois 3 co-incubés avec le PAL ont induit de façon comparable une diminution du contenu en composés lipotoxiques et une amélioration de la captation du glucose, mais seuls l’EPA et le DHA ont restauré la -oxydation du PAL et l’activation de la voie de signalisation de l’insuline. De plus, l’EPA et le DHA ont eu un effet protecteur supérieur à l’ALA vis-à-vis de l’inflammation induite par le PAL. Dans le modèle in vivo, seul la supplémentation en EPA a amélioré l’homéostasie du glucose en comparaison avec les supplémentations en ALA et en DHA. Alors que l’EPA a réduit la prise de masse grasse, le DHA a induit une hypertrophie des cellules adipeuses associée à une augmentation de la sécrétion de leptine et une baisse de la sécrétion d’adiponectine. Dans un modèle d’adipocytes 3T3-L1 en culture, le DHA a accéléré la différenciation des préadipocytes en comparaison avec l’ALA et l’EPA, pouvant expliquer son effet hypertrophique in vivo.En conclusion et dans nos conditions expérimentales, les 3 ALA, EPA et DHA ont bien des effets communs sur le métabolisme lipidique et glucidique in vitro mais également des effets propres qui ont permis de montrer qu’une supplémentation nutritionnelle en EPA serait plus intéressante pour limiter l’IR in vivo par rapport au DHA ou à l’ALA. Le DHA a quant à lui favorisé l’hypertrophie du TA, perturbant ainsi la sécrétion des adipokines participant à la régulation de la sensibilité à l’insuline des tissus périphériques, comme le muscle squelettique. / Obesity is characterized by an excess of adipose tissue (AT) mass and may be caused by multiple factors. It is associated with an increased risk of the development of insulin-resistance (IR) and metabolic syndrome, leading to type 2 diabetes. The impairment of lipid storage in the AT play a central role in obesity-associated disorders, as it leads to ectopic lipid accumulation and peripheral IR notably in muscles. In this context, the quality of dietary lipids may play a role in the regulation of AT and muscle metabolisms. In fact, palmitic acid (PAL), a saturated fatty acid (SFA) induces lipogenesis, inflammation and lipotoxicity favoring IR in many tissues. On the contrary, omega-3 polyunsaturated fatty acids (3) have protective effect against obesity-associated disorders. Among them, linolenic (ALA), eicosapentaenoic (EPA) and docosahexaenoic (DHA) specific effects remained partially described.This work aimed at exploring the specific effects of 3 on metabolic disorders and the development of obesity. Mechanisms were studied in C2C12 muscle cells during PAL-induced IR and in 3T3-L1 adipocytes to determine the impact of 3 on adipocyte differentiation. In vivo, the effects of 3 were investigated by supplementating C57BL/6 wild-type or leptin-deficient (ob/ob) mice with ALA, EPA or DHA during a high fat / high sucrose diet (mimicking a western diet).In C2C12 muscle cells, co-incubation of 3 with PAL induced a similar decrease in the content of lipotoxic compound and improved glucose uptake, whereas only EPA and DHA restored -oxidation and insulin signaling activation. Furthermore, EPA and DHA were more potent to reduce PAL-induced inflammation compared to ALA. In mice, only EPA improved whole body glucose homeostasis compared to ALA and DHA. While EPA reduced body fat gain, DHA induced hypertrophy in AT, increased leptin secretion and decreased those of adiponectine. In cultured 3T3-L1 adipocytes, preadipocyte differentiation was also induced by DHA compared to ALA and EPA and might explain the hypertrophy observed in mice.In conclusion and in our experimental conditions, ALA, EPA and DHA have common effects on in vitro lipid and glucose metabolism but also specific effects, demonstrating that EPA would be more interesting to limit IR in vivo compared to DHA or ALA. DHA favored hypertrophy of AT and disturbance of adipokine secretion involved in peripheral regulation of insulin sensitivity, notably in muscle.

La prévention nutritionnelle du syndrome métabolique dont l'incidence ne cesse d'augmenter dans les pays industrialisés, entraînant des risques accrus de diabètes et de maladies cardiovasculaires, apparaît comme un enjeu important de Santé publique. La découverte récente des relations étroites entre l'insulinorésistance, signe majeur du syndrome métabolique et le stress oxydant, nous a conduit à considérer les nutriments, à la fois antioxydants et potentiellement insulino-sensibilisateurs, comme des facteurs nutritionnels de choix dans la stratégie de prévention du syndrome métabolique. Trois microconstituants de notre alimentation ont été étudiés: les polyphénols de la cannelle et du thé vert, le chrome III, oligoélément essentiel. Sur un modèle animal de syndrome métabolique, le rat fructose, les extraits de thé vert, riches en épigallocatéchine gallate EGCG, non seulement exercent une protection antioxydante sur les principales cibles impliquées dans les complications oxydatives du diabète (lipides, protéines et acides nucléiques) mais, sont également de puissants modulateurs des métabolismes glucidiques et lipidiques. Les extraits de thé vert activent la cascade de signalisation de l'insuline et modifient l'expression des gènes impliqués dans son métabolisme, et en particulier augmente l'expression des Glut-4 ce qui pourrait expliquer l'amélioration de la glycémie sur notre modèle de syndrome métabolique. Chez l'homme comme chez l'animal, les régimes comportant des extraits aqueux de cannelle, exercent une protection antioxydante, et une corrélation avec la régulation de la glycémie a été trouvée. En ce qui concerne le chrome III, nous apportons, sur cultures cellulaires, les preuves de son absence de génotoxicité à des doses très supérieures à celles utilisées dans les supplémentations chez l'homme, ainsi que des données nouvelles sur son mécanisme d'action antioxydant, impliquant un mécanisme moléculaire d'induction de l'expression de gènes modulant la défense antioxydante et la réparation de l'ADN. Ces premiers résultats sont expérimentaux. Ils démontrent la pertinence d'une association de nutriments antioxydants et insulino potentialisateurs dans la prévention du syndrome métabolique. Cependant, les nombreuses limites dues aux conditions expérimentales imposent de poursuivre ce travail par des études d'intervention chez l'homme, associant dans une supplémentation combinée, extraits de thé vert, extraits aqueux de cannelle et histidinate de chrome.

Afin de mieux comprendre et de préciser les réponses cardio-respiratoires chez l'homme lors d'exercices physiques effectués à des niveaux de gravité (ag) différents, des expérimentations en hypergravité et des analyses de données obtenues en microgravité ont été réalisées.Ainsi nous avons pu identifier les variables influençant la cinétique des réponses cardio-pulmonaires en fonction d'ag lors de la pratique d'exercices physiques, et proposer un modèle prédictif de la dépense énergétique en fonction d'ag. Il ressort de nos analyses que les effets de ag sur la consommation d'oxygène (VO2) sont déterminés par des changements de la puissance métabolique interne et non pas par des changements de la puissance mécanique ou de la VO2 de repos. Quant à la consommation maximale d'oxygène (VO2 max) estimée, celle-ci diminue de façon importante en fonction de l'augmentation d'ag. Selon nos estimations, la VO2 max serait atteinte au repos à une valeur d'ag de 4.5 G. Ceci indiquerait que l'être humain serait dans l'impossibilité d'effectuer le moindre travail sur les plus grandes planètes du système solaire, rendant ainsi leur colonisation impossible.

La glycogénose de type 1a (GSD1a) est une maladie métabolique rare liée à une absence d'activité glucose‐6 phosphatase (G6Pase). La G6Pase est une enzyme clé de la production endogène de glucose (PEG) catalysant l'hydrolyse du G6P en glucose avant sa libération dans le sang. Cette fonction est restreinte au foie, aux reins et à l'intestin. La GSD1a est caractérisée par des hypoglycémies chroniques, une hépatomégalie associée à une stéatose hépatique et une néphromégalie. A plus longterme, la plupart des patients développent des adénomes. Un modèle murin de GSD 1a existe mais les souris ne survivent pas après le sevrage. Nous avons donc généré un modèle original de GSD1a, en invalidant le gène de la sous‐unité catalytique de la G6Pase spécifiquement dans le foie, grâce à une stratégie CRE‐LOX inductible (souris L‐G6pc‐/‐). Dans ce travail, nous avons montré que les souris L‐G6pc‐/‐ sont viables et reproduisent parfaitement la pathologie hépatique de la GSD1a, y compris le développement d'adénomes hépatiques après 9 mois d'invalidation. La viabilité des souris nous a permis de débuter des traitements par thérapie génique ciblant le foie à l'aide de vecteurs lentiviraux et AAV. La survie de ces souris, qui ne peuvent pas produire du glucose par le foie, repose la question du rôle relatif de la production hépatique de glucose dans la régulation de la glycémie Nous avons montré que les souris L‐G6pc‐/‐ sont capables de réguler leur glycémie, même au cours d'un jeûne prolongé. Ce maintien de l'homéostasie glucidique est due à une induction rapide de la néoglucogenèse rénale et intestinale, principalement par un mécanisme dépendant du glucagon

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

Le polymère de sporopollénine est un constituant majeur de l'exine, la partie externe de la paroi du grain de pollen. Son exceptionnelle résistance permet de les protéger des stress environnementaux de nature mécanique ou chimique. Il constitue une des clefs de la colonisation du milieu terrestre par les plantes. Au cours de ma thèse, j'ai caractérisé deux Polykétide Synthases (PKS-A et PKS-B) et deux Tétrakétide α-Pyrone Réductases (TKPR1 et TKPR2) d'Arabidopsis thaliana. Par immunolocalisation, hybridation in situ et des études de microscopie j'ai montré que ces protéines intervenaient dans la synthèse de la paroi pollinique. In vitro, les deux PKS catalysent la condensation de 2 ou 3 molécules de malonyl-CoA sur différents esters de CoA d'acide gras pour former les tri et tétrakétide α-pyrones correspondants, substrat de TKPR1 et TKPR2. In vitro, celles-ci réduisent la fonction cétone en alcool secondaire formant des composés hydroxylés, précurseurs du polymère de sporopollénine. Dans les cellules du tapétum, la synthèse des monomères de sporopollénine se déroule en quelques heures seulement. Par immunodétection et en fusionnant les protéines à la GFP, j'ai montré que ces enzymes se trouvent à la surface du réticulum endoplasmique à l'exception de TKPR2. Des expériences de HIS-pull-down, de FLIM-FRET et de double hybride nous ont ensuite permis de suggérer que ces protéines forment un métabolon. L'identification de gènes homologues dans de nombreuses espèces végétales y compris une mousse révèle que nous avons identifié une voie métabolique très ancienne conservée au sein des angiospermes.