La sporulation est un phénomène présent chez de nombreux microorganismes, généralement impliqué dans les mécanismes de dispersion et/ou résistance en conditions environnementales défavorables. La sporulation observée chez certaines souches de Frankia (genre actinobactérien fixateur d'azote) lors de leur interaction symbiotique avec les plantes actinorhiziennes est donc paradoxale dans un contexte où la bactérie bénéficie d'une niche écologique favorable à son développement. Ces souches particulières de Frankia, dites Sp+, représentent un modèle unique de symbiote capable de sporulation au sein même des cellules de son hôte. Le rôle écologique et le sens évolutif de cette sporulation in-planta reste à ce jour peu élucidé. Les deux principaux objectifs de ce travail de thèse visent donc à (i) comprendre l'influence de la sporulation in-planta sur les capacités symbiotiques des souches Sp+, en termes d'infectivité et de compétitivité et (ii) appréhender l'impact de cette sporulation sur le fonctionnement du complexe symbiotique par une méthode de profilage métabolique. Ces travaux ont permis de confirmer les particularités symbiotiques des souches Sp+ (infectivité et compétitivité accrues) et de montrer des différences significatives dans le métabolisme primaire et secondaire du complexe symbiotique associées à la présence de spores de Frankia / Sporulation is a phenomenon present in many microorganisms, usually involved in the mechanisms of dispersion and/or resistance to unfavorable environmental conditions. Sporulation occurs in some Frankia strains (a diazotrophic actinobacteria) during their symbiotic interaction with actinorhizal plants, which is paradoxical in a context where the bacterium has a favorable ecological niche for its development. These particular Frankia strains, called Sp+, represent a unique model of symbiont capable of sporulation within the host cells. The ecological role and the evolutionary meanings of this in-planta sporulation still remain understood. The two main objectives of this thesis aimed to (i) understand the influence of in-planta sporulation on the symbiotic capacity of Sp+ strains in terms of infectivity and competitiveness and (ii) understand the impact of this sporulation on the functioning of the symbiotic complex by a metabolic profiling approach. These studies have confirmed the symbiotic characteristics of Sp+ strains (greater infectivity and competitiveness) and have shown significant differences in the primary and secondary metabolism of the symbiotic complex associated with the presence of Frankia spores

Le remodelage myocardique est une réponse du myocarde à une altération des contraintes pariétales générée par une agression aiguë (ischémie myocardique) ou chronique (surcharge en pression, surcharge en volume, anomalie métabolique). En effet, le cœur est un organe capable de modifier en fonction de ses conditions de travail l’expression de ses fonctions moléculaires et cellulaires pour aboutir à des changements de taille,de morphologie et de fonction. Le remodelage myocardique est un mécanisme adaptatif initialement bénéfique, car en modifiant sa géométrie, le ventricule gauche s’adapte aux modifications de stress pariétal et préserve le volume d’éjection systolique. / Not transmitted

Afin d’optimiser la production d’un composé d’intérêt tout en évitant les conséquences néfastes sur la viabilité cellulaire, un défi majeur de l’ingénierie métabolique est d’obtenir un équilibre entre les flux métaboliques endogènes de la cellule et le flux consommé par une nouvelle voie de biosynthèse. Dans ce contexte d’optimisation, les stratégies combinatoires génèrent une diversité de voies métaboliques et de modes de régulation rassemblant de précieuses informations quant aux choix d’orientations stratégiques à faire. Notre étude s’inscrit dans un projet visant à produire les molécules responsables de l’arôme, de la couleur et du parfum du safran (Crocus sativus) chez Saccharomyces cerevisiae. Une approche combinatoire a été adoptée pour moduler les niveaux d’expression de trois gènes menant à la synthèse de leur précurseur commun : la zéaxanthine. Cette stratégie nous a permis de décrire des biais inattendus dans la régulation des niveaux d’expression des gènes exprimés sur plasmide. Nous avons détecté une forte interférence transcriptionnelle entre les gènes dans notre système, ainsi qu’une influence de la nature des séquences codantes. Ces éléments, identifiés comme critiques, imposent sur les niveaux d’expression des trois gènes une régulation plus importante que la force des promoteurs qui les contrôlent. Afin de poursuivre le projet vers son objectif final, la réaction de clivage de la zéaxanthine menant à la synthèse des composés d’intérêt du safran a fait l’objet d’une analyse fonctionnelle détaillée. Une absence d’activité de l’enzyme décrite dans la littérature comme responsable de cette réaction nous a conduits à proposer des perspectives d’ingénierie pour atteindre l’objectif final du projet / To optimize the production of a value added compound while avoiding toxic consequences on the cell viability, a challenge in the metabolic engineering field is to balance the endogenous metabolic fluxes and the newly consumed fluxes. In this optimization context, combinatorial strategies can generate several variants of synthetic metabolic pathways. This strategy gives precious strategic information on the right combinations of function and regulation choices to be made in the ultimate pathway reconstruction. Our study aimed at the production of the molecules responsible for aroma, dye, and fragrance of saffron (Crocus sativus) in Saccharomyces cerevisiae. A combinatorial approach was chosen to modulate expression levels of three genes involved in their common precursor biosynthesis: zeaxanthin. This strategy allowed us to describe some unexpected bias in the regulation of the plasmid-encoded genes expression levels. We detected strong transcriptional interference between the different genes in our system, and the ORF nature also seemed to influence the expression levels. These critical factors imposed a stronger regulation of the three genes expression levels than the promoter strength initially chosen to control them. The project was continued toward its final objective by making a detailed functional analysis of the zeaxanthin cleavage reaction leading to the molecules of interest synthesis. This reaction was described to be catalyzed by a specific enzyme, but no activity was observed in our experiments. This result led us to propose some tools to reach the final goal of the project

L’usage répété d’isoproturon (IPU) en agriculture pour contrôler développement de plantes adventices dans les cultures céréalières a non seulement abouti à la contamination du sol et des ressources en eaux mais également à l’adaptation de la microflore du sol à la dégradation accélérée de cet herbicide appartenant à la famille des phénylurées. A l’heure actuelle, les mécanismes microbiens impliqués dans cette adaptation ne sont pas encore parfaitement élucidés. Dans ce contexte, l’objectif de cette étude était d’explorer les processus et les facteurs impliqués dans la biodégradation de l’isoproturon, et ce, depuis l’échelle agricole de la parcelle jusqu’à celle des gènes codant cette fonction dans des populations microbienne dégradantes.L’étude réalisée à partir d’une parcelle expérimentale du domaine d’Epoisses, cultivée selon une rotation blé d’hiver/ orge / colza, a montré que, suite à l’usage répété d’IPU, la microflore du sol s’était adaptée à sa minéralisation. Des analyses réalisées à l’aide d’outils statistiques et géostatistiques ont révélé l’existence d’une variabilité spatiale de la minéralisation de l’IPU au sein de la parcelle agricole. Celle-ci s’est révélée être non seulement corrélée avec différents caractéristiques physicochimiques du sol (C/N, CEC, …) mais également avec le plan d’épandage des pesticides au cours de la rotation culturale.Afin de mieux étudier les mécanismes moléculaires responsables de la minéralisation de l’IPU, une culture bactérienne ainsi qu’une souche (Sphingomonas sp. SH) minéralisant l’IPU ont été isolées par enrichissement à partir de deux sols différents, tous deux adaptés à la biodégradation accélérée de l’IPU. La culture bactérienne et la souche pure ont toutes deux montré un métabolisme spécifique pour la dégradation de l’IPU, étant capables de dégrader l’IPU et ses principaux métabolites mais aucun des autres herbicides de la famille des phénylurées. La culture bactérienne et la souche présentaient une activité dégradante optimale à pH7,5 et étaient affectées par des pH inférieurs et supérieurs à cette valeur optimale. Sur la base des métabolites accumulés lors de la dégradation de l’IPU, nous avons proposé que l’IPU serait dégradé par deux déméthylations successives, suivi par la coupure de la chaine urée aboutissant à l’accumulation de 4-isopropylaniline, et finalement la minéralisation du cycle phényl.Afin d’identifier les gènes impliqués dans la minéralisation de l’IPU, une banque de clones BAC a été réalisée à partir de l’ADN génomique purifié de la culture bactérienne. Bien que le crible fonctionnel réalisé n’a pas permis d’identifier de BAC capable de dégrader l’IPU ou l’un de ses métabolites, un criblage moléculaire par PCR ciblant la séquence catA codant la catéchol 1,2-dioxygénase, nous a permis d’identifier trois BACs. Le pyroséquençage des ces 3 BACs et l’agrégation des séquences correspondantes ont permis d’identifier un fragment génomique de 33 kb présentant notamment l’opéron cat impliqué dans le clivage ortho du cycle phényl du catéchol. De ce fait nous avons émis l’hypothèse selon laquelle la 4-isopropylaniline formée lors de la dégradation de l’IPU pourrait être minéralisée par le clivage ortho du catéchol, un intermédiaire clef de la voie des beta-kétoadipates. Ceci nous a donc permis de proposer une voie métabolique pour la voie basse de la dégradation de l’IPU qui, jusqu’alors, n’avait pas encore été décrite. / Frequent use of phenylurea herbicide isoproturon (IPU) in agricultural fields has resulted not only in the contamination of the natural resources including soil and water but also in the adaptation of the soil microflora to its rapid degradation. However, up to now, the mechanisms underlying this microbial adaptation are not well elucidated. The aim of this study was to explore the processes and factors implicated in IPU degradation from the agricultural field to the genes coding for catabolic genes. The study carried out at the experimental field of Epoisses cropped with a winter wheat / barley / rape seed crop rotation indicated that as a result of its periodically repeated use, the soil microflora adapted to IPU mineralization activity. Further analysis using exploratory and geostatistical tools demonstrated the existence of spatial variability in IPU mineralization activity at the field scale which was correlated not only with several soil physico-chemical parameters like organic matter content, CEC and C/N ratio but also with the pesticide application plan over a three year crop rotation. In order to get further insight into underlying mechanisms, an IPU mineralizing bacterial culture and strain Sphingomonas sp. SH were isolated through enrichment cultures performed from two different adapted soils. Both had the catabolic activities highly specific for the mineralization of IPU and its metabolites but none of other structurally related phenylurea herbicides. IPU metabolic activity of both the mixed culture and the strain SH was found to be affected by pH with optimal activity taking place at pH 7.5. Based on the accumulation of different known metabolites during mineralization kinetics, IPU metabolic pathway was proposed to be initiated by two successive demethylations, followed by cleavage of the urea side chain resulting in the accumulation of 4-isopropylaniline, and ultimately the mineralization of the phenyl ring. In order to identify the genes involved in IPU degradation, BAC clone library was established from the genomic DNA of the bacterial culture. Although, the functional screening did not yield in identifying any BAC clone able to degrade IPU or its known metabolites, the PCR based screening led us to identify a cat gene cluster involved in ortho-cleavage of the phenyl ring of catechol through beta-ketoadipate pathway. Based on this finding, it was hypothesized that phenyl ring of 4-isopropylaniline formed during IPU transformation might be mineralized through ortho-cleavage of catechol. This finding allowed us to propose the lower IPU metabolic pathway which was not yet described.

Un concept qui a fait son apparition ces dernières années est l’utilisation de micronutriments comme agents thérapeutiques connus pour leurs propriétés anti-inflammatoires, antioxydantes, cardio-protectrices ou anticancéreuses. Dans notre travail, nous nous sommes intéressés à l’étude des mécanismes d’actions in vivo et in vitro du resvératrol et de deux formulations naturelles, l’une impliquée dans les effets antioxydants (produit « X ») et l’autre (produit « Y ») destinée à corriger les désordres de nature lipidique de sujets présentant un syndrome métabolique. Nous avons caractérisé les effets pro-différenciateurs d’un polyphénol naturel, le resvératrol, sur cellules squelettiques musculaires C2C12 en culture. L’étude a montré que ce polyphénol permet d’induire l’expression de facteurs de la différenciation musculaire (Myogénine, Scrp3) et d’augmenter le taux de la myosine, protéine impliquée dans la contraction musculaire. Enfin, le resvératrol permet de moduler l’expression de microRNA, comme par exemple miR-133b impliqué dans les mécanismes de différenciation musculaire. Les résultats sur le stress oxydant montrent que le produit « X » est capable, à la fois, de moduler de façon modérée l’expression des gènes des défenses anti-radicalaires au niveau du muscle gastrocnémiens (Sirt1, Sod1, Ucp2, Nrf1) mais aussi au niveau des cellules musculaires squelettiques murines C2C12 (Prdx1, Nrf2, Pgc1α) en culture. Les résultats au niveau des gastrocnémiens ont montré également une élévation du potentiel global des défenses anti-radicalaires par dosage KRL. Une diminution du taux de ROS intracellulaires a été observée avec sonde DHE dans les cellules C2C12 en culture. L’étude des mécanismes d’action de « Y » a montré qu’il est capable de moduler de façon modérée l’expression des gènes du métabolisme énergétique (Gs1, Srebp1c, Fabp3, Vlcad, Pparβ) dans les cellules C2C12. Nos résultats montrent également que « Y » induit un effet anti-inflammatoire par la diminution du nombre de lymphocytes sous un régime riche en calorie. Toutefois, « Y » n’est pas un agoniste de PPARα et de PPARγ dans nos conditions. L’ensemble des résultats obtenus au cours de ce travail confirme que les micronutriments sont capables d’induire des effets au niveau génique quoique de façon modérée. Des études à long terme sont nécessaires pour comprendre et confirmer réellement leur impact sur l’organisme / A concept that has emerged in recent years is the use of micronutrients as therapeutic agents known for their anti-inflammatory, antioxidant, cardio-protective or anticarcinogenic proprieties. In this work, we studied the in vivo and in vitro mechanism of action of resveratrol and two natural formulations, one involved in the antioxidant effects (product "X") and the other (product "Y") involved in the correction of lipid disorders in people affected by metabolic syndrome. We characterized the pro-differentiating effect of a natural polyphenol, resveratrol, on C2C12 skeletal muscle cell line. This study showed that this polyphenol can induce the expression of muscle differentiation factors (myogenin, Scrp3) and increases the level of myosin, a protein involved in muscular contraction. Finally, resveratrol can modulate the expression of microRNA, such as miR-133b involved in the muscular differentiation process. Concerning oxidative stress, the results shows that "X" is capable both, to slightly modulate expression of anti-radicalar defense genes in gastrocnemius muscle (SIRT1, SOD1, UCP2, NRF1) but also, in C2C12 murine skeletal muscle cells (PRDX1, NRF2, PGC1α). The results in the gastrocnemius showed a rise of the overall radicalar defense potential by using KRL assay. A decrease of intracellular ROS was observed with the DHE probe in C2C12 cells. The study of "Y" has shown that it is able to slightly modulate the expression of genes involved in energetic metabolism (Gs1, Srebp1c, Fabp3, VLCAD, Pparβ) in C2C12 cells. Our results also shown that "Y" induces an anti-inflammatory effect by reducing the number of lymphocytes in mice fed by a High Fat/ High Sucrose diet. However, "Y" is not an agonist of PPARα and PPARγ in our conditions. The overall results obtained in this work confirms that micronutrients can induce slightly effects on gene expression. Long-term studies are needed to understand and confirm their true impact on organism

La compréhension des mécanismes physiologiques mis en jeu en réponse à l’hypoxie aigüe et chronique ainsi que leur retentissement global sur l’énergétique cardiaque nécessite l’application d’approches globales. L’approche intégrative développée par notre équipe, l’Analyse Modulaire du Contrôle (MoCA) permet une description quantitative de l’ensemble des interactions au sein d’un système biologique complexe décomposé en différents modules liés par des intermédiaires communs, ce qui en fait un outil puissant pour l’étude des interactions au sein de l’énergétique cardiaque, normale ou pathologique. Dans cette thèse, MoCA a été appliquée sur des coeurs isolés de souris contrôles et de souris soumises à une hypoxie chronique de 21 jours, perfusés en conditions d’oxygénation normale ou avec un milieu dont la concentration en oxygène dans le milieu a été réduite. Après exposition à l’hypoxie chronique, les coeurs sont caractérisés par une réponse (élasticité) plus importante des processus d’apport en énergie face à une variation des intermédiaires énergétiques (PCr, ATP, Pi), et ceci malgré une diminution de la masse mitochondriale. De plus, contrairement aux coeurs sains, aucune modi?cation de l’activité contractile et de la concentration d’intermédiaires énergétiques n’a été mesurée sur les coeurs hypoxiques après diminution de la concentration en oxygène dans le milieu de perfusion. Ces résultats suggèrent une adaptation fonctionnelle de l’ensemble de la bioénergétique cardiaque après exposition à l’hypoxie chronique, l’augmentation de l’élasticité des processus d’apport en énergie permettant de compenser en partie les altérations énergétiques induites par un dé?cit en oxygène. / An important issue in the comprehension of the link between molecular events developed in pathologies such as chronic hypoxia adaptation, is the development of new experimental strategies aimed at the study of the integrated organ physiology. Our Modular Control Analysis (MoCA), gives quantitative information on the internal control and regulation of integrated heart energetics on the basis of a supply-demand system and is therefore of particular interest to better understand the overall effect as well as the relative importance of the various modi?cations developed during pathologies. In this thesis, MoCA was applied on isolated hearts of control and chronic hypoxic mice perfused with high or low oxygen in the medium. Despite a severe mitochondrial alteration after chronic hypoxia exposure, a surprizing higher response of energy supply (elasticity) to energetic intermediates changes (PCr, ATP, Pi) was detected in chronic hypoxic hearts. Moreover, chronic hypoxic hearts energetics was unchanged by oxygen reduction while a strong concomitant decrease in heart contractile activity and in PCr concentration, was measured in control hearts. As suggested by these results, this increase in energy-supply elasticity could be considered as an adaptive mechanism developed after chronic hypoxia counteracting hypoxia-induced altered cardiac energetics.

Parmi les problèmes les plus fréquemment soulevés en biogéographie, figure celui de l’intégration des interactions écologiques dans les modèles de distribution d’espèces. Bien que la littérature scientifique apporte un ensemble de preuves soulignant le rôle prépondérant des interactions dans la structuration des communautés locales, on trouve relativement peu d’études révélant les empreintes laissées par les interactions dans les données de distribution d’espèces. Proposer une explication simple et claire à ce problème demeure un défi important que la biogéographie doit mener. Le problème majeur que pose l’absence de réponse claire sur le rôle des interactions aux larges échelles spatiales est que la plupart des scénarios de changements de biodiversité partent de l’hypothèse que les interactions sont négligeables. Si cette hypothèse est régulièrement rejetée, alors il faut réviser ces scénarios et soutenir le développement de méthodologies incluant les relations entre les espèces. Je commence cette thèse par un travail théorique sur le sujet car les théories classiques en biogéographie relèguent souvent au second plan les interactions écologiques. Au premier chapitre, je traite de l'intégration des interactions écologiques dans un modèle théorique de distribution d'espèces issue d'une des théories les plus importantes en biogéographie: la théorie de la biogéographie des îles. Ce travail montre comment les effets conjoints des facteurs biotiques et abiotiques changent les attendus de la théorie classique. En m'appuyant sur ce premier chapitre, je montre au second chapitre comment les interactions peuvent se répercuter dans les données de co-occurrence d’espèces. Ces données indiquent la présence ou l’absence de plusieurs espèces sur un même ensemble de sites dispersés sur de larges étendues spatiales. À l’aide d’un modèle probabiliste, j'obtiens des résultats théoriques liant les données de co-occurrence et l’information contenue dans les réseaux écologiques.Je démontre clairement que les interactions affectent les données de co-occurrence. Je montre également que plus le nombre d’interactions séparant deux espèces est grand, moins leur interactions indirect est détectable. De même si une espèce entretient de nombreuses interactions, il sera difficile de trouver une quelconque trace des interactions dans les données de co-occurrence pour cette espèce. Au troisième chapitre, je présente l’analyse de cinq jeux de données de co-occurrence pour lesquels la description des interactions était disponible. Avec ces donnés, j'ai été capable de confirmer les hypothèses du second chapitre en montrant que les espèces qui interagissent co-occurrent différemment de celles n’interagissant pas. Mes résultats indiquent aussi que l’abondance d'interactions est un frein à leur détection dans les données de co-occurrence. Cependant, en intégrant la similarité des facteurs abiotiques pour les différents sites, je montre que les signaux de co-occurrence s’affaiblissent pour parfois disparaitre. Mes résultats suggèrent donc qu’en utilisant des facteurs abiotiques pour inférer les probabilités de co-occurrence,une partie du lien entre les espèces est capturée, mais cette part est entachée d’une grande incertitude. Ceci vient questionner la qualité des prédictions données par les modèles classiques de distribution d'espèces actuellement utilisés. Les résultats de ma recherche apportent des éléments théoriques nouveaux sur le rôle des interactions écologiques dans le tracé des aires de répartition des espèces en plus de proposer une méthode originale pour étudier les données de co-occurrence d’espèces : les regarder à la lumière des réseaux écologiques. Avant de conclure ma thèse, je propose au chapitre 4 une démarche prometteuse pour aller encore améliorer l’intégration des interactions en biogéographie : les introduire par le biais des contraintes énergétiques, ce qui offre une base solide pour une théorie métabolique de la biogéographie. / One of the most pressing challenges currently in the field of biogeography is the successful integration of ecological interactions in species distribution models. Although the scientific literature points out the evidence of the controlling role interactions play on local community structure, relatively few studies have demonstrated its importance over large geographical gradients. Developing a concise, clear explanation for this issue remains a significant challenge that biogeographers need to answer. The main issue associated to the lack of a clear answer concerning the role of interactions at broad spatial scales is that most of scenarios of biodiversity changes assume that interactions can be ignored. When tested, if this hypothesis is proven false, then a re-consideration of species distribution models and their development must be undertaken to include relationships among species. I begin this thesis with a theoretical investigation on this topic, where classical theories have typically ignored ecological interactions. In the first chapter of the thesis I present the integration of interaction networks into a theoretical model of species distribution coming from one of the most important theory in biogeography: the theory of island biogeography. This work shows how together the biotic and abiotic factors can affect the expectations derived from the classical theory. Building upon the findings in the first chapter, in the second chapter, I show how interactions can affect co-occurrence (between species) data. Such data contains the presence or absence of several species for a similar set of sites dispersed along large latitudinal gradients. Using a probabilistic model, I obtain theoretical results linking co-occurrence data and the information included in ecological networks. I clearly demonstrate that interactions shape co-occurrence data. Furthermore, I show that the higher the number of links between two species, the more difficult it is to detect their indirect interaction. Similarly, if a species experiences many interactions, it is then challenging to detect any sign of interactions in co-occurrence data for this species.In the third chapter of the thesis, I assess five sets of co-occurrence data, which had descriptions of their interactions available. Using this data, I was able to confirm my hypotheses put forth in my second chapter, by showing that species co-occur differently from non-interacting one. These results also point out that the abundance of interaction must preclude their detection in co-occurrence data. However, when accounting for abiotic similarities among sites, signals of interactions are weakened. Therefore, my results suggest that using abiotic factors to infer co-occurrence probabilities capture a part of the link between species and further pinpoint the uncertainty associated to this part. As a result of these findings, the predictive power of classical species distribution models used to date is brought into question. My research findings bring new theoretical elements to the forefront when considering the influence of ecological interactions and how they shape species geographical distributions, while also introducing an original methodology for studying species co-occurrence: examining them in the light of ecological networks. Before concluding, my fourth and final chapter, I propose a promising new avenue to further investigate integrating species interactions in biogeography. Here, I introduce interactions in terms of energetic constraints, which will provide a sound basis for a metabolic theory of biogeography.

Les lipides des microalgues et les glucides de cyanobactéries peuvent être transformés en biodiesel et en bioéthanol, respectivement. L'amélioration de la production de ces molécules doit prendre en compte les entrées périodiques (principalement la lumière) forçant le réseau métabolique de ces organismes photosynthétiques. Il est donc nécessaire de tenir compte de la dynamique du réseau métabolique en réduisant sa dimension pour assurer la maniabilité mathématique. Le but de ce travail est de concevoir une approche originale pour réduire les réseaux métaboliques dynamiques tout en conservant la dynamique de base. Cette méthode est basée sur une séparation en échelles de temps. Pour une classe de modèles de réseaux métaboliques décrits par des ODE, la dynamique des systèmes réduits est calculée à l'aide du théorème de Tikhonov pour les systèmes singulièrement perturbés. Cette approximation quasi-stationnaire coïncide avec la dynamique du réseau d'origine, avec une erreur bornée. L'approche est d'abord développée pour les systèmes de réaction pouvant être linéarisés autour d'un point de travail et forcés par des entrées continues. Ensuite, une généralisation de cette méthode est donnée pour les réseaux à réactions rapides de cinétiques de Michaelis-Menten et tout type de cinétiques lentes, prenant également en compte un nombre fini d'entrées continues externes. La méthode de réduction met en évidence une relation entre la grandeur de la concentration des métabolites et la gamme des vitesses de réaction : les métabolites consommés par les réactions rapides ont une concentration inférieure d'un ordre de grandeur à celle des métabolites consommés à faible vitesse. Cette propriété est satisfaite pour les métabolites à dynamique rapide ne se trouvant pas dans un piège de flux, concept introduit dans ce travail. Le système réduit peut être calibré avec des données expérimentales à l'aide d'une procédure d'identification dédiée basée sur la minimisation. L'approche est illustrée par un réseau métabolique de microalgues autotrophes, comprenant le métabolisme central et représentant la dynamique des glucides et des lipides. Cette approche permet de bien ajuster les données expérimentales de Lacour et al. (2012) avec la microalgue Tisochrysis lutea. Enfin, un schéma visant à optimiser la production de molécules cibles est proposé en utilisant le système réduit. / Lipids from microalgae and carbohydrates from cyanobacteria can be transformed into biodiesel and bioethanol, respectively. Enhancing the production of these molecules must account for the periodic inputs (mainly light) forcing the metabolic network of these photosynthetic organisms. It is therefore necessary to account for the dynamics of the metabolic network, while reducing its dimension to ensure mathematical tractability. The aim of this work is to design an original approach to reduce dynamic metabolic networks while keeping the core dynamics. This method is based on time-scale separation. For a class of metabolic network models described by ODE, the dynamics of the reduced systems are computed using the theorem of Tikhonov for singularly perturbed systems. This Quasi Steady State Approximation accurately coincides with the original network dynamics, with a bounded error. The approach is first developed for reaction systems that can be linearized around a working point and that are forced by external continuous inputs. Then, a generalization of this method is given for networks with fast reactions of Michaelis-Menten kinetics and any type of slow kinetics, also considering a finite number of external continuous inputs. The reduction method highlights a relation between the concentration magnitude of the metabolites and the range of the reaction rates: the metabolites that are consumed by fast reactions have concentration one order of magnitude lower than metabolites consumed at slow rates. This property is satisfied for metabolites with fast dynamics that are not in a flux trap, a concept introduced in this work. The reduced system can be calibrated with experimental data using a dedicated identification procedure based on minimization. The approach is illustrated with an autotrophic microalgae metabolic network, including the core metabolism and representing the carbohydrates and lipids dynamics. The approach efficiently fits the experimental data from Lacour et al. (2012) with the microalgae Tisochrysis lutea. Finally, a scheme to optimize the production of target molecules is proposed using the reduced system.

L’hypoxie désigne une baisse de la biodisponibilité en oxygène au niveau tissulaire. La combinaison de l’hypoxie intermittente et de l’hypercapnie est identifiée dans le cadre de plusieurs maladies respiratoires comme un élément physiopathologique déterminant. Cependant, des travaux de recherche suggèrent qu’une exposition à l’hypoxie hypo- ou normocapnique à l’éveil peut améliorer la santé cardiovasculaire. La combinaison d’une exposition hypoxique et de l’entraînement à l’effort est utilisée par les athlètes pour améliorer la performance sportive aérobie. Des études pilotes récentes y compris chez le malade chronique indiquent que l’exposition à l’hypoxie modérée au repos ou à l’effort chez le patient est susceptible d’induire des gains significatifs en termes de santé cardiovasculaire, de composition corporelle et de statut métabolique.Nous nous sommes intéressés aux effets cardiorespiratoires et tissulaires de l’exposition hypoxique normobarique chez le sujet sain et chez la personne en surpoids ou obèse présentant un risque ou des anomalies cardio-métaboliques. Nous avons étudié l’efficacité de 2 types de conditionnement au repos consistant en une hypoxie continue ou une hypoxie intermittente et un entraînement à l’effort hypoxique par comparaison à la situation normoxique. Nous avons tout d’abord étudié les effets d’une exposition hypoxique à court terme au repos chez 14 sujets sains. Nous avons ensuite étudié les effets cardiorespiratoires, tissulaires, vasculaires et métaboliques d’un programme de conditionnement hypoxique normobarique à moyen terme au repos chez 35 patients en surpoids ou obèse. Nous avons de plus réalisé chez 24 sujets sains une étude préliminaire afin de vérifier la faisabilité et de caractériser les réponses cardio-respiratoires et l’oxygénation tissulaire au cours d’un exercice aigu à charge constante d’intensité modérée ou intermittent intense en hypoxie comparé à une condition placébo normoxique. La dernière étude a consisté à étudier les conséquences cardiorespiratoires, tissulaires, vasculaires et métaboliques d’un programme d’entraînement à l’effort en hypoxie par rapport au même programme en normoxie chez 23 patients en surpoids ou obèses.L’étude réalisée chez le sujet sain met en évidence l’intérêt à court terme d’un conditionnement hypoxique intermittent au repos sur des variables associées aux risques cardiovasculaires (diminution de la pression artérielle systolique en normoxie et augmentation de la variabilité sinusale) et une modulation de l’hypoxie tissulaire. Nous avons montré chez le sujet sain que l’hypoxie combiné à l’exercice aigu provoque une diminution de l’oxygénation musculaire similaire mais une diminution de l’oxygénation du cortex préfrontal plus importante par comparaison à un effort normoxique à même intensité relative. Ensuite, chez le sujet en surpoids ou obèse, nous avons montré que le conditionnement hypoxique passif chronique induit une diminution de la pression artérielle diastolique de repos en normoxie, une augmentation de la réponse ventilatoire hypoxique et une diminution de la variabilité cardiaque (après conditionnement par hypoxie intermittente seulement) et que le conditionnement hypoxique actif chronique améliore l’aptitude maximale aérobie par rapport à une situation placébo normoxique.Les résultats obtenus montrent la faisabilité de plusieurs conditionnements hypoxiques prometteurs au plan vasculaire y compris chez le sujet en surpoids ou obèse limité à l’exercice musculaire. Le conditionnement hypoxique actif montre également des bénéfices accrus sur l’aptitude aérobie. Ces protocoles de conditionnement doivent être affinés en vue d’optimiser leur efficacité en termes de perte de poids et d’amélioration du risque cardio-vasculaire et métabolique dans des populations présentant une obésité associée à une morbidité cardio-métabolique. Ils représentent également une piste thérapeutique innovante dans d’autres pathologies chroniques / Hypoxia refers to a decrease in the oxygen bioavailability at the tissue level. The combination of intermittent hypoxia and hypercapnia is identified in several respiratory diseases as a critical pathophysiological element. However, research suggests that exposure to hypo- or normocapnic hypoxia can improve cardiovascular health. The combination of hypoxic exposure and exercise training has been used by athletes to improve aerobic exercise performance. Recent pilot studies in patients with chronic diseases indicate that exposure to moderate hypoxia at rest or during exercise is likely to induce significant gains in cardiovascular health, body composition and metabolic status.We investigated the effects of normobaric hypoxic exposure on cardiorespiratory and tissue function in healthy subjects, overweight or obese subjects at risk or with cardio-metabolic abnormalities. We assessed the efficacy of 2 types of passive hypoxic conditioning consisting in sustained hypoxia or intermittent hypoxia and hypoxic exercise training in comparison with normoxic condition. First, we assessed the effects of short-term hypoxic exposure at rest in 14 healthy subjects. Then, we evaluated the cardiovascular and metabolic effects of a 8-week normobaric hypoxic conditioning program at rest (intermittent or sustained hypoxia) in 35 overweight or obese patients, compared to placebo normoxic exposure. Next, we conducted a preliminary study in 24 healthy subjects to assess the acute responses to submaximal constant-load and high intensity interval cycling exercise performed in normoxia and in hypoxia. The last study aimed to compare the effect of an 8-week exercise training program performed either in normoxia or hypoxia on maximal aerobic capacity in overweight or obese subjects.In the healthy subject, we emphasized the rapid benefits of intermittent hypoxic conditioning on cardiovascular function (lower baseline systolic blood pressure and increased heart rate variability) and the modulation of tissue deoxygenation in response to hypoxia. We have also shown in healthy subjects that acute exercise (combined with hypoxia causes a similar decrease in muscle oxygenation but a greater prefrontal cortex deoxygenation compared to normoxic condition. Then, in the overweight or obese subject, we have shown that chronic passive hypoxic conditioning induces a decrease in diastolic blood pressure at rest in normoxia, an increase in the hypoxic ventilatory response and a decrease in heart rate variability after intermittent hypoxic conditioning only. In addition, chronic active (exercise training) hypoxic conditioning improves the maximal aerobic capacity compared to placebo normoxic training.Our results show the feasibility of several hypoxic conditioning strategies and their interesting effects on the vascular function in overweight/obese subjects presenting exercise limitations impeding exercise reconditioning. In addition, active hypoxic conditioning showed a greater effect on physical fitness than normoxic exercise training. These hypoxic conditioning strategies must be further optimized to improve their efficacy regarding weight loss and cardiometabolic morbidity in obese. They also represent promising therapeutic opportunities for other chronic diseases

L'obésité et ses complications métaboliques comme le syndrome métabolique (SM) deviennent des épidémies mondiales qui partagent une composante commune qu’est l'inflammation chronique. Les acteurs principaux de cette inflammation sont les lymphocytes T. L’utilisation des polyphénols capables de moduler les fonctions de lymphocytes T pour lutter contre les maladies métaboliques inflammatoires fait l’objet de nombreuses investigations. Dans cette étude, nous avons analysé l'effet de la delphinidine, un anthocyane connu pour préserver l'intégrité de l'endothélium par un mécanisme dépendant au récepteur aux oestrogènes alpha (ERα), sur la prolifération, l’apoptose et la différentiation de lymphocytes T isolés à partir de sujets sains et de patients atteints de SM. La delphinidine diminue la prolifération et l’apoptose de lymphocytes T isolés à partir de sujets sains et stimulés par différents agents mitogènes et proapoptotiques, respectivement. Par ailleurs, la delphinidine inhibe la différenciation des lymphocytes vers des profilsTh1, Th17 et Treg, sans affecter le profil Th2. Enfin, la delphinidine inhibe la prolifération, l’apoptose et la différenciation des lymphocytes T isolés à partir de patients présentant des risques cardiovasculaires associés au SM. Les mécanismes moléculaires mis en jeu ont été identifiés, avec l’implication d'ERα, d'ERK1/2, de NFAT et d'HDAC en relation avec le signal calcique. Nos résultats suggèrent que la delphinidine, en agissant sur ERα, via des cibles cellulaires multiples, pourrait représenter une nouvelle approche pour traiter les troubles métaboliques inflammatoires chez les patients présentant des facteurs de risque cardiovasculaire. / Obesity and its metabolic complications like metabolic syndrome (MetS) are becoming worldwide epidemics which share a common component of chronic low-grade inflammation. T lymphocytes play a central role in the triggering of this inflammatory process. Modulation of T lymphocytes functions by using polyphenols, as a possible approach to alleviate chronic inflammatory metabolic diseases has become the subject of many scientific investigations. Here, we analyzed the effect of delphinidin, an anthocyanin known to possess vasculoprotection properties, via an estrogen receptor alpha (ERα)-dependent mechanism, on proliferation, apoptosis and differentiation of T lymphocytes from healthy subjects and MetS patients. We found that delphinidin decreased proliferation and apoptosis of T lymphocytes from healthy subjects stimulated by different mitogen and apoptotic agents, respectively. Further, delphinidin suppressed the differentiation of hese cells toward Th1, Th17 and Treg without affecting Th2 subsets. Interestingly, delphinidin inhibited proliferation, apoptosis and differentiation of T cells taken from patients with cardiovascular risks associated with MetS. We also identified the molecular mechanism involved, with the implication of ERα, ERK1/2, NFAT and HDAC pathways in relation with calcium signaling. Together, we propose that delphinidin by acting on ERα, via multiple cellular targets, may represent a new approach in the treatment of chronic inflammatory metabolic disorders caused by excessive T lymphocyte responses, in with cardiovascular risk factors.