Par sa faible densité énergétique et sa capacité à favoriser un sentiment de satiété élevé, l'alimentation méditerranéenne présente des caractéristiques dont les effets s'avèrent intéressants à étudier quant au contrôle du poids. Ce mémoire présente les travaux de recherche dont les objectifs étaient d'évaluer les effets de l'alimentation méditerranéenne, avant et après une perte de poids, sur les comportements alimentaires et sur certains marqueurs de l'appétit chez des hommes atteints du syndrome métabolique. Les résultats suggèrent que la consommation de l'alimentation méditerranéenne à court terme n'a pas d'effet sur les comportements alimentaires mesurés par le Three-Factor Eating Questionnaire. Il semble également que la qualité nutritionnelle puisse avoir un effet sur la ghréline en atténuant l'augmentation induite par la perte de poids. L'alimentation méditerranéenne demeure un mode alimentaire à favoriser dans le traitement du syndrome métabolique.

La littérature suggère qu’une supplémentation en acides gras polyinsaturés (AGPI) oméga-3 (n-3) pourrait s’avérer bénéfique pour réduire les facteurs de risque métabolique liés aux maladies cardiovasculaires (MCV). Or, les effets rapportés par la supplémentation en AGPI n-3, notamment la diminution des concentrations de triglycérides (TG), peuvent varier d’un individu à l’autre, notamment en raison de variations génétiques. Il existe une grande variabilité interindividuelle dans la population, ce qui se répercute par des réponses différentes aux traitements nutritionnels. Dans le cadre de ce projet de doctorat, 210 participants ont été recrutés afin d’étudier la variabilité interindividuelle observée dans la réponse à une supplémentation en huile de poisson (5 grammes/jour) d’une durée de 6 semaines. Il a été démontré que 28,8% de l’échantillon ne répondait pas de la façon attendue à une supplémentation en AGPI n-3 où une augmentation des niveaux plasmatiques de TG était observée. Des polymorphismes nucléotidiques simples (SNPs) présents sur des gènes reliés à la voie de synthèse des AGPI n-3 et oméga-6 (n-6) (FADS1-2-3 et ELOVL2-5) affectent seuls, ou en interaction avec la diète, la réponse des TG plasmatiques suite à la supplémentation en huile de poisson. Ces mêmes SNPs modulent les niveaux d’acides gras (AG) dans les phospholipides (PPLs) du plasma ainsi que l’insulinémie à jeun et l’indice HOMA de sensibilité à l’insuline (HOMA-IS). Outre l’effet sur les TG plasmatiques, il a été observé que la supplémentation en AGPI n-3 exerce un effet modeste sur l’expression des principaux gènes inflammatoires et abaisse les niveaux plasmatiques des principaux biomarqueurs de l’inflammation (CRP, TNFA et IL-6) sous l’influence de SNPs des gènes inflammatoires (CRP, TNF-LTA, IL-1B et IL-6). Cette thèse comprend aussi un volet d’application des connaissances où la perception de la nutrigénomique, le niveau d’intérêt envers cette science, la compréhension des principales limitations des tests de nutrigénétique, ainsi que l’acquisition de compétences ont été évalués par les diététistes membres de l’Ordre professionnel des diététistes du Québec (OPDQ). Globalement, ces résultats démontrent la présence d’une grande variabilité interindividuelle observée dans les niveaux plasmatiques de TG et que des SNPs présents sur des gènes impliqués dans le métabolisme des lipides et de l’inflammation modulent les réponses lipidique, glycémique et inflammatoire suite à une supplémentation en AGPI n-3. / The literature suggests that an n-3 polyunsaturated fatty acid (PUFA) supplementation may be beneficial in reducing metabolic risk factors for cardiovascular diseases (CVD). However, the effects reported by an n-3 PUFA supplementation, including lower TG levels, vary from one individual to another due to genetic variations. There is a great interindividual variability in the population, which is reflected by different responses to a dietary intervention. As part of this PhD project, 210 participants were recruited. In order to study the interindividual variability observed in the response to a nutrient, a 6-week fish oil (5 g/day) supplementation was carried out in the participants. It was shown that 28.8% of the study participants did not respond as expected to an n-3 PUFA supplementation. Moreover, an increase in TG plasma levels was observed in these hypo-responders. SNPs on genes related to the biosynthetic pathway of n-3 and n-6 fatty acids (FADS1-2-3 and ELOVL2-5) were associated alone or in an interaction effect with the fish oil supplementation with the plasma TG response following the 6-week n-3 PUFA supplementation. These same SNPs modulate fatty acid levels in plasma phospholipids as well as fasting insulin levels and homeostasis model assessment of insulin sensitivity (HOMA-IS) index. In addition to the effect on plasma TG, n-3 PUFA supplementation has been shown to exert a modest effect on the expression of inflammatory genes and to lower plasma levels of inflammatory biomarkers (CRP, TNFA and IL-6) under the influence of SNPs from inflammatory genes (CRP, TNF-LTA, IL-1B and IL-6). This thesis also includes a knowledge translation component where the perception of nutrigenomics, the level of interest in this science, the understanding of the main limitations of nutrigenetic testing, as well as the best ways to acquire knowledge in nutrigenomics were assessed by registered dietitians from the province of Quebec (Canada). Overall, these results demonstrate the presence of a large interindividual variability observed in the TG plasma levels and that SNPs on genes involved in lipid metabolism and inflammation may modulate the lipid, glycemic and inflammatory responses following an n-3 PUFA supplementation.

Le raisonnement diagnostique (abductif) et le raisonnement de prédiction (inductif) sont deux des méthodes de raisonnement qui permettent la découverte de connaissances nouvelles. Lorsque le raisonnement abductif est le processus permettant de trouver la meilleure explication (hypothèse) pour un ensemble d'observations (Josephson, 1994), le raisonnement de prédiction est le processus, à partir d'un ensemble d'observations, permettant de trouver tous les résultats possibles. Ces observations peuvent être les symptômes d'un patient, des expériences concernant les réseaux métaboliques et génomiques, etc. Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à la représentation, l'analyse et la synthèse des réseaux de signalisation génomique en utilisant la logique des hypothèses. En fait, ce mémoire se focalise sur la modélisation des voies de signalisation en réponse à la cassure double-brin de l'ADN. Pour implémenter l'abduction nous utilisons les algorithmes de production. Ensuite, la logique des défauts permet de construire des modèles de représentation minimale. Ces algorithmes de découvertes de connaissances sont prouvés sur la carte de cassure double brin de l'ADN. Cette carte est minimale en tant que graphe de causalité biologique et elle permet d'intégrer les données biomoléculaires.

Les processus mitochondriaux tels que la réplication et la traduction sont effectués par des complexes multiprotéiques. Par contre, le métabolisme et la voie de maturation des ARN mitochondriaux (p. ex précurseurs des ARNt et des ARNr) sont habituellement traités comme une suite de réactions catalysées par des protéines séparées. L’exécution fidèle et optimale de ces processus mitochondriaux, exige un couplage étroit nécessaire pour la canalisation des intermédiaires métaboliques. Or, les évidences en faveur de l'interconnexion postulée de ces processus cellulaires sont peu nombreuses et proviennent en grande partie des interactions protéine-protéine. Contrairement à la perception classique, nos résultats révèlent l’organisation des fonctions cellulaires telles que la transcription, la traduction, le métabolisme et la régulation en supercomplexes multifonctionnels stables, dans les mitochondries des champignons (ex Saccharomyces cerevisiae, Aspergillus nidulans et Neurospora crassa), des animaux (ex Bos taurus), des plantes (B. oleracea et Arabidopsis thaliana) et chez les bactéries (ex E. coli) à partir desquelles les mitochondries descendent. La composition de ces supercomplexes chez les champignons et les animaux est comparable à celle de levure, toutefois, chez les plantes et E. coli ils comportent des différences notables (ex, présence des enzymes spécifiques à la voie de biosynthèse des sucres et les léctines chez B. oleracea). Chez la levure, en accord avec les changements dûs à la répression catabolique du glucose, nos résultats révèlent que les supercomplexes sont dynamiques et que leur composition en protéines dépend des stimulis et de la régulation cellulaire. De plus, nous montrons que l’inactivation de la voie de biosynthèse des lipides de type II (FASII) perturbe l’assemblage et/ou la biogenèse du supercomplexe de la RNase P (responsable de la maturation en 5’ des précurseurs des ARNt), ce qui suggère que de multiples effets pléiotropiques peuvent être de nature structurale entre les protéines. Chez la levure et chez E. coli, nos études de la maturation in vitro des précurseurs des ARNt et de la protéomique révèlent l’association de la RNase P avec les enzymes de la maturation d’ARNt en 3’. En effet, la voie de maturation des pré-ARNt et des ARNr, et la dégradation des ARN mitochondriaux semblent êtres associées avec la machinerie de la traduction au sein d’un même supercomplexe multifonctionnel dans la mitochondrie de la levure. Chez E. coli, nous avons caractérisé un supercomplexe similaire qui inclut en plus de la RNase P: la PNPase, le complexe du RNA degradosome, l’ARN polymérase, quatre facteurs de transcription, neuf aminoacyl-tRNA synthétases, onze protéines ribosomiques, des chaperons et certaines protéines métaboliques. Ces résultats supposent l’association physique de la transcription, la voie de maturation et d’aminoacylation des ARNt, la dégradation des ARN. Le nombre de cas où les activités cellulaires sont fonctionnellement et structurellement associées est certainement à la hausse (ex, l’éditosome et le complexe de la glycolyse). En effet, l’organisation en supercomplexe multifonctionnel représente probablement l’unité fonctionnelle dans les cellules et les analyses de ces super-structures peuvent devenir la prochaine cible de la biologie structurale. / It is known that processes such as transcription, translation and intron splicing require a multitude of proteins (plus a few non-protein components) organized in large ‘molecular machines’. But, according to traditional views, processing of RNA precursors (e.g., tRNA and rRNA) and metabolic pathways are pools of individual enzymes (single proteins or small complexes), with sequential enzymatic reaction steps connected via diffusible metabolites. This perception is incompatible with the ‘molecular crowding’ in most cellular compartments (e.g., 60% in the mitochondrial matrix). It is also not in line with the cumulating indirect evidence from comprehensive studies of protein-protein interactions and affinity purification, showing that numerous protein complexes involving different metabolic and regulatory processes are interconnected. However, direct evidence of extensive cross-talk among diverse cellular processes remains to be clearly demonstrated. Here we show that in mitochondria of yeast and other fungi (Neurospora crassa and Rhizopus oryzae), animal (Bos taurus), plant (Brassica oleracea), and in E. coli (standing for the “bacterial ancestor” of mitochondria), metabolism is physically interlinked (in supercomplexes) with translation, replication, transcription and RNA processing. Further, the supercomplexes also contain a variety of helper proteins, in support of earlier reports that describe such proteins as important structural units assisting complex assembly. Whereas the composition of supercomplexes in fungi (e.g., Neurospora crassa), animals and yeast is relatively similar, plants and E. coli present substantial compositional differences (e.g., plant-specific enzymes involved in the biosynthesis of sugars and secondary metabolites). In yeast, the supercomplex pattern of glucose-repressed cells is completely different from that of cells grown on galactose/glycerol, and the protein composition perfectly correlates with known regulatory changes under glucose repression. The destabilization of the complex organization is also illustrated by the deletion of genes in the mitochondrial fatty acid type II biosynthetic pathway (mutant strain oar1Δ). Mutants have both, a defect in fatty acid synthesis and in 5’ processing of mitochondrial tRNA, and no longer have a supercomplex containing Oar1p and components of RNase P (5’ tRNA processing). The pleiotropic mutant phenotype is best explained by a structural (assembly) defect. Also in yeast mitochondria, we demonstrate that RNase P and tRNA Z activities are part of a large complex, which further includes the RNA degradosome complex, five additional RNA processing proteins, and several other mitochondrial pathways. 5’ and 3’ tRNA processing enzymes are also associated in a large, multifunctional supercomplex in E. coli that includes six out of the seven proteins of the RNA degradosome, nine aminoacyl-tRNA synthases, RNA polymerase plus four transcription factors, eleven ribosomal proteins plus four translation factors, several components of protein folding and maturation, and a small set of metabolic enzymes. Apparently, not only is RNA processing coordinated, but it is also structurally connected to aminoacylation, transcription and other cellular functions. The number of documented cases where functionally related activities are structurally integrated is definitely increasing (e.g., editosome, glycolysis complex, etc). Indeed, structural integration of related functions and pathways may turn out to be a principle and the analyses of such super-structures may become a next structural biology frontier.

INTRODUCTION: Il existe peu d’évidences sur l’association entre le taux de chômage dans le milieu résidentiel (CR) et le risque de maladies cardiovasculaires parmi les résidents de milieux urbains. De plus, on ne sait pas si ce lien diffère entre les deux sexes. Cette thèse a pour objectif de déterminer la direction et la taille de l’association entre le CR et le risque de maladies cardiovasculaires, et d’examiner si cette association varie en fonction du sexe. MÉTHODES: Un sous-échantillon de 342 participants de l’Étude sur les habitudes de vie et la santé dans les quartiers montréalais a rapporté ses habitudes de vie et sa situation socio-économique. Des mesures biologiques et anthropométriques ont été recueillies par une infirmière. Le CR a été opérationnalisé en fonction d’une zone-tampon d’un rayon de 250 m centrée sur la résidence de chacun des participants à l’aide d’un Système d’Information Géographique (SIG). Des équations d’estimation généralisées ont été utilisées afin d’estimer l’association entre le CR et l’Indice de Masse Corporelle (IMC) et un score cumulatif de Risque Cardio-métabolique (RC) représentant la présence de valeurs élevées de cholestérol total, de triglycérides, de lipoprotéines de haute densité et d’hémoglobine glyquée. RÉSULTATS: Après ajustement pour l’âge, le sexe, le tabagisme, les comportements de santé et le statut socio-économique, le fait de vivre dans un endroit classé dans le 3e ou 4e quartile de CR était associé avec un IMC plus élevé (beta pour Q4 = 2.1 kg/m2, IC 95%: 1.02-3.20; beta pour Q3 = 1.5 kg/m2, IC 95%: 0.55-2.47) et un taux plus élevé de risque cardiovasculaires Risque Relatif [RR pour Q4 = 1.82 (IC 95 %: 1.35-2.44); RR pour Q3 = 1.66 (IC 95%: 1.33-2.06)] par rapport au 1er quartile. L'interaction entre le sexe et le CR révèle une différence absolue d’IMC de 1.99 kg/m2 (IC 95%: 0.00-4.01) et un risque supérieur (RR=1.39; IC 95%: 1.06-1.81) chez les femmes par rapport aux hommes. CONCLUSIONS: Le taux de chômage dans le milieux résidentiel est associé à un plus grand risque de maladies cardiovasculaires, mais cette association est plus prononcée chez les femmes. / INTRODUCTION: Little is known about whether area-level unemployment is independently associated with individual-level Cardiovascular Disease (CVD) in an urban setting. Furthermore, it is unclear whether this relationship differs by sex. This thesis examined the direction and magnitude of the association between area-level unemployment (ALU) and Body Mass Index (BMI) and a marker for CVD risk, and whether this association differs by sex. METHODS: A sample of 342 individuals from the Montreal Neighbourhood Survey of Lifestyle and Health (MNSLH) self-reported behavioural and socioeconomic information. A registered nurse collected biochemical and anthropometric data. ALU was operationalised within a 250 m radius buffer centered on individual residence using a Geographic Information System (GIS). Generalized Estimating Equations were used to determine if body mass index (BMI), and a cumulative score for total cardiometabolic risk (TCR) representing elevated values for total cholesterol, triglycerides, high-density lipoprotein cholesterol, and glycosylated hemoglobin, were associated with ALU. RESULTS: After adjustment for age, gender, smoking status, behavioural, and socioeconomic covariates, living in an area in the upper ALU quartiles was associated with an elevated BMI [Q4 beta = 2.1 kg/m2 (95% CI: 1.02-3.20)] and greater TCR [Q4 RR = 1.82 (95 % CI: 1.35-2.44); Q3 RR = 1.66 (95% CI: 1.33-2.06)] relative to the 1st quartile. Sex-by-ALU interaction revealed a 1.99 kg/m2 (95% CI: 0.00-4.01) difference in BMI and 1.39-fold (95% CI: 1.06-1.81) greater TCR Score for women compared to men. CONCLUSIONS: Area-level unemployment is associated with greater CVD risk in men and women but associations are stronger among women.

Ce travail a été réalisé avec l'appui du Centre Collaborateur de l'OMS sur la Transition Nutritionnelle et le Développement (TRANSNUT) de l'Université de Montréal, en collaboration avec deux parténaires du Bénin: l'Institut de Sciences Biomédicales Appliquées (ISBA) de Cotonou et l'Institut Régional de Santé Publique de Ouidah. / L’étude visait à décrire la transition nutritionnelle et ses liens avec des facteurs de risque de maladies cardiovasculaires (MCV) dans une ville secondaire du Bénin et dans ses environs ruraux, puis de comparer à cet égard, les habitants de la petite ville avec ceux du milieu rural et de la métropole. Les sujets de 25 à 60 ans (n = 541), apparemment en bonne santé, ont été aléatoirement sélectionnés dans la petite ville de Ouidah (n = 171), sa périphérie rurale (n = 170) et dans la métropole Cotonou (n = 200). Les apports alimentaires et l’activité physique ont été cernés par trois rappels de 24 heures. Les données socioéconomiques ont été recueillies par questionnaire. La qualité de l’alimentation a été évaluée par un score de diversité alimentaire, un score d’adéquation en micronutriments et un score de prévention contre les maladies chroniques. Des mesures anthropométriques et de composition corporelle ont été prises. La tension artérielle a été mesurée. Des échantillons sanguins ont été prélevés pour déterminer le profil lipidique à l’aide du sérum et la glycémie à jeun plasmatique. La transition alimentaire était plus poussée dans la métropole que dans la petite ville et le milieu rural, et elle était marquée par des apports plus importants en viande, produits laitiers, œufs, légumes et huiles, mais plus faibles en céréales, poisson, légumineuses, fruits et fibres. La diversité alimentaire y était plus élevée, mais l’adéquation en micronutriments et la prévention étaient plus faibles que dans les autres sites. Il n’y avait pas de différences majeures entre le milieu rural et la petite ville pour la consommation et la qualité alimentaire. L’influence du niveau socioéconomique sur l’alimentation et sa qualité était surtout marquée dans la métropole. Un gradient positif du milieu rural vers la petite ville et la métropole a été observé pour l’obésité générale (8,8%; 12,3%; 18%, p = 0,031) et abdominale (28,2%, 41,5%, 52,5%; P<0,001) et pour le syndrome métabolique (4,1% ; 6,4% ; 11%; P = 0,035) d’après les critères de la Fédération Internationale de Diabète. La fréquence de tension artérielle élevée [TAE] (24,1% ; 21,6% et 26,5%, respectivement pour le milieu rural, la petite ville et la métropole), bien qu’importante, n’était pas significativement différente selon les sites. Le HDL-cholestérol bas était moins fréquent dans la petite ville (18,1%) par rapport au milieu rural (25,3%) et à la métropole (37,5%). L’activité physique, plus importante en milieu rural et en petite ville que dans la métropole, était protectrice contre des valeurs élevées d’IMC (ß = -0,145 ; p<0,01), de tour de taille (ß = -0,156 ; p<0,001), de tension systolique (ß = -0,134 ; p<0,01) et diastolique (ß = -0,112, p<0,01), et de triglycérides (ß = -0,098 ; p<0,05). La consommation de légumes était négativement et indépendamment associée à la tension artérielle diastolique (ß = -0,129, p<0,01), alors que celle de poisson était positivement associée au HDL-cholestérol (ß = 0,168 ; p<0,01). L’adéquation en micronutriments était positivement associée au HDL-cholestérol (ß = 0,144; p<0,01) et à un moindre risque de tension artérielle élevée (OR = 0,46 ; IC 95% : 0,26-0,84). L’étude a confirmé l’existence d’un plus grand risque de MCV avec l’urbanisation, un stade plus avancé de transition alimentaire et un mode de vie sédentaire. Ce risque pourrait être réduit par la promotion d’un mode de vie plus actif associé à des apports plus adéquats en micronutriments et une consommation élevée de poisson et de légumes. //// / The purpose of this study was to describe the nutrition transition and its links with cardiovascular disease (CVD) risk factors in a small-size city of Benin and its rural outskirts, and to compare in this regard, the small-size city and the rural area with the major city. A sample of 541 apparently healthy subjects aged 25-60 years was randomly selected from Ouidah, a small-size city of Benin (n = 171), the rural outskirts of Ouidah (n = 170), and Cotonou, the major city (n= 200). Dietary intake and physical activity were assessed with three non consecutives 24-hour recalls. Socioeconomic data were collected by questionnaire. Dietary quality was assessed using a dietary diversity score, a micronutrient adequacy score and a healthfulness score. Blood pressure was measured. Anthropometric measurements were taken. Blood samples were collected to determine serum lipid profile and plasma glucose. A more advanced stage of dietary transition was observed in the major city, which was characterised by higher intakes of meat, milk products, eggs, vegetables and oils, but lower intakes of cereal, fish, legumes, fruit and fibre than the small-size city and the rural area. Dietary diversity was higher in the major city, while micronutrient adequacy and healthfulness scores were lower compared to the small city and the rural area. There was no significant difference in diet and diet quality scores between the small-size city and the rural area. Socioeconomic factors had a strong influence on diet and its quality in the major city. A positive gradient from the rural area to the small-size city to the major city was observed in the prevalence of overall obesity (18%, 12.3%, 8.8%, p = 0.031), abdominal obesity (28.2%, 41.5%, 52.5%; P<0,001) and the metabolic syndrome (4.1%; 6.4%; 11%; p = 0.035) according to the International Diabetes Federation criteria. The prevalence of elevated blood pressure was high, but did not differ across sites (24.1%, 21.6%, 26.5% for rural, small-size city and major city, respectively). The prevalence of low HDL-cholesterol was lower in the small-city (18.1%) compared to the rural area (25.3%) and the major city (37.5%), while fasting plasma glucose was more highly prevalent in the small city (14.6%) and the rural area (10%) compared to the major city (4%). Elevated triglycerides were uncommon. Physical activity was higher in the rural area and small-size city than in the major city, and it was protective against elevated body mass index (ß = -0.145; p<0.01), waist circumference (ß = -0.156; p<0.001), systolic (ß = -0.134; p<0.01) and diastolic (ß = -0.112, p<0.01) blood pressure, and triglycerides (ß = -0,098; p<0,05). Vegetable intakes were negatively and independently associated with diastolic blood pressure, while fish intake was positively associated with HDL-cholesterol. Micronutrient adequacy score was positively associated with HDL-cholesterol (ß = 0,144; p<0,01) and with a lower likelihood of high blood pressure (OR = 0.46; CI 95%: 0.26-0.84). The study confirmed a higher CVD risk with urbanization, advanced stage of dietary transition and a sedentary lifestyle. This risk could be curtailed by improving micronutrient adequacy and increasing vegetables and fish consumption, and by promoting an active lifestyle.

L’hypertension artérielle et l’obésité sont deux composantes conjointement reliées du syndrome métabolique. Les récepteurs de l’ANP (GCA) et de l’oxyde nitrique (GCs) ont des propriétés diurétiques, natriurétiques, vasodilatatrices et sont liés au contrôle de la pression. Des études récentes ont démontré leur implication dans l’obésité. Hypothèse : Une différence génétique au niveau du gène GCA pourrait contribuer à des différences physiologiques. La composante lipidique et/ou sodique de la diète pourrait influencer la fonction rénale, cardiaque et les valeurs anthropométriques différemment chez les souches congéniques. Objectifs : (1) Déterminer l’effet de la composante lipidique et sodique des diètes; (2) Évaluer l’influence de GCA sur la réponse physiologique des souches congéniques; (3) Expliquer les mécanismes physiologiques procurant une réduction de la pression artérielle chez la souche SM9. Méthodologie : Des modèles congéniques du rat Dahl (DSS) hypertendu, nourri avec une diète riche en gras (HF) ou normale (NF), ont été utilisés pour démontrer l’impact d’un segment chromosomique d’origine normotendue. Résultats : La souche SM9 a une prise de poids plus importante que SM12 et DSS sur diète HF malgré un apport alimentaire équivalent. La souche SM9 présente également un ratio masse adipeuse/masse maigre plus élevé que SM12 et DSS. Nous n’avons observé aucune augmentation de la pression artérielle en réponse à la diète HF pour les 3 souches malgré une augmentation du dommage rénal pour les 3 souches. Le dommage rénal est plus important chez DSS que pour les 2 congéniques. La réponse diurétique à l’ANP est plus élevée chez SM9 et est influencée par le contenu en sel dand la diète. La perte glomérulaire plus importante chez le rat DSS semble compensée par une augmentation de la réponse à l’ANP par les glomérules résiduels. Il y a une corrélation entre l’activité de GCA en réponse à l’ANP, les niveaux d’ARNm et le nombre de répétition du dinucléotide TA dans son promoteur. Le rat DSS présente une hypertrophie cardiaque plus importante que les deux souches congénique et ceci n’est pas modifié par la diète HF. Conclusion : Nos études ont permis de mettre en évidence un effet génétique impliquant le segment chromosomique normotendu contenant GCA dans la réponse à une diète HF chez le rat DSS. / Hypertension and obesity are two related components of the metabolic syndrome. The ANP receptor (GCA) and nitric oxide receptor (sGC) have diuretic, natriuretic, vasodilatory properties, and are linked to blood pressure control. Furthermore a recent study has demonstrated the implication of GCA and sGC in the development of obesity. Hypothesis: A genetic difference in GCA gene could contribute to physiological differences. The differencial lipid and/or sodium composition of the diet could influence the renal, cardiac and anthropometric values. Objectives: (1) To determine the effect of fat and sodium on the physiological parameters; (2) To evaluate the influence of GCA on the physiological response of the congenic rat; (3) To explain the mechanisms of the blood pressure reduction in SM9 rats. Methodology: Congenic model of DSS rat, fed with either high fat (HF) or normal (NF) diet, were used to demonstrate the impact of a chromosome segment from normotensive origin on physiological functions. C2SM9 contains GCA and sGC from normotensive origin while C2SM12 harbours only sGC from normotensive origin. Results: HF diet had negative feature on body composition, renal damage, creatinine clearance and inhibited the diuretic/natriuretic effect of ANP. The normotensive segment including GCA and sGC has reduced the blood pressure, improve the renal damage and increased the diuretic/natriuretic capacity of SM9 in response to ANP injection when compared to SM12 and DSS. GCA mRNA and the clearance receptor ratio were reduced in SM9 in the renal cortex and retroperitoneal fat. SM12 and SM9, containing the chromosomal segment that includes sGC, improve their lipid profile compared with DSS. Conclusion: Our results suggested a compensatory increase in the GCA levels for SM12 and DSS that is insufficient to improve their pathophysiologic status as observed in SM9. HF diet increases the metabolic syndrome in those rats.

La pharmacopée Cris est riche en plantes médicinales et plusieurs d’entre elles sont étudiées par notre laboratoire pour leur potentiel antidiabétique. Certaines espèces ont démontré leur capacité à stimuler la protéine kinase activée par l’AMP (AMPK), une enzyme qui favorise la translocation de transporteurs de glucose à la membrane (effet hypoglycémiant). L’AMPK stimule également d’autres fonctions, telle l’oxydation des graisses, dans le but de rétablir l’énergie cellulaire. Ce projet a comme objectifs d’évaluer, premièrement, le stress métabolique induit par huit des extraits dans des cellules musculaires et des hépatocytes, effet qui serait responsable de l’activation de l’AMPK. Ce stress peut être déterminé en mesurant l’acidification du milieu extracellulaire ainsi que la déplétion du contenu en ATP des cellules suite aux traitements. Le deuxième objectif est de mesurer l’efficacité des extraits à réduire le contenu en gras (oxydation des graisses) et à ainsi normaliser la résistance à l’insuline dans des hépatocytes rendus insulino-résistants. Les hépatocytes sont rendus résistants à l’insuline (condition fortement lié à l’obésité) via traitement avec un acide gras saturé, le palmitate. Les résultats montrent que la majorité des extraits semble induire un stress métabolique de courte durée dans les cellules. Parmi les extraits, seul un a réussi à faire diminuer significativement le taux de triglycérides intracellulaire suite au traitement au palmitate sans toutefois améliorer la sensibilité à l’insuline. En conclusion, le potentiel hypoglycémiant des extraits serait du à leur capacité à affecter la respiration mitochondriale (stress métabolique). Toutefois, leur capacité à améliorer la sensibilité à l’insuline n’a pu être établie. / Cree pharmacopeia is rich in medicinal plants and many of them are studied by our laboratory for their antidiabetic potential. Some of the species tested have shown to activate the AMP-activated protein kinase (AMPK), an enzyme responsible for the translocation of glucose transporters to the cell membrane (hypoglycaemic activity). AMPK is also known to activate other cellular functions, like fat oxidation, in order to restore cell energy loss. The objectives of this study are, first, to measure the metabolic stress induced by eight of the species in muscular and liver cells, an effect believed to be responsible for the AMPK activation. Metabolic stress is evaluated by measuring extracellular medium acidification and cellular ATP depletion. The second objective is to assess the capacity of the extracts to clear intracellular fat (fat oxidation) and, by doing this, restore insulin sensitivity in insulin-resistant driven hepatocytes. To become insulin-resistant (a condition strongly linked to obesity), the hepatocytes are treated with a saturated fatty acid, palmitate. The results show that most of the extracts seem to increase the metabolic stress in muscular cells and hepatocytes for a short period of time. Among all extracts, only one has significantly reduced intracellular triglycerides in palmitate treated hepatocytes, an effect not followed by an increase in insulin sensitivity. In conclusion, the species tested in this study seem to exert their hypoglycaemic potential by affecting mitochondrial respiration (metabolic stress). However, the experimentations have not clearly shown the capacity of the species to restore insulin sensitivity in insulin-resistant liver cells.

Thèse réalisée dans le cadre d'une cotutelle entre l'Université de Montréal et l'Université d'Auvergne en France / Introduction De nombreuses études indiquent que la prématurité, qui représente 8 % des naissances, est associée à des indices précoces de dysfonction vasculaire, d’élévation de la pression sanguine et de survenue de diabète de type 2. Les enfants nés prématurément sont plus sujets aux blessures oxydatives de par l’immaturité de leurs défenses antioxydantes et de leur exposition à des situations pro-oxydantes (exposition à l’air ambiant, à un supplément d’oxygène, ou à une exposition aux infections). Cependant, les conséquences à long terme des blessures oxydatives induites par une exposition à l’oxygène en période périnatale restent méconnues. Le but de ce doctorat a été de mettre en évidence certains mécanismes pouvant relier les dommages de la prématurité induits par l’oxygène, et le risque à long terme de développer des maladies cardiovasculaires et métaboliques dans le concept global d’une programmation développementale de l’hypertension et des pathologies reliées au syndrome métabolique. Matériels et méthodes Des ratons Sprague-Dawley (SD) ont été exposés à 80 % O2 (O2) vs air ambiant (AA) du 3ème au 10ème jour de vie. Concernant les paramètres cardiovasculaires, nous avons mesuré au cours de la croissance, la pression sanguine à la queue (de la 4ème semaine à la 15ème semaine) et à l’âge adulte : la réactivité vasculaire à l’angiotensine II (AngII) et au carbachol (ex vivo, carotides) avec ou sans le tempol; la production d’oxyde nitrique (NO) en présence ou non L-arginine et de L-sépiaptérine (aorte, immunohistochimie) ainsi que l’expression de la nitric oxyde synthase endothéliale (eNOS) (aorte, immunohistochimie et western blot); le stress oxydant vasculaire (aorte, chemiluminescence) par la mesure de la production d’anions superoxide en présence ou non des inhibiteurs de la nicotinamide-adenine-dinucleotide-phosphate (NADPH oxydase) et de la nitric oxyde synthase endotheliale (eNOS), l’apocynine, et N-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME) respectivement, ainsi que le stress oxydant circulant par la mesure des niveaux plasmatiques de malondialdéhyde (MDA, HPLC); la densité microvasculaire a été évaluée au niveau du muscle tibial antérieur, immunohistochimie); la vitesse d’onde pulsée (VOP) (entre la valve aortique et juste avant la bifurcation ilio-fémorale) a été mesurée par ultrason; le nombre de néphrons a été compté par digestion acide. L’ontogenèse de la plupart de ces mécanismes a été regardée à l’âge de 4 semaines. Concernant les paramètres métaboliques, le poids a été mesuré au cours de la croissance. À l’âge adulte, la composition corporelle et la tolérance au glucose ont été évaluées. Résultats À l’âge de 4 semaines, aucune différence n’a été observée dans la pression sanguine, la réactivité vasculaire et le stress oxydant, mais chez les rats O2 vs AA, la densité microvasculaire est moindre, et des changements histologiques suggèrent la présence d’une rigidité artérielle augmentée. À l’âge adulte chez les rats O2 vs AA (n = 6-8 /groupe) : i) les pressions sanguines systoliques et diastoliques sont augmentées; ii) la réactivité vasculaire à l’AngII est augmentée et celle au carbachol est diminuée, le tempol prévient ces dysfonctions; iii) la production de NO est plus faible au niveau basal et après stimulation par le carbachol, mais est restaurée après la pré-incubation avec L-arginine et L-sépiaptérine; iv) l’expression d’eNOS est diminuée par immunohistochimie et augmentée par western blot; v) les niveaux d’anions superoxide, au niveau basal et en réponse à l’AngII, sont augmentés et sont induits par la NADPH oxydase et le non-couplage d’eNOS; vi) les niveaux plasmatiques de MDA sont augmentés; vii) La densité microvasculaire est moindre; viii) la VOP est augmentée; ix) le nombre de néphrons par rein est réduit; x) le poids est plus faible au cours de la croissance et un catch up est observé à l’âge adulte; la composition corporelle n’est pas différente entre les groupes; xi) la tolérance au glucose est diminuée. Conclusion Ces résultats supportent l’hypothèse d’une programmation développementale des maladies cardiovasculaires et métaboliques à l’âge adulte à la suite d’un stress hyperoxique néonatal. / Introduction Many studies showed that prematurity, which represents 8 % of birth, is associated with early indices of vascular dysfunction, increased blood pressure and Type 2 diabetes. Prematurity babies are more susceptible to oxidative injury, consequence of the immaturity of their antioxidant defences, and exposure to pro-oxidant situations (oxygen supplementation, infection). However, the long-term consequences of oxidative injury induced by oxygen exposure in the neonatal period are unknown. The aim of these PhD studies was to unravel some mechanisms that might underlie the damage induced by oxygen and the long-term risk of developing vascular and metabolic diseases in the overall concept of developmental programming of hypertension and metabolic syndrome-related diseases. Materials and methods Sprague-Dawley pups were kept with their mother in 80 % O2 (O2) or room air (RA) from day 3 to 10 of life. Cardiovascular parameters, tail blood pressure was measured between 4 and 15 weeks of life. In adulthood : vascular reactivity (ex vivo carotid rings) to angiotensine II (AngII) and carbachol with and without tempol was studied; studies of nitric oxide (NO) production with and without L-arginine and L-sépiaptérine (aorta, immunohistochemistry) and endothelial nitric oxide synthase expression (eNOS; aorta, immunohistochemistry, western blot) were performed; vascular oxidative stress (aorta, using chemiluminescence) by measuring superoxide anion production with and without inhibitors of nicotinamide-adenine-dinucleotide-phosphate (NADPH oxydase) and nitric oxyde synthase endotheliale (eNOS), apocynin and N-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME) respectively, and circulating oxidative stress by measuring the plasma levels of malondialdéhyde (MDA, HPLC) were evaluated; microvascular density was assessed on tibialis anterior muscle sections; pulse wave velocity (PWV) was measured by ultrasound, between aortic valve and ilio-femoral bifurcation; nephrons were counted after hydrochloric acid digestion. The main observations were also evaluated at 4 weeks of age. Metabolic parameters: body weight has been measured during the growth. In adulthood, body composition, glucose tolerance were evaluated. Results A 4 weeks of age, no difference was observed regarding blood pressure, vascular reactivity, and oxidative stress indices, but in rats O2 vs. RA (n = 6-8 /group), microvascular rarefaction and histological changes suggesting enhanced vascular stiffness were present. To adulthood, rats O2 vs. RA (n = 6-8/group) : i) systolic and diastolic blood pressures are increased; ii) vascular reactivity to Ang II is increased and to carbachol is decreased, these dysfunction were totally abolished by co-incubation of the vessel rings with tempol; iii) NO-production is decreased in basal condition and after carbachol stimulation, but is restored after pre-incubation of aorta sections with L- arginine and L-sépiaptérine; iv) eNOS expression is decreased by immunohistochemistry but increased by western blot; v) vascular superoxide anion levels are increased in basal condition, after AngII stimulation and this is mediated by NADPH oxydase and eNOS uncoupling; vi) the plasma levels of MDA are increased; vii) microvascular density is decreased; viii) PWV is increased; ix) nephron count per kidney is decreased; x) body weight is less during growth, but a catch up is observed in adulthood, body composition is similar; xi) the glucose tolerance is decreased in adults. Conclusion These results support the hypothesis of developmental programming of vascular and metabolic diseases in adulthood, after exposure to hyperoxic stress in the neonatal period.

Le diabète est une maladie chronique de l’homéostasie du glucose caractérisée par une hyperglycémie non contrôlée qui est le résultat d’une défaillance de la sécrétion d’insuline en combinaison ou non avec une altération de l’action de l’insuline. La surnutrition et le manque d’activité physique chez des individus qui ont des prédispositions génétiques donnent lieu à la résistance à l’insuline. Pendant cette période dite de compensation où la concentration d’acides gras plasmatiques est élevée, l’hyperinsulinémie compense pleinement pour la résistance à l’insuline des tissus cibles et la glycémie est normale. Le métabolisme du glucose par la cellule pancréatique bêta entraîne la sécrétion d’insuline. Selon le modèle classique de la sécrétion d’insuline induite par le glucose, l’augmentation du ratio ATP/ADP résultant de la glycolyse et de l’oxydation du glucose, induit la fermeture des canaux KATP-dépendant modifiant ainsi le potentiel membranaire suivi d’un influx de Ca2+. Cet influx de Ca2+ permet l’exocytose des granules de sécrétion contenant l’insuline. Plusieurs nutriments comme les acides gras sont capables de potentialiser la sécrétion d’insuline. Cependant, le modèle classique ne permet pas d’expliquer cette potentialisation de la sécrétion d’insuline par les acides gras. Pour expliquer l’effet potentialisateur des acides gras, notre laboratoire a proposé un modèle complémentaire où le malonyl-CoA dérivé du métabolisme anaplérotique du glucose inhibe la carnitine palmitoyltransférase-1, l’enzyme qui constitue l’étape limitante de l’oxydation des acides gras favorisant ainsi leur estérification et donc la formation de dérivés lipidiques signalétiques. Le modèle anaplérotique/lipidique de la sécrétion d'insuline induite par le glucose prédit que le malonyl-CoA dérivé du métabolisme du glucose inhibe la bêta-oxydation des acides gras et augmente la disponibilité des acyl-CoA ou des acides gras non-estérifiés. Les molécules lipidiques agissant comme facteurs de couplage du métabolisme des acides gras à l'exocytose d'insuline sont encore inconnus. Des travaux réalisés par notre laboratoire ont démontré qu’en augmentant la répartition des acides gras vers la bêta-oxydation, la sécrétion d’insuline induite par le glucose était réduite suggérant qu’un des dérivés de l’estérification des acides gras est important pour la potentialisation sur la sécrétion d’insuline. En effet, à des concentrations élevées de glucose, les acides gras peuvent être estérifiés d’abord en acide lysophosphatidique (LPA), en acide phosphatidique (PA) et en diacylglycérol (DAG) et subséquemment en triglycérides (TG). La présente étude a établi l’importance relative du processus d’estérification des acides gras dans la production de facteurs potentialisant la sécrétion d’insuline. Nous avions émis l’hypothèse que des molécules dérivées des processus d’estérification des acides gras (ex : l’acide lysophosphatidique (LPA) et le diacylglycerol (DAG)) agissent comme signaux métaboliques et sont responsables de la modulation de la sécrétion d’insuline en présence d’acides gras. Afin de vérifier celle-ci, nous avons modifié le niveau d’expression des enzymes clés contrôlant le processus d’estérification par des approches de biologie moléculaire afin de changer la répartition des acides gras dans la cellule bêta. L’expression des différents isoformes de la glycérol-3-phosphate acyltransférase (GPAT), qui catalyse la première étape d’estérification des acides gras a été augmenté et inhibé. Les effets de la modulation de l’expression des isoenzymes de GPAT sur les processus d’estérifications, sur la bêta-oxydation et sur la sécrétion d’insuline induite par le glucose ont été étudiés. Les différentes approches que nous avons utilisées ont changé les niveaux de DAG et de TG sans toutefois altérer la sécrétion d’insuline induite par le glucose. Ainsi, les résultats de cette étude n’ont pas associé de rôle pour l’estérification de novo des acides gras dans leur potentialisation de la sécrétion d’insuline. Cependant, l’estérification des acides gras fait partie intégrante d’un cycle de TG/acides gras avec sa contrepartie lipolytique. D’ailleurs, des études parallèles à la mienne menées par des collègues du laboratoire ont démontré un rôle pour la lipolyse et un cycle TG/acides gras dans la potentialisation de la sécrétion d’insuline par les acides gras. Parallèlement à nos études des mécanismes de la sécrétion d’insuline impliquant les acides gras, notre laboratoire s’intéresse aussi aux effets négatifs des acides gras sur la cellule bêta. La glucolipotoxicité, résultant d’une exposition chronique aux acides gras saturés en présence d’une concentration élevée de glucose, est d’un intérêt particulier vu la prépondérance de l’obésité. L’isoforme microsomal de GPAT a aussi utilisé comme outil moléculaire dans le contexte de la glucolipotoxicité afin d’étudier le rôle de la synthèse de novo de lipides complexes dans le contexte de décompensation où la fonction des cellules bêta diminue. La surexpression de l’isoforme microsomal de la GPAT, menant à l’augmentation de l’estérification des acides gras et à une diminution de la bêta-oxydation, nous permet de conclure que cette modification métabolique est instrumentale dans la glucolipotoxicité. / Diabetes is a chronic disease of glucose homeostasis characterized by hyperglycemia and the result of a failure of insulin secretion in combination or not with impaired insulin action. Overnutrition and lack of physical activity in individuals who have acquired or inherited genetic predispositions lead to insulin resistance. During the period of compensation where the concentration of plasma fatty acids is high, hyperinsulinemia fully compensates for the insulin resistance of target tissues and blood sugar is normal. Glucose promotes insulin secretion through its metabolism by the pancreatic β cell. According to the classical model of glucose-induced insulin secretion, the increase in the ATP/ADP ratio resulting from glycolysis and glucose oxidation induces the closure of KATP channels thus changing membrane potential followed by an influx of Ca2+. This influx of Ca2+ allows the exocytosis of secretory granules containing insulin. Several nutrients like fatty acids are capable of potentiating insulin secretion. However, the classical model does not explain the potentiation of insulin secretion by fatty acids. To explain the potentiating effect of fatty acids, our laboratory has proposed a complementary model in which malonyl-CoA derived from glucose anaplerotic metabolism inhibits carnitine palmitoyltransferase 1, the enzyme catalyzing the limiting step of fatty acid oxidation, thereby promoting their esterification and thus the formation signaling derivatives. The anaplerotic model of insulin secretion predicts that malonyl-CoA derived from glucose metabolism inhibits β-oxidation of fatty acids and increases the availability of acyl-CoA or non esterified fatty acids. Thus, lipid molecules can act as coupling factors for insulin exocytosis. Fatty acid-derived signalling molecules that are active remain to be identified. Work performed by our laboratory has shown that increasing the partition of fatty acids toward β-oxidation reduced glucose-induced insulin secretion, suggesting that derivatives of fatty acid esterification are important for the potentiation of insulin secretion. Indeed, at high concentrations of glucose, fatty acids are esterified into lysophosphatidic acid (LPA), phosphatidic acid (PA) and diacylglycerol (DAG) and subsequently in triglycerides (TG). The present study established the relative importance fatty acid esterification in the production of factors potentiating insulin secretion. We hypothesized that molecules derived from the process of esterification of fatty acid (eg lysophosphatidic acid (LPA) and diacylglycerol (DAG)) act as metabolic signals and are responsible for the modulation of the secretion of insulin in the presence of fatty acids. Thus, the level of expression of key enzymes controlling the process of esterification has been altered by molecular biology approaches to increase distribution of fatty acids toward esterification in the β cell. The expression of various isoforms of glycerol-3-phosphate acyltransferase (GPAT), which catalyzes the first step of esterification of fatty acids was increased and inhibited. The effects of GPAT isoenzyme modulation on the esterification process, on β-oxidation and on glucose-induced insulin secretion were investigated. The various approaches we used have changed the levels of DAG and TG without altering insulin secretion induced by glucose in the presence or absence of fatty acids. Thus, the results of this study do not suggest a role for de novo synthesis of glycerolipid intermidiates via esterification of fatty acids in the potentiation of insulin secretion. However, the esterification of fatty acids is an integral part of a TG/fatty acid cycle with its counterpart lipolysis. Moreover, parallel studies conducted by colleagues of the laboratory have demonstrated a role for lipolysis and a cycle TG/fatty acid in the potentiation of insulin secretion by fatty acids. In parallel with our studies of the mechanisms of insulin secretion involving fatty acids, our laboratory is also interested in the negative effects of fatty acids on the β cell. The glucolipotoxicity resulting from chronic exposure to saturated fatty acids in the presence of high glucose concentrations is of particular interest in the context of obesity rates. The microsomal isoform of GPAT was also used as a molecular tool under glucolipotoxicity conditions to study the role of de novo synthesis of complex lipids in the context of decompensation when β-cell function decreases. Increased esterification of fatty acids by the overexpression of microsomal isoform of GPAT has increased the toxic effects of fatty acids in the context of glucolipotoxicity. Thus, our results allow us to conclude that the distribution of lipids toward esterification and a decrease in β-oxidation is instrumental in glucolipotoxicity.