Un facteur d’incertitude de 10 est utilisé par défaut lors de l’élaboration des valeurs toxicologiques de référence en santé environnementale, afin de tenir compte de la variabilité interindividuelle dans la population. La composante toxicocinétique de cette variabilité correspond à racine de 10, soit 3,16. Sa validité a auparavant été étudiée sur la base de données pharmaceutiques colligées auprès de diverses populations (adultes, enfants, aînés). Ainsi, il est possible de comparer la valeur de 3,16 au Facteur d’ajustement pour la cinétique humaine (FACH), qui constitue le rapport entre un centile élevé (ex. : 95e) de la distribution de la dose interne dans des sous-groupes présumés sensibles et sa médiane chez l’adulte, ou encore à l’intérieur d’une population générale. Toutefois, les données expérimentales humaines sur les polluants environnementaux sont rares. De plus, ces substances ont généralement des propriétés sensiblement différentes de celles des médicaments. Il est donc difficile de valider, pour les polluants, les estimations faites à partir des données sur les médicaments. Pour résoudre ce problème, la modélisation toxicocinétique à base physiologique (TCBP) a été utilisée pour simuler la variabilité interindividuelle des doses internes lors de l’exposition aux polluants. Cependant, les études réalisées à ce jour n’ont que peu permis d’évaluer l’impact des conditions d’exposition (c.-à-d. voie, durée, intensité), des propriétés physico/biochimiques des polluants, et des caractéristiques de la population exposée sur la valeur du FACH et donc la validité de la valeur par défaut de 3,16. Les travaux de la présente thèse visent à combler ces lacunes. À l’aide de simulations de Monte-Carlo, un modèle TCBP a d’abord été utilisé pour simuler la variabilité interindividuelle des doses internes (c.-à-d. chez les adultes, ainés, enfants, femmes enceintes) de contaminants de l’eau lors d’une exposition par voie orale, respiratoire, ou cutanée. Dans un deuxième temps, un tel modèle a été utilisé pour simuler cette variabilité lors de l’inhalation de contaminants à intensité et durée variables. Ensuite, un algorithme toxicocinétique à l’équilibre probabiliste a été utilisé pour estimer la variabilité interindividuelle des doses internes lors d’expositions chroniques à des contaminants hypothétiques aux propriétés physico/biochimiques variables. Ainsi, les propriétés de volatilité, de fraction métabolisée, de voie métabolique empruntée ainsi que de biodisponibilité orale ont fait l’objet d’analyses spécifiques. Finalement, l’impact du référent considéré et des caractéristiques démographiques sur la valeur du FACH lors de l’inhalation chronique a été évalué, en ayant recours également à un algorithme toxicocinétique à l’équilibre. Les distributions de doses internes générées dans les divers scénarios élaborés ont permis de calculer dans chaque cas le FACH selon l’approche décrite plus haut. Cette étude a mis en lumière les divers déterminants de la sensibilité toxicocinétique selon le sous-groupe et la mesure de dose interne considérée. Elle a permis de caractériser les déterminants du FACH et donc les cas où ce dernier dépasse la valeur par défaut de 3,16 (jusqu’à 28,3), observés presqu’uniquement chez les nouveau-nés et en fonction de la substance mère. Cette thèse contribue à améliorer les connaissances dans le domaine de l’analyse du risque toxicologique en caractérisant le FACH selon diverses considérations. / A default uncertainty factor of 10 is used in toxicological risk assessment to account for human variability, and the toxicokinetic component of this factor corresponds to a value of square root of 10, or 3,16. The adequacy of this value has been studied in the literature on the basis of pharmaceutical data obtained in various subpopulations (e.g. adults, children, elderly). Indeed, it is possible to compare the default value of 3,16 to the Human Kinetic Adjustment Factor (HKAF), computed as the ratio of an upper percentile value (e.g. 95th) of the distribution of internal dose metrics in presumed sensitive subpopulation to its median in adults, or alternatively an entire population. However, human experimental data on environmental contaminants are sparse. Besides, these chemicals generally exhibit characteristics that are quite different as compared to drugs. As a result, it is difficult to extrapolate, for pollutants, estimates of HKAF that were made using data on drugs. To solve this problem, physiologically-based toxicokinetic (PBTK) modeling has been used to simulate interindividual variability in internal dose metrics following exposure to xenobiotics. However, studies realized to date have not systematically evaluated the impact of the exposure conditions (route, duration and intensity), the physico/biochemical properties of the chemicals, and the characteristics of the exposed population, on the HKAF, and thus the adequacy of the default value. This thesis aims at compensating this lack of knowledge. First, a probabilistic PBTK model was used to simulate, by means of Monte Carlo simulations, the interindividual variability in internal dose metrics (i.e. in adults, children, elerly, pregnant women) following the oral, inhalation or dermal exposure to drinking water contaminants, taken separately. Second, a similar model was used to simulate this variability following inhalation exposures of various durations and intensities to air contaminants. Then, a probabilistic steady-state algorithm was used to estimate interindividual variability in internal dose metrics for chronic exposures to hypothetical contaminants exhibiting different physico/biochemical properties. These include volatility, the fraction metabolized, the metabolic pathway by which they are biotransformed and oral bioavailability. Finally, the impact of a population’s demographic characteristics and the referent considered on the HKAF for chronic inhalation exposure was studied, also using a probabilistic steady-state algorithm. The distributions of internal dose metrics that were generated for every scenario simulated were used to compute the HKAF as described above. This study has pointed out the determinants of the toxicokinetic sensitivity considering a given subpopulation and dose metric. It allowed identifying determinants of the numeric value of the HKAF, thus cases for which it exceeded the default value of 3,16. This happened almost exclusively in neonates and on the basis of the parent compound. Overall, this study has contributed to the field of toxicological risk assessment by characterizing the HKAF as a function of various considerations.

Les maladies métaboliques, comme le diabète, la dyslipidémie ou l'obésité, constituent un problème majeur de santé publique dans les pays développés. Ces maladies très répandues restent encore difficiles à traiter malgré une recherche active. Les stratégies thérapeutiques contre ces maladies incluent le développement de nouvelles molécules ciblant les récepteurs aux acides gras, étant donné leur rôle essentiel dans l'homéostasie du métabolisme. C'est dans ce contexte que s'inscrit ce travail portant sur deux récepteurs couplés aux protéines G, les récepteurs aux acides gras à courte chaîne 2 et 3 ou free fatty acid receptors 2 (FFA2) et 3 (FFA3). Nous avons tout d'abord cherché à déterminer le profil d'expression des deux récepteurs. Ensuite, nous avons établi des lignées cellulaires stable exprimant FFA2 ou FFA3 afin d'étudier la pharmacologie d'agonistes synthétiques et endogènes de ces récepteurs. Après avoir identifié les voies de signalisation engendrées par l'activation des récepteurs, nous avons démontré que les agonistes synthétiques étaient des activateurs allostériques, c'est-à-dire qu'ils se liaient aux récepteurs sur un site distinct de celui des ligands endogènes. Pour identifier les résidus d'acides aminés nécessaires à la reconnaissance des ligands, nous avons généré une gamme de mutants ponctuels de ces récepteurs par mutagénèse dirigée. En analysant l'effet des mutations dans des tests fonctionnels, nous avons pu déterminer avec précision où se liaient les ligands et ainsi pu dessiner par informatique des modèles structuraux des récepteurs qui pourront être utilisés pour le drug design de futures molécules agonistes de ces récepteurs.

Les systèmes microbiologiques naturels (colonne d’eau), semi-naturels (station d’épuration), mais surtout industriels ou de laboratoire (bioréacteurs) sont communément représentés par des modèles mathématiques destinés à l’étude, à la compréhension des phénomènes ou au contrôle des processus (de production, par exemple).<p><p>Dans l’énorme majorité des cas, lorsque les cellules (procaryotes ou eucaryotes) mises en jeu dans ces systèmes sont en suspension, le formalisme de ces modèles non structurés traite le système comme s’il était homogène. Or, en toute rigueur, il est clair que cette approche n’est qu’une approximation et que nous avons à faire à des phénomènes hétérogènes, formés de plusieurs phases (solide, liquide, gazeuse) intimement mélangées. Nous désignons ces systèmes comme « polyphasiques dispersés » (SPD). Ce sont des systèmes thermodynami-quement instables, (presque) toujours ouverts.<p><p>La démarche que nous avons entreprise consiste à examiner si le fait de considérer des systèmes dits « homogènes » comme des systèmes hétérogènes (ce qu’ils sont en réalité) apporte, malgré une complication du traitement mathématique, un complément d’information significatif et pertinent. <p><p>La démarche s’est faite en deux temps :<p>·\ / Doctorat en sciences, Spécialisation biologie moléculaire / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les maladies métaboliques, comme le diabète, la dyslipidémie ou l’obésité, constituent un problème majeur de santé publique dans les pays développés. Ces maladies très répandues restent encore difficiles à traiter malgré une recherche active. Les stratégies thérapeutiques contre ces maladies incluent le développement de nouvelles molécules ciblant les récepteurs aux acides gras, étant donné leur rôle essentiel dans l’homéostasie du métabolisme. C’est dans ce contexte que s’inscrit ce travail portant sur deux récepteurs couplés aux protéines G, les récepteurs aux acides gras à courte chaîne 2 et 3 ou free fatty acid receptors 2 (FFA2) et 3 (FFA3). Nous avons tout d'abord cherché à déterminer le profil d'expression des deux récepteurs. Ensuite, nous avons établi des lignées cellulaires stable exprimant FFA2 ou FFA3 afin d’étudier la pharmacologie d’agonistes synthétiques et endogènes de ces récepteurs. Après avoir identifié les voies de signalisation engendrées par l’activation des récepteurs, nous avons démontré que les agonistes synthétiques étaient des activateurs allostériques, c’est-à-dire qu’ils se liaient aux récepteurs sur un site distinct de celui des ligands endogènes. Pour identifier les résidus d’acides aminés nécessaires à la reconnaissance des ligands, nous avons généré une gamme de mutants ponctuels de ces récepteurs par mutagénèse dirigée. En analysant l’effet des mutations dans des tests fonctionnels, nous avons pu déterminer avec précision où se liaient les ligands et ainsi pu dessiner par informatique des modèles structuraux des récepteurs qui pourront être utilisés pour le drug design de futures molécules agonistes de ces récepteurs. / Metabolic diseases, such as diabetes, dyslipidemia or obesity, are more and more weighing on public health expenses in developed countries. Despite active research, these widespread diseases remain difficult to handle. Promising new therapeutic strategies against metabolic diseases include the development of drugs targeting the free fatty acid receptors, as key players in metabolism homeostasis. In this context, the current PhD thesis focuses on the study of two G protein-coupled receptors, namely the short-chain free fatty acid receptors 2 (FFA2) and 3 (FFA3). First, we investigated the expression of the two receptors of interest in a variety of cell types. Then, in order to study the pharmacology and the binding mode of endogenous and synthetic agonists on FFA2 and FFA3, we established stable cell lines expressing each receptor. Once we identified the signaling pathways engendered in response to receptor activation, we showed that synthetic agonists were allosteric activators of the receptors, in the sense that they bind to the receptors at a distinct site from short-chain fatty acids, i.e. the endogenous agonists. To identify the aminoacid residues that were involved in ligand binding, we generated a variety of point mutated receptors by site-directed mutagenesis. By analyzing the effects of the mutations in functional tests, we determined precisely the aminoacid residues that were essential for ligand binding. From these results, we designed in silico structural models which may aid future drug design efforts for the discovery of new FFA2 and FFA3 agonists.

La sélection des habitats est un comportement important reliant des individus aux conditions environnementales de leur habitat. Elle est généralement étudiée pour faire des inférences sur les patrons de distribution des populations. Or, la sélection des habitats peut varier entre individus d’une même population et cette variation peut excéder la variation observée entre les populations. D’une part, si la sélection des habitats est adaptative, on peut supposer que les individus sélectionneront des habitats leur permettant de maximiser leur performance. D’autre part, les conditions environnementales dans les habitats peuvent affecter les performances individuelles, impliquant ainsi que la sélection des habitats peut avoir des conséquences physiologiques. Par ailleurs, l’environnement social peut influencer la performance physiologique des individus. L’objectif général de la thèse est l’étude des déterminants et des conséquences physiologiques de la sélection des habitats chez les poissons. Dans un premier temps, nous avons créé et comparé la capacité prédictive de modèles de sélection des habitats pour l’achigan à petite bouche Micropterus dolomieu intégrant la variabilité individuelle. Nos résultats ont démontré que l’intégration de la variabilité individuelle permettait d’identifier les variables influençant la sélection des habitats au niveau individuel, des groupes et de la population. Les modèles incluant les variables représentant la présence de refuges dans les habitats avaient un meilleur pouvoir prédictif que ceux qui ne les incluaient pas. Par ailleurs, des groupements d’individus présentant des similitudes dans leur sélection d’habitats ont été identifiés. Malgré tout, la variabilité dans la sélection des habitats entre les individus était nettement plus grande que la variabilité entre les groupes. Nous avons démontré que la présence de refuge était la variable la plus importante à considérer dans les modèles de sélection d’habitats pour les achigans à petite bouche. Nous avons ensuite investigué si la présence de refuge pouvait influencer différents traits métaboliques des achigans à petite bouche grâce à des expériences de respirométrie en laboratoire. La présence de refuge a diminué les taux métaboliques au repos (RMR) des achigans provenant d’un lac alors qu’il n’y a pas eu d’effet sur les achigans provenant d’une rivière. En considérant la position hiérarchique des individus, nous avons noté que les individus dominants avaient un temps de récupération plus court en présence de refuge alors que la présence de refuge n’a rien changé pour les individus soumis. Finalement, nous avons étudié si l’environnement social, en particulier la taille du groupe social, pouvait influencer l’estimation des taux métaboliques des poissons en présence ou en absence de refuge. Nous avons cette fois mené des expériences sur des vairons Phoxinus phoxinus, des poissons très sociaux. Les vairons gardés en petits groupes avaient des taux métaboliques plus élevés que ceux gardés en grands groupes. La présence de refuge a diminué les taux métaboliques indépendamment de la taille des groupes. Nos résultats ont démontré que la taille des groupes peut influencer les dépenses énergétiques des individus, ce qui souligne l'importance de comprendre le rôle des dynamiques sociales sur les variations dans les traits métaboliques. Les résultats de la thèse démontrent l’importance de tenir compte de l’environnement physique et de l’environnement social pour mieux comprendre les conséquences physiologiques de la sélection des habitats. / Habitat selection is an important behaviour that relates individuals to the environmental conditions in their habitat, and is generally studied to infer population-level patterns of distributions. Habitat selection varies among individuals and there is growing evidence that individual differences often exceed population differences in habitat selection. On the one hand, if habitat selection is adaptive, it could be hypothesized that individuals would select habitats that would maximize their fitness. On the other hand, environmental conditions in habitats can have physiological consequences, which can be amplified or masked by the social environment. Therefore, the general objective of this thesis was to better understand the determinants and physiological consequences of habitat selection. We created and compared the predictive capacity of habitat selection models for smallmouth bass Micropterus dolomieu integrating individual variability. Our results show that by integrating individual variability, we could identify variables influencing individual-, group-, and population-level habitat selection. Models that included variables referring to presence of shelter had the best predictive capacity. Further, we identified groups of individuals defined by their habitat selection. Nevertheless, variation in habitat selection among individuals was higher than that among groups. Presence of shelter was the main correlate of habitat selection for smallmouth bass. We then we tested whether presence of shelter could influence smallmouth bass metabolic traits estimated during respirometry trials. In presence of shelter, resting metabolic rates (RMR) were lower than in absence of shelter for smallmouth bass from a lake population. There was no difference in RMR for smallmouth bass from a river population. Further, dominant individuals showed reduced recovery time (RT) in presence of shelter, while no difference was observed in subordinate individuals. We investigated how social group size and availability of shelter could influence metabolic rate. This project was conducted on Eurasian minnow Phoxinus phoxinus, a highly social fish. Fish held in smaller groups had higher standard metabolic rate as compared to that of fish held in larger groups. Presence of shelter during respirometry trials was associated with reduced metabolic rates, regardless of group size fish were held in. Our results suggest that social group size may directly influence energy demands of individuals, highlighting the importance of understanding the role of group size on variations in physiological traits associated with energy expenditure. Our results highlight the importance of considering the physical and social environment to better understand the physiological consequences of habitat selection.

Les patients atteints de stéatose hépatique non alcoolique (NAFLD) développent fréquemment des manifestations cardiovasculaires. Bien que souvent liées à l'obésité, ces anomalies peuvent également se développer chez des patients non obèses atteints de NAFLD impliquant que cette pathologie hépatique joue, en soi, un rôle dans la pathogenèse des complications cardiaques. Pour répondre à cette question et étudier les mécanismes sous-jacents indépendamment de toutes perturbations métaboliques et comorbidités préexistantes, nous avons utilisé un modèle murin arborant une déficience mitochondriale hépatique associée à un défaut d'assemblage du complexe IV de la chaîne respiratoire. Ce modèle murin avait préalablement été caractérisé au niveau hépatique mettant alors en évidence le développement d'une stéatose microvésiculaire et un profil lipidomique similaire à celui observé chez les patients atteints d'une NAFLD sans obésité. L'identification des mécanismes qui sous-tendent le développement et la progression de la NAFLD sans obésité et de ces répercussions extra-hépatiques ne faisant pas l'objet d'un très grand nombre d'études fondamentales, l'objectif principal était donc d'étudier l'axe foie-coeur. Dans le cadre des travaux de ce mémoire, nous avons cherché à approfondir la caractérisation hépatique, préalablement faite à l'âge de 5 semaines et ayant fait l'objet de publications par des laboratoires collaborateurs. Nous avons par la suite investigué la glycémie, l'insulinémie et le profil des lipoprotéines plasmatiques pour finir par l'analyse du métabolisme et de la fonction cardiaque. L'ensemble de ces expériences ont été faites en prenant en compte l'impact non négligeable du sexe sur la physiopathologie de la NAFLD. Nos résultats ont dévoilé un important remodelage phénotypique sexe-dépendant allant au-delà des lésions hépatiques. Les mâles un peu plus que les femelles présentaient une hypoglycémie à jeun et une sensibilité accrue à l'insuline. Ils présentaient un léger dysfonctionnement diastolique soutenu par un remodelage des lipoprotéines circulantes et dans une certaine mesure, par un remodelage du lipidome cardiaque. À l'inverse, les femelles ne manifestaient aucun dysfonctionnement cardiaque, mais présentaient des déficiences cardiométaboliques soutenues par une altération de l’intégrité et la fonction mitochondriale, un remodelage des lipoprotéines circulantes et une accumulation intracardiaque de triglycérides. À la lumière de ces résultats, cette étude souligne que les défauts métaboliques dans le foie peuvent entraîner des anomalies significatives et dépendantes du sexe affectant à la fois le phénotype mitochondrial/métabolique et la fonction contractile indépendamment de l'obésité. Ce modèle expérimental pourrait s'avérer utile dans la compréhension des mécanismes sous-jacents à la variabilité liée au sexe dans la progression de la NAFLD chez l'homme non obèse. / Cardiac abnormalities often develop in patients with non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD). Although frequently linked to obesity, these abnormalities can also develop in patients with lean-NAFLD, implying that the liver pathology per se plays a role in the pathogenesis of cardiac complications. To address this question and investigate the underlying mechanisms independent of any pre-existent metabolic disruptions and comorbidities, we used a murine model of hepatic mitochondrial deficiency associated with a defect in the assembly of respiratory chain complex IV. This mouse model had previously been characterized at the hepatic level, showing the presence of microvesicular steatosis, and a lipidomic profile similar to that observed in patients with lean-NAFLD. Because few fundamental studies have adressed the identification of mechanisms underlying the development and progression of lean-NAFLD and its extrahepatic repercussions, the main aim was to study the liver-heart axis. As a part of this master's project, we sought to deepen the hepatic characterization of this mouse model, previously done at 5-weeks of age, and published by collaborators. We then investigated glycemia, insulinemia and plasma lipoprotein profile, and finally examined cardiac metabolism and function. All these experiments were done in consideration of the non-negligible impact of sexe on the pathophysiology of NAFLD. Our results unveiled a sex-dependent multi-faceted phenotypic remodeling that went beyond liver damage. Males, slightly more than females, showed fasting hypoglycemia and increased insulin sensitivity. They exhibited mild diastolic dysfunction supported by remodeling of the circulating lipoproteins, and to some extent remodeling of cardiac lipidome. Conversely, females did not manifest cardiac dysfunction, but exhibited cardiometabolic impairments supported by impaired mitochondrial integrity and function, remodeling of circulating lipoproteins, and intracardiac accumulation of triglycerides. In light of these findings, this study underscores that metabolic defects in the liver can result in significant sex-dependent abnormalities that affect both the mitochondrial/metabolic phenotype and contractile function independent of obesity. This experimental model may prove useful to better understand the mechanisms underlying the sex-related variability in the progression of lean-NAFLD in humans.