Le glutamate de sodium (MSG) est un exhausteur de goût abondamment utilisé dans le monde entier pour son goût unique appelé " umami ". Au vu des données bibliographiques qui suggèrent que, le L-glutamate en tant qu'acide aminé libre peut représenter un signal dans plusieurs fonctions physiologiques de par la présence de récepteurs au glutamate au niveau périphérique ; nous avons étudié les effets d'une supplémentation en MSG sur la physiologie gastro-intestinale, les sécrétions pancréatiques et le métabolisme dans le modèle expérimental rat et chez des volontaires sains. Chez le rat, une supplémentation en MSG pendant 15 jours à hauteur de 2 g pour 100 g d'aliment provoquait une diminution de l'activité glutaminase intestinale et une augmentation de la concentration circulante de glutamine ainsi qu'une augmentation transitoire de l'insulinémie. Par contre, aucun effet sur la vidange gastrique et le transit gastro-intestinal n'a été observé malgré une accumulation de glutamate pendant 5 h dans l'estomac et pendant 1 h dans l'intestin grêle après le repas. <br />Chez le volontaire sain, une supplémentation en MSG à hauteur de 2 g par jour pendant 7 jours entraînait une augmentation de l'aire antrale de l'estomac pendant 2 h après le repas par rapport à une dose iso-sodée de NaCl. Cette phase précoce postprandiale était associée à une augmentation des concentrations circulantes d'acide glutamique, de leucine, d'isoleucine, de cystéine, de tyrosine, d'ornithine et de sérine. Cependant, l'augmentation de l'aire antrale de l'estomac n'était apparemment pas associée à un effet sur la vidange gastrique puisque le MSG était sans effet sur le devenir de l'azote alimentaire. La réponse hormonale (insuline, GLP-1 et ghréline) n'est pas non plus modifiée. Enfin, les sensations de faim et de satiété mesurées par échelles analogiques visuelles n'étaient pas non plus influencées par la consommation de MSG. L'effet du MSG sur les sécrétions gastriques en tant que déterminant de l'augmentation de la distension antrale sans modification de la vidange gastrique est discuté ainsi qu'un éventuel effet d'épargne du glutamate sur le catabolisme de certains acides aminés par l'intestin. <br />Ces résultats ont permis de mettre en évidence des effets d'une supplémentation en MSG sur des paramètres métaboliques et physiologiques sans effet délétère mesuré. D'autres études sont nécessaires afin de mieux comprendre les mécanismes d'action du MSG.

L'assimilation des protéines du repas met en jeu une cascade d'événements métaboliques, dynamiques et transitoires, contrôlant la distribution des acides aminés alimentaires dans les zones splanchnique et périphérique de l'organisme. Le recours à la modélisation compartimentale permet d'analyser les données cliniques obtenues sur ce système physiologique complexe afin de comprendre son fonctionnement par le biais d'une approche intégrée. Les travaux pionniers récemment opérés à ce sujet se sont heurtés à une difficulté majeure : la difficulté de mener à bien l'identification numérique de modèles multi-compartimentaux, qui consiste à trouver les valeurs de leurs paramètres permettant d'ajuster leurs prédictions aux observations disponibles sur le système, en particulier lorsque ces données sont rares ou parcellaires. Dans la continuité de cette démarche, nos travaux de thèse ont consisté à améliorer les techniques et à rationaliser les méthodes de modélisation disponibles au laboratoire, puis à utiliser ces développements méthodologiques afin d'étudier les phénomènes métaboliques impliqués dans la valorisation postprandiale spécifique de différentes sources protéiques sous différentes conditions nutritionnelles chez l'homme. Nous nous sommes d'abord intéressés aux différentes étapes du processus de développement d'un modèle multi-compartimental complexe décrivant la distribution inter-régionale de l'azote alimentaire en phase postprandiale chez l'homme, depuis l'obtention de données expérimentales sur le système étudié jusqu'à l'identification structurelle et numérique du modèle et sa validation. En particulier, nous avons cherché à simplifier l'étape critique de l'identification numérique des modèles compartimentaux, et nous avons développé une nouvelle méthode qui permet, grâce à une analyse de sensibilité préalable du modèle, de diviser le problème d'optimisation de grande taille en plusieurs sous-problèmes emboîtés de taille réduite, plus faciles à résoudre par les algorithmes classiques de recherche. Ces développement méthodologiques nous ont permis de construire un nouveau modèle global du métabolisme de l'azote alimentaire chez l'homme, décrivant les processus majeurs de son utilisation postprandiale depuis son absorption jusqu'à son assimilation régionale et son élimination par l'organisme. Ce modèle a été développé à partir de données expérimentales concernant l'apparition de l'azote alimentaire dans certains pools métaboliques de l'intestin, du sang et des urines obtenues chez des sujets sains au cours des 8 heures suivant l'ingestion d'un repas mixte solide contenant des protéines de blé marquées au 15N. Puis, ce modèle a été utilisé et/ou adapté afin de rendre compte de données supplémentaires, obtenues après l'ingestion de repas mixtes à base de protéines de lait ou de soja (repas liquides) ou de protéines de blé (repas solide) selon un protocole similaire, mais mené en deux occasions successives chez des sujets sains préalablement adaptés à un régime normoprotéique puis hyperprotéique. Les modèles ainsi développés ont permis de prédire les cinétiques gastro-intestinales de l'azote alimentaire dans le cadre physiologique de l'ingestion de repas mixtes (bolus), et d'étudier leur impact sur le métabolisme ultérieur de l'azote alimentaire, en particulier sur son utilisation anabolique et catabolique splanchniques. Ces modèles ont aussi permis d'étudier l'influence de facteurs qualitatifs (nature de la source protéique) ou quantitatifs (niveau habituel d'apport protéique) de l'apport protéique sur la valorisation postprandiale spécifique des protéines du repas. En particulier, ces travaux ont montré l'importance du phénomène de recyclage entéro-hépatique de l'azote alimentaire après l'ingestion d'une protéine de qualité nutritionnelle moyenne comme le blé. Ces résultats nous ont amenés à nous intéresser plus particulièrement aux cinétiques postprandiales de l'urée, ainsi qu'à leur modulation par différents facteurs alimentaires. Pour cela, nous avons développé un modèle régional spécifique des phénomènes métaboliques splanchniques de désamination et de recyclage entéro-hépatique, qui est en réalité un sous-système des modèles globaux précédents. Ce modèle a permis, à partir de données obtenues uniquement aux niveaux sanguin et urinaire, d'étudier l'influence de facteurs qualitatifs et quantitatifs de l'apport protéique sur les cinétiques postprandiales de production, d'excrétion et d'hydrolyse de l'urée d'origine alimentaire et endogène. Nos travaux de modélisation ont permis d'apporter des informations originales et nouvelles concernant l'influence de différents facteurs alimentaires sur le devenir métabolique postprandial de l'azote alimentaire chez l'homme. Ces travaux pourraient être renouvelés et poursuivis par l'analyse de nouvelles données obtenues sous différentes conditions physiopathologiques afin de définir des stratégies nutritionnelles adaptées à ces situations.

L'obésité - caractérisée par l'accumulation de lipides dans le tissu adipeux, puis dans les tissus périphériques tels que le foie et les muscles squelettiques - entraine des dysfonctionnements métaboliques de ces tissus. Sur le long terme, même s'il est fréquemment rapporté une augmentation de la masse maigre, l'obésité s'accompagne d'une perte de masse musculaire. La perte de poids a un impact positif sur les comorbidités associées à l'obésité. Toutefois, lorsqu'elle est induite par une restriction alimentaire, elle peut être associée à une perte demasse musculaire. L'association d'une activité physique à la restriction alimentaire peut limiter la perte de muscles. Sur le plan métabolique, la masse musculaire dépend essentiellement du renouvellement des protéines qui le composent. Aussi, l'objectif du travail de thèse a été de caractériser les modifications du métabolisme protéique musculaire, et particulièrement les modifications de la protéosynthèse, au cours du développement de l'obésité et pendant une perte de poids induite par un régime hypolipidique associé ou non à un exercice d'endurance. La première étude a permis de montrer qu'il existe deux phases distinctes lors du développement de l'obésité chez le rat. La première est associée à un gain de poids et de masse musculaire, associée à une augmentation de la vitesse de synthèse (FSR) des protéines myofibrillaires et mitochondriales spécifiquement dans le muscle glycolytique tibialis anterior, en postabsorptif. La seconde est associée à une stabilisation du poids, une réduction de la masse musculaire et à une diminution du FSR des protéines mitochondriales dans le tibialis anterior, alors même qu'une accumulation lipidique se produit dans ce muscle. Le muscle oxydatif soleus n'est pas affecté. La deuxième étude a montré qu'une restrictionlipidique isocalorique ou que la pratique d'un exercice en endurance régulier ne préviennent pas la perte de masse musculaire induite par l'obésité, contrairement à l'association des deux traitements. L'exercice seul ou associé au régime hyperlipidique stimule le FSR des protéinesmyofibrillaires dans le tibialis anterior, mais l'exercice ne stimule le FSR des protéines myofibrillaires et mitochondriales dans le muscle oxydatif soleus que lorsqu'il est associé à la restriction lipidique. En conclusion, ce travail a mis en évidence, d'une part, que la synthèseprotéique musculaire en postabsorptif et la masse musculaire sont différemment affectées en fonction du stade de développement de l'obésité et que, d'autre part, la synthèse protéique musculaire en postabsorptif est différemment affectée en fonction de la typologie musculaire. D'autre part, l'exercice a un impact bénéfique sur la masse musculaire et sur la protéosynthèse, mais cet effet "anabolisant" est limité par le régime hyperlipidiquehypersucré. Pour transposer ces données chez l'homme, une étude clinique qui porte sur l'effet de la perte de poids induite par chirurgie bariatrique sur le métabolisme protéique musculaire a été mise en place et est actuellement en cours. / Obesity - characterized by lipid accumulation in adipose tissue and in peripheral tissues such as liver and skeletal muscles - leads to metabolic dysfunction of these tissues. In the long term, although it is frequently reported an increase in lean mass, obesity is accompanied by a loss of muscle mass. Weight loss has a positive impact on comorbidities associated with obesity. However, when it was induced by dietary restriction, it may be associated with muscle mass loss. The association of physical activity to food restriction may limit muscle mass loss. Metabolically, muscle mass depends essentially on proteins turnover, i.e. protein synthesis and breakdown. Therefore, the aim of the thesis work was to characterize changes in muscle protein metabolism, especially changes in protein synthesis, during obesity development and weight loss induced by a low-fat-diet with or without endurance exercise. The first study has shown that there are two distinct phases in the development of obesity in rats. The first is associated with body weight and muscle mass gains and an increase in myofibrillar and mitochondrial proteins synthesis rate (FSR), specifically in glycolytic muscle tibialis anterior, in postabsorptive state. Oxidative muscle soleus was not affected. The second phase is associated with body weight stabilization, reduced muscle mass and a decrease in the mitochondrial proteins FSR in the tibialis anterior. The second study has shown that isocaloric low-fat-diet or the practice of regular endurance exercise do not prevent muscle mass loss induced by obesity, unlike the combination of both treatments. Exercise alone or associated with high-fat diet stimulates the FSR of myofibrillar proteins actin in tibialis anterior muscle, but exercise stimulates the FSR of myofibrillar and mitochondrial proteins in the oxidative muscle soleus only when it is associated with lipid restriction. In conclusion, this study has shown firstly that muscle protein synthesis in postabsorptive state and muscle mass are differently affected depending on the stage of obesity development, and, secondly that muscle protein synthesis in postabsorptive state is differently affected depending on muscle typology. On the other hand, exercise has a beneficial effect on muscle mass and protein synthesis, but this "anabolic" effect is limited by the high-fat, high-sucrose diet. To transpose these data in humans, a clinical study that examines the effect of weight loss induced by bariatric surgery on muscle protein metabolism has been established and is currently underway.

L’anorexie mentale (AN), un trouble du comportement alimentaire multifactoriel, se traduit par une perte de poids. La sévère dénutrition retrouvée dans l’AN est associée à des altérations métaboliques induisant une dérégulation de l’axe intestin cerveau. Les mécanismes physiopathologiques sont encore mal connus. Le travail de cette thèse était de mieux appréhender les dysfonctions de l’axe intestin cerveau en évaluant le métabolisme protéique de divers tissus (hypothalamus, côlon et estomac) dans un modèle murin d’anorexie par une approche protéomique. Le premier travail a permis de mieux caractériser le modèle d’anorexie nommé activity-based anorexia (ABA) en fonction du sexe. Puis les différentes analyses protéomiques ont permis de constater une adaptation tissu dépendant des mécanismes régulant l’équilibre énergétique, avec une activité cérébrale potentiellement augmentée au détriment des fonctions digestives. Chez les souris femelles ABA, il a été constaté une augmentation d’expression de protéines mitochondriales au niveau de l’hypothalamus et à l’inverse, une diminution du métabolisme protéino-énergétique au niveau colique avec un rôle de la voie de signalisation mTOR. L’autophagie était augmentée dans ces deux tissus. Ensuite, nous avons démontré un ralentissement de la vidange gastrique secondaire à la dénutrition, et l’analyse protéomique a permis de constater une augmentation du stress oxydant au niveau de l’antre des souris ABA femelles. Ces altérations peuvent contribuer aux troubles fonctionnels gastro intestinaux. En conclusion, nos études soulignent des mécanismes d’adaptation tissu dépendants dans l’anorexie, qui devront être ultérieurement approfondis. / Anorexia nervosa, a multifactorial eating disorder, is a major public health problem and results in a severe body weight loss. The severe malnutrition observed in anorectic patients is associated with metabolic alterations inducing disturbance of the gut-brain axis. However, involved mechanisms remained poorly understood. The aim of the present thesis was to better understand the alterations of the gut-brain axis in the activity-based anorexia (ABA) model by evaluating the protein metabolism of various tissues (hypothalamus, colon and stomach) by proteomic approach. Firstly, we have better characterized the response to ABA model according to sex. Then, different proteomic analyses were performed using female C57BL/6 mice. Our results revealed a tissue-dependent adaptation of protein and energy metabolism with an increased hypothalamic activity and a decrease in the gastrointestinal tract. Indeed, ABA mice exhibited an increased expression of proteins involved in mitochondrial metabolism at the level of the hypothalamus, and conversely a decrease of proteins involved in protein and energy metabolism in colonic mucosa with a key role of the mTOR signaling pathway. Both in hypothalamus and colon, autophagy was increased. We were also able to show that gastric emptying was delayed in ABA mice that is mainly due to malnutrition. In addition, proteomic analysis revealed an increase in gastric oxidative stress in female ABA mice. These alterations may contribute to the gastrointestinal functional disorders frequently described in anorexia nervosa. In conclusions, our study underlined tissue-dependent adaptive metabolic process during anorexia that should be further explored.