L'hypothalamus joue un rôle critique dans la régulation des systèmes physiologiques et de l'homéostasie. Il relaie au niveau central les signaux ou hormones sécrétées en périphérie. L'intégration de ces signaux s'effectue au niveau des interfaces sang/cerveau. Trois grandes interfaces sang/cerveau sont décrites au niveau central : la barrière hémato-encéphalique, les plexus choroïdes et les organes circumventriculaires. Alors que les deux premières sont bien caractérisées, les organes circumventriculaires sont mal connus. La région tubérale de l'hypothalamus médiobasal est une région cérébrale organisée autour du troisième ventricule. Elle a la particularité de contenir à la fois des noyaux hypothalamiques impliqués dans la régulation de grandes fonctions neuroendocrines et l'éminence médiane. L'éminence médiane est un organe circumventriculaire caractérisé par la présence de capillaires fenêtrés permettant la diffusion des molécules circulantes dans le parenchyme cérébral. Cependant, l'éminence médiane est également constituée de cellules épendymogliales particulières appelées tanycytes et dont les fonctions sont encore mal connues. Une des hypothèses est que les tanycytes formeraient une interface sang/cerveau impliquée dans la régulation des échanges entre le sang porte et le liquide céphalorachidien. En accord avec cette hypothèse, des expériences d'immunohistochimie entreprises chez la souris adulte nous ont indiqué que les tanycytes expriment des protéines de jonctions serrées et que cette expression et différente selon leur localisation. En effet, les tanycytes ventraux de l'éminence médiane expriment l'occludine, zonula-occludens-1, la claudine 5 et la claudine 1. De façon intéressante, ces protéines sont organisées en forme de nids d'abeilles autour des corps cellulaires des tanycytes. A l'inverse, les tanycytes dorsaux localisés sur les parois latérales du ventricule expriment l'occludine, zonula occludens-1 et la claudine 5 mais ces protéines ne sont pas organisées en nids d'abeille. Parallèlement, des injections de bleu d'Evans ont permis de montrer que seuls les tanycytes ventraux possèdent des jonctions serrées étanches qui restreignent les échanges entre le compartiment sanguin et le liquide céphalorachidien. En revanche, les tanycytes dorsaux sont perméables à la diffusion du bleu d'Evans indiquant ainsi que les échanges entre le liquide céphalorachidien et le noyau arqué hypothalamique ne sont pas restreints. Cette expression différentielle des protéines de jonctions serrées au niveau de la région tubérale de l'hypothalamus médiobasal est retrouvée également chez le rat adulte. De façon intéressante, des études plus poussées montrent que quelque soit le niveau antéropostérieur étudié, la présence de capillaires fenêtrés est toujours corrélée à la présence de tanycytes exprimant des protéines de jonctions serrées sous forme de nids d'abeilles et qui restreignent la communication entre le sang et le liquide céphalorachidien dans l'hypothalamus médiobasal. Ces résultats suggèrent fortement l'existence d'une intercommunication entre tanycytes et cellules endothéliales impliquée dans la mise en place du phénotype de barrière des tanycytes ventraux. Enfin des résultats préliminaires indiquent que les tanycytes expriment également des protéines de jonctions serrées chez l'Homme adulte. Notre travail montre que chez l'adulte, les tanycytes de l'éminence médiane constituent une interface sang/cerveau impliquée dans la régulation des échanges entre le sang porte et le liquide céphalorachidien. En parallèle, ces résultats apportent de nouvelles informations dans la compréhension des mécanismes régulant l'accès des hormones périphériques au noyau arqué hypothalamique et indiquent que l'éminence médiane pourrait être une voie de passage privilégiée vers ce noyau.

Le kisspeptine est un peptide, encodé par le gène Kiss1, qui joue un rôle majeur dans le contrôle central de la fonction de reproduction en régulant la sécrétion du GnRH après la naissance. Les neurones exprimant Kiss1 apparaissent avant la naissance exclusivement dans le noyau arqué. Les objectifs de cette thèse étaient de décrire comment le système s‟organise avant la naissance en fonction du sexe à une période où il existe chez le mâle un pic prénatal de testostérone, puis de déterminer si cette organisation pouvait être influencée par les stéroïdes sexuels. Nos résultats ont permis 1) de caractériser précisément chez la souris la mise en place des cellules kisspeptine en fonction du sexe et d‟identifier un gradient de différenciation antéro-postérieur sexe-indépendant 2) de mettre en évidence une interaction réciproque avec les neurones à GnRH, chez les mâles et les femelles, suggérant ainsi une certaine maturité du système 3) de montrer la diversité des récepteurs aux stéroïdes sexuels déjà exprimés par ces cellules avant la naissance ainsi que l‟émergence d‟un dimorphisme sexuel 4) de démontrer la sensibilité et la réponse morphologique à l'oestradiol de ces cellules in vitro après la mise au point du premier modèle de culture primaire de cellules kisspeptine. / Kisspeptin neurons express the Kiss1 gene encoding kisspeptin, a potent neuropeptide secretagogue of gonadotropin releasing hormone (GnRH) that plays a fundamental role in regulation of reproductive life cycles after birth. Neurons expressing Kiss1 appear before birth only in the arcuate nucleus. The overall purpose of this study is to understand how kisspeptin neurons are set up during fetal development, if and how estrogen signaling in these cells could interfere with their development at a time of a prenatal testosterone peak in male. Our finding showed 1) precisely the placement of kisspeptin cells as a function of sex and to identify a sex-independent anteroposterior differentiation gradient 2) a reciprocal interaction with GnRH neurons, in males and females, thus suggesting a certain maturity of the system 3) the diversity of sexual steroids receptors already expressed by these cells before birth as well as the emergence of a sexual dimorphism 4) sensitivity and morphological response to estradiol of these cells in vitro after the development of the first primary culture model of kisspeptin cells.

Le maintien de l'homéostasie énergétique est placé sous le contrôle de cytokines qui agissent dans le système nerveux central, notamment au niveau de l'hypothalamus. En particulier, la leptine, cytokine produite par le tissu adipeux, diminue la prise alimentaire et stimule la perte de poids. L'obésité est une épidémie mondiale qui progresse de façon alarmante, notamment chez les enfants et souvent associée à des pathologies sévères et des désordres endocriniens comme la résistance à la leptine ou à l'insuline. Le CNTF (Ciliary Neurotrophic Factor) est une neurocytokine de la même famille que la leptine dont l'un des principaux avantages est qu'il stimule la perte de poids dans les cas de leptino-résistance en activant les mêmes voies de signalisation que la leptine (Benomar et al., 2009). Face à l'épidémie mondiale d'obésité,chez la population adulte comme enfantine, il apparaît nécessaire de décrypter les mécanismes impliqués dans la genèse de la maladie ainsi que les potentiels agents thérapeutiques.L'objectif premier de ce travail de thèse a été de caractériser l'impact d'une alimentation maternelle hyperlipidique (HF) sur les capacités de contrôle de l'homéostasie énergétique chez la descendance. En effet, le concept de " programmation métabolique " propose que des pertubations de l'environnement périnatal puissent influencer durablement la descendance, la rendant plus susceptible de développer une obésité dans un contexte nutrionnellement riche.Des études menées au sein du laboratoire ont montré qu'un régime maternel HF pouvait programmer l'acquisition de la leptino-résistance chez la descendance à l'âge adulte (Ferezou-Viala et al., 2007b). Nous avons donc testé la prédispostion de ces animaux à prendre du poids lorsqu'ils étaient nourris avec un régime hypercalorique (P). Nos données ont montréqu'étonnamment, le régime maternel HF protégeait la descendance contre le gain de poids induite par le régime P, induisait des modifications d'expression des marqueurs de l'homéostasie énergétique dans le foie et l'hypothalamus, ainsi que de profondes réorganisations cytoarchitectoniques dans le noyau arqué. Plus précisément, le régime maternel HF était associé à une réorganisation de la couverture astrocytaire périvasculaire dans le noyau arqué de la descendance qui persistait à l'âge adulte.Dans une seconde partie de la thèse, nous avons étudié les mécanismes d'action du CNTF. En effet, notre équipe a récemment mis en évidence que le CNTF endogène pourrait jouer un rôle dans la régulation de l'homéostasie énergétique. Les niveaux hypothalamiques de cette cytokine, présente dans les astrocytes et les neurones du noyau arqué, augmentent chez les animaux résistant à une alimentation hypercalorique. Cela pourrait suggérer un rôle protecteur du CNTF contre la prise de poids chez certains individus (Vacher et al., 2008). A ce jour, les mécanismes d'action du CNTF restent cependant mal compris car ce dernier ne possède pas de peptide signal et n'est donc pas sécrété selon des mécanismes d'exocytose classiques. Partant du constat que le CNTF et ses sous-unités réceptrices étaient distribuées de façon similaire dans les cellules du noyau arqué, nous avons émis l'hypothèse que le CNTF pourrait exercer une action intracellulaire sur les cellules de cette structure. Dans cette étude nous démontrons que le CNTF peut interagir directement avec ses récepteurs dans le noyau des neurones anorexigènes du noyau arqué, pour réguler leur activité transcriptionnelle. Ces données proposent ainsi un nouveau mécanisme à l'action anorexigène du CNTF

Le concept de programmation métabolique repose sur les études épidémiologiques pionnières menées par David Barker à la fin des années 1980 : une sous-nutrition maternelle durant la grossesse est un contributeur majeur au faible poids de naissance d’une part, et au développement du syndrome métabolique à l’âge adulte d’autre part. Ces dernières années, le concept de programmation métabolique a été étendu de l’état physiopathologique à l’état de santé. Le concept « Developmental Origins of Health and Disease » (DOHaD) postule que l’environnement périnatal (grossesse et allaitement) conditionne la physiologie de la descendance à long terme. Au delà d’une sous-nutrition périnatale, de nombreuses études expérimentales menées chez l’animal ont montré qu’un régime maternel hyperlipidique périnatal pouvait également entrainer des modifications métaboliques chez les descendants adultes.Au niveau central, le noyau arqué hypothalamique (ARC) est un régulateur important du métabolisme. L’environnement périnatal altère-t-il certaines régulations moléculaires dans l’ARC ? Chez les mammifères, l’expression du génome est modulée par de petits ARN d’une vingtaine de nucléotides, les microARN (miARN), inhibiteurs de la traduction des ARNm en protéines ou initiateurs de leur dégradation. Les miARN participent-ils à la régulation de l’expression génique dans l’ARC ? Un régime hyperlipidique modifie-t-il leur expression ? C’est l’hypothèse que j’ai testée au cours de ma thèse.Mon travail de thèse a consisté d’une part à caractériser physiologiquement un modèle de programmation métabolique par un régime maternel hyperlipidique chez le rat, et d’autre part à étudier les populations de miARN dans l’ARC de la descendance. Pour cela, des mères ont été nourries avec un régime équilibré ou différents régimes hyperlipidiques (HF1 et HF2) durant les périodes de gestation et lactation.Le régime maternel hyperlipidique HF1 entraine une hyperinsulinémie attestant une insulino-résistance qu’il soit donné durant la période périnatale ou à l’âge adulte. La conjonction d’un régime HF durant la période périnatale et à l’âge adulte entraine en plus une hyperglycémie.J’ai étudié la descendance de mères nourries avec le régime HF1 (mères HF) à cinq stades postnataux (P4, P8, P14, P21 et P28), un stade juvénile (P75) et un stade adulte (P216). J’ai également étudié l’éventuel effet additif d’un régime hyperlipidique donné à l’âge adulte.J’ai étudié les profils d’expression de plus de 500 miARN pour chaque ARC par la technologie de séquençage haut-débit. J’ai tout d’abord établi la cinétique d’expression des miARN de chacune de ces descendances. 10% à 20% des miARN montrent une différence d’expression supérieure à trois fois stade à stade. Ceci est vrai que les descendants soient nés de mères nourries avec le régime équilibré ou HF1. Le régime maternel HF1 montre peu d’impact sur les profils d’expressions de miARN à ces stades de développement précoces. A chaque stade, seuls 3% à 7% des miARN ont une expression statistiquement supérieure à trois fois. Ces données démontrent que les miARN présentent une expression robuste au cours du développement post-natal, c’est à dire durant la période de maturation des circuits neuronaux de l’ARC.Aucune différence n’est observée durant la période juvénile. Cependant à l’âge adulte, 8% des miARN ont une expression statistiquement supérieure à trois fois chez les descendants HF1. L’ensemble de ces résultats démontre que l’expression des miARN chez l’adulte, après une période de latence, reflète le contexte lipidique périnatal. L’expression des miARN de l’ARC, tout comme la sensibilité à l’insuline, est soumis à une programmation par le régime alimentaire maternel. / The concept of metabolic programming is based on the pioneering epidemiological studies realised by David Barker in the late 1980s : maternal undernutrition during pregnancy is a major contributor to low birth weight on one hand and the development of metabolic syndrome in adulthood on the other hand. In the last few years, the metabolic syndrom spreads to the“Developmental Origins of Health and Disease”(DOHaD) concept that postulates that the perinatal (pregnancy and lactation) environment influences the long term offspring’s physiology. Beyond the perinatal undernutrition impact, many experimental studies carried out on the animals have highlighted that a maternal perinatal high fat diet is responsible for metabolic disorders on the offspring.In the central nervous system, the arcuate nucleus (ARC) is an important regulator of metabolism. May an perinatal environment impares the molecular regulations in the ARC ? In the mammals, the genome expression is modulated by small RNAs of about twenty nucleotides, the microRNAs (miRNAs), that regulate, post-transcriptionnally, target mRNA degradation or translation. May the miARN participate to the gene expression regulation in the ARC ? May a high fat diet modify their expression ? This is the hypothesis tested in my thesis.My thesis work consisted on one hand to characterized a metabolic programming experimental model by a high fat maternal diet in the rat and on the other hand to study the miRNA populations of the ARC of the offspring. To this end, the dams were fed with a balanced or different high fat diet (HF1 and HF2) during gestation and lactation.The maternal HF1 diet lead to an hyperinsulinemia revealing the insulino-resistance when the diet is given during the perinatal periode or adulthood stages. The combination of a HF diet during the perinatal period and in adulthood leads to an hyperglycaemia.I have studied the offspring of dams fed HF1 (dams HF1) at five developmental stages (P4, P8, P14, P21 et P28), one juvenile stage (P75) and one adulthood stage (P216). I also studied the potential impact of an additionnal high fat diet given at adulthood stages.I have studied the expression pattern of over 500 miARN for each ARC by the high throughput sequencing technology. First of all, I have established the miARN expression kinetiks of each offspring. 10 percent to 20 percent of miARN have a fold-change more than 3 between stages. This is right for the offspring of HF dams or balanced dams. The maternal HF1 diet reveals few impacts on miRNA expression pattern during the early post-natal period. At each stages, only 3 percent to 7 percent of miARN have a fold-change more than 3. This results demonstating the high dynamics and robustness of miRNA populations in ARC at a time of maturation and circuitry organization of ARC neurons.No differences were observed during the juvenile period. However, in adulthood, 8% of miRNAs have a fold-change more than 3 in offspring HF1. All of these results demonstrating that the miARN expression of the adult, after a period of latence, reflects the perinatal lipidic context. The miARN expression of the ARC, as well as the insulin sensitivity, is submitted to a programming by a maternal diet.

Le maintien de l’homéostasie énergétique est placé sous le contrôle de cytokines qui agissent dans le système nerveux central, notamment au niveau de l’hypothalamus. En particulier, la leptine, cytokine produite par le tissu adipeux, diminue la prise alimentaire et stimule la perte de poids. L’obésité est une épidémie mondiale qui progresse de façon alarmante, notamment chez les enfants et souvent associée à des pathologies sévères et des désordres endocriniens comme la résistance à la leptine ou à l’insuline. Le CNTF (Ciliary Neurotrophic Factor) est une neurocytokine de la même famille que la leptine dont l’un des principaux avantages est qu’il stimule la perte de poids dans les cas de leptino-résistance en activant les mêmes voies de signalisation que la leptine (Benomar et al., 2009). Face à l’épidémie mondiale d’obésité,chez la population adulte comme enfantine, il apparaît nécessaire de décrypter les mécanismes impliqués dans la genèse de la maladie ainsi que les potentiels agents thérapeutiques.L’objectif premier de ce travail de thèse a été de caractériser l’impact d’une alimentation maternelle hyperlipidique (HF) sur les capacités de contrôle de l’homéostasie énergétique chez la descendance. En effet, le concept de « programmation métabolique » propose que des pertubations de l’environnement périnatal puissent influencer durablement la descendance, la rendant plus susceptible de développer une obésité dans un contexte nutrionnellement riche.Des études menées au sein du laboratoire ont montré qu’un régime maternel HF pouvait programmer l’acquisition de la leptino-résistance chez la descendance à l’âge adulte (Ferezou-Viala et al., 2007b). Nous avons donc testé la prédispostion de ces animaux à prendre du poids lorsqu’ils étaient nourris avec un régime hypercalorique (P). Nos données ont montréqu’étonnamment, le régime maternel HF protégeait la descendance contre le gain de poids induite par le régime P, induisait des modifications d’expression des marqueurs de l’homéostasie énergétique dans le foie et l’hypothalamus, ainsi que de profondes réorganisations cytoarchitectoniques dans le noyau arqué. Plus précisément, le régime maternel HF était associé à une réorganisation de la couverture astrocytaire périvasculaire dans le noyau arqué de la descendance qui persistait à l’âge adulte.Dans une seconde partie de la thèse, nous avons étudié les mécanismes d’action du CNTF. En effet, notre équipe a récemment mis en évidence que le CNTF endogène pourrait jouer un rôle dans la régulation de l’homéostasie énergétique. Les niveaux hypothalamiques de cette cytokine, présente dans les astrocytes et les neurones du noyau arqué, augmentent chez les animaux résistant à une alimentation hypercalorique. Cela pourrait suggérer un rôle protecteur du CNTF contre la prise de poids chez certains individus (Vacher et al., 2008). A ce jour, les mécanismes d’action du CNTF restent cependant mal compris car ce dernier ne possède pas de peptide signal et n’est donc pas sécrété selon des mécanismes d’exocytose classiques. Partant du constat que le CNTF et ses sous-unités réceptrices étaient distribuées de façon similaire dans les cellules du noyau arqué, nous avons émis l’hypothèse que le CNTF pourrait exercer une action intracellulaire sur les cellules de cette structure. Dans cette étude nous démontrons que le CNTF peut interagir directement avec ses récepteurs dans le noyau des neurones anorexigènes du noyau arqué, pour réguler leur activité transcriptionnelle. Ces données proposent ainsi un nouveau mécanisme à l’action anorexigène du CNTF / Obesity is a major health disease which involves numerous metabolic disorders. Increasing evidence suggests that the risk of developing the pathology in adulthood may be influenced through inappropriate perinatal nutrition. In our study, we first investigated the impact of a maternal high-fat (HF) diet, which is known to induce hypothalamic leptin resistance in adult offspring (Férézou-Viala et al., 2007), to develop obesity in a rich diet environment (P diet). Our results showed that surprisingly, HF maternal diet protected offspring against body weight gain induced by P diet. In a second part of the thesis, we studied mechanisms of action of CNTF, a neurocytokine which could protect some people against body weight gain induced by a P diet (Vacher et al., 2008). Results of this study showed that CNTF ant its subunits receptors could translocate to the hypothalamic cell nucleus to induced POMC transcription.

Dans ce travail, nous démontrons que STIM1, un senseur calcique activé par la déplétion du Ca2+ intracellulaire du réticulum endoplasmique, est indispensable pour la signalisation calcique et la préférence oro-sensorielle du gras. Nous observons que l'acide linoléique (LA), en activant les phospholipases A2 via CD36, produit de l'acide arachidonique (AA) et de la lyso-phosphatidylcholine (lyso-PC). Cette activation déclenche un influx calcique dans les cellules CD36-positives, et induit la production du facteur CIF (Ca2+ Influx Factor). CIF, AA et lyso-PC exercent différentes actions sur l'ouverture des canaux SOC (Stored Operated Calcium Channel) constitués de protéines Orai et contrôlés par STIM1. Par ailleurs, les souris au phénotype Stim1-/- perdent la préférence spontanée pour les lipides et la libération de la sérotonine à partir des cellules gustatives dans le milieu extracellulaire chez les animaux sauvages. Nous demontrons aussi que la signalisation calcique médiée via CD36 est doublement modulée lors de l'obésité. L'augmentation de la [Ca2+]i dans les cellules gustatives observée chez le Psammomys obesus, un modèle d'obésité nutritionelle, est fortement diminuée chez les souris rendues obèses par un regime hyperlipidique. Nous avons constaté également que l'interaction de LA avec le CD36 induit l'activation des MAP Kinases de la voie MEK1/2/ERK1/2/Elk-1 qui est non seulement à l'origine de l'activation des aires cérébrales telles que le NTS, le noyau arqué, l'hippocampe mais aussi indispensable pour la préférence spontanée pour les lipides alimentaires. Nos résultats suggèrent pour la prémière fois, que la voie ERK1/2 des MAPK et la signalisation calcique lipidique controlée par STIM1 sont impliquées dans la perception oro-gustative des lipides

Dans ce travail, nous démontrons que STIM1, un senseur calcique activé par la déplétion du Ca2+ intracellulaire du réticulum endoplasmique, est indispensable pour la signalisation calcique et la préférence oro-sensorielle du gras. Nous observons que l'acide linoléique (LA), en activant les phospholipases A2 via CD36, produit de l’acide arachidonique (AA) et de la lyso-phosphatidylcholine (lyso-PC). Cette activation déclenche un influx calcique dans les cellules CD36-positives, et induit la production du facteur CIF (Ca2+ Influx Factor). CIF, AA et lyso-PC exercent différentes actions sur l'ouverture des canaux SOC (Stored Operated Calcium Channel) constitués de protéines Orai et contrôlés par STIM1. Par ailleurs, les souris au phénotype Stim1-/- perdent la préférence spontanée pour les lipides et la libération de la sérotonine à partir des cellules gustatives dans le milieu extracellulaire chez les animaux sauvages. Nous demontrons aussi que la signalisation calcique médiée via CD36 est doublement modulée lors de l’obésité. L’augmentation de la [Ca2+]i dans les cellules gustatives observée chez le Psammomys obesus, un modèle d’obésité nutritionelle, est fortement diminuée chez les souris rendues obèses par un regime hyperlipidique. Nous avons constaté également que l’interaction de LA avec le CD36 induit l’activation des MAP Kinases de la voie MEK1/2/ERK1/2/Elk-1 qui est non seulement à l’origine de l’activation des aires cérébrales telles que le NTS, le noyau arqué, l’hippocampe mais aussi indispensable pour la préférence spontanée pour les lipides alimentaires. Nos résultats suggèrent pour la prémière fois, que la voie ERK1/2 des MAPK et la signalisation calcique lipidique controlée par STIM1 sont impliquées dans la perception oro-gustative des lipides / In this work, we demonstrate that stromal interaction molecule 1 (STIM1), a sensor of Ca2+ depletion in the endoplasmic reticulum, mediates fatty acid–induced Ca2+ signaling in the mouse tongue and fat preference. We showed that linoleic acid (LA) induced the production of arachidonic acid (AA) and lysophosphatidylcholine (Lyso-PC) by activating multiple phospholipase A2 isoforms via CD36. This activation triggered Ca2+ influx in lingual CD36-positive taste bud cells (TBCs) purified from mouse CVP. LA also induced the production of Ca2+ influx factor (CIF). STIM1 was found to regulate LA-induced CIF production and the opening of store-operated Ca2+ (SOC) channels. Furthermore, CD36-positive TBCs from Stim1–/– mice failed to release serotonin, and Stim1–/– mice lost the spontaneous preference for fat that was observed in wild-type animals. We also demonstrate that the calcium-mediated signaling via CD36 is doubly modulated in obesity. The increase in [Ca2+]i in taste bud cells observed in Psammomys obesus, a model of nutritional obesity is strongly reduced in diet-induced obese (DIO) mice. We also found that the interaction of LA with CD36 induces activation of MAP Kinases MEK1/2/ERK1/2/Elk-1 pathway that is not only responsible for the activation of NTS, arcuate nucleus, and the hippocampus in the brain but also essential for the spontaneous preference for fat food. Our results suggest for the first time, that ERK1/2 MAPK pathway and lipid-induced calcium signaling controlled by STIM1 are involved in oro-gustatory perception of dietary lipids