Ces travaux de thèse avaient pour but de formuler, de caractériser et de valider un pain élaboré à partir de farines sélectionnées pour améliorer son pouvoir satiétogène. Fort est de constater que depuis plusieurs décennies, la prévalence du surpoids et de l’obésité est croissante. Les risques liés à l’obésité ont un impact sur l’espérance de vie qui stagne dans certains pays développés. Pour lutter contre cette pandémie, la consommation de fibres alimentaires semblerait avoir un effet positif sur la diminution de la sensation de faim, sur la diminution des prises caloriques ainsi que sur la diminution du poids chez des personnes obèses. Ainsi, ce travail de thèse a d’abord consisté à formuler deux pains expérimentaux enrichis en fibres : un pain typé « pain complet » (PF1) et un pain typé « pain aux céréales ». (PF2) Afin de valider les effets de ces pains sur l’organisme, deux types d’études ont été menés : des études à court terme et des études à long terme. Deux études ont été réalisées à court terme. La première étude a montré que le pain le plus enrichi en fibres était considéré comme plus rassasiant qu’un pain de mie blanc, et les participants diminuaient les quantités consommées pour ce type de pain. La deuxième étude a montré que la réapparition de la faim était plus lente pour le pain le plus riche en fibres. Enfin, une étude à long terme menée auprès de participants normopondéraux consistait à proposer une quantité fixe et importante des pains PF1 et PF2 au petit-déjeuner. Au bout de 15 jours d’exposition, les participants déclaraient avoir moins faim suite à la consommation de ces pains enrichis en fibres. De plus, pour le pain PF1, les participants diminuaient leur prise calorique comparativement à une situation contrôle. Au final, l’ensemble de ces études a permis de cibler un pain expérimental et un paradigme à suivre pour une étude menée auprès de participants en surpoids et obèses dans le cadre d’un régime amaigrissant, pour améliorer le bien-être lié au vécu de ce régime. / This PhD project was aimed at the formulation, the characterization and the validation of one bread, processed from flour selected to increase the satiety effects on humans. For the last several decades, the prevalence of overweight and obesity around the world has been increasing. The risks of obesity are responsible for a stagnation of life expectancy in some industrialized countries. In order to stop this pandemic phenomenon, dietary fibre appears to have beneficial effects on the decrease in feeling hunger, caloric intake and body weight of obese participants. The first goal of this work was to process two fibre-enriched breads: one of them was a “whole grain” bread (PF1), and the second one a “multigrain bread” (PF2). In order to validate the effects of these two breads on human metabolism, two experimental design studies have been led: short term studies, and long term studies. Two short-term studies have been led. The first study evidenced that the most fibre-enriched bread was expected to be more satiating than a white bread, and thus, participants reduced the weight of this bread eaten. The second experiment showed that hunger sensation reappeared more slowly for the most fibre-enriched bread. Finally, a long term study was conducted on average weight participants, aimed at serving a fixed and important weight of the PF1 and PF2 breads during breakfast. After two weeks of exposure to these fibre-enriched breads, participants felt less hungry. Furthermore, for the PF1 bread, participants also decreased their caloric intake in comparison to a controlled condition. In conclusion, all of these studies permitted to target one experimental bread and a paradigm to be followed, in order to lead a study examining overweight or obese participants during a weight-loss diet, with the aim of increasing the well-being experienced from the diet.

La leptine est une hormone peptidique ayant une action sur de nombreux tissus. Une dérégulation de la sécrétion de cette hormone est observée au cours de l’obésité. L’obésité est fréquemment associée à des troubles de santé dont les principaux sont le diabète de type II, l’hypertension artérielle et les maladies cardiovasculaires. Elle est également un facteur de risque du cancer du sein, particulièrement en post-ménopause favorisant la récidive et augmentant la mortalité. Ces perturbations, associées à un état de stress oxydant défini par un excès de production des espèces réactives de l’oxygène (ERO) par rapport aux systèmes de défense antioxydants, pourraient avoir un impact majeur dans le risque de carcinogenèse chez le sujet obèse. Il est clairement établi aujourd’hui que le statut oxydatif des cellules est directement corrélé aux capacités de prolifération mais aussi de survie des cellules dans leur environnement. A ce jour, très peu de données existent concernant le rôle de la leptine dans la modulation du statut oxydatif des cellules épithéliales mammaires saines et tumorales. L’objectif de cette thèse était d’étudier d'abord les mécanismes d’action et les effets de la leptine sur le statut oxydatif et inflammatoire des cellules épithéliales mammaires saines et néoplasiques ; puis dans un deuxième temps, une étude expérimentale a été conduite pour caractériser in vivo l’impact de l’obésité associée ou non à l’activité physique sur la croissance tumorale et le statut oxydatif et inflammatoire des tumeurs. Le projet avait également pour but de mettre en œuvre une nouvelle technique d’analyse basée sur la détection de fluorescence native induite par excitation laser à 224 nm afin d’évaluer la production de composés bio-actifs de la famille des éicosanoïdes, dont les isoprostanes, impliqués dans le processus inflammatoire. Nous avons exploré in vitro l’impact de la leptine sur le statut oxydatif des cellules épithéliales mammaires. Cette étude nous a permis d’établir que la réponse au signal leptinique varie en fonction du statut néoplasique de la lignée considérée, en fonction du temps de contact et non de la dose testée. Ensuite, nous avons étudié l’impact de l’obésité associée ou non à l’activité physique sur la croissance tumorale et sur le statut oxydatif et inflammatoire des tumeurs à l’aide d’un modèle de souris âgées C57BL/6 nourries avec un régime hyper-lipidique (HL) pendant 14 semaines, et hébergées soit dans un environnement enrichi (EE) pour favoriser l’activité physique et les interactions sociales, soit dans un environnement standard pendant 8 semaines, après quoi des cellules syngéniques de tumeur mammaire EO771 ont été implantées dans les quatrièmes coussinets adipeux mammaires. In vitro, la leptine a stimulé la production de ROS de façon indépendante de la dose et cette augmentation était dépendante de la production d'O2 cytosolique. Les résultats montrent une augmentation significative du poids dans les groupes recevant le régime HL à prise alimentaire journalière identique. La composition corporelle à 8 semaines montre une prise de masse grasse significative sous régime HL, majorée par l’ovariectomie et partiellement limitée par l’activité physique. Après implantation des tumeurs, le régime HL favorise la croissance tumorale et la perte de l’activité locomotrice. Par contre, l’EE prévient la perte d’activité physique des animaux. L’ensemble de ces travaux montre que la leptine contribue à l’apparition d’un stress oxydant en lien avec le statut tumoral des cellules épithéliales mammaires. Ceci peut expliquer en partie l’augmentation du risque de cancer mammaire associée à l’obésité en post-ménopause. Ces résultats permettront d'objectiver le bénéfice d'une intervention nutritionnelle ciblée afin de moduler la réponse des cellules aux stimulations des adipokines. A terme, cette étude doit contribuer à mieux comprendre l’intégration des signaux issus de l’environnement cellulaire. / Obesity is now considered, as a risk factor for developing breast cancer in postmenopausal women and for mortality in response to this pathology. Obesity, which is frequently associated with hyperleptinemia, induces cellular signalling pathways, some of which involving reactive oxygen species (ROS) as intracellular messengers. High levels of ROS contribute to oxidative stress, cellular damages and pathogenesis. Therefore, ROS production associated to obesity could be a major risk factor for mammary carcinogenesis. Furthermore, increased oxidative stress and inflammation characterised by infiltration of immune cells into adipocytes are described. This is associated with a lipid peroxidation and the production of bio-active compounds including isoprostanes.The aim of this study was to determine the impact of leptin in modulating the oxidative and inflammatory status of epithelial mammary cells and in tumor mammary tissue. Moreover, the purpose of this work was to develop a new analysis technique based on native fluorescence detection induced by laser excitation at 224 nm to evaluate the production of bio-active compounds from the family of eicosanoids, involved in the inflammatory process, including isoprostanes.Initially we identified in vitro the leptin effects on ROS production in 3 human epithelial mammary cell models which present different neoplastic status (healthy primary (HMEC) cells, MCF-7 and MDA-MB-231) in presence of two leptin concentrations (10 ng/ml close to physiological values, 100 ng/ml as obesity level). To better understand the potential involvement of adipocyte tumor microenvironment in mammary carcinogenesis, we secondly explored in vivo the impact of high fat diet (HFD) and of enriched environment (EE) on mammary tumor development. Female C57BL/6 mice were fed with a HFD versus a normo-caloric diet (NC) for 14 weeks. After 8 weeks mammary tumor syngeneic cells EO771 were implanted into the fourth mammary fat pads. Before injection, mice were housed in EE or in standard environment (ES) for 8 weeks. In vitro, leptin stimulated ROS production in dose-independent manner and this increase was dependent of cytosolic O2•- production. This ROS production contributed to a different antioxidative response depending of the neoplastic cell status. Leptin induced the antioxidative enzymes expression and activities such as heme-oxygenase or glutathione peroxidase only in HMEC cells. In neoplastic cells, these enzyme activities did not change whatever the leptin concentration used.Thus, high fat diet promoted mammary tumor development associated with a decrease in body fat and an increase in volume and weight of tumors that was not limited by physical activity. This diet induced a decrease of adiponectin and an increase of leptin plasma level compared to NC diet however, leptinemia was not influenced by EE.The native fluorescence isoprostanes determination method, turned out not to be quite sensitive. Therefore, the native fluorescence of these compounds is too low to allow their detection in biological media used. In contrast, the native fluorescence appears to be a potential cellular exploration tool.Through this work, we have shown that leptin contributes to the onset of oxidative stress linked to the status of mammary epithelial tumor cells. This may partly explained the increase of risk of breast cancer recurrence observed in situations of obesity. The results obtained in vivo eventually will support the benefit of a nutrition intervention to modulate cell response to adipokines stimulation. Ultimately, this study contributes to better understand the integration of signals from the cell environment.

Le diabète de type 2 se caractérise par une résistance à l’insuline dans les tissus périphériques, une déficience de sécrétion d’insuline et une augmentation de la production endogène de glucose. Notre but a été de démontrer le rôle spécifique de la production hépatique de glucose dans le développement du diabète. Nous avons développé un modèle de souris invalidées pour le gène codant pour la sous-unité catalytique de la G6Pase, enzyme clé de la production de glucose, spécifiquement dans le foie. Sous alimentation diabétogène, les souris transgéniques résistent au développement de l’hyperglycémie et l’hyperinsulinémie, et présentent une amélioration de la sensibilité à l’insuline et une augmentation du captage périphérique de glucose. Ces souris résistent également à l’obésité induite par ce régime déséquilibré, en liaison avec l’augmentation de la dépense énergétique, associée à l’induction des médiateurs de la thermogenèse dans les tissus adipeux brun et blanc, et au remodelage du muscle squelettique vers un phénotype oxydative. La délétion de la G6PC hépatique chez des souris rendues obèses et diabétiques résulte en une amélioration spectaculaire et rapide du métabolisme glucidique, et une stabilisation de la masse corporelle des souris obèses, associée à une induction des gènes du métabolisme oxydative dans les tissus périphériques.Ces effets bénéfiques pourraient être dus à l’augmentation de la sécrétion de facteurs hépatiques circulants connus pour réguler le métabolisme énergétique et glucidique dans les tissus périphériques. Ces travaux démontrent le rôle délétère de la production hépatique de glucose dans le développement du diabète et de l’obésité / Type 2 diabetes is characterized by insulin resistance of glucose uptake by peripheral tissues, insulin secretion deficiency and increased endogenous glucose production. Our aim is to demonstrate the specific role of hepatic glucose production in triggering insulin resistance and diabetes. For that, we developed an inducible and liver-specific knock-out mouse model for the gene encoding the catalytic subunit of G6Pase, a key enzyme of glucose production. When fed a high fat/high sucrose diet, transgenic mice resisted to the development of fasting hyperglycemia and hyperinsulinemia, and even showed enhanced insulin sensitivity and glucose uptake in peripheral tissues. These mice are also resistant to diet induced obesity, due to the induction of basal metabolism, associated with increased brown and white adipose tissue thermogenesis machinery and remodeling of skeletal muscle towards a more oxidative phenotype. When liver G6pc deletion was realized in obese and diabetic mice, this resulted in a spectacular and early amelioration of glucose metabolism compared to that before liver G6pc deletion, and to stabilization of body mass of obese mice, which was associated with induction of oxidative genes in peripheral tissues. These beneficial effects could be explained by the secretion of hepatic circulating hormones known to control glucose and energy metabolism in peripheral tissues. This work underlines the deleterious role of hepatic glucose production in the development of obesity and diabetes, and sets the liver as a master-switch in the regulation of whole-body glucose and energy metabolism

De nos jours, l’obésité est un problème majeur de santé publique dont la prévalence mondiale ne cesse d’augmenter. Ainsi selon la National Health and Nutrition Examination Surveys (NHANES), le pourcentage d’adultes obèses aux Etats-Unis a presque doublé entre 1976-1980 et 1999-2002. De plus, pour la première fois dans l’histoire des Etats-Unis, la longévité de l’actuelle génération d’enfants est estimée à la baisse. Cette augmentation de l’obésité résulte à la fois de prédispositions génétiques et de facteurs environnementaux tels que l’accès à la nourriture, le tissu social, le régime alimentaire ou encore le manque d’activité physique. , Aussi, de récentes études ont suggéré que la flore microbienne intestinale jouait un rôle majeur dans la conversion énergétique des nutriments et son stockage. Bien que très peu d’expériences aient été réalisées, le rôle des Lactobacillus spp. a déjà été évoqué dans la prise de poids chez l’homme. Deux importantes études, l’une menée au Danemark et l’autre au sein même de notre laboratoire, ont montré que les Lactobacillus spp. étaient présents en quantité plus importante chez les sujets obèses par rapport aux contrôles et que leur taux corrélaient à la glycémie chez des patients diabétiques de type II (obèses). L’effet des Lactobacillus spp sur la prise de poids a été beaucoup plus étudié chez les animaux. En effet, l’agriculture représente l’un des domaines majeur d’utilisation des antibiotiques comme « growth promoters », notamment l’avoparcin qui empêche le développement de nombreuses bactéries dont des Gram positives comme les Actinobacteria et les Firmicutes à l’exception toutefois des Lactobacillus spp. Les probiotiques sont aussi utilisés comme « growth promoters » et il a été montré que l’addition de 106 Lactobacillus spp. dans les régimes alimentaires d’animaux permettait de modifier leur flore microbienne intestinale et d’entrainer un gain de poids important. A partir de toutes ces constatations, nous avons émis l’hypothèse que les bactéries pouvaient jouer un rôle dans l’obésité via une modification de la composition de la flore intestinale. Il nous est également apparu essentiel d’évaluer l’effet de l’addition de concentration bactérienne importante dans l’alimentation quotidienne. L’objectif de notre étude est ainsi d’évaluer le rôle des Lactobacillus spp. en tant que facteur de croissance et d’évaluer leur impact sur la prise de poids. / The prevalence of obesity is a major world health problem that is rapidly increasing. In the USA, according to the National Health and Nutrition Examination Surveys (NHANES), the percentage of obese adults nearly doubled between NHANES 1976–1980 and NHANES 1999– 2002. Moreover, because of the increase in prevalence of American childhood obesity, the current children generation is predicted to be the first in United States to see a decrease in longevity. Obesity results from a mixture of genetic background and environmental factors including food availability, social networks, diet, and physical activity. Recent evidence suggests that gut microbiota plays a major role in energy intake, conversion and storage. Although very few reports have investigated gut microbiota and its association with obesity, several evidences support a role of Lactobacillus spp. in weight gain within human. Lactobacillus spp. were found at higher levels among obese subjects in two major studies, one conducted by us and one made in Denmark. Moreover, the rate of Lactobacillus spp. was correlated with blood glucose in subjects with type II diabetes (obese). In agriculture avoparcin which is one of the most used antibiotics to cause weight gain in animals, is effective on most bacteria including Gram-positive Actinobacteria and Firmicutes, with the notable exception on some Lactobacillus spp.. In addition, probiotics are also used as growth promoters and the addition of even 106 Lactobacillus spp in the diet of farm animals results in gut microbiota changes and weight gain. As a result, we hypothesized that bacteria could play a role in the obesity pandemic notably with the ingestion of probiotics that modified the gut microbiota structure. In addition, we stressed the necessity for further investigations to assess the effects of routinely adding high amounts of bacteria in food. The objective of our study was to evaluate the putative role of Lactobacillus sp. in growth promotion.

L'activité physique (AP) régulière se révèle essentielle en terme de santé publique et est un déterminant important, impactant l'endothélium, pour assurer la prévention primaire et secondaire de nombreuses pathologies et facteurs de risques cardiovasculaires (HTA, IC, hypercholestérolémie, diabète, sédentarité, obésité, surpoids).Tant chez l'homme que chez l'animal, il est couramment accepté que l'AP modérée permet de restaurer la vasodilatation endothélium dépendante médiée par le NO/EDRF (VED-NO) lorsque celle ci est altérée chez des sujets diabétiques (1 et 2), obèses, en surpoids ou sédentaires. De nombreuses investigations, tant expérimentales que cliniques restent à explorer pour évaluer les paramètres (fréquence, intensité, durée) de différents types (endurance, résistance) d'exercices se révélant les plusbénéfiques pour améliorer une VED-NO détériorée dans de nombreuses pathologies et facteurs de risques cardiovasculaires. Dans un premier temps, par une approche expérimentale, nous avons eu pour objectif de déterminer les effets d'un entraînement intense sur VED-NO. L'étude a été réalisée avec des aortes isolées de rats diabétiques (type1) sédentaires et entraînés. Dans un second temps, dans une étude clinique chez des adolescents (14-16 ans), nous avons cherché à savoir si un entrainement préalable modifiait la VED-NO après un exercice isolé aigu. Ce travail a été réalisé au niveau de la microcirculation cutanée de l'avant-bras, par débitmètrie « Laser Doppler ». Dans un troisième temps, toujours par une étude clinique par débitmétrie « Laser Doppler », nous avons enregistré les effets d'un entraînement musculaire de deux mois chez des femmes obèses tant au niveau de VED-NO qu'au niveau de biomarqueurs de l'inflammation (TNF alpha, leptine, Interleukine, visfatine).Nos principaux résultats montrent que: 1) L'inactivité physique et l'état diabétique de type 1 chez le rat provoquent, sur l'aorte isolée, une augmentation de la vasoconstriction à la Phényléphrine ainsi qu'une réduction importante de la VED -NO - inhibée par le L-NAME- induite par l'Ach comme par l'ADPβS via des récepteurs muscariniques M1/3 et purinergiques P2Y, 2) L'AP intense (sur tapis roulant, 60min/j, 25m/min, 5j/semaine,8semaines) chez le rat diabétique est inefficace à rétablir une VED-NO, 3) L'entraînement préalable de jeunes hommes (15+ ou – 1ans) permet, suite à un exercice isolé et aigu, d'améliorer la VED-NO induite par une iontophorèse d'ACh au niveau de la microcirculation cutanée de l'avant-bras (flux sanguin mesuré par Laser-Doppler), 4) .L'AP (bicyclette ergométrique 1h, intensité à 50% de la FC max, 3j/semaine, 2 mois) chez des femmes obèses -IMC=38.5-, comparativement à dessujets témoins, restaure la VED-NO induite par une iontophorèse d'ACh au niveau de la microcirculation cutanée, 5) De plus, dans cette dernière étude, les capacités aérobies sont améliorées et apparaît une réduction importante des biomarqueurs de l'inflammation. En conclusion, nos travaux montrent qu'il y a encore beaucoup d'investigations à mener pour comprendre les mécanismes moléculaires conduisant à une réhabilitation de la fonction endothéliale préalablement altérée et qu'il faut continuer à préciser, pour chaque type de pathologie cardiovasculaire, les paramètres d'AP (intensité, durée, fréquence) les plus adaptés pour rétablir la VED-NO chez l'animal comme chez l'homme. / Regular physical activity appears to be essential in terms of public health. It is an important determinant, concerning the endothelium, for primary and secondary prevention of many diseases and cardiovascular risk factors (Hypertension, heart failure, hypercholesterolemia, diabetes, sedentarity,obesity, overweight).Both in man and in animals, it is well know that moderate physical activity can restore endothelium-dependent vasodilatation mediated by NO/EDRF (EDV-NO) when it was altered in diabetics (type 1 and 2), obese, overweight, sedentary. Many investigations, both experimental and clinical remain to be explored to evaluate parameters (frequency, intensity, duration) of different types of exercise (endurance, resistance) being the most beneficial for improving EDV-NO deteriorated in many diseases and cardiovascular risk factors. In a first time, by an experimental approach, we aimed to determine the effects of intense training on EDV-NO. The study was performed with isolated aortas of sedentary and trained diabetics rats (type 1). In a second time, in a clinical study in youngmen (14-16 years), we investigated whether prior training modifies EDV-NO after an acute isolated exercise. This work was performed in the cutaneous microcirculation of the forearm by « Laser Doppler » flowmetry. In a third time, in a clinical study by « Laser- Doppler »flowmetry, we recorded the effects of two months resistance training in obese women both in EDV-NO and on inflammatory biomarkers ( TNF alpha, leptin, interleukin, visfatin). Our main results show that: 1) physical inactivity and type 1 diabetic state in rats cause on the isolated aorta, increased vasoconstriction induced by phenylephrine and a significant reduction in EDV-NO(inhibited by L-NAME) induced by Ach as ADPβS via M1/3 muscarinic and P2Y purinergic receptors. 2) Intense training (treadmill, 60min/day, 25m/min, 5d/week, , 8 weeks) in diabetic rats is ineffective in restoring EDV-NO. 3) Prior training of young men, allows, after an isolated acute exercise, to improve EDV-NO induced by ACh iontophoresis in the cutaneous microcirculation of the forearm. 4) Physical activity (treadmill, walking 1 h, intensity 50% Heart Rate max, 3d/week, 2 months) in obese women (BMI=38.5) compared to control subjects, restores EDV-NO induced by Ach iontophoresis in the cutaneous microcirculation of the forearm. 5) In addition, the previous study, aerobic capacities are improved and appears a significant reduction in inflammatory biomarkers concentration. In conclusion, our researchesshow that there is still many studies to understand the molecular mechanisms leading to a restoration of impaired endothelial function. It is necessary to continue to specify, for each type of cardiovascular disease, the most appropriate parameters of physical activity adapted to restore EDV-NO in animal and man.

Contexte : Le lien entre insuffisance cardiaque et obésité n’est pas clairement établi, et les mécanismes mis en jeu le sont encore moins.Objectif : Confirmer l’existence de la cardiopathie métabolique et explorer ses mécanismes physiopathologiques par mise au point de modèles de souris associés à des techniques de modulations.Méthode : Etablissement d’un modèle de souris sauvages (WT, C57/BL6J, mâle) soumises à un régime riche en graisse (60% de graisse, HFD), associé à des techniques de modulation comme l’exercice (natation) et l’ablation de la graisse viscérale. Utilisation de souris déficientes pour le gène de l’ostéopontine (voie de la sénescence). Analyse des effets du régime HFD sur le tissu adipeux et ses fonctions métaboliques, et sur le myocarde et sa contractilité. Analyse en parallèle des effets du vieillissement physiologique chez les souris WT et déficientes sur ces mêmes paramètres. Recherche d’un lien entre dysfonction du tissu adipeux et dysfonction cardiaque au travers de l’exploration des voies de la sénescence, notamment celle de l’ostéopontine.Résultats : Nous avons tout d’abord confirmé l’existence d’une cardiopathie métabolique induite par le régime HFD. Cette cardiopathie se manifestait par un remodelage avec fibrose myocardique associé à une dysfonction systolique visible uniquement en strain rate (FEVG normale) et en hémodynamique invasive. Chez ces souris obèses, nous avons retrouvé une augmentation du taux plasmatique de marqueurs pro-fibrotiques (TGF, leptine) et une baisse des marqueurs protecteurs (adiponectine), le tout secondaire à une dysfonction du tissu adipeux qui prédominait au niveau viscéral. En parallèle, nous avons observé une fibrose myocardique avec dysfonction systolique au cours du vieillissement physiologique, elle-même associée à une augmentation de la production d’ostéopontine par le tissu adipeux viscéral. D’ailleurs, les souris déficientes pour le gène de l’ostéopontine étaient protégées de la sénescence cardiaque. L’ablation de la graisse viscérale et l’utilisation de drogues inhibant l’ostéopontine chez les souris WT protégeaient également de la sénescence cardiaque ce qui confirmait le rôle du tissu adipeux dans ce processus via la production d’ostéopontine. Enfin, des résultats préliminaires chez les souris HFD montraient également un effet protecteur de l’ablation de la graisse viscérale vis-à-vis de la dysfonction cardiaque.Conclusion : La cardiopathie métabolique secondaire à l’obésité est donc une entité bien réelle. Nous avons établi la preuve de concept du rôle de la sénescence du tissu adipeux viscéral dans les altérations cardiaques qui sont assimilables à un vieillissement cardiaque prématuré. L’ostéopontine est une cible thérapeutique potentielle à explorer. / Background: The link between heart failure and obesity is not clear, and the mechanisms are unknown.Objectives: To validate the existence of metabolic cardiomyopathy and to explore the underlying mechanisms using mice models and rescue technics.Method: Establish a wild type mice model (WT, C57/BL6J, male) fed with a high fat diet (60% of fat, HFD), associated with rescue technics such as exercise (swimming) or visceral fat ablation. Use of a transgenic mice model with a deletion for the Osteopontin gene (OPN, senescence pathway). Analysis of HFD consequences on the adipose tissue histology and function, on the myocardial histology and function. In addition, analysis of the effects of physiological aging on the same parameters in WT and OPN mice. Finally, explore the link between adipose tissue dysfunction and cardiac dysfunction through the senescence pathway analysis, especially the OPN pathway.Results: First, we confirmed the development of a metabolic cardiomyopathy in HFD mice, which was characterized by left ventricular remodeling with myocardial fibrosis associated with a systolic dysfunction detected only by strain rate (normal LVEF) and in-vivo hemodynamic technics. In addition, we observed in the plasma of HFD mice an increase in pro-fibrotic markers (TGF, leptin) and a decrease in protective markers (adiponectine), which was related to a visceral adipose tissue dysfunction. We also observed a myocardial fibrosis with systolic dysfunction during physiological aging associated with an increased release of osteopontin from the visceral adipose tissue. Moreover, OPN ko mice were protected from cardiac senescence. The surgical removal of the visceral adipose tissue and the use of OPN inhibitors in WT mice also protected from cardiac senescence, which corroborated the role of the adipose tissue and its OPN production in the aging process. Finally, preliminary results on HFD mice showed a cardiac protection from visceral adipose tissue removal.Conclusion: The metabolic cardiomyopathy is a real entity, in which our data establish the proof-of –concept that adipose tissue senescence plays a key role in cardiac alteration that may be considered as premature cardiac aging. OPN may constitute a promising therapeutic target.

L’augmentation constante de l’obésité dans les populations occidentales accroit la prévalence de nombreuses maladies liées au surpoids parmi lesquelles le syndrome d’apnées hypopnées du sommeil (SAHOS). Le SAHOS et l’obésité représentent deux facteurs de risque indépendants du développement de maladie cardiovasculaires (CV) et métaboliques. Etant souvent associés en pratique clinique, l’étude de leurs effets vasculaires et métaboliques spécifiques est difficile. Pour nous affranchir de cette problématique, nous avons étudié chez la souris, les effets respectifs et combinés d'un régime riche en graisse et/ou de 15 jours d'exposition à des conditions d'hypoxie intermittente (HI) mimant le SAHOS, sur les paramètres vasculaires et métaboliques. L’HI seule n'avait aucun impact sur le bilan-glucido lipidique, la fonction mitochondriale hépatique et la fonction vasculaire des animaux. Les animaux soumis au RRG présentaient une dyslipidémie,une stéatose hépatique, une dysfonction mitochondriale ainsi qu'une une dysfonction endothéliale. Lorsque l’HI était appliquée aux animaux recevant le RRG, l’ensemble de ces dysfonctions vasculaires, hépatiques et mitochondriales était prévenu mais une hyperinslinémie marquée était notée. Ce travail illustre les effets polymorphes de l’HI qui, pour des durées d’exposition courtes, pourrait présenter des effets bénéfiques sur les altérations associées à l’obésité qui contrastent avec les effets délétères à plus long terme décrits dans le SAHOS. / Decades increases the prevalence of many overweigh tassociated diseases including obstructive sleep apnea (OSA). Both OSA and obesity are considered as independent cardio-vascular and metabolic risk factors.The frequent association of OSA and obesity in clinical setting makes difficult to investigate their independent contribution to metabolic and vascular diseases. In the present thesis, we aimed to evaluate the impact of a short term intermittent hypoxia (IH), (animal model of OSA), of a high fat diet (HFD), and of both experimental conditions together (IH and HFD) on the vascular and metabolic outcomes. Short term IH alone had no impact on glucose and lipids levels and mitochondrial and vascular function. Animals fed with HFD presented dyslipidemia, hepatic steatosis, mitochondrial and endothelial dysfunction. Interestingly, when short term IH was applied to HFD fed mice, insulin level was increased, restored endothelial function and mitochondrial activity was restored and limited liver lipid accumulation was limited.Those data underline the polymorphic effects of IH that might target beneficial outcomes when applied for a short term in obesity, which contrast with the deleterious long term outcomes observed in OSA.

L’obésité est responsable de diverses complications médicales, notamment respiratoires. Elle favorise l’apparition de maladies bronchiques chroniques (asthme, BPCO) et complique leur prise en charge. Elle s’accompagne de troubles respiratoires du sommeil et augmente la susceptibilité aux infections respiratoires.Le tissu adipocytaire est désormais reconnu comme un tissu hormonal, source de nombreux médiateurs dont font partie les adipokines, cytokines produites principalement par les adipocytes. Parmi celles-ci, l’adiponectine (APN) est une protéine de 30kDa qui peut s’associer en multimères de plus ou moins haut poids moléculaire. Ses taux circulants sont élevés mais sa concentration sérique diminue avec le gain de poids.L’adiponectine est impliquée dans les phénomènes d’immunorégulation associés aux modifications nutritionnelles et également dans le développement pulmonaire. Mais le rôle pro ou anti-inflammatoire de l’APN est toujours un sujet à débat. L’association entre les taux sériques d’APN et la survenue de maladies bronchiques n’est pas clairement démontrée chez l’homme.Nous nous sommes intéressés au rôle que joue l’APN au sein du système respiratoire, dans la régulation du fonctionnement des macrophages et cellules épithéliales bronchiques. Nous avons plus particulièrement étudié l’effet de l’APN sur la sécrétion de cytokines par ces deux types cellulaires.Nous disposons de pièces opératoires pulmonaires de patients opérés pour un cancer bronchique, à partir desquelles nous réalisons des cultures primaires d’explants de parenchyme, de macrophages pulmonaires ou de cellules épithéliales bronchiques et nous disséquons des anneaux bronchiques.Nous avons montré qu’il existait une production d’APN in situ par du tissu pulmonaire humain et que cette production était corrélée, à l’instar de la forme circulante, au poids du patient. Nous avons vérifié que les récepteurs à l’APN (AdipoR1 et AdipR2) étaient tous les deux exprimés par des macrophages pulmonaires, des explants de bronches et des cellules épithéliales bronchiques.Nous avons soumis les macrophages pulmonaires humains à un traitement par de l’APN à différentes concentrations (3-10-30 microg/ml) avant de les stimuler par du LPS (10 ng/ml ou Poly I:C 10 ng/ml) ou d’IL-4 (10 ng/ml). Nous avons montré que l’adiponectine diminuait la sécrétion des cytokines M1 induites par le LPS et le Poly I:C (IL6, CCL3, CCL4, CCL5, CXCL8, TNF). tout comme celles des cytokines M2 induites par l’IL-4 (CCL13, CCL18, CCL22). L'adipoRon, agoniste synthétique des récepteurs de l'adiponectine, a montré les mêmes effets que la protéine recombinante.Nous avons comparé avec l’effet d’autres adipokines : la leptine à sa plus grande concentration (1000 ng/ml) induisait la production de cytokines de type M1 (IL6, CCL3, CCL4, CCL5, TNFa) par des macrophages non stimulés alors que la visfatine et la chémérine n’avaient aucun effet sur la production de cytokines par les macrophages.Seule l’adiponectine a démontré un effet sur les cellules épithéliales bronchiques, en modulant de façon opposée la production de certaines cytokines : diminution de la sécrétion de CXCL1 et CCL2 en situation basale et après traitement par TNF (50 ng/ml) mais augmentation de celle d’IL6 et CXCL8 en situation basale.Nous avons complété ce travail par des expériences sur la régulation du tonus bronchique par les adipokines, en utilisant des anneaux bronchiques dans des cuves à organes isolées. Ces résultats ont fait l'objet d’un dépôt de brevet européen.Ces travaux sont les premiers à s’intéresser à l’effet de l’APN et de l’AdipoRon sur un modèle de culture primaire de macrophages et cellules épithéliales bronchiques humains. L’APN est capable de moduler la polarisation de ces cellules. Les adipokines régulent aussile tonus bronchique. Les adipokines sont essentielles à la compréhension du retentissement pulmonaire de l’obésité. / Obesity promotes the development of chronic bronchial diseases (asthma, COPD) and complicates their management, induces sleep breathing disorders and increases susceptibility to respiratory infections. Adipocytea are a source of mediator production including adipokines. Among these, adiponectin (APN) is a 30kDa protein that can associate in multimers of variable molecular weight. It circulates at high level but its serum concentration decreases with weight gain. APN is involved in immunoregulation and pulmonary development. But the pro or anti-inflammatory role of the APN is still a matter for debate. The association between serum levels of APN and the occurrence of bronchial diseases is not clearly demonstrated in humans. We explored the role of adipokines within the respiratory system. In particular, we studied the effect of the APN on the production of cytokines by pulmonary macrophages and bronchial epithelial cells. We obtained lung specimens from patients operated for carcinoma, from which we carried out primary cultures of parenchymal explants, pulmonary macrophages or bronchial epithelial cells and we also prepared bronchial rings for study in organ bath. We have revealed an in situ production of APN by human lung tissue, which is correlated with patient weight. We have verified that APN receptors (AdipoR1 and AdipR2) were both expressed by pulmonary macrophages, bronchial explants, and bronchial epithelial cells. We have treated human lung macrophages with APN (3-10-30 μg/ml) before stimulation with LPS (10 ng / ml) or Poly I: C (10 ng/ml) or IL-4 (10 ng/ml).We have shown that the APN decreased the production of M1 cytokines induced by LPS and Poly I: C (IL-6, CCL3, CCL4, CCL5, CXCL8, TNFa) as well as those of M2 cytokines induced by IL-4 (CCL13, CCL18, CCL22). AdipoRon, a synthetic adiponectin receptor agonist, exhibited the same effects as the recombinant protein. In comparison, leptin at its highest concentration (1000 ng/ml) induced the production of M1-type cytokines (IL-6, CCL3, CCL4, CCL5, TNF-α) by unstimulated macrophages whereas visfatin and chemerin did not reveal any effect on cytokine production by macrophages. Only APN demonstrated an effect on bronchial epithelial cells: decreasing the production of CXCL1 and CCL2 at basal state and after stimulationwith TNF (50 ng / ml) but increasing production of IL6, CCL20 and CXCL8 in the basal situation. We have completed this work by experiments on the regulation of bronchial tone by adipokines, using bronchial rings in isolated organ baths. These results have been the subject of a European patent application. This work is the first looking at the effect of APN and AdipoRon on primary human pulmonary macrophages and bronchial epithelial cells. APN is able to modulate the polarization of these cells. Adipokines are essential for understanding the respiratory burden of obesity.

La méthode de référence pour l’évaluation de la capacité d’exercice est l’Exploration Fonctionnelle d’eXercice (EFX). En pratique, pour des problèmes de coût, de matériel et d’expertise médicale, l’EFX n’est pas réalisée chez tous les sujets dont la capacité d’exercice mérite d’être explorée. Le test de marche de 6 minutes (6MWT) ne présente pas ces inconvénients mais ne donne pas d’informations sur les adaptations physiologiques au cours de cet exercice. L’objectif de ce travail de thèse était de concevoir une méthode non invasive de monitorage des adaptations ventilatoires et locomotrices. L’accent a été porté sur le respect du caractère spontané de ces adaptations. La pléthysmographie respiratoire d’inductance (RIP) et l’accélérométrie ont été choisies pour l’évaluation de ces adaptations. Les performances de ces nouvelles méthodes de monitorage sont acceptables pour ces deux dimensions. La confrontation de notre méthode RIP au pneumotachographe, outil de référence, objective des coefficients de corrélations compris entre 0,81 et 0,96 pour le volume courant(Vt), les temps inspiratoires (Ti) et expiratoires (Te). De même, la confrontation de notre méthode accélérométrique avec le contrôle vidéographique montre des coefficients de corrélations de 0,99 pour les paramètres locomoteurs : cadence, longueur moyenne du pas et détermination automatique des distances parcourues (6MWD). La comparaison des profils ventilatoires et locomoteurs entre contrôles et sujets obèses révèle qu’une discrimination est possible (p<0,01 pour Vt, Ti, Te et p<0 ,001 pour cadence, longueur moyenne de pas et 6MWD). Ainsi, même une population sans pathologie respiratoire comme la population obèse sans comorbidités, choisie comme modèle d’étude dans ce travail, peut être discriminée par notre méthode de monitorage. Ces résultats sont encourageants au regard de l’amélioration de la prise en charge des sujets obèses et laissent entrevoir des perspectives tant au niveau technologique qu’à un niveau clinique plus large pour, par exemple, les sujets atteints de pathologies respiratoires susceptibles de limiter leur capacité d’effort. / The reference method for assessment of exercise capacity is the cardio-pulmonary exercise testing (CPET). Nevertheless, CPET is expensive, time consuming, requires specifics skills and is not used for all subjects needing exercise capacity assessment. The 6 minute walk test (6MWT) is free of these disadvantages but does not give basic information about physiological adaptation induced by walking. The aim of this study was to design a non-invasive method for ventilatory and locomotor monitoring. Respect of the spontaneous aspects of these adaptations was considered. Respiratory inductive plethysmography (RIP) was considered for ventilatory evaluation whereas locomotor adaptation was assessed with a tri-axial accelerometer. These new methods provided acceptable results for ventilatory and locomotor dimensions. Confronting our new RIP method with a pneumotachograph as a reference device, we found correlation coefficients from. 0.81 to 0.96 for determination of tidal volume (Vt), inspiratory (Ti) and expiratory time (Te). Confronting our accelerometric method with video recordings as control, we found significant correlation coefficients (r=0.99 and p< 0.001) for determination of cadence, mean step length and automatic distance covered (6MWD) during the 6MWT. Comparisons of ventilatory and locomotor pattern of control and obese without comorbidities showed that discriminating their pattern was possible (p<0.01 for Vt, Ti, Te and p<0.001 for cadence, mean step length and 6MWD). These results imply that even a population without respiratory disorders as the obese population considered in this study, can be discriminated with our monitoring method. It can be concluded that this method is promising for improvement of care to obese subjects and raises technological and clinical perspectives for subjects with respiratory disorders

L’obésité est un problème de santé publique, de par son incidence et son association avec d’autres pathologies. La leptine est une hormone clé pour l’homéostasie énergétique et glucidique, en activant son récepteur OBR, exprimé majoritairement dans l’hypothalamus. L’obésité est fréquemment associée à une résistance à la leptine, caractérisée par une diminution de la sensibilité à l’hormone. Comprendre les mécanismes moléculaires à l’origine de cette résistance, afin de la prévenir ou de la corriger, constitue un enjeu thérapeutique majeur. L’objectif de mes travaux de thèse a été d’étudier deux nouveaux mécanismes de la régulation de la fonction d’OBR, suspectés être à l'origine de la résistance à la leptine associée à l’obésité.Concernant le premier mécanisme, notre laboratoire a découvert la protéine Endo1, qui interagit avec OBR, et le retient dans des compartiments intracellulaires, limitant ainsi la sensibilité de la cellule à l’hormone. Mon travail a contribué à montrer que l'extinction d'Endo1, dans le noyau arqué de l’hypothalamus, associée au retour à un régime classique, permet de corriger l’installation de la résistance à la leptine et de l’obésité de souris rendues obèses par régime gras. En revanche, l'extinction d'Endo1 n’arrive pas à corriger l’altération de l’homéostasie glucidique de ces animaux sous régime gras, montrant ainsi une dissociation entre obésité et diabète de type II. Sur le plan moléculaire, nous montrons qu'Endo1 régule de façon différentielle les voies de signalisation d’OBR. Endo1 inhibe, comme attendu, l'activation de la voie anorexigène STAT3 ; mais de façon plus surprenante, Endo1, en interagissant avec la sous-unité régulatrice de la PI3K (p85), semble nécessaire à l'activation de la voie PI3K/AKT, voie impliquée dans le métabolisme du glucose. Ces résultats suggèrent le rôle crucial d’Endo1 comme (i) régulateur de la sensibilité neuronale à la leptine, (ii) et médiateur de la signalisation de la leptine.Le second projet, mené en collaboration avec l'équipe du Dr Prévot, a permis d’identifier une nouvelle modification post-traductionnelle (PTM) affectant OBR. Nous avons étudié les conséquences de cette PTM sur l’activation d’OBR, sa signalisation et sur le développement de la résistance à la leptine et l'obésité. Des résultats in vivo ont montré que l’enzyme responsable de la PTM voit son activité augmentée dans l’hypothalamus de souris rendues obèses par régime gras. L’inactivation génétique ou pharmacologique de cette enzyme prévient la mise en place d’une résistance à la leptine, de façon dépendante d’OBR. Au niveau moléculaire, nous avons identifié certains résidus d’OBR comme cibles de cette PTM. La modification de ces résidus cruciaux altère l’état d’activation moléculaire d’OBR et abolie l’activation des voies de signalisation induites par la leptine. En outre, cette enzyme interagit avec OBR dans des cellules hypothalamiques ; sa suractivation au niveau cellulaire, après traitement au palmitate mimant le régime gras, abolit l’activation de la voie PI3K/AKT induite par la leptine. Aussi, ces résultats démontrent que cette PTM affectant OBR est un nouveau mécanisme à l’origine de la résistance à la leptine et ouvre donc de nouvelles perspectives thérapeutiques. / Obesity is a major issue of public health because of its incidence and association with other pathologies. Leptin is a key hormone involved in the regulation of energy and glucose homeostasis, through the activation of its receptor OBR, mainly expressed in the hypothalamus. Obesity is frequently associated with leptin resistance, characterized by a decreased sensitivity to the hormone. Understanding the molecular mechanisms related to leptin resistance, in order to prevent or reverse it, represents major therapeutic concerns. The objective of my PhD work was to explore two new mechanisms involved in the regulation of OBR function, suspected to be related to leptin resistance associated with obesity.Regarding the first mechanism, the laboratory described a new protein namely Endo1, which interacts with OBR and retains the receptor in intracellular compartments, leading to decreased cellular leptin sensitivity. We showed that Endo1 silencing, specifically in the arcuate nucleus of hypothalamus, combined with a switch to chow diet, reverses the establishment of leptin resistance and obesity of obese mice fed a high fat diet (HFD). However, Endo1 silencing cannot reverse the alteration of glucose homeostasis upon HFD feeding, underlying a disassociation between obesity and type II diabetes. At the molecular level, we showed that leptin-induced signaling pathways are differentially regulated by Endo1. Endo1 inhibits, as expected, the anorectic STAT3 pathway; but surprisingly, by interacting with the PI3K regulatory subunit (p85), Endo1 seems to be necessary for the activation of PI3K/AKT pathway, which is involved in glucose homeostasis. These results indicate a crucial role for Endo1 as (i) a regulator of neuronal leptin sensitivity, (ii) a scaffolding protein involved in leptin signaling transduction.The second mechanism, investigated in collaboration with Dr. Prevot’s team, is based on the discovery of a new post-translational modification (PTM) on OBR. We studied the functional consequences of this PTM on OBR activation state, its signaling and the development of leptin resistance and obesity. In vivo results showed that the enzyme responsible for the PTM has an increased activity in the hypothalamus of obese mice fed a HFD. Genetic or pharmacological inactivation of this enzyme prevents the establishment of leptin resistance, in an OBR dependent manner. At the molecular level, we identified some OBR residues that can undergo this PTM. Modifications of those crucial residues by the PTM impair the molecular activation state of OBR and subsequently abolish the activation of leptin-induced signaling pathways. Likewise, this enzyme interacts with OBR in hypothalamic cell; and its overactivation at the cellular level after palmitate treatment (mimicking HFD), abolishes the leptin-induced PI3K/AKT activation. These results demonstrate that the PTM targeting OBR is a new mechanism underlying leptin resistance and thus open new therapeutic perspectives against obesity.