En utilisant des approches moléculaires variées, nous avons montré que le gène gpx5 possède au moins trois transcrits dans l'épididyme de souris adulte. A coté d'un messager long codant pour la protéine GPX5 mature, existent en effet deux transcrits tronqués. Les variants de la protéine GPx5, qui correspondent à ces transcrits courts, subissent dans l'épididyme de souris, une maturation post-transcriptionnelle qui repose essentiellement sur des processus de O-glycosylation. Ce travail a aussi permis de préciser que l'expression du gène gpx5 dépasse le territoire épididymaire puisque les transcrits gpx5 peuvent détectés à des niveaux faibles dans d'autres tissus de la sphère génitale chez la souris adulte. C'est le cas par exemple au niveau du testicule ou de la prostate. L'obtention, par des gestations datées, d'embryons de souris à différents stades, a permis de mettre en évidence une expression du gène gpx5 pendant les phases précoces du développement embryonnaire. Cette expression embryonnaire de gpx5 concerne un quatrième variant dont la séquence 3' UTR n'a pu être précisée. Des analyses immunohistochimiques complémentaires sont nécessaires pour confirmer la détection de la protéine GPx5 dans l'embryon précoce de souris et sa localisation dans l'endoderme pariétal.

Les dommages engendrés par l'exposition au cadmium (Cd) proviennent non seulement de l'inactivation de diverses molécules antioxydantes mais aussi de l'interférence du métal avec d'autres systèmes impliqués dans la régulation de l'homéostasie redox et de l'homéostasie de métaux essentiels comme le zinc (Zn) et le cuivre (Cu). Afin de mieux comprendre l'implication du stress oxydant dans les mécanismes de toxicité induits par ces métaux de transition, nous avons analysé leur impact sur la balance antioxydante (biomarqueurs de stress oxydant, activités des principales enzymes antioxydantes, synthèse d'autres facteurs antioxydants comme les métallothionéines, le glutathion intracellulaire) de deux lignées cellulaires ; une lignée cellulaire dérivée de kératinocytes humains et immortalisée par mutation du gène p53 (HaCaT); ainsi qu'une lignée issue du glioblastome de rat (C6). Nos résultats sont en faveur d'un effet globalement pro-oxydant. Ils montrent que les 3 métaux affectent le statut redox des cellules. Ceci est révélé par une augmentation du taux de glutathion oxydé (GSSG), du taux de MDA, des lésions de l'ADN, et une décroissance non seulement du taux des thiols protéiques (SH), de glutathion (GSH) mais aussi des activités glutathion peroxydase (GPx), catalase (CAT), glutathion réductase (GRase) et des superoxydes dismutases (SODs). L'impact des métaux sur les activités des enzymes antioxydantes s'accompagne d'une augmentation de la quantité de radicaux libres comme le radicale hydroxyle qui peut initier la peroxydation lipidique, ainsi que l'oxydation des protéines, du GSH et de l'ADN.<br /><br />Contrairement aux autres métaux, le Cd présente une toxicité relativement faible dans les cellules HaCaT pour des concentrations inférieures ou égales à 50 µM. Cette résistance s'explique principalement par la présence des métallothionéines (MTs) à l'état basal d'une part et par une synthèse induite par le Cd du GSH et des MTs d'autre part. L'induction des MTs par le Cd, le Cu ou le Zn et leur redistribution nucléaire fait de ces protéines un acteur prépondérant dans la protection du génome contre les dommages oxydatifs. L'expression des MTs est régulée non seulement par une synthèse induite par les métaux mais aussi par le GSH et la protéine p53 dont la mutation a un impact sur le taux intracellulaire de MTs et sur la résistance des HaCaT au Cd.<br /><br /> Ces études indiquent que le déséquilibre entre l'inhibition des activités antioxydantes et la synthèse des facteurs comme le GSH et les MTs est très impliqué dans la toxicité des métaux. C'est ce déséquilibre qui est à l'origine de l'augmentation du stress oxydant et qui explique la sensibilité et la forte mortalité des cellules C6 induite par le Cd. En effet dans ces cellules, les activités des enzymes antioxydantes et les taux de GSH et de MTs diminuent dès 20 µM. Cette diminution s'accompagne d'une mort cellulaire accrue. La mort cellulaire obtenue après incubation avec le Cd, le Cu ou le Zn est dose-dépendante et très différente entre les lignées C6 et HaCaT. En effet, les cellules HaCaT en présence de Cd ou de Cu présentent une mort non apoptotique alors que les cellules C6, incubées avec le Cd, meurent par une voie apoptotique p53-dépendante.

Ce travail de thèse a visé à étudier les paramètres toxicocinétiques et toxicologiques de l'uranium chez le poisson. Il apparaît que l'uranium est hautement bioaccumulé et bioconcentré par les poissons. Sa répartition, bien que généralisée à l'ensemble de l'organisme, est néanmoins très hétérogène (branchies et foie constituant des sites majeurs d'accumulation). On note une perturbation du système antioxydant hépatique (inhibition des activités SOD, CAT et GPx ; déplétion du GSHtot) et du système cholinergique cérébral (inhibition/suractivation de l'AChE). Des atteintes génotoxiques surviennent également au niveau sanguin, hépatique et gonadique. L'activité radiologique de l'uranium influe sur les cinétiques d'apparition de ces perturbations biochimiques, celles-ci apparaissant d'autant plus précocement que l'activité délivrée est importante. Des atteintes histologiques (de différentes natures selon l'activité radiologique mise en jeu) sont également constatées (branchies, muscle).

De par leur excellente résolution spatiale et leurs propriétés particulières, les ultramicroélectrodes (UME) constituent des outils de choix pour l'étude de mécanismes biologiques de sécrétion à l'échelle de la cellule unique. En configuration " synapse semi-artificielle ", du fait de la faible distance qui sépare la cellule émettrice de l'UME, les molécules sont libérées dans un faible volume, induisant alors des concentrations suffisamment élevées pour être détectables par électrochimie. Ainsi, les UME offrent la possibiIité de mesurer des flux, même infimes, de molécules électroactives en temps réel. Cette technique analytique a été utilisée, complétée ou adaptée afin d'étudier deux phénomènes biologiques : l'exocytose vésiculaire et le stress oxydant cellulaire. L'analyse ampérométrique de l'exocytose, mécanisme impliqué dans la communication cellulaire, permet l'étude quantitative de la cinétique de libération des molécules intravésiculaires libérées dans le milieu extracellulaire. L'UME, placée dans le milieu extérieur, n'apporte pas d'information quant au statut des vésicules avant la fusion. Pour compléter ces informations, nous avons développé, par des techniques de microfabrication, un microsystème constitué d'électrodes conductrices et transparentes d'ITO permettant un couplage des détections ampérométrique et optique (microscopie TIRF) pour l'étude de la sécrétion des cellules BON BC21. L'ampérométrie à quatre potentiels constants, utilisée au laboratoire pour la détection des ROS/RNS libérées par les macrophages, cellules du système immunitaire, nécessite un grand nombre d'expériences pour s'affranchir de la variabilité cellulaire et des différences de sensibilité des UME. Afin de réduire considérablement le temps d'expérience, nous avons développé un microsystème constitué de quatre chambres de mesure, chacune contenant un jeu de trois électrodes. Ces quatre chambres permettront, à terme, le suivi et la détection simultanée en temps réel des variations de production de H2O2, ONOO-, NO* et NO2- libérées par une cellule.

Le vieillissement est associé à de nombreuses modifications de l'organisme, reliées à des altérations des facteurs de risque des maladies cardiovasculaires (MCV). Dans ce cadre, une masse maigre importante est considérée comme étant bénéfique pour la sensibilité à l'insuline. Ainsi, l'exercice contre résistance est jugé comme la stratégie la plus efficace pour permettre cette adaptation, surtout chez les adultes. Toutefois, chez les personnes âgées, les résultats ne sont pas toujours probants. Une raison sous-jacente empêchant l'adaptation optimale aux effets bénéfiques de ce type d'intervention serait l'augmentation des dommages oxydatifs avec le vieillissement. La supplémentation en antioxydants durant l'exercice contre résistance pourrait aider à l'obtention de meilleurs résultats. En effet, plusieurs études ont démontré qu'une supplémentation en antioxydants pouvait avoir des effets bénéfiques sur différents paramètres biochimiques et des dommages oxydatifs. Toutefois, l'effet des antioxydants en combinaison des exercices contre résistance sur l'ensemble de ces paramètres n'a toujours pas été vérifié chez les personnes âgées. Ainsi, la mise à disposition d'une nouvelle méthodologie pourrait s'avérer intéressante pour cette population. L'objet de cette thèse était de vérifier l'impact de ces interventions (supplémentation en antioxydants et exercices contre résistance) dans la prévention des facteurs de risque des MCV chez des personnes âgées. Les hypothèses avancées étaient que les personnes ayant participé à la combinaison des interventions (supplémentation en antioxydants et exercices musculaires) présentent une amélioration plus importante des paramètres biochimiques, de la composition corporelle et des facteurs de risque de MCV que les personnes ayant été soumises à l'une ou l'autre des interventions. Pour y répondre, 73 personnes âgées (59-73 ans, IMC[plus petit ou égal à]30kg/m[indice supérieur 2], sans incapacité physique ou médication influençant le métabolisme, non fumeur, buveur modéré, poids stable, pas d'ingestion d'antioxydant depuis un mois, non impliqué dans un programme d'exercices vigoureux) ont été recrutées et réparties aléatoirement dans 4 groupes (1 : témoin ; 2 : exercices contre résistance ; 3 : supplémentation en antioxydants ; 4 : exercices contre résistance + supplémentation en antioxydants). Différentes mesures ont été réalisées avant et après 6 mois d'intervention : composition corporelle, sensibilité à l'insuline, métabolisme de repos, apport alimentaire, profils biochimiques (lipidique et oxydatif) et profil hématologique. Nous avons tout d'abord constaté une amélioration des paramètres antioxydants sans diminution des facteurs prooxydants du stress oxydant dans le groupe d'interventions combinées. Toutefois, nous avons obtenu une augmentation significative de la masse maigre et une tendance à l'amélioration de la sensibilité à l'insuline dans le groupe d'interventions combinées, alors que les autres groupes sont demeurés inchangés. Cependant, il n'a pas été possible d'observer d'évolutions significatives des paramètres biochimiques ou hématologiques, si bien que les facteurs de risque de MCV ne se sont pas déteriorés dans cette population après 6 mois. L'ensemble de ces données permettent d'avancer que la supplémentation en antioxydants combinée aux exercices contre résistance chez des sujets âgés sains ont des effets bénéfiques et n'engendrent pas de détérioration de l'état de santé comparé aux sujets témoins : c'est un caractère non négligeable dans l'objectif du mieux vieillir. Dans ce cas, de nouvelles perspectives de recherche doivent être dégagées, telles que d'expérimenter ces interventions avec des populations plus à risques ou pathologiques afin de maximiser ces hypothèses et nos résultats.

On étudie les potentialités d'action de la consommation de jus de fruits et de vins riches en polyphénols sur modèle pathologique de stress oxydant, l'athérosclérose précoce, d'origine nutritionnelle, ainsi que leur effet protecteur spécifique vis à vis de cette pathologie. Dans une première partie expérimentale, nous avons analysé les polyphénols de trois variétés de jus de framboises (Cardinal, Glen Ample et Tulameen) et deux vins (Kaki et Merlot) par HPLC. Nous avons identifié et quantifié les composants phénoliques de la famille des anthocyanes et des ellagitanins, les deux constituants majeurs des polyphénols de framboise. Leurs compositions diffèrent significativement, en particulier entre Glen Ample et Tulameen. Concernant les vins, les flavan-3-ols (monomères et oligomères) ont été analysés. Les concentrations de chaque composant étaient fondamentalement différents entre les deux vins, sauf pour les dimères. Ceci nous a conduit à aborder l'étude in vivo sur hamster syrien doré recevant un régime riche en lipides et cholestérol, et carencé en antioxydants alimentaires. L'ingestion de Glen Ample (équivalent à 250 mL de jus de framboise par jour pour une homme de 70 kg) inhibe les facteurs pro-oxydants et améliore le statut antioxydant alors que le jus Tulameen a un effet protecteur contre la dyslipidémie. Ces effets peuvent être liés aux ellagitanins et anthocyanes respectivement. Nous avons montré que la consommation de vin à dose nutritionnelle (équivalent à 2 verres par repas pour un homme de 70 kg) améliorait la réactivité vasculaire, la dyslipidémie et le statut antioxydant. Parmi ces effets bénéfiques, aucune différence n'apparaît entre le vin de kaki et le Merlot, ce qui suggère que les dimères de procyanidines sont impliqués dans les effets biologiques des polyphénols. / The purpose of this study is to explore the potential of fruit juices and wines consumption rich in polyphenol on pathological models of oxidative stress, diet-induced early atherosclerosis, and to research their specific protective effect against the pathology.In the first part of this work we analyzed the polyphenols in three varieties of raspberry juices (Cardinal, Glen Ample and Tulameen) and two wines (Persimmon and Merlot) by HPLC. We identified and quantified phenolic components of anthocyanins and ellagitannins family, the two major constituents in raspberries polyphenols. Their compositions differed significantly especially between Glen Ample and Tulameen. For wines, flavan-3-ols (monomers and oligomers) were analyzed. Concentrations of each component were fundamentally different in two wines except for procyanidin dimers.These results led us to address in vivo studies on Syrian Golden hamsters fed a high-fat, high-cholesterol diet deprived in dietary antioxidants. Consumption of Glen Ample (equivalent to 250 mL of raspberry juice per day for a 70 kg human) inhibits pro-oxidant factors and improves antioxidant status whereas Tulameen shows a protective effect against dyslipidemia which may be due to its ellagitannins and anthocyanins respectively.Nutritional dose of wines (equivalent to 2 glasses of wine per meal for a 70 kg human) improves vascular reactivity, dyslipidemia and antioxidant status. No difference appeared between persimmon and merlot wine antioxidant properties suggesting that procyanidin dimers are implicated in the biological effects of polyphenols.

L'insuffisance rénale chronique (IRC) est associée à une importante morbidité et mortalité cardio-vasculaire, à laquelle participent l'inflammation chronique, le stress oxydant et la dysfonction endothéliale. Les toxines urémiques sont des solutés s'accumulant dans le sérum et les tissus des patients IRC. Parmi elles, les toxines urémiques liées aux protéines sont mal épurées par la dialyse, et ont une toxicité endothéliale démontrée in vitro. Nous avons démontré que l'indoxyl sulfate (IS), une toxine liée aux protéines, induit la production de radicaux oxygénés (ROS) par les cellules endothéliales en culture (HUVEC), par le biais de l'activation de la NADP(H) oxydase, et par une déplétion en glutathion intracellulaire. Ce stress oxydant était induit par des concentrations d'IS rencontrées dans le sérum des patients IRC. Les patients IRC ont un niveau élevé de microparticules endothéliales (MPE), marqueur d'activation et de lésion endothéliale, et un nombre diminué de progéniteurs endothéliaux circulants (PEC), qui représentent les capacités de réparation de l'endothélium lésé. Nous avons souhaité étudier si les toxines urémiques jouaient un rôle dans ce déséquilibre. Chez des patients hémodialysés (HD), nous avons démontré que le nombre de PEC CD34+/CD133+ était inversement corrélé aux taux de 3 toxines urémiques, l'indole-3-acétique acide (IAA, une toxine proche de l'IS) et la ß2 microglobuline. In vitro, l'IAA induit l'apoptose des progéniteurs CD133+, et cet effet est imbibé par l'ajout d'érythropoïétine (EPO) au milieu de culture. Le sérum urémique induit l'apoptose des PEC. Bien que le nombre des PEC soit diminué chez les patients HD par rapport aux contrôles, leur nombre est positivement corrélé à 2 marqueurs de lésion vasculaire : le nombre de MPE, et la rigidité artérielle évaluée par la vitesse de l'onde de pouls aortique. Cela suggère que les PEC restent mobilisables chez les patients HD, en réponse aux lésions vasculaires, peut-être en partie grâce à leur traitement par EPO. En conclusion, les toxines urémiques participent à la dysfonction endothéliale des patients IRC, en augmentant le stress oxydant endothélial et la libération de MPE, et réduisent les capacités de réparation endothéliale en diminuant la survie des PEC. / Chronic kidney disease (CKD) is associated with dramatically increased cardio-vascular morbidity and mortality. Not only do traditional risk factors explain this accelerated atherosclerosis, but also chronic inflammation, oxidative stress and endothelial dysfunction. Uremic toxins are solutes accumulating in serum and tissues of CKD patients. Among them, protein-bound uremic toxins are poorly removed by haemodialysis (HD), and have shown deleterious effects on cultured endothelial cells (HUVEC). We showed that indoxyl suphate (IS), a protein-bound toxin, induces reactive oxygen species production in HUVEC, through activation of NAD(P)H oxidase, and intracellular glutathione depletion. This induction of oxidative stress was observed for concentrations of IS found in CKD patients. CKD patients exhibit high levels of endothelial microparticles (EMP), a marker of endothelial lesion, and low levels of endothelial progenitor cells (EPC), originating from bone marrow and implied in endothelial repair. We asked whetehr uremic toxins could play a role in this imbalance. In HD patients, we showed that the number of CD34+/CD133+ EPC was inversely correlated with the serum levels of two uremic toxins, indole-3-acetic acid (IAA, a protein-bound uremic toxin close to IS) and ß2microglobulin. In vitro, IAA induced apoptosis of CD133+ cells, unless erythropoietin was added to the medium. Uremic serum induced EPC apoptosis. Although endothelial progenitor cell number was reduced in CKD patients compared to healthy controls, it was positively correlated with two markers of vascular lesion : the number of EMP in serum, and the pulse wave velocity reflecting arterial stifness. This suggests that EPC can be mobilized in the circulation upon vessel injury, in spite of uremic toxicity, and maybe thanks to erythropoietin treatment in HD patients. In conclusion, uremic toxins induce endothelial dysfunction, assessed by increased endothelial oxidative stress and shedding of EMP, and reduce regeneration capacities of endothelium. They are probably key actors in cardio-vascular risk of CKD patients.

Introduction : La fibrose kystique (FK) est une maladie génétique mortelle qui touche principalement les poumons et l’appareil digestif. Elle est causée par des mutations sur le gène codant la protéine du CFTR, un canal chlore exprimé à la surface des organes à sécrétions exocrines. Les fonctions principales du CFTR sont les suivantes: 1) la régulation de l’homéostasie ionique des sécrétions; 2) le maintien de la fluidité des sécrétions et; 3) le transport du glutathion. Le dysfonctionnement de la protéine du CFTR rend les sécrétions visqueuses et épaisses, avec des phénomènes obstructifs qui sont responsables de l’apparition de fibrose au sein des divers organes. Dans le poumon, l’accumulation du mucus épais rend difficile l’élimination des bactéries inhalées, ces dernières établissent alors des cycles d’infection qui endommagent les tissus pulmonaires à travers des processus inflammatoires. Dans le tube digestif, le mucus épais entrave l’absorption d’une quantité suffisante d’éléments nutritifs incluant les principaux antioxydants. L’infection et l’inflammation des poumons favorisent l’apparition d’un stress oxydant qui détruit davantage le tissu pulmonaire. Le déficit en glutathion, probablement lié au dysfonctionnement de la proteine du CFTR, et la malabsorption des antioxydants favorisent l’augmentation du stress oxydant. Une augmentation du stress oxydant a été démontrée au cours du diabète et les produits dérivés du stress oxydant ont été mis en évidence dans la pathogenèse des complications associées au diabète. Une augmentation du stress oxydant a également été montrée durant la FK, mais sans pour autant expliquer la survenue du diabète secondaire à la FK dont la prévalence augmente sans cesse. Objectifs : Notre étude consiste à évaluer l’impact du stress oxydant dans les anomalies du métabolisme du glucose durant la FK, et à étudier son rôle dans les mécanismes de sécrétion d’insuline induite par le glucose. Pour ce faire, nous avons déterminé l’impact de la peroxydation lipidique sur la tolérance au glucose et la défense antioxydante globale, in vivo, chez des patients FK présentant une altération du métabolisme du glucose. De plus, nous avons évalué le rôle du stress oxydatif sur la synthèse et la sécrétion d’insuline, in vitro, dans les cellules pancréatiques βTC-tet. Résultats : Dans l’étude in vivo, nous avons démontré que l’intolérance au glucose et le diabète étaient associés à une augmentation de la peroxydation lipidique, traduite par la hausse des niveaux sanguins de 4-hydroxynonenal lié aux protéines (HNE-P). La défense antioxydante évaluée par la mesure du glutathion sanguin démontre que les niveaux de glutathion oxydé restent également élevés avec l’intolérance au glucose. Dans l’étude in vitro, nos résultats ont mis en évidence que l’exposition de la cellule βTC-tet au stress oxydant: 1) induit un processus de peroxydation lipidique; 2) augmente la sécrétion basale d’insuline; 3) diminue la réponse de la sécrétion d’insuline induite par le glucose; et 4) n’affecte que légèrement la synthèse de novo de l’insuline. Nous avons aussi démontré que les cellules pancréatiques βTC-tet résistaient au stress oxydant en augmentant leur synthèse en glutathion tandis que la présence d’un antioxydant exogène pouvait restaurer la fonction sécrétoire de ces cellules. Conclusion : Le stress oxydant affecte le fonctionnement de la cellule pancréatique β de plusieurs manières : 1) il inhibe le métabolisme du glucose dont les dérivés sont nécessaires à la sécrétion d’insuline; 2) il active la voie de signalisation impliquant les gènes pro-inflammatoires et; 3) il affecte l’intégrité membranaire en induisant le processus de peroxydation lipidique. / Introduction: Cystic fibrosis (CF) is the most prevalent lethal genetic disorder affecting mostly lungs and the gastro-intestinal tract. CF is caused by mutations in the gene encoding the CFTR protein, a chloride channel expressed in organs with exocrine secretions. The main functions of the CFTR channel are the following: 1) regulation of electrolyte composition of secretions; 2) maintenance of fluid secretions and; 3) transport of glutathione. The CFTR protein dysfunction leads to thick and viscous secretions with obstructive phenomena responsible for fibrosis occurence in various organs. In the lungs, accumulation of the thick mucus reduces their capacity to eliminate inhaled bacteria responsible for repeated infections and pulmonary tissue damage through inflammatory processes. In the gastro-intestinal tract, the thicknened micus leads to nutritive elements and the major antioxidants malabsorption. Increased oxidative stress has been associated with the onset of diabetes and oxidative stress by-products have been involved in the pathogenesis of diabetic complications. Increased oxidative stress has also been shown in CF but the relationship between oxidative stress and the occurrence of CF-related diabetes (CFRD) remains unclear. Objectives: Our study aims to investigate the role of oxidative stress in the impaired glucose metabolism in CF patients and its relation with the altered glucose-stimulated insulin secretion process. We first determined the impact of lipid peroxidation on glucose tolerance and the antioxidant status in CF patients with altered glucose tolerance. Secondly, we evaluated the role of oxidative stress on insulin synthesis and secretion in the murine pancreatic β-cell line βTC-tet. Results: In CF patients, we demonstrated that conditions of glucose intolerance and diabetes are associated with increased lipid peroxidation as seen with increased blood levels of 4-hydroxynonenal bound to proteins (HNE-P). The antioxidant status evaluated with blood levels of glutathione showed a strong correlation between levels of oxidized glutathione and glucose intolerance. Acute exposure of βTC-tet to oxidative stress led to: 1) increased lipid peroxidation marker levels; 2) increased insulin release in basal conditions; 3) altered glucose-stimulated insulin secretion process and; 4) no effect on the insulin synthessis pathway. We also demonstrated that pancreatic βTC-tet cells can fight against oxidative stress by upregulating their glutathione synthesis whereas the presence of an exogenous antioxidant can restore their secretory function. Conclusion: Oxidative stress can induce β-cell dysfunction through many pathways: 1) it inhibits the glucose metabolism and its by-products which are required for insulin secretion, 2) it activates the signalling pathway involving the pro-inflammatory genes and; 3) it damages the cell structure by inducting the lipid peroxidation process.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.