Diverses études épidémiologiques ont mis en évidence une relation étroite entre pollution urbaine au monoxyde de carbone (CO) et mortalité cardiovasculaire. Récemment il a été mis en évidence, chez le rat, qu'une exposition prolongée à ce polluant urbain avait pour conséquence le développement d'un phénotype cellulaire pathologique, pouvant influencer la vulnérabilité du coeur à un stress aigu. L'objectif de nos travaux était donc i) d'évaluer l'impact de la pollution au CO, sur la sensibilité du myocarde de rats au syndrome d'ischémie-reperfusion (IR) ; et ii) d'évaluer les effets potentiellement cardioprotecteurs d'un exercice pratiqué régulièrement à intensité modérée, sur le remodelage phénotypique cellulaire myocardique. Pour cela, 187 rats Wistar ont été séparés en 3 groupes : des rats contrôles, des rats exposés pendant 4 semaines au CO (30-100 ppm), et des rats entraînés en endurance avant d'être exposés au CO. La sensibilité à l'IR était évaluée par ischémie régionale réalisée sur modèle de coeur isolé perfusé de Langendorff. La fonction et les mouvements calciques de cardiomyocytes isolés était évalués en condition basale et consécutivement à un protocole d'anoxie-réoxygénation. Les résultats de ce travail confirment l'apparition d’un phénotype pathologique chez les rats exposés de façon prolongée au CO. Ce phénotype pathologique caractérisé dans notre travail par une altération de l’homéostasie calcique et du statut redox cellulaire ainsi qu'une expression tissulaire de iNOS apparait comme à l'origine de la plus grande vulnérabilité du coeur à un stress d’IR. Un autre résultat majeur de ce travail est qu’une stratégie de cardioprotection par un exercice d'intensité modérée pratiqué de manière régulière, permet de prévenir le remodelage pathologique cardiomyocytaire et ainsi l'augmentation de la sensibilité du myocarde à l'IR / Epidemiological studies suggested that carbon monoxide (CO) urban air pollution is mainly related to cardiovascular mortality. In addition, recent experimental studies have highlighted that CO exposure was responsible for the development of cardiomyocytes’ pathological remodeling, which can render the heart more vulnerable to acute stresses. Therefore, the aim of this experimental work was to i) evaluate the impact of prolonged exposure to simulated CO urban pollution on the sensitivity of the myocardium to IR ; and ii) evaluate potential cardioprotective effects of regular bouts of endurance training in this model. 187 Wistar rats were separated into 3 groups : control rats, CO rats exposed during 4 weeks to CO (30-100 ppm), and CO exercised rats. Myocardial sensibility to IR was evaluated with a regional ischemia performed on a Langendorff model of isolated heart. Moreover, the cardiomyocytes’ function and calcium handling were evaluated at basal conditions, following a protocol of cellular anoxia and reoxygenation. The results of this study confirm that chronic exposure to CO is responsible for cardiac phenotypic changes, which are characterized in this work by an imbalance in the cardiomyocytes’ oxidative status, an impairment of calcium handling and iNOS expression. These phenotypic changes were associated in this work with higher heart vulnerability to IR. Another major result of this study is that regular bouts of endurance training conducted prior to CO exposure prevented the pathological cardiac remodeling, consequently leading to higher heart vulnerability due to IR

La réhabilitation respiratoire tient une place importante dans la prise en charge des patients atteints de Broncho-pneumopathie chronique obstructive (BPCO) stables en induisant des bénéfices au niveau de la tolérance à l’effort, la fonction et la masse musculaire périphérique. La présence d’un stress oxydant élevé à l’état basal, considéré comme un des principaux facteurs impliqués dans l’atteinte musculaire périphérique, est bien admise malgré les discordances rapportées dans la littérature notamment au niveau du système antioxydant. L’absence d’amélioration des marqueurs du stress oxydant au cours d’un programme de réhabilitation respiratoire constitue une limite probable aux adaptations musculaires escomptées. Cependant, même si une supplémentation en antioxydants semble être une intervention adaptée permettant de réduire le stress oxydant et d’améliorer l’atteinte musculaire périphérique, son efficacité reste toujours à prouver chez les patients BPCO.Ainsi, nos objectifs étaient de déterminer et caractériser l’hétérogénéité des marqueurs du stress oxydant en vue d’étudier les effets d’une supplémentation en antioxydants adaptée sur des marqueurs spécifiques de l’atteinte musculaire périphérique des patients BPCO stables. A travers une analyse globale intégrant toute la complexité du stress oxydant, ce travail de thèse a montré que les principaux déficits en antioxydants chez les patients BPCO stables se situent au niveau de l’équilibre vitamine C/E, du zinc et du sélénium. De plus, nos résultats ont permis de déterminer des profils de patients caractérisés notamment par des sous-groupes de femmes ayant une majoration des taux de peroxydes lipidiques. Basé sur les principaux déficits identifiés et malgré l’importante hétérogénité des réponses, nous avons montré qu’une supplémentation en antioxydants permettait d’optimiser les bénéfices d’un programme de réhabilitation respiratoire en améliorant la FMIV, la Vo2sl et la surface de section transversale (SSt) des fibres musculaires de patients BPCO stables. Ainsi, dans l’optique d’une approche par phénotypes, l’utilisation de valeurs de références de la SSt, comme établies dans notre seconde étude, semble constituer un biomarqueur adapté mais celles-ci doivent être optimisées afin d’être applicable chez les patients BPCO. Pour conclure, outre l’intérêt pour l’utilisation d’une supplémentation en antioxydants au cours d’un programme de réhabilitation respiratoire, nos résultats contribuent à améliorer les connaissances sur le rôle du stress oxydant dans la physiopathologie de l’atteinte musculaire périphérique des patients BPCO. De plus, une meilleure compréhension et caractérisation de l’hétérogénéité, à la fois du stress oxydant et de l’atteinte musculaire périphérique, ouvrent des perspectives de recherche prometteuses dans l’optique d’une adaptation de la prise en charge des patients BPCO. / Pulmonary rehabilitation is considered as a major component in the management of chronic obstructive pulmonary disease (COPD) patients by inducing benefits on exercise capacity, peripheral function and muscle mass. Elevated oxidative stress at baseline, considered as one of the main factors involved in peripheral muscle impairment, is well accepted despite the discrepancies reported in the literature especially on antioxidant system. The absence of oxidative stress marker improvement following a pulmonary rehabilitation program is a likely limit to the expected muscle adaptations. However, although antioxidant supplementation seems to be an appropriate intervention for reducing oxidative stress and improving peripheral muscle impairment, its effectiveness remains to be proven in COPD patients.Thus, our objectives were to determine and characterize the oxidative stress marker heterogeneity in order to study the effets of a suitable antioxidant supplementation on specific peripheral muscle markers in stable COPD patients.Through a comprehensive analysis integrating the oxidative stress complexity, this work showed that the main antioxidant deficits in stable COPD patients are on the vitamin C/E balance, zinc and selenium. Moreover, our results allowed to determine patient profiles characterized in particular by a women subgroup with an increased rate of lipid peroxides. Based on the main identified deficits and despite the large response heterogeneity, we have shown that antioxidant supplementation may optimize the benefits of a pulmonary rehabilitation program by improving especially muscle fiber strength, cross-sectional area (CSA) and maximal oxygen consumption of stable COPD patients. Thus, from the perspective of a phenotype approach, the use of CSA reference values, as established in our second study, appears to be a suitable biomarker but these should be optimized in order to be relevant in COPD patients.Finally, besides the benefits of using an antioxidant supplementation during pulmonary rehabilitation program, our results contribute to improve our knowledge about the role of oxidative stress in the pathophysiology of peripheral muscle impairment in COPD patients. Furthermore, a better understanding and characterization of heterogeneity of both oxidative stress and peripheral muscle impairment opens up promising research prospects with a view of adjusting the management of COPD patients.

L’acide carnosique (CA) et le carnosol (CARN), deux diterpènes spécifiques des Lamiacées, sont en abondance dans le romarin. Le CA extrait de cette plante est largement utilisé dans l’industrie pour ses propriétés antioxydantes portées par le groupe catéchol. Malgré beaucoup d’applications, les rôles et les modes d'action de ces composés in planta n’ont reçu que peu d’attention. Des analyses par HPLC-UV et imagerie d’autoluminescence révèlent que le CA et le CARN protègent les lipides contre des oxydations in vitro par les ERO. Lors de la préservation des lipides, des analyses de MS indiquent que le CA est oxydé en une variété de dérivés alors que le CARN résiste. L’utilisation d’une sonde de spin et de la spectroscopie RPE montre que le CA est un piégeur chimique des ERO. L’action inhibitrice du CARN sur des oxydations de lipides induites in vitro ou in vivo indique que le CARN interfère avec le processus de peroxydation lipidique. Des études in vivo de deux variétés de romarin contrastées en CA exposées à un stress photooxydant montrent que le CA protège les lipides in planta. Une étude des variations de CA et de CARN en fonctions des facteurs abiotiques met en avant qu’une forte intensité lumineuse et des fluctuations de températures favorisent la réponse antioxydante du CA qui s’oxyde en CARN. Des analyses de RT-qPCR montrent que les facteurs abiotiques ne stimulent pas la voie de biosynthèse du CA. En condition de stress oxydant, le CA du romarin préserve les membranes par piégeage des ERO produisant des dérivés d’oxydation, dont le CARN, qui protègent aussi les membranes en bloquant la réaction en chaîne de la peroxydation lipidique. / Carnosic acid (CA) and carnosol (CARN), two diterpenes specific of the Lamiaceae, are highly abundant in rosemary species. CA extracted from rosemary is used by industries for its antioxidative features, endowed by it catechol group. Despite numerous applications, the role and the mode of action of CA in planta has received little attention. Analyses, using HPLC-UV and luminescence imaging revealed that CA and CARN protect lipids from in vitro oxidation by ROS. Upon ROS oxidation of lipids, MS analyses indicated that CA was oxidized into various derivatives while CARN resisted. Using spin probes and EPR detection, we confirmed that CA, rather than CARN, is a ROS quencher. The inhibitory effect of CARN on lipid peroxidation induced in vitro or in vivo indicated that CARN interferes with lipid peroxidation. In vivo studies of two rosemary varieties contrasted in their CA content exposed to photooxidative stress showed that CA protects lipids in planta. A study of CA and CARN variations in response to abiotic factors showed that high light and temperature fluctuations lead to CA oxidation into CARN. RT-qPCR analyses revealed that abiotic factors do not stimulate CA biosynthesis genes. Under oxidative stress condition, rosemary CA preserves biological membranes by ROS scavenging, hence producing a set of oxidative derivatives, including CARN, which protect biological membranes by blocking the lipid peroxidation chain reaction.

Les relations bien connues en cas d'hémochromatose entre surcharge en fer, insulinorésistance et stress oxydant, nous ont conduit à chercher à établir le rôle de la ferritine comme un facteur prédictif du risque de diabète gestationnel et du stress oxydant indépendamment de toute supplémentation dans une population de femmes Libanaises non anémiques. Nous avons observé qu'une ferritine élevée en début de la grossesse était un facteur prédictif d'intolérance au glucose, alors que cette relation n'était pas retrouvée avec une hémoglobine élevée, suggérant que le fer de réserve est un facteur de risque à considérer et non pas le fer fonctionnel. Le dosage de la ferritine pourrait être un marqueur biologique à prendre en considération pour évaluer le risque d'intolérance au glucose chez les femmes à risque de diabète gestationnel. La prévalence du diabète gestationnel dans la population étudiée, sur la base de nouveaux critères adoptés par l'Organisation mondiale de la santé était de ~15% alors qu'elle n'était que de 4% avec les critères de O'Sullivan actuellement utilisés dans les hôpitaux où a été recrutée notre population. Cette forte différence souligne la nécessité de l'adoption de nouveaux critères pour un meilleur dépistage et une meilleure prise en charge du fait des risques materno-fœtaux associés au diabète gestationnel. Malgré l'abaissement des valeurs de la glycémie, nous montrons que les nouveaux seuils de glycémie définissant désormais un diabète gestationnel sont toujours associés à une augmentation du stress oxydant, notamment des dommages à l'ADN. Conformément à la littérature, nous montrons qu'un statut en fer élevé, est associé à un état de stress oxydant élevé. De façon plus originale nous montrons qu'une ferritine élevée en début de grossesse aggrave l'association du stress oxydant et de l'insulinorésistance avec l'intolérance au glucose. En l`absence de modèle satisfaisant pour l`étude du diabète gestationnel expérimental, nous avons validé dans une étude préliminaire un régime riche en fructose comme modèle expérimental de diabète gestationnel. Nous montrons que ce modèle induit les mêmes modifications chez les rates et leurs ratons que celles observées lors de diabète gestationnel, de plus lorsque ce régime est enrichi en fer, des altérations oxydatives sont observées au niveau cérébral et hépatique des ratons. Ce modèle expérimental nous permettra d'étudier ultérieurement les voies de signalisation qui régissent les interactions entre fer, stress oxydant et diabète gestationnel et d'évaluer les répercussions d'une augmentation des dommages oxydatifs chez les fœtus, chez les nouveau-nés à la naissance et à distance par des études de comportement. Enfin en raison des données récentes sur l'épigénétique notre modèle expérimental pourrait nous permettre de suivre l'évolution en terme d'apparition de pathologies à l'âge adulte (insulinorésistance, diabète de type 2, déclin cognitif) des animaux nés de mère avec un diabète gestationnel. Au vu de l`ensemble de nos résultats sur les interactions entre ferritine, intolérance au glucose et stress oxydant, le bénéfice d`une supplémentation martiale durant la grossesse chez des femmes à risque de diabète gestationnel doit être évalué. / The overall goal of this study was to establish the role of ferritin as a predictor for gestational diabetes mellitus and oxidative stress in non-anemic and non-iron supplemented Lebanese women. We observed that high ferritin level during the first-trimester of pregnancy was a predictor for impaired glucose tolerance, whereas high hemoglobin values yielded no significant relationship, suggesting that the iron reserve was the main indicator to be considered as a risk factor rather than the functional iron. Thus, the serum ferritin level could be used as a biological marker to assess for the risk of glucose intolerance in pregnant women. Based on the new World Health Organization criteria for gestational diabetes mellitus diagnosis, it is predicted that gestational diabetes mellitus prevalence in our population could be increased by four-fold. Since gestational diabetes mellitus has deleterious effects on the perinatal and maternal health outcomes, the implementation of these new criteria will allow for better management of blood glucose in pregnant women at risk for developing gestational diabetes mellitus. Although the new criteria adopted lower cut-off blood glucose value, hyperglycemia is still a factor that highly associated with increase oxidative stress, ultimately leading to DNA damage. Previously, we have shown that high iron status was associated with elevated oxidative stress. Furthermore, we have established that high ferritin during early-term pregnancy affected the association between oxidative stress and insulin resistance with glucose intolerance. Due to the lack of good experimental model to study gestational diabetes mellitus, we have utilized fructose-supplemented diet fed pregnant dam as an experimental animal model for our gestational diabetes studies. Data obtained in a preliminary study indicated that, this experimental animal model had identical metabolic modifications found in women with gestational diabetes mellitus. Moreover, we have showed that iron-enriched diet significantly increased the redox status of the brain and the liver of the fructose-supplemented dams. Therefore, we believed that this experimental model is good model for future studies to evaluate the signaling pathways involved in iron, oxidative stress and gestational diabetes and to assess the impact of increased oxidative damage during pregnancy on the fetus, immediately after birth and later during the developmental stages via various behavioral tests. Finally, an epigenetic study using this experimental model may allow us to understand the genetic alterations that affected the likelihood of developing insulin resistance, diabetes, or cognitive decline in pups born to the mothers with gestational diabetes. Based on the findings from our studies on the interaction between ferritin, glucose impairment, and oxidative stress, as well as the iron-supplemented diet in the dams with gestational diabetes mellitus, a caution must be exercised when supplementing a pregnant woman with iron. The use of iron-supplementation during pregnancy should be re-evaluated.

Les stress physiopathologiques cardiaques sont associés dans la plupart des cas à une production d’espèces réactives oxygénées (ROS). Les ROS entrent dans plusieurs mécanismes physiologiques, cependant, des niveaux élevés de production de ROS produisent généralement des changements délétères dans la performance contractile et conduisent à un remodelage cardiaque défavorable. Il est maintenant établit qu’un stress oxydant important entraîne une altération de l'expression et/ou la fonction des protéines sarcomériques contribuant aux dysfonctions contractiles observées dans les diverses pathologies cardiaques. Ce travail de thèse a consisté à étudier l’impact du stress oxydant sur la fonction contractile cardiaque in-vivo, ex-vivo, et in-vitro dans diffèrent modèles de stress physiopathologiques cardiaques. Plus précisément, nous avons étudié le remodelage précoce de la machinerie contractile in-vitro, notamment les modifications post-traductionnelles des protéines sarcomériques dépendantes directement ou indirectement des ROS, mais aussi, la conséquence de ces modifications sur la fonction contractile cardiaque in-vivo et ex-vivo. Pour cela, nous avons généré deux modèles animaux de stress physiopathologiques cardiaques (exercice physique et chimiothérapie) ayants des mécanismes moléculaires différents tout en étant reliés par une perturbation commune : une production importante de ROS. Ainsi, ce travail de thèse s’est intéressé à la compréhension des mécanismes physiopathologiques à l’origine de : i) la dysfonction diastolique résultante d’un exerce physique épuisant, ii) la cardiomyopathie résultante de la prise d’anthracyclines. Dans ces études, nous avons étudié les modifications post-traductionnelles induites par les ROS des protéines sarcomériques (MyBP-C et TnI), ainsi que les conséquences sur la fonction cardiaque in-vivo, ex-vivo, et in-vitro. Ce travail de thèse a permis de montrer l’importance de la voie oxydative dans la régulation/dérégulation de la fonction cardiaque, aussi bien à l’échelle de l’organe qu’à l’échelle de la cellule. Il démontre notamment, que la voie oxydative peut interagir avec la voie adrénergique pour modifier les propriétés contractiles (étude #1). De plus, ce travail a permis de mettre en évidence que la voie oxydative induit des modifications précoces des propriétés contractiles qui sont hétérogènes à travers le ventricule gauche (étude #2). / Cardiac pathophysiological stress is generally associated with reactive oxygen species (ROS) production. ROSs are involved in several physiological mechanisms, however, high levels of ROS production induce deleterious changes in contractile performance and lead to adverse cardiac remodeling. It is now established that significant oxidative stress results in impaired expression and/or function of sarcomeric proteins and contribute to contractile dysfunctions observed in various cardiac pathologies.This work aim to study the oxidative stress impact on cardiac contractile function in-vivo, ex-vivo, and in-vitro, in different models of cardiac pathophysiological stress. Specifically, we studied the in-vitro contractile machinery early remodeling, including post-translational modifications of sarcomeric proteins directly or indirectly related to ROS, and the consequences of these modifications on cardiac contractile function in-vivo and ex-vivo. For this purpose, we used two animal models of cardiac pathophysiological stress (intense physical exercise and chemotherapy) having different molecular mechanisms but connected by an important ROS production.Thus, this thesis work focused on the pathophysiological mechanisms involved in diastolic dysfunction induced by an exhausting physical exercise and the anthracyclines induced cardiomyopathy. In these studies, we investigated ROS-induced post-translational modifications of sarcomeric proteins (MyBP-C and TnI), as well as, the consequences on cardiac function in-vivo, ex-vivo, and in-vitro. This work has shown the oxidative pathway importance in the cardiac function regulation/deregulation. Especially, it demonstrates that the oxidative pathway can interfere with the adrenergic pathway to modify contractile properties (study #1). In addition, this work has shown that the oxidative pathway induces early heterogeneous changes across the left ventricle in contractile properties (study #2).

L'athérosclérose est une maladie cardiovasculaire complexe affectant la paroi artérielle où le développement et la progression de la plaque sont fortement favorisés par une inflammation chronique. L'instabilité de la plaque carotidienne peut conduire à de potentiels évènements ischémiques majeurs tels que l'accident vasculaire cérébral (AVC) dont le caractère imprévisible rend la prévention primaire très compliquée. Ainsi, il n'existe pas à l'heure actuelle de biomarqueurs prédictifs efficaces de la rupture de plaque. Néanmoins, il est maintenant clairement établi que l'hémorragie intraplaque (IPH), la néovascularisation et l'accumulation excessive de macrophages sont les principaux facteurs d'instabilité de la plaque. Sur la base de travaux précédents, l'objectif de cette thèse était d'évaluer de manière indépendante les effets de l'activité physique (AP) et de la sédentarité, premièrement sur les paramètres histologiques d'instabilité de plaque, et deuxièmement, sur les facteurs de risque secondaires de l'athérosclérose, que sont l'inflammation, le stress oxydant et le profil hémorhéologique de patients asymptomatiques à risque d'AVC traités chirurgicalement. La 1ère étude a montré que l'AP régulière était associée à une prévalence d'IPH diminuée, et était l'unique facteur protecteur de l'IPH. Cette étude a également suggéré un effet bénéfique de l'AP sur le stress oxydant, ainsi que sur l'accumulation de macrophages. Dans une 2ème étude, nous avons caractérisé l'état fonctionnel de protéines potentiellement impliquées dans les dysfonctions du système immunitaire, et l'implication des cellules inflammatoires dans ces mécanismes. Nous avons alors identifié une cytokine pro-inflammatoire jouant un rôle déterminant dans les processus inflammatoires de déstabilisation de plaque. L'étude 3 nous a permis de caractériser l'effet du niveau d'AP sur la réponse monocytaire chez des patients avec plaque d'athérosclérose, et d'identifier une chimiokine qui pourrait avoir un rôle dans la modulation de la réponse monocytaire par l'AP. Enfin, la 4ème étude démontre l'altération de paramètres hémorhéologiques chez des patients atteints de maladie carotidienne sévère, et comment l'AP permet de limiter cette altération via la diminution de l'agrégation érythrocytaire. Ce travail de thèse apporte des informations quant à la pratique de l'AP dans la prévention primaire de l'athérosclérose. Des études complémentaires seront toutefois nécessaires afin de confirmer ces résultats, en proposant notamment une approche interventionnelle en activité physique / Atherosclerosis is a complex cardiovascular disease that affects the arterial wall where plaque development and progression are severely promoted by chronic inflammation. Carotid plaque destabilization could lead to potential major ischemic events such stroke which is still unpredictable, making primary prevention very complex. Thus, there is still currently no suitable predictive biomarker of plaque rupture. Nevertheless, it is now clearly established that intraplaque hemorrhage (IPH), neovascularization and excessive macrophage accumulation are the three main risk factors of plaque instability. Based on previous studies, the aim of this work was to evaluate independently the impact of physical activity (PA) and sedentary behavior, first on histological parameters of plaque instability, and secondly on secondary risk factors of atherosclerosis, such as inflammation, oxidative stress and hemorheological profile of asymptomatic patients at high-risk of stroke who underwent endarterectomy surgery. The first study shows that regular PA was associated to a decreased occurrence of IPH, and was the only protective factor for IPH. This study also suggested a beneficial effect of PA on macrophage accumulation as well as on oxidative stress. Then, in the 2nd study, we have characterized the functional state of proteins potentially implicated in immune system dysfunctions, and the implication of inflammatory cells in these mechanisms. We have identified a pro-inflammatory cytokine as a key driver of disrupting inflammatory process of plaque. In the same way, we have characterized in the 3rd study, the effect of PA on the monocytic response in atherosclerosis patients, and identified a chemokine associated that could explain the modulation of this monocytic response by PA. Finally, the 4th study demonstrates the hemorheological parameters alteration in carotid artery disease patients, and how PA could limit this alteration via red blood cell aggregation. This PhD thesis provided information regarding regular PA in primary prevention of atherosclerosis. However, additional studies are required to confirm these results, using in particular PA interventional approach

La phase aqueuse de l’atmosphère et plus précisément les gouttelettes de nuage est un des milieux les plus concentrés et réactifs de l’atmosphère au sein duquel les composés présents peuvent subir de nombreuses transformations, principalement par voie photochimique. De plus, elle a la propriété d’être oxydante due à la présence d’espèces radicalaires telles qu’OH ou HO2 et de composés tels que le peroxyde d’hydrogène et le fer.La présence avérée de microorganismes métaboliquement actifs dans l’atmosphère a soulevé de nombreuses questions et plus récemment sur leur rôle dans les processus atmosphériques. Ces organismes pourraient modifier la composition des nuages en utilisant comme substrat les composés carbonés représentant une part importante des composés présents dans les nuages. De plus, ils sont suspectés de jouer un rôle dans la capacité oxydante des nuages en impactant des composés clés de la réactivité chimique tels que le fer ou le peroxyde d’hydrogène. L’objectif de ces travaux de thèse était de se focaliser sur les interactions des microorganismes avec deux espèces oxydantes de la phase aqueuse des nuages, le fer et le peroxyde d’hydrogène.Tout d’abord, un intérêt particulier a été porté au cycle du fer et à sa complexation dans les nuages, de nature encore très incertaine à ce jour. Dans l’idée d’apporter des premiers éléments de réponse quant à cette complexation, un large screening réalisé sur des microorganismes des nuages a été effectué afin d’évaluer leur capacité à produire des sidérophores. Les résultats obtenus suggèrent l’éventuelle présence de sidérophores dans les eaux de nuage comme molécules chélatantes du fer(III) ce qui pourrait impacter la chimie du fer dans la phase aqueuse des nuages.Il a ensuite été question de s’intéresser au peroxyde d’hydrogène. Dans une première approche, les paramètres et mécanismes responsables de la transformation biotique et abiotique de H2O2 dans les eaux de nuage ont été étudiés, ainsi que ses effets sur le métabolisme énergétique des microorganismes. Dans une deuxième approche, les modifications du métabolisme microbien face à H2O2 ont été approfondies à travers une approche métabolomique. Les résultats ont ainsi suggéré que le peroxyde d’hydrogène module fortement le métabolisme énergétique des microorganismes des nuages. Les microorganismes sont capables de gérer une condition de stress oxydant mais qu’en même temps ce stress induit une réorganisation de leur métabolisme. Il a également été montré que diverses voies métaboliques telles que le métabolisme des sucres, acides carboxyliques, lipides, acides aminés, peptide et glutathion sont impactées.Intégrer ces données biologiques dans des modèles de chimie atmosphérique pour améliorer la quantification de cette modulation sur la chimie atmosphérique apparait comme une des perspectives les plus importantes à envisager. Pour cela, des constantes cinétiques de biodégradation de quatre composés majeurs des nuages ont été déterminées. Les sorties du modèle nous permettront de mieux évaluer l’impact du métabolisme microbien sur la chimie des nuages. / The aqueous phase of the atmosphere and, more precisely, cloud droplets is one of the most reactive environments of the atmosphere within which the compounds present can be transformed especially by photochemical reactions. In addition, it contains many radical species such as HO, HO2, hydrogen peroxide or iron which explains its oxidizing power.The presence of metabolically active microorganisms in the atmosphere raised many questions and, currently, on their role in atmospheric processes. These organisms could modify the composition of clouds using carbon compounds as substrate that represented an important part of compounds present in clouds. They are also suspected to play a role in the oxidative capacity of clouds by impacting key compounds of chemical reactivity such as iron or hydrogen peroxide.The objective of this work was to focus on the interactions between cloud microorganisms and two oxidant species of clouds aqueous phase, iron and hydrogen peroxide.First, the cycling of iron and its complexation still very uncertain was studied. In order to provide responses we achieved a screening to evaluate the capacity of cloud microorganisms to produce siderophores. The results obtained suggest the possible presence of siderophores in cloud water as chelating molecules of iron (III) which could have a strong impact on iron chemistry in cloud aqueous phase.Then, we focused on hydrogen peroxide. The parameters and mechanisms responsible for the biotic and abiotic transformation of H2O2 in cloud water were studied, as well as its effects on energetic metabolism of microorganisms. The modifications of the microbial metabolism in the presence of H2O2 were pursued using metabolomics. The results suggest that H2O2 strongly modulate the energetic metabolism of cloud microorganisms. They are able to handle oxidative stress conditions but at the same time this stress induces a reorganization of their metabolism. Various metabolic pathways such as sugar, carboxylic acids, lipids, amino acids, peptide and glutathione metabolism are impacted.One of the important perspectives to consider is the integration of these biological data into atmospheric chemistry models in order to improve the quantification of this modulation on atmospheric chemistry. For this, biodegradation rate constants of four major compounds present in clouds were determined. The output will allow us to assess better the impact of microbial metabolism on clouds chemistry.

La pile à combustible comme moyen de production d'énergie propre et durable participera à la protection de l'écosystème en permettant à la filière hydrogène d'offrir une alternative aux énergies fossiles avant leur total épuisement. Cependant une baisse des coûts et une plus grande durabilité sont indispensables pour ces systèmes et notamment le cœur de pile, constitué d'un assemblage membrane-électrodes (AME). Cette étude a été menée sur une membrane alternative poly-aromatique sulfonée : le PolyEtherEtherCétone sulfoné, ou sPEEK. Cette membrane, qui n'offre qu'une stabilité chimique médiocre, a l'avantage d'offrir une bien meilleure tenue thermomécanique que la membrane de référence Nafion®. Le but de cette étude fut donc d'évaluer l'influence des conditions de fonctionnement sur les performances de la pile utilisant une membrane sPEEK, dans le but de les améliorer, mais aussi de mieux comprendre l'impact du vieillissement chimique de cette membrane sur ses propriétés physicochimiques et sur ses performances en pile. Ce travail fut réalisé en deux temps. Tout d'abord l'étude du comportement de la membrane sPEEK en pile pour différentes conditions d'utilisation a montré que le transport de l'eau dans l'AME est un point déterminant des performances de la pile. En effet une très forte hétérogénéité de fonctionnement imputable à la mauvaise répartition de l'eau dans la membrane sPEEK a été observé, aboutissant à des performances fortement dégradées par rapport à celles du Nafion®. Le diagnostic in situ de la dégradation de la membrane étant difficile et le système particulièrement complexe, il fut ensuite décidé d'étudier « ex situ » le vieillissement chimique de la membrane (dans des conditions de laboratoire). Les membranes vieillies sous l'action de H2O2 (oxydant responsable du vieillissement chimique des membranes en pile) ont ensuite été caractérisées et enfin testées en pile. Il apparaît que le vieillissement chimique résulte en des coupures des chaînes polymère, qui induisent une augmentation du gonflement de la membrane. Pour de forts vieillissements, ces coupures de chaînes entraînent une perte de la tenue mécanique de la membrane, incompatible avec une utilisation en pile. Cependant, pour des vieillissements contrôlés (très faible degré d'avancement), les modifications chimiques induites permettent un meilleur gonflement de la membrane qui résulte en une augmentation de sa conductivité ainsi qu'un meilleur transport de l'eau en pile, permettant d'obtenir des performances comparables à celles du Nafion®. / Fuel cells as production system of clean and sustainable energy will help to protect our ecosystem by providing an alternative to fossil fuels before their total exhaustion. However, lower costs and a greater durability are needed for these systems and more particularly the center of the cell, naming the membrane-electrodes assembly (MEA). This study was performed on a sulfonated poly-aromatic membrane: sulfonated polyetheretherketone, or sPEEK. This alternative membrane, which possesses only poor chemical stability, offers a much better thermomechanical behavior than Nafion®, the reference membrane. Aim of this study was first to understand the impact of operating conditions on fuel cell performance, for a sPEEK membrane, in order to improve performance, but also to better understand the impact of the membrane chemical aging onto its physicochemical properties and the resulting fuel cell performance. First the behavior of sPEEK in fuel cell for different operating conditions showed that water transport in the MEA is critical for fuel cell performance. Indeed a very high heterogeneity of operation due to slow water transport in the sPEEK membrane was observed, resulting in a major drop of fuel cell performance compared with what observed using Nafion®. As in situ diagnosis of membrane degradation is difficult and the system particularly complex, it was then decided to study "ex situ" the chemical aging of the membrane (laboratory conditions). Aged membranes under the action of H2O2 (oxidative responsible for the in situ chemical aging of the membranes) were characterized and finally tested in fuel cell. It appears that the chemical aging results in chains scissions, which induce an increase of the membrane swelling. For too much aging, these chains scissions result in the membrane loss of mechanical strength, incompatible with their use in fuel cell. However, for controlled aging (very low degradation), the induced chemical changes allow better swelling of the membrane resulting in an increase of the conductivity and better water transport in the MEA, making it possible to reach, with sPEEK, as good performance as with the use of Nafion®.

Le Syndrome d'Apnées Obstructives du Sommeil (SAOS) est défini par la survenue durant le sommeil d'épisodes fréquents d'obstruction complète ou partielle des voies aériennes supérieures, responsables d'apnées/hypopnées. L'hypoxie intermittente (HI) qui en résulte est responsable, à long terme, d'une augmentation de la morbi-mortalité cardiovasculaire (CV) dans un contexte de forte prévalence de syndrome métabolique, d'obésité et d'insulinorésistance. Certains patients SAOS obèses présentent une hypoventilation/hypercapnie, caractérisant le syndrome d'obésité hypoventilation (SOH) dont la morbi-mortalité CV est encore plus sévère que le SAOS seul. Le stress oxydant, l'inflammation de bas grade et la dérégulation du métabolisme glucido-lipidique et hormonal sont parmi les mécanismes clés responsables de la dysfonction endothéliale et in fine de l'augmentation du risque CV chez ces patients. Cependant, si ces mécanismes délétères sont démontrés par de nombreuses études fondamentales, leur mise en évidence en clinique est moins évidente, notamment du fait des multiples facteurs de co-morbidité. La première partie clinico-biologique de ce travail a été consacrée à la mise en évidence, chez des patients porteurs d'un SAOS ou d'un SOH, des déséquilibres métaboliques et hormonaux impliquant le stress oxydant, en lien avec la sévérité de ces syndromes et leurs conséquences CV. Nous avons ainsi montré chez des patients SOH les plus sévères une altération de la fonction somatotrope proportionnelle à la dysfonction respiratoire et à l'hypertriglycéridémie. Nous avons ensuite mis en évidence, chez des patients SAOS non obèses, l'implication du stress oxydant lipidique dans l'athérosclérose précoce associée à la sévérité du SAOS. Enfin, nous nous sommes intéressés à l'homocystéinémie, facteur de risque cardio-vasculaire connu, chez des patients porteurs d'un syndrome métabolique présentant ou non un SAOS. Nous avons observé une majoration de l'homocystéinémie chez les patients souffrant d'un SAOS par rapport aux patients SMet non SAOS, en lien avec la sévérité des apnées/hypopnées, avec l'athérosclérose précoce, ainsi qu'avec un déséquilibre de la balance pro/antioxydante. Dans une seconde partie fondamentale, nous avons étudié les effets de l'endothéline-1 (ET-1), peptide vasoconstricteur d'origine endothéliale dont la sécrétion est majorée par l'HI, sur le métabolisme d'adipocytes en culture. Nous avons montré que ce peptide majore la lipolyse adipocytaire via les récepteur ET-1 de type A, tend à diminuer l'incorporation du glucose, et ce de manière opposée et additionnelle aux effets de l'insuline. Chez le rat Wistar exposé 14 jours à l'HI, nous avons observé une activation du système endothéline associée à un remodelage du tissu adipeux avec diminution de taille adipocytaire. Au-delà de ses effets vasoconstricteurs, ET-1 déséquilibre donc le métabolisme glucido-lipidique adipocytaire, et pourrait ainsi participer activement à l'insulinorésistance des patients SAOS obèses. Le rôle du système endothéline au niveau du métabolisme énergétique et son impact sur le tissu adipeux constituent donc des pistes sérieuses à explorer dans ce contexte. Mots-clés : Syndrome d'apnées obstructives du sommeil, syndrome d'obésité hypoventilation, stress oxydant, hypoxie intermittente, endothéline-1, insulinorésistance, lipolyse, adipocyte et tissu adipeux. / Obstructive Sleep Apnea Syndrome (OSAS) is defined by recurrent complete (apnea) or partial (hypopnea) upper airway obstructions during sleep. The resulting intermittent hypoxia (IH) is responsible for a long-term increase in cardiovascular (CV) morbi-mortality in a context of strong prevalence of metabolic syndrome, obesity and insulin resistance. Some obese OSAS patients present with Obesity Hypoventilation Syndrome (OHS) characterized by hypoventilation/hypercapnia and an even higher risk of cardiovascular morbi-mortality. Oxidative stress, low-grade inflammation, gluco-lipidic and hormonal alterations are among the key mechanisms leading to endothelial dysfunction and in fine to increased CV risk in OSAS. However, these various mechanisms have been identified by fundamental studies and their relevance in clinical research is less evident, in particular because of the presence of multiple comorbidity factors. The clinicobiological part of this work was devoted to the exploration of the oxidative stress-related metabolic and hormonal changes in OSAS and OHS patients, in relation with the severity of these diseases and their associated CV consequences. In the most severe OHS patients, we showed an impairment of the somatotropic axis linked to respiratory dysfunction and increase in triglycerides. We then highlighted, in non-obese OSAS patients, the involvement of lipid oxidative stress in early atherosclerosis and its association with OSAS severity. Finally, we investigated homocysteine, a well-known CV risk factor, in patients suffering from metabolic syndrome (MS) with or without OSAS. We observed an increase in homocysteinemia in OSAS+MS patients compared to non-OSAS+MS patients, linked to the severity of sleep apnea, to early atherosclerosis, as well as to pro/antioxidative imbalance. In the experimental part, we investigated the effects of the hypoxia-released vasoconstrictor peptide endothelin-1 (ET-1) on the metabolism of 3T3-L1 adipocytes in vitro. We showed that through its type-A receptor, ET-1 increases adipocyte lipolysis, tends to decrease glucose uptake and significantly inhibits the effects of insulin. Moreover, ET-1 stimulates its own expression, and expression of its ET-A receptor in 3T3-L1 cells. In parallel, in Wistar rats exposed to 14 days of IH, we observed an activation of the endothelin system associated with a remodelling of adipose tissue characterized by a decrease in adipocyte size. In conclusion, beyond its vasoconstrictor effects, ET-1 can modify glucose and lipid metabolism of adipocytes, and could thus actively participate in the insulin resistance and dyslipidemia observed in OSAS obese patient. The role of the endothelin system in energetic metabolism and its impact on adipose tissue thus represent promising avenues to be investigated in OSAS. Keywords: obstructive sleep apnea syndrome, obesity hypoventilation syndrome, oxidative stress, intermittent hypoxia, endothelin-1, insulin resistance, lipolysis, adipocyte and adipose tissue.

L’ADN est une molécule dont l’intégrité est cruciale pour le bon fonctionnement de tous les organismes vivants. Cependant, il est régulièrement soumis à différents stress provenant de sources endogènes ou exogènes, et qui sont capables de générer dans sa structure des dommages de nature variée. Chaque dommage peut être reconnu par une panoplie de protéines, parmi lesquelles nous pouvons retrouver les protéines de réparation, les inhibiteurs de réparation, les facteurs de transcriptions ou encore les protéines de remodelage chromatinien. Ces protéines constituent l’interactome d’une lésion donnée.Les cyclonucléosides sont des dommages complexes de l’ADN qui ont pour particularité d’impliquer à la fois la base et le résidu de sucre, entre lesquels une liaison covalente supplémentaire est créée. La présence de cette liaison a pour conséquence de déformer la double hélice de l’ADN. Ainsi, ces lésions ne sont pas prises en charge par le système de réparation par excision de bases, comme la plupart des dommages d’oxydation, mais elles seraient plutôt reconnues par le système de réparation par excision de nucléotides, ce dernier prenant en charge les lésions volumineuses.L’objectif de cette thèse est d’étudier l’interactome des cyclonucléosides en utilisant différents modèles biologiques : eucaryotes, bactéries ou archées. En utilisant une technique de piégeage de protéines sur des sondes comportant ces lésions, nous avons effectué un screening des interactions entre les cyclonucléosides et des protéines issues d’extraits protéiques HeLa. Nous avons ainsi identifié l’influence négative des cyclonucléosides sur la reconnaissance de sa séquence cible par un facteur de transcription DREF, ainsi que sur les interactions de PARP1 avec l’ADN. Ces résultats ont été confirmés par l’usage des techniques complémentaires.Nous avons également analysé les interactions entre la glycosylase bactérienne Fpg et les cyclonucléosides : cette enzyme possède une affinité pour ces lésions, sans pourtant exercer d’activité d’excision. Cette affinité est inférieure à l’affinité de la Fpg pour les sites abasiques mais reste supérieure à son affinité pour l’ADN non-endommagé. Le rôle que pourraient jouer les cyclonucléosides dans l’ADN est alors discuté suite aux résultats obtenus.Enfin, une archée radiorésistante Thermococcus gammatolerans a été étudiée. Dans un premier temps, la formation des lésions d’oxydation simples et complexes à forte dose d’irradiation (2500 et 5000 Gy) a été évaluée. La 8-oxo-désoxyguanosine, exemple des lésions simples d’oxydation, est formée en grande quantité suite à une forte dose d’irradiation, et rapidement réparée dans les cellules remises dans des conditions optimales de culture. Les cyclonucléosides, quant à eux, ne sont pas détectés même à de très fortes doses d’irradiation, ce qui soulève des questions sur la formation de ces dommages. Ensuite, deux nouvelles glycosylases isolées de Thermococcus gammatolerans ont été étudiées : leur mécanisme d’action ainsi que leur spécificité vis-à-vis des substrats ont été élucidés.Les travaux effectués au cours de cette thèse ont contribué à la meilleure compréhension des interactions entre les cyclonucléosides et les protéines interagissant avec eux. Le développement des techniques de piégeage des protéines sur les sondes lésées, qui a constitué une partie importante des travaux, pourra également servir à étudier l’interactome d’autres lésions complexes de l’ADN. / DNA is a molecule, which integrity is crucial for correct functioning of all the living organisms. However, it is regularly submitted to different stresses coming from endogenous or exogenous sources, which are able to generate various damages in its structure. Each damage may be recognized by multiple proteins, among which one can find repair proteins, inhibitors of DNA repair, transcription factors or proteins of chromatin remodelling. All these proteins constitute the interactome of a given DNA lesion.Cyclonucleosides are complex damages of DNA, which imply the base and the sugar residue at the same time, since an additional covalent bond is generated between these two. The consequence of the presence of this bond is the deformation of the double helix. For this reason, cyclonucleosides are not recognized by the base excision repair system, as the majority of the oxidative lesions are, but rather by the nucleotide excision repair system, which takes in charge bulky lesions.The objective of this thesis is to study the interactome of the cyclonucleosides, by using different biological models: eucaryotes, bacteries and archaea. By using the technique that enables trapping of proteins on the probes holding these lesions, we realised a screening of interactions between cyclonucleosides and proteins issued from the HeLa extracts. We identified the negative influence of cyclonucleosides on the recognition of its target sequence by the transcription factor DREF, as well as on the PARP1 interactions with DNA. These results were then confirmed by complementary techniques.We have also analysed the interactions between the bacterial glycosylase Fpg and cyclonucleosides: this enzyme possesses an affinity for these lesions, without however exerting an excision activity. This affinity is lower than the Fpg affinity for abasic sites, but it is higher than its affinity for non-damaged DNA. The role that could play cyclonucleosides in DNA is discussed following these results.Finally, a radioresistant archaea Thermococcus gammatolerans was studied. First, the formation of simple and complex oxidative lesions at the high radiation doses (2500 and 5000 Gy) was evaluated. 8-oxo-deoxyguanosine, which is an example of simple oxidative lesions, is formed in great quantity at high irradiation dose, and is rapidly repaired once the cells are put in their optimal culture conditions. As for cyclonucleosides, they are not detected even at very high doses of radiation, which raises questions concerning the formation of these damages. Next, two new glycosylases isolated from Thermococcus gammatolerans were studied: their mechanism of action, as well as their specificity against the substrates, were elucidated.The work accomplished during this thesis contributed to the better understanding of the interactions between cyclonucleosides and the proteins that interact with them. Also, the development of the protein trapping techniques on the damaged probes, which constituted an important part of this work, can be applied to study the interactome of other complex DNA lesions.