Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / Le foie reçoit un afflux substantiel de lipides de la circulation sanguine, qui doivent être triés efficacement vers diverses organites en fonction des besoins cellulaires et systémiques. En effet, le foie distingue les lipides destinés à la sécrétion extracellulaire, emballés dans les lipoprotéines de très basse densité (VLDL), de ceux destinés au catabolisme intracellulaire, qui implique les mitochondries et les peroxysomes. Ces voies systémiques et intracellulaires reposent sur un pool commun de lipides, établissant ainsi une interdépendance complexe entre elles. Il n'est cependant pas clair si et comment l'hépatocyte compartimentalise le flux de lipides et assure un partage approprié de ces processus. Les études présentées dans cette thèse visent à identifier la structure cellulaire responsable de la compartimentalisation des lipides et de la régulation de leur flux dans l'hépatocyte. Par le biais de la microscopie électronique, nous avons découvert que le foie de la souris est peuplé d'un type courbé de réticulum endoplasmique rugueux qui enveloppe la plupart des mitochondries et des peroxysomes dans les hépatocytes, que nous avons baptisé "wrappER". De plus, le wrappER organise la moitié de la population mitochondriale et peroxysomale en un complexe à trois organites. Ce contact tripartite est dynamique et régulé métaboliquement, car il réagit à la transition du jeûne à l'alimentation chez l'animal et augmente en fréquence dans des conditions associées à une plus grande charge en acides gras dans l'hépatocyte. Nous avons constaté que la préservation de l'architecture du contact est cruciale pour la régulation appropriée de l'homéostasie hépatique des lipides, car la diminution de l'expression de Synj2bp, qui contrôle spécifiquement l'ampleur du contact wrappER-mitochondries, entraîne une dyslipidémie, une accumulation de gouttelettes lipidiques et une altération de la sécrétion de VLDL. Au cours de mes travaux doctoraux, j'ai développé un protocole ad hoc pour l'isolement de fractions enrichies en complexes peroxysome-wrappER-mitochondrie intacts à partir du foie de la souris. Les analyses multi-omiques effectuées sur ces fractions ont mis en évidence le wrappER comme un site de biogenèse des VLDL, une voie qui est compromise par la perte de la structure de contact wrappER-mitochondrie. De plus, la protéomique quantitative de ce complexe isolé à partir de foies Mttp[exposant -/-], une condition dans laquelle la synthèse des VLDL est arrêtée, a révélé une augmentation globale de la β-oxydation des acides gras. Chez ces souris, nous avons également observé une fréquence accrue de cette association à trois organites, intégrant ainsi sa dynamique dans les réponses du flux hépatique des acides gras. Ainsi, dans le foie, le complexe peroxysome-wrappER-mitochondries intègre les voies extracellulaires et intracellulaires hépatiques, acheminant les lipides vers la biosynthèse des VLDL pour la sécrétion ou vers la β-oxydation pour leur catabolisme, régulant ainsi l'homéostasie lipidique hépatique et systémique. / The liver receives substantial influx of lipids from the circulation, which must efficiently sort to various organelles based on cellular and systemic needs. Indeed, the liver distinguishes between lipids destined for extracellular secretion, packed in Very-Low-Density Lipoproteins (VLDLs), and those intended for intracellular catabolism, which involves mitochondria and peroxisomes. These systemic and intracellular pathways rely on a shared pool of lipids, thus establishing an intricate interdependence between them. It is however unclear whether and how the hepatocyte compartmentalizes the flux of lipids and ensures proper partitioning of these processes. The studies presented in this thesis aim to identify the cellular structure responsible for the compartmentalization of lipids and the regulation of their flux in the hepatocyte. By means of electron microscopy, we discovered that the mouse liver is populated by a curved type of rough-Endoplasmic Reticulum that wraps most of the mitochondria and peroxisomes in hepatocytes and which we christened wrappER. Furthermore, the wrappER organizes half of the mitochondrial and peroxisomal population into a three-organelle complex. This three-way contact is dynamic and metabolically regulated, as it responds to the animal's fasting-to-feeding transition and increases in frequency under conditions associated with higher fatty acids loading in the hepatocyte. We found that the preservation of the contact architecture is critical for the proper regulation of hepatic lipid homeostasis, as the down regulation of Synj2bp, which we showed controls specifically the extent of wrappER-mitochondria contact, causes dyslipidemia, accumulation of lipid droplets, and altered VLDL secretion. During my doctoral work, I developed an ad hoc protocol for the isolation of fractions enriched in intact peroxisome-wrappER-mitochondria complexes from the mouse liver. Multi-omics analyses performed in these fractions pointed to the wrappER as a site of VLDLs biogenesis, a pathway that is compromised with the loss of the wrappER-mitochondria contact structure. Moreover, quantitative proteomic of these complexes isolated from Mttp[superscript -/-] livers, a condition in which VLDLs synthesis is arrested, unveiled upregulated global fatty acid β-oxidation. In these mice, we also observed an increased frequency of this three-organelle association, there by integrating its dynamics into hepatic fatty acid flux responses. Therefore, in the liver, the peroxisome wrappER-mitochondria complex integrates hepatic extracellular and intracellular pathways together, shunting lipids to VLDL biosynthesis for secretion or to β-oxidation for their catabolism, ultimately regulating liver and systemic lipid homeostasis.

Les levures Candida sont des pathogènes opportunistes émergents. Après phagocytose macrophagique, C. albicans reprogramme son métabolisme pour faire face à une carence carbonée et induit 2 voies métaboliques, le cycle du glyoxylate et la β-oxydation. Notre objectif est d’étudier le lien entre β-oxydation, capacité de résistance à la phagocytose et virulence dans notre modèle biologique C. lusitaniae. Chez les levures Ascomycètes la β-oxydation, essentielle pour dégrader les acides gras (AG), est présumée être exclusivement peroxysomale.Nous avons construit 3 mutants nuls chez C. lusitaniae : icl1Δ, fox2Δ et pxa1Δ, respectivement défectifs pour l’isocitrate lyase (enzyme clé du cycle du glyoxylate), pour la protéine multifonctionnelle de la β-oxydation et pour une protéine responsable de l’import peroxysomal des AG à longue chaîne. L’étude de l’assimilation des AG et du catabolisme du 14Calpha-palmitoyl-CoA a révélé que les acyl-CoA à longue chaîne étaient toujours dégradés chez fox2Δ. L’étude du catabolisme des AG dans les fractions peroxysomale et mitochondriale des souches sauvage et fox2Δ, l’immunolocalisation de la protéine Fox2p et la mesure de la respiration mitochondriale nous ont permis de montrer pour la première fois chez une levure Ascomycète l’existence d’une β-oxydation Fox2p-dépendante dans la mitochondrie. C’est aussi la première démonstration chez un organisme eucaryote de la double localisation peroxysomale et mitochondriale de Fox2p. L’invalidation des gènes FOX1 et FOX3 (acyl-CoA oxydase et kétoacyl-CoA thiolase) a confirmé pour la première fois chez les champignons l’existence d’une voie peroxysomale alternative de catabolisme des AG, Fox2p-indépendante / The Candida spp. are emerging opportunistic pathogens. Phagocytic cells are a primary line of defense against these opportunistic pathogens. Upon phagocytosis by macrophages, C. albicans reprograms its metabolism because genes involved in the peroxisomal metabolism, such as glyoxylic acid cycle and beta-oxidation pathway, are overexpressed. The objective of this study was to study the relation between fatty acid beta-oxidation, resistance to phagocytosis and virulence in the biological model Candida lusitaniae. In ascomycetous yeasts, the fatty acid β-oxidation is assumed to be exclusively located to peroxisomes.We constructed three null-mutants in C. lusitaniae: icl1Δ, fox2Δ et pxa1Δ, respectively lacking the isocitrate lyase (a key enzyme of the glyoxylate cycle), the multifunctional fatty acid beta-oxidation protein (essential in C. albicans to the β-oxidation pathway), and a protein involved in the peroxisomal import of long-chain fatty acids. The study of fatty acid assimilation and 14Calpha-palmitoyl-CoA catabolism revealed that long-chain fatty acids were still catabolized in fox2Δ. The observation of 14Calpha-palmitoyl-CoA catabolism in mitochondrial and peroxisomal fractions of wild-type and fox2Δ strains, the immunolocalization of Fox2p and mitochondrial respiration measurements yielded to the first demonstration in ascomycetous yeast of a mitochondrial Fox2p-dependent fatty acid β-oxidation pathway. We also demonstrated for the first time in Eucaryota that Fox2p co-localized in both peroxisomes and mitochondria. The invalidation of FOX1 and FOX3 genes (acyl-CoA oxidase and ketoacyl-CoA thiolase, respectively) confirmed for the first time in Fungi the existence of an alternative peroxisomal pathway for fatty acid catabolism, Fox2p-independently.

Le récepteur LSR est un acteur important du métabolisme hépatique, puisqu'il joue un rôle dans la clairance des lipoprotéines à ApoB/ApoE riches en triglycérides durant la période postprandiale. Dans cette étude, nous avons montré qu'un traitement in vitro par DHA peut augmenter les niveaux de protéine et d'activité LSR dans les cellules d'hépatome de souris Hepa 1-6. En toute cohérence, un régime supplémenté en DHA a conduit à élever les niveaux de protéine LSR hépatique chez la souris. Mais aucune de ces deux études n'a montré de changement au niveau des ARNm. Ceci suggère que l'enrichissement en DHA influe positivement sur le microenvironnement de LSR et son ancrage à la surface de la cellule. Nous avons ensuite étudié le rôle du récepteur PPAR[alpha] dans la régulation du gène lsr. Une analyse in silico nous a permis d'identifier des éléments PPRE dans la région 5' régulatrice du gène humain et de ses homologues de souris et de rat. Des traitements pharmacologiques par des agoniste et antagoniste spécifiques de PPAR[alpha] ont montré que ce récepteur est impliqué dans la régulation transcriptionnelle de l'expression du LSR dans les cellules Hepa 1 6. Enfin, une analyse transcriptomique a révélé une diminution de l'expression de PPAR[alpha] et d'autres gènes impliqués dans le métabolisme lipidique hépatique chez la souris LSR+/- sous régime standard ou riche en graisses. En conclusion, toutes ces études indiquent que l'activité LSR hépatique est sous le contrôle de facteurs nutritionnels capables d'activer divers mécanismes de régulation, faisant du LSR une cible d'intérêt potentiel pour des stratégies nutritionnelles ou thérapeutiques destinées à prévenir ou traiter les dyslipidémies / Lipolysis stimulated lipoprotein receptor (LSR) plays an important role in the clearance of ApoB/ApoE containing triglyceride-rich lipoproteins during postprandial phase. In this study, we demonstrated that in vitro treatment of mouse hepatoma cells, Hepa 1-6, with docosahexaenoic acid (DHA) led to an increase in LSR protein levels as well as its activity. Furthermore, the mice placed on the diet supplemented with DHA showed an increase in hepatic LSR protein. However, the mRNA levels remained unchanged in both in vitro and in vivo studies, suggesting that DHA enrichment may result in changes in LSR microenvironment that could affect its anchorage at the surface of cell membrane. Specific peroxisome proliferator response elements were identified in the upstream region of human, mouse and rat lsr gene by in silico analysis. We therefore sought to determine the role of the transcription factor, peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR[alpha]), in LSR regulation. In vitro pharmacological studies using PPAR[alpha]-selective agonist and antagonist agents demonstrated that PPAR[alpha] is indeed involved in the transcriptional regulation of LSR expression. Furthermore, qPCR array analysis revealed the downregulation of PPAR[alpha] and various genes involved in hepatic lipid metabolism in LSR+/- mice on standard and high-fat diets. In conclusion, these studies show that the hepatic LSR activity is controlled by dietary factors that can activate various pathways involved in regulating lipid homeostasis, therefore representing LSR as a potential target for either nutritional or therapeutic strategies towards the prevention or treatment of dyslipidemia

Pour valider une suite de biomarqueurs cellulaires en milieu dulçaquicole, nous avons étudié la structure des systèmes lysosomal et peroxysomal et les variations de contenus en lipofuscines et lipides neutres insaturés dans les tissus digestifs de plusieurs invertébrés, à travers une approche couplant histochimie et analyse d'images. Les expérimentations in situ et bioessais à plus ou moins long terme ont montré la pertinence des réponses cellulaires étudiées pour la mise en évidence de gradients de contamination. Les profils de réponse les plus communs chez les mollusques incluent un gonflement lysosomal, des déplétions de lipides neutres insaturés, une accumulation de lipofuscines et/ou un système peroxysomal plus volumineux. Ces réponses cellulaires précoces peuvent être associées, au niveau individuel, à une désynchronisation de la reproduction entre individus ou à une diminution de l'indice de condition. L'étude mensuelle à long terme a souligné l'absence de niveaux de base saisonniers de ces biomarqueurs et l'influence importante de la disponibilité trophique sur les contenus tissulaires en lipides neutres. Une mise en dépuration de 15 jours du bivalve, Dreissena polymorpha, sur son site d'origine, n'a pas montré de réversibilité du profil des réponses cellulaires à un gradient de contamination in situ, mais elle a tout de même de limité la déplétion des lipides neutres. Les réponses cellulaires les plus précoces et discriminatives sont le gonflement lysosomal et la déplétion en lipides neutres. Une comparaison d'outils d'analyse intégrative a montré le pouvoir discriminatif accru de la suite de biomarqueur entière, par rapport aux réponses individuelles.