Les liposomes, vésicules à base de phospholipides, sont des systèmes colloïdaux utilisés en recherche et dans différents domaines industriels (pharmaceutique, cosmétique, nutrition). Néanmoins, leur développement se heurte au manque de diversité des sources de phospholipides (soja et jaune d’oeuf). Parallèlement, les méthodes industrielles d’extraction des phospholipides sont basées essentiellement sur l’utilisation de solvants organiques. Dans ce contexte, mon sujet de thèse a eu pour but d’étudier l’extraction de PL, par le CO2 supercritique, à partir de différentes sources avec comme objectif final la formulation de ces PL en liposomes. La démarche a consisté à explorer différents sous-produits de l’huilerie (tourteau d’oléagineux) et de la pêche (sous-produit de la coquille Saint Jacques), potentiellement riches en phospholipides, puis à mettre en place différentes techniques analytiques pour discriminer et quantifier les types de lipides. Parallèlement, l’influence de différents paramètres de l’extraction par CO2 supercritique sur la pureté des fractions obtenues est abordée ainsi qu’une première approche de formulation de PL en liposomes et la caractérisation de ces vésicules. / Liposomes, phospholipids vesicles, are colloidal systems used in search and different industrial fields (pharmaceutical, cosmetic, nutrition). Nevertheless their development face lack of phospholipid sources (soya and egg yolk). At the same time, industrial methods to extract phospholipids use organic solvents. In this context, the phospholipid extraction were studied using a green technology from new different sources in order to formulate liposomes. Oil mill and fishery by-products (seed cake and scallop) were studied to know phospholipid quantities. Analytical techniques were established to discriminate and quantify lipid types. Simultaneously, varying the operating conditions of CO2 supercritical extraction allowed obtaining extracts with different purities and contents in phospholipids and a first study of liposome formulation was carried out.

La BSP1, principale protéine du plasma séminal bovin, interagit avec les membranes des spermatozoïdes et joue un rôle crucial dans les événements qui conduisent à la fécondité des spermatozoïdes, lors du phénomène de la capacitation. Le but de cette recherche est d’investiguer la nature de ces interactions. Ce travail vise à démontrer l’influence des lipides qui composent les membranes sur l’action de la protéine BSP1. À l’aide de la fluorescence intrinsèque de la protéine, l’affinité de la protéine a été caractérisée pour quatre systèmes lipidiques. Les résultats montrent que la composition lipidique affecte significativement l'affinité de la protéine pour les membranes. Nous avons observé l'ordre suivant : 1-palmitoyl-2-oléoyl-sn-glycéro-3-phosphocholine (POPC) > POPC/1-palmitoyl-2-oléoyl-sn-glycéro-3-phosphoéthanolamine (POPE) ≈ POPC/1-palmitoyl-2-oléoyl-sn-glycéro-3-phospho-L-sérine (POPS) > POPC/cholestérol. La protéine interagit préférentiellement avec POPC. La présence de POPE, POPS, ou cholestérol dans la membrane diminue systématiquement l’affinité. Il est connu que la présence de POPE ou cholestérol augmente l’empilement des lipides dans les membranes. Cet effet de condensation des chaînes pourrait être défavorable à l’insertion de la partie hydrophobe de la protéine dans les membranes et réduire ainsi l'affinité. La diminution de l’affinité de la protéine induite par la présence de POPS, un lipide chargé négativement, pourrait être associée aux interactions électrostatiques répulsives car la protéine porte une charge globale négative. La littérature mentionne que la BSP1 extrait sélectivement les phospholipides de type choline et le cholestérol lors de son association avec les membranes de spermatozoïdes. Un efflux lipidique est aussi observé avec des membranes modèles. Nous avons désiré caractériser la « solubilisation » des membranes par la BSP1, par diffusion dynamique de la lumière. Comme étape préliminaire, nous avons étudié comment le détergent Triton X-100 solubilise les membranes en utilisant cette technique. Les mesures démontrent que la composition lipidique des membranes (POPC, POPC/POPE, POPC/1-palmitoyl-2-oléoyl-sn-glycéro-3- [phospho-rac-(1-glycérol)] (POPG)) n’affecte pas le mécanisme général de solubilisation/reconstitution des membranes modèles. Il a été montré qu'il existe trois régions lors des processus de solubilisation pour les différents systèmes lipidiques : i) le détergent se distribue dans les membranes, ii) une coexistence de membranes saturées en détergents et de micelles mixtes de phospholipides/Triton X-100 et iii) exclusivement des micelles mixtes de phospholipides/Triton X-100. Nos résultats montrent que la forme conique de POPE augmente la résistance des membranes à la solubilisation. La présence de POPG, apportant une charge négative à l’interface des membranes, n’induit aucun changement aux processus de solubilisation/reconstitution des membranes par Triton X-100. La diffusion dynamique de la lumière a également permis d’observer si la protéine BSP1 induit des modifications morphologiques des membranes suite à son interaction avec les membranes de POPC. Nos observations n'ont montré aucune variation significative de la taille des particules lors du titrage des vésicules de POPC par la protéine, sur une gamme de rapport molaire de POPC/BSP1 variant de 20 à 0.6. Avec des compositions aussi différentes, on suppose une transition des vésicules saturées en protéine à des complexes de protéine avec un peu de lipides. Cependant, il semble impossible avec la diffusion dynamique de la lumière de différencier ces particules. / BSP1, the main protein in bovine seminal plasma, interacts with sperm membranes and plays a crucial role in events that lead to sperm fertility, during the capacitation. The purpose of this research is to investigate the nature of these interactions. This work aims to demonstrate the influence of the lipids that compose membranes on the action of the BSP1 protein. Using the intrinsic fluorescence of the protein, the affinity of the protein was characterized for four lipid systems. The results show that the lipid composition significantly affects the affinity of the protein for membranes. We observed the following order: 1-palmitoyl-2-oleoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (POPC) > POPC/1-palmitoyl-2-oleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine (POPE) ≈ POPC/1-palmitoyl-2-oleoyl-sn-glycero-3-phosphoserine (POPS) > POPC/cholesterol. The protein interacts preferentially with POPC. The presence of POPE, POPS, or cholesterol in membranes decreases systematically the affinity. It is established that the presence of POPE or cholesterol increases the packing of lipids in membranes. This condensation effect could be detrimental to the insertion of the hydrophobic part of the protein into the membranes and reduces, as a consequence, the affinity. The decrease in protein affinity induced by the presence of POPS, a negatively charged lipid, could be associated with repulsive electrostatic interactions as the protein global charge is negative. The literature mentions that BSP1 selectively extracts choline phospholipids and cholesterol when combined with sperm membranes. A lipid efflux is also observed with model membranes. We characterized membrane "solubilisation" by BSP1, using dynamic light scattering. As a preliminary step, we studied how Triton X-100 detergent solubilizes membranes using this technique. The measurements showed that the lipid composition of the membranes does not affect the general solubilization/reconstitution mechanism of the model membranes (POPC, POPC/POPE, POPC/1-palmitoyl-2-oleoyl-sn-glycero-3-phospho-(1-rac-glycerol) (POPG)). It is known that three different regions exist during the solubilization process for the different lipid systems: i) the detergent is distributed in the membranes, ii) a coexistence of membranes saturated with detergents and mixed phospholipid/Triton X-100 micelles and iii) exclusively mixed phospholipid/Triton X-100 micelles. Our results show that the conical shape of POPE increases the resistance of the membranes to solubilization. The presence of POPG, bringing a negative charge at the membrane interface, does not induce any change in solubilization/reconstitution processes. Dynamic light scattering also made it possible to observe if the BSP1 protein induces morphological changes in the membranes following its interaction with POPC membranes. Our observations showed no significant variation in particle size during the titration of POPC vesicles by the protein, over a molar ratio range of POPC/BSP1 from 20 to 0.6. Considering such different compositions, a transition from vesicles saturated with protein to protein complexes with some lipids is assumed. However, it appeared impossible with dynamic light scattering to differentiate these particles.

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Le déclin développemental de la sensibilité musculaire à 1'insuline est associé à une réduction de l'anabolisme protéique durant la période néonatale. Certaines études montrent que la sensibilité musculaire à l'insuline du métabolisme du glucose est améliorée par l'incorporation d'acides gras n-3 à longue chaîne (20 carbones et plus) dans les membranes musculaires. Le présent mémoire montre qu'un enrichissement des phospholipides membranaires des muscles de 31 % à 186 % en acides gras n-3 à longue chaîne chez les bouvillons en croissance améliore la sensibilité musculaire à l'insuline du métabolisme des acides aminés (+108 %) et du glucose (+37 %). Ceci est accompagné par une activation de la voie de signalisation insulinique initiant la synthèse protéique musculaire concomitante à une réduction des voies oxydatives corporelles (-82 %).

Afin d’améliorer l’efficacité des traitements des pathologies articulaires, en tenant compte de leur complexité et de leur ampleur, des études récentes ont mis en évidence le rôle des assemblages lipidiques associés à la structure discontinue du fluide synovial dans le contrôle du fonctionnement tribologique articulaire. Ceci à conduit à la mise au point d’un modèle tribologique ex vivo (thèse AM Sfarghiu, 2006), proposant un « motif élémentaire » de la biolubrification articulaire, constitué de l’empilement d’interfaces phospholipidiques et de couches aqueuses. En utilisant ce modèle, l’objectif de ce travail a été d’étudier l’évolution des interfaces phospholipidiques du fluide synovial en présence de pathologies. Pour ce faire, une méthodologie nano-bio-tribologique alliant des analyses biochimiques, physicochimiques, nano-mécaniques et tribologiques a été utilisée. Les résultats de ces analyses montrent : l’influence de la faible rugosité des surfaces frottantes caractérisant les stades précoces des pathologies et celle des propriétés des interfaces phospholipidiques (liées à la variation de leur composition) sur la résistance mécanique, l’évolution au cours du frottement et la dégradation in situ des assemblages lipidiques des fluides synoviaux pathologiques. Le comportement des assemblages lipidiques est accentué par l’action des enzymes associées aux pathologies. Par conséquent, le fonctionnement articulaire dépend de la résistance mécanique des interfaces phospholipidiques et pour obtenir des coefficients de frottement très bas, l’accommodation de vitesse doit s’effectuer au niveau des couches d’hydratation qui entourent les ions présents dans la couche aqueuse. Ces résultats permettront de comprendre à court terme l’évolution des interfaces phospholipidiques dans les pathologies articulaires et, à plus long terme le bon enchaînement cause/conséquence responsable d’une pathologie articulaire afin de développer des traitements plus efficaces, ciblés et non prothétiques. / In order to improve the effectiveness of joint diseases’ treatments, given their complexity and magnitude, recent studies have highlighted the role of lipid assemblies associated with the discontinuous structure of the synovial fluid (SF) in the tribological performance of joint operation. Thus, an ex vivo tribological model (AM Sfarghiu, PhD thesis, 2006) providing a "basic pattern" for joint biolubrification was developed. It consists of the stack of phospholipidic interfaces and aqueous layers. Using this model, the objective of this work was to study the evolution of phospholipidic interfaces of SF within pathological state. Therefore, a nano-bio-tribological methodology combining biochemical, physicochemical, nano-mechanical and tribological analysis was used. The results of these analyses show: the influence of even small rubbing surfaces’ roughness characteristics of early stage illness and that of phospholipidic interfaces’ properties (related to their composition change) on the mechanical strength, changes in friction and in situ degradation of lipidic assemblies of pathological SF. The tribological operation is highlighted by enzymes’ associated with diseases. Thus, joint operation depends on the mechanical strength of phospholipidic interfaces and to obtain very low friction coefficients, velocity accommodation must be done at the level of hydration layers surrounding ions in the aqueous solution. These results would therefore allow better understanding of the evolution of phospholipidic interfaces in joint diseases and of the proper cause/consequence sequence responsible for a joint disease in order to develop more effective, targeted and non prosthetic treatments.

Des substances toxiques générées par les activités portuaires, urbaines et industrielles sont déversées à certains niveaux du milieu marin côtier marocain. Les mollusques peuvent concentrer les polluants et avoir des effets néfastes sur la santé humaine par l’intermédiaire de la chaîne alimentaire. Malgré le renforcement des mesures de sécurité alimentaire, l’implication de la pollution chimique des aliments dans les troubles métaboliques n’est pas à exclure. Pour prédire l’impact des polluants sur l’écosystème aquatique et sur la santé humaine, le développement d’outils de biosurveillance est nécessaire.Nous avons quantifié les métaux lourds (Cd, Cr et Pb) chez les moules (Mytilus galloprovincialis) issues de la côte atlantique marocaine (site industriel Jorf Lasfar (JL) et site touristique d’Oualidia (OL)) en raison de la proximité d’une plateforme d’extraction de phosphate puis caractérisé leurs profils lipidiques (acides gras, cholestérol, oxystérols, phytostérols et phospholipides). Les extraits lipidiques totaux de moules ont été testés in vivo sur des rats pour déterminer leurs effets sur les paramètres biochimiques plasmatiques et in vitro sur une lignée de cellules β pancréatiques murine (MIN-6) en conditions normo et hyperglycémique. Les effets des extraits de moules JL et OL ont été comparés par rapport à ceux de moules d’origine espagnole (ES) destinées à la consommation en France.Les métaux lourds dans les moules JL dépassent les normes internationales. Les concentrations métalliques dans tous les extraits lipidiques sont à l’état de trace. Les moules JL et OL sont moins riches en acides gras insaturés, plus riches en oxystérols et en phospholipides par rapport aux moules ES, suggérant un stress environnemental. Les extraits lipidiques des moules JL et OL administrés à des rats, ont provoqué une perturbation des paramètres plasmatiques, notamment des taux de glucose, créatinine, triglycérides et transaminases avec une augmentation de cholestérol-HDL. In vitro seuls les extraits lipidiques JL et OL induisent la mort des cellules MIN-6 par un processus non apoptotique. Ce processus est associé à une dépolarisation mitochondriale, une déstabilisation lysosomale et une augmentation de la perméabilité de la membrane cytoplasmique, paramètres mesurés par cytométrie en flux dans une démarche cytomique. Ils provoquent aussi une surproduction de H2O2, une augmentation d’activité catalase, une diminution du glutathion réduit, une peroxydation lipidique et une forte stimulation de la sécrétion d’insuline avec un effet plus marqués en présence des extraits lipidiques JL.Globalement, les lipides de moules JL induisent des effets néfastes in vivo et in vitro par rapport à ceux provenant de OL et ES. Une étude épidémiologique à large échelle dans le contexte des maladies métaboliques pourrait être pertinente chez les populations consommatrices de ces moules. / Toxic substances generated by various human activities are spilled on different area of the Moroccan coast. Shellfishes can concentrate pollutants and have some adverse effects on human health through the food chain. Despite the strengthening of food safety rules, the involvement of chemical pollution of food on metabolic disorders is not known. To predict the impact of pollutants on the aquatic ecosystem and human health, the development of appropriate biomonitoring tools is required.We quantified heavy metals (Cd, Cr and Pb) in mussels (Mytilus galloprovincialis) from two sites of Moroccan Atlantic coast (industrial site Jorf Lasfar (JL) and touristic site Oualidia (OL)) due to the proximity of a phosphate extraction platform, and further characterized their lipid profiles (fatty acids, cholesterol, oxysterols, phospholipids and phytosterols). Total lipid extracts of mussels were tested in vivo in rats to determine their effects on biochemical plasmatic parameters and in vitro on a β pancreatic murine cell line (MIN-6) in normo-and hyperglycemic conditions. The effects of JL and OL mussel extracts were compared to mussels from Spain (ES) used for human consumption in France. Heavy metals in JL mussels exceed international standard level. Metal concentrations in all lipid extracts are present in small quantity. JL and OL mussels are less enriched in unsaturated fatty acids, oxysterols and contain higher levels of phospholipids than ES mussels, suggesting an environmental stress. The lipid extracts of JL and OL mussels administered to rats induce a disruption of plasmatic parameters (glucose, creatinine, transaminases and triglycerides) with an increase of HDL-cholesterol. In vitro, only JL and OL lipid extracts induce MIN-6 cell death by a non-apoptotic process. This process is associated with mitochondrial depolarization, lysosomal destabilization and an increase of the cytoplasmic membrane permeability, parameters measured by flow cytométrie in a cytomic context. They also induce an overproduction of H2O2, an increase of catalase activity, a decrease of reduced glutathion, lipid peroxidation and a strong stimulation of insulin secretion with a more marked effect in presence of JL lipid extracts.Overall, JL mussel lipids induce various side effects in vivo and in vitro, which are more pronounced that those observed with OL and ES. A large-scale epidemiological study could be of interest to confirm the potential side effects of these mussels to favor metabolic disorders.

Le LPS est un puissant agent pro-inflammatoire bactérien, dont la partie lipide A est considérée comme le principe actif. Néanmoins, la chaîne O des LPS influence leur agrégation en solution aqueuse. Notre but a été de déterminer le rôle de la chaîne O sur les effets biologiques et physiopathologiques des LPS.Nos travaux, menés selon trois axes stratégiques complémentaires, ont donné lieu aux avancées suivantes :- développement d'un dosage innovant des LPS par LC-MS/MS et d'un ratio d'inactivation des LPS sur la base d'une utilisation combinée dudit dosage et du test LAL. Ce ratio traduit la capacité d'un organisme hôte à inactiver les LPS, notamment par leur transfert aux HDL par la PLTP. Ce ratio pourrait être utile dans l'évaluation des patients à haut risque.- la longueur de la chaîne O module l'inflammation induite par les LPS. Au-delà de leur concentration d'agrégation critique, les LPS forment des agrégats dotés d’une architecture et de propriétés physico-chimiques dépendant de leur chaîne O. Ces deux paramètres déterminent l'activité biologique des LPS et leur métabolisme ;- développement d'un double marquage innovant des LPS confirmant leur voie principale d'élimination : le transport inverse du LPS. Ce travail définit donc les effets physiopathologiques induits par les LPS comme résultant de deux composantes : leur activité biologique et leur métabolisme. Toute stratégie de recherche ou thérapeutique ciblant les LPS, devrait donc prendre en compte leur structure moléculaire, leur agrégabilité et la relation entre ces deux paramètres, déterminants majeurs de l'activité biologique des LPS et de leur métabolisme. / LPS is a potent bacterial pro-inflammatory agent, consisting of hydrophilic, polysaccharide part and of a lipid A which is considered like active moiety. Nevertheless, the O chain of LPS influences their aggregation in aqueous media. Therefore, our goal has been to determine the role of O chain on the LPS biological and physiopathological effects. Our work was organized according to three main axes, and led to the following findings :- development of a new LPS assay by LC-MS/MS. The combination of this new technique with LAL test allowed us to calculate an inactivation ratio which reflects the ability of host organism to inactivate LPS, especially through their transfer to HDL by PLTP. The ratio could be useful in predicting outcome of high risk patients.- the length of O chain modulates LPS-induced inflammation. Above their critical aggregation concentration, LPS form aggregates with an architecture and physiochemical properties dependent on their O chain. Both parameters determine LPS biological activity and their metabolism.- development of an innovative dual labelling of LPS as a new tool to explore LPS elimination pathway : the reverse LPS transport. This work brings evidence that the physiopathological effects of LPS depend on two parameters : their biological activity and their metabolism. Any strategy of research or therapeutic targeting LPS should take into account their molecular structure, their aggregability and the relation between the both parameters, which are major determinants of their biological activity and their metabolism.

Afin d'améliorer l'efficacité des traitements des pathologies articulaires, en tenant compte de leur complexité et de leur ampleur, des études récentes ont mis en évidence le rôle des assemblages lipidiques associés à la structure discontinue du fluide synovial dans le contrôle du fonctionnement tribologique articulaire. Ceci à conduit à la mise au point d'un modèle tribologique ex vivo (thèse AM Sfarghiu, 2006), proposant un " motif élémentaire " de la biolubrification articulaire, constitué de l'empilement d'interfaces phospholipidiques et de couches aqueuses. En utilisant ce modèle, l'objectif de ce travail a été d'étudier l'évolution des interfaces phospholipidiques du fluide synovial en présence de pathologies. Pour ce faire, une méthodologie nano-bio-tribologique alliant des analyses biochimiques, physicochimiques, nano-mécaniques et tribologiques a été utilisée. Les résultats de ces analyses montrent : l'influence de la faible rugosité des surfaces frottantes caractérisant les stades précoces des pathologies et celle des propriétés des interfaces phospholipidiques (liées à la variation de leur composition) sur la résistance mécanique, l'évolution au cours du frottement et la dégradation in situ des assemblages lipidiques des fluides synoviaux pathologiques. Le comportement des assemblages lipidiques est accentué par l'action des enzymes associées aux pathologies. Par conséquent, le fonctionnement articulaire dépend de la résistance mécanique des interfaces phospholipidiques et pour obtenir des coefficients de frottement très bas, l'accommodation de vitesse doit s'effectuer au niveau des couches d'hydratation qui entourent les ions présents dans la couche aqueuse. Ces résultats permettront de comprendre à court terme l'évolution des interfaces phospholipidiques dans les pathologies articulaires et, à plus long terme le bon enchaînement cause/conséquence responsable d'une pathologie articulaire afin de développer des traitements plus efficaces, ciblés et non prothétiques.