Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

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Chez la vache laitière à haut rendement, la période de transition entourant la parturition est généralement accompagnée d’un déficit énergétique, d’un métabolisme des lipides perturbé et d’une augmentation de l’inflammation et du stress oxydatif. Afin d’améliorer la balance énergétique et de diminuer certains effets négatifs associés à la période de transition, il est fréquent que les producteurs administrent des diètes riches en lipides (ex. Mégalac®, riche en acide palmitique) aux vaches laitières à haut rendement. Par exemple, l’ajout de lipides saturés à la ration améliore la balance énergétique et diminue l’accumulation des triglycérides dans le foie. Cependant, plusieurs troubles métaboliques demeurent, tels que l’inflammation et le stress oxydatif, pouvant être observés entre autres au niveau du foie. Comme alternative aux lipides saturés, l’ajout d’acides gras polyinsaturés (AGPIs) pourrait contribuer à améliorer la balance énergétique tout en diminuant certains effets négatifs associés à la période de transition. Toutefois, les AGPIs sont sujets aux phénomènes de peroxydation ce qui pourrait augmenter le stress oxydatif chez l’animal. Pour limiter ces dommages oxydatifs, l’utilisation de la graine de lin entière, riche en acides gras oméga-3 (n-3) et en lignans (antioxydants), en supplément alimentaire apparaît comme une avenue prometteuse. Des travaux antérieurs rapportent qu’une supplémentation en différents dérivés de la graine de lin (ex. AGPIs, lignans) module l’expression de certains gènes impliqués dans la réponse au stress oxydatif et le métabolisme des lipides dans la glande mammaire de la vache laitière. Cependant, il n’existe aucune étude rapportant l’effet de divers composés de la graine de lin sur le métabolisme lipidique et certains marqueurs de stress oxydatif dans le foie de la vache laitière. Ce projet de recherche a été réalisé afin de déterminer les effets de différents ratios d’acides linoléique (LA)/acide alpha-linolénique (ALA) (n-6/n-3, AGPI) en présence ou non d’entérolactone (ENL, lignan mammalien) sur (1) l’expression hépatique de gènes liés au métabolisme des lipides, au processus inflammatoire et au stress oxydatif, (2) les dommages aux lipides et aux protéines et (3) l’activité de l’enzyme superoxyde dismutase (SOD) dans le foie de la vache laitière en début de lactation. Un modèle in vitro de culture de tissu hépatique en tranches minces a été utilisé puisqu’il permet de préserver les interactions cellules-matrice et entre les cellules. Les gènes sélectionnés ont été choisis en se référant à diverses études antérieures et incluent certains gènes différentiellement exprimés dans le foie et la glande mammaire de la vache laitière en période de transition. Des régulateurs de la transcription (ex. MLXIPL et SREBF1), de même que leurs gènes cibles ont été priorisés. Les tissus issus de biopsies hépatiques de vaches Holstein en début de lactation ont été mis en culture et soumis à huit traitements composés de différents ratios d’AGPIs n-6/n-3, d’ENL et d’une combinaison des deux. Suite à ces traitements, les niveaux d’ARNm des gènes sélectionnés ont été mesurés par PCR quantitatif (RT-qPCR). Les dommages aux lipides ont été mesurés par l’essai des « thiobarbituric acid reactive substances » (TBARS) et les dommages aux protéines par une analyse des protéines carbonyles. Finalement, un essai enzymatique a été effectué pour mesurer l’activité de la SOD, une enzyme jouant un rôle dans le système de défense contre les radicaux libres. Les résultats de cette étude démontrent que l’ajout d’AGPIs (LA et ALA) dans le milieu de culture augmente l’expression de certains gènes liés au stress oxydatif (NQO1, PRDX3, PTGS2 et SOD1) et diminue l’expression de plusieurs gènes liés à l’activité lipogénique (ACACA, FASN, SCD et SREBF1). L’addition d’ENL dans le milieu de culture augmente l’abondance de l’ARNm des gènes cibles de MLXIPL, soit FASN et SCD, deux gènes impliqués dans l’activité lipogénique. Cette régulation à la hausse suggère qu’une supplémentation en tourteau ou en farine de lin (riche an lignans) en début de lactation pourrait avoir des effets non désirés et augmenter le risque de stéatose hépatique. Les analyses de peroxydation des lipides ont révélés une augmentation des dommages aux lipides en présence des AGPIs et un retour aux valeurs du traitement contrôle lorsque l’ENL est ajouté aux AGPIs. Une augmentation similaire est observée pour l’activité de la SOD avec l’ajout des AGPIs au milieu de culture, ainsi qu’un retour aux valeurs contrôle lorsque l’ENL est ajouté aux AGPIs. Ces résultats suggèrent qu’une supplémentation en graines de lin entières serait bénéfique en début de lactation puisque les AGPIs pourraient diminuer l’activité lipogénique au niveau du foie, alors que les lignans présents naturellement dans l’écorce de la graine de lin, pourraient réduire le stress oxydatif et les dommages aux lipides provoqués par des niveaux élevés en AGPIs.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

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I. DESCRIPTION DE PROJET DE RECHERCHE Le canal sodium épithélial bloquable par l’amiloride (ENaC) est une protéine intégrale de la membrane apicale des épithéliums impliqués dans l’absorption du sodium. Deux fonctions majeures sont directement liées au fonctionnement d’ENaC. D’une part, la régulation de la balance sodée par le rein et donc de la pression artérielle et d’autre part, la clairance du fluide alvéolaire pulmonaire. Le transport vectoriel de sel et d’eau à travers ces épithéliums à jonctions serrées repose sur un transport actif de sodium entraînant un flux osmotique d’eau. Ce transport de sodium s’effectue en deux étapes: l’entrée apicale, par diffusion, facilitée via ENaC, et la sortie basolatérale, active, par les pompes Na+/K+ ATPases. Ces dernières années, un intérêt grandissant est porté sur les acides gras polyinsaturés à longues chaînes de type oméga 3 (PUFAs) et leurs implications dans divers processus physiologiques. Entre autres effets, les PUFAs modulent différents types de canaux ioniques (canaux Na+ dépendant du voltage, Ca++ L-type, K+). Les études in vivo impliquant un effet à long terme des PUFAs décrivent des mécanismes inhibiteurs. Cependant, lors d’une étude précédente, axée sur la composition lipidique des membranes de cellules rénales en culture et l’influence de l’ajout d’acides gras saturés et insaturés sur le transport du sodium, nous avons constaté que les acides gras polyinsaturés à longues chaînes de type oméga 3 augmentaient la réabsorption du sodium. Ces résultats pourraient être intéressants, car les canaux sodiques de l’épithélium alvéolaire sont en contact direct avec le surfactant, dont la composition lipidique varie en fonction de l’apport alimentaire en PUFAs. Chez les prématurés humains, le syndrome de détresse respiratoire est une des causes les plus fréquentes de mortalité. Dans un certain nombre de cas, on peut restaurer une fonction pulmonaire satisfaisante par l’administration de surfactant. Dans ce travail, nous avons opté pour une approche fondamentale des mécanismes de régulation du canal sodium épithélial par l’acide eicosapentanoïque (EPA, C 20:5, n-3). Des études électrophysiologiques, biochimiques et d’imagerie cellulaire ont été réalisées sur la lignée cellulaire A6 de rein d’amphibien, qui sert d’épithélium modèle pour l’étude d’ENaC depuis plus de 25 ans. Cette lignée exprime des canaux sodiques très sélectifs et possède des propriétés électrophysiologiques facilitant l’étude de leur régulation. Ce travail nous a permis de mettre en évidence de nouveaux mécanismes fondamentaux dont la pertinence physiologique et /ou clinique ne pourra être établie qu’en transposant cette étude sur un modèle in vivo, comme nous le proposons dans les perspectives. Dans le présent travail, nous avons étudié : 1. La distribution fonctionnelle d’ENaC dans la membrane apicale des cellules A6. 2. Les effets des acides gras polyinsaturés oméga-3 (n-3 PUFAs) sur le transport du sodium et les voies de signalisation impliquées dans ces effets. Nous montrons que les canaux sodiques épithéliaux sont distribués de manière hétérogène dans la membrane apicale des cellules A6, les canaux actifs se localisant au niveau de microdomaines membranaires (Am. J. Renal Physiol. 2003). Nous montrons aussi que l’acide eicosapentanoïque (EPA, C20 :5) augmente la perméabilité au sodium de la membrane apicale des cellules A6. Cette stimulation est transitoire et réversible, et implique l’activation de la protéine kinase A (PKA) en aval d’une augmenation d’adénosine monophosphate cyclique (AMPc) (Am. J. Renal Physiol. 2004). L’EPA ne provoque ni la stimulation de l’adénylate cyclase, ni l’augmentation d’AMPc total, mais inhibe l’activité phosphodiestérasique membranaire. En l’absence d’une augmentation mesurable d’AMPc, nous avons testé l’hypothèse d’une compartimentalisation de la PKA à la membrane apicale, où une faible augmentation d’AMPc pourrait être suffisante pour son activation. Nous montrons qu’une telle compartimentalisation est rendue possible grâce à une A-Kinase Anchoring Protein (AKAP) qui ancre la PKA à la membrane apicale. L’inhibition de la liaison AKAP-PKA empêche la stimulation du courant sodium par l’EPA. La distribution d’ENaC dans les microdomaines membranaires insolubles aux détergents pourrait favoriser l’ancrage de l’AKAP et des protéines régulatrices à proximité du canal ( J. Biol. Chem, 2007). Ce travail montre pour la première fois, un ancrage membranaire de la PKA par une AKAP dans les cellules A6 et met ainsi en évidence un nouveau mécanisme de régulation des canaux sodium épithéliaux.

Le lait maternel est considéré comme l’aliment de référence pour le développement des nouveau-nés. Cependant dans le cas des grands prématurés qui ont des besoins nutritionnels particulièrement élevés, le lait maternel ne permet pas toujours d’apporter des quantités optimales pour certaines molécules, en raison de déficiences intrinsèques ou des conditions d’administration.Nous avons étudié les relations entre l’alimentation actuelle des mères et la composition en acides gras polyinsaturés de leur lait. Les laits maternels du Sud de la France et de la région Nord/Ouest présentent un déséquilibre de la composition en défaveur des acides gras polyinsaturés (AGPI) n-3 du lait, notamment en acide docosahexaénoïque (DHA). Ceci est en relation avec une consommation faible en poissons et produits de la mer, ainsi qu’une consommation importante d’AGPI n-6. Une deuxième partie du travail a porté sur la relation entre certaines molécules bioactives du lait et le développement intestinal des nouveau-nés. Le protocole de prise en charge nutritionnelle des nouveau-nés prématurés conduit à l’administration d’une faible quantité de molécules bioactives (AGPI n-3, phospholipides et plasmalogènes, sCD14, sphingomyélinase acide) ne permettant pas de couvrir les besoins, notamment en DHA, et probablement pas d’assurer une santé intestinale optimale pendant les premières semaines de vie. Un délai nécessaire pour atteindre la maturité digestive plus court est associé à la consommation d’AGPI pendant les deux premières semaines de vie, et de phospholipides (sphingomyéline et plasmalogènes) à partir de la deuxième semaine de vie. La consommation de sCD14 chez les enfants ne consommant que du lait de don est inversement corrélée au délai de maturité digestive. Nous avons constaté que cette molécule influence la réponse inflammatoire de cellules intestinales fœtales à une stimulation bactérienne chronique.Nous avons aussi étudié certaines propriétés physico-chimiques de laits d’espèces animales potentiellement intéressantes pour l’amélioration de la qualité des substituts ou des suppléments de lait et il apparait que le lait de chamelle présente des teneurs en sphingomyéline et plasmalogènes comparables à celles du lait humain. L’utilisation des traitements technologiques, comme la pasteurisation et l’homogénéisation, altère les propriétés du lait au niveau des teneurs en molécules bioactives (sCD14, sphingomyélinase acide) ainsi qu’au niveau de la structure du globule lipidique.En conclusion, ce travail ouvre la voie à une réflexion sur la formulation de nouveaux substituts et de suppléments de lait maternel à élaborer pour une meilleure prise en charge des nouveau-nés. / Human milk is considered as the gold standard to newborn development. However, in case of very preterm infants who have particularly high nutrients needs, it does not always provide optimal quantities of several bioactive molecules, due to composition or supply conditions.We investigated the relationship between current maternal nutrition and polyunsatured fatty acids (PUFA) composition of human milk. Human milk from mothers of South and North-West of France had imbalance PUFA composition to the detriment of n-3 PUFA, especially docosahexaenoic acid (DHA). This was linked to low consumption of fish and seafood products, and to an important n-6 PUFA intake.A second part of our work was focused on bioactive compounds of human milk and newborn intestinal development. Nutritional care of preterm infants leads to low intake of bioactive compounds (PUFA n-3, phospholipids and plasmalogens, sCD14, acid sphingomylinase), insufficient to cover the needs of HAD and to ensure optimal intestinal health during the first weeks of life. A shorter time to reach digestive maturity was associated with PUFA consumption during the first two weeks of life, and with phospholipids (sphingomyelin and plasmalogens) from the second week. sCD14 intake by preterm fed only with donor human milk was inversely correlated with digestive maturity time. This molecule influences the inflammatory response of fœtal intestinal cells to chronic bacterial stimulation.We had also investigated the physicochemical properties of milk from different animal species potentially interesting for improving infant formula or milk fortifier. Camel milk showed sphingomyelin and plasmalogen contents close to human milk. Technological treatments, such as pasteurisation or homogenisation, lead to alteration of milk properties, either in bioactive molecules content (sCD14, acid sphingomyelinase) or in fat globule structure.In conclusion, this work provides new possibilities for the conception of infant formula and fortifier to improve newborn care.

Dans les pays industrialisés, les pathologies oculaires à composante vasculaires, que ce soit la rétinopathie du prématuré (ROP), la rétinopathie du diabétique ou la dégénérescence lié à l’âge, représentent la première cause de cécité respectivement chez l’enfant, l’adulte et la personne âgée. Plusieurs études sur l’homme ou sur des modèles animaux ont souligné le rôle crucial joué des acides gras polyinsaturés (AGPI) au cours de ces rétinopathies et notamment l’action préventive des acides gras polyinsaturés oméga 3 (AGPI n-3) sur l’angiogenèse pathologique. Ces AGPI sont estérifiés dans les glycérophospholipides constituant les membranes cellulaires. On les retrouve également dans une classe particulière de glycérophospholipides, les plasmalogènes. La particularité des plasmalogènes réside dans leur liaison vinyl-éther en position sn-1 au lieu d’une liaison ester dans les autres glycérophospholipides. Les AGPI sont libérés des plasmalogènes par une phospholipase indépendante au calcium, la iPLA2, pour devenir des métabolites actifs. Les plasmalogènes via la libération des AGPI joueraient un rôle dans la mise en place et la maturation du réseau vasculaire rétinien et ce, notamment grâce à la bonne mise en place du réseau astrocytaire. Les astrocytes et les cellules de Müller sont les cellules macrogliales qui servent de soutien physique et métabolique à la rétine. De plus, les cellules de Müller participent au métabolisme des lipides. L’objectif de ce travail de thèse a été d’évaluer l’implication des plasmalogènes dans le métabolisme des cellules de Müller et des astrocytes mais aussi dans la communication entre ces cellules macrogliales. Nous avons également étudié le profil lipidique d’enfants prématurés pour mettre en évidence de potentielles altérations du métabolisme des plasmalogènes chez des nouveau-nés développant une rétinopathie à composante vasculaire, la rétinopathie du prématuré (ROP). Pour ce faire nous avons étudié les effets d’une diminution en plasmalogènes et/ou en iPLA2 sur des cellules de Müller en culture primaire après avoir préalablement vérifié l’expression de l’enzyme clef de la biosynthèse des plasmalogènes. Nous avons ensuite étudié les effets d’une diminution des teneurs en plasmalogènes sur la communication calcique entre les cellules de Müller et les astrocytes. Nos résultats ont montré que les cellules de Müller expriment l’enzyme-clé de synthèse des plasmalogènes et que ces cellules sont plus riches en plasmalogènes que la rétine entière. Les plasmalogènes seraient impliqués dans le contrôle de la migration des cellules de Müller par l’action de la voie ERK1/2 MAPK. Ces effets ne semblent pas passer par la libération des AGPI. De plus nos résultats suggèrent une dégradation de la communication entre les astrocytes et les cellules de Müller en cas de diminution des teneurs en plasmalogènes dans les cellules de Müller. Enfin chez l’homme nous avons mis en évidence une accumulation des AGPI n-6 au détriment des AGPI n-3 dans les érythrocytes des enfants développant une rétinopathie du prématuré et inversement dans le groupe d’enfants prématuré contrôle. L’ensemble de ces travaux confirme l’importance du métabolisme lipidique, et plus particulièrement celui des plasmalogènes, sur le fonctionnement de la rétine. / Retinal vascular disorders such as retinopathy of prematurity (ROP), diabetic retinopathy or age-related macular degeneration represent the first cause of vision loss at all ages in industrialized countries. Many epidemiological or animal studies have shown the involvement of polyunsaturated fatty acids (PUFA) in the regulation of vascular development and more specifically the beneficial properties of omega 3 PUFA (n-3 PUFA) against pathological vascularization. Those PUFA are esterified on glycerophospholipids (GP). GP are the primary constituents of the lipid bilayer of cell membranes. PUFA can be also esterified on a specific class of GP, called plasmalogens. Plasmalogens are characterized by the presence of a vinyl ether linkage at the sn-1 position of glycerol instead of an ester linkage as seen in other GP. PUFA are released from plasmalogens by a calcium-independent phospholipase (iPLA2). Free PUFA can be converted into biologically active metabolites. Plasmalogens may have an impact on the development and the maturation of retinal vascular network through the PUFA they release through the control of astrocyte template formation prior to vessel formation. Astrocytes and Müller cells are macroglials cells providing physical and metabolic supports to the retina. Müller cells are key actors of the retinal lipid metabolism. The aim of this work was to evaluate the involvement of plasmalogens in Müller cells and astrocytes metabolism as well as in the ability of these cells to communicate. On one hand, we have studied the effects of a decrease in plasmalogen biosynthesis and/or in iPLA2 activity on Müller cell physiology. Müller cells express a biosynthesis key enzyme of plasmalogen and reducing the biosynthesis of plasmalogens affects Müller cell ability to migrate through the ERK1/2 MAPK signalling. In a second series of studies, we studied the repercussions of such modifications on Müller cell physiology on their ability to communicate with retinal astrocytes through calcium signalling. Our results suggest that affecting plasmalogen metabolism in Müller cells alters the communication between astrocytes and Müller cells. Finally, and in order to investigate whether plasmalogen metabolism may be modified in a human disease displaying abnormal retinal vascular development, we performed a lipidomic study of circulating lipids in infants affected by retinopathy of prematurity. ROP was characterized by the accumulation of n-6 PUFA at the expense of n-3 PUFA, these changes being associated to plasmalogens. All these experiments confirm the importance of lipid metabolism, and especially plasmalogens, on the retina functioning.

Les aliments riches en acides gras polyinsaturés (AGPI) à longue chaîne (LC) de la série n-3 sont recommandés pour leurs effets bénéfiques sur la santé humaine et en particulier dans la prevention du développement des maladies métaboliques. Or, la biodisponibilité de ces AGPI et leur impact métabolique pourraient être modulés par la nature chimique des molécules qui les véhiculent dans les aliments (triacylglycérols, TG ou phospholipides, PL). De plus, ces AGPI sont sensibles à la peroxydation lipidique. S'ils ne sont pas protégés de l'oxydation, ils peuvent former des espèces réactives toxiques comme le 4-hydroxy-hexénal (4-HHE). Dans ce contexte, le but de notre étude a été d'évaluer l'impact de l'enrichissement de régimes hyperlipidiques en AGPI n-3 (i) portés par des TG ou des PL et (ii) sous forme non-oxydée ou oxydée, sur l'inflammation et le stress oxydant métaboliques et d'en comprendre certains mécanismes liés à l'absorption intestinale et la réactivité du 4-HHE. D'une part, notre étude a confirmé que la consommation d'AGPI-LC n-3 empêche l'induction du stress oxydant et de l'inflammation lors d'un régime hyperlipidique chez la souris. Cependant, par rapport aux TG, les PL vecteurs d'AGPI n-3 permettent de réduire la taille des adipocytes et de stimuler le système antioxydant. D'autre part, notre étude a montré que la consommation d'AGPI n-3 oxydés de manière modérée aboutit à une élévation des concentrations plasmatiques de 4-HHE et des marqueurs inflammatoires. De plus, une activation des voies inflammatoires ainsi que du stress du réticulum endoplasmique ont été détectées au niveau de l'intestin grêle. Nos résultats in vivo et in vitro sur cellules intestinales Caco-2/TC7 indiquent que cela peut être dû en partie à une absorption au niveau intestinal du 4-HHE, produit d'oxydations des AGPI n-3. Dans le contexte du développement des aliments contenant des AGPI-LC n-3, nos résultats contribuent à identifier les structures vectrices de ces acides gras les plus efficaces du point de vue métabolique. En santé publique et en pratique clinique, nos résultats constituent une nouvelle base de réflexion pour la mise en place de bonnes pratiques de production et de conservation des aliments et des compléments nutritionnels enrichis en AGPI-LC n-3 pour éviter leur oxydation et ses possibles effets délétères.

Les omégas trois ont un bénéfice prouvé dans la prévention de maladie cardiovasculaire et l'inflammation. Un apport optimal peut être réalisé avec des modifications diététiques simples permettant d'avoir un enrichissement des membranes cellulaires et un effet métabolique. Le tissu adipeux de part son rôle important dans la genèse du syndrome métabolique semble être une cible importante du traitement par oméga trois. Les patients avec une maladie rénale chronique (MRC) ont un risque cardiovasculaire accru et cumulent les perturbations métaboliques comme le syndrome métabolique et un état micro inflammatoire. Des doses supra physiologiques d'oméga trois ont été utilisés dans le passé dans des études de prévention rénale ou traitement de dyslipidémie. Or l'effet métabolique en fonction de la dose d'oméga 3 n'est pas connu. En accord, avec les études chez le sujet sain, en fonction de la dose administrée, les omégas 3 ont un impact différent métabolique et sur l'expression génique. Des études complémentaires sont nécessaires pour vérifier la faisabilité et l'impact métabolique d'une modification de régime afin de diminuer le rapport n-6/n-3, ainsi que l'effet à long terme des omégas trois chez ces patients. Par ailleurs, les mécanismes impliqués dans les différences de dose réponse devront être caractérisés sur un modèle animal