Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2007. / Bibliogr.: f. 72-80. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

L’hypertriglycéridémie postprandiale représente un facteur de risque émergent des maladies cardiovasculaires et est retrouvé en cas de syndrome métabolique, d’obésité et d’insulino-résistance. L’intestin grêle conditionne la triglycéridémie postprandiale puisque la taille et de la quantité des chylomicrons sécrétés modulent l’activité de la Lipoprotéine Lipase (LPL). La synthèse des chylomicrons est un mécanisme complexe dont l’étape de lipidation de l’Apolipoprotéine B48 (ApoB48) par la Microsomal Triglyceride Transfert Protein (MTP) et celle de leur transfert du réticulum vers le Golgi dans laquelle intervient la Liver Fatty Acid binding Protein (L-FABP) sont limitantes. Des expériences menées in vivo chez des animaux sauvages et transgéniques et ex vivo sur des segments intestinaux, nous ont permis de démontrer qu’il existe une adaptation postprandiale du métabolisme intestinal des lipides. Cette adaptation postprandiale est déclenchée par la glycoprotéine CD36 qui en présence d’acides gras à longue chaîne (AGLC) régule la voie ERK1/2 et conduit à l’induction de l’ApoB48, de la MTP et de la L-FABP. La dégradation rapide du CD36 par la voie ubiquitine-protéasome en présence d’AGLC, qui conduit à la désactivation de la voie ERK1/2, est typique d’un récepteur. Puisque d’une part les souris invalidées pour le Peroxisome Proliferator Activated receptor (PPAR) présentent une altération de l’adaptation et une hypertriglycéridémie postprandiale et que d’autre part les lipides alimentaires induisent le PPAR via CD36, CD36 et PPAR pourraient faire partie d’un mécanisme commun de régulation. En conclusion, CD36 et PPAR contribuent au sensing entérocytaire des AGLC d’origine alimentaire, responsable de l'adaptation postprandiale du métabolisme des lipides qui favorise la formation de gros chylomicrons efficacement épurés de la circulation sanguine. / Postprandial hypertriglyceridemia is an emerging risk factor for cardiovascular diseases and is associated with metabolic syndrome, obesity and insulin resistance. The small intestine participates in the postprandial triglyceridemia since both the size and number of secreted chylomicrons modulate lipoprotein lipase activity (LPL). Chylomicron synthesis is a complex mechanism in which the lipidation of Apolipoprotein B48 (ApoB48) by the Microsomal Triglyceride Transfer Protein (MTP) and the transfer between reticulum and Golgi in which the Liver Fatty Acid Binding Protein (L -FABP) is involved are limiting steps. An intestinal fat-mediated adaptation in postprandial period has been demonstrated by in vivo (transgenic and wild type mice) and ex vivo (intestinal segments) approches. This postprandial adaptation is triggered by the glycoprotein CD36 in the presence of Long chain Fatty Acids (LCFA) that regulates the ERK1/2 pathway and leads to the induction of ApoB48, MTP and L-FABP. The rapid degradation of CD36 by the ubiquitin-proteasome pathway in the presence of LCFA, which leads to ERK1/2 deactivation, has a feature of a receptor. Since firstly, Peroxisome Proliferator Activated Receptor (PPAR) knockout mice display an alteration of postprandial adaptation associated with a hypertriglyceridemia and secondly, dietary fat-mediated PPAR up-regulation is CD36 dependent, CD36 and PPAR might participate to a common regulation mechanism. In conclusion, CD36 and PPAR contribute to the enterocyte LCFA sensing responsible for postprandial adaptation that promotes the formation of large chylomicrons efficiently cleared into the blood.

Il est bien accepté dans des modèles en culture que les dynamiques mitochondriales et le remodelage des crêtes régulent le fonctionnement mitochondrial sous diverses conditions de stress, particulièrement l’apoptose et la famine. Malgré la quantité impressionnante de recherche effectuée dans ce domaine, on en connait encore très peu au sujet de l’importance des dynamiques mitochondriales et du remodelage de la structure mitochondriale sous des conditions physiologiques. Dans les années 1960, Hackenbrock a démontré que des mitochondries isolées adoptent des conformations internes distinctes selon l’état métabolique. D’après ses observations, il a prédit que les changements ultrastructurels de la mitochondrie régulent la production fonctionnelle de l’organite. Cependant, il n’est pas évident que ces changements ultrastructuraux suivent bien les changements métaboliques in vivo dans des conditions physiologiques. De plus, le métabolisme hépatique nécessite une adaptation constante de la production bioénergétique et biosynthétique de la mitochondrie suite aux changements de l’état anabolique/catabolique de la cellule hépatique. Toutefois, le fonctionnement de ce processus est encore largement inconnu. Dans cette étude, nous apportons les premières descriptions quantitatives in vivo de la réponse adaptative du réticulum mitochondrial aux transitions métaboliques du foie. Grâce à un modèle hépatique de souris postprandiale et une analyse cryo- microscopie électronique (cryo-EM) quantitative, nous montrons que, 5 heures après un repas, la voie mTORC1 est bloquée, le réseau mitochondrial se fragmente, la densité des crêtes diminue et la capacité respiratoire des mitochondries chute. Ces changements sont accompagnés d’une augmentation parallèle de la longueur des contacts mitochondrie-réticulum endoplasmique (MERCs), qui contrôle les échanges de calcium et de phospholipides entre les deux organites. De plus, ces évènements sont associés à l’expression transitoire de deux fragments C-terminaux (CTFs) inconnus jusqu’à présent provenant de la protéine Optic atrophy-1 (OPA1), une GTPase qui régule les dynamiques des crêtes mitochondriales et des mitochondries. Grâce à un protocole in vitro, nous montrons que ces CTFs proviennent d’un nouveau clivage d’OPA1, appellé clivage-C, qui élimine l’activité d’OPA1 en la coupant. Plus important encore, nous montrons que le clivage-C nécessite la présence de Mitofusin-2 (MFN2), une protéine clé dans la régulation de la fusion mitochondriale et dans la génèse des MERCs, mais pas la présence de l’homologue Mitofusin-1 (MFN1), ce qui confirme le lien entre le remodelage des crêtes et l’assemblage des MERCs. / It is well established in cultured models that mitochondrial dynamics and cristae remodeling regulate mitochondrial function under different stress conditions, such as starvation and apoptosis. Despite the tremendous amount of research in this field, relatively little is known about the significance of mitochondrial dynamics and ultrastructure remodeling under normal physiological conditions in vivo. In the 1960’s, Hackenbrock demonstrated that isolated mitochondria adopt distinct internal conformations under different metabolic states. Based on these observations, he predicted that mitochondrial ultrastructural changes regulate the organelles functional output. However, whether these ultrastructural changes also accompany metabolic transitions in vivo, under physiological conditions, is not known. Further, hepatic metabolism requires mitochondria to adapt their bioenergetic and biosynthetic output to the ever-changing anabolic/catabolic state of the liver cell, but the wiring of this process is still largely elusive. In this study, we provide the first in vivo quantitative description of the adaptive response of the mitochondrial reticulum to hepatic metabolic transitions. Using a postprandial mouse liver model and quantitative cryo-EM analysis we show that at 5 hours after feeding the mTORC1 signaling is blocked, the mitochondria network fragments, the cristae density decreases and the mitochondrial respiratory capacity drops. These changes are accompanied with a parallel increase in the mitochondria-ER contact (MERCs) lengths, which control calcium and phospholipids fluxes between the two organelles. Further, these events are associated with the transient expression of two previously unidentified C-terminal fragments (CTFs) of Optic atrophy-1 (OPA1), a mitochondrial GTPase that regulates cristae and mitochondrial dynamics. Using an in vitro assay, we show that these CTFs originate from a novel OPA1 processing, termed C-cleavage that eliminates OPA1 activity by breaking off the GTPase. Importantly, we show that C-cleavage requires the presence of Mitofusin-2 (MFN2), a key regulator of mitochondria fusion and MERCs biogenesis, but not that of its homolog Mitofusin-1 (MFN1), thereby linking cristae remodeling to MERCs assembly.

La lipémie postprandiale se caractérise par une augmentation des lipoprotéines riches en triglycérides après un repas, et joue un rôle important dans la biodisponibilité des lipides alimentaires pour les tissus périphériques. En effet, une lipémie postprandiale élevée est souvent associée à l'obésité et à une dyslipidémie, deux composantes du syndrome métabolique qui peuvent engendrer des complications médicales, incluant diabète et maladies cardiovasculaires. La lactoferrine (Lf) inhibe l'épuration hépatique des chylomicrons, conduisant à une élévation de la lipémie postprandiale par des mécanismes moléculaires non élucidés. Il est aussi établi que le Lipolysis Stimulated Receptor (LSR) contribuait à l'épuration des lipoprotéines riches en triglycérides pendant la phase postprandiale. L'objectif était de déterminer s'il existait une interaction entre la Lf et le LSR. Les études de cultures cellulaires ont montré que si la Lf n'affectait pas le taux d'expression du LSR dans des cellules Hepa 1-6 de souris, elle co-localisait avec le LSR en présence d'oléate, un composé requis pour l'activation du récepteur. Des expériences de ligand-blotting ont également montré que la Lf se fixait sur le LSR purifié et inhibait la fixation de lipoprotéines riches en triglycérides. Les domaines N et C-terminaux isolés de cette protéine, ainsi qu'un mélange de peptides obtenu après double hydrolyse de la Lf par la trypsine et la chymotrypsine, conservent cette propriété. Nous proposons que l'élévation de la lipémie postprandiale observée in vivo suite à un traitement par la Lf soit médiée par son interaction avec le LSR, inhibant ainsi l'épuration des chylomicrons et de leurs remnants / Postprandial lipemia is characterized by an increase in plasma triglyceride-rich lipoproteins after the ingestion of meal, and is important towards determining the bioavailability of dietary lipids amongst the peripheral tissues. Indeed, elevated postprandial lipemia is often observed with obesity and dyslipidemia, two disorders that can lead to health complications including diabetes and cardiovascular diseases. Lactoferrin (Lf), has been shown to inhibit hepatic chylomicron remnant removal, resulting in increased postprandial lipemia, for which the molecular mechanisms remain unclear. The lipolysis stimulated lipoprotein receptor (LSR) has been shown to contribute to the removal of triglycerides-rich lipoproteins during the postprandial phase. The aim was to determine if there was interaction between Lf and LSR. Both Lf and LSR were purified with purities upper to 95% and characterized. Cell culture studies demonstrated that while Lf does not have any significant effect on LSR protein levels in mouse Hepa1-6 cells, it co-localizes with LSR in cells, but only in the presence of oleate, which is needed to obtain LSR in its active form. Ligand blotting using purified LSR revealed that Lf binds directly to the receptor in the presence of oleate and prevents the binding of triglycerides-rich lipoproteins. Both C- and N-lobes of Lf, and a mixture of peptides derived from its tryptic and chymotryptic double hydrolysis retained the ability to bind LSR. We propose that the elevated postprandial lipemia observed upon Lf treatment in vivo is mediated by its direct interaction with LSR, thus preventing clearance of chylomicrons and their remnants through the LSR pathway

L'altération de la fonction endothéliale vasculaire est un phénomène précoce et central dans la pathogenèse de l'athérosclérose. Chez l'homme sain, un repas trop gras et trop sucré induit un ensemble de désordres vasculaires postprandiaux dont les voies de signalisation restent encore méconnues. Par ailleurs, si certains acides aminés participent à l'homéostasie vasculaire, aucune étude n'a examiné les effets d'une modulation de la nature des protéines d'un repas sur les fonctions endothéliales vasculaires. Afin de préciser l'implication des voies de signalisation du monoxyde d'azote (NO), molécule clé dans l'homéostasie vasculaire, et d'étudier les composantes de la réponse inflammatoire postprandiale, nous avons cherché à caractériser, chez le rat sain, les principaux paramètres de la dysfonction endothéliale induite par un repas riche en acides gras saturés et en saccharose. Nous avons ensuite examiné le potentiel des protéines de colza, naturellement riche en arginine et en cystéine, précurseurs respectifs du NO et du glutathion, à moduler la dysfonction endothéliale postprandiale. De ce travail de thèse s'est dégagé un solide modèle animal de dysfonction endothéliale postprandiale caractérisée par une diminution de la réactivité vasculaire NO-dépendante, une inflammation à bas bruit et du stress oxydant. Ces évènements postprandiaux délétères étaient associés à une diminution de la production corps-entier du NO et une activation de NF-κB au niveau du tissu adipeux viscéral. Enfin, nous avons montré que les protéines de colza, à des doses nutritionnelles, réduisait le stress oxydant, et prévenait complètement l'altération de la réactivité vasculaire NO-dépendante induits par l'ingestion d'un repas hyperlipidique. Cet effet protecteur des protéines de colza, nous invite à envisager, chez l'homme, la modulation de la nature des protéines d'un repas comme une véritable approche nutritionnelle de prévention du risque cardiovasculaire.

De nombreuses études suggèrent que l'inflammation joue un rôle important dans l'initiation et le développement du processus d'athérosclérose. Certains individus, tels que les résistants à l'insuline, les obèses et les diabétiques, présentent un niveau d'inflammation chronique plus élevé que les individus en santé et sont plus à risque de développer une maladie cardiovasculaire (MCV). D'autre part, le phénomène postprandial est considéré comme un processus athérogène. En effet, les individus ayant une lipémie postprandiale exagérée, capable d'induire une réponse inflammatoire, sont plus susceptibles de souffrir de MCV. Le présent mémoire porte sur l'étude des variations postprandiales des cytokines inflammatoires chez des individus en santé et, plus précisément, sur les différences sexuelles dans les variations plasmatiques des marqueurs inflammatoires interleukine-6 (IL-6), facteur de nécrose tumoral alpha (TNF-a) et protéine C-réactive (CRP) suite à l'ingestion d'un repas riche en lipides. Une augmentation significative des concentrations plasmatiques d'IL-6 a été notée en période postprandiale chez les deux sexes, mais était plus importante chez la femme comparativement à l'homme. De plus, une baisse transitoire des concentrations plasmatiques de TNF-a a été observée autant chez l'homme que chez la femme tandis que la concentration plasmatique de CRP est demeurée stable suite à l'ingestion du repas. Ces résultats suggèrent qu'il existe des différences dans le profil inflammatoire des hommes et des femmes suite à un repas riche en lipides et que l'augmentation de l'inflammation lors de cette période pourrait contribuer à augmenter le risque de MCV.

OBJECTIF: L’apoB plasmatique prédit le diabète de type 2 chez l’humain. Une clairance ralentie des triglycérides (TG) favorise la lipotoxicité et la résistance à l’insuline (RI). Nous avons démontré ex vivo que les LDL, forme majeure d’apoB-lipoprotéines, altèrent le stockage des gras dans le tissu adipeux blanc (TAB) humain. Nous émettons l’hypothèse que le lien reliant l’apoB plasmatique à la RI et l’hyperinsulinémie est médié par un retard de clairance des gras diététiques. MÉTHODE/RÉSULTATS: Nous avons examiné la sécrétion d’insuline (SI), puis la RI lors d’un test de tolérance au glucose intraveineux suivi d’un clamp hyperinsulinémique-euglycémique chez des sujets obèses normoglycémiques (N=29, 45%hommes, indice de masse corporelle (IMC)≥27kg/m2, 45-74ans, post-ménopausés). La clairance des TG diététiques a été mesurée suivant l’ingestion d’un repas gras marqué au 13C. La fonction d’une biopsie de TAB (à jeun) a été mesurée comme la capacité à stocker un substrat de 3H-TG. L’apoB était de 1,03±0,05g/L et corrélait avec la RI, la 2ième phase de SI, un délai de clairance des TG diététiques et une réduction de la fonction du TAB. Un retard de clairance des TG diététiques était associé à la RI et la 2ième phase de SI. Une correction pour la clairance des TG diététiques ou la fonction du TAB a éliminé l’association entre l’apoB et la RI et la 2ième phase de SI. CONCLUSION: L’association entre l’apoB plasmatique et la RI et la SI chez les sujets obèses est médiée par une clairance ralentie des gras diététiques et une dysfonction du TAB. / OBJECTIVE: Plasma apoB predicts type 2 diabetes in humans. Delayed TG clearance promotes lipotoxicity and insulin resistance (IR). We demonstrated ex vivo that LDL, the major form of apoB-lipoproteins, impairs human white adipose tissue (WAT) fat storage. We hypothesized that the link between plasma apoB, IR and hyperinsulinemia is mediated through delayed dietary fat clearance. METHODS/RESULTS: We examined insulin secretion (IS) and IR during a intravenous-glucose tolerance test followed by a hyperinsulinemic-euglycemic clamp in normoglycemic obese (N=29, 45%men, body mass index (BMI)≥27kg/m2, 45-74yrs, postmenopausal). Dietary TG clearance was measured after the ingestion of a 13C-triolein-labeled high-fat meal. The function of a fasting WAT biopsy was measured as the ability to store a 3H-TG substrate. Plasma apoB averaged 1.03±0.05g/L, and correlated with IR, 2nd phase IS, delayed dietary TG clearance and reduced WAT function. Moreover, delayed dietary TG clearance was associated with higher IR and 2nd phase IS. Correcting for dietary TG clearance or WAT function eliminated the association of plasma apoB with IR and 2nd phase IS. CONCLUSION: The association of plasma apoB with IR and IS in obese subjects is mediated by delayed dietary fat clearance and WAT dysfunction.

This work has tried to provide better insight in some pathophysiological factors involved in functional dyspepsia. We have identified several experimental evidences supporting the hypothesis that activation of transducers of wall tension at the level the proximal stomach might be the key to the genesis of at least some of the symptoms. One of the mechanisms by which this activation may be enhanced in patients is the presence of defective accommodation of the proximal stomach in response to a meal. This abnormality was present in a large subgroup of patients and was associated to the presence of early satiety. Pharmacological modulation of the gastric wall tension resulted in concomitant changes in symptom severity, both in health and in functional dyspepsia patients. Special attention has been given to provide the clinician with better tools to investigate his patient, in the perspective of the prescription of a treatment aimed at restoring a defective mechanism. / Ce travail a tenté d'améliorer la compréhension de certains mécanismes physiopathologiques de la dyspepsie fonctionnelle. Nous avons identifié plusieurs arguments expérimentaux soutenant l'hypothèse disant que c'est l'activation de mécanorécepteurs sensibles à la tension pariétale qui est reponsable d'au moins un des symptômes de l'affection. Un des mécanismes par lesquels cette activation peut accrue chez les patients est la présence d'un défaut de l'accommodation gastrique post-prandiale. Cette anomalie a été retrouvée dans une large proportion des patients et est associée à la présence de satiété précoce. Les modifications du tonus gastrique ont résulté dans de modifications concomitantes des symptômes aussi bien chez les volontaires que chez les patients atteints de dyspepsie fonctionnelle.Une attention particulière a été portée sur le développement de nouveaux outils permettant de caractériser les patients dans la perspective de la prescription d'un traitement visant à corriger un mécanisme défectueux.

This work has tried to provide better insight in some pathophysiological factors involved in functional dyspepsia. We have identified several experimental evidences supporting the hypothesis that activation of transducers of wall tension at the level the proximal stomach might be the key to the genesis of at least some of the symptoms. One of the mechanisms by which this activation may be enhanced in patients is the presence of defective accommodation of the proximal stomach in response to a meal. This abnormality was present in a large subgroup of patients and was associated to the presence of early satiety. Pharmacological modulation of the gastric wall tension resulted in concomitant changes in symptom severity, both in health and in functional dyspepsia patients. Special attention has been given to provide the clinician with better tools to investigate his patient, in the perspective of the prescription of a treatment aimed at restoring a defective mechanism. / Ce travail a tenté d'améliorer la compréhension de certains mécanismes physiopathologiques de la dyspepsie fonctionnelle. Nous avons identifié plusieurs arguments expérimentaux soutenant l'hypothèse disant que c'est l'activation de mécanorécepteurs sensibles à la tension pariétale qui est reponsable d'au moins un des symptômes de l'affection. Un des mécanismes par lesquels cette activation peut accrue chez les patients est la présence d'un défaut de l'accommodation gastrique post-prandiale. Cette anomalie a été retrouvée dans une large proportion des patients et est associée à la présence de satiété précoce. Les modifications du tonus gastrique ont résulté dans de modifications concomitantes des symptômes aussi bien chez les volontaires que chez les patients atteints de dyspepsie fonctionnelle.Une attention particulière a été portée sur le développement de nouveaux outils permettant de caractériser les patients dans la perspective de la prescription d'un traitement visant à corriger un mécanisme défectueux.

La capacité des particules HDL à exercer des effets anti-athérogènes passe notamment par leur capacité à assurer le transport inverse du cholestérol (RCT). L'objectif principal de mon programme de recherche est l'étude de l'étape initiale du transport inverse du cholestérol que représente l'efflux de cholestérol du macrophage, dans le contexte des maladies métaboliques et du risque cardiovasculaire et de mortalité. J'ai étudié la relation entre l'efflux, et les conséquences sur le développement de l'athérosclérose dans un contexte métabolique particulier ; le syndrome métabolique (SM). J'ai démontré que les critères individuels du SM sont intimement liés à l'efflux et que ces deux notions sont associées de façon indépendante aux paramètres cliniques de l'athérosclérose. J'ai aussi évalué la pertinence de l'efflux de cholestérol comme biomarqueur de la mortalité. Cette étude identifie l'efflux comme prédicteur de la mortalité toutes causes confondues, indépendamment des taux de HDL-cholestérol et des facteurs de risques cardiovasculaires traditionnels, dans une population de patients traités par angioplastie coronaire primaire, suite à un infarctus du myocarde avec élévation du segment ST. Enfin, je me suis intéressée à à une situation métabolique particulière ; l'état postprandial. Mes travaux montrent que la réponse postprandiale hypertriglycéridémique physiologique observée chez des individus sans désordre métabolique ne s'accompagne pas d'altération majeure de l'efficacité du RCT ou de l'inflammation systémique. Mes travaux confirment le rôle déterminant de l'efflux dans la prévention du développement de l'athérosclérose et de la mortalité cardiovasculaire. / The contribution of high-density lipoprotein to cardiovascular benefit is closely linked to its anti-atherogenic role in the cellular cholesterol efflux. The main purpose of my project was to evaluate the efficiency of the first step of reverse cholesterol transport (RCT), which is the efflux capacity, on metabolic disorder context, on cardiovascular risk and on mortality. My research has focused on three independent and complementary parts. I have first evaluated the relationship between efflux and its consequences on atherosclerosis development in a metabolic syndrome (MetS) population. I have shown that individual criteria of MetS are closely related synergistically to cholesterol efflux capacity. In addition, established metabolic syndrome and cholesterol efflux capacity were independently associated with clinical features of atherosclerosis. In a second study I identified cholesterol efflux capacity as a predictor of all-cause mortality in consecutive ST-segment elevation myocardial infarction patients treated by primary angioplasty, independent of HDL-C, traditional cardiovascular risks or cardiac risk factors. Finally I have evaluated the consequences of postprandial hypertriglyceridemia on the functionality of key steps of RCT and associated anti-inflammatory components. My work has shown that the physiological postprandial hypertriglyceridemia response is not accompanied by a major alteration in the efficiency of RCT or systemic inflammation, on individual without metabolic syndrome. In conclusion, I have confirmed the crucial role of the first step of reverse cholesterol transport in preventing the development of atherosclerosis and cardiovascular mortality.