Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2015-10-15T12:44:52Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Maira Chiquito Alves - 2015.pdf: 2795650 bytes, checksum: df30e15f25e56e8cea5234d554455c1b (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2015-10-15T12:46:45Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Maira Chiquito Alves - 2015.pdf: 2795650 bytes, checksum: df30e15f25e56e8cea5234d554455c1b (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-10-15T12:46:45Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Maira Chiquito Alves - 2015.pdf: 2795650 bytes, checksum: df30e15f25e56e8cea5234d554455c1b (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2015-03-20 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Goiás - FAPEG / To verify the relationship between the polymorphisms rs18011282 in PPAR-gamma gene and rs429358 + rs7412 in apolipoprotein E gene and lipid profile of adolescents under cardiovascular risk factors. Material and methods: The study sample was composed of 115 adolescents aged 10-19 years, which presented cardiovascular risk factors. The students were evaluated regarding socioeconomic, anthropometric, biochemical, genetic and dietetic variables. ANOVA or Kruskal-Wallis tests were used in the analysis of ungrouped genotypes, while Student’s t-test or Mann-Whitney test were applied to the analysis of the grouped genotypes. Results: The overweight adolescents presented lower HDL-c concentrations (p=0.0016). Those carrying PPAR-gamma Ala allele showed higher serum TAG (p=0.0423) and VLDL-c (p=0.0410) levels when compared to those carrying the Pro allele. For the apolipoprotein E gene polymorphism, it was observed a tendency of higher TAG (p=0.0712) and VLDL-c (p=0.0758) levels in the adolescents carrying the E4 allele when compared to those who did not carry this allele. Conclusion: The polymorphisms PPAR-gama rs18011282 and apolipoprotein E rs429358 + rs7412 seem to be related to the development of lipid profile alterations in adolescents. / Verificar a relação dos polimorfismos rs18011282 no gene do PPAR-gama e rs429358 + rs7412 no gene da apolipoproteína E com o perfil lipídico de adolescentes com fatores de risco cardiovascular. Material e métodos: A amostra foi constituida por 115 adolescentes com idade entre 10-19 anos e com fatores de risco cardiovascular. Os estudantes foram avaliados quanto as variáveis socioeconômicas, antropométricas, bioquímicas, genéticas e dietéticas. Os testes ANOVA ou Kruskal-Wallis foram utilizados para os genótipos não agrupados, e as análises dos genótipos agrupados foram realizadas por meio dos testes t de Student e Mann-Whitney. Resultados: Os adolescentes com excesso de peso apresentaram concentrações inferiores de HDL-c (p=0,0016). Carreadores do alelo variante Ala (PPAR-gama) apresentaram concentrações séricas superiores de TG (p=0,0423) e de VLDL-c (p=0,0410) em relação ao carreadores do alelo selvagem Pro. Para o polimorfismo no gene da ApoE foram observadas concentrações séricas de TG (p=0,0712) e de VLDL-c (p=0,0758) marginalmente maiores nos carreadores do alelo E4 em relação aos não carreadores deste alelo. Conclusão: Os polimorfismos rs18011282 no gene que codifica o PPAR-gama e rs429358 + rs7412 no gene que codifica a ApoE podem estar relacionados ao desenvolvimento de dislipidemias em adolescentes.

La Pioglitazone appartient à la famille des thiazolidinédiones et le Fénofibrate à la famille des fibrates. Ces molécules sont, respectivement, des agonistes synthétiques du récepteur activable par les proliférateurs de peroxysomes γ (PPARγ) et PPARα, membres de la famille des récepteurs nucléaires aux hormones. Le traitement de cellules cancéreuses humaines par ces molécules limite la croissance et peut induire leur apoptose. Cependant, l’impact de ces traitements sur les cellules cancéreuses est en partie dû à une action indépendante de l’activation du récepteur et met en cause la génération d'un stress oxydant. Au cours de ces travaux, un analogue de la Pioglitazone, la ΔPioglitazone, qui ne permet pas l’activation de PPARγ, a été synthétisé. Les effets de ces molécules ont été testés sur deux lignées cellulaires établies à partir de cancer colique, HT29 et HCT116. Ces traitements limitent la croissance des cellules cancéreuses sans induire de processus apoptotique. La production d’espèces réactives est responsable d’une diminution du contenu en glutathion intracellulaire. Le stress oxydant généré suite au traitement par la Pioglitazone et la ΔPioglitazone induit l’activation de la voie de signalisation antioxydante Nrf2/Keap1 et l’expression de ses gènes-cibles HO-1 et NQO1. En revanche, bien qu’il induise la production d’un stress oxydant, le Fénofibrate n’entraîne aucune activation de cette voie. De plus, ces trois composés sont responsables d’une modification du métabolisme cellulaire en faveur de la glycolyse. Parallèlement, l’impact de dérivés 4-thiazolidinones, analogues des thiazolidinédione, synthétisés au laboratoire, a été testé. L’effet de ces molécules a été évalué sur la survie cellulaire et le statut redox des cellules HT29. Plusieurs composés présentent une activité antiproliférative et sont capables de générer un stress oxydant sans activer la voie Nrf2/Keap1 / Peroxisome Proliferator-activated Receptors (PPAR) are members of the nuclear receptor family. Pioglitazone and Fenofibrate belong respectively to the thiazolidinedione and fibrate family. Pioglitazone is an agonist of PPARγ isotype whereas Fenofibrate is an agonist of PPARα isotype. Cancer cell exposure to each ligand inhibits cell growth and triggers apoptosis cell death. However, the effects of respective PPAR ligand on cell survival were found to be independent of receptor activation and were associated to redox changes within the cells. In order to discriminate PPAR independent from PPAR dependent activation, an analogue of Pioglitazone, Δ-Pioglitazone was synthesized. The molecule binds to PPARγ without activating it. Two cancer cell lines established from human colon adenocarcinoma, HT29 and HCT116 were tested. Cell exposure to each molecule inhibited cell growth but cells did not undergo apoptosis cell death. Cell treatment induced the production of reactive species and the decrease of intracellular glutathione content. Pioglitazone or [delta]-Pioglitazone-mediated oxidative stress triggered the activation of the Nrf2/Keap1 pathway as assessed by the increases of Nrf2 target genes expression such as HO-1 and NQO1. In contrast, Fenofibrate treatment increased reactive species production but did no activate this pathway. Moreover, cell exposure to Pioglitazone, Δ-Pioglitazone or Fenofibrate modulated cell metabolism, notably by enhancing glycolysis. In parallel, impact of 4-thiazolidinone derivatives synthesized in the laboratory was tested. These molecules are analogues of thiazolidinedione. Effect of 4-thiazolidinone treatments was assessed to cell growth arrest and redox changes within the HT29 cells. Several molecules have anti-proliferative effect and are able to generate oxidative stress without Nrf2/Keap1 pathway activation

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In atherosklerotischen Gefäßabschnitten kommt es durch Migration von Endothelzellen zur Neovaskularisation atherosklerotischer Plaques. Die Adhäsionsmoleküle E-Selectin, VCAM-1 und ICAM-1, die sowohl von luminalen, als auch von neovaskulären Endothelzellen exprimiert werden, vermitteln die Adhäsion von Leukozyten, die so durch die Endothel-Barriere hindurch an den Entzündungsort migrieren können. Peroxisome Proliferator-Activated Receptors (PPARs) sind ligand-aktivierte Kernrezeptoren, die als Transkriptionsfaktoren hauptsächlich an der Genregulation im Fett- und Glukosestoffwechsel beteiligt sind und zudem Wirkungen im kardiovaskulären System haben. In der vorliegenden Arbeit wurden die Effekte der PPAR-alpha-Liganden WY-14,643 und Fenofibrat und der PPAR-gamma-Liganden Troglitazon und Ciglitazon auf die Migration von Endothelzellen sowie die Beeinflussung der dabei involvierten Komponenten der Signaltransduktion und die Wirkung der PPAR-Liganden auf die Expression der endothelialen Adhäsionsmoleküle E-Selectin, VCAM-1 und ICAM-1 untersucht. PPAR-alpha- und PPAR-gamma-Liganden hemmten signifikant und konzentrationsabhängig die VEGF-induzierte Endothelzellmigration. Der Migrationsprozess wird sowohl durch die MAP-Kinase, als auch durch die Serin/Threonin-Kinase Akt vermittelt und ist durch pharmakologische Inhibitoren dieser Enzyme hemmbar. In dieser Arbeit konnte erstmals gezeigt werden, das die PPAR-Liganden den Migrationsprozess durch eine Inhibition der Phosphorylierung von Akt hemmen, während die Phosphorylierung der MAP-Kinase durch die PPAR-Liganden unbeeinflusst blieb. Die PPAR-alpha-Liganden WY-14,643 und Fenofibrat hemmten signifikant zeit- und konzentrationsabhängig die TNF-alpha-stimulierte Expression von VCAM-1. Fenofibrat hemmte außerdem die Expression von E-Selectin und ICAM-1. Die PPAR-gamma-Liganden Troglitazon und Ciglitazon hatten keine Wirkung auf die Expression der Adhäsionsmoleküle. / In atherosclerotic blood vessels migration of endothelial cells leads to neovascularisation of atherosclerotic Plaques. The adhesion molecules E-Selectin, VCAM-1 and ICAM-1, being expressed by luminal endothelial cells as well as by neovascular endothelial cells, mediate leucocyte-adhesion and transmigration through the endothelial-barrier to the atherosclerotic lesion. Peroxisome Proliferator-Acticated Receptors (PPARs) are ligand-activated nuclear receptors, which regulate gene expression in lipid and glucose metabolism and also exert several vascular effects. It was the aim of this study to examine the effect of the PPAR-alpha-ligands WY-14,643 and fenofibrate and the PPAR-gamma-ligands troglitazone and ciglitazone on endothelial migration and the involved signal transduction components and to examine the effect on the expression of the endothelial adhesion molecules E-Selectin, VCAM-1 and ICAM-1. PPAR-alpha- and PPAR-gamma-ligands significantly inhibited VEGF-induced endothelial cell migration in a concentration-dependent manner. This migratory process is MAP-Kinase- and Akt-dependent and can be blocked by pharmacologic inhibitors of these enzymes. This study is the first to show that PPAR-ligands inhibit endothelial cell migration by targeting Akt whereas MAP-Kinase phosphorylation was not affected by the PPAR-ligands. PPAR-alpha-ligands WY-14,643 and fenofibrate significantly inhibited TNF-alpha-induced expression of VCAM-1 in a time- and concentration-dependent manner. Furthermore, fenofibrate also inhibited the expression of E-Selectin and ICAM-1. PPAR-gamma-ligands troglitazone and coglitazone did not affect the expression of any of these adhesion molecules.

Angiogenese, die Bildung neuer Blutgefäße aus bereits bestehender Vaskulatur, ist ein Prozeß, der sowohl unter physiologischen Bedingungen abläuft, wie bei der Embryonalentwicklung und der Wundheilung, als auch unter pathologischen Bedingungen, wie der diabetischen Retinopathie und dem Wachstum und der Metastasierung solider Tumoren. Chronische Entzündungen wie die Atherosklerose und die Rheumatoide Arthritis gehen ebenfalls mit angiogenetischen Prozessen einher. Die Angiogenese ist ein stark regulierter Vorgang, der Migration, Proliferation und Differenzierung der Endothelzellen erfordert. Die Fähigkeit zur Migration ist eine wichtige biologische Funktion der Endothelzellen. Das Ziel dieser Arbeit bestand daher in der Untersuchung der Einflüsse verschiedener Zytokine auf die Endothelzellmigration und in der Charakterisierung daran beteiligter Mechanismen der Signaltransduktion. Dabei erwies sch Leptin als ein potenter Stimulus der Endothelzellmigration. Die Migration endothelialer Zellen nach Stimulation mit chemotaktischen Faktoren wie Leptin und VEGF wird durch die Aktivierung der Proteinkinasen ERK-MAPK und Akt vermittelt, deren pharmakologische Inhibition eine signifikante Hemmung der Migration bewirkte. Die antidiabetischen Thiazolidinedione Troglitazone und Ciglitazone hemmten die Leptin-induzierte Endothelzellmigration durch die Inhibition der Proteinkinase Akt, hatten aber keinen Einfluß auf die Aktivierung der ERK-MAP-Kinase. Dieses Ergebnis zeigt, dass die ERK-MAP-Kinase und die Proteinkinase Akt zwei voneinander unabängige Wege der Signaltransduktion darstellen, deren jeweilige Aktivierung für die Migration von Endothelzellen erforderlich, aber nicht ausreichend ist. Die proinflammatorischen Mediatoren TNF alpha und CD40L hemmten die VEGF-induzierte Migration humaner Endothelzellen bei Inkubation der untersuchten Zellen über 24 h signifikant. Auch bei kurzzeitiger Stimulation über 5 h steigerte TNF alpha die Rate migrierter Endothelzellen nicht. Diese Beobachtung steht im Widerspruch zur angenommen Assoziation entzündlicher und angiogenetischer Prozesse. In der vorliegenden Arbeit wird zum ersten Mal gezeigt, dass Antidiabetika aus der Gruppe der PPAR gamma-Liganden die Endothelzellmigration direkt hemmen. Dies weist auf eine mögliche Erweiterung des therapeutischen Einsatzes der Thiazilodinedione bei Patienten mit NIDDM und sekundären Symptomen wie der diabetischen Retinopathie hin. / Angiogenesis, the formation of new blood vessels from the preexisting vasculature, is a process involved in physiologic conditions, such as embryonic development and woundhealing, as well as in pathologic conditions, such as diabetic retinopathy and growth and spreading of solid tumors. Chronic inflammation such as atherosclerosis and rheumatoid arthritis is also associated with angiogenic processes. Angiogenesis is a tightly regulated process that requires migration, proliferation and differentiation of endothelial cells. Cell migration is a very important biologic function of the endothelial cell. The aim of this study was therefore to investigate the impact of various cytokines on endothelial cell migration and to characterize the chemotactic signal transduction pathways involved in this process. Leptin, the product of the ob-gene, proved to be a potent stimulus of endothelial cell migration. The actvation of the protein kinases ERK-MAPK and Akt is critical for endothelial cell migration, and their pharmacological inhibition caused a significant down-regulation of the migratory response towards migration factors such as Leptin and VEGF. The antidiabetic thiazolidinediones Troglitazone and Ciglitazone inhibited the leptin-induced endothelial cell migration by interfering with the cytosolic protein kinase Akt. They did not exert any influence on the activation of the ERK-MAPK. These findings prove the existence of two different, independent ways of signal transduction involved in endothelial cell migration: The ERK-MAPK and the protein kinase Akt. The activation of either kinase is necessary, but not sufficient to induce a migratory response in human endothelial cells. The proinflammatory mediators TNF alpha and CD40L caused a significant inhibition of endothelial cell migration in response to VEGF, when they were added to the culture medium for 24 h. TNF alpha did not stimulate the migration of endothelial cells, even when administered during a comparable short period of 5 h. This observation is in contrast with the postulated association of inflammatory and angiogenic proceses. In conclusion, the results of this study show for the first time a direct inhibition of leptin-induced endothelial cell migration by antidiabetic drugs belonging to the PPAR gamma-ligand-family through their inhibitory effect on Akt. This possibly broadens the spectrum of therapeutic applications of the antidiabetic thiazolidinediones in patients suffering from NIDDM and secondary complications such as diabetic retinopathy.

Diagnostiqué par la présence d'une hyperandrogénie et d'une dysfonction ovarienne, le syndrome des ovaires polykystiques (SOPK) est le désordre endocrinien le plus fréquent chez les jeunes femmes affectant 6 à 10% d'entre elles. Ces dernières présentent fréquemment divers défauts métaboliques. Par ailleurs, le SOPK semble avoir une composante génétique importante. L'hypothèse principale soutenue dans ce mémoire est que les acides gras non-estérifiés (AGNE) sont impliqués dans la physiopathologie du SOPK, tout comme ils sont impliqués dans le risque accru de diabète de type 2. Le premier objectif est de mieux comprendre le métabolisme des AGNE chez les femmes ayant un SOPK en comparaison à des femmes saines et ceci, en lien avec leur sensibilité hépatique et musculaire à l'insuline, leur sécrétion d'insuline et leur hyperandrogénie. Ce premier volet de l'étude a aussi pour objectif de quantifier l'amélioration du métabolisme des AGNE et de la sensibilité à l'insuline chez les femmes avec SOPK, après la prise d'une médication qui permet spécifiquement d'améliorer le métabolisme des AGNE, soit un agoniste des récepteurs activés par les proliférateurs des peroxysomes gamma (PPARy) en comparaison avec des médications qui ne font que diminuer les niveaux d'insuline, soit l'acarbose ou le diazoxide. Pour ce faire, les femmes SOPK devaient effectuer quatre ou cinq visites composées d'une hyperglycémie provoquée orale (HGPO) ou d'un clamp euglycémique-hyperinsulinémique avec utilisation de traceurs. Nos résultats préliminaires montrent que les femmes SOPK ont des niveaux d'AGNE ainsi qu'un rythme d'apparition des AGNE plus élevés que les témoins. Puisque le recrutement des participantes randomisées sur les bras de traitement n'a pas encore été atteint, il n'est pas possible pour le moment d'établir une corrélation entre l'amélioration du métabolisme des AGNE et la diminution de l'hyperandrogénie. Comme ce ne sont pas toutes les femmes obèses ou résistantes à l'insuline qui présentent un SOPK, le deuxième objectif est de déterminer s'il y a un facteur primaire, possiblement héréditaire, pourrait caractériser les femmes ayant un SOPK et expliquer sa prépondérance héréditaire. Ces travaux font l'objet d'un article original qui est incorporé dans ce mémoire. Pour ce faire, nous avons étudié 9 filles dont la mère ou une soeur avait un SOPK (SOM) et 10 filles témoins sans lien familial de SOPK et âgées entre 8 et 14 ans. Les jeunes filles devaient effectuer une HGPO ainsi qu'une hyperglycémie par voie intraveineuse pour mesurer la sensibilité à l'insuline ainsi que différents androgènes et les AGNE. Les résultats de cette étude ont montré une augmentation de l'hyperandrogénie, une résistance à l'insuline et surtout, une réduction de la suppression de la lipolyse induite par l'insuline chez les jeunes filles prédisposées au SOPK comparativement aux contrôles le tout indépendamment de l'adiposité. En conclusion, les résultats obtenus par nos deux études portent à croire qu'une altération du métabolisme des AGNE pourrait être impliquée dans le développement du SOPK et que l'apparition du SOPK pourrait être liée à une dysfonction adipocytaire. // Abstract: Polycystic ovary syndrome (PCOS) is the most frquent endrocrine disorder in young women in North America. Diagnosed by the presence of hyperandrogenism and ovarian dysfunction, women with PCOS frquently have an adverse metabolic profile. Furthermore, PCOS seems to have a strong genetic component because the prevalence of this syndrome rises to 20 to 40% in PCOS relatives. The main hypothesis supported in this thesis is that non-esterified fatty acids (NEFA) are involved in the pathogenesis of PCOS, similar to their putative role in the development of type 2 diabetes (T2D), a condition that is frquently observed in women with PCOS. The first objective is to better understand the metabolism of NEFA in women with PCOS compared to lean normal women and this, the association with insulin sensitivity (hepatic and muscles), with insulin secretion, and with hyperandrogenism. One of our goal included measurement of NEFA metabolism and insulin sensitivity in women with PCOS, after taking a medication that acts specifically on NEFA metabolism (peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPARy) agonist) in comparison to a medication that only reduce insulin levels (acarbose or diazoxide). In order to accomplish this goal, participants had to perform four to five visits, depending of their group, consisting of an oral glucose tolerance test (OGTT) or a hyperinsulinemic-euglycemic clamp. Our preliminary results show that PCOS women tend to have lower levels of NEFA and a rate of appearance of NEFA higher than controls. Since the recruitment of participants randomized to treatment arms is incomplete, it is not possible at this moment to correlate improvement of NEFA metabolism with decreased hyperandrogenism. As mentioned above, SOPK has an hereditary component. The second objective is to determine whether there is a primary factor, maybe inherited, that characterize women with PCOS. This work is the subject of an original article that is embedded in this thesis. We studied 9 girls whose mother or sister had PCOS (PCOSr) and 10 controls girls without family history of PCOS. All were aged between 8 and 14 years old and both groups were matched for age. The girls had to perform an OGTT and an intravenous glucose tolerance test to establish their levels of glucose tolerance and to measure androgens and NEFA levels. The results of this study showed an increase of adrenal hyperandrogenism, insulin resistance, and especially, a reduction in the suppression of lipolysis induced insulin resistance in girls predisposed to PCOS compared to controls, all independently of adiposity. In conclusion, the results of our two objectives suggest that altered NEFA metabolism may be involved in the development of PCOS and the onset of PCOS may be related to adipocyte dysfunction.

Thesis (PhD)--Stellenbosch University, 2012. / ENGLISH ABSTRACT: Background: Myocardial oxidative fuel supply is increased in obese conditions. How this metabolic environment and altered cardiometabolic phenotype associated with prediabetic obesity impacts on cardiac function and tolerance to ischaemia/reperfusion injury remains uncertain. While obese individuals are likely to be treated with PPARα agonists, controversy exists as to how activation of the PPARα receptor influences cardiovascular function and post-ischaemic recovery. Aims: To determine in a model of hyperphagia-induced obesity 1) whether protracted obesity is associated with left ventricular (LV) mechanical dysfunction; 2) the responsiveness of these hearts to insulin stimulation; 3) whether insulin can afford cardioprotection against ischaemia/reperfusion damage; and 4) how obesity and chronic PPARα agonist (K-111) treatment influences myocardial function, substrate metabolism, mitochondrial function and post-ischaemic outcomes. Methods: Male Wistar rats were fed standard rat chow or a high caloric diet. 1) In vivo LV mechanical function was assessed echocardiographically in 32 week fed animals. Ex vivo LV function was measured in the presence of glucose, insulin and/or fatty acid (FA); 2) Ex vivo myocardial insulin sensitivity was assessed by measuring insulin stimulated glycolytic flux in 16 week fed rats. Insulin was also administered prior to and during regional ischaemia to determine its effect on post-ischaemic function and infarct size; 3) K-111 was added to the drinking water during the last 10 weeks of feeding (feeding period of 18 weeks); a) Ventricular mitochondrial function was determined polarographically in the presence of either glutamate or palmitoyl-L-carnitine as substrates; b) Myocardial carbohydrate and lipid metabolism, and in a separate series of perfusions, myocardial infarct size were determined in the presence of physiological or high insulin (30 or 50μIU/ml) and FA (0.7 or 1.5mM) concentrations. Results: 1) Obese animals maintained normal in vivo LV mechanical function. Glucose perfused hearts from obese animals had depressed aortic outputs compared to the control group (32.58±1.2 vs. 46.17±0.91 ml/min; p<0.001) which was abolished by the presence of FA; 2) Hearts from obese animals had reduced insulin stimulated glycolytic flux rates (1.54±0.42 vs. 2.16±0.57 μmol/g ww/min, p<0.01). Although insulin reduced infarct size in the obese group (20.94±1.60 vs. 41.67±2.09 %, p<0.001), its cardioprotective effect was attenuated in the presence of FA; 3) By simulating the in vivo metabolic environment of control and obese animals in ex vivo perfusions, elevated insulin and FA levels associated with obesity increased infarct sizes in the obese group compared to the control group (47.44±3.13 vs. 37.17±2.63 %, p<0.05); 4) While chronic K-111 treatment reversed systemic metabolic abnormalities associated with obesity, neither obesity nor the drug influenced myocardial and mitochondrial function or postischaemic outcomes. K-111 was able to reduce palmitate oxidation in the obese group. Conclusion: Elevated levels of circulating FFA may be important in maintaining normal LV mechanical function in the obese condition. While obesity had no impact on myocardial mitochondrial function and post-ischaemic outcomes during comparable perfusion conditions, the specific metabolic environment associated with obesity may augment post-ischaemic injury. K-111 is effective in reducing obesity related metabolic abnormalities, but has no effects on myocardial function, mitochondrial function or ischaemic tolerance. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Agtergrond: Miokardiale oksidatiewe substraat voorsiening is verhoog in vetsug. Hoe hierdie metaboliese omgewing en veranderde miokardiale metaboliese fenotipe in prediabetiese vetsug miokardiale funksie en iskemie/herperfusie skade beïnvloed, is onseker. Alhoewel vetsugtige individue met PPARα agoniste behandel kan word, is die resultate verkry van hierdie reseptor aktivering op miokardiale funksie en iskemiese skade teenstrydig. Doelwitte: Om te bepaal of 1) verlengde vetsug linker ventrikulêre (LV) funksie beïnvloed; 2) hierdie harte sensitief vir insulien stimulasie is; 3) insulien die hart teen iskemie/herperfusie beskadiging beskerm; en of 4) vetsug en chroniese K-111 behandeling miokardiale funksie, substraat metabolisme, mitochondriale funksie en post-iskemiese herstel in vetsugtige, insulienweerstandige rotte beïnvloed. Metodes: Manlike Wistar rotte is met gewone rotkos, of ʼn hoé kalorie dieet gevoer. 1) In vivo LV funksie in 32 week gevoerde rotte is met behulp van eggokardiografie bepaal. Ex vivo LV funksie is met of sonder insulien en/of vetsure in die perfusaat bepaal; 2) Die ex vivo insuliensensitiwiteit is in 16 weke gevoerde rotte bepaal deur miokardiale glikolise te meet. Insulien is ook voor en tydens streeksiskemie toegedien, ten einde sy effek op miokardiale beskerming te bepaal; 3) K-111 is in die drink water van rotte toegedien vir die laaste 10 weke van hul dieet (voedingsperiode van 18 weke); a) Ventrikulêre mitochondriale funksie is polarografies bepaal in die aanwesigheid van glutamaat of palmitiel-L-karnitien; b) Miokardiale koolhidraat- en lipied metabolisme, en in ʼn aparte groep rotte, infarktgrootte, is bepaal in die teenwoordigheid van fisiologiese of hoë insulien- (30 of 50μIU/ml) en vetsuurvlakke (0.7 of 1.5mM). Resultate: 1) Vetsugtige rotte het normale in vivo LV funksie gehandhaaf. Glukose geperfuseerde harte van vet rotte se LV funksie was laer as die van kontroles (Aorta omset: 32.58±1.2 vs. 46.17±0.91 ml/min; p<0.001), maar dit het verbeter in teenwoordigheid van vetsure; 2) Harte van vetsugtige rotte het verlaagde insuliengestimuleerde glikolise getoon (1.54±0.42 vs. 2.16±0.57 μmol/g ww/min, p<0.01). Alhoewel insulien infarktgrootte in die vetsugtige groep verlaag het (20.94±1.60 vs. 41.67±2.09 %, p<0.001), is sy beskermende effekte in die teenwoordigheid van vetsure verlaag; 3) deur die in vivo metaboliese omgewing van kontrole en vetsugtige rotte in die perfusaat van die harte ex vivo te simuleer, is dit aangetoon dat die verhoogde vlakke van insulien en vetsure, geassosieer met vetsugtigheid, infarktgroottes in die vetsugtige groep teenoor die kontrole groep verhoog het (47.44±3.13 vs 37.17±2.63 %, p<0.05); 4) Hoewel chroniese gebruik van K-111 die metaboliese abnormaliteite gepaardgaande met vetsug normaliseer het, het beide vetsug en die middel geen invloed op miokardiale of mitochondriale funksie of vatbaarheid vir iskemiese beskadiging gehad nie. K-111 het miokardiale palmitaatoksidasie in die vetsugtige behandelde groep verlaag. Gevolgtrekking: Verhoogde bloed vetsuurvlakke in vetsug mag n belangrike rol in die handhawing van sistoliese funksie speel. Dit blyk dat die spesifieke in vivo omgewing geassosieer met vetsug wel tot verhoogte vatbaarheid vir iskemie/herperfusie skade mag lei. K-111 is effektief om die sistemiese metaboliese abnormaliteite gepaard met vetsugtigheid te verbeter, maar het geen effek op miokardiale funksie, mitochondriale funksie of vatbaarheid vir iskemie gehad nie.

La dermatite atopique (DA) est une maladie inflammatoire chronique de la peau caractérisée par un épaississement épidermique et un infiltrat dermique de lymphocytes T mémoire activés, macrophages, mastocytes et éosinophiles avec des phases aiguë et chronique associées respectivement à des profils cytokiniques de type Th2 et Th1. Chez la majorité des patients atteints de DA, une augmentation de production d'IgE et IgG totales et spécifiques d'allergènes et d'antigènes microbiens est observée. Les récepteurs de forte et de faible affinité pour l'IgE, FcepsilonRI et FcepsilonRII/CD23 et le récepteur de faible affinité pour l'IgG, FcgammaRIII/CD16, jouent un rôle essentiel dans les maladies allergiques. Dans la peau humaine, ces FcR sont exprimés par des cellules présentatrices d'antigène et des cellules effectrices résidentes ou recrutées au derme durant l'inflammation. Au cours de ce travail, nous avons étudié le rôle de ces FcR dans un modèle murin de DA, qui reproduit la pathologie humaine, en comparant des animaux déficients pour ces FcR aux animaux correspondants de type sauvage (WT). Les symptômes de la DA sont complètement absents chez les souris déficientes en FcRgamma et partiellement inhibés dans les souris déficientes en FcepsilonRI ou CD16. Cette inhibition est corrélée avec une augmentation de l'expression cutanée de l'IL-10 et Foxp3. Alors que FcepsilonRI régule les réponses Th1 et Th2, le recrutement des mastocytes vers les ganglions drainants et la production d'IgE, CD16 régule uniquement la réponse Th2, la prolifération lymphocytaire et la production d'IgG1. FcepsilonRI et CD16 régulent spécifiquement la production de leurs ligands en contrôlant respectivement l'expression ganglionnaire d'IL-4 et d'IL-21. D'une façon importante, l'absence de CD23 aboutit à une inhibition drastique de la pathologie cutanée et, comme celle de FcepsilonRI, à une diminution des réponses cutanées Th1 et Th2 ainsi que de la production sérique de l'IgE mais pas celle de l'IgG1. Par ailleurs, nous avons étudié le rôle régulateur du récepteur nucléaire PPAR-alpha dans ce modèle de DA. En effet, il est exprimé par plusieurs types cellulaires au sein du système immunitaire et possède des propriétés anti-inflammatoires dans d'autres pathologies. Suite à la sensibilisation cutanée, nous avons remarqué que les souris déficientes en PPAR-alpha montrent une exacerbation des réponses cutanée et pulmonaire, et de la production de l'IgE et IgG2a par rapport aux souris WT. Ce phénomène est corrélé avec une exacerbation des réponses moléculaires cutanées Th2 et surtout Th1 ainsi qu'à une augmentation d'expression de NF-kappaB. D'une façon intéressante, l'expression de PPAR-alpha a été diminuée dans les lésions cutanées de patients atteints de DA suggérant donc que cette diminution d'expression puisse contribuer à la pathologie. Enfin, l'application d'un agoniste spécifique de PPAR-alpha diminue significativement la pathologie expérimentale. Nos travaux ont donc précisé la contribution des IgE/FcepsilonR et IgG/FcgammaR à la physiopathologie de la DA. Ces derniers, comme PPAR-alpha, constituent des cibles thérapeutiques potentielles pour cette affection.

Fish may be exposed to an array of pharmaceuticals that are discharged into the aquatic environment, paralleling advances in medical knowledge, research and technology. Pharmaceuticals by their nature are designed to target specific receptors, transporters, or enzymes. Nuclear receptors (NRs) are often a key component of the therapeutic mechanism at play, and many of these are conserved among vertebrates. Consequently, fish may be affected by environmental pharmaceutical exposure, however there has been relatively little characterisation of NRs in fish compared with in mammals. In this thesis common carp (C. carpio) were exposed to selected pharmaceuticals in vitro and in vivo to investigate effects centred on the pregnane X receptor (PXR) and peroxisome proliferator-activated receptor alpha (PPARα), two key NRs involved in organism responses to pharmaceutical exposure. The PXR acts as a xenosensor, modulating expression of a number of xenobiotic metabolising enzymes (XMEs) in mammals. In a primary carp hepatocyte model it was shown that expression of a number of XMEs was altered on exposure to rifampicin (RIF), as occurs in mammals. This response was repressed by addition of ketoconaozle (KET; PXR-antagonist), indicating possible PXR involvement. The genes analysed showed up-regulation on exposure to ibuprofen (IBU) and clofibric acid (CFA), but not clotrimazole (CTZ) or propranolol (PRP). The lack of response to mammalian PXR-agonist CTZ was unexpected. In contrast, the same XME genes were found to be up-regulated in vivo after 10 days of exposure of carp to CTZ, although this response occurred only for a relatively high exposure concentration. CTZ was found to concentrate in the plasma (with levels up to 40 times higher than the water). Development and application of a reporter gene assay to measure PXR activation in carp (cPXR) and human PXR showed CTZ activation of cPXR, supporting data from the in vivo studies. Furthermore, activation was seen at concentrations as low as 0.01 μM. Interestingly RIF did not induce a response in the cPXR reporter gene assay, contrasting with the hepatocyte culture work. Taken together, the data presented here suggests divergence in the PXR pathway between mammals and fish in terms of ligand activation and downstream gene targets. PPARα was investigated in carp in vivo using CFA as a mammalian PPARα-agonist. Overall the resulting data suggested a broadly similar role for this NR in lipid homeostasis in fish as for mammals, with a number of PPARα-associated genes and acyl-coA oxidase (ACOX1) activity up-regulated in response to CFA exposure. A number of XMEs were also up-regulated by CFA (in vivo and in vitro), potentially extending the role of PPARα in fish (carp) to regulation of xenobiotic metabolism. The work presented has provided further characterisation of PXR and PPARα in fish. Elucidation of these pathways is vital to provide meaningful data in terms of establishing toxicity and mechanism-of-action data for pharmaceuticals and other compounds in fish, to allow validation of read-across approaches and ultimately aid in their environmental risk assessment. In vitro approaches are attractive ethically, financially and can provide useful mechanistic characterisation of compounds and the primary hepatocyte model and reporter gene assays used here show potential for the screening of pharmaceutical compounds in fish. However, further understanding of the metabolism of drugs and chemicals in fish is required to establish the true value of these methods for informing on possible effects in fish, in vivo.

L’ostéoporose liée à l’âge se caractérise par une perte osseuse et une augmentation de l’adiposité médullaire tout en s’accompagnant d’un stress oxydant général. L’ostéoblaste et l’adipocyte ont un précurseur commun, la cellule souche mésenchymateuse (CSM), dont la capacité à se renouveler et à se différencier est influencée par le statut redox cellulaire. Le Strontium (Sr) est un élément possédant un effet antifracturaire significatif in vivo cependant, il n’affecte que peu les marqueurs d’activités des cellules osseuses différenciées. Partant de ce constat, nous avons émis l’hypothèse que les CSMs pouvaient être une cible cellulaire du Sr, et notamment que l’inhibition de leur différenciation adipocytaire pouvait diminuer la lipotoxicité médullaire néfaste à la survie des ostéoblastes au cours du vieillissement. Nous montrons chez des souris traitées 3 semaines au Sr une diminution de l’adiposité médullaire et une augmentation du volume osseux trabéculaire par rapport aux animaux témoins. Nos résultats démontrent que le Sr inhibe rapidement l’adipogenèse des cellules multipotentes mésenchymateuses (CMMs) C3H10T1/2 en réprimant PPARγ2 et l’accumulation des gouttelettes lipidiques de façon partiellement dépendante de la voie ERK. Ce mécanisme serait dépendant de son effet proliférateur puisque que nous observons qu’en présence de Sr plus la Cycline D1 est exprimée, plus PPARγ2 est réprimé. De plus, le Sr prévient la mise en place de processus impliqués dans le statut redox cellulaire et nécessaires à la maturation d’un adipocyte comme la biogenèse mitochondriale, l’accumulation de Rac1 (une sous unité régulatrice de l’activité de la Nadph oxydase) et l’augmentation de l’expression des enzymes antioxydantes. Nous montrons aussi que le Sr diminue la production d’espèces réactives de l’oxygène (ERO) de façon précoce ce qui pourrait expliquer son action anti-adipogénique. En effet, les ERO sont indispensables à l’engagement des CSMs vers l’adipogenèse et elles oxydent des lipides qui sont alors activateurs de PPARγ. L’ensemble de ces données nous montre que le Sr, en modifiant la production d’ERO intracellulaire, maintiendrait un statut redox favorable à la prolifération des CMMs et défavorable à leur différenciation adipocytaire. Ainsi la capacité antioxydante et antiadipogénique de futures molécules pourraient définir de nouvelles approches dans le traitement de l’ostéoporose / Age-related osteoporosis is associated with both an increased marrow adiposity while bone mass decreased and an increased oxidative stress. Mesenchymal stem cells (MSCs) differentiate into osteoblasts or adipocytes and their capacity of self-renewal and differentiation is influenced by cell redox status. Strontium (Sr) have an anti-fracture effect in vivo however, it doesn’t clearly modulate markers of mature bone cell activities. Starting from this observation, we hypothesized that MSCs could be a cellular target of Sr, and particularly the inhibition of their adipocyte differentiation could reduce the marrow lipotoxicity which is deleterious for the osteoblast survival during aging. Our study showed that Sr-treated mice presented a lower medullary adiposity and a higher trabecular bone volume as compared to control animals. It was demonstrated that Sr rapidly inhibited adipogenesis of multipotent mesenchymal cells (MMCs) C3H10T1/2 by repressing PPARγ2 and droplet lipid formation in a partially ERK-dependant pathway. This mechanism was linked to its proliferative effect since in presence of Sr the higher Cyclin D1 gene expression; the lower was that of PPARγ2. Moreover, Sr prevented the establishment of processes involved in the cell redox status and necessary for the adipocyte maturation such as mitochondrial biogenesis, Rac1 protein accumulation (a NADPH oxidase regulatory subunit) and increase of the antioxidant enzyme expression. Sr also induced intracellular reactive oxygen species (ROS) decrease that could explain its anti-adipogenic action. Indeed, ROS are essential for the CSM commitment toward adipogenesis and they oxidize lipids which could in turn activate PPAR. Taken together, these data showed that Sr by modulating the intracellular ROS production maintained a redox status supporting the MMCs proliferation and preventing adipocyte differentiation. Thus, the antioxidant and anti-adipogenic capacities of future molecules could define new therapeutic approaches for osteoporosis treatment