La dissémination métastatique est associée à de faibles chances de survie dans les cas de mélanomes humains, comme pour d’autres cancers. Le développement de métastases est un processus qui se fait en plusieurs étapes et nécessite la réorganisation du cytosquelette d’actine pour permettre la migration et l’invasion cellulaire. La protéine Nck2 est un adaptateur protéique principalement impliqué dans la réorganisation du cytosquelette. Une étude préliminaire réalisée dans notre laboratoire avait révélé que les niveaux de la protéine Nck2 et de son ARNm sont augmentés dans les lignées de mélanome métastatiques en comparaison aux lignées primaires. Le but de la présente recherche était donc d’étudier le rôle de l’adaptateur Nck2 dans la progression métastatique. Les résultats obtenus confirment que l’expression de Nck2 augmente de façon marquée au cours de la progression métastatique du mélanome humain. Cette étude révèle en plus que l’expression de hauts niveaux de Nck2 dans les cellules de mélanome primaire stimule la prolifération cellulaire et la migration, n’affecte pas l’invasion d’une matrice de collagène de type I, mais semble affaiblir les contacts cellule-cellule et l’adhésion au substrat. Une étude préliminaire effectuée in vivo révèle que ces phénomènes se traduisent par une légère augmentation de la tumorigenèse et de la croissance tumorale. Dans l’ensemble, les résultats obtenus suggèrent que Nck2 pourrait effectivement jouer un rôle dans la progression métastatique du mélanome en favorisant la prolifération des cellules tumorales et en facilitant leur détachement de la tumeur primaire, les rendant plus aptes à se disperser dans l’organisme et à établir des colonies métastatiques. Au niveau moléculaire, nous proposons que Nck2 est recruté dans les invadopodes pour favoriser la formation de complexes protéiques qui stimulent l’invasion. La mobilisation de Nck2 dans ces structures membranaires diminuerait sa disponibilité pour l’établissent d’autres complexes protéiques, entre autres dans les complexes d’adhésion focaux (FAs) et dans les jonctions adhérentes, diminuant ainsi les contacts des cellules cancéreuses avec la matrice extracellulaire et les cellules avoisinantes. / The metastatic process is highly fatal in many cancers, including human melanoma. Metastatic progression is a multistep process in which cytoskeletal organization allows migration and invasion of cancer cells. Nck2 is an adaptor protein mainly associated with cytoskeletal organization. A preliminary study carried out in our laboratory has shown that Nck2 protein and mRNA levels are increased in metastatic melanoma cell lines compared to primary cell lines. In this study, the role of Nck2 in metastatic progression was further investigated. Results confirmed that Nck2 levels are increased in metastatic melanoma compared to primary cell lines. Nck2 overexpression in primary melanoma induced migration and cell proliferation, did not affect invasion in type I collagen matrix, but decreased cell-cell and cell-substrate adhesion. In addition, a preliminary in vivo study suggested that Nck2 overexpression slightly increased tumorigenesis and tumor growth in primary melanoma. All together, these results indicate that Nck2 may effectively influence metastatic progression of melanoma by increasing cancer cell proliferation and detachment from the primary tumor, allowing them to enter the blood circulation and form distant colonies. At the molecular level, we propose that Nck2 is recruited to invadopodia in order to form molecular complexes that increase cell invasion, and this may results in a decrease in Nck2 levels available to form other molecular complexes in others cell compartments, such as focal adhesions (FA) and adherent cell junctions.

Les domaines PDZ reconnaissent des motifs C-terminaux (PBMs), à l'origine de nombreuses interactions qui sont souvent impliquées dans la régulation de la polarité cellulaire. Dans cette thèse, nous avons étudié divers aspects de la spécificité des interactions PDZ-PBM. Nous avons mis en évidence les faibles performances de deux prédicteurs d'interaction entre PDZs et PBMs, considérés sous leurs formes les plus courtes. Ensuite, nous avons développé des protocoles basés sur les méthodes BIAcore et HoldUp pour valider expérimentalement et à grande échelle des prédicteurs d'interaction PDZ-PBM et pour étudier l'influence du contexte de séquence (comme les séquences flanquantes ou les domaines voisins) des PDZs et des PBMs sur l'affinité et la spécificité de leurs interactions. Nous avons identifié des interactions potentielles impliquant les protéines humaines à PDZ MAGI1 et SCRIB soulignant leur implication dans les réseaux de signalisation des protéines G. Une revue de la littérature, combinée avec nos propres résultats, a révélé des mécanismes par lesquels le contexte de séquence influence les affinités et spécificités des interactions impliquant les PDZs. Nous avons discuté ces mécanismes dans une revue publiée. Les connaissances obtenues à partir de cette thèse pourront influencer positivement de futures études sur les interactions PDZ-PBM, en particulier, et sur les interactions domaine-motif linéaire en général.

Afin d’approfondir les connaissances sur les liens entre la structure et les propriétés nutritionnelles de pâtes alimentaires, des pâtes de structures contrastées ont été produites en modifiant la formulation et/ou le procédé de fabrication. Leur structure a été caractérisée aux différentes échelles, puis les caractéristiques définies ont été reliées à la digestibilité des protéines et de l’amidon. Le remplacement partiel ou total de la semoule de blé dur par des farines de légumineuses dans la fabrication des pâtes a engendré des changements structuraux à plusieurs niveaux. Un affaiblissement marqué de la structure du réseau protéique proportionnel à la quantité de légumineuses incorporées a notamment été observé, conduisant à une amélioration de la digestibilité in-vitro des protéines. La digestibilité in-vitro de l’amidon était en revanche maintenue à son faible niveau voir même réduite. L’application de différentes températures de séchage a amplifié les modifications de la structure des pâtes enrichies en légumineuses. Ces différences s’atténuaient toutefois après cuisson, n’engendrant de fait aucune modification marquée de la digestibilité in-vitro des protéines entre une pâte cuite préalablement séchée à basse ou à très haute température. Les teneurs en facteurs antinutritionnels étaient réduites par le procédé de fabrication et de cuisson des pâtes. A quantité égale de protéines consommées, l’étude in-vivo a révélé une augmentation de la croissance et de l’efficacité azotée chez les rats nourris avec les pâtes mixtes blé/fèverole (65/35) par comparaison aux rats nourris aux pâtes 100% blé. L’assemblage blé/fèverole constituait un mélange protéique efficace pour la croissance des rats jeunes, probablement du fait de son profil équilibré en acides aminés, et de la structure affaiblie du réseau protéique. Par ailleurs, les différentes températures de séchage appliquées aux pâtes n’ont pas engendré de différence au niveau de la rétention azotée in-vivo. Les spécialités pastières développées au cours de ce travail de thèse sont jusqu’à trois fois plus riches en protéines et mieux équilibrées en acides aminés, comparativement à une pâte alimentaire classique. Ces spécialités pastières sont aussi appréciées que leurs homologues qui se vendent sur le marché. En outre, la recette mixte blé/légumineuses peut être adaptée à tout consommateur souhaitant diversifier ses apports en protéines, mais également à certaines populations spécifiques, notamment aux personnes âgées. La recette 100% légumineuses peut concerner les personnes intolérantes au gluten. Ces spécialités pastières pourraient de ce fait, trouver une large application à l’échelle industrielle. / In order to reinforce our knowledge about the links between structural and nutritional properties of pasta, pasta with contrasting structures were produced by modifying the formulation and/or the manufacturing process. Pasta structure was then characterized using a multiscale approach and linked to the digestibility of protein and starch fractions. The modification of pasta formulation by partial or total substitution of durum wheat semolina by legume flours changed pasta structure at various scales. A marked weakening in the structure of pasta protein network proportional to the level of legume protein incorporated was observed and related to an improvement of the in-vitro digestibility of pasta proteins. Interestingly the in-vitro starch digestibility was maintained at its low level or even reduced in mixed pasta. Changing pasta drying temperature amplified changes in the pasta structure. These differences, however, were reduced after cooking pasta resulting in unchanged in-vitro protein digestibility between cooked pasta dried at low or very high temperature. Anti-nutritional factors were also reduced by the manufacturing and cooking steps. In-vivo study revealed a better growth and nitrogen efficiency in rats consuming the same quantity of proteins from wheat/faba (65/35) mixed pasta in comparison with animals fed with 100% wheat pasta. This was probably related to the better amino acid balance, and to the weakened protein network in mixed pasta. The change in drying temperatures did not allow modifying protein retention. Pasta developed in this thesis are up to three fold richer in proteins than traditional wheat pasta, and more balanced in essential amino acids. Produced pasta are appreciated by the consumer as well as their counterparts found on the marked. Mixed wheat/legume may be adapted to the elderly people, whereas 100% legume pasta may be consumed by gluten intolerant subjects. Produced pasta may therefore find wide application at the industrial scale.

Les protéines lipidées purifiées à partir d’extraits de pathogènes ou produites de façon recombinante ont démontré leur pouvoir immunogène. Malheureusement, ce type de protéines est généralement difficile à purifier et/ou à produire. Afin de résoudre ces difficultés, l’objectif de cette thèse a été de mettre au point un procédé de lipidation chimique d’antigènes protéiques d’intérêt vaccinal, présents naturellement sous forme lipidée mais produits de façon recombinante sous forme non lipidée. La lipidation chimique a ainsi été réalisée sur 2 protéines, à savoir rTbpB-dl provenant de N. meningitidis et rNWMN_A issue de S. aureus, par des lipopeptides synthétiques de structure minimale, Pam2CAG et Pam3CAG, ciblant respectivement les récepteurs TLR2/6 et TLR2/1. Ces lipopeptides ont été préalablement fonctionnalisés par des groupes réactifs aux fonctions thiols (maléimide ou bromoacétyle) afin de réaliser le couplage chimique. Des analyses physico-chimiques et biochimiques ont démontré que la modification des protéines antigéniques a bien été réalisée. La lipidation de rTbpB-dl et rNWMN_A par les lipopeptides a induit in vitro l’activation des cellules immunitaires murines et humaines via TLR2 et a également augmenté in vivo l’immunogénicité de ces protéines recombinantes, en présence ou non d’un adjuvant. De plus, ces protéines lipidées ont joué in vivo le rôle d’adjuvant en augmentant l’immunogénicité d'une protéine antigénique co-administrée. Notre procédé de lipidation chimique a été simple, rapide, de faible coût et répétable. Au final, ce procédé pourrait s’appliquer sur des antigènes protéiques d’intérêt vaccinal et de faible immunogénicité provenant de différents pathogènes et/ou sur des antigènes lipoprotéiques rencontrant des problèmes de production/purification. Il pourraitreprésenter un choix pertinent dans la mise au point et dans le développement de candidatsvaccins, en présence ou non d’adjuvant(s) et/ou d’autre(s) antigène(s) d’intérêt. / Lipidated proteins, purified from pathogens extracts or produced recombinantly, have demonstrated their immunogenic power. Unfortunately, this type of proteins is generally difficult to purify and/or to produce. To solve these difficulties, the objective of this thesis was to develop a process of chemical lipidation of protein antigens of vaccine interest, which are present naturally inlipidated form but produced recombinantly in non-lipidated form. The chemical lipidation was carried out on two proteins, namely rTbpB-dl from N. meningitidis and rNWMN_A from S. aureus, by minimum structure synthetic lipopeptides, Pam2CAG and Pam3CAG targeting receptors TLR2/6 and TLR2/1 respectively. These lipopeptides have been functionalized beforehand with thiolreactive groups (maleimide or bromoacetyl) for performing chemical coupling. Physicochemical and biochemical analysis have shown that the modification of the antigenic proteins has been achieved. The lipidation of rTbpB-dl and rNWMN_A by these lipopeptides induced in vitro activation of murine and human immune cells through TLR2. This lipidation also increased in vivo immunogenicity (mainly humoral) of the recombinant protein, in the presence or absence of an adjuvant. Furthermore, these lipidated proteins acted in vivo as an adjuvant by increasing immunogenicity of a co-administered antigen protein. Our process of chemical lipidation was simple, rapid, low-cost and repeatable. Taken together, this process could apply to antigens of protein nature, of vaccine interest and poorly immunogenic from different pathogens and/or to lipoprotein antigens encountering production/purification problems. It could be a relevant choice for the development of candidate vaccines, in the presence or absence of adjuvant(s) and/or other antigen(s) of interest.

Dans les cellules il existe deux grandes sources d’énergie : l’ATP et la force proton-motrice, produites au niveau du cytoplasme et de la membrane interne respectivement. La mise en place de processus actifs dans la membrane externe ou à la surface des bactéries à Gram négatif requière la présence de machineries protéiques transmettant les forces de leur lieu de production à leur lieu d’utilisation. Durant ma thèse j’ai étudié une de ces machines : la machinerie de motilité (Agl-Glt) de Myxococcus xanthus. Plus précisément, j’ai cherché à comprendre comment les composants de cette machine s’organisent pour permettre le déplacement d’une bactérie. J’ai montré que l’assemblage de la machinerie de motilité au pôle avant des cellules nécessite la formation d’une plateforme cytosolique sur laquelle vient se fixer la machine Agl-Glt. Sous l’action du moteur, le complexe interne de la machine se déplace en direction du pôle arrière en suivant une trajectoire hélicoïdale de main droite. Au niveau de la surface les protéines de membrane externe sont recrutées au niveau d’adhésions focales et permettent l’ancrage de la machinerie au substrat. Enfin, la transmission des forces de la membrane interne à la surface par la machinerie de motilité génère le déplacement des cellules selon une trajectoire hélicoïdale de main gauche. Finalement, cette étude a révélé l’existence d’une machine protéique de l’enveloppe dont l’activité repose sur l’association d’un moteur linéaire et du cytosquelette bactérien. De par l’homologie qu’il existe entre les systèmes il est possible de proposer que ce type de machines peut-être retrouvé associées à d’autres fonctions que la motilité cellulaire. / Two energy sources are present in cells: the ATP and the Proton Motive Force, produced in the cytoplasm and inner membrane respectively. Active processes in the outer membrane or on the surface of Gram negative bacteria require the presence of a proteic machinery to transduce the forces from their production site, in the cytoplasm or inner membrane, to their usage site. During my thesis I have studied one of these machineries: the motility machinery (Agl-Glt) of Myxococcus xanthus. More precisely, I try to understand how the components of this transmembrane machinery interact with each other to promote cell motility. I have shown that the assembly of the motility machinery at the leading pole requires the formation of a cytoplasmic platform onto which the Agl-Glt machinery is going to nucleate. The inner-membrane motor complex moves intracellularly along a right-handed path in the cell and becomes stationary at focal adhesion sites on the surface through the connection of the motor to the outer membrane proteins of the complex. This powers the left-handed helical motion of the bacteria. Finally, this study reveals the existence of a dynamic transmembrane machinery which associates the bacterial cytoskeleton to a linear motor to promote cell movement. The homology between the systems tells us that this type of motor is likely to be found associate with other function than cell motility.

La génomique comparative est un sujet essentiel pour éclaircir la biologie évolutionnaire. La première étape pour dépasser une connaissance seulement descriptive est de développer une méthode pour représenter le contenu du génome. Nous avons choisi la représentation modulaire des génomes pour étudier les lois quantitatives qui réglementent leur composition en unités élémentaires de type fonctionnel ou évolutif. La première partie de la thèse se fonde sur l'observation que le nombre de domaines ayant la même fonction est lié à la taille du génome par une loi de puissance. Puisque les catégories fonctionnelles sont des agrégats de familles de domaines, on se demande comment le nombre de domaines dans la même catégorie fonctionnelle est lié à l'évolution des familles. Le résultat est que les familles suivent également une loi de puissance. Le deuxième partie présente un modèle positif qui construit une réalisation à partir des composants liés dans un réseau de dépendance. L'ensemble de toutes les réalisations reproduit la distribution des composants partagés et la relation entre le nombre de familles distinctes et la taille du génome. Le dernier chapitre étend l'approche modulaire aux écosystèmes microbiens. Sur la base des constatations que nous avons faites sur les lois de puissance pour les familles de domaines, nous avons analysé comment le nombre de familles dans un metagénome en est influencé. Par conséquence, nous avons défini une nouvelle observable dont la forme fonctionnelle comprend des informations quantitatives sur la composition originelle du metagénome. / Comparative genomics is as a fundamental discipline to unravel evolutionary biology. To overcome a mere descriptive knowledge of it the first challenge is to develop a higher-level description of the content of a genome. Therefore we used the modular representation of genomes to explore quantitative laws that regulate how genomes are built from elementary functional and evolutionary ingredients. The first part sets off from the observation that the number of domains sharing the same function increases as a power law of the genome size. Since functional categories are aggregates of domain families, we asked how the abundance of domains performing a specific function emerges from evolutionary moves at the family level. We found that domain families are also characterized by family-dependent scaling laws. The second chapter provides a theoretical framework for the emergence of shared components from dependency in empirical component systems with non-binary abundances. We defined a positive model that builds a realization from a set of components linked in a dependency network. The ensemble of resulting realizations reproduces both the distribution of shared components and the law for the growth of the number of distinct families with genome size. The last chapter extends the component systems approach to microbial ecosystems. Using our findings about families scaling laws, we analyzed how the abundance of domain families in a metagenome is affected by the constraint of power-law scaling of family abundance in individual genomes. The result is the definition of an observable, whose functional form contains quantitative information on the original composition of the metagenome.

Les cellules souches musculaires adultes, appelées cellules satellites, sont les principaux acteurs de la régénération musculaire et constituent donc un enjeu médical majeur, notamment pour le traitement des dystrophies musculaires. Dans certaines dystrophies, ainsi que dans le vieillissement musculaire, un stress oxydant important associé à une perturbation de l'homéostasie protéique ont été décrits. L'objectif de cette thèse est de déterminer le rôle d'un des seuls systèmes de réparation des protéines oxydées, les enzymes méthionine sulfoxyde réductases ou Msr, dans la fonction des cellules satellites au cours du processus de régénération ainsi que leur rôle dans la protection des fibres musculaires au cours du vieillissement. Nos résultats montrent qu'en absence de Msr, l'augmentation des niveaux d'espèces réactives de l'oxygène et l'accumulation de protéines oxydées entraînent des défauts de prolifération associés à la sénescence des myoblastes primaires en culture. Dans la fibre, nous avons observé une diminution de l'activité des Msr avec l'âge, ce qui pourrait contribuer à l'accumulation de dommages irréversibles présents dans les fibres musculaires âgées. Cette thèse constitue la première étude des protéines Msr dans le muscle squelettique. Nos résultats ont permis d'établir le rôle de la protéine MsrA dans la régulation des cellules souches musculaires au cours du processus de régénération et révèlent qu'une modulation de ce système pourrait représenter une cible thérapeutique intéressante, en complément des thérapies cellulaires déjà utilisées, pour le traitement de désordres musculaires tels que les dystrophies. / Muscle regeneration and the muscle adult stem cells, also known as satellite cells, that are engaged in this process are a major biomedical issue, mainly for the treatment of muscular dystrophies. In some muscular dystrophies as for muscle ageing, an important oxidative stress state and an altered protein homeostasis have been described. The objective of this thesis is to determine the importance of methionine sulfoxide reductase (Msr) enzymes, one of the few enzymatic systems involved in the reduction of protein oxidation, in satellite cells function during regeneration as well as their role in skeletal muscle fibres protection during muscle ageing. Our results show that in the absence of Msr enzymes, cultured primary myoblasts revealed increased reactive oxygen species content and accumulation of oxidised proteins that result in decreased myoblasts proliferative capacities associated to a senescence state. Regarding the study of muscle fibres, we found a decrease in Msr activity during ageing, which could contribute to the accumulation of irreversible damages observed in aged muscle fibres. This thesis is the first study of Msr proteins in skeletal muscle tissue. Our results demonstrate the importance of MsrA enzymes in the regulation of satellite cells function during muscle regeneration and suggest that it could represent an interesting therapeutic target in complement of the cell therapies already used for the treatment of muscle disorders such as muscular dystrophies.

Le réticulum endoplasmique (RE) est le premier compartiment intracellulaire traversé par la voie de sécrétion des protéines. Au sein de cet organite, les protéines destinées à la sécrétion, à la membrane ou les protéines résidentes de la voie de sécrétion acquièrent une conformation native, et subissent une multitude de modifications post-traductionnelles incluant la glycosylation et la formation de ponts disulfures intra et intermoléculaires. Généralement, seules les protéines bien conformées sont véhiculées hors du RE grâce à un système de surveillance très fin dont le rôle est de vérifier la conformation correcte des protéines, de retenir les protéines mal conformées jusqu’à ce qu’elles atteignent une conformation adéquate ou de les adresser à la dégradation. Malgré le nombre important de protéines traversant la voie de sécrétion et de pathologies affectant le processus de repliement, seul un petit nombre de protéines ont été décrites dans le système de surveillance du RE et le système de repliement/dégradation qui lui est associé. Au cours de ma thèse, j’ai participé à la mise en place d’une stratégie expérimentale permettant d’isoler des facteurs impliqués dans le système de surveillance du repliement des protéines. Cette méthodologie nous a permis d’identifier et de caractériser la protéine AGR2 (Anterior Gradient 2), un membre putatif de la famille des Protein Disulfide Isomerase (PDI) qui semble interagir très précocement avec les polypeptides en voie de synthèse. Les résultats de notre étude fonctionnelle suggèrent qu’AGR2 joue un rôle dans l’homéostasie basale du RE et intervient spécifiquement dans la régulation de la dégradation des protéines mal conformées. L’étude du rôle moléculaire ce nouvel acteur du système de surveillance du RE pourrait permettre de progresser dans la compréhension de ce processus crucial pour l’homéostasie cellulaire. / The Endoplasmic Reticulum (ER) is the first intracellular compartment encountered by secretory proteins. In this organelle, secretory proteins and integral membrane proteins acquire their correct conformation and undergo many post-translational modifications such as N-glycosylation or disulfide bond formation. To ensure that proteins are properly folded, the ER has evolved a quality control system achieving surveillance on the protein folding status. Partially folded or misfolded proteins are not allowed to escape this compartment and remain in the ER or are taken in charge by the degradation machinery. About one third of the genome products mature in the ER, however thus far an apparently small number of quality control actors have been identified as being responsible for the survey of these proteins’s conformation. The importance of understanding principles regulating this mechanism is highlighted by the number of protein-misfolding human diseases. During my PhD thesis, I participate to a study aiming at discovering novel constituents of the ER quality control system. Our approach led to the identification and the characterization of Anterior Gradient 2 protein (AGR2) a potential member of the PDI-like family that interacts with nascent translocating polypeptides. The results of a functional study show that AGR2 is implicated in basal ER homeostasis and participates in the quality control capacity of the ER by specifically regulating the degradation of terminally misfolded proteins.

REDD1 contribue au dialogue entre le métabolisme énergétique et la masse musculaire.REDD1 est une protéine ubiquitaire et conservée qui est exprimée en réponse à de nombreux stress et pathologies associés à une atrophie du muscle squelettique, un paramètre corrélé à la mortalité des patients. REDD1 est connue pour inhiber la voie Akt/mTORC1 qui contrôle la synthèse des protéines (composants majoritaires du muscle), mais également d'autres macromolécules tels les ribosomes, les nucléotides ou le glycogène. Nos travaux montrent, grâce à un modèle murin, que REDD1 est capable d'une part d'inhiber la synthèse protéique ce qui conduit à l'atrophie du muscle, et d'autre part de réduire le stockage du glycogène musculaire. Cependant, sa délétion est responsable d'une augmentation du métabolisme basal, d'une réduction de la capacité d'exercice et d'une aggravation de l'atrophie musculaire en situation d'hypoxie. Ces altérations du métabolisme ne sont pas liées à un dysfonctionnement mitochondrial, mais associées à une moindre inhibition de la signalisation d'Akt et/ou mTORC1, tous deux responsables de l'activation de processus anaboliques couteux en énergie. Pris ensembles, ces résultats suggèrent que REDD1 agit comme modérateur de la dépense en ATP dans des situations de stress énergétique. / REDD1 contributes to the crosstalk between energetic metabolism and skeletal muscle mass. REDD1 is a ubiquitous and conserved protein, which is expressed in response to numerous stresses and pathologies responsible of muscle atrophy, a parameter correlated with patient mortality. REDD1 is known to inhibit Akt/mTORC1 pathway which controls synthesis of proteins (the major component of muscle) and other macromolecules such as ribosome, nucleotide or glycogen. Our work shows on a mice model that REDD1 inhibits protein synthesis, leading to skeletal muscle atrophy, and reduces muscle glycogen storage. However, REDD1 deletion is responsible of an increase in basal metabolism, a reduction of exercise capacity and an exacerbation of hypoxia-induced skeletal muscle atrophy. These metabolic alterations are not associated with a mitochondrial dysfunction but rather with an hyper activation of the Akt/mTORC1 pathway which is responsible for the stimulation of energy demanding processes. Altogether, these results strongly suggest that REDD1 acts for moderating ATP demand in energetic stress conditions

La perte de masse et de force musculaires liée à l’âge, ou sarcopénie, pourrait être partiellementexpliquée par un défaut de récupération de masse musculaire après des épisodes générateursd’atrophie musculaire. Ainsi, les périodes d’immobilisation qui augmentent avec l’âge (alitement,convalescence, fracture) pourraient être suivies d’une absence de récupération musculaire etcontribuer à la fonte musculaire au cours du vieillissement. Les causes de ce défaut de récupérationimpliquent notamment un déséquilibre du taux de renouvellement protéique et du taux derenouvellement cellulaire. L’objectif de cette thèse a donc été de mettre en évidence les mécanismesresponsables de l’atrophie musculaire chez le rat âgé au cours de l’immobilisation et ceux quiseraient défaillants afin de déceler les mécanismes à cibler pour favoriser la récupérationmusculaire.Des rats âgés ont été immobilisés pendant 8 jours par plâtrage unilatéral de la patte arrière, puislaissés en récupération pendant 40 jours après le déplâtrage. Nous avons montré que chez cesanimaux nourris avec un régime contenant 13% de caséine, l’immobilisation entraîne une atrophiedes muscles immobilisés mais, contrairement au rat adulte, le rat âgé ne récupère jamais la massemusculaire perdue. L’atrophie des muscles immobilisés peut être expliquée par 1/ une augmentationde l’apoptose et de la protéolyse ubiquitine-protéasome-dépendante musculaires, 2/ une diminutionde la régénération des cellules musculaires et 3/ une diminution de la protéosynthèse musculaire àl’état nourri. Tous ces phénomènes pourraient résulter de la présence d’un fort stress oxydant etd’une importante inflammation intramusculaire. Tous ces paramètres sont normalisés dès 10 jours derécupération, ce qui permet de stopper l’atrophie mais ne permet pas d’initier la phase derécupération musculaire. Nous avons donc testé l’effet de différentes supplémentationsnutritionnelles au cours de la période de récupération afin de favoriser un gain de masse musculairepost immobilisation. Des supplémentations en leucine (acide aminé bien connu pour stimuler laprotéosynthèse et inhiber la protéolyse) ont ainsi été réalisées. Chez les rats supplémentés, uneamélioration de la synthèse protéique et une normalisation plus précoce des activités protéolytiquesdu protéasome ont été observées. Cependant cette amélioration du métabolisme protéique ne s’estpas traduite par un gain de masse musculaire. Par contre, la modulation qualitative et quantitative desapports en protéines a pu permettre d’obtenir une récupération significative de masse musculaire :ainsi des régimes contenant 13% de lactosérum et des régimes hyper-protéinés ont permis de gagner50% de la masse perdue et ce, dès 20 jours de récupération.Nos résultats montrent que l’immobilisation chez le rat âgé aggrave la sarcopénie. Une fortealtération du métabolisme protéique permet d’expliquer la perte de muscle et la seule normalisationde la protéolyse et de la protéosynthèse permet d’expliquer l’absence de récupération musculaire.Nous avons montré que la modulation des apports en protéines au cours de la phase de récupérationpouvait permettre un gain de protéines. / Sarcopenia, the age-related muscle mass loss, might be partially explained by an impairedmuscle mass recovery of skeletal muscle mass after a catabolic state. Thus, immobilization periodswhich increase with aging could induce a muscle atrophy followed by a lack of muscle massrecovery. An imbalance of protein and cellular metabolisms are certainly involved in this absenceof recovery. The aim on this Ph.D thesis was to explore the mechanisms involved in muscle massatrophy during immobilization and their possible alteration during the recovery period in old rats.Old rats were immobilized for 8 days by unilateral hind limb casting and then allowed torecover for 40 days. Our results showed that animals fed a 13% casein diet wasted muscle mass inimmobilized muscles but, contrarily to adult animals, they never recovered the muscle mass loss.Muscle atrophy was due to 1/ an increase of apoptotic and ubiquitine-proteasome-dependentproteolytic pathways, 2/ a decrease of muscle regeneration processes and 3/ a decrease of muscleprotein synthesis at the fed state. These changes paralleled an increase of intracellular inflammationand oxidative stress. As these parameters were only normalized during the recovery period, theresultant nitrogen balance was then not enough positive as required for the muscle protein gain,hence contributing to the age-related incomplete muscle mass recovery. We tested free leucinesupplementation (an amino acid known for its stimulatory effect on protein metabolism) during therecovery period to improve muscle mass gain. This supplementation induced a greater muscleprotein synthesis in supplemented animals, but without any muscle mass gain. However, wedemonstrated here for the first time that muscle protein accretion after immobilization-inducedatrophy could be achieved with whey protein or high protein diets.In conclusion, we demonstrated that immobilization in old rats induced a muscle mass atrophyfollowed by an incomplete recovery, hence contributing to the development of sarcopenia. We alsodemonstrated that this lack of recovery cannot be overcome by a dietary free leucinesupplementation, despite a positive effect on protein metabolism, contrarily to high protein andwhey protein diets.