La nutrition au cours de la période postnatale précoce programme l’activité de l’axe somatotrope à l’âge adulte (GH/IGF-1). Une altération de la nutrition chez les souriceaux au cours de la lactation altère la croissance staturo-pondérale de façon permanente et augmente leurs susceptibilités à développer des pathologies cardio-métaboliques à l’âge adulte. La restriction au cours de la lactation induit une diminution des taux plasmatiques en IGF-1 et en leptine. Ceci est associé à une diminution transitoire de l’innervation de l’éminence médiane par les neurones GHRH, ce qui induit une hypoplasie hypophysaire permanente en cellules somatotropes. Durant ma thèse, j’ai étudié l’impact de la nutrition périnatale sur la mise en place de l’axe somatotrope, notamment les mécanismes impliqués dans la régulation du développement des neurones GHRH. Les cultures d’explants de noyaux arqués issus de souriceaux normalement nourris indiquent que l’IGF-1 stimule de façon préférentielle la croissance axonale des neurones GHRH par l'intermédiaire des voies PI3K/AKT et MAPK. La leptine présenterait quant à elle un effet plus global sur les neurones du noyau arqué, stimulant la croissance axonale des neurones GHRH et des neurones orexigène à NPY/AgRP. Les neurones GHRH issus de souris restreintes sont quant à eux résistants à la stimulation de la croissance axonale par l’IGF-1 ou la leptine. Concernant l’IGF-I, cette résistance est associée à une altération des capacités de phosphorylation de la voie PI3K/AKT, tandis que celles de l’IGF-1R et de la voie MAPK ne sont pas altérées. / Nutrition during lactation programs the activity of the somatotropic axis (GH/IGF-1). Alteration of nutrition during the early postnatal period in mice induces increased susceptibility to develop cardiovascular and metabolic pathologies later in life. Nutritional restriction during lactation permanently alters growth of mice. Ten days old restricted pups present decreased plasmatic level of IGF-1 and Leptin. They also present a transient alteration of median eminence innervation by GHRH neurons, which induce a permanent somatotroph cells (GH) hypoplasia in pituitary. The aim of my thesis was to study the impact of nutrition during the perinatal period on the programming of the somatotropic axis, notably the cellular and molecular mechanisms involved in the regulation of GHRH neuronal development. In vitro cultures of arcuate nucleus explants of hypothalamus from normally fed pups indicate that IGF-1 preferentially stimulates axonal growth of GHRH neurons by its signaling pathways PI3K/AKT and MAPK. Leptin present a more global effect and is able to stimulate axonal growth of arcuate nucleus neurons, including GHRH and AgRP neurons. GHRH neurons from restricted pups are resistant to the stimulation of axonal growth by IGF-1 or leptin. Regarding IGF-1, this resistance is associated with an alteration of phosphorylation capacities of the PI3K/AKT pathway, whereas those from IGF-1R and MAPK are not altered.

Les processus physiopathologiques qui mènent à la dégénérescence neuronale ainsi qu’aux symptômes de la maladie de Huntington (MH) demeurent non identifiés et les hypothèses actuelles ne permettent pas d’expliquer l’hétérogénéité intra et interindividuelle de l’évolution de ces symptômes. Ainsi, la progression de la maladie reste donc difficile voire impossible à prédire. Dans ce contexte, il est important d’explorer d’autres facteurs qui semblent être impliqués dans le processus pathogène de la maladie mais qui pourraient également influencer l’évolution de ces symptômes et ainsi prédire la progression de la maladie. Plusieurs éléments de preuve renforcent l’hypothèse de l’existence de troubles hormonaux dans la MH tels que l’atteinte de l’hypothalamus et la perte de poids. Cependant, en raison du peu d’études, de leur qualité et de la discordance de leurs résultats, l’existence des modifications hormonales dans la maladie de Huntington et plus particulièrement leur lien avec la progression de la maladie reste controversée. L’objectif de ce travail est de décrire le profil hormonal de l’axe hypothalamohypophysaire dans la MH afin de mieux comprendre le rôle de ces hormones sur la progression et éventuellement sur la physiopathologie de la maladie. Dans notre étude transversale, nous avons mis en évidence une activation de l’axe somatotrope (Growth Hormone/Insulin Growth Factor 1), une inhibition en fonction de la sévérité de la maladie de deux axes : gonadotrope (Testostérone) et thyréotrope (Thyroid Stimulating Hormone et triiodothyronine) mais aucune modification des hormones de l’axe corticotrope ni de la prolactine. De plus, la modification hormonale de l’axe somatotrope était non pathologique et précoce alors qu’elle était tardive pour les deux autres axes. Pour expliquer le lien entre ces modifications et la progression de la maladie une étude longitudinale a été mise en place. Les résultats de cette étude montre que seule l’élévation plasmatique d’IGF1 était prédictive de la détérioration cognitive. L’ensemble de nos résultats apporte une meilleure description et compréhension du profil de l’axe hypothalamo-hypophysaire dans la maladie de Huntington. Les axes pituitaires ne sont pas tous atteints et leur atteinte n’est pas dans le même sens. La relation inverse entre l’activation de l’axe somatotrope et la détérioration cognitive renforce l’hypothèse d’une résistance à l’effet de l’IGF1 dans la maladie de Huntington comme pour la maladie d’alzheimer. En conclusion, compte tenu de l’implication de l’IGF1 dans la prédiction de la progression cognitive dans la maladie de Huntington, il serait intéressant de détecter si les modifications biologiques de l’IGF1 existent dès la phase asymptomatique cognitive afin d’envisager d’utiliser l’IGF1 comme biomarqueur de l’apparition ou de l’évolution des symptômes cognitives. D’un autre côté, il serait important d’étendre les recherches sur les mécanismes responsables des modifications hormonales dans la maladie de Huntington afin de mieux comprendre l’effet de cause à effet s’il existe entre ces modifications et les symptômes de la maladie / The pathophysiological processes leading to neurodegeneration and the symptoms of Huntington's disease (HD) remain unidentified and current hypothesis do not explain the intra and interindividual heterogeneity of the evolution of these symptoms. Thus, the progression of the disease remains difficult or impossible to predict. In this context, it is important to explore other factors that appear to be involved in the pathogenic process of the disease but could also influence the evolution of these symptoms and predict disease progression. Several evidences reinforce the hypothesis of the existence of hormonal disorders in HD such as the atrophy of the hypothalamus and weight loss. Because of few studies, their quality and the discrepancies of their results, the existence of hormonal changes in Huntington's disease and particularly their relationship to disease progression remains controversial. The objective of this work is to describe the hormonal profile of the hypothalamicpituitary axis in HD in order to better understand the role of these hormones on the progression and on the pathophysiology of the disease. In our cross-sectional study, we identified an activation of the somatotropic axis (Growth Hormone / Insulin Growth Factor 1), an inhibition according to the severity of the disease in two axes: gonadotrope (Testosterone) and thyréotrope (Thyroid Stimulating hormone and triiodothyronine) but no change in hormones of corticotropic axis and prolactin. In addition, the somatotropic axis is overactive even in patients with early disease. To explain the link between these changes and the progression of the disease, a longitudinal study was done. The results of this study showed that only the elevated plasma IGF1 was predictive of cognitive impairment. All of our results provide a better description and understanding of the profile of the hypothalamic-pituitary axis in Huntington's disease. Pituitary axes are not all disturbed. The inverse relationship between activation of the somatotropic axis and cognitive impairment strengthens the hypothesis of a resistance to the effect of IGF1 in Huntington's disease like in Alzheimer's disease. In conclusion, given the involvement of IGF1 in the prediction of cognitive progression in Huntington's disease, it would be interesting to detect whether the biological changes of IGF1 are already present at the asymptomatic cognitive stage in order to use IGF1 as a biomarker of the onset or changes in cognitive symptoms. On the other hand, , it would be important to extend research on the mechanisms responsible for hormonal changes in Huntington's disease to better understand the link between these changes and symptoms of the disease

Dans les cellules somatotropes, la liaison du facteur de libération de l’hormone de croissance (GHRH) à son récepteur (GHRH-R) stimule la synthèse et la sécrétion de l’hormone de croissance (GH) ainsi que la prolifération cellulaire. Chez les mammifères, le vieillissement est caractérisé par une diminution de la sécrétion de GH, liée à une perte de sensibilité des somatotropes au GHRH. Chez le rat âgé, des modifications de niveaux d'ARNm du GHRH-R et une diminution d'affinité et de capacité de liaison du GHRH sont rapportés. Au cours du vieillissement, une augmentation des niveaux de glucose et d’acides gras libres sérique suggère qu’une gluco- ou lipotoxicité puisse contribuer au dysfonctionnement de la fonction somatotrope. À ce jour, la restriction calorique modérée de longue durée (RCMLD) constitue l’intervention la plus efficace pour prévenir ou retarder les détériorations liées à l’âge. Des études ont montré des effets bénéfiques de la RCMLD sur l’axe somatotrope au cours du vieillissement via un maintien des paramètres de liaison du GHRH-R. Compte tenu de l’importance de cet axe, la compréhension des mécanismes menant à la somatopause ainsi que ceux associés aux effets bénéfiques de la RCMLD s’avère importante. Les objectifs principaux de la présente thèse étaient : 1) de déterminer les effets de la RCMLD chez le rat, sur le GHRH-R hypophysaire et la sensibilité des somatotropes au GHRH, 2) d’identifier les mécanismes associés à la somatopause et aux effets bénéfiques de la RCMLD, et 3) de préciser les effets d’une gluco-ou lipotoxicité sur l’axe somatotrope de rats et leur implication dans la somatopause. Des rats de 8 mois ont été soumis à une restriction calorique de 40% jusqu’à l’âge de 18-20 mois et ont été comparés à des rats jeunes et âgés nourris ad libitum. Cette étude a permis de mettre en évidence des effets bénéfiques de la RCMLD sur la régulation et la fonctionnalité du GHRH-R et de proposer que le glucose et les acides gras libres (AGL) circulants soient impliqués dans le vieillissement de la somatotrope. Une étude de micro-puce à ADN à permis d’identifier des gènes associés à des mécanismes de protection et de réparation des dommages cellulaires mis en place dans l’hypophyse antérieure au cours du vieillissement et par la RCMLD. Finalement, les effets d’un stress gluco- ou lipotoxique sur la fonction somatotrope ont été étudiés chez des rats de 2 et 6 mois, infusés 72 h avec une solution de glucose ou d’Intralipides, mimant les niveaux circulants de glucose et d’AGL retrouvés chez le rat âgé. Les résultats obtenus montrent que la glucotoxicité affecte la régulation de certains gènes de la somatotrope, dont le GHRH-R, et suggèrent que la capacité de réponse à ce type de stress est altérée. Les mécanismes par lesquels la glucotoxicité exerce ces effets pourraient inclure la génération de stress oxydant. L’ensemble de ces résultats proposent de nouvelles pistes mécanistiques qui pourraient contribuer au retardement de la somatopause et, ultimement, à l’élaboration de nouvelles stratégies d’intervention nutritionnelles ou pharmacologiques ciblant les mêmes voies que la RCMLD, avec une efficacité similaire ou supérieure. / In somatotroph cells, growth hormone-releasing hormone (GHRH) binding to its receptor (GHRH-R) stimulates growth hormone (GH) secretion and cell proliferation. In mammals, aging is characterized by a decrease of GH, associated with a decline of GHRH somatotroph sensitivity. In the aged rat, changes in GHRH-R mRNA levels and decrease of GHRH affinity and capacity were reported. In the course of aging, significant increase of glucose and free fatty acid (FFA) serum levels are observed, suggesting that gluco- or lipotoxicity could contribute to somatotroph dysfunction. Up to now, long-term moderate caloric restriction (LTMCR) has been the most efficient intervention to prevent or delay age-related deteriorations. Studies have shown beneficial effects of LTMCR on somatotroph axis during aging, through the maintenance of GHRH-R binding parameters. Knowing the importance of this axis, an understanding of the mechanisms associated with the effects of somatopause and benefits of LTMCR is important. Therefore, the main objectives of this thesis were: 1) to determine the effects of LTMCR on rat pituitary GHRH-R and somatotroph sensitivity to GHRH, 2) to identify the mechanisms associated to somatopause and the beneficial effects of LTMCR and 3) to specify the effect of gluco- or lipotoxicity on the rat somatotroph axis and their implications in somatopause. Eight-month-old rats were submitted to a 40% LTMCR until the age of 18 to 20-months and where compared to young and old rats fed ad libitum (AL). This study highlighted beneficial effects of LTMCR on GHRH-R regulation and functionality and suggested that high circulating levels of glucose and FFA could be involved in somatotroph aging. A microarray study was also performed, allowing the identification of genes associated to cellular protection and damage repair mechanisms regulated by aging and LTMCR in the anterior pituitary. Finally, effects of a gluco- or lipotoxic stress on the somatotroph function was assessed in 2- and 6-month-old rats submitted to a 72-h glucose and/or Intralipid infusion, to mimic the levels of glucose and FFA found in aged rats. The results showed that glucotoxicity affects the regulation of specific genes in the somatotroph, such as the GHRH-R gene, and suggest that the response capacity against this type of stress is altered with age very early on. Mechanisms by which glucotoxicity exerts these effects might include oxidative stress production. Altogether, these results proposed novel mechanisms that could contribute to delay somatopause and, ultimately, to the development of new nutritional or pharmacologic interventions targeting the same pathways as LTMCR, with a similar or greater efficiency.

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Einleitung: Futterrationen für Hochleistungsmilchkühe basieren häufig auf Maissilage und liefern somit nur wenig frisches Gras, was eine niedrige Zufuhr an n-3-Fettsäuren, v.a. an α-Linolensäure (ALA), bewirkt. Dies führt einerseits zu einem reduzierten Status an ALA und konjugierter Linolsäure (CLA) und andererseits zu einem hohen n-6/n-3-Verhältnis bei laktierenden Kühen. Ziel der Untersuchungen: Das Ziel der vorliegenden Studie war es, die Einflüsse einer Supplementierung von essentiellen Fettsäuren (EFA, v.a. ALA) zusammen mit CLA auf den Fett- säurestatus, die Leistung, auf das antioxidative und inflammatorische System bei Milchkühen, die mit einer Mais-basierten Ration gefüttert wurden, in etablierter Laktation zu untersuchen und ver- schiede Stoffwechselwege, einschließlich der somatotropen Achse, näher zu beleuchten. Tiere, Material und Methoden: Es wurden 4 Kühe (3. Laktation, 126 ± 4 Tage in Milch) in einem 4 × 4 Latin Square untersucht. Die Kühe erhielten täglich abomasale Infusionen an Kokosöl (CTRL, 38,3 g/d; v.a. gesättigte Fettsäuren), Lein- und Distelöl (EFA, 39,1 und 1,6 g/d), Lutalin® (cis-9,trans-11 und trans-10,cis-12 CLA, jeweils 4,6 g/d) oder EFA+CLA für jeweils 6 Wochen. Die initiale Dosis wurde jeweils nach 2 Wochen verdoppelt, was in 3 Dosierungen resultierte (Dosis 1, 2 und 3). Es schloss sich eine 3-wöchige Washout-Periode an. Den Kühen wurde eine Mais-basierte Ration mit einem hohen n-6/n-3-V erhältnis (11,3:1) gefüttert. Die Trockensubstanzaufnahme und die Milchleistung wurden täglich und die Milchzusammensetzung wöchentlich gemessen. Die Fettsäuremuster im Milchfett und im Blutplasma, Plasmakonzentra- tionen von Metaboliten und Hormonen sowie von Parametern des antioxidativen Systems und der Immunantwort (nur in Woche 0 und 6) wurden jeweils in Behandlungswoche 0, 2, 4 und 6 analysiert. Lebergewebe wurde zu Beginn der Studie und jeweils nach 6 Wochen Behandlung entnommen und der Energiestoffwechsel sowie Parameter des antioxidativen Systems und der Immunantwort wurden auf Ebene der Transkription untersucht. Die statistische Auswertung wurde mittels ANOVA und der MIXED Prozedur (repeated measurements) in SAS durchgeführt, wobei Behandlung, Dosis und deren Interaktion als fixe Effekte und die Laktationswoche als Kovariable dienten. Ergebnisse: Die jeweils infundierten Fettsäuren stiegen sowohl im Plasma als auch in der Milch dosisabhängig an. Das n-6/n-3-Verhältnis des Milchfetts lag in der CTRL- und in der CLA- Gruppe höher als in den beiden EFA-Gruppen. Die Energie-korrigierte Milch und das Milchfett nahmen dosisabhängig in den beiden CLA-Gruppen ab. Es gab einen Trend für eine höhere Energiebilanz in der CLA-Gruppe. Der Milchproteingehalt war in den beiden CLA-Gruppen niedriger als in der CTRL-Gruppe und die Milchharnstoffkonzentration sank in beiden CLA- Gruppen dosisabhängig ab. Die Citratkonzentration in der Milch stieg dosisabhängig in der CLA- Gruppe an. Die Aktivität der Glutathionperoxidase im Blutplasma war in der CTRL-Gruppe ge- ringer als in der EFA-Gruppe und die Plasmakonzentration von β-Carotin stieg in beiden EFA- Gruppen mit der Dosis an. Die Plasmakonzentration des Gesamtcholesterols stieg dosisabhängig in allen Gruppen, außer der CLA-Gruppe, an. Die Plasmakonzentration des High-density- lipoprotein-Cholesterols stieg in der CTRL-Gruppe an und lag höher als in der EFA- und der CLA-Gruppe, während die Konzentrationen des Low-density-lipoprotein-Cholesterols dosisab- hängig in der EFA- und der EFA+CLA-Gruppe anstiegen und höher als in der CLA-Gruppe waren. Die hepatische Genexpression der 3-Hydroxy-3-methylglutaryl-CoA Synthase 1 wurde in allen Gruppen hochreguliert und lag in der EFA+CLA-Gruppe am höchsten. Die Genexpression des sterol regulatory element-binding factor 1 zeigte einen Trend für die niedrigsten Werte in den beiden EFA-Gruppen. Die Expression des leberspezifischen growth hormone receptor 1A (GHR1A) tendierte zu einer Erhöhung in der EFA+CLA-Gruppe im Vergleich zur CTRL-Gruppe. Die insulin-like growth factor I (IGF-I)-Plasmakonzentration stieg in der CLA-Gruppe an und der Plasmaspiegel des insulin-like growth factor binding protein 2 (IGFBP-2) lag in der EFA+CLA- Gruppe niedriger als in der CTRL-Gruppe. Die Albumin- und Harnstoffkonzentrationen im Plasma waren in der CLA-Gruppe niedriger als in der CTRL-Gruppe. Schlussfolgerungen: Die Milchfettdepression und das erhöhte Milch-Citrat weisen auf eine redu- zierte de-novo-Fettsäuresynthese und einen verbesserten oxidativen Status in der Milch durch CLA-Supplementierung hin. Weder CLA- noch EFA-Gaben zeigten eindeutige Wirkungen auf den Entzündungsstatus bei den Milchkühen. Die Supplementierung von EFA und CLA hatte Ein- fluss auf den Cholesterol- und den Fettstoffwechsel sowie deren Regulierung. Der erhöhte IGF- I-Plasma-Spiegel in der CLA-Gruppe sowie die niedrigere IGFBP-2-Plasmakonzentration und die erhöhte Genexpression des GHR1A in der Leber der EFA+CLA-Gruppe deuten auf stimulierende Effekte auf die somatotrope Achse hin. Weiterhin scheinen CLA-Gaben auch den Proteinstoffwechsel von Milchkühen zu beeinflussen.