Les symptômes moteurs de la maladie de Parkinson sont causés par un déficit dopaminergique progressif au niveau du corps strié, résultant principalement de la dégénérescence des neurones dopaminergiques de la substance noire et de la voie nigrostriée qui contrôle une partie importante du système musculaire volontaire. Les symptômes cliniques cardinaux sont la perte de mobilité, la rigidité musculaire et la difficulté à initier un mouvement volontaire. L'étiologie de la maladie est incomprise jusqu'à ce jour. Tout au long de mes études, l'objectif principal de mes recherches était de démontrer que le stress oxydant est un joueur majeur de la dégénérescence des neurones dopaminergiques. Mon travail de recherche s'est concentré, premièrement, à l'étude des mécanismes cellulaires engendrés par des agonistes dopaminergiques face à un traitement oxydant. Nous avons employé un modèle cellulaire dopaminergique, traité avec des agonistes dopaminergiques et le MPP+ , une neurotoxine dopaminergique connue. Nous avons constaté que non seulement les agonistes dopaminergiques utilisés n'offrent aucune protection contre l'effet oxydant de la neurotoxine, mais qu'ils renforcent la toxicité du MPP+ . Notre hypothèse comporte trois volets : l'activation du récepteur dopaminergique de type D2 (1) favorise l'expression du transporteur de la dopamine, (2) favorise la diminution de l'expression du récepteur de type D3 et (3) facilite l'entrée du MPP+ par le transporteur de la dopamine. Deuxièmement, mes recherches ont démontré que le traitement au MPP+ et/ou aux estrogènes altère l'activité transcriptionnelle des niveaux de neurofilaments. Mes résultats démontrent qu'il y a une corrélation entre l'effet cellulaire du traitement estrogénique et l'expression des protéines du cytosquelette des cellules suite à un traitement oxydant. Troisièmement, j'ai démontré que Nur77, un facteur de transcription nucléaire orphelin favorisant l'expression des gènes de survie de cellules, a la capacité de se transférer du noyau vers le cytoplasme, où il peut agir en tant qu'agent pro-apoptotique lors d'un traitement à la 6-hydroxydopamine. Nous avons également montré que le bêta-estradiol, une hormone neuroprotectrice, retarde la translocation de Nur77, retardant ainsi l'apoptose induite par la 6-hydroxydopamine. Puisque Nur77 est normalement vu comme un agent anti-apoptotique, mes résultats fournissent des nouvelles avenues au sujet du rôle de Nur77 et de sa translocation cytoplasmique sous effets oxydants. / Parkinson's disease is a neurodegenerative disease caused by a progressive cell loss in the striatum, mainly resulting from degeneration of the nigrostriatal pathways. This pathway, thoroughly dopaminergic, provides the necessary inputs to the striatum regarding voluntary muscle regulation. Cardinal symptoms observed in patients are loss of mobility, muscle rigidity and difficulty to initiate any voluntary movement. The etiology of the disease is poorly understood. Throughout my studies, the main objective of my research was designating oxidative stress as a potential lead player of dopaminergic cells' demise. In the first part, my work focused on the molecular players involved in dopaminergic agonist-treated cells undergoing oxidative stress. We used a cellular model of dopaminergic cells treated with dopamine agonists and with MPP+ , a known dopaminergic neurotoxin. Surprisingly, we found that dopamine agonists did not offer any protection against oxidative stress, and that they actually potentiate MPP+ toxicity. After three years of intensive research, we conclude that the D2 dopamine receptor sub-type activation promotes dopamine transporter expression, downregulates the D3 dopamine receptor subtype expression and thus promotes MPP+ -induced cytotoxicity. These in vitro experiments provide a better understanding of D2 dopamine receptor subtype activating cascade. Also, recent evidence suggests that the D3 dopamine receptor subtype is the only receptor offering real protection against oxidative stress. This may explains the discrepancies between in vivo and in vitro data on the neuroprotection conferred by dopamine agonists. My second research topic focused on transcriptional regulation of neurofilaments following MPP+ and/or estrogenic treatments. Our results demonstrate a relationship between estrogenic treatment and cytoskeletal strengthening of the cells. Upon treatment with estradiol, cells readily demonstrated an ability to replace the impaired neurofilaments when sustaining oxidative stress, possibly explaining part of the neuroprotective properties characteristic of estrogens. Thirdly, I demonstrated that Nur77 can translocate from the nucleus to cytoplasm, where it can act as a pro-apoptotic agent, when cells undergo 6-hydroxydopamine toxic treatment. We also showed that p-estradiol delays Nur77 translocation, thus preventing 6- hydroxydopamine-induced apoptosis. Because Nur77 is normally seen as an antiapoptotic agent, my results provide new insights about other roles for this protein and the regulation of its cytoplasmic translocation by oxidative stress.

Le compartiment microvasculaire est une cible importante du stress oxydant qui est un facteur majeur de la dysfonction endothéliale, notamment au cours d’exposition aux rayonnements ionisants. L’altération de l’endothélium induite par le stress oxydant est impliquée dans la toxicité radio-induite des tissus sains. Limiter les dysfonctions endothéliales est donc un enjeu important des traitements radiothérapeutiques actuels. Cet objectif nécessite une meilleure caractérisation de la signalisation du stress oxydant dans les cellules endothéliales. La voie p38 MAPK est incontournable dans la réponse au stress oxydant mais reste encore insuffisamment caractérisée. Par une approche protéomique, nous avons identifié la nucléophosmine (NPM) comme nouveau partenaire de p38 dans le cytoplasme des cellules endothéliales. La phosphatase PP2a est aussi associée à ce complexe NPM/p38. Nos travaux montrent que le stress oxydant (H2O2, 500μM) régule la déphosphorylation de NPM via PP2a, entraine sa dissociation rapide du complexe et favorise sa translocation vers le noyau. De plus, nous montrons que la présence de NPM déphosphorylée au noyau altère la réponse des cellules aux dommages à l’ADN induits par le stress oxydant. Le céramide sphingolipide membranaire est également un facteur important des voies de stress, particulièrement dans les cellules endothéliales. Notre étude aborde donc l’implication de ce sphingolipide dans la régulation de la voie NPM/p38. Une meilleure caractérisation de la voie p38 et de ses acteurs permettra d’identifier de potentielles cibles afin de limiter les dysfonctions endothéliales et leurs conséquences délétères sur les tissus environnants. / The microvascular compartment is a significant target of oxidative stress that is a major factor in endothelial dysfunction, especially during exposure to ionizing radiation. The alteration of endothelium induced by oxidative stress is involved in radiation-induced toxicity of normal tissues. Limiting endothelial dysfunction is therefore an important issue of current radiotherapeutic treatments. This objective requires a better characterization of oxidative stress signaling in endothelial cells. p38 MAPK pathway is essential in oxidative stress response but still insufficiently characterized. By using a proteomic approach, we identified nucleophosmin (NPM) as a new partner of p38 in the cytoplasm of endothelial cells. PP2a phosphatase is also associated with the NPM/p38 complex. Our work shows that oxidative stress (H2O2, 500μM) regulates the NPM dephosphorylation via PP2a, causes a rapid dissociation of the complex, and promotes its translocation to the nucleus. In addition, we show that the presence of NPM dephosphorylated at T199 in the nucleus alters the cellular response to DNA damage induced by oxidative stress. The membrane sphingolipid ceramide is also an important factor in stress pathways, particularly in endothelial cells. Our study describes the involvement of this sphingolipid in the regulation of NPM/p38 pathway. A better characterization of the p38 pathway and its actors provided by our study will identify potential targets in order to limit endothelial dysfunction and its deleterious effect on surrounding tissues.

À ce jour, la sténose aortique (SA) est classée en troisième position des maladies cardiovasculaires touchant les populations des pays développés. Cette maladie insidieuse progresse pendant plusieurs années avant de devenir symptomatique et entraîner une surcharge importante de travail pour le myocarde. Le remplacement valvulaire aortique (RVA) est la seule issue thérapeutique lorsque la SA entraîne des perturbations hémodynamiques. La communauté scientifique commence à peine à comprendre tous les mécanismes impliqués dans le développement de cette maladie. Elle a longtemps été perçue comme un état de dégradation passif et progressif de la valve aortique. Cependant, il a été prouvé, qu'au contraire, la SA fait intervenir des processus actifs qui sont souvent comparés à ceux retrouvés dans l'athérosclérose. D'ailleurs, ceux-ci sont influencés par plusieurs facteurs de risques tels l'âge, le sexe, le diabète, le tabagisme, l'obésité et l'hypertension. Silencieuse, l'hypertension est énormément répandue à travers le monde et rend d'autant plus important son diagnostic dans le but de prévenir des complications associées à cette maladie, dont la SA. Une nouvelle catégorie de pression artérielle a été introduite pour la première fois en 2003 dans le rapport du 7th Joint National Commitee on High Blood Pressure. La préhypertension, fortement retrouvée chez les obèses, augmente non seulement la probabilité de devenir hypertendu, mais également le risque cardiovasculaire. De surcroît, l'épidémie d'obésité qui sévit de par le monde, est elle aussi impliquée dans le développement accéléré de la SA. L'objectif des travaux rapportés dans le présent ouvrage était d'évaluer l'effet d'une synergie entre la SA et l'état préhypertendu (préHT) sur le stress oxydatif, la variation de certains marqueurs inflammatoires ainsi que le comportement du système rénine-angiotensine (SRA), connu comme étant un régulateur de la pression artérielle. Il a été démontré dans cette étude que chez les patients préHT, le tour de taille, le niveau plasmatique des LDL-oxydés (LDL-ox) et les globules blancs sont significativement plus élevés que dans la population normotendue (NT) de SA. Les LDL-ox et l'adiponectine sont des marqueurs indépendants de la pression artérielle dans la population étudiée. À leur tour, les LDL-ox sont corrélés avec le marqueur inflammatoire interleukine-6 (IL-6). En ce qui a trait au SRA, l'angiotensine II (Ang II) est associée au TNF-a et à 1T1-6, démontrant ainsi une relation entre le stress oxydatif, l'inflammation et le SRA. En somme, ces travaux suggèrent qu'une augmentation du stress oxydatif et un état d'activation du SRA chez les patients préHT peut contribuer à l'augmentation de l'inflammation dans la SA.

Le microbiote intestinal joue un rôle important dans la santé de son hôte. Les bactéries qui le composent vont agir à différents niveaux, comme celui de la digestion, du métabolisme, de l'immunité ou du cerveau. Ces bactéries vont former un réseau équilibré qui est nécessaire pour le maintien de notre santé. Cependant, des facteurs externes tels que la diète, la prise de médicaments, l'environnement et le stress peuvent grandement influencer cet équilibre et altérer la composition du microbiote intestinal. De plus, ces perturbations peuvent engendrer un stress oxydatif et provoquer encore plus de dommages, notamment à notre cerveau. Afin d'étudier ces variations, deux outils génétiques ont été développés pour le modèle du poisson-zèbre. Le premier outil consiste en un système CRISPR-dCas9 photoactivable à la lumière bleue ayant pour but de contrôler les populations microbiennes de l'intestin d'une larve (transparente) de poisson-zèbre à l'aide de la lumière. La preuve de concept a été réalisée avec Escherichia coli. Le deuxième outil consiste en un senseur de peroxyde d'hydrogène ciblé aux mitochondries des cellules épithéliales de l'intestin. Cet outil vise à mesurer les niveaux de peroxyde d'hydrogène, un dérivé réactif de l'oxygène menant à la production de stress oxydatif. Ultérieurement, cet outil sera exploité afin de générer une lignée transgénique de poisson-zèbre exprimant ce senseur. Il sera également possible d'utiliser en parallèle le système CRISPR-dCas9 photoactivable afin de faire des liens entre les perturbations du microbiote intestinal et le stress oxydatif produit par le peroxyde d'hydrogène dans l'intestin de la larve de poisson-zèbre. Finalement, des liens entre ces effets et le développement du cerveau pourront être établis. / The intestinal microbiota plays an important role in the health of its host. The bacteria that compose it will act at different levels, such as digestion, metabolism, immunity, or the brain. These bacteria will form a balanced network that is key for the maintenance of our health. However, external factors such as diet, drugs, environment, and stress can greatly influence this balance and alter the composition of the intestinal microbiota. Moreover, these disturbances can lead to oxidative stress and cause further damage, especially to our brain. To study these variations, two genetic tools were developed to use in the zebrafish larva model. The first tool is a blue-light photoactivatable CRISPR-dCas9 system to control the gut microbiota using light. The proof of concept has been realized with Escherichia coli. The second tool consists of a hydrogen peroxide sensor targeted to the mitochondria of intestinal epithelial cells. This tool aims to measure the levels of hydrogen peroxide, a reactive oxygen derivative leading to the production of oxidative stress. Later, this tool will be used to generate a transgenic line of zebrafish expressing this sensor. It will also be possible to use in parallel the photoactivatable CRISPR-dCas9 system to make links between the disturbances of the intestinal microbiota and the oxidative stress produced by hydrogen peroxide in the larval zebrafish gut. Finally, links between these effects and the brain development will be further studied.

"Thèse en cotutelle. Université Laval, Québec, Canada et Université Claude Bernard Lyon 1, Villeurbanne, France" / L’hypertension artérielle (HTA) est un problème de santé publique majeur, au centre de nombreuses pathologies. En étudiant la prévalence de l’HTA, nous nous sommes intéressés à deux points en particulier que nous abordons dans ce manuscrit de thèse. Le premier est l’existence d’une relation bidirectionnelle entre l’HTA et le syndrome de l’apnée du sommeil (SAS), maladie encore sous-diagnostiquée de nos jours. Le second concerne le fait que les hommes sont plus touchés par ces deux pathologies que les femmes, mais que cette tendance s’inverse au moment de la ménopause, suggérant un rôle protecteur des hormones ovariennes. Les mécanismes sous-jacents de la mise en place de l’HTA sont connus dans différentes maladies associées comme l’athérosclérose, l’obésité, le diabète, mais doivent encore être étudiés dans le SAS chez la femme ménopausée. Le travail de cette thèse vise à comprendre les mécanismes à l’origine de l’HTA chez les femmes ménopausées atteintes du SAS. Pour cela, nous avons utilisé un modèle animal d’hypoxie intermittente (HIC; 21%-10% O2 ; 10cycles/h ; 8h/jour). Ce modèle simule le profil physiopathologique observé chez les patients apnéiques, en particulier avec le développement de l’HTA. La particularité de nos travaux de recherche est l’utilisation de rates ovariectomisées (OVX), permettant ainsi de mimer la ménopause, contrairement à de nombreux modèles d’HIC qui utilisent les rats mâles. Par ailleurs, nous nous sommes aussi intéressés au rôle de l’estradiol (E2) dans le développement de l’HTA et sur les mécanismes sous-jacents induits par l’HIC. Nos principales conclusions sont que l’HIC engendre une élévation de la pression artérielle et de la concentration en endothéline-1 (un vasoconstricteur), mais que ceci est réversible avec le traitement à l'E2. Au niveau de l'aorte, l'OVX engendre une augmentation du stress oxydatif, mais, de nouveau, la supplémentation en E2 renverse cet effet. Les mécanismes de réponse à l'E2 sont différents selon le protocole suivi par l’animal ; après l’HIC, l’E2 réduit l'activité des enzymes pro-oxydantes alors qu’en condition de normoxie (21% O2), l’E2 augmente l'activité des enzymes anti-oxydantes. Au niveau des poumons, l’HIC augmente le stress oxydatif mais l’OVX a un effet chez les animaux en normoxie uniquement. Les effets de l'E2 sur le stress oxydatif sont tissu-dépendants. Le traitement à l'E2 permet de pallier les dysfonctions vasculaires induites par l’HIC et pourrait avoir une pertinence clinique dans le traitement du SAS chez la femme ménopausée. / Arterial hypertension is a major public health problem, which is at the heart of many diseases. In studying the prevalence of hypertension, we focused in two specific points that we address in this thesis manuscript. The first one is the existence of bidirectional relationship between hypertension and sleep apnea syndrome (SAS), a disease that is still underdiagnosed today. The second is that men are more affected by these two conditions than women, but this trend reverses at the time of menopause, suggesting a protective role of ovarian hormones. The underlying mechanisms of the establishment of hypertension have been studied in various associated diseases (atherosclerosis, obesity, diabetes), but have yet to be studied in SAS in menopausal women. This work aims to understand the mechanisms underlying high blood pressure in postmenopausal women with SAS. For this, we used an animal model of intermittent hypoxia (IH, 21% -10% O2, 10cycles/h, 8h/day). This model presents the same pathophysiological profile observed in apneic patients, in particular with the development of arterial hypertension. The unusual feature of our study is the use of ovariectomized (OVX) female rats, thus allowing to mimic the menopause, contrary to many models of IH which use the male rats. In addition, we have also investigated the role of estradiol (E2) in the development of hypertension and on the underlying mechanisms induced by IH. Our main conclusions are that although IH causes elevation of blood pressure and endothelin- 1 concentration (a vasoconstrictor), it is reversible with E2 treatment. In aorta, OVX generates an increase of oxidative stress, but, again, the supplementation in E2 reverses this effect. The mechanisms of response to E2 are different according to the protocol followed by the animal; after IH, E2 reduces the activity of pro-oxidant enzymes whereas in normoxia condition (21% O2), E2 increases the activity of antioxidant enzymes. In the lungs, IH increases oxidative stress, but OVX has an effect only in female rats exposed to normoxia. The effects of E2 on oxidative stress are tissue-dependent. E2 treatment prevents IH-induced vascular dysfunction and may be clinically relevant in the treatment of SAS in postmenopausal women.

Depuis plus de 40 ans, il est connu que les fœtus de mammifères sont sensibles aux conditions métaboliques de la mère durant la gestation. On commence à comprendre aujourd’hui les principes moléculaires de ces observations épidémiologiques. L’épigénétique définit cette nouvelle réalité et semble être la voie par laquelle l’environnement influence l’expression des gènes à plus ou moins long terme. Cette réalité est aussi présente en production laitière où les vaches en plus de montrer une production de lait accrue doivent soutenir le développement d’un fœtus. La forte mobilisation des réserves graisseuses associées à cette condition peut venir modifier la composition du milieu ovarien ainsi qu’utérin, et par le fait même, créer une dysfonction du métabolisme mitochondriale qui provoquera une augmentation du stress oxydatif. Cette modification peut pousser l’ovule ou l’embryon à modifier considérablement sa programmation épigénétique dans le but de s’adapter à ce signe de déficit métabolique. Dans cette étude, nous avons fait subir un stress métabolique à des embryons bovins in vitro afin de valider l’impact d’une telle perturbation sur l’épigénome embryonnaire. Les résultats obtenus ont permis de mettre en évidence une tendance à l’hypométhylation dans les régions télomériques de la majorité des chromosomes ainsi que des modifications sur des gènes reliés au métabolisme énergétique. Il devient donc important d’étudier ces modifications sur le développement et les performances futures de l’embryon et ce afin de mieux comprendre les impacts que certains types de rations ou habitudes de régie peuvent avoir sur le potentiel productif et reproductif des animaux de relève. Ces connaissances nous permettront d’adapter notre régie afin de maximiser le potentiel productif des animaux de l’industrie laitière québécoise et de conserver notre place parmi les leaders mondiaux de ce secteur de production.

L’inflammation chronique associée à l’obésité contribue à la pathogénèse de plusieurs troubles métaboliques dont la résistance à l’insuline. Cette inflammation est associée avec le développement du stress oxydant et est reconnue comme un facteur impliqué dans l’inhibition de la signalisation de l’insuline. Ainsi, le but de ces études était d’évaluer le rôle du stress oxydant dans le développement de la résistance à l’insuline associée à l’inflammation. En particulier, nous avons cherché à évaluer le rôle de l’ion superoxyde et de radicaux lipidiques qui, associés à l’induction de la forme inductible de la NO synthase (iNOS), pourraient jouer un rôle clé dans la promotion de nitration de tyrosine des protéines impliquées dans la signalisation d’insuline, ainsi que dans la promotion des troubles métaboliques associés à l’obésité. Dans la première étude, nous avons démontré que le traitement d’adipocytes avec des cytokines induit l’expression de l'isoforme NADPH oxidase 3 (NOX3) de la famille des NADPH oxydases (NOX) et parallèlement augmente la production de l'ion superoxyde. Ce traitement a aussi augmenté la lipolyse et la phosphorylation de la lipase hormono-sensible. Fait intéressant, l’inhibition de l’activité de NOX avec le Diphenyleneiodonium (DPI), a renversé l’effet des cytokines sur la lipolyse, la production de superoxyde et la phosphorylation de la lipase hormono-sensible. De plus, l’inhibition spécifique de l’expression de NOX3 via l'expression d'un siRNA a eu le même effet que le DPI. Cela indique que NOX3 est la source majeure de production de superoxyde induit par l’inflammation et ainsi régule négativement la lipolyse par l’augmentation de l’activité de la lipase hormono-sensible. Dans la deuxième étude, nous avons identifié un rôle pour NOX3 et l'anion superoxyde dans le mécanisme de nitration de tyrosines sur Akt dans les cellules hépatiques FAO. Aussi, l’expression de NOX3 a augmenté dans les cellules hépatiques primaires traitées avec cytokines en même temps que l’augmentation de 3-nitrotyrosine, une empreinte reconnue de la formation de nitrotyrosine. Nous avons observé qu’une diète riche en lipides a pour effet d’augmenter la nitration sur tyrosine dans les foies de souris ainsi que dans les cellules hépatiques primaires isolées des foies de ces souris. De plus, cette diète a augmenté la nitration de tyrosines sur Akt dans le foie de souris obèses. Finalement, nous avons identifié deux résidus, tyrosine 152 et tyrosine 38, qui sont nitratés sur Akt1, et qui pourraient réguler négativement l’activité d’Akt lorsque nitratés. Dans la troisième étude, nous avons démontré que le captage des radicaux lipides avec le "spin trap" α -(4-Pyridyl-1-oxide)-N-tert-butylnitrone (POBN) dans les souris nourries avec une diète riche en lipides a diminué la masse adipeuse comparativement avec les souris obèse non traitées. Cet effet a été associé à une amélioration de la tolérance au glucose et de la sensibilité à l’insuline, ainsi que d'une diminution de l’inflammation dans la tissu adipeux. En plus, on a remarqué une amélioration de la fonction mitochondriale dans le muscle et le tissu adipeux. Dans le foie, la traitement avec POBN a empêché l’accumulation des lipides et a amélioré le métabolisme de glucose. L'ensemble de nos études démontre le rôle de l'anion superoxyde généré par NOX3 dans le mécanisme de nitration de tyrosine dans le foie et la modification de la fonction métabolique dans les adipocytes. Aussi, nous avons identifié deux tyrosines nitratées sur Akt1 qui pourraient être impliquées dans la régulation de son activité. Enfin, nous avons montré que POBN semble d’avoir un effet préventif sur l’obésité qui est associé avec l’amélioration des plusieurs paramètres métaboliques. / Chronic low-grade inflammation is considered one of the triggers of obesity-associated insulin resistance. Metabolic inflammation goes along with increased oxidative and nitrosative stress, but whether this promotes insulin resistance in obesity remains ill-defined. Thus, the primary objective of this thesis was to study the role of oxidative and nitrosative stress in the development of inflammation mediated insulin resistance and in particular to highlight the role of superoxide anion production, lipid radical generation, and iNOS induction, in mediating tyrosine nitration of insulin signaling proteins and other metabolic dysfunctions associated with obesity. In chapter I, we showed for the first time that treatment of adipocytes with cytokines induced NADPH oxidase-3 (NOX3) expression along with increasing superoxide production. Cytokine treatment also increased lipolysis as indicated by measuring free glycerol release and caused increase in the phosphorylation of hormone sensitive lipase. Interestingly, pharmacological inhibition of NOX activity by Diphenyleneiodonium (DPI) reversed the effect of cytokines on lipolysis and on the phosphorylation of HSL in line with decreasing superoxide production. Specific knockdown of NOX3 gene expression in adipocytes displayed the same effects as those exerted by DPI. These results indicate that NOX3 is the major NOX involved in superoxide production in 3T3L1 adipocytes and a regulator of lipolysis in inflammatory settings. In chapter II, we identified a new role of NOX3 and superoxide production in mediating tyrosine nitration on Akt in FAO hepatic cells. NOX3 expression was increased in primary hepatocytes after cytokine treatment together with an increase in 3-nitrotyrosine. Interestingly, primary hepatocytes isolated from high fat (HF) fed mice displayed more tyrosine nitration when compared to primary hepatocytes isolated from mice on chow diet. Also, we showed for the first time a tendency for high fat feeding to increase tyrosine nitration specifically on Akt. More importantly, two novel tyrosine nitrated sites on Akt1 were identified: tyrosine 152 and tyrosine 38, which seem to play a role in negatively regulating Akt activity when tyrosine nitrated. In chapter III, scavenging lipid radicals by α -(4-Pyridyl-1-oxide)-N-tert-butylnitrone (POBN) reversed the metabolic disorders caused by HF feeding in mice. POBN treated mice exhibited decrease in fat mass when compared to their HF counterparts. This effect was associated with enhanced glucose tolerance and insulin sensitivity. Also, adipose tissue inflammation was alleviated and mitochondrial function was ameliorated, insulin signaling in skeletal muscle was restored and mitochondrial oxidative metabolism was also enhanced. In the liver, POBN treatment prevented fat accumulation and enhanced lipid and glucose metabolism. Together these results highlight the important role of NOX3 generated superoxide in mediating tyrosine nitration in liver and in altering metabolic dysfunction in adipocytes. Also, two important tyrosine nitrated sites on Akt were identified that may possibly be involved in regulating its activity. Finally, the lipid radical scavenger, POBN, displayed anti-obesity effects in HF fed mice and this effect was associated with amelioration of several metabolic parameters.

Parmi la population nord-américaine, les cas de diabète de type 2 et d’obésité ont atteint des niveaux alarmants. Leurs conséquences sur la santé publique, la vie économique et l’avenir des populations sont majeures. Mon projet de maîtrise avait pour but de caractériser les dérèglements métaboliques et vasculaires suscités chez le rat soumis à une alimentation riche en gras saturés et en sucre raffinés, et à examiner les effets d’un antioxydant (tempol). Nos résultats indiquent qu’un traitement avec tempol améliore la sensibilité à l’insuline mesurée lors de clamp euglycémique hyperinsulinémique, réduit le gain de poids, augmente l’expression endothéliale de eNOS (estimée par microscopie confocale) et diminue la quantité de protéines nitrotyrosinées dans l’aorte. Il améliore aussi le transport du glucose dans le muscle squelettique et la réactivité vasculaire in vitro. Ces résultats suggèrent non seulement une association étroite entre la diète, les maladies cardiovasculaires, le stress oxydatif et eNOS, mais démontrent aussi l’efficacité du tempol à améliorer la sensibilité à l’insuline et la fonction endothéliale dans ce modèle animal. / In the Western hemisphere, the incidence of type 2 diabetes and obesity have been growing at an alarming rate. Their consequences on public health, economic situation and population’s future are major. My research project at the Master degree was designed to characterize metabolic and vascular dysfunctions elicited in a rat model fed a high fat and high sucrose diet, and to examine in this animal model the effect of a chronic treatment with the antioxidant, tempol. Our results indicate that treatment with tempol significantly improves insulin sensitivity measured during a euglycemic hyperinsulinemic clamp, reduces weight gain, increases endothelium eNOS protein expression (confocal microscopy) and reduces nitrotyrosine formation in aortas. An improvement in insulin-mediated glucose transport activity in skeletal muscles and in vascular reactivity were also noted. These results not only suggest the presence of a close link between diet, cardiovascular diseases, oxidative stress and eNOS, but also indicate the ability of treatment with tempol to significantly improve insulin sensitivity and endothelial functions in this rat model.

Le foie, en tant qu'organe exerçant un rôle prédominant dans le métabolisme de plusieurs substances, tels le glucose, les médicaments et les xénobiotiques, constitue une cible de prédilection pour le stress oxydant. Les kératines (K), protéines de la famille des filaments intermédiaires (FI) retrouvées dans le tissu epithelial, englobent une vingtaine de protéines du cytosquelette regroupées en type I (K9-23) et type II (Kl-8). Leur expression implique différentes paires type I/type II, corrélant avec l'état de différenciation des cellules épithéliales. Chez les hépatocytes, principales cellules constituant le parenchyme hépatique, ainsi que chez les cellules d'hépatome, les K8/K18 sont les seuls FI retrouvés. La présente étude vise à définir le mécanisme permettant aux cellules de l'hépatome H4IIE-C3 dépourvues de K8/K18 (shK8b) de résister plus efficacement au stress oxydant produit par un surplus de H2O2 que les mêmes cellules possédant les K8/K18 (H4ev). Les résultats montrent que la résistance des shK8b au H2O2 ne provient pas d'une altération dans l'activation de voies signalétiques en réponse au stress oxydant. Par contre, le taux de glucose présent dans le milieu de culture affecte de manière différentielle la survie des H4ev versus shK8b au H2O2. De plus, une augmentation du niveau d'hexokinases en surface des mitochondries des shK8b corrèle avec la résistance de ces cellules au H2O2. Par ailleurs, une perturbation de cette association donne lieu à une augmentation de la sensibilité chez les shK8b se rapprochant du niveau observé chez les H4ev, tout en déclenchant une sortie du cytochrome c issu des mitochondries. Dans l'ensemble, les résultats obtenus suggèrent fortement que la résistance des shK8b au stress oxydant est principalement due à une altération dans l'utilisation du glucose, en lien avec l'association plus importante d'hexokinases aux mitochondries.

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