Tableau d'honneur de la FÉSP / L'obésité et son large spectre de maladies associées ont atteint des proportions pandémiques inquiétantes, soulignant la nécessité d’identifier des stratégies alternatives afin de lutter contre ce problème. À ce titre, les régimes riches en fruits et légumes représentent des déterminants bien établis d'une incidence plus faible de ces désordres métabolique. Grandement soutenus par des évidences épidémiologiques reliant les régimes riches en polyphénols et un meilleur état de santé, des efforts considérables ont été déployés afin d’étudier les bienfaits de ces métabolites secondaires des plantes. Malgré tout, les mécanismes par lesquels ces phytoéléments améliorent la santé métabolique demeurent encore mal compris, ce qui en justifie une étude plus approfondie. D’autre part, de plus en plus d’évidences indiquent que les bactéries intestinales exercent un important contrôle sur des aspects clés du métabolisme, et on comprend aujourd’hui que plusieurs phytoéléments de baies ont une biodisponibilité limitée, atteignant ainsi le colon qui abrite la plus vaste part du microbiote intestinal. Le travail présenté dans cette thèse vise donc à étudier l’impact de phytoéléments de baies sur le syndrome métabolique de souris soumises à une diète obèsogène et d’en comprendre le rôle du microbiote intestinal dans ces effets. En traitant quotidiennement ces animaux avec des extraits riches en polyphénols d'une gamme de baies aux compositions polyphénoliques variées, nous avons montré que les extraits les plus bioactifs (c.- à-d., canneberge, cloudberry, alpine bearberry, lingonberry et camu camu) partagent la capacité de diminuer l'inflammation intestinale, l’entotoxémie métabolique, la stéatose hépatique et la résistance à l'insuline. L'analyse des populations microbiennes fécales par séquençage du gène 16S ARNr a révélé que l'état métabolique amélioré lié à l'administration de ces extraits était associé à un remodelage draconien du microbiote intestinal, marqué par une expansion d'Akkermansia muciniphila. Cette bactérie intestinale est fortement associée à un faible niveau d’adiposité chez l’humain et son administration à des souris obèses a été montrée suffisante pour renverser le syndrome métabolique. Par ailleurs, les résultats présentés dans cette thèse suggèrent que les polymères de polyphénols, à savoir les proanthocyanidines et les ellagitannins, pourraient bien être des iv molécules clés dans les effets bénéfiques observés, ouvrant la voie à plus de recherche en ce sens. L’ingestion régulière de ces polyphénols par la consommation de canneberges, de cloudberry, d'alpine bearberry, de lingonberry et de camu camu représentent donc une stratégie efficace pour la prévention de désordres métaboliques associés à l’obésité. Cet ouvrage ouvre ainsi à de nouveaux concepts mécanistiques, ciblant l’axe intestin-foie et le microbiote intestinal pour expliquer les effets bénéfiques des polyphénols sur la santé métabolique. / Obesity and its wide spectrum of associated diseases have reached worrisome pandemic proportions, underscoring the need for alternative strategies to fight this problem. Plant-rich diets are well-established determinants of a lower incidence of obesity-related diseases, and fruits are important components of these diets. Supported by strong epidemiological evidence linking polyphenol-rich diets and better health status, research has been focused on the potential health effects of these plant secondary metabolites, albeit the mechanisms by which these poorly bioavailable phytonutrients improve metabolic health remains are not yet fully understood. Since there is compelling evidence for a relationship between host metabolic control and the gut microbiota, the work presented in this thesis aimed to investigate the impact of polyphenol-rich berry extracts on features of the metabolic syndrome in diet-induced obese mice. The work presented in this thesis also focuses on the relationship between putative gut microbial alterations driven by dietary polyphenols and its relevance to host metabolism. By daily treating dietinduced obese mice with polyphenol-rich extracts of a wide range of berries (with varied polyphenolic concentration and composition) we demonstrated that the most bioactive extracts (i.e., cranberry, cloudberry, alpine bearberry, lingonberry and camu camu) shared in common the ability to dampen intestinal inflammation and bacterial lipopolysaccharide leakage to systemic circulation, findings associated with reduced hepatic steatosis and improved insulin resistance. 16S rRNA genebased analysis of fecal DNA revealed that the improved metabolic status linked to the administration of these polyphenolic extracts was associated with a drastic gut microbial remodeling, marked by a consistent bloom of Akkermansia muciniphila. This gut bacterium is strongly associated with leanness in humans and its administration to obese mice reversed features of the metabolic syndrome. The findings presented in this thesis suggest that polymers of polyphenols, namely proanthocyanidins and ellagitannins, may have a superior impact on the gut-liver homeostasis, supporting further research on these particular classes of phenolic phytonutrients. While bringing evidence that substantiate the regular consumption of sources of proanthocyanidins and ellagitannins as a strategy to prevent prevalent chronic diseases associated with obesity, this work provides novel mechanistic insights pointing to the gut-liver axis and the gut microbiota as primary targets of dietary polyphenols in order to improve metabolic health.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

L'hypertrophie ventriculaire gauche (HVG) est un remodelage prédicteur du développement d'une insuffisance cardiaque et de la mortalité cardiovasculaire. L'hypertension artérielle est une cause majeure de l'HVG, puisque 30% des patients hypertendus développent une HVG. Un dépistage biologique précoce de l'HVG post hypertensive permettrait d'optimiser la prise en charge des patients et d'empêcher que l'HVG évolue vers l'insuffisance cardiaque. L'utilisation de biomarqueurs est un outil rapide, efficace et peu couteux pour le diagnostic de nombreuses pathologies. Dans la pratique clinique il n'existe pas de biomarqueurs pour identifier les patients hypertendus avec HVG de ceux sans ce remodelage. Le premier objectif de notre étude a été d'identifier des biomarqueurs plasmatiques de l'HVG post hypertensive. Une analyse métabolomique obtenue par spectroscopie de résonance magnétique nucléaire du proton (H1) a été effectuée sur les échantillons de plasma de 48 patients hypertendus avec HVG, 48 hypertendus sans HVG et 24 témoins. A l'aide d'outils bio-informatiques et d'analyses statistiques adaptées, nous avons mis en évidence la présence d'un ratio des groupements chimiques méthylène/ méthyle (-CH2-/-CH3) des chaines aliphatiques des lipides plasmatiques augmenté chez les patients hypertendus avec HVG (p<0.001). Ce ratio détecte la présence d'une HVG chez les patients hypertendus avec une sensitivité de 52.08% et une spécificité de 85.42%. Nous proposons que le ratio -CH2-/-CH3 des chaines aliphatiques lipidiques présent dans plasma représente un biomarqueur diagnostique de l'HVG dans l'hypertension artérielle. L'incidence de l'HVG est aussi augmentée chez les patients qui souffrent du syndrome métabolique (MetS). Le MetS est défini par la présence d'une obésité abdominale plus deux facteurs parmi la dyslipidémie, l'insulino-résistance et l'hypertension artérielle. Ces facteurs synergisent et sont les responsables de l'instauration d'une HVG et d'une progression vers l'insuffisance cardiaque. Des données publiées montrent que les patients MetS ont un taux réduit de l'insulin-like growth factor binding protein 2 (IGFBP2). L'IGFBP2 a un rôle potentiel dans le diabète et dans le métabolisme, mais il n'existe pas d'étude sur son rôle dans les pathologies cardiaques causées par une dérégulation métabolique. Le premier objectif de notre étude sur l'IGFBP2 a été de mesurer le taux plasmatique d'IGFBP2 et le taux d'expression cardiaque de l'ARN messager d'IGFBP2 dans une cohorte de patients avec et sans MetS. Nous avons montré que le taux plasmatique ainsi que le taux d'ARN messager cardiaque d'IGFBP2 sont diminués chez les patients avec le Mets comparé à des témoins. Puis, nous avons mesuré le tôt cardiaque d'ARN messager de l'IGFBP2 dans un model murin de MetS. Pour générer ce modèle, nous avons nourri des souris C57BL/6J avec du régime gras à 60% pendant 15 semaines. Le taux d'expression cardiaque de l'ARN messager de l'IGFBP2 est réduit chez les souris avec Mets, en accord avec les résultats obtenu chez l'homme. Enfin, nous avons testé si la thérapie génique utilisant un virus adeno-associé qui exprime l'IGFBP2 humaine (AAV9-hIGFBP2) pouvait restaurer un niveau normal d'IGFBP2 et interférer avec l'HVG causé par le MetS chez ces souris. Nos résultats montrent que l'injection de l'AAV9-hIGFBP2 rétabli durablement le niveau cardiaque d'IGFBP2 chez la souris avec MetS et qu'IGFBP2 prévient l'épaississement des parois du ventricule gauche, l'hypertrophie et la dysfonction cardiaque. Nos résultats suggèrent qu'IGFBP2 est une nouvelle cible thérapeutique potentielle de l'HVG. / Left ventricular hypertrophy (LVH) is a strong predictor of future heart failure and cardiovascular mortality. Arterial hypertension is considered as the main causative agent for LVH as 30% of hypertensive patients develop LVH. These patients have an increased risk for cardiovascular complications and heart failure. Early diagnosis of LVH and prompt treatment are crucial to reduce LVH and stop its progression towards heart failure. Biomarkers could represent a rapid, effective and low-cost tool to discriminate hypertensive patients with LVH from those with normal LV size. Therefore, we aimed to identify plasma metabolomics biomarkers by 1H NMR to provide novel diagnostic tools for rapid detection of LVH in populations of hypertensive individuals. We realized a cross-sectional study including 48 hypertensive patients with LVH matched with 48 hypertensive patients with normal LV size, and 24 healthy controls. Two-dimensional targeted M-mode echocardiography was performed to measure left ventricular mass index. Partial least squares discriminant analysis was used for the multivariate analysis of the 1H NMR spectral data. From the 1H NMR analysis, we found that the methylene/methyl (-CH2-/-CH3) ratio of aliphatic chain from plasma lipids was significantly increased (p<0.001) in hypertensive patients with LVH compared to hypertensive patients without LVH and to control. Receiver operating characteristic curve showed that a cutoff value of 2.34 provided a 52.08% sensitivity and 85.42% specificity for discriminating LVH (AUC=0.703, p-value<0.001). We propose the -CH2/-CH3 ratio from plasma aliphatic lipid chains as a biomarker for the diagnosis of LVH in arterial hypertension. LVH incidence is also increased in patients with metabolic syndrome (MetS). MetS is defined by central obesity plus any two medical conditions such as dyslipidemia, insulin resistance, and hypertension. These factors synergize to cause LV dysfunction and HF. Published data have shown that MetS patients have low plasma insulin-like growth factor binding protein 2 (IGFBP2). IGFBP2 was shown to play a role in diabetes and metabolism, but studies investigating its role in cardiac diseases are lacking. We first aimed to investigate plasma IGFBP2 levels and cardiac IGFBP2 mRNA levels in MetS patients. Both plasma levels and heart expression levels of IGFBP2 were decreased in patients with MetS compared to control patients. Further, in a C57BL/6J mouse model of 60% high fat diet-induced MetS, we measured cardiac mRNA IGFBP2 levels. According to the observed data in human, mice with MetS showed a decreased cardiac IGFBP2 mRNA level. Finally, we investigated whether a gene therapy strategy using adeno-associated virus 9 carrying human IGFBP2 coding sequence (AAV9-hIGFBP2) could prevent from MetS associated left ventricular hypertrophy. Our data showed that AAV9-hIGFBP2 injection restored durably cardiac IGFBP2 levels in mouse heart and prevented from left ventricle wall thickening, hypertrophy and dysfunction. These clinical and animal data suggest that IGFBP2 is a potential new cardiac therapeutic target in MetS.

Cartilage est un tissu unique, caractérisé par la matrice extracellulaire abondante et un seul type de cellule, le chondrocytes. Les modifications du phénotype chondrocytes, tels que la prolifération et de l'hypertrophie, sont des événements physiologiques survenant au cours du développement squelettique et cartilage articulaire adulte. Dans la plaque de croissance, la division active et l'expansion des chondrocytes est le mécanisme principal lors du processus de l’ossification endochondrale. Les chondrocytes jouent un rôle essentiel dans ce processus. Le comportement et les caractéristiques cellulaires des chondrocytes de la plaque de croissance sont régulées à tous les stades de l'ossification endochondrale par un réseau complexe d'interactions entre les hormones circulantes, les facteurs de croissance produits localement et la matrice extracellulaire sécrétée par les chondrocytes. Dans le cartilage articulaire, les chondrocytes forment des régions morphologiquement distinctes et maintiennent l'équilibre entre production et dégradation des composants de la matrice extracellulaire. Cependant, l'altération pathologique du phénotype des chondrocytes pourrait entraîner de nombreuses maladies squelettiques et articulaires humaines, y compris les chondrodysplasies et l'arthrose. Dans ce contexte, mon projet de doctorat a été conçu pour étudier I) les modifications des phénotypes chondrocytaires déclenchés par les déterminants génétiques et le stress métabolique et par conséquent II) la participation des deux conditions pathologiques au développement de la maladie et/ou à la progression / Cartilage is a unique tissue characterized by abundant extracellular matrix and a single cell type, the chondrocyte. Modifications of chondrocyte phenotype, such as proliferation and hypertrophy, are physiological events occuring during skeletal development and in adult articular cartilage. In growth plate cartilage, the active division and expansion of chondrocytes is the primary mechanism during the process of endochondral bone formation. Chondrocytes play a central role in this process, through a combination of proliferation, extracellular matrix secretion and hypertrophy. The behaviour and cellular features of growth plate chondrocytes are regulated at all stages of endochondral ossification by a complex network of interactions between circulating hormones, locally produced growth factors and the extracellular matrix secreted by the chondrocytes. In articular cartilage, the chondrocytes form morphologically distinct regions, including a superficial region of flattened cells, a sparsely populated middle layer, and a deep zone of hypertrophic chondrocytes. In mature articular cartilage, these chondrocytes maintain the balance of production and degradation of extracellular matrix components. However, pathological alteration of chondrocyte phenotype could lead to numerous human skeletal and articular diseases, including chondrodysplasias and osteoarthritis. In this context, my PhD project was designed to study I) the modifications of chondrocyte phenotypes triggered by genetic determinants and metabolic stress and consequently II) the participation of both pathologic conditions to disease development and/or progression

L’obésité, le diabète de type 2 et l’athérosclérose sont les principaux problèmes de santé publique affectant les pays développés. Bien que de nombreux traitements soient disponibles contre ces maladies, de nombreux progrès sont encore nécessaire pour le développement de composés plus actif et plus sûr. Mon laboratoire a montré que l’activation du récepteur aux acides biliaires TGR5 par ses ligands entrainait une augmentation de la dépense énergétique et réduisait le niveau des cytokines chez la souris, ce qui pourrait être une nouvelle voie vers le traitement de ces désordres métaboliques. Nous décrivons ici le développement d’un nouvel agoniste synthétique, spécifique et puissant pour TGR5. A partir d’une librairie de 20.000 composés, les composés 50980906, 13008574 et 37525283 ont été caractérisés comme les plus puissants et stables. Le composé 13008574 a montré une réduction significative sur la prise de poids de souris C57BL/6J après un régime alimentaire riche en graisses. Suite à l’activation de TGR5, nous avons observés une augmentation du niveau d'expression des gènes Ucp-1, Dio-2 et Cpt-1 dans le tissu adipeux brun et une augmentation de la clairance du glucose suite à une augmentation de la sécrétion de GLP-1 chez les souris traitées par le composé 13008574. Nous avons également montrés que le composé 13008574 n’a pas d’effet sur les souris TGR5-/- témoignant de sa spécificité. Enfin nous avons par ailleurs confirmé l'effet du composé 13008574 comme agent anti-inflammatoire, avec un effet protecteur face au développement de l'athérosclérose. Notre travail montre ainsi que le développement d’agonistes pour TGR5, puissant et sûr, est possible pour traiter le syndrome métabolique. / Obesity, type 2 diabetes and atherosclerosis, are amongst the main driving factors of a public health crisis that impacts developed countries. Although several drugs are available, there is still a large unmet medical need to find better and safer compounds to treat these diseases. In this context, my host laboratory discovered that activation of the membrane bile acid receptor TGR5 induces energy expenditure and reduces inflammation in mice, which would be beneficial to manage the above–mentioned disorders. INT-777, a semi-synthetic bile acid, is until now, one of the most specific TGR5 ligands. Here, we report the identification of a new synthetic, selective and potent TGR5 agonist. From a screen of 20,000 compounds as potential TGR5 activators, the compounds 50980906, 13008574 and 37525283 were the most potent and stable. In particular, 13008574 induced a significant reduction of body weight gain when C57BL/6J mice were exposed to a high fat diet, paralleled by an increase in the expression levels of Ucp-1, Dio-2 and Cpt-1 in brown adipose tissue. In addition, mice treated with 13008574 displayed improved glucose clearance, consequent to increased GLP-1 secretion. We showed furthermore that the effects of 13008574 were lost in TGR5-/- mice, testifying the specificity of the compound. In addition, 13008574 acts as an anti-inflammatory agent, with a protective effect on atherosclerosis development in LDLr-/- mice treated with a high cholesterol diet. Our work hence shows that potent, selective, and safe TGR5 agonists can be developed to cure the metabolic syndrome.

Contexte: Il n’y a pas de consensus concernant la meilleure activité physique pour réduire le risque cardio-vasculaire (RCV) résultant de l'accumulation du tissu adipeux viscéral dans le syndrome métabolique (SMet). Objectif: analyser les effets de l'activité physique sur le tissu adipeux viscéral et sur le RCV chez des patients SMet. Méthodes: 100 adultes, 50-70 ans, ont été randomisés en trois groupes d’activité physique: mixte (endurance et résistance) résistance modérée + endurance modérée (re), Résistance intense + endurance modérée (Re), résistance modérée + Endurance intense (rE). Une cure de trois semaines (J0 à J20), en institution, a précédé un suivi à domicile d’une année (M12). Nous avons suivi le tissu adipeux viscéral et la composition corporelle par DXA, les paramètres du SMet, les performances en force et en endurance, et le RCV en utilisant le score de Framingham et l’épaisseur intima-média carotidienne. L’observance a été évaluée entre D20 et M12. Résultats: 78 participants (78%) ont terminé l'étude. À J20, la perte de graisse viscérale était la plus élevée pour Re (-18%, p<.0001) et plus élevée pour rE que re (-12% vs 7%, p<.0001). De même, à partir de M3, la graisse viscérale a plus pour Re et rE (p<.05) pour atteindre à M12 une perte de graisse viscérale de -21,5% (Re) et -21,1% (rE) > -13,0% (re) (p<.001). Le RCV, le SMet et les performances physiques ont été améliorées dans tous les groupes. Les principales améliorations ont été obtenues durant la cure et ont ensuite évolué en fonction de l’observance. Particulièrement entre M6 et M12, les non-observants dégradent leurs améliorations alors que les observants restent stables. La perte de tissu adipeux viscéral est corrélée aux améliorations des paramètres du SM. Conclusions: Les 3 modalités d'activité physique induisent une perte de graisse viscérale et améliorent le RCV et le SMet, mais une haute intensité en résistance entraîne une amélioration plus rapide. Une cure avec un encadrement quotidien est indispensable pour aider les patients à atteindre leurs objectifs. L’observance semble être le principal défi dans le succès du traitement du SM. / Background: Opinions differ over the type of physical activity that best limits the cardiovascular risk (CVR) resulting from visceral fat accumulation in the metabolic syndrome (MetS). Aim: To analyze the effects of physical activity on visceral fat and cardiovascular risk (CVR) in patients suffering from MetS. Methods: 100 adults, aged 50-70y, were randomized to three training groups: moderate endurance and resistance (re), dominant resistance (Re), or dominant endurance (rE). A 1-year at-home follow-up (M12) began with a 3-week residential program (Day 0 to Day 20). We measured the change in central fat and body composition by DXA, MetS parameters, fitness and CVR using the Framingham score and carotid-intima-media-thickness. Compliance was assessed between D20 and M12. Results: 78 participants (78%) completed the study. At D20, central fat loss was highest in Re (-18%, p<.0001) and higher in rE than re (-12% vs. -7%, p<.0001). Likewise, from M3, visceral fat decreased more in Re and rE than in re (p<.05) to reach at M12 a central fat loss of -21.5% (Re) and -21.1% (rE) > -13.0% (re) (p<.001). CVR, MetS parameters and fitness improved in all groups. The main improvements were obtained during the residential program and evolved thereafter depending on compliance. Non-compliers had higher values in most outcomes between M6 and M12 whereas compliers maintained improvement. Central fat loss correlated with changes in MetS parameters. Conclusions: The 3 modalities of physical activity induced central fat loss and improvements in CVR and MetS, but high-intensity-resistance resulted in a faster improvement. A residential program with daily coaching is essential to help patients achieve their aims. Compliance appears to be the main challenge in successful Mets treatment.

L’acide trans-palmitoléique (C16:1 n-7 trans, TPA) est considéré comme un marqueur de la consommation de produits laitiers. D’une part, la consommation de produits laitiers est associée à un moindre risque de syndrome métabolique. D’autre part, de forts taux circulants de TPA sont épidémiologiquement associés à un moindre risque de diabète de type 2. Les bénéfices de la consommation de produits laitiers peuvent-ils en partie être expliqués par le TPA ? À ce jour cependant, aucune étude de supplémentation en TPA n’existe pour confirmer ces associations, et les doutes sur l’origine formelle du TPA ne sont pas levés. Dans ce travail, nous montrons (1) que le TPA provient de la rétro-conversion endogène de l’acide trans vaccénique (C18:1 n-7 trans, TVA) alimentaire chez l’Homme, (2) que le TPA et le TVA sont apportés exclusivement par la matière grasse de ruminants (lait et viande de ruminants) en France, (3) la possibilité d’obtenir du TPA pur en quantités suffisantes pour mener des études nutritionnelles et (4) que la supplémentation en TPA pur chez la souris dans un contexte de mise en place de syndrome métabolique empêche la mise en place de certaines dysfonctions métaboliques. Dans l’ensemble, ces résultats montrent que le TPA, acide gras spécifique de la matière grasse laitière, peut expliquer en partie l’association épidémiologique entre consommation élevée de produits laitiers et moindre risque de syndrome métabolique. / Trans-palmitoleic acid (trans-C16:1 n-7, TPA) is usually considered as a biomarker of dairy fat consumption. On the one hand, dairy product consumption is associated with lower risk of metabolic syndrome. On the other hand, high circulating levels of TPA in humans are epidemiologically associated with lower risk of type 2 diabetes. Could benefits of dairy products consumption rely in part on TPA? So far, there is no nutritional study involving TPA to confirm such observational associations, and doubts remain as regards to the formal origin of TPA. In this work, we demonstrate (1) that TPA arises from the endogenous retro-conversion of dietary trans-vaccenic acid (trans-C18:1 n-7, TVA) in humans, (2) that both TPA and TVA intakes are exclusively ensured by ruminant products (milk and meat) consumption, (3) the ability to get pure TPA in enough amounts to carry out reliable nutritional studies and (4) that pure TPA supplementation on mice fed an obesogenic diet prevents from several metabolic dysfunctions. Taken together, our results demonstrate that the dairy fatty acid TPA may explain part of the epidemiological association between high consumption of dairy products and lower risk of metabolic syndrome.

Le vieillissement musculaire (sarcopénie) conduit inéluctablement à une perte d'autonomie, et à une moindre capacité à lutter contre les agressions métaboliques. Or, les mécanismes mis en jeu sont complexes et restent mal connus. Ainsi, au cours de cette thèse, une étude protéomique comparative a été développée afin d'identifier de nouveaux biomarqueurs potentiels de la sarcopénie chez la femme âgée post-ménopausée, et 73 protéines exprimées différentiellement dans le muscle âga ont été identifiées. En plus des altérations du muscle squelettique, l'âge est connu comme étant un facteur favorisant l'apparition du syndrome métabolique (SM), facteur de risque pour les maladies cardiovasculaires et le diabète de type II. Cependant, les effets du SM sur le muscle squelettique des personnes âgées sont peu décrits dans la littérature. Des marquages immunohistologiques ont été réalisés à partir de biopsies du muscle vastus lateralis provenant de personnes jeunes (25 ans) et âgées avec ou sans SM (75 ans), afin de décrire les altérations structurales et fonctionnelles du muscle squelettique liées à l'âge et au MS. Les résultats montrent une atrophie des fibres de type II ayant une déformation accrue lors du vieillissement. Chez les personnes âgées atteintes de SM, l'aire des fibres est augmentée par rapport aux personnes âgées contrôles, et une forte diminution de l'activité cytochrome c oxydase a été observée. De plus, le vieillissement et plus particulièrement le SM sont associés à une forte accumulation de lipides intramusculaires. Enfin, alors que peu de différences ont été observées chez les personnes âgées contrôles, le contenu en capillaire est fortement altéré chez les individus atteints de SM. Par la suite, une étude protéomique comparative a permis d'identifier 42 biomarqueurs potentiellement impliqués dans le vieillissement musculaire et/ou dans le syndrome métabolique. L'ensemble des résultats obtenus au cours de cette thèse devrait permettre d'améliorer notre compréhension des facteurs impliqués dans le développement de la sarcopénie, et pourrait permettre d'identifier à la fois de nouvelles voies de régulation et suggérer des cibles thérapeutiques potentielles. / Muscle aging (sarcopenia) contributes to both loss of autonomy and decreased capacity to prevent metabolic aggressions, but the mechanisms involved are complex and remain unclear. Therefore in this thesis, we have undertaken a top-down differential proteomic approach to reveal novel potential biomarkers of sarcopenia, and 73 differentially expressed proteins were identified. In addition to alterations of skeletal muscle, aging favors metabolic syndrome (MS), a risk factor for cardiovascular disease and type II diabetes. However, the effects of MS on skeletal muscle in old individuals have poorly been investigated. Immunohistochemical studies were performed with vastus lateralis muscle biopsies from young (25 years) and old (75 years) men with and without MS, to reveal the importance of age-dependent and MS-associated modifications on fiber-type characteristics. An atrophy of type-II fibers and altered fiber shape characterized muscle aging in lean healthy men. In contrast, increased cross sectional area of fibers, and reduced cytochrome c oxidase activity in all fiber types characterized MS, even in active elderly men. Moreover, aging and particularly MS were associated with accumulation of intramyocellular lipid droplets. Finally, while few differences were observed in lean healthy men, the capillary supply was strongly altered in old men with MS. Thereafter, a differential proteomic approach identified 42 potential biomarkers implicated in muscle aging and/or in metabolic syndrome. Overall the results obtained in this thesis may improve our understanding of the factors influencing sarcopenia, and may both identify new regulatory pathways and provide potential therapeutical targets.

L’obésité est un état physiopathologique d’origine multifactorielle caractérisé par une accumulation excessive de tissu adipeux (TA). Elle est associée à une augmentation du risque de développer une insulino-résistance (IR), un syndrome métabolique et, à terme, un diabète de type 2. L’altération des fonctions du TA au cours de l’obésité joue un rôle central dans l’apparition des troubles métaboliques, tels qu’une accumulation ectopique de graisse et une IR périphérique, notamment dans le muscle. Dans ce contexte, la qualité des apports énergétiques et plus précisément en lipides pourrait jouer un rôle important dans l’adaptation des tissus au cours de l’obésité. Ainsi le palmitate (PAL), un acide gras saturé (AGS) est pro-lipogénique, pro-inflammatoire et lipotoxique, ce qui favorise l’apparition d’une IR. Les acides gras polyinsaturés oméga-3 (3) auraient des effets antagonistes au PAL et donc potentiellement protecteurs vis-à-vis des perturbations métaboliques associées à l’obésité. Parmi les 3, les effets spécifiques des trois principaux acides gras alimentaires, les acides alpha-linolénique (ALA), éicosapentaénoïque (EPA) et docosahexaénoïque (DHA), ont été très peu décrits.L’objectif principal de ce travail de thèse a été d’étudier les effets propres de l’ALA, de l’EPA et du DHA sur les altérations métaboliques induites en situation d’obésité. Des explorations mécanistiques ont été réalisées sur les cellules musculaires C2C12 dans lesquelles l’IR a été induite par le PAL et sur des adipocytes 3T3-L1 pour étudier l’impact des AGPI 3 sur la différenciation adipocytaire. Les effets des AGPI 3 ont ensuite été étudiés in vivo, en supplémentant des souris C57BL/6 sauvages ou déficientes en leptine (ob/ob) lors de la consommation d’un régime obésogène riche en lipides et en sucrose (mimant un régime occidental).Dans les cellules musculaires C2C12, les trois 3 co-incubés avec le PAL ont induit de façon comparable une diminution du contenu en composés lipotoxiques et une amélioration de la captation du glucose, mais seuls l’EPA et le DHA ont restauré la -oxydation du PAL et l’activation de la voie de signalisation de l’insuline. De plus, l’EPA et le DHA ont eu un effet protecteur supérieur à l’ALA vis-à-vis de l’inflammation induite par le PAL. Dans le modèle in vivo, seul la supplémentation en EPA a amélioré l’homéostasie du glucose en comparaison avec les supplémentations en ALA et en DHA. Alors que l’EPA a réduit la prise de masse grasse, le DHA a induit une hypertrophie des cellules adipeuses associée à une augmentation de la sécrétion de leptine et une baisse de la sécrétion d’adiponectine. Dans un modèle d’adipocytes 3T3-L1 en culture, le DHA a accéléré la différenciation des préadipocytes en comparaison avec l’ALA et l’EPA, pouvant expliquer son effet hypertrophique in vivo.En conclusion et dans nos conditions expérimentales, les 3 ALA, EPA et DHA ont bien des effets communs sur le métabolisme lipidique et glucidique in vitro mais également des effets propres qui ont permis de montrer qu’une supplémentation nutritionnelle en EPA serait plus intéressante pour limiter l’IR in vivo par rapport au DHA ou à l’ALA. Le DHA a quant à lui favorisé l’hypertrophie du TA, perturbant ainsi la sécrétion des adipokines participant à la régulation de la sensibilité à l’insuline des tissus périphériques, comme le muscle squelettique. / Obesity is characterized by an excess of adipose tissue (AT) mass and may be caused by multiple factors. It is associated with an increased risk of the development of insulin-resistance (IR) and metabolic syndrome, leading to type 2 diabetes. The impairment of lipid storage in the AT play a central role in obesity-associated disorders, as it leads to ectopic lipid accumulation and peripheral IR notably in muscles. In this context, the quality of dietary lipids may play a role in the regulation of AT and muscle metabolisms. In fact, palmitic acid (PAL), a saturated fatty acid (SFA) induces lipogenesis, inflammation and lipotoxicity favoring IR in many tissues. On the contrary, omega-3 polyunsaturated fatty acids (3) have protective effect against obesity-associated disorders. Among them, linolenic (ALA), eicosapentaenoic (EPA) and docosahexaenoic (DHA) specific effects remained partially described.This work aimed at exploring the specific effects of 3 on metabolic disorders and the development of obesity. Mechanisms were studied in C2C12 muscle cells during PAL-induced IR and in 3T3-L1 adipocytes to determine the impact of 3 on adipocyte differentiation. In vivo, the effects of 3 were investigated by supplementating C57BL/6 wild-type or leptin-deficient (ob/ob) mice with ALA, EPA or DHA during a high fat / high sucrose diet (mimicking a western diet).In C2C12 muscle cells, co-incubation of 3 with PAL induced a similar decrease in the content of lipotoxic compound and improved glucose uptake, whereas only EPA and DHA restored -oxidation and insulin signaling activation. Furthermore, EPA and DHA were more potent to reduce PAL-induced inflammation compared to ALA. In mice, only EPA improved whole body glucose homeostasis compared to ALA and DHA. While EPA reduced body fat gain, DHA induced hypertrophy in AT, increased leptin secretion and decreased those of adiponectine. In cultured 3T3-L1 adipocytes, preadipocyte differentiation was also induced by DHA compared to ALA and EPA and might explain the hypertrophy observed in mice.In conclusion and in our experimental conditions, ALA, EPA and DHA have common effects on in vitro lipid and glucose metabolism but also specific effects, demonstrating that EPA would be more interesting to limit IR in vivo compared to DHA or ALA. DHA favored hypertrophy of AT and disturbance of adipokine secretion involved in peripheral regulation of insulin sensitivity, notably in muscle.

La prévention nutritionnelle du syndrome métabolique dont l'incidence ne cesse d'augmenter dans les pays industrialisés, entraînant des risques accrus de diabètes et de maladies cardiovasculaires, apparaît comme un enjeu important de Santé publique. La découverte récente des relations étroites entre l'insulinorésistance, signe majeur du syndrome métabolique et le stress oxydant, nous a conduit à considérer les nutriments, à la fois antioxydants et potentiellement insulino-sensibilisateurs, comme des facteurs nutritionnels de choix dans la stratégie de prévention du syndrome métabolique. Trois microconstituants de notre alimentation ont été étudiés: les polyphénols de la cannelle et du thé vert, le chrome III, oligoélément essentiel. Sur un modèle animal de syndrome métabolique, le rat fructose, les extraits de thé vert, riches en épigallocatéchine gallate EGCG, non seulement exercent une protection antioxydante sur les principales cibles impliquées dans les complications oxydatives du diabète (lipides, protéines et acides nucléiques) mais, sont également de puissants modulateurs des métabolismes glucidiques et lipidiques. Les extraits de thé vert activent la cascade de signalisation de l'insuline et modifient l'expression des gènes impliqués dans son métabolisme, et en particulier augmente l'expression des Glut-4 ce qui pourrait expliquer l'amélioration de la glycémie sur notre modèle de syndrome métabolique. Chez l'homme comme chez l'animal, les régimes comportant des extraits aqueux de cannelle, exercent une protection antioxydante, et une corrélation avec la régulation de la glycémie a été trouvée. En ce qui concerne le chrome III, nous apportons, sur cultures cellulaires, les preuves de son absence de génotoxicité à des doses très supérieures à celles utilisées dans les supplémentations chez l'homme, ainsi que des données nouvelles sur son mécanisme d'action antioxydant, impliquant un mécanisme moléculaire d'induction de l'expression de gènes modulant la défense antioxydante et la réparation de l'ADN. Ces premiers résultats sont expérimentaux. Ils démontrent la pertinence d'une association de nutriments antioxydants et insulino potentialisateurs dans la prévention du syndrome métabolique. Cependant, les nombreuses limites dues aux conditions expérimentales imposent de poursuivre ce travail par des études d'intervention chez l'homme, associant dans une supplémentation combinée, extraits de thé vert, extraits aqueux de cannelle et histidinate de chrome.