L'obésité est une maladie chronique complexe qui augmente le risque de complications cardio-métaboliques. Parmi les altérations qui lui sont associées, on retrouve la détérioration du profil lipidique-lipoprotéique, la résistance à l'insuline, le syndrome métabolique et les maladies cardiovasculaires. Au cœur de l'obésité se trouve le tissu adipeux, un organe de stockage et de mobilisation des lipides également doté d'une fonction sécrétoire. L'adiposopathie, caractérisée entre autres par une dysfonction sécrétoire du tissu adipeux, est couramment observée dans l'obésité. Le rapport plasmatique de deux hormones sécrétées par le tissu adipeux , l'adiponectine et la leptine, est souvent utilisé afin d'évaluer la fonction sécrétoire de cet organ. Un rapport faible entre ces deux adipokines, ou adiposopathie sécrétoire, s'ajoute à d'autres marqueurs de dysfonctions du TA, comme l'hypertrophie adipocytaire et l'infiltration macrophagique. Dans cette optique, la contribution du rapport adiponectine/leptine au niveau du profil cardio-métabolique et, plus précisément, l'homéostasie du glucose, a été comparée à celle de l'hypertrophie d'adipocytes sous-cutanés abdominaux et omentaux et de l'infiltration macrophagique, chez des femmes d'âge et d'adiposité variables. Les relations entre le rapport plasmatique adiponectine/leptine et le métabolisme des lipides ainsi que l'expression de gènes impliqués dans ce dernier ainsi que le développement du tissu adipeux ont été examinées au niveau des deux dépôts adipeux, chez ce même groupe de femmes. La combinaison d'un faible rapport adiponectine/leptine et de l'hypertrophie adipocytaire était observée chez les patientes ayant les niveaux les plus élevés de résistance à l'insuline. Par ailleurs, un faible rapport adiponectine/leptine était également associé à une réponse lipolytique plus importante, tant au niveau des adipocytes sous-cutanés abdominaux qu'omentaux. Ainsi, le rapport adiponectine/leptine est un marqueur important des dysfonctions du tissu adipeux et du risque cardio-métabolique associé, chez des femmes d'âge et d'adiposité variable. / Obesity is a complex chronic disease which increases the risk of cardiometabolic complications. Alterations associated with this disease include the deterioration of the lipid-lipoprotein profile, insulin resistance, metabolic syndrome, and cardiovascular disease. At the heart of obesity is the adipose tissue, a lipid storing and mobilizing organ to which is also attributed a secretory function. Adiposopathy characterized by a secretory dysfunction of adipose tissue is commonly observed in obesity. The plasma ratio of two hormones secreted by the adipose tissue, adiponectin/leptin, is often used as a marker of the secretory health of this organ. Beyond a low ratio between these two adipokines, other adipose tissue dysfunctions such as adipocyte hypertrophy and macrophage infiltration exist. In the context of obesity, the relationships between the plasma adiponectin/leptin ratio and the cardiometabolic profile, and more specifically glucose-insulin homeostasis, was compared to that of hypertrophy of subcutaneous abdominal and omental adipose cells and macrophage infiltration in women of variable age and adiposity. In addition, the association between the plasma adiponectin/leptin ratio and gene expression involved in lipid metabolism and adipose tissue development was examined in the two fat depots, in this same group of women. The combination of a low adiponectin/leptin ratio and adipocyte hypertrophy was observed in patients with the highest levels of insulin resistance. Moreover, a low adiponectin/leptin ratio was associated with a greater lipolytic response, both in subcutaneous abdominal and omental adipocytes. Thus, the adiponectin/leptin ratio is an important marker of adipose tissue dysfunctions and its increased cardiometabolic risk in women of varying age and adiposity.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / Le tissu adipeux brun (TAB) est un organe responsable de la thermogenèse ne reposant pas sur le frissonnement et il est activé lors de l'exposition au froid afin de prévenir la diminution de la température corporelle. Son activation chronique entraîne une augmentation importante de son volume associée à une hausse de la dépense énergétique. Cette augmentation de la dépense énergétique pourrait mener à un rétablissement de la balance énergétique déséquilibrée, principale raison derrière le développement de l'obésité et le diabète de type 2. Afin de promouvoir la dépense énergétique du TAB, il est avant tout nécessaire de comprendre comment il se développe et fonctionne. La protéine mechanistic targ et of rapamycin (mTOR), une kinase qui s'associe à d'autres protéines pour former les complexes protéiques mTORC1 et mTORC2, s'est révélée être essentielle dans le développement et le fonctionnement du TAB. En parallèle, le rôle de DEP domain-containing mTOR-interacting protein (DEPTOR), un des composants de mTORC1 et 2, dans la modulation de l'activité des deux complexes a été décrit dans de nombreux contextes. Cependant, son action au sein du TAB n'a pas encore été établie. Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse ont démontré que l'expression de DEPTOR dans l'organisme murin est parmi les plus élevées au sein du TAB et qu'elle est induite lors de l'exposition au froid. In vitro, l'expression de DEPTOR augmente lors de la différenciation des préadipocytes bruns en adipocytes bruns matures. La délétion de Deptor dans des préadipocytes bruns in vitro perturbe fortement l'adipogenèse et la capacité thermogénique. Son rôle in vivo a également été étudié dans des modèles murins ayant subi une délétion de Deptor de manière constitutive ou induite afin de déterminer son importance dans le développement et le fonctionnement du TAB, respectivement. Les résultats obtenus à partir de ces modèles ont démontré que bien que DEPTOR soit essentielle dans l'adipogenèse brune in vitro, elle reste dispensable pour le développement et l'activation du TAB et donc plus globalement pour la thermogenèse ne reposant pas sur le frissonnement. / Brown adipose tissue (BAT) is an organ responsible for non-shivering thermogenesis and is activated in response to cold to prevent the decrease of body temperature. This chronic activation induces a strong increase of the BAT volume and energy expenditure. This increase is of great interest since it could be used to restore the energy balance, whose imbalance leads to the development of obesity and type 2 diabetes. In order to promote BAT energy expenditure, it is necessary to understand the mechanisms behind its development and function. Studies on this topic show the importance of the mechanistic target of rapamycin (mTOR) protein, a kinase associated with other proteins to form the complexes mTORC1 and mTORC2, in the development and function of the BAT. Furthermore, the role of DEP domain-containing mTOR-interacting protein (DEPTOR), which is part of mTORC1 and 2, in the modulation of the activity of both of these complexes was described in several models. However, its action in the BAT has yet to be characterized. This thesis revealed that DEPTOR expression within the mouse is among the highest in the BAT and that it is induced following the exposition to cold. In vitro, DEPTOR expression increases in brown preadipocytes differentiating into mature brown adipocytes. DEPTOR knockdown in vitro greatly disturbs adipogenesis and thermogenic capacity in differentiating brown preadipocytes. Its role in vivo was also studied in mouse models allowing the constitutive or induced knockout of Deptor expression to determine its importance in the development and function of the BAT, respectively. The results obtained from these models showed that although DEPTOR is essential for brown adipogenesis in vitro, it is dispensable for the development and activation of the BAT and thus for non-shivering thermogenesis in vivo.

Les études disponibles suggèrent que l'expression des gènes et la régulation cellulaire du tissu adipeux pourraient jouer un rôle important dans le développement des complications reliées à l'obésité. L'identification et la caractérisation du transcriptome de tissu adipeux est susceptible d'aider à comprendre davantage la fonction endocrinienne de ce tissu et le rapport entre l'homéostasie de l'énergie et d'autres systèmes physiologiques. Les outils de la génomique fournissent l'avantage d'étudier simultanément l'expression d'un grand nombre de gènes possiblement impliqués dans les maladies associées à l'obésité. Dans cette thèse, nous avons principalement examiné le transcriptome du tissu adipeux dans diverses conditions physiologiques. La conversion de certains stéroïdes a également été étudiée. La méthodologie des micropuces d'expression a été utlisée, en plus des techniques usuelles de la biochimie des tissus adipeux. Nous avons étudié pour la première fois la variabilité d'expression des gènes dans le tissu adipeux sous-cutané et omental chez des hommes obèses. En second lieu, nous avons étudié la réponse du transcriptome de tissu adipeux à la dihydrotestostérone (DHT) chez les souris. Troisièmement, nous avons examiné le métabolisme de la progestérone dans les cellules adipeuses. Enfin, nous avons évalué l'impact de l'ablation des ovaires sur le métabolisme et le transcriptome de tissu adipeux de singe. En conclusion, dans nos études de transcriptomique examinant le profil d'expression des gènes dans des échantillons humains et d'animaux et dans différentes conditions, plusieurs gènes et voies moléculaires intéressantes ont été identifiés. Ces études peuvent fournir des informations sur les voies métaboliques et de signalisation étant à la base de l'étiologie de l'obésité et de ses complications.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2009-2010 / Le tissu adipeux, autrefois perçu comme un organe inerte voué au stockage de gras est maintenant reconnu comme un organe sécrétant de nombreux facteurs, nommés adipokines. Certains de ces facteurs – on en compte plusieurs dizaines – influencent le métabolisme de la même façon que des hormones plus connues comme l’insuline ou le glucagon peuvent le faire. Ce mémoire porte sur l’étude de deux adipokines en particulier, la protéine stimulant l’acylation (ASP) et la résistine, en relation avec l’obésité et ses co-morbidités. Le premier projet visait à étudier les adaptions du métabolisme hépatique dans des modèles murins ne possédant pas de voie de signalisation fonctionnelle de l’ASP, des modèles résistants à l’obésité. Cette étude a permis de démontrer l’absence de stéatose hépatique et de surproduction de lipoprotéines chez ces souris en plus de mettre en évidence une utilisation altérée des substrats énergétiques par le foie. Le second projet visait à étudier les corrélations entre la résistine plasmatique et de nombreux paramètres liés au syndrome métabolique dans une population d’enfants et d’adolescents chinois. Cette étude a démontré que la résistine n’y est pas corrélée avec la résistance à l’insuline, mais qu’elle y est retrouvée en plus grande concentration s’il y a présence d’obésité centrale. Globalement, ce mémoire met en lumière tant de façon fondamentale que clinique les implications physiologiques des deux adipokines étudiées – l’ASP et la résistine – et clarifie leur potentiel thérapeutique. / Adipose tissue has been recently recognized to function as an endocrine organ in addition to its fat storage capacities. Adipose tissue secretes a number of factors named adipokines. Some of these hormones influence metabolism similarly to other well-known factors such as insulin and glucagon. This thesis is the result of studies done on two particular adipokines, acylation stimulating protein (ASP) and resistin, as well as their relationship with obesity and its co-morbidities. The aim of the first project was to understand the adaptations of hepatic metabolism in murine models with ASP-C5L2 pathway deficiencies, models that are also obesity resistant. This study demonstrated the absence of hepatic steatosis or lipoprotein overproduction in these mice in addition to showing signs of altered substrate use by the liver. The second study evaluated correlations between plasma resistin and several parameters related to the metabolic syndrome in a population of Chinese children and adolescents. This study demonstrated that resistin does not correlate with insulin resistance, but that circulating levels of resistin are increased in the presence of central obesity. Globally, this thesis shows, from both a clinical and basic science perspective, the physiological implications of the two adipokines studied – ASP and resistin – and clarifies their therapeutical potential.

L’obésité est un problème de santé majeur qui se traduit par un débalancement du métabolisme énergétique. Il est maintenant connu que le tissu adipeux, en tant qu’organe endocrinien, joue un rôle important dans le métabolisme énergétique. La protéine stimulant l’acylation (ASP, C3adesArg) est une protéine produite par le tissu adipeux qui stimule la synthèse des triglycérides (TG) et le transport du glucose en se liant à son récepteur C5L2. Les souris avec le gène invalidé C3 (C3KO) sont ASP-déficientes, hyperphagiques et de poids normal, démontrant une dépense énergétique plus élevée que les souris sauvages. En chambre calorimétrique, ceci ce traduit par une augmentation de la consommation d’oxygène ainsi qu’une diminution du quotient respiratoire, suggérant une préférence pour les lipides comme substrat énergétique. Il est maintenant notre objectif de déterminer si la régulation par l’ASP de la dépense énergétique pourrait nous amener vers un traitement de l’obésité. / Obesity is a well established problem in North America and studying the mechanisms of fat storage may be key in understanding and treating this problem. Acylation Stimulating Protein (ASP) is an adipose tissue derived hormone that acts through its receptor, C5L2, to stimulate triglyceride (TG) synthesis and glucose transport. C3 is the precursor for ASP; therefore, C3 knockout (KO) mice are ASP-deficient. These mice display hyperphagia yet normal body weight due to increased energy expenditure. Calorimetric chamber studies demonstrated that C3KO have increased oxygen consumption and lowered respiratory quotient, indicating that deficiency of ASP alters substrate preference for energy metabolism in C3KO mice. It still remains to be determined whether the alterations in skeletal muscle energy metabolism are a direct or indirect consequence of ASP deficiency, but in vivo data suggest targeting ASP may provide insights toward treatment of obesity.

L’obésité est un important facteur de risque de maladies métaboliques et cardiovasculaires. En présence d’un bilan énergétique positif, un remodelage inadéquat des tissus adipeux semble jouer un rôle déterminant dans l’apparition des altérations cardiométaboliques reliées à l’excès de masse grasse. La dysfonction adipeuse associée à ce remodelage pathologique se caractérise entre autres par une capacité de stockage altérée des graisses (incapacité à générer suffisamment de nouveaux adipocytes/adipogenèse altérée, hypertrophie adipocytaire et accumulation excessive de graisse au niveau viscéral), une augmentation du nombre de cellules immunitaires infiltrant le tissu adipeux et une hypersécrétion de cytokines pro-inflammatoires. L’objectif général du présent mémoire était d’examiner les modulateurs de la dysfonction adipeuse tels que l’IL-1β, les enzymes de synthèse des prostaglandines et la chirurgie bariatrique. Afin de réaliser cet objectif, nous avons d’abord examiné l’impact de l’IL-1β et de certaines enzymes de synthèse des prostaglandines (COX-2 et AKR1B1) sur divers marqueurs reliés à l’inflammation et à l’adipogenèse chez l’humain, et ce, à partir d’échantillons de tissus adipeux omental et sous-cutané. Nous avons également effectué une revue de la littérature qui décrit les conséquences de la perte de poids induite par la chirurgie bariatrique sur l’infiltration des macrophages et sur la sécrétion d’un large spectre de médiateurs anti-ou pro-inflammatoires. Nos résultats révèlent que l’IL-1β induit une réponse pro-inflammatoire dans les tissus adipeux humains, particulièrement dans le dépôt viscéral, et agit indépendamment de la libération concomitante de prostaglandines. L’IL-1β et COX-2 semblent également être des déterminants critiques du remodelage pathophysiologique du tissu adipeux lors du développement de l’obésité, en modulant négativement le processus d’adipogenèse. De plus, les études montrent généralement que la chirurgie bariatrique peut renverser l'infiltration des macrophages et les altérations du profil sécrétoire qui sont observées dans le tissu adipeux des patients qui souffrent d'obésité. En conclusion, nos travaux montrent que l’IL-1β et COX-2 pourraient être impliqués dans le développement de la dysfonction adipeuse, alors que la chirurgie bariatrique semble être une stratégie anti-inflammatoire efficace permettant de renverser, du moins en partie, la dysfonction des tissus adipeux abdominaux. / Obesity is an important risk factor of metabolic and cardiovascular disease development. Under a positive energy imbalance, inadequate adipose tissue remodeling appears to play a determinant role in the onset of cardiometabolic alterations associated with excess fat mass. Adipose tissue dysfunction, related to this pathological remodeling, is characterized by altered fat storage capacity (altered capacity to generate new adipocytes/altered adipogenesis, adipocyte hypertrophy, excessive accumulation of visceral fat), increased number of immune cells infiltrating adipose tissue and oversecretion of pro-inflammatory cytokines. The overall objective of this master’s thesis was to examine modulators of adipose tissue dysfunction, such as IL-1β, prostaglandin-synthesizing enzymes and bariatric surgery. To achieve this objective, we first examined the impact of IL-1βand prostaglandin-synthesizing enzymes (COX-2 and AKR1B1) on markers related to inflammation and adipogenesis in human omental and subcutaneous adipose tissue samples. We also reviewed available literature documenting the impact of surgery-induced weight loss on macrophage infiltration and on the secretion of a broad spectrum of anti-or pro-inflammatory mediators. Our results show that IL-1β induces a pro-inflammatory response in human adipose tissues, particularly in visceral fat, and acts independently of concomitant prostaglandin release. IL-1β and COX-2 also appear to be critical determinants of adipose tissue pathophysiologic remodeling in obesity, in negatively modulating adipogenesis. Furthermore, reports generally show that bariatric surgery reverses both macrophage infiltration and the altered secretory profile observed in the adipose tissue of patients with obesity. In conclusion, we demonstrated that IL-1β and COX-2could be implicated in the development of adipose tissue dysfunction, although data enable us to describe bariatric surgery as a successful anti-inflammatory strategy, which could partly reverse abdominal adipose tissue dysfunction.

L'obésité est une pandémie dont les nombreuses complications qu'on lui associe étroitement deviennent un lourd fardeau pour la santé cardiométabolique. Toutefois, au-delà de l'expansion adipeuse, l'étude du comportement sécrétoire du tissu adipeux (TA) pourrait jouer un rôle sous-estimé derrière ces complications, particulièrement en ce qui concerne la résistance à l'insuline (RI). Dans le cadre de ce mémoire, nous nous sommes intéressés à l'impact d'une possible dysfonction sécrétoire du TA, l'adiposopathie, sur de nombreux facteurs sanguins du risque cardiométabolique. Dans le but d'étayer de récentes observations suggérant une relation entre l'adiposopathie mesurée par le rapport entre deux adipokines, l'adiponectine et la leptine (rapport plasmatique A/L), et plusieurs marqueurs métaboliques, notre groupe a utilisé, pour le premier manuscrit, les données de l'étude des familles de Québec (QFS) afin d'évaluer les associations entre l'adiposopathie, la RI et le risque cardiométabolique. Bien que notre travail corrobore la présence d'associations avec un risque cardiométabolique détérioré, l'aspect novateur réside dans le fait que l'adiposopathie contribue également et significativement à la RI, indépendamment de la distribution du TA chez les hommes et les femmes. Les différences sexuelles observées dans la fonction sécrétoire du TA ont amené à un second manuscrit, cette fois-ci rédigé dans l'optique de proposer des valeurs seuils du rapport A/L à partir desquelles on discriminerait les hommes et les femmes au risque cardiométabolique le plus élevé. Nous avons proposé une stratification des valeurs seuils en trois paliers, correspondant à un risque cardiométabolique faible, modéré et élevé, dont les valeurs chez les hommes ont été doublées en comparaison à celles des femmes. L'échantillon pour ce type d'études pouvant être considéré relativement faible, d'autres études à plus grande échelle devront être conduites afin de confirmer/infirmer cette proposition. / Obesity is now a pandemic, and its numerous complications are a heavy burden on cardiometabolic health. However, beyond fat expansion, adipose tissue (AT) secretory behaviour could play an underestimated key role behind the development of these complications, especially insulin resistance (IR). In this thesis, we were interested in the impact of possible AT secretory dysfunction, a form of adiposopathy, on several plasma cardiometabolic risk factors. In order to support previous observations reporting associations between adiposopathy, measured by the ratio between two adipokines, adiponectin and leptin(plasma A/L ratio), and several metabolic problems, our research group used the Quebec Family Study (QFS) database to evaluate the relationships between adiposopathy, IR and cardiometabolic risk. Although our work corroborates the relationships reported between adiposopathy and deteriorated cardiometabolic risk, we found that adiposopathy was additionally significantly contributing to IR independently of AT distribution in men and women. Sexual differences in AT secretory profile led to a second study, in which we proposed threshold values of the A/L ratio from which we could discriminate men and women at higher cardiometabolic risk. We proposed a stratification of the threshold values in three distinct levels corresponding to a low, moderate and high cardiometabolic risk, whose values for men were doubles compared to those for women. As the sample used for this type of study could be considered quite small, more larger scale studies are needed to confirm/refute this proposition.

Le diabète de type 2 (DM2) représente un fléau qui guette les habitants du continent nord-américain et est en lien avec l'épidémie d'obésité que nous vivons depuis quelques années. Cette pathologie à évolution lente fait intervenir deux éléments physiopathologiques cardinaux, soient la résistance à l'insuline (RI) et la diminution de sécrétion d'insuline en réponse au glucose (GSIS). Ces deux entités mèneront ultimement à l'hyperglycémie chronique par une atteinte directe de la régulation du métabolisme énergétique et de la physiologie de l'insuline. Plusieurs hypothèses de travail ont été mises de l'avant afin de tenter d'expliquer les dysfonctions métaboliques présentes chez ces patients. La surexposition des tissus non-adipeux aux acides gras libres (AGL), la lipotoxicité, est une candidate potentielle à l'identification d'une étiologie liée à la progression naturelle du diabète de type 2. Il est donc très pertinent d'étudier les effets lipotoxiques des AGL chez des sujets non-diabétiques enfants de deux parents diabétiques, qui sont à haut risque de développer cette pathologie. Notre équipe a récemment déterminé que ces sujets présentaient une augmentation de l'apparition des AGL plasmatiques ainsi qu'une augmentation de leur oxydation au cours d'une élévation expérimentales des niveaux d'AGL circulants. En conditions physiologiques, via l'ingestion d'un repas standardisé, les sujets non-diabétiques enfants de deux parents diabétiques, tout comme les sujets diabétiques, montrent une hypertriglycéridémie postprandiale qui n'est pas corrigée lorsque les niveaux de glucose sont contrôlés. De plus, ces sujets à haut risque de développer le DM2 ne se comportent pas comme les sujets diabétiques à ce qui à [i.e. a] trait aux niveaux d'apparition des AGL et de leur oxydation, comme il aurait été attendu. Les sujets diabétiques présentent une nette élévation des niveaux d'apparition et d'oxydation des AGL même si les niveaux de glucose sont corrigés. Ces anomalies semblent fortement associées avec la présence d'une adiposité abdominale chez les sujets DM2. Ces résultats expérimentaux suggèrent donc que les enfants de deux parents diabétiques ne possèdent pas encore les dysfonctions métaboliques qui mèneront ultimement à une surexposition des tissus non-adipeux aux acides gras libres via une augmentation de leur apparition plasmatique.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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