Les thérapies ciblées telles que les inhibiteurs de la tyrosine kinase ont permis d'améliorer le traitement du cancer du sein en ciblant HER2. Cependant, il a été observé que le lapatinib était moins efficace chez les patients obèses ou en surpoids que chez les patients de poids normal.Nous avons d'abord reproduit l'effet de résistance des cellules de cancer du sein au lapatinib en présence de tissu adipeux tel qu’il a été observé pour d’autres thérapies. Les cellules tumorales qui surexpriment HER2 étaient partiellement résistantes au lapatinib mais également à d'autres inhibiteurs de la tyrosine kinase lorsqu'elles étaient en contact avec le milieu conditionné d’adipocytes. En implantant du tissu adipeux humain et des tumeurs humaines chez la souris, nous avons pu étudier la résistance du cancer du sein au lapatinib in vivo.Pour comprendre le mécanisme de cette résistance, nous avons exposé les adipocytes à plusieurs modulateurs du métabolisme. La cytotoxicité cellulaire induite par le lapatinib était plus faible pour les cellules tumorales exposées à un milieu conditionné d'adipocytes préalablement incubés avec les alpha-bloquants qu'à un milieu conditionné à partir d'adipocytes seuls. De la même manière, cette toxicité était inférieure pour les agonistes des récepteurs alpha adrénergiques, pour les bêtabloquants et pour les inhibiteurs de lipolyse. Au contraire, la cytotoxicité a été augmentée pour les cellules tumorales en contact avec le milieu conditionné d’adipocytes exposés aux agonistes du récepteur bêta-adrénergiques. Au niveau des cellules cancéreuses, l'arrêt du cycle cellulaire induit par le lapatinib était réduit pour les cellules tumorales exposées au milieu conditionné d’adipocytes en ce qui concerne le pourcentage de cellules dans la phase G0/G1. Ceci s’est vérifié en étudiant l'expression des gènes codant pour plusieurs protéines impliquées dans la progression du cycle cellulaire / Targeted therapies as tyrosine kinase inhibitors permitted an improvement of breast cancer therapies by targeting HER2. However, resistance has been observed in obèse patients for lapatinib treatment.We reproduced the effect of resistance of breast cancer cells to laaptinib in presence of adipose tissue as observed for other therapies. Tumor cells overexpressing HER2 was partly resistant to lapatinib but also for other tyrosine kinase inhibitors when in contact with adipocyte-conditioned medium. By impnating human adipose tissue nad human tumors in mice, we were able to study rhe resistance of breast tumor cells in vivo.In order to elucidate the mechanism of such resistance, we exposed the adipocytes to several metabolism modulators. The lapatinib-induced cell cytotoxicity was lower for the tumor cells exposed to the conditioned medium from adipocytes earlier exposed to alpha blockers than to the conditioned medium from adipocytes alone. In the same manner, the toxicity was lower for the agonists of alpha-adrenergic receptors , for beta-blockers and for the lipolysis inhibitors. At the opposite, the cytotoxicity was enhanced for tumor cells in contact with the conditioned medium of adipocytes exposed to the agonists of beta adrenergic receptors.At the tumor cell level, the laaptinib-induced cell cycle arrest was reduced for the tumor cells exposed to the conditioned medium regarding the G0/G1 phase. That was verified by the study of the expression of genes involved in the cell cycle progression

Dans différents types de cancers, notamment dans le cancer du sein, il existe une population cellulaire à l’origine des mécanismes de rechute de la maladie plusieurs années après la fin des traitements initiaux, caractérisée par des propriétés de cellules souches et une chimiorésistance unique dont le mécanisme est inconnu. Pour ces raisons il est important de comprendre les mécanismes et de connaître les acteurs physiologiques impliqués à la fois dans la régulation des cellules souches normales et cancéreuses. Le CD10 est une endopeptidase zinc-dépendante capable d’inactiver un certain nombre de peptides impliqués, entre autre, dans le développement de la glande mammaire. Nos recherches ont permis de montrer que la population cellulaire exprimant le CD10 dans la glande mammaire était enrichie en cellules souches/progéniteurs communs précoces/cellules myoépithéliales. Nos résultats suggèrent que l’adhérence des cellules souches au stroma via l’intégrine β1 et le clivage de certains peptides par le CD10 sont des éléments clés du micro-environnement permettant le maintien du réservoir de cellules souches et de progéniteurs précoces dans la glande mammaire. Le tissu adipeux est également un des constituants majeur de l’environnement de la glande mammaire et joue un rôle dans la sécrétion de facteurs de croissances également impliqués dans l’homéostasie du tissu mammaire. Nos résultats ont suggéré qu’en plus de son rôle nourricier, le tissu adipeux pouvait constituer une source potentielle de cellules souches épithéliales luminales pouvant ainsi être considérée comme une nouvelle source cellulaire à l’origine de certains cancers du sein. / In breast, the existence of cancer stem cells has been demonstrated and that explain a number of observations as tumour heterogeneity. Other studies have demonstrated the resistance of radio and chemotherapy by different innate or acquired stem cell specific mechanisms that could explain relapse few years after the traitment. For all these reasons, that is very important to understand these mechanisms and to know physiological actors both implicated in the regulation of normal or cancer stem cells. CD10 is a zinc-dependant metallo-endopeptidase that inactivates a number of signalling peptides that could be implicated in mammary growth and differentiation. We have showed that CD10+ cell sorted population is enriched in Stem Cells/Early Common Progenitors/MyoEPithelial cells. We demonstrate that the protease activity of CD10 and the adhesion function of beta1-integrin are required to prevent differentiation of mammary stem cells/early progenitors. Taken together, our data suggest that integrin-mediated contact with the basement membrane and cleavage of signalling factors by CD10 are key elements in the microenvironment that maintains the progenitor and stem cell pools in the mammary gland. Adipose tissue is also a major component of the mammary microenvironment implicated in its homeostasis by the secretion of soluble factors. Our results suggested that the adipose tissue could be considered as a potential source of stem cells that differentiated into the luminal epithelial lineage involved in some breast cancers.

L’obésité est une pathologie multifactorielle qui contribue au développement de l’insulinorésistance (l’IR). De nos jours, même si de nombreux travaux ont permis de répondre à plusieurs questions relatives à la pathogenèse de l’IR, les mécanismes cellulaires et moléculaires qui sous-tendent la pathogenèse de l’IR ne sont pas encore complètement élucidés chez l’Homme. Deux hypothèses principales se sont dégagées de ces travaux.D’une part, certaines études suggèrent que le défaut primaire à l’origine de l’IR se trouverait au niveau du tissu adipeux, qui en libérant dans la circulation systémique des adipokines, des cytokines inflammatoires et des acides gras contribue au développement d’une inflammation et d’une hyperlipidémie systémique. Ces deux paramètres exercent des effets délétères sur la sensibilité à l’insuline des autres organes comme le muscle et le foie.D’autre part, le muscle étant l’organe gluco-régulateur par excellence en situation postprandiale, d’autres études le place au cœur de la physiopathologie de l’IR.Malgré ces controverses, aucune étude n’a à ce jour exploré simultanément l’inflammation et l’IR systémique /tissulaire dans le muscle et le tissu adipeux chez un même sujet.Dans ce contexte, l’objectif de ce travail de thèse était de mieux comprendre les mécanismes impliqués dans la mise en place de l’IR. Il s’inscrit dans le cadre d’un projet de recherche translationnel, qui compare dans une cohorte de femmes ménopausées, des sujets minces à des sujets obèses de grade I insulinosensibles (OIS) et insulinorésistants (OIR). Plusieurs paramètres systémiques et tissulaires (lipotoxicité, inflammation et activation du récepteur toll like receptor 4 (TLR4)) impliqués dans la physiopathologie de l’IR ont été analysés chez ces sujets.Les résultats de cette étude mettent en avant l’importance de l’activation des voies de l’immunité innée dans la régulation de la sensibilité à l’insuline. Ainsi, alors qu’aucune inflammation systémique n’est détectée, on observe une activation différentielle des voies de signalisation du récepteur TLR4 de l’immunité innée entre le tissu musculaire et le tissu adipeux des sujets OIR. La voie MyD88-dépendante qui est une voie pro-inflammatoire, est activée dans le muscle squelettique de ces sujets et est associée à une IR au sein de ce tissu. A l’inverse, la voie TRIF-dépendante qui est une voie anti-inflammatoire est activée au sein du tissu adipeux et permet le maintien de la sensibilité à l’insuline. Ce maintien de la réponse à l’insuline se fait grâce l’induction du système interféron et de l’enzyme anti-oxydante manganèse superoxyde dismutase (MnSOD).Dans ce travail, nous montrons d’une part, que le défaut de réponse à l’insuline musculaire se trouve au cœur de la physiopathologie de l’IR chez les sujets obèses de grade I. D’autre part, ces résultats mettent en exergue l’importance de la balance de régulation des voies de l’immunité innée « MyD88 » et « TRIF » dans le maintien de la sensibilité à l’insuline. / Obesity is a multifactorial disease promoting the development of insulin resistance (IR). Nowadays, cellular and molecular mechanisms underlying IR pathogenesis in humans are not fully understood although many studies have been attempted to improve our knowledge. Tow hypotheses arose from these researches.On one hand, several studies have led to the idea that a chronic inflammatory state combined with adipose tissue (AT) dysfunction could be the so-called “central mechanism” leading to IR. AT dysfunction is associated with increase in the release of inflammatory adipokines/cytokines and free fatty acid (FFA), leading to systemic inflammation and lipid overload. These latter parameters would have deleterious effects on diverse organs such as muscles and liver by affecting their insulin sensitivityOn the other hand, skeletal muscle (SM) is responsible for 80% of glucose uptake and metabolism in postprandial state and muscle failure in this function is often considered as the first defect causing IR.Interestingly, despite these controversies, in human, insulin sensitivity and the onset of inflammation have so far never been investigated simultaneously at systemic level and locally in SM and AT in the same individual.In this context, the aim of this thesis was to better understand the mechanisms involved in IR development in grade I obese subject. It is based on a translational research project that compares in a cohort of postmenopausal women, lean subjects with grade I obese insulin-sensitive (OIS) and insulin-resistant (OIR) subjects. Several systemic and tissue parameters (lipotoxicity, inflammation and toll like receptor 4 (TLR4) activation), involved in the IR pathophysiology were analyzed in these subjects.Our results highlight the importance of innate immunity pathways activation in the regulation of insulin sensitivity. Thus, while no inflammation was detected at the systemic level, there is a differential activation of innate immune TLR4 signaling pathways between muscle and AT of OIR subjects. The MyD88-dependent pathway, a pro-inflammatory pathway, is activated in their SM and is associated with IR in this tissue. Conversely, the TRIF-dependent pathway which is an anti-inflammatory pathway is activated in the AT thus maintaining insulin sensitivity in this tissue. This is supported by the induction of interferon system and the antioxidant enzyme manganese superoxide dismutase (MnSOD).In this work, we show that SM defect is the central mechanism which determines IR in grade I obese subject. We have also highlighted the importance of regulation of the balance between the two innate immunity pathways "MyD88" and "TRIF" in maintaining insulin sensitivity.

Les tissus adipeux (TA) intra-articulaires (TAIA) sont présents dans la majorité des articulations, au contact de la membrane synoviale. Le genou est l'articulation la plus riche en TA, comprenant le TA de Hoffa (TAH) et les TA suprapatellaires (TASP). A l'inverse, la hanche ne comprend qu'un petit TA, le TA acétabulaire (TAA). Le TAH de sujets arthrosiques est une source plus importante de cytokines inflammatoires que les TA sous-cutanés (TASC). Nous émettons l'hypothèse que les cytokines sécrétées par les TAH modifient le phénotype de la membrane synoviale arthrosique et que l'ensemble des TAIA partage des caractéristiques histologiques et biologiques communes les distinguant des TASC. Nous avons d'abord montré que la stimulation par les milieux conditionnés de TAH autologues induisait une expression et une libération plus importantes d'IL-6, d'IL-8, de PGE2, de MMP-1, de MMP-3 et de MMP-9 par les synoviocytes fibroblastiques (SF) comparativement aux TASC. La PGE2, sécrétée en plus grande quantité par les TAIA que les TASC (75 fois plus), joue un rôle central dans l'activation des SF. A l'instar des TAH, les autres TAIA de genou et de hanche sécrétent également plus de médiateurs inflammatoires que les TASC. Ils sont le siège de plus de remaniements fibreux, de vaisseaux et d'infiltrats leucocytaires que les TASC. Au sein des TAIA, les adipocytes sont plus petits et l'expression génique des médiateurs du métabolisme lipidique (ATGL, LPL, FABP4 et CD36) diminuée. Les TAIA de genou et de hanche arthrosiques partagent donc un phénotype commun et ont la capacité d'interagir avec la membrane synoviale, pouvant ainsi contribuer à la maladie arthrosique. / Intra-articular adipose tissues (IAAT) are located in most joints, lined by synovial membrane. IAAT within the knee are the most numerous and voluminous. They are principally constituted by the infrapatellar fat pad (IFP) and suprapatellar fat pad (SPFP). Inversely, the hip is only constituted by a small single AT, called acetabular fat pad (AFP). Moreover, several studies brought out that IFP from OA patients were a greater source of inflammatory cytokines as compared to subcutaneous AT (SCAT). So, we hypothesized that cytokines released by IFP could modify the phenotype of synovial membrane and also that all IAAT share similar histological, biological and cellular characteristics distinguishing them from SCAT. First, we showed that synoviocyte stimulation by autologous IFP-conditioned media induced a higher gene expression and release of IL-6, IL-8, PGE2, MMP-1, MMP-3 and MMP-9 as compared to SCAT. We also confirmed that IFP released higher rate of inflammatory cytokines than SCAT, particularly PGE2, whom secretion rate was 75 fold higher and which had a central impact in synoviocyte activation. Next, we demonstrated that other IAAT from knee and hip also released higher levels of IL-6, IL-8, and PGE2 as compared to SCAT. IAAT were composed by greater fibrosis remodeling and higher vessel area and leucocyte infiltration as compared to autologous SCAT. In IAAT, adipocytes were smaller and gene expression for most factors involved in lipid metabolism (ATGL, LPL, FABP4 et CD36) were decreased. The specificity of inflammatory secretion and metabolic phenotype were also observed in preadipocytes isolated from knee IAAT and SCAT. To conclude, IAAT from OA knee and hip share a common phenotype and have the ability to interact with synovial membrane, contributing to the onset and/or the progression of OA disease.

Le système endocannabinoïdien (SEC) est impliqué dans de nombreuses fonctions biologiques comme la régulation du métabolisme énergétique. Ces dernières années, de nombreuses études ont montré que l’obésité était associée à une suractivation du SEC et en particuliers des récepteurs CB1 (CB1R) centraux. De plus, l’inactivation des CB1R par des antagonistes spécifiques comme le Rimonabant (SR141716) conduits à une amélioration des paramètres métaboliques chez le sujet obèse. Cependant, l’inactivation des CB1R périphériques pourrait également contribuer à l’amélioration de ces paramètres et c’est cette dernière notion que nous avons cherché à approfondir. Pour cela, nous avons testé les effets du SR141716, sur des souris obèses afin d’établir des relations entre l’activité du SEC et le statut lipidique en étudiant plus particulièrement la régulation du métabolisme dans deux tissus clé, le foie et le tissu adipeux (TA). Des souris préalablement rendues obèses via un régime alimentaire enrichi en sucre et en graisse ont été traitées 6 semaines par SR141716 et le traitement à conduit à une perte de poids associée à une normalisation paramètres plasmatiques ainsi qu’à une résorption de la stéatose hépatique. L’hypothèse majeure de cette étude est que la réversion de la stéatose serait associée à un effet bénéfique du traitement sur le métabolisme du TA viscéral et qu’il y aurait donc des effets directs du SR141716 sur les tissus périphériques. Par conséquent, les effets de l’antagonisme des CB1R périphériques sur le métabolisme lipidique ont ensuite été étudiés in vitro. Pour cela, nous avons tout d’abord développé un modèle d’explants de foie en culture traités avec SR141716. Dans ce modèle, le blocage des CB1R hépatiques est associé à une diminution de leur expression génique et dans certaines conditions à une augmentation des capacités -oxydatives. Enfin, afin d’étudier l’impact du SEC sur le métabolisme adipocytaire, nous avons mis au point un modèle d’explants de TA en culture en distinguant le TA viscéral du sous-cutané. Des résultats préliminaires semblent indiquer que le blocage des CB1R limite la lipolyse dans le TA viscéral. En conclusion, ces travaux de thèse démontrent que les CB1R périphériques constituent une cible thérapeutique très prometteuse pour le traitement de l’obésité et des désordres associés. / The endocannabinoïd system (ECS) is involved in many biological functions such as regulation of energy metabolism. Recently, several studies have shown an association between obesity and ECS overactivity. In addition, specific CB1R antagonists such as Rimonabant (SR141716) improved metabolic parameters in obese patients essentially through inactivation of central CB1R. However, peripheral CB1R inactivation could also contribute to the improvement of these parameters and it is this notion that we have studied. To this purpose, we tested the effects of SR141716 on obese mice in order to establish relationships between the ECS activity and lipid metabolism by looking more specifically to its regulation in two key tissues, the liver and the adipose tissue (AT). Obese mice previously fed with a high sucrose high fat diet were treated six weeks by SR141716 and this treatment induced weight loss associated with a normalization of plasmatic parameters and a reduction of hepatic steatosis. The major hypothesis of this study is that steatosis reversion was associated with a beneficial effect of treatment on visceral AT metabolism and that SR141716 would have direct effects on peripheral tissues. Therefore, these effects of CB1R antagonism on peripheral lipid metabolism have been studied in vitro. In this way, we first developed a model of liver explants in culture treated with SR141716. In this model, CB1R antagonism in the liver was associated with a decrease in CB1 gene expression and in certain conditions with an increased in -oxidative capacity. Finally, in order to study the impact of the ECS on adipocyte metabolism, we developed a model of cultured AT explants distinguishing visceral and subcutaneous AT. Preliminary results suggested that CB1R antagonism limits lipolysis in visceral AT. In conclusion, this work showed that peripheral CB1R are a very promising therapeutic target for treating obesity and related disorders.

L’adiponectine (ApN) est une adipokine de 30 KDa produite abondamment par le tissu adipeux qui a été décrite pour la première fois en 1995. Dès lors qu’une corrélation inverse entre les taux circulants d’ApN et l’adiposité a été mise en évidence, de très nombreuses études ont été initiées pour chercher à établir un lien avec les pathologies liées au syndrome métabolique. Ainsi, chez les patients obèses et diabétiques, une perte de poids induite par un traitement médicamenteux ou un régime hypocalorique s’accompagne d’une augmentation des taux circulants d’ApN et d’une amélioration des paramètres biochimiques. Il ressort de ces études que des taux élevés d’ApN sont corrélés à une amélioration de la sensibilité à l’insuline, des paramètres lipidiques et une diminution du risque cardiovasculaire. Cependant, les mécanismes d’action conduisant à l’amélioration du métabolisme lipidique et glucidique restent encore mal connus. Au cours de cette étude, nous avons, dans un premier temps, cherché à déterminer les conséquences d’une variation de la masse grasse sur la production de l’ApN chez la souris. Pour cela, différentes stratégies nutritionnelles et pharmacologiques, conduisant à une fonte ou à une augmentation de la masse grasse, ont utilisées. Les résultats obtenus suggèrent que la production d’ApN n’est pas dépendante de la taille des adipocytes mais plutôt de leur état inflammatoire. Dans un second temps, grâce à un modèle d’explants de foie en culture, nous avons cherché à déterminer les effets directs de l’ApN sur le métabolisme lipidique du foie. Une première approche a consisté à tester les effets à long terme c’est à dire susceptibles de correspondre à des modifications d’expression génique et de synthèse protéique en incubant les explants pendant 21h dans un milieu de culture contenant de l’ApN en présence ou non d’insuline. Les résultats suggèrent que l’ApN accentue les effets de l’insuline, ce qui se traduit par une meilleure utilisation du glucose avec en contre partie une stimulation de la lipogenèse et une réduction de la ß-oxydation en présence d’insuline. De plus, l’ApN apparaît exercer un effet sur les voies de catabolisme des HDL. Par une seconde approche, nous avons testé les effets à court terme de l’ApN sur les capacités β-oxydatives en traitant les explants pendant 45 min. Dans ces conditions plus appropriées pour mettre en évidence l’activation des voies de régulation rapides, la présence d’ApN entraine une stimulation de la ß-oxydation qui s’accompagne d’une augmentation de la p- AMPK. En conclusion, ces résultats suggèrent que l’ApN exerce des effets directs sur le métabolisme hépatique du glucose compatible avec l’effet insulino-sensibilisateur observé in vivo. En revanche, les résultats ne permettent pas, à ce stade, d’établir une relation entre une induction par l’ApN de l’activité ß-oxydative des acides gras dans le foie et ces effets bénéfiques sur les paramètres lipidiques. / Adiponectin (ApN), a 30-kDa adipokine abundantly produced by adipose tissue has been described for the first time in 1995. Early findings demonstrating serum adiponectin levels are inversely correlated with obesity initiated intense investigation of the relationship between adiponectin and all symptoms of the metabolic syndrome. Of these studies, strong evidence suggests that a weight loss induced by medication or hypocaloric diet led to increased circulating ApN levels and improvement of biochemical parameters. Thus, high levels of ApN have been correlated with an improvement of insulin sensitivity and lipid parameters reducing cardiovascular risk. However mechanisms involved in the improvement of glucose and lipid metabolism are not fully understood. In this study, we wanted to determine whether variations of plasma ApN levels are associated with alterations of liver lipid metabolism in mice. For this, we used different nutritional and pharmacological strategies to induce fat mass variations and measured corresponding ApN production and lipid parameters. First, results suggested that production of ApN is not dependent on the size of adipocytes, but rather to their inflammatory state. The effect of ApN of liver metabolism was further studied using an in vitro model of liver explants in culture. A first approach consists of testing the long-term effects of ApN on liver incubating the slices for 21h in the presence or not of insulin. Biochemical and molecular data suggested that ApN accentuates the effects of insulin, resulting in improvement of glucose utilization associated with a stimulation of lipogenesis and a reduction in β-oxidation in the presence of insulin. In addition, ApN appears to affect HDL catabolism pathways. In a second approach, we tested the short-term effects of ApN on β-oxidative capacity treating the slices for 45 min. Under these conditions more appropriated to highlight the activation of fast regulatory pathways, ApN induced a stimulation of ß-oxidation which was accompanied by an increase in p-AMPK. In conclusion, data suggested that ApN has direct effects on hepatic glucose metabolism consistent with the insulin-sensitizer effect demonstrated in vivo. However, at this stage, these results did not give evidence of a relationship between induction of liver fatty acid β- oxidation by ApN and its beneficial effects on lipid parameters.

Le tissu adipeux brun (TABr) est devenu ces dix dernières années le centre d’intérêt de nombreux laboratoires en raison de sa capacité à dissiper l’énergie apportée par les substrats sous forme de chaleur. Chez les mammifères, le développement du TABr intervient à la fin de la gestation et devient fonctionnel à la naissance. Sa capacité thermogénique permet aux nouveau-nés de s’adapter face à l'environnement extra-utérin, puis son activité régresse avec l’âge. Ceci suggère que l’environnement intra-utérin joue un rôle important dans la programmation de la physiologie et du métabolisme du TABr. Dans un modèle bien décrit de retard de croissance intra-utérin, qu’est la carence protéique maternelle (CP), la jeune progéniture CP est normoglycémique malgré un défaut de sécrétion de l'insuline mais développe avec l'âge une résistance à l'insuline et une hyperglycémie. Lors de mon arrivée au laboratoire, des résultats suggéraient un rôle du TABr dans les changements dynamiques du profil métabolique de la progéniture CP en fonction de l'âge. En effet, le TABr des rats CP est hyperactif à 3 mois par rapport aux animaux contrôles alors qu’il revient au niveau des contrôles chez la progéniture CP âgée de 18 mois, ce qui corrèle avec l’apparition des troubles métaboliques caractéristiques du diabète de type 2. Durant ma thèse, mon premier objectif a été de démontrer le rôle causal du TABr dans le maintien de l’homéostasie glucidique chez les jeunes animaux CP. Pour ce faire, nous avons exposé au froid de jeunes rats CP pour solliciter leur TABr et nous avons procédé à l’ablation chirurgicale de ce tissu. Nos résultats montrent que la jeune progéniture CP est mieux protégée que les contrôles à une exposition au froid grâce à l’activité thermogénique accrue de leur TABr. / Brown adipose tissue (BAT) has grown over the last ten years into the center of interest for many laboratories due to its capacity to burn energy derived from metabolic substrates into heat. Indeed, in mammals, the development of BAT occurs at the end of gestation to become fully functional at birth. Its thermogenic capacity allows newborns to face extrauterine environment, and thereafter its activity declines with age. This suggests that the intrauterine environment plays an important role in the programming of BAT physiology and metabolism. In a well-known model of intrauterine growth retardation (IUGR), the maternal protein restriction model (called LP for low protein), the young LP progeny is normoglycemic despite an insulin secretion defect but develops insulin resistance and hyperglycemia with age. When I started my thesis work, available results in the laboratory suggested a role of BAT in the dynamic changes of the LP progeny metabolic profile according to the age. Indeed, BAT of young LP rats is hyperactive at 3 months compared to controls while this activity drops back to control levels in old 18-months LP progeny, consistent with the appearance of a type 2 diabetic phenotype. During my thesis, the first objective was to search for the causal role of BAT in the maintenance of glucose homeostasis in young LP progeny. Using a first strategy, we exposed young LP progeny to a cold challenge to activate their BAT. In a second approach, we performed surgical ablation of their BAT. Our results show that young LP progeny is more protected against a cold challenge than controls, due to the high thermogenic capacity of their BAT. However, BAT ablation induces hyperglycemia in young LP animals showing that this tissue is required to maintain their normoglycemia. This work, published in Diabetes in March 2017, suggests that a deleterious fetal environment could reprogram BAT metabolism. The second objective of my thesis was to identify the molecular mechanisms allowing the maintenance of active BAT in young LP progeny. To do so, we compared two models of BAT activation, ie our LP model and a well-known model of BAT activation with an agonist of β-3 adrenergic receptors. In both cases, when BAT is active, we observed a global increase in microRNA (miRNA) expression associated to augmented miRNA machinery expression, and in particular AGO2 expression. Interestingly, when BAT is inactive in old LP animals, miRNA expression and miRNA machinery expression return to control levels. While activation of mature brown adipocytes in vitro leads to an increase in AGO2 protein expression, partial deletion of this protein is sufficient to decrease the thermogenic activity of these cells. Collectively our data suggest that AGO2 and increased miRNA expression contribute to BAT activation. The manuscript concerning this research is in the review process at Molecular Metabolism. In the third part of my PhD research efforts, I have found that in the BAT of young LP progeny several miRNAs are robustly downregulated. We have focused on let-7cp and miR-22-3p, which have the most severe decrease in expression. Our key finding is that these two miRNAs act synergistically to hinder mature brown adipocyte thermogenic activity. This work is in the process of being finalized for publication. In conclusion, during my PhD training I have revealed several novel findings, which lead to a better understanding of BAT physiology and its dysregulation in situations eventuating in perturbed glucose homeostasis. While additional efforts are certainly needed, these contributions advance our vision to leverage BAT as a promising target for the prevention and/or treatment of metabolic perturbations associated to obesity and type 2 diabetes.

Ce travail de thèse propose d’examiner l’intérêt de la volatolomique pour révéler dans le foie, le plasma et le tissu adipeux des composés organiques volatils (COVs) marqueurs d’exposition des animaux d’élevage aux micropolluants. Des développements méthodologiques ont d’abord été réalisés pour lever deux principaux verrous à l’application de la volatolomique. Un premier volet de ce travail méthodologique a ainsi permis de proposer des conditions d’extraction par microextraction en phase solide à la fois efficace, fidèle et reproductible pour l’analyse du volatolome de matrices biologiques complexes. Une comparaison de trois méthodes chimiométriques non-supervisées- l’Analyse en Composantes Principales (ACP), l’Analyse en Composantes Indépendantes (ACI) et l’Analyse en Composantes Communes (ACC) – a montré ensuite l’intérêt de l’ACC pour révéler des différences volatolomiques et identifier des marqueurs candidats pour chaque type d’exposition.En s’appuyant sur ces développements, un second volet de ce travail a permis d’évaluer l’intérêt de la volatolomique pour tracer l’exposition des animaux d’élevage à différents types de micropolluants. Cette recherche a confirmé la pertinence de l’analyse volatolomique du foie et a montré que le plasma pouvait permettre également un diagnostic ouvrant la voie à des contrôles in vivo de l’exposition animale. Les résultats montrent également une complémentarité informative entre les deux matrices biologiques. En revanche, le potentiel informatif de l’analyse du volatolome de tissus adipeux s’est révélé beaucoup plus limité, l’étude ne permettant pas d’identifier le moindre marqueur d’exposition. Ainsi, si la robustesse de ces marqueurs est validée par des travaux ultérieurs, ces résultats ouvrent la voie à un diagnostic de l’exposition animale aux micropolluants à l’abattoir ou sur le lieu d’élevage. / The present study proposes to examine the relevance of liver, plasma and adipose tissue volatolomics to detect volatile organic compound (VOC) markers of animal exposure to micropollutants. Methodological developments were first carried to solve two main limits to the application of volatolomics. A first part of this methodological development enabled the determination of the efficient, accurate and reproducible solid phase microextraction conditions for the analysis of the volatolome in complex biological matrices. Then, a comparison of three unsupervised chemometric methods - Principal Components Analysis (PCA), Independent Components Analysis (ICA) and Common Components Analysis (CCA) - highlighted the potential of CCA for the determination of volatolomic differences in VOC profiles and for the identification of candidate VOC markers for each contamination.Based on these methodological developments, the second part of this work studied the potential of liver, plasma and adipose tissue volatolomics to back-trace animal exposure to different types of micropolluants. These results confirmed the relevance of the volatolomic analysis of the liver and showed that the plasma could also of interest, opening the way to in vivo controls of animal exposure to micropollutants. Moreover, the results demonstrated the complementarity of the biological matrices. The informative potential of the volatolome analysis of adipose tissue is much more limited, as the study did not lead to the identification of any marker of exposure. If the robustness of these candidate markers is validated by further studies, these results pave the way for the diagnosis of animal exposure to micropollutants in slaughterhouse and during animal breeding.

Cette thèse de doctorat comporte 2 sections principales, reflétant les travaux réalisés dans 2 laboratoires différents, sous la direction du Dr. Yves Tremblay et la co-direction du Dr. André Tchemof. La première partie porte sur l'expression et l'activité de l'enzyme 17 beta-hydroxystéroïde déshydogénase dans l'unité foeto-placentaire. Durant la grossesse, F estradiol est nécessaire pour la maturation des poumons, de la peau et l'activation de l'axe HPA. Par contre, des quantités excessives ou incontrôlées peuvent avoir des effets délétères pour le développement foetal. De plus, la sécrétion asymétrique de l'estradiol et de l'estrone entre la circulation foetale et maternelle suggère fortement la présence d'un mécanisme de contrôle des quantités d'estradiol entrant en circulation foetale. L'enzyme 17βHSD2 a été détectée dans les vaisseaux sanguins foetaux à l'intérieur des villosités. Cette enzyme catalyse la dernière étape et la seule étape réversible de la cascade de réactions menant à la synthèse de l'estradiol. Il a été proposé que les niveaux d'estradiol entrant en circulation pourraient être régulés par la 17βHSD2. Nous avons caractérisé précisément l'expression de cette enzyme dans le villi placentaire à mi-gestation et à terme. L'expression spatiotemporelle de la 17βHSD2 et la comparaison des niveaux de stéroïdes entre le placenta et l'endomètre montrent que la 17βHSD2 pourrait agir comme barrière protégeant le foetus contre de trop grandes concentrations d'estradiol. Nous avons également démontré que la 17βHSD2 est exprimée différemment selon le type de vaisseaux sanguins dans le cordon ombilical et dans les gros vaisseaux sanguins placentaires. La deuxième partie de la thèse porte sur la caractérisation et le métabolisme du tissu adipeux chez la femme. L'accumulation de graisse viscérale ou intra-abdominale est associée à plusieurs altérations métaboliques comme la résistance à l'insuline, l'hyperinsulinémie ou des dyslipidémies. Ces altérations métaboliques augmentent significativement le risque de développer un diabète de type 2 et des maladies cardiovasculaires. Les mécanismes responsables du patron de distribution des graisses ainsi que les mécanismes selon lesquels l'accumulation de graisse viscérale serait associée à une augmentation significative des risques de maladies cardiovasculaire et un diabète ne sont pas encore bien élucidés. La morphologie et la physiologie du tissu adipeux sous-cutané et omental (viscéral) diffèrent à plusieurs niveaux. Des caractéristiques spécifiques du tissu adipeux viscéral comme le diamètre adipocytaire, la sécrétion d'adipokines ou la lipolyse peuvent en partie expliquer l'association entre l'accumulation de graisse viscérale et les altérations métaboliques. Cette section de thèse porte donc sur l'hypertrophie et l'hyperplasie du tissu adipeux omental et sous-cutané, sur la sécrétion d'adiponectine par les adipocytes des 2 dépôts adipeux en relation avec l'obésité abdominale ainsi que sur les caractéristiques des adipocytes omentaux et viscéraux en relation avec une accumulation excessive de graisse viscérale et des niveaux élevés de triglycérides chez la femme. Ces travaux ont pennis de démontrer que les femmes accumulent préférentiellement de la graisse au niveau sous-cutané via l'hyperplasie adipocytaire, que la sécrétion d'adiponectine est diminuée dans le tissu adipeux omental chez les femmes avec de l'obésité viscérale et que les caractéristiques des adipocytes, en particulier la lipolyse sont plus altérées dans le tissu adipeux omental chez les femmes avec un tour de taille et des niveaux de triglycérides élevés.

L'obésité est un problème de santé mondial et grandissant qu'on qualifie d'épidémie. Les problèmes de santé associés au stress sont aussi en croissance. Ces deux phénomènes découlent de nouvelles habitudes de vie. Les travaux de cette thèse visaient à caractériser davantage le lien entre le stress et l'obésité. Premièrement, nous avons tenté d'élargir les connaissances au sujet de l'influence de l'obésité, mais aussi de la perte de poids, sur la réactivité de l'axe hypothalamo-hypophysosurrénalien (HHS), chez des hommes à distribution centrale et des femmes à distribution périphérique du tissu adipeux. La réponse à trois types de stimulations de l'axe HHS a été mesurée chez des individus minces, obèses et à obésité réduite: le test acoustique de sursaut, le test social de stress de Trier et la sécrétion de cortisol en réponse au réveil (SCR). Le test acoustique de sursaut n'a révélé aucune différence marquée entre les différents groupes alors que les deux autres stimulations de l'axe HHS se sont avérées complémentaires. Globalement, les résultats obtenus confirment une hyperréactivité de l'axe HHS dans l'état d'obésité abdominale chez les hommes, alors qu'après une perte de poids, la réactivité s'atténue. Chez les femmes, bien que l'accumulation de graisse périphérique ne semble pas modifier l'état de l'axe HHS, la perte de poids est associée à une réactivité accrue de celui-ci. Deuxièmement, nous avons voulu déterminer si ce lien entre le statut pondéral et l'axe corticotrope était associé aux comportements alimentaires et à la préoccupation à l'égard du poids corporel. Une série de questionnaires nous ont permis d'établir que la SCR chez les femmes est négativement associée à plusieurs des variables mesurées, la susceptibilité émotionnelle à la désinhibition alimentaire ressortant parmi celles-ci. Ainsi, malgré que nous soyons encore loin d'avoir fait toute la lumière sur le lien entre le stress et l'obésité, ces travaux nous ont permis de consolider des observations faites par d'autres groupes de recherche et de faire un pas en avant concernant la mesure de la SCR qui est non seulement reliée au statut pondéral, mais à des comportements qui influencent le poids corporel et l'état de stress des individus. / Obesity is a health problem reaching more and more people and is now considered as a world-wide epidemic. Stress-related health problems also increased during the last decades. The parallel evolution of these two phenomena is not that surprising, since they are both ensuing from our modem life habits. The work of this thesis consisted in better understanding the link between stress and obesity. First, we attempted to enlarge our knowledge about the influence of obesity, but also weight loss, on the hypothalamic-pituitary-adrenal (HPA) axis in men with central and women with peripheral body fat distribution. The response to three types of HPA axis stimulations was assessed in lean, obese and reduced obese subjects: the acoustic startle test (AST), the Trier social stress test and the awakening cortisol response (ACR). The AST revealed no marked difference between the three different weight status groups, while the two other HPA axis stimulations turned out complementary. Globally, the obtained results confirm a hyperreactivity of the HPA axis in abdominal obesity state in men, whereas the reactivity is attenuating with weight loss. In women, although peripheral fat accumulation does not seem to modify the HPA axis status, weight loss is associated with a heightened reactivity of the latter. Secondly, we tried to determine if this link between weight status and HPA axis was related to eating behavior and preoccupation towards body weight. A set of questionnaires permitted us to observe that ACR in women is negatively associated with many of the measured variables; and emotional susceptibility to disinhibition was the most relevant among them. Thus, despite the fact that we are still far to get right from the bottom of the link between stress and obesity, this work allowed us to strengthen the observations made by other research groups and to make a great leap forward concerning the ACR, that revealed a measure related not only to weight status, but also to eating behavior influencing body weight and psychological stress state of individuals.