Tableau d'honneur de la FÉSP / La maladie d’Alzheimer (MA) est une maladie neurodégénérative qui se manifeste par l’apparition progressive de troubles de la mémoire. Le nombre de personnes affectées par la maladie est en constante hausse, mais il n’existe pour l’instant aucun traitement curatif pour la MA. L’âge avancé est le principal facteur de risque de la MA et est associé à un déficit de thermorégulation. De précédentes études animales montrent d’ailleurs que l’hypothermie augmente la phosphorylation de la protéine tau, l’un des principaux marqueurs neuropathologiques de la MA. La souris triple transgénique (3xTg-AD), un modèle murin de la MA, présente un déficit de thermorégulation qui s’installe progressivement avec le vieillissement et l’apparition de la neuropathologie. Une exposition aigüe au froid aggrave l’hyperphosphorylation de tau dans le cerveau de ces souris, tandis que les placer à une température thermoneutre (28°C) diminue leurs déficits de mémoire et leur pathologie amyloïde. Le tissu adipeux brun (TAB) est le principal siège de la thermogenèse chez les mammifères. La stimulation de son activité, par des expositions au froid ou l’administration d’agonistesdes récepteurs β3 adrénergiques(Rβ3A), permet de diminuer les altérations métaboliques périphériques. Puisque les maladies métaboliques sont des facteurs de risques importants pour la MA, et qu’un déficit de thermorégulation semble aggraver la MA, nous avons émis l’hypothèse que la stimulation du TAB pourrait être bénéfique pour la MA en corrigeant les déficits de thermorégulation et les troubles métaboliques. L’objectif de cette thèse était de déterminer si la stimulation de la thermogenèse du TAB permettait de diminuer la neuropathologie et les déficits comportementaux dans un modèle murin de la MA, la souris 3xTg-AD. Dans un premier temps, nous avons montré que l’âge avancé potentialisaitla phosphorylation de tau induite par une exposition aigüe au froid. Dans un second temps, nous avons montré que de courtes expositions répétées au froid permettaient d’augmenter la capacité de thermogenèse du TAB et de réduire l’intolérance au glucose des souris 3xTg-AD âgées. Une meilleure thermorégulation conférait une protection contre la phosphorylation de tau induite par une exposition aigüe au froid. De plus, nous avons observé une corrélation négative entre les niveaux du facteur de croissance des fibroblastes 21 (FGF21) et la phosphorylation de tau dans l’hippocampe, suggérant que cette hormone produite par le TAB est impliquée dans la neuroprotection contre une exposition aigüe au froid. Finalement, nous avons investigué l’effet d’un agoniste des Rβ3A sur la neuropathologie et la mémoire des souris 3xTg-AD âgées. Cette approche pharmacologique a permis d’améliorer la tolérance au glucose et d’augmenter la thermogenèse du TAB des souris 3xTg-AD et NonTg âgées de 16 mois. Le traitement a renversé le déficitde mémoire de reconnaissance et a diminué le ratiode peptides Aβ42/Aβ40 insolubles dans l’hippocampedes souris transgéniques, sans moduler la phosphorylation de la protéinetau. Ces résultats montrent que les interventions visant à stimuler la thermogenèse permettent de diminuer les désordres métaboliques et d’altérer la neuropathologie et les déficits comportementaux de la MA dans un modèle murin. Ainsi, nos résultats mettent en lumière la thermorégulation comme une nouvelle cible thérapeutique et ouvrent la voie à de nouvelles stratégies pour cette maladie. / Alzheimer's disease (AD) is a neurodegenerative disease characterized by a progressive loss of memory. The number of people affected by the disease is constantly in creasing, but there is currently no curefor AD. Aging, the main risk factor for AD, is also associated with a thermoregulatory deficit. Previous animal studies have shown that hypothermia in creases the phosphorylation of the protein tau, one of the main neuropathological markers of AD. The transgenic triple mouse (3xTg-AD), a mouse model of AD neuropathology, develops thermoregulatory deficits along with the progression of the neuropathology. Acute cold exposure exacerbates tau hyperphosphorylation in the brain of 3xTg-AD mice, while exposing them to a thermoneutral environment (28°C) alleviates their memory deficits and amyloid pathology. Brown adipose tissue (BAT) is the main site of thermogenesisin mammals. The stimulation of its activity, by cold exposures or the administration of β3 adrenergic receptor agonists (β3AR), has been shown to improve peripheral metabolic determinants. Since metabolic diseases are important risk factors for AD, and thermoregulatory deficits mayworsen AD, we hypothesized that BAT stimulation could be beneficial in AD by correcting both thermoregulatory deficits and metabolic disorders. The aim of this thesis was to determine whether the stimulation of BAT thermogenesis reduces neuropathology and behavioral deficits in a mouse model of AD, the 3xTg-AD mouse. First, we showed that advanced age potentiates tau phosphorylation induced by acute cold exposure. Secondly, we observedthat repeated short cold exposures increased the thermogenesis capacity of BAT and reduced glucose intolerance in aged 3xTg-AD mice. Better thermoregulation provided protection against tau phosphorylation induced by an acute cold exposure. In addition, we reported a negative correlation between fibroblast growth factor 21 (FGF21) levels and tau phosphorylation in the hippocampus, suggesting that this BAT-secreted hormone is involved in neuroprotection against acute cold exposure. Finally, we investigated the effect of a β3AR agonist on the neuropathology and memory of old 3xTg-AD mice. This pharmacological approach improved glucose tolerance and increased BAT thermogenes is in 16-month-old 3xTg-AD and NonTg mice. The treatment reversed the recognition memory deficiency and decreased the ratio of insoluble Aβ42/Aβ40 peptides in the hippocampus of transgenic mice, without modulating tauphosphorylation. These results show that interventions aiming at stimulating thermogenes is can reduce metabolic disorders and modulate neuropathology and behavioral deficits of AD in a mousemodel. Thus, our results high light thermoregulation as a novel therapeutic target for this disease.

L’obésité est une comorbidité de plus en plus fréquent dans la maladie pulmonaire obstructive chronique (MPOC). À l’instar des autres maladies chroniques, les études épidémiologiques ont mis en évidence que les patients MPOC avec un surpoids ou une obésité vivent plus longtemps que les patients de poids normal. L’objectif de l’étude est donc de d’évaluer l’impact de la composition corporelle mesurée par tomodensitométrie axiale commandée par ordinateur (TACO) sur la fonction pulmonaire, la capacité fonctionnelle et la survenue d’évènements cliniques tels que les exacerbations et la mortalité chez les patients atteints d’une MPOC. Au terme de l’étude, nous avons constaté que, pour un même indice de masse corporelle (IMC), les patients ayant une MPOC ont plus de tissus gras viscéral et sous-cutané, moins de masse musculaire et une plus grande infiltration graisseuse au niveau du muscle que le groupe témoin. Ces altérations de la composition corporelle s’accentuent avec l’augmentation de la sévérité de la maladie. Ainsi, une plus grande quantité de graisse ectopique et un plus faible volume musculaire sont associés à une capacité fonctionnelle plus faible en plus de réduire la qualité de vie. / Obesity is a phenomenon increasingly common in COPD. Like in other chronic diseases, epidemiological studies have reported the paradoxical observation that COPD patients with overweight or obesity live longer than normal weight patients. The objective of this study is to measure body composition by using a very precise method, the computer controlled axial tomography (CT-scan), and to assess its impact on lung function, functional capacity and the prevalence of clinical outcomes such as exacerbations and mortality in patients with COPD. At the end of the study, we found that, for a same body mass index (BMI), COPD patients have more visceral and subcutaneous adipose tissue, less muscle mass and a lower muscle attenuation than the control group. These alterations in body composition increase with disease severity. Thus, a greater amount of ectopic fat and lower muscle volume are associated with lower functional capacity and reduce the quality of life.

L’obésité est une maladie chronique dont la prévalence augmente. Plusieurs comorbidités sont associées à l’obésité comme l’hypertension artérielle, le diabète de type 2 ou l’apnée obstructive du sommeil. Dans un contexte d’obésité sévère, le risque de développer ces comorbidités augmente en plus d’être associé à un risque augmenté de mortalité. Le développement de ces comorbidités est étroitement lié à l’accumulation excessive ainsi qu’à la distribution ectopique du tissu adipeux. Or, la distribution du tissu adipeux diffère selon le sexe, ce qui agit comme un facteur déterminant dans la morbidité associée à l’obésité sévère. La prise en charge de l’obésité comprend l’approche non-pharmacologique, pharmacologique et chirurgicale. Dans un contexte d’obésité sévère, la chirurgie bariatrique est le seul traitement considéré comme efficace puisqu’il permet non seulement une perte de poids et le maintien à long terme de celle-ci, mais également la résolution partielle ou complète des comorbidités associées à l’obésité sévère. Ce mémoire a comme premier objectif de comparer, entre les hommes et les femmes avec obésité sévère, la composition corporelle, la distribution du tissu adipeux à l’abdomen et à la mi-cuisse et la présence des comorbidités dont le diabète de type 2, l’hypertension artérielle et l’apnée obstructive du sommeil. Le deuxième objectif est de comparer, entre les sexes, la perte de poids, la mobilisation du tissu adipeux à l’abdomen et à la cuisse et la résolution des comorbidités à 6 et 12 mois post-opératoire de la dérivation biliopancreatique avec commutation duodénale (DBP-CD). Les analyses ont permis de montrer qu’à 12 mois suivant une DBP-CD, aucune différence entre les sexes n’a été rapportée sur la perte de poids et sur la résolution des comorbidités. Toutefois, les hommes ont bénéficié d’une plus grande perte de masse grasse et de tissu adipeux, tant au niveau de la mi-cuisse qu’au niveau de l’abdomen. / Obesity is a chronic disease with an increasing prevalence. Several comorbidities are associated with obesity such as systemic hypertension, type 2 diabetes, obstructive sleep apnea, dyslipidemia, stroke, cardiovascular diseases and certain types of cancer. The risk of these diseases increases with the severity of obesity and may even result in death. Indeed, development of these comorbidities can be attributed to excessive accumulation and distribution of adipose tissue, as well as ectopic adipose tissue deposition. Distribution of adipose tissue happens in a different manner in both sexes and acts as a determining factor in the predisposition to health risks in severely obese men and severely obese premenopausal women. Knowing that consequences of obesity are multiple, it is therefore necessary to manage and treat this disease appropriately. Management of obesity includes non-pharmacological, pharmacological as well as surgical approaches. In the context of severe obesity, bariatric surgery is the only treatment which allows both significant and sustained weight loss in addition to resolution of obesity related comorbidities. The first aim of this study was to assess the differences between severely obese men and women, in body composition, abdomen and mid-thigh body fat distribution and presence of comorbidities, such as systemic hypertension, type 2 diabetes and obstructive sleep apnea. The second aim was to compare between men and women, the 6 and 12-month postoperative evolution of biliopancreatic diversion with duodenal switch (BPD-DS) bariatric surgery, in terms of weight loss, body fat mobilization and resolution of the mentioned comorbidities. Our study results showed that 12 months following BPD-DS, there was no differences between men and women in terms of weight loss and resolution of comorbidities. However, men benefited from a greater decrease in body fat and in adipose tissue at both abdomen and mid-thigh level.

L'excès de tissu adipeux abdominal (TAA) viscéral est associé à des désordres métaboliques telles la résistance à l'insuline et la dyslipidémie athérogénique. Ceux-ci sont liés à l'athérosclérose et sont précurseurs d'événements coronariens. Le premier objectif de cet ouvrage consiste à démontrer la reproductibilité des mesures du TAA identifiées par imagerie par résonance magnétique (IRM) auprès de jeunes adultes apparemment en santé. Le deuxième objectif est de valider ces mesures dans l'évaluation du risque cardiométabolique dans la même population. L'instrument retenu est l'IRM. Les coupes axiales ont été analysées par une méthode de détection semi-automatique du tissu adipeux sous-cutané (SAT) et du tissu adipeux viscéral (VAT). LTRM mesure l'adiposité abdominale sans exposition à des radiations ionisantes. Les 283 individus (143 femmes - 140 hommes) sont âgés en moyenne de 26 ± 4 ans. Ils ont un indice de masse corporelle de 23.3 ± 3.7 kg/m² et un tour de taille de 79.5 ± 10.8 cm. Les comparaisons par la concordance de Lin des deux observateurs ont confirmé un accord supérieur pour le SAT (0.97, p<0.00001) et pour le VAT (0.97, p<0.00001). Des analyses intra-observateurs ont démontré un accord supérieur: SAT : 0.99 (p<0.00001) et VAT : 0.95 (p<0.00001). Le VAT a été corrélé avec les mesures anthropométriques et les éléments du bilan lipidique. LTRM est une méthode reproductible pour quantifier le SAT et le VAT et l'évaluation du VAT par IRM peut identifier le risque cardiométabolique dans cette population.

Le tissu adipeux est un tissu encore mal compris. Sa fragilité rend sa transplantation délicate. Une solution autologue de rechange demeure en demande. Prometteuse, l'ingénierie du tissu adipeux (TA) en laboratoire permettrait de remédier au manque de tissus mous pour les chirurgies reconstructives et de produire des modèles d'études physiologiques et pharmacologiques. La méthode de génie tissulaire par autoassemblage permet aux cellules de produire et d'accumuler leur propre matrice extracellulaire (MEC) et de former un feuillet tissulaire manipulable sans biomatériaux exogènes. Les tissus adipeux humains reconstruits (hrAT ; de l'anglais human reconstructed adipose tissue) sont donc composés de cellules souches/stromales dérivées du TA qui ont subi une différenciation adipocytaire. L'hypothèse à la base des travaux présentés dans cet ouvrage est que le milieu de culture utilisé contient des quantités subphysiologiques d'acides gras essentiels (AGe) et qu'il est possible de moduler la composition de la membrane phospholipidique et les triglycérides des cellules adipeuses par la modification de l'apport en acide gras du milieu de culture. Les objectifs poursuivis pour valider cette hypothèse étaient (1) d'isoler, caractériser et comparer les lipides et les phospholipides du hrAT avec ceux du TA natif ; (2) de comparer les transcriptomes du modèle de hrAT avec celui du TA natif ; (3) de quantifier les AGe présents dans les milieux de cultures utilisés ; (4) de comparer les profils lipidique et phospholipidique des hrAT dans des milieux pauvres et riches en AGe et (5) de mesurer l'impact de la modulation de l'activité de la delta(∆)-6-désaturase (FADS2) sur le profil lipidique des hrAT. Au total, 2 915 gènes analysés avec la puce BeadChip Illumina HUmanWG-6 étaient différemment exprimés entre les TA natifs et reconstruits. Les données relatives à l'expression ont été analysées à l'aide du logiciel Ingenuity Pathway 8.5 (IPA) pour détecter une association avec des voies de signalisation. Ensuite, le logiciel IPA a permis de relier ces voies avec des fonctions biologiques pertinentes et de prédire leurs modulations. Des fonctions biologiques associées aux voies de signalisation de PPARγ (valeur p = 0,006), comme la différenciation des cellules adipocytaires (p = 2,65 E⁻¹³) et l'hypertrophie (p = 4,61 E⁻¹⁴), étaient semblables à 75 % au TA natif. Inversement, les résultats indiquaient une diminution des fonctions biologiques associées au métabolisme des lipides (p = 2,88 E⁻¹⁴), dont la synthèse des triglycérides (p = 9,44 E⁻⁴ ) et son hydrolyse (2,91 E⁻³ ). Le dosage de 42 acides gras (AG) par chromatographie en phase gazeuse a permis de souligner une différence entre la composition des hrAT et du TA natif, notamment par rapport aux acides gras essentiels (AGe). En effet, bien que la composition en phospholipides fût similaire à 90 %, les hrAT contenaient 3,5 fois moins de triglycérides que le TA natif. Les AGe, comme l'acide linoléique (AL), se retrouvent en faible quantité (1-3 %) dans les milieux de culture utilisés. Pour pallier ce manque, des hrAT ont été produits dans un milieu de culture supplémenté en AL, ce qui a permis de rétablir partiellement le profil altéré du hrAT en formation via la modulation de l'activité de FADS2 (Δ6-désaturase). Les travaux menés dans le présent ouvrage ont permis de mettre en lumière la composition lipidique du hrAT et de moduler son apport en AGe. Ils ont également montré que le hrAT in vitro, à l'image du TA natif, est modulable et s'adapte à son environnement nutritionnel. Ils ouvrent donc la porte à la production de modèles d'études physiologiques ou pharmacologiques qui aideraient à comprendre les mécanismes associés au métabolisme des lipides et à ses déséquilibres dans toutes les phases du développement pharmaceutique. / Fat tissue is still an underestimated tissue. Its fragility makes its transplantation delicate. An autologous alternative remains in demand. The engineering of adipose tissue (AT) is a promising alternative that could resolve the scarcity of soft tissue for reconstructive surgeries and produce a relevant model for physiological and pharmacological studies. Tissue engineering using the self-assembly approach allows the cells to produce and accumulate their own extracellular matrix (ECM) and form a tissue sheet that can be manipulated, without using any exogenous biomaterial. Human reconstructed adipose tissues (hrAT) are therefore a combination of stem and stromal cells isolated from the adipose tissue that have been undergoing adipocyte differentiation. The hypothesis underlying the work presented is that the culture medium used contains sub-physiological quantities of essential fatty acids (EFA) and that it is possible to modulate the composition of the phospholipid membrane and the triglycerides of adipose cells by modifying the fatty acid intake from the culture medium. The objectives pursued to validate this hypothesis were: (1) To isolate, characterize and compare the lipids and phospholipids of hrAT with those of native AT; (2) To compare the transcriptomes of the hrAT model with those of native AT; (3) To quantify the EFA present in the culture media used; (4) To compare the lipid and phospholipid profiles of hrAT in a poor and rich EFA media; (5) To measure the impact of modulation of Fatty Acid Desaturase 2 (FADS2) activity on the lipid profile of hrAT. A total of 2 915 genes analyzed using Illumina BeadChip chip HUmanWG-6 were differentially expressed between native and reconstructed AT. Data for expression were analyzed with the Ingenuity Pathway 8.5 software (IPA) for detecting an association with signaling pathways. Then, the IPA software linked these pathways with the relevant biological functions and predicted their modulations. Biological functions associated with PPARγ signaling pathways (p value = 0.006), as the differentiation of fat cells (p = 2,65E⁻¹³) and hypertrophy (p = 4,61E⁻¹⁴), were 75% similar to native AT. Conversely, the results indicated a reduction of the biological functions associated with lipid metabolism (p = 2,88E⁻¹⁴), the synthesis of triglycerides (p = 9,44E⁻⁴) and hydrolysis (p = 2,91E⁻³). The quantification of 42 fatty acids (FA) by gas chromatography highlighted a difference between the composition of the hrAT and native AT, particularly for essential FA composition. Indeed, although the phospholipid composition was similar at 90%, the hrAT contained 3.5 times fewer triglycerides as native AT. The EFA, such as linoleic acid (LA), were found in small amounts (1-3%) in the culture media used. To fulfill this gap, the hrAT were produced in a culture medium supplemented with AL which partially restored the altered profile of hrAT via modulation of the activity of FADS2. This work describes the lipid composition of the hrAT and shows that LA supplementation can modulate it. Like native AT, the hrAT can adapt to its nutritional environment. It could be used as a model for physiological or pharmacological studies, in order to understand the mechanisms involved in lipid metabolism and its imbalances in pathological states.

Les tissus adipeux ont été reconnus il y a longtemps comme des sites importants de transformation et d’action des hormones stéroïdiennes. Parmi ces hormones, les androgènes et les oestrogènes jouent un rôle important dans la régulation des fonctions du tissu adipeux comme l'accumulation de triglycérides, la lipolyse, la différenciation des préadipocytes et la prolifération cellulaire. La disponibilité de ces hormones est modulée par un groupe d’enzymes de conversion des stéroïdes qui n’ont pas été entièrement caractérisées dans les tissus adipeux humains. Objectif: Notre objectif était de caractériser les isoenzymes de la 5α-réductase de même que la 17β-hydroxystéroïd déshydrogénase (17β-HSD) de type 2 et leur association avec les mesures anthropométriques et/ou les marqueurs d'adiposité. Méthodes: Des tissus adipeux omental et sous-cutané ont été obtenus auprès d’hommes et/ou de femmes non-obèses et/ou obèses. L'expression des 5α-réductases et 17β-HSD type 2 ont été mesurées dans différents modèles de tissus adipeux. Des techniques d’immunohistochimie et d'imagerie confocale ont été utilisées pour localiser la 17β-HSD type 2 dans les tissus adipeux. Nous avons utilisé des inhibiteurs spécifiques à ces enzymes dans nos expériences. De plus, des cultures de cellules HEK-293 ont été utilisées pour tester les inhibiteurs des 5α-réductases. Résultats: Nous avons démontré que la dihydrotestostérone est formée principalement à partir de l'androsténedione (4-dione) et est responsable de la grande majorité de l’effet inhibiteur du 4-dione et de la testostérone sur l'adipogenèse. Les isoenzymes de la 5α-réductase jouent donc un rôle important dans la régulation de la différenciation des préadipocytes. Nos résultats indiquent également que la conversion de la testostérone et de l'estradiol en stéroïdes moins actifs tels que le 4-dione et l'estrone, respectivement, est effectuée par la 17β-HSD type 2 qui est localisée dans les vaisseaux sanguins des tissus adipeux des hommes et des femmes. Conclusion: Les 5α-réductases et la 17β-HSD type 2 modulent la disponibilité des hormones stéroïdiennes actives dans les tissus adipeux humains. Leur activité et/ou leur expression est associée aux mesures d’adiposité. Ceci supporte la notion d’un rôle possible de ces enzymes dans l'altération des dépôts graisseux via une modulation de la disponibilité des hormones stéroïdiennes actives. / Adipose tissue has long been recognized as a significant site for steroid hormone transformation and action. These hormones include androgens and estrogens, which play a pivotal role in the regulation of many adipose tissue functions including triglyceride accumulation, lipolysis, preadipocyte differentiation and proliferation. The availability of these hormones is regulated through a group of steroid hormone-converting enzymes that have not been fully characterized in adipose tissue. Our objective was to characterize steroid hormone-converting enzymes 5α-reductase and 17β-hydroxysteroid dehydrogenase (17β-HSD) type 2 and their involvement in the regulation of androgen and estrogen availability in abdominal adipose tissues of men and/or women, and define their association with anthropometric measurements or other adiposity markers. Methods: Omental (OM) and subcutaneous (SC) adipose tissues were obtained from non-obese and/or obese men and/or women. The expression of 5α-reductase and 17β-HSD type 2 isoenzyme was measured in various OM and SC tissue models. Immunohistochemistry and confocal imaging techniques were used to localize 17β-HSD type 2 in adiposes tissues. We used specific enzyme inhibitors in our experiments. In addition, HEK-293 cell cultures were used to test the 5α-reductase isoenzymes inhibitors. We also measured glycerol-3-phosphate dehydrogenase (G3PDH) activity with or without 5α-reductase inhibitors to assess the extent of preadipocyte differentiation. Results: Dihydrotestosterone is formed mainly through 4-androst-4-ene-3,17-dione (4-dione) and it is responsible for the vast majority of the inhibitory effect of 4-dione and testosterone on adipogenesis. 5α-reductase isoenzymes play an important role in the regulation of preadipocyte differentiation through modulation of androgenic activity. Our results also indicated that the conversion of testosterone and estradiol into less active steroids such as 4-dione and estrone, respectively, is caused by 17β-HSD type 2, which is localized in the blood vessels of adipose tissue in both men and women. No sex difference was detected in HSD17B2 mRNA expression. However, opposite correlations were found between 17β-HSD type 2/HSD17B2 mRNA expression and/or activity with age or adiposity measurements in both sexes. Conclusion: 5α-reductases and 17β-HSD type 2 have opposite actions on the availability of active steroid hormones in human OM and SC adipose tissues. The activity and/or the expression of these enzymes is associated with adiposity measurements. This supports a possible role of these enzymes in altering fat deposition through the modulation of active steroid hormone availability in adipose tissue.

L’obésité est maintenant reconnue comme présentant une inflammation chronique et est caractérisée par une augmentation de l’infiltration de macrophages dans le tissu adipeux. Cette infiltration est réflètée par l’activation du système du complément qui agit comme élément déclencheur et précurseur aux autres fonctions immunitaires. Le C5L2 (C5aR-like receptor 2) a récemment été identifié comme récepteur pour la protéine stimulant l’acylation (ASP) ainsi que pour le facteur inflammatoire C5a (capable quant à lui d’aussi se lier au C5aR). Cette thèse porte sur: (i) l’interaction entre C5L2 et C5aR suite à l’activation de ceux-ci par leurs ligands respectifs dans des lignées cellulaires adipocytaires (3T3-L1) et de macrophages (J774), (ii) la contribution du C5aR au métabolisme et à la réponse immunitaire d’adipocytes provenant de modèles murins et (iii) l’association entre C5L2 et C5aR avec des facteurs reliés à l’obésité chez l’humain. Les récepteurs C5L2 et C5aR s’associent entre-eux de façon constitutive en homo- et hétérodimères et l’ajout de ligand à des cultures d’adipocytes 3T3-L1 ou de macrophages J774 augmente cette colocalisation. Autant l’ASP que le C5a ont réussi à induire une réponse fonctionnelle chez des adipocytes primaires. Lorsque des adipocytes primaires provenaient de souris invalidées pour le C5aR, les effets d’un traitement avec C5a étaient perturbés tandis que les effets médiés par un traitement à l’ASP étaient maintenus. De plus, l’addition de C5a bloquait la signalisation et la réponse fonctionnelle causées par un traitement à l’ASP chez les adipocytes primaires provenant de souris C5aRKO et de type sauvage. Finalement, l’expression des gènes C5L2 et C5aR dans le tissu adipeux de femmes obèses morbides était associée avec une adiposité croissante. De façon interessante, les ratios ASP/C5L2 et C5L2/C5aR augmentaient de façon significative avec l’obésité abdominale. Lorsque pris ensemble, l’interaction fonctionelle, physiologique et la proximité physique des récepteurs C5L2 et C5aR chez les adipocytes suggèrent un rôle potentiel de ceux-ci sur l’immunométabolisme du tissu adipeux. De surcroit, cette interaction met en valeur les liens qui existent entre le tissu adipeux et les protéines et récepteurs du complément tout en démontrant comment une réponse excessive au niveau immuno-métabolique pourrait exacerber le développement du niveau d’adiposité chez l’individu. / From the convergence of metabolism and immune research has emerged a new research field, termed “Immunometabolism”. Obesity, an immunometabolic disease, is associated with a state of low-grade inflammation and is characterized by increased infiltration of macrophages into adipose tissue. Complement activation can act as an early trigger and precursor of other immune functions. C5aR-like receptor 2 (C5L2) has been identified as a receptor for Acylation Stimulating Protein (ASP) and the inflammatory factor C5a (which can also bind C5aR). This thesis sequentially evaluates (i) ligand-induced C5L2 and C5aR interaction in cultured 3T3-L1 adipocytes and J774 macrophages, (ii) the C5aR contribution in adipocyte metabolic and immune responses in mouse models, (iii) as well as C5L2 and C5aR association with obesity-related factors in humans. The immunometabolic receptors, C5L2 and C5aR, constitutively self-associate into homo-/heterodimers and ligand treatment of 3T3-L1 adipocytes and J774 macrophages increased their colocalization. Both C5a and ASP directly induced primary adipocyte signaling and function. However, in C5aRKO primary adipocytes, C5a effects were disrupted, while stimulatory effects of ASP were mostly maintained. Moreover, addition of C5a completely blocked ASP signaling and activity in both C5aRKO and WT primary adipocytes. Finally, C5L2 and C5aR expression in adipose tissue from morbidly obese women was associated with increased adiposity. Interestingly, ASP/C5L2 and C5L2/C5aR ratio markedly increased with abdominal obesity. Taken together, the closely linked physical, functional and physiological interaction between C5L2 and C5aR in adipocytes suggests a potential role in adipose tissue immunometabolism. This further highlights the important new links between adipose tissue and complement proteins/receptors and demonstrates how excessive immunometabolic responses may exacerbate adiposity.

L'obésité, particulièrement l'obésité abdominale, constitue l'un des principaux enjeux socioéconomiques majeurs des prochaines décennies avec l'accroissement de sa prévalence tant dans les pays industrialisés que ceux en développement et par les coûts en soins de santé reliés à ses comorbidités. Cette condition physique est multifactorielle, provenant tant de l'environnement que du comportement et de la génétique. Beaucoup de recherches ont été effectuées ces dernières années pour comprendre et traiter cette condition, cependant aucun traitement pharmacologique n'est parvenu à offrir des résultats satisfaisants pour contrer cette épidémie. Récemment, l'obésité fut caractérisée comme une condition inflammatoire chronique de faible ampleur avec une augmentation des niveaux circulants de cytokines pro-inflammatoires et une élévation de l'infiltration de macrophages dans le tissu adipeux. L'un des premiers mécanismes qui intervient dans l'inflammation est l'activation du système du complément. Ce dernier système est bien caractérisé pour ses implications dans l'immunité acquise et innée de l'organisme, cependant des études récentes suggèrent une dualité dans sa fonction dans le tissu adipeux. Outre ces rôles immunitaires, ce système aurait aussi des fonctions importantes dans le métabolisme énergétique et l'homéostasie de l'organisme. Le facteur le plus connu agissant sur le métabolisme, la protéine stimulant l'acylation ou ASP, est un dérivé de la voie alterne du système du complément qui stimule la synthèse des triglycérides dans le tissu adipeux et favorise le transport du glucose. Les travaux présentés dans cette thèse matérialisent de façon évidente la dualité de fonction du système du complément, spécifiquement la voie alterne. L'implication de l'ASP et de sa voie de signalisation dans l'inflammation chronique rencontrée en obésité ainsi que le rôle d'un nouveau médiateur dans le métabolisme lipidique, nous ouvrent la voie vers de nouvelles avenues de recherche pour comprendre et traiter l'obésité et les pathologies qui lui sont associées.

La prévalence de l'obésité et de ses complications, qui touchent un large éventail de systèmes physiologiques, augmente rapidement et nécessite un effort collectif accru afin de diminuer son incidence et sa progression. D'après les données recueillies à partir d'une kyrielle d'études, il est proposé que la dysfonction du tissu adipeux est déterminante dans le développement de plusieurs maladies non transmissibles telles que le diabète de type 2, l'hypertension, la stéatose hépatique non alcoolique, certaines dyslipidémies et le cancer du sein. Bien qu'il soit documenté que l'obésité puisse favoriser le cancer par une myriade de mécanismes, y compris par une sécrétion hormonale altérée, les données sont peu nombreuses sur le lien entre la dérégulation locale du tissu adipeux non desmoplasique et les facteurs pronostiques du cancer du sein, dont le phénotype tumoral et individuel ainsi que les aspects comportementaux des individus. Les données sont peu exhaustives sur la quantité de stéroïdes présents dans les tissus adipeux en particulier leur rôle et leur pertinence physiologique, au-delà du lien bien connu entre l'expression et l'activité de l'aromatase et la production des œstrogènes. L'objectif global de cette thèse était de décrire la dysfonction du tissu adipeux, en particulier ses aspects hormonaux et inflammatoires dans le cancer du sein et dans l'obésité sévère. Afin de brosser un portrait plus exhaustif de la portée des altérations induites par l'obésité, les caractéristiques de la tumeur, les phénotypes d'adiposité et les marqueurs d'habitudes de vie ont été combinés à une évaluation morphologique, des marquages cellulaires in situ et des données d'expression génique, ce qui nous a permis de représenter de façon détaillée la dysfonction du tissu adipeux local. À ce titre, dans le cadre de cette thèse, une multitude de nouvelles méthodes pour décrire le dysfonctionnement du tissu adipeux in situ ont été développées. Tout d'abord, un protocole a été mis au point pour caractériser les marqueurs de dysfonction des tissus adipeux congelés instantanément par des techniques de coloration tissulaires et des approches basées sur la reconnaissance antigénique, ce qui permet de tirer profit des échantillons provenant des biobanques. Un nouveau profil d'analyse de stéroïdes par spectrométrie de masse en tandem couplée à la chromatographie liquide dans le tissu adipeux mammaire a été adapté en appliquant une approche innovante de dérivatisation pour le défi que représente la détection et la quantification des œstrogènes pertinents dans un contexte biologique. Notre profil a été élargi afin de caractériser plus en détail le métabolome stéroïdien dans les tissus adipeux sous-cutanés et viscéraux dans l'obésité sévère et après une perte de poids induite par la chirurgie bariatrique. Les résultats suggèrent que les caractéristiques du tissu adipeux mammaire local sont associées aux marqueurs pronostiques du cancer du sein, c'est-à-dire, les marqueurs associés au mode de vie, l'adiposité et les caractéristiques tumorales autant chez les femmes pré- que post-ménopausées. Les quantités d'hormones stéroïdiennes sont associées à la sévérité des lésions mammaires, tout comme l'inflammation, représentée par l'infiltration des cellules inflammatoires et l'hypertrophie adipocytaire. Une amélioration du profil stéroïdien après une perte de poids substantielle a également été observée, ce qui met l'accent sur la capacité d'adaptation du tissu adipeux. En somme, les résultats présentés dans cette thèse soulignent le rôle de la dérégulation hormonale dans le tissu adipeux qui joue probablement un rôle de premier plan dans l'obésité, dans les altérations associées à l'obésité et dans le cancer du sein et révèlent que la dysfonction du tissu adipeux n'est que partiellement renversée par la chirurgie bariatrique. / Obesity and its complications, which affect a wide array of organ systems, are rapidly increasing and require our increased collective efforts in order to limit its incidence and progression. Data gathered from a plethora of studies show that the dysfunction of adipose tissue is decisive for the development of several noncommunicable diseases, such as type 2 diabetes mellitus, hypertension, non-alcoholic fatty liver disease, certain dyslipidaemias, and breast cancer. Although it is well documented that obesity may foster cancer through a constellation of mechanisms, including detrimental hormonal secretion, data are scarce on the link between non-desmoplastic local adipose tissue dysregulation and breast cancer prognostic factors encompassing tumour and individual phenotypes along with behavioural aspects. There is also a scarcity of data concerning white adipose tissue steroid profile and its role in severe obesity and breast cancer. The physiological relevance of adipose tissue steroids beyond the aromatase and oestrogens nexus in the breast cancer paradigm remains largely unexplored. The overall objective of this thesis was to characterise adipose tissue dysfunction, in particular hormonal and inflammatory aspects of local adipose tissue in the context of both breast cancer and severe obesity. Tumour characteristics, adiposity phenotypes, and life style factors were assessed in order to paint a more complete picture of the roles of obesity-mediated alterations. Various techniques were applied to allow for a comprehensive assessment of local adipose tissue dysfunction. As such, in the framework of this thesis, new methods have been developed to describe adipose tissue dysfunction in situ. First, a protocol has been developed to characterise flash-frozen adipose tissue dysfunction markers by general staining and antibody recognition taking advantage of large biobanks. A new liquid chromatography-tandem mass spectrometry steroid profile has been tailored for breast adipose tissue by applying an innovative derivatisation approach for the complex detection and quantification of bioactive oestrogens. Our profile has been expanded in order to characterise in more intricate details the steroid metabolome in subcutaneous and visceral adipose tissues in severe obesity before and after surgery-induced weight loss. The results suggest that local breast adipose tissue features are associated with breast cancer prognostic markers, namely lifestyle, adiposity, and tumour features, in both pre- and postmenopausal women. Steroid hormone amounts were associated with the severity of the breast lesions as was inflammation, assessed by inflammatory cell infiltration and adipocyte hypertrophy. An improvement in steroid profile after substantial weight loss has also been observed which emphasises adipose tissue adaptability. Taken together, results displayed in this thesis underline the role of hormonal dysregulation in adipose tissue, which likely plays a significant role in obesity, obesity-associated alterations and in breast cancer, and unveil that adipose tissue dysfunction is only partially reversed by bariatric surgery.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / L'obésité viscérale, c'est-à-dire l'accumulation de tissu adipeux dans des régions anatomiques tels que le mésentère et le grand omentum, augmente de façon significative la prévalence de maladies non-infectieuses. La contribution importante de l'obésité viscérale, et donc de la distribution des graisses par rapport à l'adiposité générale dans la prédiction du risque cardiométabolique, pourrait être associée à des altérations pouvant survenir au niveau de la fonction du tissu adipeux. En effet, la dysfonction du tissu adipeux qui comprend une faible différentiation et l'hypertrophie adipocytaire, de même que la résistance à l'insuline et une inflammation de faible intensité, détériore la capacité à garder efficacement dans les tissus adipeux les lipides sanguins provenant de l'excès énergétique. Comme il le sera approfondi dans cette thèse, les hormones stéroïdiennes sont non seulement impliquées dans la distribution des graisses chez l'humain mais pourraient aussi participer dans la survenue de certaines altérations de la fonction adipeuse. Si historiquement, les hormones stéroïdiennes plasmatiques ont été un sujet d'intérêt, l'intracrinologie du tissu adipeux et le renouvellement des hormones stéroïdiennes a été mis en évidence récemment. Malheureusement, le nombre d'études associant la dysfonction adipeuse et l'intracrinologie du même tissu sont peu nombreuses. Les études originales de cette thèse ont été réalisées dans le but de mieux comprendre la physiopathologie de la dysfonction adipeuse ou de l'obésité viscérale chez l'être humain, et de décrire certaines des caractéristiques de l'équilibre hormonal qui y sont associées. L'objectif principal de cette thèse est d'associer certaines dynamiques hormonales aux processus biologiques de l'adipocyte, ainsi que la dysfonction du tissu adipeux blanc ainsi que l'obésité viscérale, en plaçant une emphase particulière sur la dynamique des androgènes. Nous avons réalisé une méta-analyse portant sur l'activité de l'axe hypothalamo-hypophysaire surrénalien et l'adiposité. Les résultats suggèrent qu'uniquement la concentration de cortisol mesurée dans les cheveux, mais pas la réponse du cortisol salivaire au réveil était positivement associée à l'obésité générale et abdominale. Le manque d'associations entre l'adiposité et la réponse du cortisol au réveil a été aussi confirmée dans une cohorte de 31 femmes candidates pour la chirurgie bariatrique. Dans cette étude, nous avons aussi évalué les concentrations des hormones stéroïdiennes plasmatiques et adipeuses et nous n'avons trouvé aucune corrélation entre les deux. Les résultats suggèrent que les femmes avec un indice d'adiposité viscérale augmenté présentaient aussi un diamètre adipocytaire augmenté et une concentration plus faible d'androgènes dans le tissu adipeux viscéral. De plus, les mesures d'activité de AKR1C2 et de l'aromatase étaient augmentées. Nous avons étudié AKR1C2 de plus près et nous avons trouvé que cette enzyme est fortement exprimée dans le tissu adipeux et plus particulièrement dans les cellules progénitrices adipeuses desitnées à devenir des adipocytes. Également, son expression dans le tissu adipeux sous-cutané était positivement associée avec la présence de graisse abdominale chez les femmes, même après ajustement pour l'indice de masse corporelle. Dans le même manuscrit, nous avons examiné des polymorphismes qui pourraient augmenter l'expression de AKR1C2 dans le tissu adipeux et nous avons identifié rs28571848. Dans une étude subséquente, nous avons caractérisé la fonctionnalité de rs28571848 chez des candidats de chirurgie bariatrique. Nos résultats suggèrent que, plutôt que d'augmenter l'expression de AKR1C2, rs28571848 augmente l'expression et l'activité de AKR1C3. Les individus ayant les allèles sauvages avaient un profil lipidique plasmatique favorable en comparaison aux individus avec les allèles mutés. Enfin, les résultats suggèrent que l'association entre le profil lipidique et l'augmentation de AKR1C3 dans le tissu adipeux est partiellement médiée par l'hypertrophie adipocytaire. En conclusion, les résultats de cette thèse suggèrent que le métabolisme local des hormones stéroïdiennes dans le tissu adipeux joue un rôle dans la distribution des graisses et la dysfonction adipeuse chez des individus atteints d'obésité sévère. Nos efforts soulignent l'importance du métabolisme hormonal périphérique et suggèrent que l'intracrinologie locale pourrait être plus importante que les niveaux hormonaux systémiques dans la détermination de la fonction du tissu adipeux. / Visceral obesity, being the specific accumulation of adipose tissue on anatomical structures such as the mesentery and greater omentum, significantly increases the prevalence of non-communicable diseases. The substantial contribution of visceral adiposity, and thus of body fat distribution, goes above and beyond general adiposity in predicting cardiometabolic risk, and might be associated with alterations in adipose tissue function. Indeed, adipose tissue dysfunction, which includes poor preadipocyte differentiation, adipocyte hypertrophy, insulin resistance and local, low-grade inflammation as its main features, significantly impairs the efficient storage of energy excesses in adipose tissue. As further presented in this thesis, steroid hormones are not only involved in body fat distribution in humans, but they may also participate in some features of adipose tissue dysfunction. Although plasma steroid hormones have historically been the focus of research, in the last years, adipose tissue intracrinology and the local turnover of steroid hormones have been highlighted. Unfortunately, the number of studies associating adipose tissue dysfunction to adipose tissue intracrinology are scarce. Thus, the studies included in this thesis were designed to better understand the pathophysiology of adipose tissue dysfunction or visceral obesity in humans and describe some of the associated intracrine features. The main objective was to associate hormonal dynamics to the biological processes of the adipocyte, white adipose tissue dysfunction and visceral obesity with a particular focus on androgen dynamics. First, we conducted a meta-analysis looking at the hypothalamic-pituitary-adrenal axis activity and adiposity. Results suggest that only hair cortisol concentrations, not the cortisol awakening response, was positively associated with general and abdominal adiposity. The lack of association between adiposity and the cortisol awakening response was also confirmed in a cohort of 31 women candidates for bariatric surgery. Here we additionally measured plasma and adipose tissue steroid hormone concentrations and found no significant correlation between the two. In addition, results suggest that women with increased visceral adiposity index were characterized by higher mean adipocyte diameter as well as lower androgens concentrations in visceral adipose tissue. On the other hand, measures of AKR1C2 and aromatase activities were increased. We further studied AKR1C2 and found that this enzyme is highly expressed in adipose tissue and in particular adipocyte-committed progenitor cells. In addition, its expression in subcutaneous adipose tissue was positively associated with abdominal fat distribution in women, even after adjustment for body mass index. In the same paper, we investigated possible single-nucleotide polymorphisms that may increase AKR1C2 expression in adipose tissue and identified rs28571848 as a strong candidate. In a subsequent study, we further functionally characterized rs28571848 in bariatric candidates. Our results suggest that more than increasing AKR1C2 expression, rs28571848 increases AKR1C3 expression and activity in adipose tissue. In addition, individuals carrying the wildtype alleles have a more favorable plasma lipid profile than individuals carrying the mutated alleles. Finally, results suggested that the association between an altered lipid profile and increased AKR1C3 in adipose tissue, was partially mediated by adipocyte hypertrophy. Overall, the results included in this thesis suggest that local adipose tissue steroid hormone turnover plays a role in body fat distribution and adipose tissue dysfunction in individuals with severe obesity. Our efforts highlight the importance of peripheral turnover and suggest that local intracrinology may be more important than systemic hormone levels in dictating adipose tissue function.