Résumé : Au Canada, un tiers des enfants souffrent d’embonpoint ou sont obèses. Les événements survenant au cours de la vie intra-utérine jouent un rôle important dans la détermination de la susceptibilité des enfants à développer des maladies liées au métabolisme énergétique comme l’obésité et le diabète. L’épigénétique pourrait expliquer en partie ce risque à long terme. Mon projet de maîtrise s’appuie sur les résultats d’une approche à l’échelle du génome qui a pour objectif d’identifier les changements épigénétiques (méthylation de l’ADN), chez les nouveau-nés, associés à une exposition fœtale à l’obésité maternelle ou au diabète gestationnel (DG). Cette stratégie a permis d’identifier le gène PRDM16 qui joue un rôle clé dans le développement du tissu adipeux brun (BAT). Un déficit dans la fonction du BAT résulte en une accumulation de lipides dans le tissu graisseux ce qui est associé au développement de maladies métaboliques. Notre hypothèse est que le profil de méthylation de l’ADN de PRDM16 et d’autres gènes centraux impliqués dans la genèse du BAT est perturbé par une exposition aux débalancements métaboliques associés à l’obésité maternelle et au DG. Cette étude inclut 133 femmes et leur nouveau-né recrutés dans la région du Saguenay-Lac-St-Jean. Les données anthropométriques et métaboliques des femmes ont été récoltées à la fin de chaque trimestre de grossesse. Une hyperglycémie orale provoquée (HGOP, 75g), entre la 24e et la 28e semaine de grossesse, a permis d’établir le diagnostic de DG selon les critères de l’OMS. À la naissance, des biopsies de placenta ont été recueillies ainsi que les données anthropométriques et métaboliques pour chaque enfant. Les niveaux de méthylation de l’ADN des gènes PRDM16, PPARGC1α, BMP7 et CTBP2 dans le placenta fœtal ont été mesurés par pyroséquençage de l’ADN traité au bisulfite de sodium. Les résultats ont montré que le DG était associé à une méthylation de l’ADN du gène BMP7 plus faible dans le placenta des nouveau-nés exposés au DG contrairement à ceux non exposés. Les niveaux de méthylation des gènes BMP7, PPARGC1α et PRDM16 étaient corrélés au statut glycémique maternel au 2e trimestre de grossesse et expliquaient une partie des niveaux de leptine dans le sang de cordon ombilical. Ces résultats suggèrent que la méthylation des gènes associés à la genèse du BAT est affectée par le DG. Ces résultats suggèrent également que le métabolisme énergétique des enfants exposés au DG est altéré ce qui pourrait mener au développement de troubles métaboliques plus tard dans la vie comme l’obésité et le diabète de type 2. // Abstract : In Canada, one third of children are overweight or obese. The events occurring during the intrauterine life play an important role in determining the susceptibility of children to develop diseases related to energy metabolism such as obesity and diabetes. Epigenetic changes can to explain this long-term risk. My project is build on the results of an epigenome-wide aiming to identify epigenetic changes (DNA methylation) in newborns associated with fetal exposure to maternal obesity and gestational diabetes (GD). This strategy has identified the PRDM16 gene which plays a key role in the development of brown adipose tissue (BAT). A deficiency in the function of BAT results in accumulation of lipids in the adipose tissue that is associated with the development of metabolic diseases. Our hypothesis is that the profile of DNA methylation at PRDM16 gene and other genes involved in BAT genesis are disrupted by exposure to metabolic dysregulation associated with maternal obesity and GD. This study included 133 women and their newborn recruited in the Saguenay-Lac-St-Jean region. Anthropometric and metabolic data of the women were collected at the end of each trimester of pregnancy. An oral glucose tolerance test (OGTT, 75g), between the 24th and 28th week of pregnancy, resulted in the diagnosis of GD according to the WHO criteria. At birth, the fetal placenta biopsies were collected and anthropometric and metabolic data for each newborn. DNA methylation levels of PRDM16, PPARGC1α, BMP7 and CTBP2 genes in fetal placenta were measured by pyrosequencing of sodium bisulfite treated DNA. The results showed that GD was associated with lower DNA methylation of BMP7 gene in the placenta of newborns exposed to GD in contrast to those not exposed. DNA methylation levels of BMP7, PPARGC1α and PRDM16 genes were correlated with maternal glycemic status in the 2nd trimester of pregnancy and partially explained leptin level variability in cord blood . These results suggest that DNA methylation of genes associated with BAT genesis is affected by GD. Therefore, energy metabolism of children exposed to GD could be altered and thus leading to the development of metabolic disorders such as obesity and type 2 diabetes later in life .

Diagnostiqué par la présence d'une hyperandrogénie et d'une dysfonction ovarienne, le syndrome des ovaires polykystiques (SOPK) est le désordre endocrinien le plus fréquent chez les jeunes femmes affectant 6 à 10% d'entre elles. Ces dernières présentent fréquemment divers défauts métaboliques. Par ailleurs, le SOPK semble avoir une composante génétique importante. L'hypothèse principale soutenue dans ce mémoire est que les acides gras non-estérifiés (AGNE) sont impliqués dans la physiopathologie du SOPK, tout comme ils sont impliqués dans le risque accru de diabète de type 2. Le premier objectif est de mieux comprendre le métabolisme des AGNE chez les femmes ayant un SOPK en comparaison à des femmes saines et ceci, en lien avec leur sensibilité hépatique et musculaire à l'insuline, leur sécrétion d'insuline et leur hyperandrogénie. Ce premier volet de l'étude a aussi pour objectif de quantifier l'amélioration du métabolisme des AGNE et de la sensibilité à l'insuline chez les femmes avec SOPK, après la prise d'une médication qui permet spécifiquement d'améliorer le métabolisme des AGNE, soit un agoniste des récepteurs activés par les proliférateurs des peroxysomes gamma (PPARy) en comparaison avec des médications qui ne font que diminuer les niveaux d'insuline, soit l'acarbose ou le diazoxide. Pour ce faire, les femmes SOPK devaient effectuer quatre ou cinq visites composées d'une hyperglycémie provoquée orale (HGPO) ou d'un clamp euglycémique-hyperinsulinémique avec utilisation de traceurs. Nos résultats préliminaires montrent que les femmes SOPK ont des niveaux d'AGNE ainsi qu'un rythme d'apparition des AGNE plus élevés que les témoins. Puisque le recrutement des participantes randomisées sur les bras de traitement n'a pas encore été atteint, il n'est pas possible pour le moment d'établir une corrélation entre l'amélioration du métabolisme des AGNE et la diminution de l'hyperandrogénie. Comme ce ne sont pas toutes les femmes obèses ou résistantes à l'insuline qui présentent un SOPK, le deuxième objectif est de déterminer s'il y a un facteur primaire, possiblement héréditaire, pourrait caractériser les femmes ayant un SOPK et expliquer sa prépondérance héréditaire. Ces travaux font l'objet d'un article original qui est incorporé dans ce mémoire. Pour ce faire, nous avons étudié 9 filles dont la mère ou une soeur avait un SOPK (SOM) et 10 filles témoins sans lien familial de SOPK et âgées entre 8 et 14 ans. Les jeunes filles devaient effectuer une HGPO ainsi qu'une hyperglycémie par voie intraveineuse pour mesurer la sensibilité à l'insuline ainsi que différents androgènes et les AGNE. Les résultats de cette étude ont montré une augmentation de l'hyperandrogénie, une résistance à l'insuline et surtout, une réduction de la suppression de la lipolyse induite par l'insuline chez les jeunes filles prédisposées au SOPK comparativement aux contrôles le tout indépendamment de l'adiposité. En conclusion, les résultats obtenus par nos deux études portent à croire qu'une altération du métabolisme des AGNE pourrait être impliquée dans le développement du SOPK et que l'apparition du SOPK pourrait être liée à une dysfonction adipocytaire. // Abstract: Polycystic ovary syndrome (PCOS) is the most frquent endrocrine disorder in young women in North America. Diagnosed by the presence of hyperandrogenism and ovarian dysfunction, women with PCOS frquently have an adverse metabolic profile. Furthermore, PCOS seems to have a strong genetic component because the prevalence of this syndrome rises to 20 to 40% in PCOS relatives. The main hypothesis supported in this thesis is that non-esterified fatty acids (NEFA) are involved in the pathogenesis of PCOS, similar to their putative role in the development of type 2 diabetes (T2D), a condition that is frquently observed in women with PCOS. The first objective is to better understand the metabolism of NEFA in women with PCOS compared to lean normal women and this, the association with insulin sensitivity (hepatic and muscles), with insulin secretion, and with hyperandrogenism. One of our goal included measurement of NEFA metabolism and insulin sensitivity in women with PCOS, after taking a medication that acts specifically on NEFA metabolism (peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPARy) agonist) in comparison to a medication that only reduce insulin levels (acarbose or diazoxide). In order to accomplish this goal, participants had to perform four to five visits, depending of their group, consisting of an oral glucose tolerance test (OGTT) or a hyperinsulinemic-euglycemic clamp. Our preliminary results show that PCOS women tend to have lower levels of NEFA and a rate of appearance of NEFA higher than controls. Since the recruitment of participants randomized to treatment arms is incomplete, it is not possible at this moment to correlate improvement of NEFA metabolism with decreased hyperandrogenism. As mentioned above, SOPK has an hereditary component. The second objective is to determine whether there is a primary factor, maybe inherited, that characterize women with PCOS. This work is the subject of an original article that is embedded in this thesis. We studied 9 girls whose mother or sister had PCOS (PCOSr) and 10 controls girls without family history of PCOS. All were aged between 8 and 14 years old and both groups were matched for age. The girls had to perform an OGTT and an intravenous glucose tolerance test to establish their levels of glucose tolerance and to measure androgens and NEFA levels. The results of this study showed an increase of adrenal hyperandrogenism, insulin resistance, and especially, a reduction in the suppression of lipolysis induced insulin resistance in girls predisposed to PCOS compared to controls, all independently of adiposity. In conclusion, the results of our two objectives suggest that altered NEFA metabolism may be involved in the development of PCOS and the onset of PCOS may be related to adipocyte dysfunction.

L'identification des réservoirs cellulaires du VIH ainsi que la compréhension des mécanismes moléculaires impliqués dans le maintien et la réactivation de la latence sont essentiels afin d'élaborer une stratégie efficace pour éliminer le virus de l'organisme. Mon travail de thèse a porté d'une part, sur l'étude de l'infection du tissu adipeux par le VIH et son rôle potentiel comme nouveau tissu cible, et d'autre part, sur la recherche de gènes cellulaires candidats impliqués dans le contrôle de la latence du VIH.<br />Dans un premier temps, nous avons voulu déterminer si la faible production virale obtenue après infection des préadipocytes par le VIH est due à une faible efficacité d'infection ou de réplication. Nous avons montré que l'infection par les virus pseudotypés avec des glycoprotéines d'enveloppe de tropisme X4 et R5 est restreinte en raison d'une co-expression insuffisante des récepteurs viraux à la surface des préadipocytes. Cela suggère que le tissu adipeux n'est pas une cible privilégiée pour le virus in vivo et ne peut donc être considéré comme un nouveau réservoir pour le VIH.<br />Dans un deuxième temps, nous avons analysé le transcriptome différentiel de lignées cellulaires infectées de façon latente par le VIH et stimulées ou non pour la réactivation de la latence par un inhibiteur d'histone déacétylase. Parmi les gènes caractérisés, deux nous ont paru particulièrement intéressants : NCoA3 et IRF8. Après avoir confirmé les modifications de l'expression de ces gènes, nous avons analysé leurs rôles fonctionnels sur la transcription du VIH. Les facteurs NCoA3 et IRF8 pourraient respectivement être impliqués dans la réactivation et le maintien de la latence virale.

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

Résumé : Une dysrégulation de la lipolyse des tissus adipeux peut conduire à une surexposition des tissus non-adipeux aux acides gras non-estérifiés (AGNE), qui peut mener à un certain degré de lipotoxicité dans ces tissus. La lipotoxicité constitue, par ailleurs, l’une des causes majeures du développement de la résistance à l’insuline et du diabète de type 2. En plus de ses fonctions glucorégulatrices, l’insuline a pour fonction d’inhiber la lipolyse et donc de diminuer les niveaux d’AGNE en circulation, prévenant ainsi la lipotoxicité. Il n’y a pas d’étalon d’or pour mesurer la sensibilité de la lipolyse à l’insuline. Le clamp euglycémique hyperinsulinémique constitue la méthode étalon d’or pour évaluer la sensibilité du glucose à l’insuline mais il est aussi utilisé pour mesurer la suppression de la lipolyse par l’insuline. Par contre, cette méthode est couteuse et laborieuse, et ne peut pas s’appliquer à de grandes populations. Il existe aussi des indices pour estimer la fonction antilipolytique de l’insuline dérivés de l’hyperglycémie provoquée par voie orale (HGPO), un test moins dispendieux et plus simple à effectuer à grande échelle. Cette étude vise donc à : 1) Étudier la relation entre les indices de suppressibilité des AGNE par l’insuline dérivés du clamp et ceux dérivés de l’HGPO; et 2) Déterminer laquelle de ces mesures corrèle le mieux avec les facteurs connus comme étant reliés à la dysfonction adipeuse : paramètres anthropométriques et indices de dysfonction métabolique. Les résultats montrent que dans le groupe de sujets étudiés (n=29 femmes, 15 témoins saines et 14 femmes avec résistance à l’insuline car atteintes du syndrome des ovaires polykystiques), certains indices de sensibilité à l’insuline pour la lipolyse dérivés de l’HGPO corrèlent bien avec ceux dérivés du clamp euglycémique hyperinsulinémique. Parmi ces indices, celui qui corrèle le mieux avec les indices du clamp et les paramètres anthropométriques et de dysfonction adipeuse est le T50[indice inférieur AGNE] (temps nécessaire pour diminuer de 50% le taux de base – à jeun – des AGNE). Nos résultats suggèrent donc que l’HGPO, facile à réaliser, peut être utilisée pour évaluer la sensibilité de la lipolyse à l’insuline. Nous pensons que la lipo-résistance à l’insuline peut être facilement quantifiée en clinique humaine. / Abstract : It has been shown that a dysfunctional regulation of adipose-tissue lipolysis could conduct to non-adipose tissues overexpos ure to non exterified fatty acids (NEFA), leading to lipotoxicity. Lipotoxicity is considered as a key factor in the development of insulin resistance and type 2 diabetes. Insulin regulates glucose metabolism but also NEFA storage and release. To our knowledge, there is no gold standard for evaluating insulin sensitivity for lipolysis. The gold standard to measure insulin sensitivity for glucose is the euglycemic-hyperinsulinemic clamp. This method is simple to interpret because it achieves static levels of metabolic parameters at the end of each step of the clamp. The major limit of the clamp is that it is time-consuming, expensive and cannot be used on large population. On the other hand, the oral glucose tolerance test (OGTT) consists in a dynamic test also used to estimate insulin mediated glucose disappearance after ingestion of 75 g of glucose. Since the OGTT is easier to use, less expensive and can be suggested in large cohort studies, its potential use has been suggested to estimate insulin sensitivity for lipolysis, as well. T his work is the first to validate the use of simple indices derived from OGTT to estimate insulin sensitivity for lipolysis against the euglycemic clamp and adipose-tissue dysfunction in women. The results of this study clearly show in a group of 29 women (15 normal and 14 with polycystic ovary syndrome, who are used to increase the range of insulin resistance) that T50[subscript NEFA] (time to suppress 50% of NEFA baseline levels) during OGTT is the best index associated with glucose insulin clamp indices and clinical markers related to adipose tissue dysfunction and metabolic parameters. T50[subscript NEFA] (OGTT) was also better associated with central adiposity and metabolic parameters than clamp-derived indices. Since the OGTT is much easier to perform and is less expensive than the clamp technique, the use of OGTT to calculate T50[subscript NEFA] seems to be a valid method to assess antilipolytic action of insulin in large cohorts.

L'obésité est depuis quelques années reconnue comme un des fléaux du XXIe siècle en affectant environ 10% de la population adulte mondiale. Le passage de l'obésité au stade de pandémie est le résultat de multiples facteurs dont une mauvaise hygiène alimentaire et une sédentarité croissante. La découverte récente de l'existence d'un état inflammatoire chronique au cours de l'obésité pouvant intervenir dans la physiopathologie de la maladie et de ses nombreuses complications fait aujourd'hui l'objet d'intenses investigations. Or, le tissu adipeux (TA) qui, parallèlement à son activité métabolique, possède également une activité sécrétoire intense, est un acteur majeur de ce syndrome inflammatoire. L'autotaxine (ATX), l'adiponectine et la résistine sont les médiateurs de l'inflammation sécrétés par le TA. Si le rôle de ces facteurs dans la régulation du métabolisme est bien établi, leurs effets sur d'autres organes ne sont pas toujours connus. Il est notamment intéressant d'étudier leurs effets dans le système nerveux central (SNC), les récepteurs de certains y étant présent. Dans ce contexte, nous avons dans un premier temps étudié l'effet de l'ATX sur le stress oxydant généré par le H2O2 (peroxyde d'hydrogène) et sur l'inflammation induit par le lipopolysaccharide (LPS) ou le trimethylétain (TMT) dans les cellules microgliales murines, cellules immunitaires résidentes du SNC. Nos résultats montrent pour la première fois, l'effet anti-oxydant et anti-inflammatoire de l'ATX sur les cellules microgliales. Chez la souris, le TMT affecte la région hippocampique du SNC et nous avons montré qu'il induit la production d'ATX après 5 jours d'une injection i.p. de TMT. Ce qui suggère un rôle important de l'ATX dans la régulation de l'homéostasie des microglies et du SNC ainsi que dans la neuroinflammation. L'effet du TMT sur l'inflammation produite par le TA a également été étudié et les résultats montrent que le TMT induit une réponse inflammatoire dans deux types cellulaires du TA : adipocytes et macrophages ainsi que dans le TA de souris obèse ob/ob. Ensuite, nous avons sous-cloné les ADNc de l'adiponectine et de la résistine dans des vecteurs d'expression eucaryote afin d'étudier leurs effets sur les cellules microgliales dans des conditions normales ou inflammatoires. Cette étude devrait permettre une meilleure compréhension de l'influence du TA sur le SNC et donc la relation entre l'obésité les maladies neurodégénérative afin de proposer de nouvelles approches thérapeutiques. / In the last years, Obesity has been considered a major health issue with around 10% of the world population affected. The causes of this pandemy are multiple, but include bad alimentary habits and an increasing settle way of life. The recent discovery that chronic inflammation during obesity was associated with this disease physiopathology and others complications is the center of many investigations. Adipose tissue (AT), in addition to its metabolic activity, has an intense secretory activity and is a main player in this inflammatory syndrome. Autotaxin (ATX), adiponectin and resistin are such mediators secreted by AT. These factors functions in metabolism regulation are well described, but their effects on others organs are not always known. As it has been shown that some of these factors receptors are present in the central nervous system (CNS), it is interesting to study their effects in this organ. In this context, we initially studied the effect of ATX on the oxidative stress generated by H2O2 (hydrogen peroxide) and inflammation induced by lipopolysaccharide (LPS) or trimethyltin (TMT) in murine microglial cells, resident immune cells of the CNS. Our results show for the first time, the anti-oxidant and anti-inflammatory effects of ATX in microglial cells. In mice, TMT affects hippocampal region of CNS and we showed that ATX RNA is up regulated in the hippocampus 5 days post TMT treatment. Our results suggest that ATX could be involved in the regulation of microglia homeostasis and in neuroinflammation. The effect of TMT on the inflammation produced by the AT has also been studied and the results show that TMT induces an inflammatory response in two cell types of AT: adipocytes and macrophages and in fat tissue from ob/ob mice.We then subcloned the cDNA of adiponectin and resistin in eukaryotic expression vectors to study their effects on microglial cells under normal or inflammatory conditions. This study should lead to better understanding of adipose tissue influence on the CNS and therefore the relationship between obesity and neurodegenerative diseases to develop new therapeutic approaches.

L’obésité est caractérisée par un état inflammatoire chronique dit « à bas bruit », se traduisant par l’augmentation des taux plasmatiques de facteurs inflammatoires qui contribuent au développement des complications métaboliques telles que le diabète de type 2 et la résistance à l’insuline.L’inflammation chronique est initiée par l’accumulation séquentielle et finement régulée de cellules immunes dans le tissu adipeux blanc, contribuant à créer un microenvironnement inflammatoire qui altère la physiologie et l’homéostasie du tissu. Une meilleure compréhension : 1) des mécanismes contrôlant les altérations de la composition en cellules immunes du tissu adipeux blanc et 2) du rôle de ces cellules dans la fonction des principaux tissus métaboliques, pourrait, à terme, permettre de proposer de nouvelles voies thérapeutiques d’immuno-intervention dans le traitement des complications métaboliques associées à l’obésité. Durant mon parcours de thèse, j’ai étudié les conséquences métaboliques et immunologiques du traitement de souris obèses par un agent immuno-modulateur : la rapamycine, ainsi que par des probiotiques ayant des propriétés anti-inflammatoires.Partie 1 : Etude des effets de la rapamycine sur la réponse inflammatoire et l’homéostasie énergétique chez la souris obèse.Cette étude représente la partie principale de mon travail de thèse. L’objectif de mon projet de thèse était de définir les conséquences de l’administration prolongée de rapamycine (ou Sirolimus) sur l’inflammation du tissu adipeux blanc et le métabolisme glucidique de souris obèses. La rapamycine est un inhibiteur spécifique de la voie du mechanistic target of rapamycin (mTOR) possédant des propriétés immunosuppressives et antiprolifératives et qui est fréquemment utilisé chez les patients transplantés afin d’éviter le rejet du greffon. Cependant, la rapamycine a été décrite comme possédant un potentiel diabétogène et pro-inflammatoire : en effet, certains patients traités développent un diabète post-transplantation et sont plus susceptibles de présenter des pathologies inflammatoires et ceci, malgré une perte de poids. Les objectifs de notre étude étaient de : 1) Déterminer les conséquences métaboliques (bénéfiques ou délétères) de l’administration de rapamycine et 2) Définir le profil inflammatoire des souris obèses traitées, notamment dans le tissu adipeux blanc.Partie 2 : Etude des effets des probiotiques sur le développement de l’obésité et la résistance à l’insuline chez la souris obèse.Les effets des probiotiques sur le développement de l’obésité et ses complications métaboliques et immunologiques associées sont contradictoires et restent donc à clarifier. Certaines études ont montré des effets obésogènes de certains probiotiques tandis que d’autres travaux décrivent des effets bénéfiques sur l’homéostasie énergétique. Les objectifs de notre étude étaient de : 1) Déterminer les conséquences métaboliques et immunologiques de l’ingestion prolongée de certaines souches (ou combinaison de souches) de probiotiques dans un modèle de souris obèses et 2) Définir les mécanismes cellulaires et moléculaires sous-tendant les effets de probiotiques sur le développement de l’obésité et de l’inflammation associée. / Obesity is characterized by a low-grade chronic inflammation reflected by increased blood levels of inflammatory factors, which are known to contribute to the development of metabolic complications such as insulin resistance and type 2 diabetes.Obesity-related inflammation is initiated by the accumulation of inflammatory immune cells within the adipose tissue as observed in obese subjects, contributing to alteration of the physiology and the metabolic homeostasis of the tissue. A better understanding of the mechanisms controlling the balance between adipose tissue immune cells and the interaction of these cells with the metabolic tissues (e.g. white adipose tissue) could lead to the development of immune-based new therapeutic strategies to treat metabolic complications associated with obesity.During my PhD thesis, we worked on two projects that both aimed at studying the link between immunity and metabolism. We studied the consequences of the treatment of obese mice with the immunomodulatory drug rapamycin (Part 1) and with probiotics having anti-inflammatory properties (Part 2).Part 1: Beneficial Metabolic Effects of Rapamycin are Associated with Enhanced Regulatory Cells in Diet-Induced Obese MiceThis part corresponded to my main project. We aimed to analyze the effect of rapamycin (or Sirolimus), on the inflammatory response and the metabolic status of high-fat diet fed mice. Rapamycin is an immunosuppressive drug commonly used in transplanted patients to prevent graft rejection. However, the effects of rapamycin on metabolism remain elusive and it has been reported that rapamycin may have pro-inflammatory and prodiabetic properties since some transplanted patients can develop diabetes and inflammatory diseases. Rapamycin is a specific inhibitor of mTOR (mechanistic Target Of Rapamycin), a highly conserved kinase which play a key role in both metabolism and immunity. Our aims were: 1) to define the metabolic consequences of long-term rapamycin administration and 2) to analyze the immune profile of treated animals.Part 2: A Probiotic Mixture Alleviates Diet-Induced Obesity and Insulin Resistance in Mice through Adipose Tissue Cell-RemodelingThe effects of probiotics on the development of obesity and its associated-metabolic complications are contradictory and thus remain to be clarified. In our study, we evaluated the consequences of the consumption of different strains of probiotics (or a combination of strains) selected for their anti-inflammatory properties, on the development of obesity and inflammation. We thus defined the metabolic and immune profile of probiotic-treated obese mice, mostly focusing on the adipose tissue. Finally, we attempted to identify the cellular and molecular mechanisms by which our selected probiotics exerted their metabolic and immune protective effects.

Les aldose réductases (AKR1B) sont des oxydoréductases dépendantes du NADPH initialement décrites pour leurs fonctions de détoxication cellulaire et de réduction du glucose. La découverte de l’expression d’Akr1b7 dans le tissu adipeux murin ainsi que l’activité prostaglandine F2α synthase (PGFS) spécifique de certaines isoformes suggèrent des rôles biologiques inédits pour ces enzymes. La prostaglandine F2α (PGF2α) inhibant l’adipogenèse, cette fonction PGFS met en avant l’implication des AKR1B dans la physiologie du tissu adipeux blanc (TAB). L’objectif de ces travaux était de caractériser l’expression de l’ensemble des AKR1B au sein des TAB murins et humains et de comprendre leur impact sur l’homéostasie du tissu adipeux et en particulier sur l’adipogenèse et la lipolyse. Nous avons montré que l’ensemble des AKR1B était exprimé dans le TAB murin. Akr1b3, Akr1b8 et Akr1b16 sont exprimées à la fois dans les fractions stroma‑vasculaires (contenant des cellules immunitaires, vasculaires, progénitrices…) et adipocytaires. A l’inverse, Akr1b7 n’est pas exprimé par les adipocytes. Les analyses réalisées in vitro indiquent qu’à l’exception d’Akr1b16, les isoformes murines des AKR1B voient leur expression augmenter précocement et transitoirement au cours de l’adipogenèse. Chez l’homme, l’isoforme AKR1B1 est exprimée dans le TAB sous‑cutané de patients obèses alors qu’AKR1B10 est difficilement détectable (western blot, RT‑qPCR). In vitro, l’expression d’AKR1B1 augmente tout au long de la différenciation adipocytaire contrairement à AKR1B10 qui est préférentiellement exprimé dans les cellules indifférenciées. L’utilisation d’un inhibiteur spécifique des AKR1B montre que l’activité PGFS d’AKR1B1 constitue un frein à l’adipogenèse. Nous montrons aussi que les mécanismes régulant l’action de la PGF2α diffèrent en fonction des espèces. Chez l’homme, l’expression du récepteur FP est régulée dans le temps alors que dans les cellules murines, c’est l’expression des PGFS et donc la synthèse de PGF2α qui définit, au cours de l’adipogenèse, la fenêtre d’action de cette prostaglandine. Les souris invalidées pour la PGFS Akr1b7 présentent une diminution des quantités intra‑tissulaires en PGF2α associée à une expansion accrue de leurs tissus adipeux due à une augmentation de l’adipogenèse et à une hypertrophie adipocytaire sans modification de l’expression des enzymes impliquées dans la lipogenèse (Volat et al., 2012). Ces données en accord avec le rôle anti‑adipogénique de la PGF2α suggèrent aussi une action sur la lipolyse. Nous démontrons ici que la perte d’Akr1b7 entraîne une diminution de l’activité lipolytique du TAB. L’utilisation de cellules murines (3T3‑L1) et humaines (hMADS) différenciées en adipocytes, nous a permis de montrer que la stimulation de l’activité lipolytique suite à l’activation du récepteur FP résultait en partie d’une augmentation de la phosphorylation de HSL (forme active) et de l’accumulation de la lipase ATGL. Le troisième volet de ce travail de thèse a consisté à caractériser un modèle de souris transgénique surexprimant AKR1B1 dans le TAB (souris aP2‑AKR1B1) afin d’étudier le rôle biologique de cette isoforme humaine. / Aldose reductases are NADPH-dependent oxydoreductases described for their involvement in cellular detoxification and glucose reduction. The discovery of Akr1b7 expression in murine adipose tissue together with the prostaglandin F2α Synthase (PGFS) activity of some isoforms suggest unreleased biological roles for these enzymes. Prostaglandin F2α (PGF2α) inhibiting adipogenesis, this PGFS function highlights AKR1B potential involvement in white adipose tissue (WAT) physiology. This work aimed at characterising the expression of all AKR1B in both murine and human WAT and understanding their impact on adipose tissue homeostasis and especially on adipogenesis and lipolysis. We showed that all AKR1B were expressed in murine WAT. Akr1b3, Akr1b8 and Akr1b16 were both expressed in the stromal vascular fraction (containing immune cells, vascular cells, progenitors…) and in the adipose fraction. In contrast, Akr1b7 was not expressed in adipocytes. In vitro analyses indicated that, except for Akr1b16, murine AKR1B isoform expression increased early and transiently during adipogenesis. In human, AKR1B1 was expressed in human subcutaneous WAT from obese patients whereas AKR1B10 was hardly detectable (western blot, RT‑qPCR). In vitro, AKR1B1 expression increased throughout adipocyte differentiation unlike AKR1B10, which was preferentially expressed in undifferentiated cells. Using an AKR1B specific inhibitor, we demonstrated that AKR1B1 PGFS activity was a dampen to adipogenesis. We also showed that mechanisms regulating PGF2α action differed according to the species. In human cells, the expression of FP receptor was time-regulated whereas, in murine cells, PGFS expression and thus, PGF2α synthesis, limited PGF2α activity during adipogenesis. Akr1b7 knockout mice have decreased PGF2α intratissular levels associated with an expansion of adipose tissue resulting from an increase of adipogenesis and an adipocyte hypertrophia without any modification of lipogenic enzymes expression (Volat et al., 2012). These data, in agreement with PGF2α anti-adipogenic action, suggest an impact on lipolysis. We demonstrated that loss of Akr1b7 led to a decrease of WAT lipolytic activity. The use of murine (3T3‑L1) and human (hMADS) differentiated cells allowed us to show that the stimulation of lipolysis in response to FP activation was, in part, due to an increase of HSL phosphorylation (active form) and an increase of ATGL accumulation. The third part of this work consisted in characterizing the phenotype of transgenic mice overexpressing AKR1B1 in WAT (aP2‑AKR1B1 mice) in order to study the biological role of this human isoform.

L’obésité et la maladie de Crohn (MC) sont deux pathologies inflammatoires chroniques caractérisées par un développement de la masse grasse viscérale et une dysbiose. L’activité physique (AP) impactant positivement ces deux paramètres, elle apparait donc comme une stratégie thérapeutique prometteuse dans la prise en charge de ces patients. Dans ce contexte, l’objectif de ce travail était d’étudier l’effet de l’AP sur l’interaction microbiote-tissu adipeux. Sur un versant clinique, nos résultats ont confirmé l’efficacité de l’entrainement intermittent de haute intensité (HIIT) pour diminuer le tissu adipeux viscéral chez des sujets en surpoids et/ou obèses. Sur un modèle d’obésité génétique (rat Zucker), nos travaux ont montré que l’entraînement de type HIIT diminuait la masse grasse totale et viscérale mais cela indépendamment du microbiote intestinal. L’étude de la voie de la lipolyse a montré un effet anti-lipolytique du HIIT dans le tissu adipeux sous-cutané, pouvant ainsi partiellement expliquer la diminution du tissu adipeux viscéral. En outre, le HIIT améliore, pour une moindre durée de pratique (vs. l’entraînement continu d’intensité modérée), la tolérance au glucose et le statut inflammatoire. Dans un modèle d’inflammation intestinale mimant la MC, nous avons également mis en évidence que l’AP spontanée augmentait l’expression des protéines des jonctions serrées pouvant participer à la réduction de l'endotoxémie métabolique. En parallèle, l’AP spontanée favorise les bactéries bénéfiques pour la santé et augmente les niveaux de butyrate dans les selles. Ces adaptations participent à la réduction du tissu adipeux viscéral mésentérique caractérisant la MC. En conclusion, l’AP, à travers différentes modalités d’exercice, se révèle comme une « thérapie » attractive et innovante dans la prévention et/ou la prise en charge de ceux pathologies inflammatoires chroniques. / Obesity and Crohn's disease (CD) are two chronic inflammatory diseases characterized by development of visceral fat mass and dysbiosis. Physical activity (PA) has a positive impact on these two parameters. Consequently, PA appears as a promising therapeutic strategy for the management of these patients. In this context, the objective of this work was to study the effect of PA on the microbiota-adipose tissue cross-talk. Our clinical results confirmed the effectiveness of high intensity intermittent training (HIIT) to reduce visceral adipose tissue in overweight and/or obese volunteers. Then, using an animal model of genetic obesity (Zucker rats), we found that HIIT decreases total and visceral fat mass, independently of gut microbiota. Analysis of the lipolysis pathway showed an anti-lipolytic effect of HIIT in the subcutaneous adipose tissue, and this could explain the decrease in visceral adipose tissue. In addition, compared with continuous moderate intensity training, HIIT improved glucose tolerance and the inflammatory status despite the shorter exercise duration. Finally, in an animal model of CD, we found that spontaneous PA increased the expression of tight junction proteins, contributing to the reduction of metabolic endotoxemia. Concomitantly, spontaneous PA promoted healthy bacteria in the colon and increased fecal butyrate levels. These adaptations limited the expansion of mesenteric visceral adipose tissue, a typical CD feature. In conclusion, PA, through different exercise modalities, appears as an attractive and innovative « therapy » for these two chronic inflammatory diseases.

Le tissu adipeux est traditionnellement décrit comme étant constitué de lobules : des entités de formes ovoïdales composées de cellules et de vaisseaux et faiblement connectées entre elles.Récemment, il a été montré qu’un potentiel métabolique spécifique (le browning) co-localise avec cette organisation en lobules au sein d’un même tissu. Dans ce travail de thèse, nous nous intéressons à décrire plus précisément l’organisation structurelle et fonctionnelle du tissu adipeux selon plusieurs aspects. Dans un premier temps, on s’attache à segmenter les lobules du tissu adipeux en utilisant une méthode de traitement d’image originale. Nous mettons en évidence une organisation 3D complexe et suivant plusieurs échelles. En particulier, il semble que le potentiel de browning soit également lié à une organisation structurelle particulière en clusters de lobules. Dans un second temps, à partir d’imagerie 3D, nous reconstruisons le réseau vasculaire entier du tissu adipeux et réalisons une simulation d’écoulements sanguins micro-vasculaires. Plusieurs hétérogénéités structurelles et fonctionnelles sont alors mises en valeurs à l’aide d’une analyse en communautés qui composent le tissu adipeux (par algorithme de clustering). Ces résultats confirment l’existence d’une zone centrale fortement vascularisée et qui se démarque également comme étant le lieu d’une perfusion sanguine d’intensité différente. Dans une dernière partie, nous abordons la question de transferts thermiques entre vaisseaux sanguins suivant des géométries simples mais pertinentes. Nous réalisons une étude systématique des paramètres adimensionnels clés du problème et mettons en évidence un invariant des échanges de chaleur : un optimum à faible nombre de Péclet (convection de même ordre que la diffusion). Nous introduisons également une méthode de calibration de paramètres effectifs dans le contexte des modèles homogénéisés de température à travers des tissus vascularisés.