La première partie de ce travail introduit un nouveau concept d'analyse des enregistrements des essais cliniques et de la dynamique de leur évolution, aussi bien thématique que temporelle. Ce concept a été appliqué à la médecine régénérative, démontrant l'absence de corrélation entre la source de cellules souches et le champ d'application. Les pathologies odonto-stomatologiques sont très peu concernées par les essais cliniques en thérapie cellulaire par cellules souches. Pourtant les parodontites, pathologies immuno-infectieuses responsables de la destruction du tissu de soutien des dents, constituent un enjeu majeur de santé publique. Bien que les auteurs s'accordent sur la responsabilité de l'écologie immunitaire et microbienne dans la physiopathologie de la maladie, les raisons de la dysbiose, de la susceptibilité individuelle sont encore mal connues. La greffe de cellules stromales mésenchymateuses (CSM) permettrait le retour à l'homéostasie en favorisant l'activation des CSM endogènes. La deuxième partie de ce travail démontre que les parodontites ont été potentiellement associées avec 57 pathologies systémiques ; le registre des essais cliniques de l'Organisation Mondiale de la Santé ayant été analysé. L'efficacité et la sureté de l'utilisation des CSM pour la régénération parodontale dans des modèles animaux ont été également démontrées. Pourtant, les modèles utilisés souffraient de problèmes méthodologiques dont la faible représentativité physiopathologique des lésions parodontales générées. Cette deuxième partie apporte donc des données quant à l'efficacité des ASC (CSM du tissu adipeux) pour améliorer de manière quantitative et qualitative la régénération des tissus de soutien parodontaux dans un modèle murin où les lésions parodontales ont été générées par l'administration répétée de bactéries parodonto-pathogènes. Il s'agit donc d'un modèle dont la physiopathologie est plus proche de celle retrouvée chez l'Homme. Enfin, la deuxième partie démontre un effet antibactérien à large spectre des ASC dont l'effet est à la fois direct (effet macrophage-like) et indirect (via la sécrétion de facteurs antibactériens). / The first part of this work introduces a new concept of analysis of clinical trial records and the dynamics of their evolution, both thematic and temporal. This concept has been applied to regenerative medicine, showing the lack of correlation between the source of stem cells and the fields of application. The stomatognathic diseases are few involved in clinical trials for stem cells therapy. Yet periodontitis, immuno-infectious diseases responsible for the destruction of the tooth supporting tissues, are a major public health issue. While the authors agree on the responsibility of the immune and microbial ecology in the pathophysiology of the disease, the reasons for dysbiosis, individual susceptibilities, are still unclear. Graft of mesenchymal stromal cells (MSCs) would return to homeostasis by promoting the activation of endogenous MSCs. The second part of this work shows that periodontitis were potentially associated with 57 systemic diseases; the clinical trials registry of the World Health Organization have been analyzed. The efficacy and safety of the use of MSCs for periodontal regeneration in animal models have also been demonstrated. Yet the models suffered from methodological problems, periodontal lesions are few representative of the pathophysiology. This second part thus provides data on the effectiveness of ASC (CSM from adipose tissue) to improve quantitative and qualitative regeneration of periodontal supporting tissues in a mouse model where periodontal lesions were generated by repeated administration of parodonto-pathogenic bacteria. It is therefore a model whose pathophysiology is closer to that found in humans. Finally, the second part demonstrates broad antibacterial spectrum of ASC whose effect is both direct (macrophage-like effect) and indirect (via the secretion of antibacterial factors).

La qualité des carcasses et des viandes bovines dépend de l’équilibre entre les masses musculaires et adipeuses qui conditionnent le poids de carcasse et son rendement (composition en muscle et en gras), mais aussi la qualité sensorielle de la viande (tendreté, jutosité et flaveur). Comprendre comment contrôler le rapport des masses de muscle relativement à celles des tissus adipeux (TA) représente donc un enjeu majeur pour les filières de viande bovine. Ce rapport dépend du nombre et du volume des cellules musculaires et adipeuses. Ces propriétés sont sous le contrôle d’événements cellulaires se mettant en place précocement chez le bovin puisque le nombre de cellules musculaires est fixé dès l’âge 180 jours post-conception (jpc) chez le fœtus. Des analyses de l’évolution des protéomes de ces deux tissus, au cours de la vie fœtale ont produit des données originales mais insuffisantes. En outre, il n’est pas toujours aisé d’extraire ou de générer une information biologique pertinente à partir d’expérimentations de génomique. Ceci est particulièrement vrai chez les ruminants, car ils sont peu annotés dans les bases de données et peu de ressources bioinformatiques leur sont dédiées. Dans ce contexte, notre objectif était de concevoir un serveur web « tout en un » permettant une fouille des données de génomique chez le bovin afin d’améliorer les connaissances sur les mécanismes associés à la croissance par hyperplasie et par hypertrophie des tissus musculaire et adipeux. Aussi, nous avons organisé notre travail de thèse en deux axes. Un outil d’analyse de données de génomique, dédié aux ruminants (bovin, ovin et caprin) nommé ProteINSIDE (www.proteinside.org) a été développé. En une seule requête, il synthétise l'information biologique stockée dans les bases de données publiques ou fournie par les annotations fonctionnelles issues de l’ontologie des gènes. Il prédit aussi les protéines qui sont sécrétées (sécrétome des tissus) et qui interviennent dans la signalisation entre les cellules ou tissus. Il lie les protéines selon leurs interactions moléculaires afin d’identifier et de visualiser celles qui contribuent à un même processus biologique et celles qui sont centrales à un processus biologique. ProteINSIDE a été testé avec des jeux de données de 1000 protéines par espèce et a été comparé avec succès à DAVID, BioMyn et AgBase, conçus pour la recherche d'information et l'annotation, ainsi qu'à PrediSi et Phobius qui prédisent les protéines sécrétées. ProteINSIDE a été appliqué à l’analyse des protéomes des tissus musculaires et adipeux. Une première analyse des données relatives à l’ontogenèse des tissus, a révélé des liens entre des protéines présentes dans les deux tissus fœtaux et des protéines impliquées dans les processus d’autophagie. Dans une seconde étude, nous avons décrit les protéomes des deux tissus à 140 jpc. Nous avons identifié 514 protéines musculaires et 752 protéines adipeuses, dont 346 communes. Ces protéines interviennent par exemple dans la régulation négative de l’apoptose, dans les processus d’autophagie, dans la régulation de la prolifération cellulaire et dans la voie de signalisation Wnt. Nous avons identifié 47 et 93 protéines potentiellement sécrétées par le muscle et le TA, dont 24 communes. L’intégration des connaissances sur les protéines sécrétées avec celles disponibles pour le « surfaceome » a suggéré des protéines qui participeraient au dialogue muscle-TA. Nous avons donc produit un serveur web pour la fouille de données de génomique non seulement chez le bovin, l’ovin, le caprin, mais aussi chez l’homme, le rat et la souris. Ce type de serveur devrait être particulièrement utile à la communauté scientifique. Son application a conduit à la production de connaissances nouvelles et d’hypothèses de travail pour la compréhension des mécanismes de régulation de la croissance fœtale du muscle squelettique et du tissu adipeux. / The quality of carcasses and meats depends on the balance between muscle and adipose tissue (AT) masses that determine carcass weight and performance (muscle and fat composition), but also the sensory quality of the meat (tenderness, juiciness and flavor). Understanding how to control the ratio of muscle mass relative to AT mass represents a major challenge for beef producers. The balance between these masses depends on the number and volume of muscle and AT cells. These cellular events are taking place at the early steps of fetal period in cattle, as the total number of muscle cells is fixed at 180 days post-conception (dpc) in the fetus. The analysis of the evolution of these two proteome tissues during fetal life produced original but insufficient data. In addition, it is not always easy to extract or generate relevant biological information from genomic experiments. This is particularly true in ruminant species because they are not annotated in databases and few bioinformatic resources are dedicated to them. In this context, our objective was to design an “all in one” web service to analyze genomic data in cattle in order to improve knowledge of the mechanisms involved in fetal muscle and AT growth. Thus, we have organized our thesis in two axes. We developed a genomic data analysis tool, dedicated to ruminant species (cattle, sheep and goat) and named ProteINSIDE (www.proteinside.org). In a single query, this tool synthesizes the biological information stored in public databases or provided by functional annotations from gene ontology. It also predicts proteins that are secreted (tissue secretome) and which are involved in signaling between cells or tissues. It links proteins according to their molecular interactions to identify and visualize those that contribute to the same biological processes and those that are central to a biological process. ProteINSIDE was tested with data sets of 1000 proteins by species and has been successfully compared with DAVID, BioMyn, and AgBase (designed for information retrieval and annotation), as well as PrediSi and Phobius (that predict proteins secreted). We applied ProteINSIDE to the proteome analysis of muscle and AT. A first analysis of data on the ontogenesis of the tissue revealed links between proteins of both fetal tissues and proteins involved in autophagy processes. In a second study, we constructed and described the bovine proteomes of both tissues at 140 dpc. We identified 514 muscle protein and 752 AT proteins, including 346 commons proteins. As an example, these proteins are involved in the negative regulation of apoptosis, in autophagy processes, in the regulation of cell proliferation, and in the Wnt signaling pathway. We identified 47 and 93 potentially secreted proteins by muscle and TA, including 24 commons proteins. The integration of knowledges about the secreted proteins with those available for the “surfaceome” suggested proteins which could participate in the cross-talk between muscle and AT. Thus, we produced a web server to mine genomic data from bovine, sheep, and goat species, but also from human, rat and mice species. This type of server should be particularly useful to the scientific community. Its implementation has led to the production of new knowledge and working hypotheses for the understanding of the mechanisms which regulate fetal growth of muscle and AT.

Le stress oxydant correspond à un déséquilibre entre les défenses antioxydantes et les espèces pro-oxydantes en faveur de ces derniers. Il joue un rôle central dans de nombreuses pathologies telles que l'obésité, le diabète et les maladies cardiovasculaires. Le diabète est caractérisé par une hyperglycémie chronique, source d'un stress oxydant accru et de dommages oxydatifs tissulaires. Notamment l'hyperglycémie favorise la glycation des protéines aboutissant à la formation de produits avancés de glycation (AGE). Bien que l'action délétère des AGE soit reconnue dans le diabète, leurs rôles au niveau cardiaque et adipeux restent encore assez méconnus. L'objectif de mon travail de thèse a été de déterminer les effets du stress oxydant, induit par l'hyperglycémie et l'albumine glyquée, au niveau des tissus adipeux et cardiaque, mais aussi au niveau de lignées cellulaires adipocytaires et cardiaques. Mes résultats ont montré un impact délétère de l'hyperglycémie tant au niveau cellulaire que tissulaire. De plus, certains dysfonctionnements identifiés au niveau de cœurs ou de tissu adipeux provenant de modèle animaux diabétiques ont pu être reproduits in vitro par l'incubation de lignées cellulaires adipeuses ou cardiaques en présence d'albumine glyquée. Cette étude propose de nouveaux éléments de compréhension sur les dommages de type oxydatif dans le cadre de la pathologie diabétique et ouvre de nouvelle piste d'étude sur le rôle spécifique que pourrait exercer les AGE issus de l'albumine au niveau du tissu adipeux et cardiaque. / Oxidative stress is defined as “an imbalance between oxidants and anti-oxidants in favor of the oxidants”, leading to a disruption of redox signaling and control and/or molecular damage. It plays a central role in many diseases such as obesity, diabetes and cardiovascular diseases. Diabetes is characterized by chronic hyperglycemia, a source of increased oxidative stress and tissue oxidative damage. In particular, hyperglycemia can promote protein glycation leading to the formation of advanced glycation end products (AGEs). Although the deleterious action of AGEs in diabetes is recognized, its impact in the heart and adipose tissues remains relatively unknown. The objective of this thesis was therefore to determine the effects of hyperglycemia-induced oxidative stress together with glycated albumin on the redox balance of adipose and cardiac tissues, and also by in vitro analysis of heart and adipocyte cell lines.This study revealed enhanced oxidative stress and damage induced by hyperglycemia at both cellular and tissue levels. In addition, the oxidative damage identified in heart and adipose tissues isolated from diabetic mice could be reproduced in vitro by the incubation of adipose or cardiac cell lines in the presence of glycated albumin. The current study proposes novel insights into redox imbalance in adipose and heart tissues of diabetic/obese mice and highlights the role of AGEs (especially glycated albumin) as a putative contributor to adipocyte and cardiomyocyte dysfunction.

L'obésité est l'un des plus grands défis de santé publique du 21ème siècle et est considérée comme un facteur de risque majeur pour la santé. L'obésité est responsable de l'apparition de divers troubles, notamment du diabète, des maladies cardiovasculaires et de certains cancers. Le tissu adipeux (TA) est un organe endocrine très actif qui a une activité sécrétoire intense produisant un assortiment de plus de 600 facteurs qui ont des activités biologiques variées. Certains de ces facteurs sont appelés adipocytokines et font l'objet d'un intérêt particulier dans les recherches récentes sur le métabolisme et les pathologies associées. De nombreuses données sur les adipocytokines suggèrent fortement que le tissu adipeux est un élément clé dans le développement d'une inflammation chronique. De nombreuses maladies neurodégénératives chroniques telles que la sclérose latérale amyotrophique, la maladie d'Alzheimer et la maladie de Parkinson ont été associées à une inflammation du système nerveux central (SNC), dans lequel la microglie et les astrocytes (cellules gliales) jouent un rôle déterminant. L'autotaxin (ATX) et l'adiponectine (ADIPO) sont des médiateurs sécrétées par le TA. Le rôle de ces médiateurs dans les activités métaboliques a été bien étudié, mais leur rôle potentiel ainsi que les mécanismes précis dans la vulnérabilité du CNS restent à déterminer. Ici, nous proposons d'utiliser, in vivo, deux stimuli inflammatoires distincts le lipopolysaccharide (LPS) et le triméthylétain (TMT) pour caractériser l'expression de médiateurs de l'inflammation du SNC chez la souris. Une injection intrapéritonéale (ip) aiguë de LPS (100 μg/kg de poids corporel) mime une infection bactérienne Gram négative, tandis que l'injection ip aiguë de TMT (2 mg/kg de poids corporel), induit une neurodégénérescence hippocampique. Les microglies et les astrocytes sont les principales sources de facteurs inflammatoires dans le cerveau. Afin de rechercher, in vitro, le rôle de l'ATX et de l'ADIPO sur ces cellules dans un état inflammatoire et de stress oxydatif, nous avons généré des tansfectants stables sur-exprimant l'ATX dans des cellules microgliales murines (BV2) et l'ADIPO dans des cellules astrocytaires murines (CLTT). Les clones BV2 et CLTT surexprimant ces facteurs ont été traitées avec du LPS (1 μg/ml) et du H2O2 (100μM). Nos résultats in vivo ont démontré que l'ATX et l'ADIPO sont exprimés dans le cerveau et que le LPS pourrait induire une réponse neuroinflammatoire transitoire dans trois régions distinctes du cerveau l'hippocampe (HIP), le cortex (COR) et le cervelet (CER). Il a été également constaté qu'à cette dose modérée de 100μg de LPS / kg de poids corporel de la souris, la microglie et les astrocytes ne sont pas activés dans le cerveau (Projet-1). Nos résultats in vitro démontrent les effets anti-inflammatoires de l'ATX dans les cellules microgliales observables par la baisse d'expression des marqueurs d'activation microgliale (CD11b, CD14, CD80 et CD86) et d'expression et de production de cytokines pro-inflammatoires (TNF-α et IL-6) (Project-2). Nous avons montré que l'ADIPO a un rôle anti-oxydant dans les astrocytes via l'atténuation significative de ROS, une inhibition d'enzymes pro-oxydantes (iNOS et la COX-2) et une régulation positive d'enzymes anti-oxydantes (SOD et CAT) (Projet-3). Dans l'ensemble, ces résultats suggèrent qu'une inflammation périphérique induite par une infection ne provoque pas de neurodégénérescence (à moins d'une infection importante), mais pourrait sensibiliser les cellules gliales et augmenter leur réponse à la stimulation suivante. L'ATX et l'ADIPO pourraient jouer un rôle dans la régulation de la neuroinflammation en régulant l'activation gliale dans un contexte de stress. Des travaux supplémentaires seront nécessaires afin de mieux comprendre les mécanismes moléculaires régulant l'inflammation du SNC et aboutir à de nouvelles stratégies thérapeutiques pour combattre les maladies neurodégénératives. / Globally obesity is one of the greatest public health challenges of 21st century, and is considered a major health risk factor. Obesity is responsible for the onset of various kinds of disorders including diabetes, cardiovascular diseases and cancer. Adipose tissue (AT) is a highly active endocrine organ which has intense secretory activity producing an assortment of over 600 factors that have versatile biological activities. Some of these factors are named adipocytokines and have gain an intensive focus on current metabolic and disease recent research. Accumulating data on adipocytokine research strongly suggest that adipose tissue is the key player in promoting chronic inflammation. Many chronic neurodegenerative diseases such as Amyotrophic lateral sclerosis, Alzheimer’s and Parkinson’s diseases have been associated with inflammation in the Central Nervous System (CNS) in which microglia and astrocytes (glial cells) play a decisive role. Autotaxin (ATX) and Adiponectin (ADIPO) are mediators secreted by the AT. The role of these mediators in metabolic activities have been well studied but the potential role of these adipocyte secreted factors and its precise mechanisms in CNS vulnerability remains to be determined. Here we used, in vivo, two distinct inflammatory stimuli, lipopolysaccharide (LPS) and trimethyltin (TMT), to characterize the expression of inflammatory mediators in mouse CNS. Acute intraperitoneal (ip) injection of LPS (100μg/Kg bwt) mimics gram negative bacterial infection, while acute ip injection of organometal TMT (2mg/kg bwt), induces hippocampal neurodegeneration. Microglia and astrocytes are the major source of inflammatory factors in the brain. To investigate, in vitro, the role of ATX and ADIPO in inflammatory and oxidative stress condition, we generated stable over-expressing transfectant in murine microglia BV2 cells for ATX and murine astrocyte CLTT cells for ADIPO. BV2 and CLTT stably transfected overexpressing clones were treated with LPS (1 μg/mL) and H2O2 (100μM). Our in vivo results demonstrated that ATX and ADIPO were expressed in the brain and LPS induced a transient neuroinflammatory response in three distinct regions of the brain hippocampus (HIP), cortex (COR) and cerebellum (CER). Besides this it was also found that with this mild dosage of 100 μg LPS/Kg bwt of mice, microglia and astrocytes were not activated in the brain (Project-1). Our in vitro results authenticate the anti-inflammatory effects of ATX in microglial cells demonstrated by the downregulation of microglial activation markers (CD11b, CD14, CD80 and CD86) and pro-inflammatory cytokine expression and secretion (TNF-α and IL-6) (Project-2). Likewise, ADIPO put forth its anti-oxidant role in astrocyte cells mediated via significant mitigation of ROS, and as well by the significant down and upregulation of pro-oxidative inducible nitric oxide synthase (iNOS) and cyclooxygenase-2(COX-2) and anti-oxidative enzymes mRNA expression levels superoxide dismutase (SOD) and catalase (CAT) respectively (Project-3). Overall these results suggest that peripheral inflammation induced by infection will not induce neurodegeneration (unless a massive infection) but could prime the glial cells and make them more responsive to the next stimulation. ATX and ADIPO may play a role in the regulation of neuroinflammation by regulating glial activation in stressed situations. Further investigations will be needed to better understand the molecular mechanisms regulating brain inflammation and lead to new therapeutic strategies to combat neurodegenerative diseases.

Le tissu adipeux (TA) contient un grand nombre de leucocytes qui jouent un rôle fondamental dans la régulation de l'activité métabolique du TA. Chez l'individu sain, les leucocytes du TA ont un profil majoritairement anti-inflammatoire (macrophages M2, polynucléaires éosinophiles, lymphocytes T CD4 Th2 et T régulateurs). Chez le sujet obèse, on observe une modification des populations immunitaires vers un phénotype majoritairement pro-inflammatoire (macrophages M1, polynucléaires neutrophiles, lymphocytes T CD8 et T CD4 Th1). Cet état inflammatoire participe au développement du syndrome métabolique. Chez l'adulte, les leucocytes circulants sont principalement produits dans la moelle osseuse (MO) par des cellules souches hématopoïétiques (CSH). Notre équipe a montré qu'une partie des leucocytes du TA sont produits in situ grâce à la présence de CSH tissulaires spécifiques, dont l'activité hématopoïétique diffère selon le dépôt adipeux. Ce résultat suggère que les CSH du TA pourraient être contrôlées par leur niche, comme c'est le cas dans la MO. Considérant le rôle prépondérant des leucocytes dans la physiopathologie du TA et le rôle des CSH dans ce tissu, les objectifs de cette thèse ont été les suivants : 1) Caractériser le rôle de l'hématopoïèse du TA dans le développement des maladies métaboliques. 2) Caractériser d'un point de vue cellulaire et moléculaire la niche des CSH du TA et la régulation de leur activité par cet environnement. 3) Mettre en évidence et caractériser l'activité hématopoïétique du TA chez l'homme. Concernant le premier objectif, nos résultats montrent que dans un modèle de diabète induit par un régime riche en gras, les CSH du TA produisent des macrophages pro- inflammatoires ayant un rôle direct dans le développement des altérations de l'homéostasie glucidique. La greffe de CSH du TA issues d'une souris diabétique dans une souris maintenue sous régime standard induit le transfert de la pathologie. Inversement, la greffe de CSH de TA d'une souris saine dans une souris diabétique améliore le phénotype métabolique. Concernant le second objectif, nous montrons que les CSH du TA se localisent préférentiellement dans le cœur du TA sous-cutané, région principalement composée d'adipocytes beiges, alors que la périphérie, constituée d'adipocytes blancs uniloculaires héberge moins de CSH. L'activation ou l'inhibition des adipocytes beiges diminue la quantité de CSH au cœur du tissu, montrant qu'un déséquilibre du métabolisme des adipocytes beiges a un impact sur les CSH, suggérant que ces adipocytes pourraient alors faire partie d'une niche hématopoïétique. Les approches in vitro ne nous ont pas permis d'aller plus loin dans la caractérisation des acteurs cellulaires et/ou moléculaires de cette niche. Concernant le troisième objectif, nous montrons pour la première fois la présence de CSH dans le TA chez l'homme. La fonctionnalité de ces CSH a été testée in vitro et in vivo. En culture en milieu semi-solide, les CSH de TA humain sont capables de donner des clones myéloïdes, comme chez la souris. In vivo, chez des souris immuno-déficientes reconstituées avec des CSH de TA humain, on retrouve des cellules immunitaires humaines dans le tissu adipeux, ce qui démontre leur capacité à reconstituer une partie du système immunitaire de ce tissu. En conclusion, ce travail de thèse a permis de montrer que l'activité hématopoïétique du TA joue un rôle crucial dans le maintien de la balance énergétique. Les CSH du TA résideraient préférentiellement dans une niche localisée au cœur du tissu, composée d'adipocytes beiges. La caractérisation des signaux moléculaires présents dans les différentes zones du TA permettra de proposer de nouvelles hypothèses sur la régulation de l'activité des CSH du TA. Chez l'homme, notre travail a permis de mettre en évidence une hématopoïèse tissulaire endogène au tissu adipeux, renforçant ainsi l'importance physiopathologique de nos précédents résultats obtenus chez la souris. / The adipose tissue (AT) contains a lot of leukocytes that play a fundamental role in the regulation of AT metabolic activity. In a physiological situation, AT-leukocytes mostly display an anti-inflammatory profile (M2 macrophages, eosinophils, CD4 Th2 T cells and regulatory T cells). Obesity induces a shift in AT immune cells towards a pro-inflammatory phenotype (M1 macrophages, neutrophils, CD8 and CD4 Th1 T cells). This inflammatory state contributes to the development of the metabolic syndrome. In adults, circulating leukocytes are mostly produced in the bone marrow (BM) by hematopoietic stem cells (HSC). A few years ago, we have shown AT harbors a specific resident HSC population that can renew innate immune cells and especially macrophages in the AT, via in situ differentiation. This endogenous hematopoietic activity differs according to the localization of the fat pad, suggesting that like BM-HSC, AT HSC might be controlled by their environment. Considering the important role of leukocytes in the AT physiopathology and the role of resident HSC in this tissue, the objectives of this work were the followings: 1) To characterize the role of the AT hematopoiesis in the onset of metabolic diseases. 2) To characterize the AT HSC niche from a cellular and a molecular point of view, and the regulation of their activity by this environment. 3) To demonstrate the presence of an endogenous AT-hematopoiesis in humans. First, by using transplantation of sorted AT-HSC and gain and loss of function studies we showed that some of the inflammatory AT-macrophages inducing metabolic disease originate from resident AT-HSC. Transplantation of AT-HSC sorted from high fat diet-fed (HFD) mice is sufficient to induce AT-macrophage accumulation, and to transfer metabolic disease in control mice. Conversely, the transplantation of control AT-HSC improves both AT-inflammation and glucose homeostasis in HFD mice. Second, we showed that AT-HSC are preferentially localized in the core of sub-cutaneous AT that contains beige adipocytes, instead of the periphery that mostly harbors unilocular white adipocytes. Activation or inhibition of beige adipocytes induces a loss of this preferential localization, suggesting that modifications of the subcutaneous AT core region metabolism impact HSC behavior. This suggests that beige adipocytes might be a part of a hematopoietic niche in the AT. However, we were unable to characterize the cellular and/or molecular constituants of this niche. Finally, we showed for the first time that as in mice, human AT contains resident HSC. In methylcellulose semi-solid medium, human AT-HSC are able to produce myeloid clones. In vivo, after transplantation of human AT-HSC in immunodeficient mice, human immune cells are observed in the AT. These results show that human AT exhibit a functional endogenous hematopoietic activity. Altogether, we show in this study that the AT hematopoietic activity plays a crucial role in the control of energy balance. Although AT HSC are localized preferentially at the vicinity of beige adipocytes, molecular signals controlling this population remain to be characterized. Finally, we demonstrate for the first time an endogenous hematopoiesis in human AT, highlighting the physiopathological importance of our previous results obtained in mice.

Les traitements antirétroviraux (TARV) actuels ne parviennent pas à éradiquer totalement le virus de l'immunodéficience humaine (VIH) de l’organisme, le virus reste présent dans des sites anatomiques ou cellulaires appelés "réservoirs". Cette persistance virale se traduit aussi par une inflammation chronique à bas-bruit, responsable de la majorité des comorbidités associées au VIH.L'objectif de mon travail de thèse est d'étudier le rôle du tissu adipeux infecté en tant que facteur d'inflammation et site de persistance virale. Le tissu adipeux est un organe endocrine, doué de propriétés immunologiques claires dans lequel on trouve les cibles principales du VIH: les LTCD4 et les macrophages. Nous avons analysé l'impact de l'infection SIV sur les profils d'activation et différenciation des lymphocytes T et macrophages du tissu adipeux sous cutané (SCAT) et le tissu graisseux mésentérique (VAT) prélevé au niveau du grand omentum de macaques cynomolgus. Nous avons démontré une activation du tissu adipeux: recrutement des macrophages, profil plus inflammatoire des macrophages, recrutement massif de LTCD8, et une plus forte proportion de LT activés. Parallèlement, nous avons détecté la présence du virus SIV (détection d'ARN et d'ADN viral) dans les fractions stroma-vasculaires du tissu adipeux et dans les fractions triées de lymphocytes T et macrophages chez les macaques infectés. Nous avons aussi démontré la présence du VIH au niveau du tissu adipeux des patients infectés et traités (Damouche et al PlosPathogens 2015). Ces résultats identifient pour la première fois le tissu adipeux comme un site réservoir du VIH.Nous avons ensuite évalué si le tissu adipeux présente des propriétés intrinsèques favorisant la persistance du VIH en nous concentrant sur les lymphocytes T CD4. Cette étude a été menée chez des patients infectés par le VIH et sous TARV efficace et des sujets non infectés. Nous avons observés une augmentation dans la proportion des Ly Treg chez les patients infectés par rapport aux sujets sains. Aucun changement majeur dans les pourcentages des fractions Th1 et Th17, au sein des Ly T CD4 chez les patients infectés par le VIH et sous ART n’a été observé. De même, le pourcentage de lymphocytes T CD4 mémoires « résidant » n'a pas été affecté par l’infection. Collectivement, ces résultats suggèrent que les cellules T CD4 du tissu adipeux n'ont pas subi d’importantes altérations dans le profil de différenciation et d’activation malgré la persistance virale. Nous avons aussi évalué le profil immuno-modulateur pouvant contribuer à l'activation limitée intervenant dans le tissu adipeux. Nous avons observé un pourcentage élevé de cellules exprimant PD-1 parmi les cellules T CD4 mémoire résistante aux tissus adipeux chez les patients infectés par le VIH et non infectés, suggérant un rôle immuno-modulateur des cellules T CD4 du TA. Cette forte expression de PD-1 à la surface des cellules T CD4, intrinsèque au tissu adipeux pourrait contribuer à la persistance virale. / The current antiretroviral treatments (ART) do not completely eradicate the human immunodeficiency virus (HIV) from the body, the virus remains present in anatomical or cellular sites called "reservoirs". This viral persistence also results in chronic low-grade inflammation, responsible for the majority of HIV-associated comorbidities.The objective of my thesis work is to study the role of infected adipose tissue as an inflammatory factor and site of viral persistence. Adipose tissue is an endocrine organ with clear immunological properties in which the main targets of HIV are found: CD4 T lymphocytes and macrophages. We analyzed the impact of the simian immunodeficiency virus (SIV) infection on the activation and differentiation profiles of T lymphocytes and macrophages of subcutaneous adipose tissue (SCAT) and mesenteric adipose tissue (VAT) from the large omentum of cynomolgus macaques. We have demonstrated an activation of adipose tissue: macrophage recruitment, macrophage inflammatory profile, massive recruitment of LTCD8, and a higher proportion of activated T lymphocytes. At the same time, we detected the presence of the SIV virus (detection of RNA and viral DNA) in the stroma-vascular fractions of the adipose tissue and in the sorted fractions of T lymphocytes and macrophages in the infected macaques. We also demonstrated the presence of HIV in the adipose tissue of infected and treated patients (Damouche et al PlosPathogens 2015). These results identify for the first time adipose tissue as an HIV reservoir site.We then evaluated whether adipose tissue exhibits intrinsic properties that promote persistence of HIV by focusing on CD4 T lymphocytes. This study was conducted in HIV-infected patients under effective HAART and non-infected subjects. We found no major changes in the percentages of Th1, Th17 fractions within Ly T CD4 in HIV-infected patients and ART, but an increased in the proportion of Treg cells was observed in infected patients compared to healthy subjects. The percentage of "resident" CD4 T cell lymphocytes was not affected by infection. Collectively, these results suggest that CD4 T cells of adipose tissue have not undergone significant alterations in the differentiation and activation profile despite viral persistence. We also evaluated the immuno-modulatory profile that may contribute to limited activation in adipose tissue. We observed a high percentage of cells expressing PD-1 among the CD4 T cells resistant to adipose tissue in HIV-infected and uninfected patients, suggesting an immunomodulatory role of CD4 T cells of TA. This strong expression of PD-1 on the surface of CD4 T cells, intrinsic to adipose tissue, could contribute to viral persistence.

L'inflammation du tissu adipeux, le stress oxydatif ou encore les modifications du microbiote intestinal semblent constituer des facteurs essentiels dans l'initiation, l'aggravation, voire même la "chronicisation" du syndrome métabolique et de l'insulinorésistance. La lectine Reg3a (également appelée HIP/PAP) est un composant de l'immunité innée qui déploie des activités anti-bactérienne, anti-oxydante et anti-inflammatoire. Dans ces conditions, Reg3a pourrait jouer un rôle clé en tant que modulateur du dialogue moléculaire entre le foie, le tissu adipeux et le tube digestif. Via son expression dans le foie de souris transgéniques, ou bien son administration par voie sous-cutanée, nous montrons que la protéine humaine Reg3a présente des effets bénéfiques sur le phénotype des animaux, en contribuant à leur capacité à mieux gérer les troubles du métabolisme d’origine à la fois glucidique et lipidique liés au vieillissement, à un régime alimentaire hyperlipidique ou une obésité et une insulinorésistance génétiquement acquises. Elle permet une diminution de la proportion de masse grasse et une meilleure régulation de la glycémie. Les mécanismes moléculaires sous-jacents restent à déterminer mais pourraient d’une part impliquer le régulateur énergétique AMPK, d’autre part être en lien avec le phénomène de brunissement du tissu adipeux. / Inflammation of adipose tissue, oxidative stress or modifications of intestinal microbiota seem to stand among crucial factors contributing to the initiation, worsening or even "chronification" of metabolic syndrome and insulin resistance. The lectin Reg3a (also called HIP/PAP) is a component of innate immunity with antibacterial, antioxidant and anti-inflammatory activities. In these conditions, Reg3a could play a key role as a modulator of the molecular dialogue between the liver, the adipose tissue and the gut. Through its expression in the liver of transgenic mice or its subcutaneous administration, we show that the human protein Reg3a has a positive impact on animals’ phenotype and contribute to their capacity to better manage both glucose and lipid metabolic disorders related to ageing, a high fat diet or genetically acquired obesity and insulin resistance. Notably it leads to a decrease in the proportion of fat and allows a better control of glycaemia. The associated molecular mechanisms remain to be determined but they could involve the energy sensor AMPK and the phenomenon of adipose tissue browning.

La VD (VD) est impliquée dans de nombreux processus physiologiques, dont le contrôle de certains paramètres de la biologie du tissu adipeux, son site principal de stockage. Ainsi elle y exerce des effets anti-inflammatoires et métaboliques forts, mais de nombreux aspects de ces régulations n’ont jamais été étudiés. Le but de cette thèse est d’avancer dans la connaissance de l’interrelation entre la VD, le tissu adipeux et l’obésité.Dans un premier temps, nous avons donc mis en évidence que la VD limitait l’expression de 3 miRs (miR-146a, miR-150 et miR-155) en inhibant la voie de signalisation NF-κB, in vitro et in vivo, au niveau du tissu adipeux et de l’adipocyte, lors d’un stress inflammatoire. Ensuite, nous avons mis en évidence que la VD modulait l’expression génique de certaines enzymes impliquées dans son propre métabolisme au niveau du tissu adipeux et de l’adipocyte et que la cubiline était impliquée dans l’absorption de la 25(OH)D au niveau des adipocytes. De plus, nous avons montré qu’un régime riche en graisse pendant 4 jours, 7 et 11 semaines engendrait une modulation de la concentration plasmatique de certains métabolites de la VD ainsi que des ARNm de certains acteurs impliqués dans le métabolisme de la VD, suggérant un stockage de la VD sous forme de 25(OH)D dans le tissu adipeux. Enfin, un retour à l’état basal des niveaux d’expressions géniques au niveau du tissu adipeux des différents acteurs mis en jeu dans le métabolisme de la VD ainsi que les dosages plasmatiques et adipocytaires dee métabolites de la VD a été mis en évidence chez les souris ayant subi une prise puis une perte de poids, démontrant ainsi la réversibilité des résultats. / Vitamin D (VD) is involved in many physiological processes, including the control of parameters of adipose tissue biology, its main storage site. Thus, it exerts strong anti-inflammatory and metabolic effects, but many other aspects of this regulation have never been studied. The aim of this thesis is to advance in the knowledge of the interrelation between VD, adipose tissue and obesity.Firstly, we have therefore demonstrated that VD limits the expression of 3 miRs (miR-146a, miR-150 and miR-155) by inhibition of NF-κB signaling pathway, in vitro and in vivo, in adipose tissue and adipocyte, during inflammatory stress. We showed that VD modulated gene expression of enzymes involved in its own metabolism in adipose tissue and adipocyte, during a treatment of VD, in vivo and in vitro, known only in the liver and kidney. Moreover, the involvement of cubiline in 25(OH)D uptake in adipocytes has been demonstrated. Then, we showed that a high fat diet for 4 days, 7 and 11 weeks leads to a modulation of plasma concentration of VD metabolites as well as mRNAs of some actors involved in VD metabolism, suggested a possible storage of VD under 25(OH)D form in adipose tissue. Finally, the effect of weight gain induced by a high-fat diet followed by a return to a control diet was studied in mice. The levels of gene expression in the adipose tissue of the actors involved in VD metabolism as well as the plasma and adipocyte dosages of VD and its metabolites show a return to the basal state in mice having undergone weight loss. These results demonstrate the reversibility of changes induced by an obesogenic diet on VD metabolism.

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

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