Proefschrift Universiteit van Amsterdam. / Met lit.opg. en samenvatting in het Nederlands.

Proefschrift Maastricht. / Met lit. opg. - Met samenvatting in het Nederlands.

Proefschrift Rijksuniversiteit Limburg, Maastricht. / Auteursnaam op omslag: Geert van Poppel. Met lit.opg. en een samenvatting in het Nederlands.

Proefschrift Universiteit Maastricht. / Met bibliogr., lit. opg. - Met samenvatting in het Nederlands.

Proefschrift Rijksuniversiteit Limburg, Maastricht. / Met lit. opg. en een samenvatting in het Nederlands.

La vitamine D (D3 ou cholécalciférol du règne animal et D2 ou ergostérol du règne végétal) est une hormone pléiotrope qui possède de nombreux effets biologiques incluant la régulation du métabolisme du calcium et du phosphate. Chez l’Homme, ce composé est synthétisé au niveau cutané sous forme inactive. On décrit ainsi le métabolisme de la vitamine D qui conduit à la production de métabolites actifs (par les vitamine D 25- et 1α-hydroxylases codées par les gènes CYP2R1 et CYP27B1) et à leur dégradation par la vitamine D 24-hydroxylase (gène CYP24A1). L’expression des vitamine 1α- et 24-hydroxylases est finement et inversement régulée afin de maintenir l’homéostasie phosphocalcique, grâce à plusieurs boucles de rétrocontrôle impliquant entre autres la forme 1,25-dihydroxylée de la vitamine D et son récepteur VDR, la calcémie et la parathormone, la phosphatémie et le FGF23. La carence en vitamine D et les défauts de son activation sont associés à un phénotype de rachitisme, tandis que les excès en vitamine D sont associés à un phénotype d’hypercalcémie-hypercalciurie par intoxication (surdosage) ou hypersensibilité à la vitamine D (excès d’activation ou défaut de dégradation).L’objectif de ce travail de thèse est d’identifier des causes génétiques de dérégulation du métabolisme de la vitamine D et de préciser leurs mécanismes physiopathologiques par une description précise du phénotype associé. Pour ce faire, nous avons utilisé de façon conjointe les outils de la génétique (séquençage nouvelle génération et Sanger) et de la biochimie (dosage des métabolites) dans une cohorte de patients recrutés grâce au centre de référence maladies rares du métabolisme du calcium et du phosphate.Ce travail a permis de préciser le rôle de deux gènes dans les maladies liées à la dérégulation métabolisme de la vitamine D, CYP2R1 et CYP24A1, par la mise en évidence de mutations perte de fonction chez des patients avec un phénotype de rachitisme à 25-hydroxyvitamine D basse et d’hypersensibilité à la vitamine D respectivement. Notre étude a permis aussi de préciser le phénotype de ces affections. Dans la cohorte des patients étudiés, l’identification de mutations de gènes impactant le métabolisme du phosphate (SLC34A1 et SLC34A3), souligne l’intérêt de l’étude des facteurs régulateurs des activités vitamine D 1α- et 24-hydroxylases.Aucune variation significative dans les régions promotrices proximales de CYP27B1 et CYP24A1 n’a été identifiée. Le peu de connaissances sur l’ensemble des éléments régulateurs chez l’Homme n’a pas permis d’approfondir notre étude. L’identification et l’étude de ces éléments régulateurs distaux permettra de déterminer leur implication dans les maladies rares du métabolisme de la vitamine D. / The vitamin D (D3 or cholecalciferol from animal kingdom and D2 or ergosterol from plan kingdom) is a pleiotropic hormone who has numerous biological effects including the regulation of calcium and phosphate metabolism. In humans, this compound is synthetized in skin in an inactive form. Thus, we call vitamin D metabolism the biological process which leads to the production of active metabolites (by enzymes 25- and 1α-hydroxylases encoded by CYP2R1 and CYP27B1 genes) and its degradation by vitamin D 24-hydroxylase (gene CYP24A1). The expression of 1α- and 24-hydroxylases is tightly and inversely regulated to maintain calcium and phosphate homeostasis, thanks to several feedback loops including 1,25-dihydroxyvitamin D and its receptor VDR, serum calcium and parathormone, serum phosphate and FGF23. Vitamin D deficiency and vitamin D activation deficiency are associated with rickets, while vitamin D excess are associated with hypercalcemia-hypercalciuria due to vitamin D intoxication (overdose) or hypersensitivity to vitamin D (activation excess or degradation deficiency).Our aim is to identify genetic causes of vitamin D metabolism deregulation and to specify pathophysiologic mechanisms describing phenotype. Thus, we jointly used the tools of genetics (next-generation and Sanger sequencing) and biochemistry (vitamin D metabolites assay) in a cohort of human patients ascertained thanks to the national center for rare diseases of calcium and phosphate metabolism.This work allowed us to specify the role of two genes in diseases of vitamin D metabolism, CYP2R1 and CYP24A1, showing loss of function mutations in patients with rickets and low 25-hydroxyvitamin D and hypersensitivity to vitamin D, respectively. Our study brought new phenotypic elements in these affections. In our cohort of patients, the identification of mutations leading to phosphate deregulation (in SLC34A1 and SLC34A3) highlights the putative role of regulators of vitamin D 1α- and 24-hydroxylases activities in pathophysiology.No significant variation have been identified in the proximal promoting regions of CYP27B1 and CYP24A1. We could not go further considering the lack of knowledge in regulating regions and factors in humans. Identifying distal regulators will allow to study their implication in rare diseases of vitamin D metabolism.

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

Les vitamines D et K sont des micronutriments liposolubles qui participent au bon fonctionnement de l’organisme. Elles jouent des rôles clés dans la prévention de trouble de l'hémostase et de la coagulation, des pathologies osseuses, métaboliques et cardiovasculaires. Cependant, même si ces vitamines sont apportées en quantités suffisantes par notre alimentation, leurs effets bénéfiques sont étroitement conditionnés par leur biodisponibilité. Or, mieux connaitre les mécanismes d’absorption permettrait d’appréhender leur biodisponibilité. Nous avons tout d’abord montré que l’absorption de la vitamine K implique des transporteurs du cholestérol, SR-B1 et CD36. Nous avons également montré que l’entérocyte est non seulement capable d’effluer les vitamines D et K néo-absorbées mais également d’excréter ces vitamines du compartiment sanguin vers la lumière intestinale. Ce phénomène bien connu pour le cholestérol (excrétion transintestinale du cholestérol) implique des transporteurs communs, dont ABCB1 et ABCG5/G8. Dans un second temps, dans le cadre de la relance de la consommation des légumineuses, nous avons mis en évidence que la présence de légumineuses dans un repas limite la biodisponibilité de ces vitamines. En effet, les fibres, phytates, saponines et tanins diminuent leur bioaccessibilité et/ou leur captage. La méthode de cuisson des légumineuses, en affectant leur composition nutritionnelle, peut moduler l’incorporation des vitamines D et K au sein des micelles mixtes et donc affecter leur biodisponibilité. Ces données soulignent ainsi le fait que les légumineuses doivent être cuites de manière appropriée et consommés dans des repas riches en micronutriments. / Vitamin D and K are fat-soluble micronutrients that participate to the proper functioning of the organism. They are essential to prevent bleeding, bone, metabolic and cardiovascular disorders. However, even if those vitamins are provided in sufficient quantities in our diet, their health effects are closely linked to their bioavailability. A better knowledge of their absorption mechanisms would help to optimize their bioavailability.Firstly, we showed that vitamin K absorption involves the cholesterol transporters SR-B1 and CD36. We also showed that enterocytes can not only efflux newly absorbed vitamins D and K but also excrete vitamin D and K from the blood compartment to the intestinal lumen. This phenomenon of transintestinal excretioninvolves the cholesterol membrane transporters ABCB1 and ABCG5/G8.Secondly, we showed that the presence of pulses within a meal limits vitamin D and K bioavailability. Indeed, fibers, phytates, saponins and tannins can decrease bioaccessibility and/or uptake of vitamin K. By modulating the nutritional profile of pulses, the cooking method can impact on fat-soluble vitamin transfer to mixed micelles, and in turn affect their bioavailability. These data suggest that pulses must be cooked in an appropriate manner and consumed in micronutrient-rich meals.Keywords: vitamin D, vitamin K, bioaccessibility, intestinal absorption, pulses.

La prévalence de l’obésité infantile est en augmentation constante et constitue un enjeu majeur de santé publique, justifiant la mise en place de stratégies de modification des modes de vie. L’obésité infantile est associée à des complications métaboliques et vasculaires, en relation avec le statut inflammatoire et stress oxydant, mais aussi à une insuffisance en vitamine D (VD). Ainsi, l’objectif général de ce travail de thèse a consisté à évaluer les effets de différents types de prises en charge chez des adolescents obèses hospitalisés pour perte de poids avec la comparaison de différentes modalités d’exercice et l’étude d’une supplémentation en vitamine D (VD). Nous avons comparé la fonction microvasculaire de 29 adolescents obèses par comparaison avec 16 adolescents normo-pondérés et déterminer les effets d’une prise en charge de 3 mois associant diète et exercice soit modéré continu (MCT) soit intensif intermittent (HIIT) sur les paramètres de santé et la fonction microvasculaire chez 29 adolescents obèses. Les deux modalités de prise en charge (diète et MCT ou diète et HIIT) ont été aussi efficaces pour la perte de poids et de masse grasse et pour l’amélioration de la condition physique. Les paramètres de la fonction microvasculaire n’ont pas été modifiés, seules les valeurs de perfusion basale ont eu tendance à augmenter quel que soit le groupe suggérant un possible phénomène d’angiogénèse.Les objectifs de l’étude VIDADO, étude interventionnelle randomisée contrôlée en double aveugle,ont été de vérifier l’effet additionnel/synergique d’une supplémentation en VD 1) sur les paramètres cardiométaboliques, 2) sur l’amélioration de la compliance artérielle et la diminution de l’épaisseur de l’intima-média de la carotide et 3) sur la fonction vasculaire macro- et microcirculatoire chez les adolescents obèses. Des adolescents obèses ont été randomisés en 2 groupes : l’un supplémenté enVD (n = 13) et l’autre non (n = 13). À l'inclusion, l'insuffisance en 25(OH)D était très élevée chez les adolescents obèses (73%) que chez les 23 adolescents normo-pondérés (22%). Tous les facteurs cardiométaboliques des adolescents obèses étaient altérés par rapport au normo-pondérés. Le diamètre carotidien et l’épaisseur de l’intima-média étaient respectivement plus faible et plus élevé chez des adolescents obèses. Les résultats de la macrocirculation ont montré une préservation de lafonction endothéliale et de la fonction musculaire lisse chez les adolescents obèses. Au niveau de la microcirculation, ils présentaient des valeurs plus faibles de la conductance vasculaire cutanée en réponse aux doses d’ACh et de SNP. La concentration de 25 (OH) D n'était corrélée ni avec les données vasculaires ni à aucun marqueur inflammatoire. Après l’intervention de 3 mois, tous les adolescents obèses du groupe supplémenté ont atteint des taux adéquats de 25 (OH) D> 50 nmol,contre seulement 46% pour le groupe placebo. L’intervention a permis d’améliorer les facteurs cardiométaboliques, le statut inflammatoire et les performances physiques, mais la supplémentation en VD n’a pas eu d’effet supplémentaire. Les adolescents obèses ont présenté des réductions significatives de l’épaisseur intima-media tandis que la compliance artérielle carotidienne a augmenté sans différence entre les 2 groupes. A noter, les concentrations sériques delta 25OHD (%)étaient seulement corrélées négativement avec les valeurs delta de l’épaisseur intima-media (%). La conductance vasculaire cutanée en réponse aux doses d’ACh et de SNP a pu être améliorée dans leseul groupe supplémenté. La variation du statut en 25(OH)D était significativement corrélée avec la variation de la conductance vasculaire cutanée en réponse aux doses d’ACh et de SNP pour les deux groupes. Les résultats de cette thèse semblent prometteurs pour mettre en place des stratégies sur les modes de vie, dont l’intérêt de sessions d’activités physiques adaptées intensives et intermittentes. / The increasing prevalence of early childhood overweight and obesity raises major public healthissues with considerable risk consequences, especially on vascular health. Childhood obesity isassociated with early signs of vascular dysfunction and with vitamin D (VD) deficiency statusand cardiometabolic abnormalities. The main aim of the thesis was to study the effects ofdifferent programs of intervention in adolescents obese.The first study aimed to determine the effects of a lifestyle intervention including 3 months ofmoderate continuous training (MCT) or high-intensity interval-training (HIIT), on healthrelatedparameters and microvascular function in 29 obese adolescents. At baseline, obeseadolescents had higher peak microcirculatory response. After 3 months, peak microcirculatoryfunction remained unchanged after MCT and HIIT. Only basal cutaneous blood flow increasedwhatever the modality of exercise.The second study (VIDADO), double-blind, randomized, placebo-controlled clinical study,aimed to analyze the cardiometabolic and vascular effects of VD supplementation in a lifestyleprogram submitted to obese adolescents. Twenty-six obese adolescents (OA) and twenty-threenormal-weight (NW) were enrolled and matched on age, gender and puberty stage. OAfollowed a 3-month weight-loss program combining a reduced caloric diet and interval trainingphysical activity and were randomized into two groups: a VD supplemented (4000 IU/d) (n=13)group (OS) and non-supplemented (n=13) one (ONS).At inclusion, 25(OH)D concentration was lower in OA than in NW. At baseline, VDinsufficiency (25(OH)D levels < 50 nmol/L) was higher in OA (73%) than in NW (22%). Allcardiometabolic factors of OA were impaired in comparison with NW. After the 3-monthlifestyle intervention, all OS achieved adequate 25(OH)D levels > 50 nmol against only 46%for ONS. Intervention led to improve the cardiometabolic factors, inflammatory status andphysical performance, but VD supplementation did not have an additional effect. OA displayedhigher IMT but lower carotid compliance than controls. After three months, the changes of IMTwere negatively correlated with the changes of 25(OH)D in OA displaying VD insufficiency atbaseline. OA displayed preserved macrocirculation function but altered microcirculationfunction with decreased vascular conductance increase responses to ACh and SNP. Interventionled to improve ACh and SNP vascular conductance only in the VD-supplemented group. Thedelta change of 25(OH)D was significantly correlated with delta changes of peak ACh and peakSNP.In conclusion, these results may yield promising interventional program including intensive,intermittent exercise and vitamin D supplementation.

La prééclampsie (PE) est caractérisée par de l’hypertension et de la protéinurie maternelle survenant durant la grossesse. Certaines études ont suggéré que la supplémentation en vitamines (E et C) pourrait diminuer l’incidence de PE. Des échantillons sanguins de femmes avec (n=15) ou sans (n=100) PE, participant à l’étude International Trial of Antioxidants for the Prevention of PE (INTAPP), ont été collectés avant la prise de vitamines, ainsi qu’aux semaines 24 et 32 de la grossesse. Les niveaux de vitames ont été mesurés par HPLC. L’augmentation significative des niveaux d’α-tocophérol et de coenzyme Q10 au cours de la grossesse chez les femmes non supplémentées, avec ou sans PE, pourrait représenter une réponse naturelle effective contre le stress oxydatif. Le ratio abaissé de γ-/α-tocophérol, observé pour la première fois chez des femmes enceintes supplémentées, suggère une augmentation d’α-tocophérol et/ou une diminution de γ-tocophérol causée par une compétition pour l’absorption intestinale des tocophérols. / Preeclampsia (PE) is a syndrome characterized by hypertension and maternal proteinuria during pregnancy. Some studies have suggested that supplementation with vitamins (E and C) could decrease the incidence of PE. Women (n=100) from the International Trial of Antioxidants for the Prevention of PE study were collected at week 12-16 of gestation (prior to vitamins supplementation), then at weeks 24 and 32 of gestation. A second group of 15 preeclamptic women was also selected for this study. Vitamins were determined using high-performance liquid chromatography. The higher α-tocopherol and coenzyme Q10 concentrations during pregnancy in non-supplemented women, with or without PE, could represent a naturally response against oxidative stress in pregnant women. The lower ratio of γ-/α-tocopherol, observed for the first time in supplemented pregnant women, suggest an increase in plasma α-tocopherol due to dietary supplementation and/or a decrease in γ-tocopherol resulting from a competition for the intestinal absorption of tocopherols.