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A mutation in HACD1 gene leads to a myopathy in Dog and Human, characterized by a muscle weakness and atrophy. Hacd1 gene code for an enzyme implicated in Very long chain fatty acids, which expression in skeletal muscles optimizes the composition of myoblasts plasma membrane during fusion. During my PhD, we showed that mutant mice for Hacd1 (Hacd1-KO) have a reduction of mitochondrial coupling due to a decrease in cardiolipin, leading to a protection against induced obesity. These mice muscles also have a fragmented mitochondrial network in muscle fibres. As mitochondrial dynamics is linked to mitochondrial efficiency, we aimed to understand mechanisms causing the fragmentation. Major proteins involved in fusion and fission have a normal expression, but mitochondrial outer membrane is more rigid, potentially limiting fusion. The fragmentation is thus very likely due to a defect of lipid composition of mitochondrial membranes. In parallel, we obtained promising results in uncoupling metabolic and developmental perturbations of Hacd1-KO mice, providing a tool to treat metabolic syndromes. Finally, we tried to correct Hacd1-KO mice myopathy using two membrane-modulation strategies: by a reduction of Dnm2 or of Cd9 tetraspanin. The first approach, working for other models of congenital myopathies, did not give expected results, whereas the second seems to improve physical performance of sick animals., La déficience du gène HACD1 cause une myopathie chez le Chien et l’humain, caractérisée par une hypotrophie et une faiblesse musculaire. HACD1 est une enzyme impliquée dans l’élongation des acides gras à très longue chaine. Exprimée dans les muscles squelettiques, HACD1 permet une optimisation de la composition lipidique de la membrane des myoblastes lors de leur fusion. Dans le cadre de ma thèse, nous avons mis en évidence que les souris invalidées pour Hacd1 (Hacd1-KO) présentent une diminution du couplage mitochondrial par défaut de cardiolipine, à l’origine d’une protection contre l’obésité. Les muscles de ces souris présentent de plus une fragmentation du réseau mitochondrial. La dynamique de ce réseau étant liée à l’efficacité mitochondriale, nous avons exploré les mécanismes conduisant à la fragmentation. Nous avons observé que les protéines de la fusion et de la fission sont exprimés normalement, mais que la rigidité de la membrane mitochondriale externe est augmentée, ce qui pourrait entraver la fusion. Probablement, la fragmentation découlerait d’un défaut de composition lipidique des membranes mitochondriales. En parallèle, nous avons cherché à découpler les perturbations métaboliques et développementales des souris Hacd1-KO pour envisager une stratégie de traitement des désordres métaboliques. Enfin, nous avons essayé de contrecarrer la myopathie des souris Hacd1-KO par deux stratégies génétiques de modulation des membranes : une diminution de Dnm2 ou de la tétraspanine Cd9. La première, fonctionnant dans d’autres modèles de myopathies congénitales, n’a pas donné les résultats escomptés. La seconde a permis d’améliorer les performances des individus malades.

Pancreatic cancer is one of the cancers with the worst prognosis, with a 5-year survival rate of less than 10%. Combined with a rising incidence in developed countries and a silent progression that delays diagnosis, this cancer is likely to become one of the deadliest in the world in the folowing years. There is therefore an urgent need to better understand the molecular mechanisms that govern pancreatic carcinogenesis in order to improve the diagnosis and management of patients with this illness. It was in this context that my team became interested in cytidine deaminase (CDA). Indeed, CDA has been studied in pancreatic cancer for decades for its role in chemo-resistance, but its functional importance in pancreatic carcinogenesis had never been explored before. First of all, my team highlighted that CDA is overexpressed in pancreatic cancers compared to healthy tissue, and that it is a factor of worse prognosis. In addition, its depletion in vitro and in vivo in experimental models of pancreatic cancer induces a drastic drop in cell proliferation, prevents tumor growth and leads to cell death by apoptosis. Thus, these preliminary results highlight the functional importance of CDA in pancreatic carcinogenesis. These results gave rise to my thesis work, which aim was to study the role of CDA in the control of pancreatic tumor energy metabolism. Proteomic and transcriptomic studies revealed an altered energy metabolic signature in CDA-depleted pancreatic cancer cells against control cells. My thesis results first showed that the invalidation of CDA induces an energetic reprogramming of cells, triggered in the short term by a defect in the mitochondrial pool. Indeed, CDA-depleted cells show a decrease in their mitochondrial mass, accompanied by a decrease in mitochondrial DNA (mtDNA). In the long term, these cells accumulate mitochondrial dysfunctions, such as impaired respiration and mitochondrial ATP production and overproduction of reactive oxygen species (ROS). They also up-regulate their key glycolytic enzymes and tend to increase their glucose and glutamine uptake.[...]; Le cancer du pancréas est un des cancers aux pronostics les plus sombres, avec une survie à 5 ans inférieure à 10%. Associé à une incidence en hausse dans les pays développés, et une progression silencieuse qui retarde le diagnostic, ce cancer risque de devenir l'un des plus meurtriers au monde dans les années à venir. Il est donc urgent de mieux comprendre les mécanismes moléculaires qui régissent la carcinogénèse pancréatique afin d'améliorer le diagnostic et la prise en charge des patients atteints de cette pathologie. C'est dans ce cadre que mon équipe s'est intéressée à la cytidine désaminase (CDA). En effet, la CDA est étudiée dans le cancer du pancréas depuis des dizaines d'années pour son rôle de chimiorésistance, cependant son importance fonctionnelle dans la carcinogénèse pancréatique n'avait encore jamais été explorée. Mon équipe a tout d'abord mis en évidence que la CDA est surexprimée dans les cancers du pancréas par rapport au tissu sain, et qu'elle est un marqueur de plus mauvais pronostic. De plus, son invalidation in vitro et in vivo dans des modèles expérimentaux de cancer du pancréas induit une diminution drastique de la prolifération cellulaire, prévient la croissance tumorale et mène à la mort des cellules par apoptose. Ces résultats préliminaires soulignent donc l'importance fonctionnelle de la CDA dans la carcinogénèse pancréatique. Ces résultats ont alors donné naissance à mes travaux de thèse, dont le but était d'étudier le rôle de la CDA dans le contrôle du métabolisme énergétique tumoral pancréatique. Des études protéomiques et transcriptomiques ont révélé une signature métabolique énergétique altérée dans les cellules cancéreuses pancréatiques consécutivement au ciblage de la CDA par rapport au témoin. Mes résultats de thèse montrent tout d'abord que l'invalidation de CDA induit une reprogrammation énergétique des cellules, déclenchée à court terme par un défaut du pool de mitochondries. En effet, les cellules invalidées en CDA présentent une diminution de leur masse mitochondriale, accompagnée par une diminution d'ADN mitochondrial (ADNmt). A long terme, ces cellules accumulent des dysfonctions mitochondriales, telles qu'une respiration et une production d'ATP mitochondrial nettement altérées, ainsi qu'une surproduction d'espèces réactives de l'oxygène (ROS). [...]

Pancreatic cancer is one of the cancers with the worst prognosis, with a 5-year survival rate of less than 10%. Combined with a rising incidence in developed countries and a silent progression that delays diagnosis, this cancer is likely to become one of the deadliest in the world in the folowing years. There is therefore an urgent need to better understand the molecular mechanisms that govern pancreatic carcinogenesis in order to improve the diagnosis and management of patients with this illness. It was in this context that my team became interested in cytidine deaminase (CDA). Indeed, CDA has been studied in pancreatic cancer for decades for its role in chemo-resistance, but its functional importance in pancreatic carcinogenesis had never been explored before. First of all, my team highlighted that CDA is overexpressed in pancreatic cancers compared to healthy tissue, and that it is a factor of worse prognosis. In addition, its depletion in vitro and in vivo in experimental models of pancreatic cancer induces a drastic drop in cell proliferation, prevents tumor growth and leads to cell death by apoptosis. Thus, these preliminary results highlight the functional importance of CDA in pancreatic carcinogenesis. These results gave rise to my thesis work, which aim was to study the role of CDA in the control of pancreatic tumor energy metabolism. Proteomic and transcriptomic studies revealed an altered energy metabolic signature in CDA-depleted pancreatic cancer cells against control cells. My thesis results first showed that the invalidation of CDA induces an energetic reprogramming of cells, triggered in the short term by a defect in the mitochondrial pool. Indeed, CDA-depleted cells show a decrease in their mitochondrial mass, accompanied by a decrease in mitochondrial DNA (mtDNA). In the long term, these cells accumulate mitochondrial dysfunctions, such as impaired respiration and mitochondrial ATP production and overproduction of reactive oxygen species (ROS). They also up-regulate their key glycolytic enzymes and tend to increase their glucose and glutamine uptake.[...]; Le cancer du pancréas est un des cancers aux pronostics les plus sombres, avec une survie à 5 ans inférieure à 10%. Associé à une incidence en hausse dans les pays développés, et une progression silencieuse qui retarde le diagnostic, ce cancer risque de devenir l'un des plus meurtriers au monde dans les années à venir. Il est donc urgent de mieux comprendre les mécanismes moléculaires qui régissent la carcinogénèse pancréatique afin d'améliorer le diagnostic et la prise en charge des patients atteints de cette pathologie. C'est dans ce cadre que mon équipe s'est intéressée à la cytidine désaminase (CDA). En effet, la CDA est étudiée dans le cancer du pancréas depuis des dizaines d'années pour son rôle de chimiorésistance, cependant son importance fonctionnelle dans la carcinogénèse pancréatique n'avait encore jamais été explorée. Mon équipe a tout d'abord mis en évidence que la CDA est surexprimée dans les cancers du pancréas par rapport au tissu sain, et qu'elle est un marqueur de plus mauvais pronostic. De plus, son invalidation in vitro et in vivo dans des modèles expérimentaux de cancer du pancréas induit une diminution drastique de la prolifération cellulaire, prévient la croissance tumorale et mène à la mort des cellules par apoptose. Ces résultats préliminaires soulignent donc l'importance fonctionnelle de la CDA dans la carcinogénèse pancréatique. Ces résultats ont alors donné naissance à mes travaux de thèse, dont le but était d'étudier le rôle de la CDA dans le contrôle du métabolisme énergétique tumoral pancréatique. Des études protéomiques et transcriptomiques ont révélé une signature métabolique énergétique altérée dans les cellules cancéreuses pancréatiques consécutivement au ciblage de la CDA par rapport au témoin. Mes résultats de thèse montrent tout d'abord que l'invalidation de CDA induit une reprogrammation énergétique des cellules, déclenchée à court terme par un défaut du pool de mitochondries. En effet, les cellules invalidées en CDA présentent une diminution de leur masse mitochondriale, accompagnée par une diminution d'ADN mitochondrial (ADNmt). A long terme, ces cellules accumulent des dysfonctions mitochondriales, telles qu'une respiration et une production d'ATP mitochondrial nettement altérées, ainsi qu'une surproduction d'espèces réactives de l'oxygène (ROS). [...]

Everything that lives is born, eats, reproduces and dies. For the brain, the question is more complex because neurons have to survive and to support brain activity. Energy management is also particular because brain cells evolve together with no competition. Thanks to medical imaging, we know that neurons do not consume only glucose. They can use others energetic substrates such as lactate and glutamate as a power source.When a tumor appears, it changes the energetic metabolism to survive and support its own growth. In particular, cancer cells like to consume lactate. They also choose their favorite substrate based on the available oxygen. Modeling of energy substrates is useful to describe and predict energetic kinetics and changes. Mathematical models could get with clinical and medical results to describe, explain or predict low grade glioma dynamics. They can help to characterize and quantify a tumor evolution, then leading to improve their therapeutical management. Exchanges between mathematics and MRI (and MRS) enable to get accurate data and to build suitable mathematical models.This thesis deals with several approaches of substrates dynamics in healthy and gliomatous brains. These researches are based on systems of equations. We model local lactate exchanges (ODE, fast-slow systems), global substrates exchanges (ODE), glutamate/glutamine cycle (RDE) and local lactate exchanges in higher dimensions (PDE). We describe, analyze and give simulations of these models. Simulations are fitted on patient MRI data or literature data. Energy is necessary to live. But if your neighbor consumes a part of your resources, can you still survive ?; Tout ce qui vit, naît, se nourrit, se reproduit et meurt. Pour le cerveau, la question se complexifie car à la survie des neurones s'ajoute le coût de l'activité cérébrale. La question de la gestion énergétique pour les neurones est particulière car les cellules de notre cerveau évoluent de manière concertée et non par compétition. On sait avec l'imagerie médicale que l'usine neuronale ne fonctionne pas uniquement grâce au glucose ; elle utilise d'autres apports énergétiques tels que le lactate ou le glutamate pour soutenir sa production. Lorsqu'une tumeur apparaît, elle change le métabolisme énergétique pour survivre et soutenir sa propre croissance. En particulier, les cellules cancéreuses se fournissent en lactate et choisissent leur substrat préféré en fonction de l'oxygène disponible. La modélisation mathématique des substrats énergétiques est un outil de choix pour décrire et prédire de tels flux. Coupler ces modèles à des données issues de l'IRM et de la SRM permet d'améliorer la prise en charge du patient présentant un gliome.Cette thèse propose l'approche de plusieurs dynamiques en substrat dans le cerveau sain et gliomateux en se basant sur des systèmes d'équations : échanges locaux en lactate (EDO, système lent-rapide), échanges globaux en substrats (EDO), cycle glutamate/glutamine (EDR) et échanges en lactate en dimensions supérieures (EDP). Ces modèles sont expliqués, décrits grâce aux mathématiques et permettent l'élaboration de simulations ajustées selon des données patient ou issues de la littérature.L'énergie est nécessaire au maintien de la vie. Mais si votre voisin consomme une partie de vos ressources, pouvez-vous encore espérer survivre ?; Tutto ciò che vive nasce, si nutre, si riproduce e muore. Per il cervello, la questione è più complessa perché i neuroni devono sopravvivere e sostenere l'attività cerebrale. La gestione energetica cerebrale è particolare anche perché le cellule cerebrali evolvono insieme, senza concorrenza. Inoltre, grazie alle immagini mediche, sappiamo che i neuroni non consumano solo del glucosio ma usano altri substrati energetici come il lattato o il glutammato.Quando un tumore si stabilisce, cambia il metabolismo energetico del cervello per sopravvivere e sostenere la propria crescita. In particolare, cellule tumorali consumano del lattato e scelgono il loro substrato preferito basandosi all'ossigeno disponibile.La matematica, e in particolare l'elaborazione di modelli matematici può aiutarci a ottimizzare i dati disponibili, che possono essere, di volta in volta, delle proprietà cellulare o delle lastre MRI o MRS. La modellizzazione dei substrati energetici potrebbe descrivere, spiegare o prevedere le dinamiche energetiche nel cervello.Questa tesi tratta di diversi approcci della dinamica dei substrati nei cervelli sani e gliomatosi. Queste ricerche si basano su sistemi di equazioni. Modellizziamo scambi locali di lattato (ODE, sistemi fast-slow), scambi globali di substrati (ODE), ciclo glutammato/glutammina (RDE) e scambi locali di lattato in dimensioni superiori (PDE). Descriviamo, analizziamo e diamo simulazioni di questi modelli. Le simulazioni sono adeguate su dati MRI paziente o dati di letteratura.Per vivere, l’energia è una necessità. Ma se i Suoi vicini consumassero le Sue risorse, riuscirebbe ancora a sopravvivere ?

In 2015, Nature published the largest pangenomic association study to date linking genetic variants to body mass index. This study highlighted the role of the central nervous system in vulnerability to obesity and supports an original concept that cerebral plasticity plays an important role in the control of energy balance. Thus, reduced cerebral plasticity capacities could lead to inadequate dietary behaviors, which would increase the risk of weight gain under caloric pressure. The anorectic neurons POMC and the orexigenic neurons AgRP of the melanocortin system, which control the energy balance, actually show synaptic plasticity properties in the adult brain. These phenomena are shown in response to intense hormonal fluctuations induced by drastic genetic, surgical or nutritional manipulations. However, the physiological role of this synaptic plasticity within the melanocortin system has not been demonstrated yet. This study shows that cerebral plasticity phenomena are recapitulated at the meal scale in mice, depending on the prandial state, in response to moderate metabolic and hormonal changes. Indeed, 1 h standard diet exposure increases the electrical activity of the POMC neurons, which is correlated with a retraction of the astrocytic coverage around the POMC somas, with no change in synaptic configuration compared to the preprandial state. In contrast, 1 hour of high fat diet exposure does not modify the electrical activity of the POMC neurons and does not involve retraction of the astrocytic coverage. In addition, by pharmacological blockade of postprandial hyperglycemia, we showed that glucose is required for postprandial glial retraction. Finally, by a pharmacogenetic approach, we have shown that the inactivation of astrocytes modifies the feeding behavior and decreases the astrocytic coverage around the POMC neurons. These results suggest i)that astrocytes would play an inhibitory role on the electrical activity of POMC neurons ii) and that the post-prandial astrocytic retraction around POMC somas might remove inhibition of POMC neurons and might promote the sensation of satiety. This mode of regulation would not be activated during a high-fat meal, which would explain the low satietogenic properties of this type of meal., En 2015, la revue Nature a publié la plus grande étude d’association pangénomique à ce jour reliant des variants génétiques à l’indice de masse corporelle. Cette étude a mis en avant le rôle du système nerveux central dans la vulnérabilité à l’obésité, et soutient un concept original selon lequel la plasticité cérébrale jouerait un rôle important dans le contrôle de la balance énergétique. Ainsi, des capacités de plasticité cérébrale réduites pourraient favoriser des comportements alimentaires inadaptés, ce qui augmenterait le risque de prise de poids sous pression calorique. Les neurones anorexigènes POMC et les neurones orexigènes AgRP qui composent le système à mélanocortine et qui contrôlent la balance énergétique, conservent effectivement des propriétés de plasticité synaptique dans le cerveau adulte. Celles-ci se manifestent en réponse à des fluctuations hormonales intenses, induites par des manipulations génétiques, chirurgicales ou nutritionnelles drastiques. Cependant le rôle physiologique de cette plasticité synaptique au sein du système à mélanocortine n’a pas encore été démontré. Nos résultats montrent que des phénomènes de plasticité cérébrale sont récapitulés à l’échelle des repas chez la souris, en fonction de l’état prandial, en réponse à des changements métaboliques et hormonaux modérés. En effet, une exposition à 1h de régime standard augmente l’activité électrique des neurones POMC, ce qui est corrélé à une rétractation de la couverture astrocytaire autour des somas POMC, sans changement de configuration synaptique par rapport à l’état préprandial. A l’opposé, une exposition à 1h de régime riche en lipides ne modifie pas l’activité électrique des neurones POMC et n’entraine pas de rétractation de la couverture astrocytaire. De plus, par blocage pharmacologique de l’hyperglycémie post-prandiale, nous avons montré que le glucose était nécessaire pour initier la rétractation gliale post-prandiale. Enfin, par une approche pharmacogénétique, nous avons montré que l’inactivation des astrocytes modifie le comportement alimentaire et diminue la couverture astrocytaire autour des neurones POMC. Ces résultats suggèrent que l’astrocyte jouerait un rôle inhibiteur sur l’activité électrique des neurones POMC et que la rétractation astrocytaire post-prandiale, autour des somas POMC lèverait l’inhibition des neurones POMC et favoriserait la sensation de satiété. Ce mode de régulation ne serait pas déclenché lors d’un repas riche en graisses, ce qui expliquerait le faible pouvoir satiétogène de ce type de repas.

The present work has been conducted in a double ecotoxicological and metabolic context. The aim was to study protein modifications linked to chemical or physical disorders in order to highlight the molecular and physiological mechanisms of stress responses. Ultimately, this work is part of the search in tools for environmental diagnostics. Studied species are common sentinels in environmental monitoring, mainly marine and freshwater bivalves. Two approaches have been developed: an open approach based on the establishment and comparison of proteomic fingerprints; a targeted approach focused on enzymatic markers involved in stress response. Special attention was paid to the superoxide dismutase enzyme, which has been used as a new tool for discrimination of two neighboring species of dreissena.; Ce mémoire présente des travaux menés dans un double contexte écotoxicologique et métabolique. Il s’est agi d’étudier les modifications protéiques liées à des stress chimiques ou physiques afin de mettre en évidence les mécanismes moléculaires et physiologiques de réponses aux stress. In fine ces travaux s’inscrivent dans la recherche d’outils de diagnostic environnementaux. Les modèles d’études sont des espèces utilisées en surveillance environnementale, principalement des bivalves d’eaux marines et d’eaux douces. Deux approches ont été menées : une approche ouverte basée sur l’établissement et la comparaison d’empreintes protéomiques ; une approche ciblée de mesures de marqueurs enzymatiques impliqués dans la réponse aux stress. Une attention particulière a été portée à l’enzyme superoxyde dismutase qui a été utilisée comme nouvel outil de discrimination de deux espèces voisines de dreissènes.

The absence of response and the resistance of cancer cells to therapies are strong arguments for the development of new therapeutic strategies. Data from the literature suggest that it could be interesting to target energy metabolism of cancer cells. In this context, thiazolidinediones (TZDs) display antiproliferative effects that could be the result of energy metabolism alteration. During this PhD, we aimed at determining if Δ2-Troglitazone (Δ2-TGZ) could modify energy metabolism of breast cancer cells. The experiments performed previously used a culture medium containing 1% of fetal calf serum (FCS) that is rather a stress inducing condition that can disturb cell metabolism. Thus, we first characterized the effects of Δ2-TGZ in a 10% FCS containing medium. In this case, Δ2-TGZ still decreases cell proliferation of breast cancer cells, but it requires high doses. Besides, Δ2-TGZ induces cell cycle arrest instead of apoptosis. Then, we have shown that Δ2-TGZ induced modifications of energy metabolism, which are due to a decrease in oxidative phosphorylation. We also observed an increase in glycolytic activity that is probably a compensatory mechanism. During this part of our work, we have also characterized the mechanisms involved in the anticancer activity of 2-deoxyglucose. We have shown that in breast cancer cells, this compound acts not only by glycolysis inhibition but also by protein N-glycosylation alteration. We have now to determine the part of metabolic alterations that are involved in the anti-cancer effects of Δ2-TGZ; L’absence de réponse et la résistance des cellules cancéreuses mammaires aux thérapies actuelles justifient de développer de nouveaux traitements. Une stratégie prometteuse consiste à cibler le métabolisme énergétique des cellules cancéreuses. Dans ce contexte, des thiazolidinediones (TZD) présentent des effets antiprolifératifs qui pourraient résulter d’une atteinte du métabolisme énergétique. Notre laboratoire étudie des TZD dérivées de la troglitazone (TGZ). Durant cette thèse, nous avons cherché à déterminer si la Δ2-Troglitazone (Δ2-TGZ) modifie le métabolisme énergétique des cellules cancéreuses mammaires. Jusqu’à présent, les expériences menées au laboratoire étaient réalisées dans un milieu de culture contenant 1% de sérum de veau fœtal (SVF) qui crée un stress peu propice à l’étude du métabolisme. Nous avons donc d’abord caractérisé les effets de la Δ2-TGZ dans un milieu de culture contenant 10% SVF. Dans ces conditions, la Δ2-TGZ diminue toujours la prolifération des cellules cancéreuses mammaires, mais les doses requises sont plus élevées. En outre, la Δ2-TGZ induit des effets cytostatiques plutôt que l’apoptose. Nous avons ensuite montré que la Δ2-TGZ induit une perturbation du métabolisme énergétique, consistant en un blocage de la respiration mitochondriale que les cellules semblent compenser en stimulant la glycolyse. En parallèle, nous avons caractérisé le mode d’action du 2-désoxyglucose dont l’action antiproliférative dans les cellules cancéreuses mammaires est due à l’inhibition de la glycolyse et à la perturbation de la N-glycosylation des protéines. Il reste à déterminer la part des altérations métaboliques dans l’action anti-cancéreuse de la Δ2-TGZ

In 2015, Nature published the largest pangenomic association study to date linking genetic variants to body mass index. This study highlighted the role of the central nervous system in vulnerability to obesity and supports an original concept that cerebral plasticity plays an important role in the control of energy balance. Thus, reduced cerebral plasticity capacities could lead to inadequate dietary behaviors, which would increase the risk of weight gain under caloric pressure. The anorectic neurons POMC and the orexigenic neurons AgRP of the melanocortin system, which control the energy balance, actually show synaptic plasticity properties in the adult brain. These phenomena are shown in response to intense hormonal fluctuations induced by drastic genetic, surgical or nutritional manipulations. However, the physiological role of this synaptic plasticity within the melanocortin system has not been demonstrated yet. This study shows that cerebral plasticity phenomena are recapitulated at the meal scale in mice, depending on the prandial state, in response to moderate metabolic and hormonal changes. Indeed, 1 h standard diet exposure increases the electrical activity of the POMC neurons, which is correlated with a retraction of the astrocytic coverage around the POMC somas, with no change in synaptic configuration compared to the preprandial state. In contrast, 1 hour of high fat diet exposure does not modify the electrical activity of the POMC neurons and does not involve retraction of the astrocytic coverage. In addition, by pharmacological blockade of postprandial hyperglycemia, we showed that glucose is required for postprandial glial retraction. Finally, by a pharmacogenetic approach, we have shown that the inactivation of astrocytes modifies the feeding behavior and decreases the astrocytic coverage around the POMC neurons. These results suggest i)that astrocytes would play an inhibitory role on the electrical activity of POMC neurons ii) and that the post-prandial astrocytic retraction around POMC somas might remove inhibition of POMC neurons and might promote the sensation of satiety. This mode of regulation would not be activated during a high-fat meal, which would explain the low satietogenic properties of this type of meal., En 2015, la revue Nature a publié la plus grande étude d’association pangénomique à ce jour reliant des variants génétiques à l’indice de masse corporelle. Cette étude a mis en avant le rôle du système nerveux central dans la vulnérabilité à l’obésité, et soutient un concept original selon lequel la plasticité cérébrale jouerait un rôle important dans le contrôle de la balance énergétique. Ainsi, des capacités de plasticité cérébrale réduites pourraient favoriser des comportements alimentaires inadaptés, ce qui augmenterait le risque de prise de poids sous pression calorique. Les neurones anorexigènes POMC et les neurones orexigènes AgRP qui composent le système à mélanocortine et qui contrôlent la balance énergétique, conservent effectivement des propriétés de plasticité synaptique dans le cerveau adulte. Celles-ci se manifestent en réponse à des fluctuations hormonales intenses, induites par des manipulations génétiques, chirurgicales ou nutritionnelles drastiques. Cependant le rôle physiologique de cette plasticité synaptique au sein du système à mélanocortine n’a pas encore été démontré. Nos résultats montrent que des phénomènes de plasticité cérébrale sont récapitulés à l’échelle des repas chez la souris, en fonction de l’état prandial, en réponse à des changements métaboliques et hormonaux modérés. En effet, une exposition à 1h de régime standard augmente l’activité électrique des neurones POMC, ce qui est corrélé à une rétractation de la couverture astrocytaire autour des somas POMC, sans changement de configuration synaptique par rapport à l’état préprandial. A l’opposé, une exposition à 1h de régime riche en lipides ne modifie pas l’activité électrique des neurones POMC et n’entraine pas de rétractation de la couverture astrocytaire. De plus, par blocage pharmacologique de l’hyperglycémie post-prandiale, nous avons montré que le glucose était nécessaire pour initier la rétractation gliale post-prandiale. Enfin, par une approche pharmacogénétique, nous avons montré que l’inactivation des astrocytes modifie le comportement alimentaire et diminue la couverture astrocytaire autour des neurones POMC. Ces résultats suggèrent que l’astrocyte jouerait un rôle inhibiteur sur l’activité électrique des neurones POMC et que la rétractation astrocytaire post-prandiale, autour des somas POMC lèverait l’inhibition des neurones POMC et favoriserait la sensation de satiété. Ce mode de régulation ne serait pas déclenché lors d’un repas riche en graisses, ce qui expliquerait le faible pouvoir satiétogène de ce type de repas.

The absence of response and the resistance of cancer cells to therapies are strong arguments for the development of new therapeutic strategies. Data from the literature suggest that it could be interesting to target energy metabolism of cancer cells. In this context, thiazolidinediones (TZDs) display antiproliferative effects that could be the result of energy metabolism alteration. During this PhD, we aimed at determining if Δ2-Troglitazone (Δ2-TGZ) could modify energy metabolism of breast cancer cells. The experiments performed previously used a culture medium containing 1% of fetal calf serum (FCS) that is rather a stress inducing condition that can disturb cell metabolism. Thus, we first characterized the effects of Δ2-TGZ in a 10% FCS containing medium. In this case, Δ2-TGZ still decreases cell proliferation of breast cancer cells, but it requires high doses. Besides, Δ2-TGZ induces cell cycle arrest instead of apoptosis. Then, we have shown that Δ2-TGZ induced modifications of energy metabolism, which are due to a decrease in oxidative phosphorylation. We also observed an increase in glycolytic activity that is probably a compensatory mechanism. During this part of our work, we have also characterized the mechanisms involved in the anticancer activity of 2-deoxyglucose. We have shown that in breast cancer cells, this compound acts not only by glycolysis inhibition but also by protein N-glycosylation alteration. We have now to determine the part of metabolic alterations that are involved in the anti-cancer effects of Δ2-TGZ, L’absence de réponse et la résistance des cellules cancéreuses mammaires aux thérapies actuelles justifient de développer de nouveaux traitements. Une stratégie prometteuse consiste à cibler le métabolisme énergétique des cellules cancéreuses. Dans ce contexte, des thiazolidinediones (TZD) présentent des effets antiprolifératifs qui pourraient résulter d’une atteinte du métabolisme énergétique. Notre laboratoire étudie des TZD dérivées de la troglitazone (TGZ). Durant cette thèse, nous avons cherché à déterminer si la Δ2-Troglitazone (Δ2-TGZ) modifie le métabolisme énergétique des cellules cancéreuses mammaires. Jusqu’à présent, les expériences menées au laboratoire étaient réalisées dans un milieu de culture contenant 1% de sérum de veau fœtal (SVF) qui crée un stress peu propice à l’étude du métabolisme. Nous avons donc d’abord caractérisé les effets de la Δ2-TGZ dans un milieu de culture contenant 10% SVF. Dans ces conditions, la Δ2-TGZ diminue toujours la prolifération des cellules cancéreuses mammaires, mais les doses requises sont plus élevées. En outre, la Δ2-TGZ induit des effets cytostatiques plutôt que l’apoptose. Nous avons ensuite montré que la Δ2-TGZ induit une perturbation du métabolisme énergétique, consistant en un blocage de la respiration mitochondriale que les cellules semblent compenser en stimulant la glycolyse. En parallèle, nous avons caractérisé le mode d’action du 2-désoxyglucose dont l’action antiproliférative dans les cellules cancéreuses mammaires est due à l’inhibition de la glycolyse et à la perturbation de la N-glycosylation des protéines. Il reste à déterminer la part des altérations métaboliques dans l’action anti-cancéreuse de la Δ2-TGZ

Le fer est un micronutriment important pour la croissance et le développement des plantes. Il agit comme cofacteur pour plusieurs enzymes et il est important pour des processus tels que la photosynthèse et la respiration. Souvent, le Fe dans le sol n’est pas bio-disponible pour la plante. Les plantes ont développé des stratégies pour solubiliser le Fe du sol pour le rendre disponible et assimilable pour elles. Il y a deux stratégies, la première est caractéristique des dicotylédones et la seconde est caractéristique des monocotylédones. Le modèle utilisé dans cette étude est une culture cellulaire de Solanum tuberosum. Une partie de la recherche effectuée a permis la mesure d’activité et d’expression relative de certaines enzymes impliquées dans le métabolisme énergétique et la fourniture de précurseurs pour la synthèse d’ADN : la Nucléoside diphosphate kinase, la Ribonucléotide reductase, la Glucose 6-phosphate déshydrogénase et la 6-Phosphogluconate déshydrogénase dans les cellules en présence ou en absence de Fe. Chez certains organismes, la déficience en Fe est associée à une perte de croissance qui est souvent liée à une diminution de la synthèse d’ADN. Chez les cultures de cellules de S. tuberosum, les résultats indiquent que la différence de biomasse observée entre les traitements n’est pas due à une variation de l’activité ou l’expression relative d’une de ces enzymes. En effet, aucune variation significative n’a été détectée entre les traitements (+/- Fe) pour l’activité ni l’expression relative de ces enzymes. Une autre partie de la recherche a permis d’évaluer l’activité des voies métaboliques impliquées dans la stratégie 1 utilisée par S. tuberosum. Cette stratégie consomme des métabolites énergétiques: de l’ATP pour solubiliser le Fe et du pouvoir réducteur (NAD(P)H), pour réduire le Fe3+ en Fe2+. Des études de flux métaboliques ont été faites afin d’étudier les remaniements du métabolisme carboné en déficience en Fe chez S. tuberosum. Ces études ont démontré une baisse du régime dans les différentes voies du métabolisme énergétique dans les cellules déficientes en Fe, notamment dans le flux glycolytique et le flux de C à travers la phosphoenolpyruvate carboxylase. En déficience de Fe il y aurait donc une dépression du métabolisme chez S. tuberosum qui permettrait à la cellule de ralentir son métabolisme pour maintenir sa vitalité. En plus des flux, les niveaux de pyridines nucléotides ont été mesurés puisque ceux-ci servent à réduire le Fe dans la stratégie 1. Les résultats démontrent des niveaux élevés des formes réduites de ces métabolites en déficience de Fe. L’ensemble des résultats obtenus indiquent qu’en déficience de Fe, il y a une baisse du métabolisme permettant à la cellule de s’adapter et survivre au stress., Iron is an important micronutrient for plant growth and development. It participates as a cofactor for several enzymes and is important for processes such as photosynthesis and respiration. Often soil Fe is not bioavailable to the plant. Plants have developed strategies to solubilize the Fe in the soil to make it available and easy to assimilate. There are two strategies, the first is characteristic of dicotyledones and the second is characteristic of monocotyledones. The model used in these studies is a cell culture of Solanum tubersoum. A first part of the research involved the study of expression and activity of enzymes required in energy metabolism and the provision of precursors for DNA synthesis: Nucleoside dehydrogenase, Ribonucleotide reductase, Glucose 6-phohate dehydrogenase and 6-Phosphogluconate dehydrogenase. In several organisms, Fe deficiency induces a loss of biomass which is often associated with a decrease in DNA synthesis. In S. tuberosum cell cultures, the results indicate that the loss of biomass observed in Fe deficiency is not linked to a change in the activity or relative expression of these enzymes. Indeed, no significant changes were detected between treatments (+/- Fe) for activity or relative expression. In another part of the research, we evaluated the activity of the metabolism pathways involved in strategy 1, which is used by S. tuberosum. This strategy consumes energetic metabolites: ATP to solubilize Fe and reducing power (NAD(P)H) to reduce the Fe3+ to Fe2+. Metabolic flux studies were done to investigate the alterations of carbon metabolism during Fe deficiency in S. tuberosum. These studies demonstrated that in Fe deficient cells, there is a decrease in the fluxes of some pathways of energy metabolism. Particularly, in the glycolytic flux and the anaplerotic flux of PEPC. Under Fe deficiency there would be a depression of metabolism in S. tuberosum which would allow the cell to slow its metabolism to maintain its vitality. In addition to the fluxes, the levels of pyridine nucleotides were measured since they serve to reduce Fe in the strategy 1. The results show an increase in the reduced forms of these metabolites during Fe deficiency. All results together point out that during Fe deficiency the metabolism decreases, allowing the cell to survive and adapt to the stress.

Dans les pays industrialisés, les rétinopathies ischémiques proliférantes telles que la rétinopathie diabétique et la rétinopathie du prématuré sont les principales causes de cécité chez les individus en âge de travailler et la population pédiatrique. Ces pathologies sont caractérisées par une dégénérescence microvasculaire initiale suivie d’une hyper-vascularisaton compensatoire disproportionnée et pathologique. Les sirtuines constituent une importante famille de protéines impliquées dans le métabolisme et la réponse au stress. Plus particulièrement, sirtuine 3 (SIRT3) est une déacétylase mitochondriale primordiale qui agit au cœur du métabolisme énergétique et de l’activation de nombreuses voies métaboliques oxydatives. Nos résultats démontrent pour la première fois qu’une déficience en SIRT3 diminue la sévérité des lésions vasculaires dans le modèle murin de rétinopathie induite par l’oxygène (OIR). En plus de stimuler l’angiogénèse, l’absence de SIRT3 est aussi associée à une augmentation de la glycolyse, possiblement en activant la famille de gènes 6-phosphofructo-2-kinase/fructose-2,6-bisphosphatase (PFKFB). Nous suggérons que le manque de SIRT3 est impliqué dans l’effet Warburg et procure ainsi un avantage prolifératif et protecteur dans l’OIR. La présente étude propose SIRT3 comme nouvelle cible thérapeutique potentielle dans la rétinopathie du prématuré, une maladie dont les complications désastreuses persistent tout au long de la vie., Proliferative ischemic retinopathies such as proliferative diabetic retinopathy and retinopathy of prematurity (ROP) are the leading causes of blindness in working age and pediatric populations in industrialized countries. These pathologies are characterized by an initial microvascular degeneration followed by a disproportionate compensatory but pathological hyper-vascularization mounted by the hypoxic and energy deficient retina in an attempt to reinstate metabolic equilibrium. Sirtuins are an important family of protein involved in metabolism and stress response. Sirtuin 3 (SIRT3) in particular is a major mitochondrial deacetylase central to energy metabolism and the regulation of many oxidative pathways. For the first time, our results show that a lack of SIRT3 decreases the severity of vascular lesions in the oxygen-induced retinopathy (OIR) mouse model. Deficiency in SIRT3 not only stimulates angiogenesis, but also increases glycolysis, possibly through indirect activation of the gene family 6-phosphofructo-2-kinase/fructose-2,6-bisphosphatase (PFKFB). We suggest that a lack of SIRT3 is involved in the Warburg effect and therefore confers a proliferative advantage that is protective in OIR. The present study puts forward SIRT3 as a new potential therapeutic target for ROP, a disease leading to life-long vision complications.

AMP-activated protein kinase (AMPK) is a ubiquitous sensor of cellular energy and nutrient status in eukaryotic cells. It is expressed as heterotrimeric complexes comprising catalytic (α) and regulatory (β and γ) subunits. This large protein complex (130kDa), conserved from yeast to plants and mammals, functions as a central signaling hub and master regulator of energy metabolism and beyond. (Dys)regulation of AMPK signaling has been implicated in various pathologies. In particular, AMPK emerged as a suitable target to develop novel drugs for type II diabetes. Once activated AMPK will attempt to restore the energy homeostasis by down-regulating energy demanding pathways (anabolism) and up-regulating the energy producing ones (catabolism). AMPK is activated in vivo by multiple, complex mechanisms allowing fine tuning of AMPK activity in different situations of metabolic stress. First, AMPK activity is systemically modulated via activating phosphorylation at the α-subunit (by upstream kinases) and inactivating dephosphorylation (by upstream phosphatases). In addition, AMP and ADP binding to the γ-subunit increase AMPK phosphorylation. Second, AMPK is allosterically activated by AMP binding to the γ-subunit when the ATP/AMP ratio is falling. All these mechanisms require close communication between the γ- and α subunits, but a complete consensus model for AMPK activation is still lacking. We and others have proposed an AMP-induced conformational switch within the full-length heterotrimeric AMPK complex based on different, complementary structural studies. To further elucidate this mechanism, we have profited from these structural rearrangements to imagine and engineer an AMPK complex that allows a direct, real-time readout of the AMPK conformational state by fluorescence resonance energy transfer (FRET). A definite bottleneck in engineering multiprotein complexes is the exponential increase in work-load if several heterologous genes need to be altered, engineered and combined for revised protein complex production experiments. We used the ACEMBL technology which harnesses site-specific and homologous recombination techniques in tandem to facilitate rapid, iterative revision of multi-protein complex expressions after engineering and functional analysis of multiprotein complex. The resulting genetically encoded fluorescent biosensor, named AMPfret, can report conformational changes within the AMPK heterotrimer induced by nucleotide binding and the monitored FRET correlates with AMPK allosteric activation. The sensor responds to low micromolar concentrations of AMP, shows the exclusive ability of ATP, but not Mg-ATP, to compete with AMP, and allows insight into the role of CBS domains for allosteric AMPK activation. It may also be a tool of choice for AMPK targeted drug screening, and reporting the intracellular energy state.; La protéine kinase activée par AMP (AMPK) est un senseur ubiquitaire du statut énergétique de la cellule eucaryote. Elle est exprimée sous la forme d'un complexe hétérotrimèrique comprenant les sous unités catalytique (α) et régulatrices (β et γ). Ce large complexe protéique (130kDa), fonctionne comme un hub central de la signalisation cellulaire, régulateur du métabolisme énergétique et au-delà. La (dé)régulation de l'AMPK est impliquée dans de nombreuses pathologies et l'AMPK apparait comme une cible de choix pour développer de nouveaux médicaments contre le diabète de type 2. Une fois activée, l'AMPK va restaurer l'homéostasie énergétique en diminuant le métabolisme demandeur d'énergie (anabolisme) et en stimulant le métabolisme produisant le l'énergie (catabolisme). In vivo, l'AMPK est activée par des mécanismes multiples et complexes permettant la fine régulation de son activité lors de différentes situations de stress métaboliques. Premièrement, l'activité de l'AMPK est modulée de manière systémique par phosphorylation et déphosphorylation de la sous unité α (par des kinases et phosphatases en amont respectivement). De plus, l'attachement d'AMP et d'ADP à la sous unité γ augmente la phosphorylation de l'AMPK. Deuxièmement, l'AMPK est activée de manière allostérique par l'AMP qui se lie à sous unité γ lors de chutes du ratio ATP/AMP. Tous ces mécanismes requièrent une communication entre les sous unités α et γ, mais un modèle consensus complet de l'activation de l'AMPK est toujours manquant. Se basant sur différentes études structurales, d'autres et nous-mêmes avons proposé un changement de conformation induit par AMP au sein de l'hétérotrimère AMPK. Afin de mieux élucider ce mécanisme, nous avons tiré profit de ces changements conformationels pour imaginer et créer un hétérotrimère d'AMPK permettant de suivre directement et en temps réel l'état de conformation de l'AMPK par FRET. Une limite importante lors du développement de complexes multiprotéiques est l'augmentation exponentielle de la quantité de travail liée à la modification et la combinaison de nombreux gènes hétérologues lors du remaniement de ces complexes protéiques et de leurs productions. Nous avons utilisé la technologie ACEMBL, qui exploite des techniques de recombinaisons homologues, pour faciliter la révision rapide et itérative de la production et de l'analyse fonctionnelle, après ingénierie, de complexes multi protéiques. Le senseur fluorescent génétiquement codé ainsi crée, et nommé AMPfret, a la propriété de rapporter les changements de conformation induits par les nucléotides ayant lieu au sein de l'AMPK. De plus, les changements de signal FRET corrèlent avec l'activation allostérique de l'AMPK. Le senseur répond à de faible concentrations en AMP (micromolaire) et a démontré la capacité exclusive qu'a l'ATP, et non l'ATP-Mg, à concurrencer l'AMP. De plus, son utilisation a permis une meilleure compréhension du rôle des sites CBS lors de l'activation allostérique. AMPfret peut aussi être considérer comme un outil de choix pour le criblage de molécules ciblant l'AMPK, et pour le monitoring de l'état énergétique intracellulaire.

This thesis presents the specific adaptations of food-storing hibernators that feed during hibernation, and the impact of diet quality on their annual cycle. In contrast to the fat-Storing species which fast during hibernation, the food-storing presents metabolic responses to an alternation of short fasting phases and hyperphagia. These responses involve one hand use of fat reserves during hibernation contributing to ketogenesis, which would be induced by adiponectin. On the other hand, maintaining a functional digestive system leading to the secretion of incretins, permits optimal nutrient absorption in the short inter-torpor euthermia. Increased glucose uptake in particular would restore body reserves to spare. Moreover, a lean protein diet enriched in fat and induces increased in body mass in pre-hibernation period causing reduced use of torpor thus an increased loss of mass during hibernation, and decreased reproductive success., Cette thèse présente les adaptations spécifiques des hibernants ‘food-storing’ qui s’alimentent au cours de l’hibernation, et les conséquences de la qualité du régime alimentaire sur leur cycle annuel. Tandis que les espèces ‘fat-storing’ jeûnent pendant toute l’hibernation, les ‘food-storing’ alternent jeûnes courts et réalimentations. L’adiponectine stimulerait la lipolyse pendant l’hibernation contribuant ainsi à la cétogenèse. Le maintien d’un système digestif fonctionnel conduisant à la sécrétion d’incrétines, permet l’absorption optimale de nutriments lors des courtes euthermies inter-torpeurs. Une absorption accrue de glucose en particulier permettrait de restaurer la glycémie et les réserves de glycogène. Par ailleurs, un régime appauvri en protéines et enrichi en lipides induit un engraissement augmenté en période pré-hibernatoire provoquant une moindre utilisation de la torpeur donc une perte de masse accrue lors de l’hibernation, et une baisse du succès reproducteur.

The present study aims at describing the energy metabolism of Pacific oyster, Crassostrea gigas, spermatozoon. The main objectives are: (1) describing the kinetic of cellular and biochemical characteristics of Pacific oyster spermatozoon during its movement phase, (2) identifying the metabolic pathways to produce energy and their substrates, (3) determining the involvement of energy metabolism in fertilization success. The results showed the long duration (ranging 24 to 72h) of the movement of Pacific oyster spermatozoon and the maintenance of a high intracellular ATP content until the end of the movement phase. The role of oxidative phosphorylation (OXPHOS) in ATP production was highlighted. Alternative ATP producing pathways might contribute to sustain energy production when OXPHOS is impaired, showing the high adaptation capacity of Pacific oyster spermatozoa. An increase of phosphoarginine content observed at the end of the movement phase suggests energy storage capacity. Endogenous substrates involved in ATP synthesis must be determined. Both the high regulation capacity of the energy metabolism of Pacific oyster spermatozoa and their ability to restore energy stores catabolized during movement likely contribute to the successful settlement observed in the wild. In conclusion, this work provided a fine description of energetic metabolism of Pacific oyster spermatozoon., Cette thèse présente une étude du métabolisme énergétique du spermatozoïde d’huître creuse, Crassostrea gigas. Les principaux objectifs sont (1) d’établir la dynamique des caractéristiques cellulaires et biochimiques du spermatozoïde de cette espèce durant la phase de mouvement, (2) d’identifier les voies de synthèse d’ATP et leurs substrats et (3) de déterminer l’implication du métabolisme énergétique dans le succès à la fécondation du spermatozoïde de cette espèce. Les résultats de ce travail montrent la longue durée du mouvement (de 24 à 72h) du spermatozoïde d’huître creuse et le maintien d’une concentration élevée en ATP intracellulaire, jusqu'à la fin du mouvement. Le rôle de la phosphorylation oxydative (OXPHOS) dans la synthèse d’ATP a été mis en évidence. Le spermatozoïde d’huître creuse montre une grande plasticité dans l’utilisation de ses voies de production d’énergie, assurant la synthèse d’ATP par d’autres voies qu’OXPHOS lorsque la mitochondrie est inhibée. L’accumulation de phosphoarginine en fin de mouvement montre une capacité de stockage de l’ATP synthétisé. La nature des substrats endogènes utilisés pour la synthèse d’ATP reste cependant à déterminer. La forte capacité de régulation du métabolisme énergétique du spermatozoïde d’huître creuse, associée à la possibilité de synthétiser de l’énergie au cours de sa longue phase de nage, contribuent probablement au succès du peuplement observé chez cette espèce. Ce travail apporte une première description du métabolisme énergétique du spermatozoïde d’huître creuse, améliorant la connaissance fine de cette cellule.

The present study aims at describing the energy metabolism of Pacific oyster, Crassostrea gigas, spermatozoon. The main objectives are: (1) describing the kinetic of cellular and biochemical characteristics of Pacific oyster spermatozoon during its movement phase, (2) identifying the metabolic pathways to produce energy and their substrates, (3) determining the involvement of energy metabolism in fertilization success. The results showed the long duration (ranging 24 to 72h) of the movement of Pacific oyster spermatozoon and the maintenance of a high intracellular ATP content until the end of the movement phase. The role of oxidative phosphorylation (OXPHOS) in ATP production was highlighted. Alternative ATP producing pathways might contribute to sustain energy production when OXPHOS is impaired, showing the high adaptation capacity of Pacific oyster spermatozoa. An increase of phosphoarginine content observed at the end of the movement phase suggests energy storage capacity. Endogenous substrates involved in ATP synthesis must be determined. Both the high regulation capacity of the energy metabolism of Pacific oyster spermatozoa and their ability to restore energy stores catabolized during movement likely contribute to the successful settlement observed in the wild. In conclusion, this work provided a fine description of energetic metabolism of Pacific oyster spermatozoon., Cette thèse présente une étude du métabolisme énergétique du spermatozoïde d’huître creuse, Crassostrea gigas. Les principaux objectifs sont (1) d’établir la dynamique des caractéristiques cellulaires et biochimiques du spermatozoïde de cette espèce durant la phase de mouvement, (2) d’identifier les voies de synthèse d’ATP et leurs substrats et (3) de déterminer l’implication du métabolisme énergétique dans le succès à la fécondation du spermatozoïde de cette espèce. Les résultats de ce travail montrent la longue durée du mouvement (de 24 à 72h) du spermatozoïde d’huître creuse et le maintien d’une concentration élevée en ATP intracellulaire, jusqu'à la fin du mouvement. Le rôle de la phosphorylation oxydative (OXPHOS) dans la synthèse d’ATP a été mis en évidence. Le spermatozoïde d’huître creuse montre une grande plasticité dans l’utilisation de ses voies de production d’énergie, assurant la synthèse d’ATP par d’autres voies qu’OXPHOS lorsque la mitochondrie est inhibée. L’accumulation de phosphoarginine en fin de mouvement montre une capacité de stockage de l’ATP synthétisé. La nature des substrats endogènes utilisés pour la synthèse d’ATP reste cependant à déterminer. La forte capacité de régulation du métabolisme énergétique du spermatozoïde d’huître creuse, associée à la possibilité de synthétiser de l’énergie au cours de sa longue phase de nage, contribuent probablement au succès du peuplement observé chez cette espèce. Ce travail apporte une première description du métabolisme énergétique du spermatozoïde d’huître creuse, améliorant la connaissance fine de cette cellule.

Heart failure (HF) is still the major cause of morbimortality in industrialized countries that justify the research of new treatments. Characterized in part by metabolic disorders including mitochondrial dysfunction, energetic metabolism appears as an essential component in HF development. These last years, PGC-1α has been proposed as a central actor of mitochondrial function control and thus as a therapeutic target of interest.The development of a cellular robotized assay in cardiac-like differentiated H9c2 cells allowed identification of three families: steroid hormones, B vitamins and fatty acids, able to induce the expression of PGC-1α and thus up-regulate mitochondrial biogenesis and mitochondrial respiration. The validation of these effects in adult rat cardiomyocytes lets in the one hand to validate the suitability of the assay and in the other hand to confirm that PGC-1α induction leads to mitochondrial biogenesis activation. Consequently, this assay constitutes a major asset to find new activators of PGC-1α to better understand its regulation in heart and provides interesting perspectives for the research of therapeutic pharmacologic compounds.Mechanisms controlling mitochondrial biogenesis in response to hypertension in vascular smooth muscle remain unclear. In this context, the second part of this work was to identify how mitochondrial biogenesis is modulated in arterial hypertension. Using an experimental model of hypertension and after validation in cultivated smooth muscle cells, we show a mitochondrial biogenesis induction in response to hypertension in relation with an increase in oxidative stress. Moreover, this induction is associated with a significant increase in CaMKII activity which was totally blocked by an antioxidant: resveratrol. These results suggest a regulation of mitochondrial biogenesis by oxidative stress via a CaMKII mechanism in vascular smooth muscle., L’insuffisance cardiaque (IC) reste la cause majeure de morbimortalité dans les pays industrialisés justifiant ainsi la recherche de traitements plus ciblés. Caractérisée par des désordres métaboliques importants qui impliquent notamment une dysfonction mitochondriale, le métabolisme énergétique apparait comme une composante majeure du développement de l’IC. Ces dernières années, le co-activateur transcriptionnel PGC-1α a été proposé comme un acteur central du contrôle de la fonction mitochondriale et constitue ainsi une cible thérapeutique d’intérêt. Ainsi, l’objectif principal de ce travail est de développer un test cellulaire robotisé permettant la recherche d’activateurs de PGC-1α dans un contexte cardiaque.La mise en place de ce test cellulaire de criblage dans des cellules H9c2 différenciées en cellules pseudo-cardiaques a permis l’identification de trois familles majeures : les hormones stéroïdiennes, les vitamines B et les acides gras, capables d’activer l’expression de PGC-1α et par ce biais d’induire une biogenèse mitochondriale ainsi qu’une augmentation de la respiration mitochondriale. La validation de ces effets dans des cardiomyocytes de rat adulte a permis d’une part de valider la pertinence du test et du choix du modèle cellulaire et d’autre part de vérifier qu’une induction de l’expression de PGC-1α se répercute bien sur la cascade transcriptionnelle de la biogenèse mitochondriale. Ce test constitue donc un atout majeur dans le recherche de nouveaux activateurs de PGC-1α pour mieux comprendre ses mécanismes de régulation dans le cœur, mais offre aussi des perspectives intéressantes pour la recherche de composés pharmacologiques à visée thérapeutique.Par ailleurs, peu de connaissances sont disponibles dans la littérature concernant le contrôle de la biogenèse mitochondriale dans le muscle lisse vasculaire et plus particulièrement dans l’hypertension artérielle. Ainsi, la deuxième partie de ce travail a été de caractériser la biogenèse mitochondriale dans un contexte d’hypertension. A travers l’utilisation d’un modèle expérimental d’hypertension et après confirmation dans des cellules musculaires lisses en culture, nous avons montré une induction importante de la biogenèse mitochondriale dans l’hypertension par un mécanisme stress oxydant-dépendant. De plus, cette induction est corrélée à une forte activation de la CaMKII, totalement bloquée par la présence d’un anti-oxydant : le resvératrol. Ces résultats suggèrent donc un contrôle de la biogenèse mitochondriale dépendante de la balance pro/anti-oxydante via l’activation de la CaMKII dans le muscle lisse vasculaire.

Cerebral energy metabolism via glucose utilization is heavily involved in the production of energy required to the neuron in basal conditions and activation. Previous work has shown in rats chronically deficient in n-3 polyunsaturated fatty acids (PUFA) altered the metabolism in basal condition (decrease of cerebral glucose use and density of glucose transporters GLUT1). To identify the different stages of energy metabolism may be modified by n-3 PUFA, the expression of key genes was measured by transcriptomic approach (Taqman Low Density Arrays) in animals deficient in n-3 PUFA or docosahexaenoic acid supplementation (DHA, 22:6n-3). These measurements were performed on two brain areas (fronto-parietal cortex and layer CA1 of the hippocampus) in animals in basal condition or submit to an enriched environment. For these two situations, the level of cerebral glucose utilization was quantified by the technique of fluoro-2-deoxyglucose imaging coupled with positron emission tomography (18FDG-PET) only in deficient n-3 PUFA animals. Analysis of brain PUFA content of membrane was performed by gas chromatography and an in vitro approach to primary culture of astrocytes was developed to assess the impact of DHA on metabolic parameters of these cells.The main results show that: - n-3 Deficiency decreases from 67% in membrane DHA content in both brain areas studied. If the deficiency induces mainly a decrease in the specific expression of GLUT1 (-33%) in the fronto-parietal cortex in basal and activation conditions, however it disrupts glutamatergic neurotransmission in the hippocampus by increasing the expression of two glutamate transporters (GLAST and GLT1). In addition, PET data show a general hypometabolism of glucose in animals deficient in n-3 in basal situation. Data collected on the model astrocytes point to a direct effect of DHA on glucose utilization and expression of GLUT1; -DHA supplementation does not alter significantly the membrane content of DHA in both brain areas studied. Unlike the n-3 deficiency, it is clear for the layer CA1 of the hippocampus that the expression of all genes encoding the enzyme complexes of the Krebs cycle and oxidative phosphorylation pathway is significantly increased. These original results suggest the possibility that the fatty acids of the n-3 PUFAs family can act on the energy and functioning of the glutamatergic synapse by modulating 1) glucose metabolism (glucose uptake) and glutamate in deficit intake situation and 2) the production of ATP (oxidative phosphorylation) in DHA supplementation. The alteration of these metabolic parameters during aging and certain neurological disorders, related to a deficit of DHA status, highlight the potential of dietary n-3 PUFA as a preventive factor.; Le métabolisme énergétique cérébral via l’utilisation du glucose est fortement impliqué dans la production d’énergie nécessaire au fonctionnement du neurone en situation basale et d’activation. Des travaux précédents ont mis en évidence chez le rat chroniquement déficient en acides gras polyinsaturés (AGPI) de la série n-3 une altération de ce métabolisme en situation basale (diminution de l’utilisation cérébrale du glucose et de la densité des transporteurs de glucose GLUT1). Pour cerner les différentes étapes du métabolisme énergétique pouvant être modifiées par les AGPI n-3, l’expression des gènes clés a été mesurée par approche transcriptomique (cartes microfluidiques) chez l’animal déficient en AGPI n-3 ou supplémenté en acide docosahexaénoïque (DHA, 22 :6n-3). Ces mesures ont été réalisées sur deux zones cérébrales (cortex fronto-pariétal et couche CA1 de l’hippocampe) chez les animaux en situation basale et soumis à un environnement enrichi activant ces deux zones cérébrales. Pour ces 2 situations, le niveau d’utilisation cérébrale de glucose a été quantifié par la technique du fluoro-2-déoxyglucose couplée à l’imagerie de tomographie par émissions de positons (18FDG-TEP) chez les animaux déficients en AGPI n-3. L’analyse de la teneur cérébrale en AGPI membranaire a été réalisée par chromatographie en phase gazeuse et une approche in vitro sur culture primaire d’astrocytes a été développée pour apprécier l’impact du DHA sur les paramètres métaboliques de ces cellules.Les principaux résultats montrent que :-la déficience en n-3 diminue de 67% la teneur membranaire en DHA dans les deux zones cérébrales étudiées. Si la déficience induit principalement une diminution spécifique de l’expression de GLUT1 (-33%) dans le cortex fronto-pariétal en situation basale et d’activation, en revanche elle perturbe la neurotransmission glutamatergique dans l’hippocampe en augmentant l’expression des 2 transporteurs de glutamate (GLAST et GLT1). Par ailleurs, les données d’imagerie TEP mettent en évidence un hypométabolisme général du glucose chez les animaux déficients en n-3 en situation basale. Les données recueillies sur le modèle astrocytes soulignent un effet direct du DHA sur l’utilisation du glucose et l’expression de GLUT1 ;-La supplémentation en DHA ne modifie pas de façon appréciable la teneur membranaire en DHA dans les deux zones cérébrales étudiées. Au contraire de la déficience, il apparaît clairement pour la couche CA1 de l’hippocampe que l’expression de l’ensemble des gènes codant pour les complexes enzymatiques du cycle de krebs et de la voie de phosphorylation oxydative est significativement augmentée.Ces résultats originaux laissent ainsi entrevoir la possibilité que les acides gras de cette famille d’AGPI puissent intervenir sur l’énergétique et le fonctionnement de la synapse glutamatergique en modulant 1) le métabolisme glucidique (captage de glucose) et du glutamate en situation de déficit d’apport et 2) la production d’ATP (phosphorylation oxydative) en situation de supplémentation en DHA. L’altération de ces paramètres métaboliques au cours du vieillissement et dans certains désordres neurologiques, liée à un déficit de statut en DHA, mettent en avant les potentialités nutritionnelles des AGPI n-3 comme facteur préventif.

The cardiac cell function requires a large amount of energy and therefore needs a high efficiency of energetic production and energetic transfer. While the energy production depends on the intrinsic properties of the mitochondria, it appears that the efficiency of energetic transfers from the main producers (mitochondria) to consumers (ATPases) could be related to the specific architecture of the cardiomyocyte, which ensures a unique spatial organization of internal structures (mitochondria, sarcoplasmic reticulum, myofilaments). In order to reveal the role of mitochondrial network organization in cardiac energy metabolism, we studied the cellular architecture and the energetic signalling of cardiomyocytes in the process of maturation of the cytoarchitecture and in a model which exhibits a perturbation of the mitochondrial dynamics. The first part of this work, which was performed during postnatal development of the mouse, showed the perfect synchronisation between the establishment of the cytoarchitecture and the maturation of the transfer of energy by direct channelling of adenine nucleotides between mitochondria and ATPases. While this study provides an element which would demonstrate the involvement of cellular architecture in the efficiency of energy transfer, it also highlighted the very early maturation of the energetic system of the cell. Knowing that the mitochondria are an integral part of the cell architecture and that the mitochondrial network is controlled by fusion and fission mechanisms, the second step of this work consisted in investigating the involvement of mitochondrial dynamics in cardiomyocyte energetics. Our work has shown that a decrease in expression of OPA1, a protein responsible for mitochondrial fusion, leads to disruption of mitochondrial morphology which does not affect intrinsic mitochondrial function but affects the direct channelling of ATP and ADP between mitochondria and ATPases of the myofilaments. Overall, these results clearly demonstrate that energy transfer in cardiomyocytes strictly depends on specific cellular architecture.; La cellule cardiaque requiert un apport énergétique conséquent qui exige une production et un transfert énergétiques efficaces. Si la production de l’énergie dépend essentiellement des propriétés intrinsèques des mitochondries, il semblerait que l’efficacité du transfert d’énergie du site de production vers les sites consommateurs (ATPases) pourrait être liée à l’architecture spécifique du cardiomyocyte qui conduit à une organisation spatiale singulière des structures internes (mitochondries, réticulum sarcoplasmique, myofilaments). Pour comprendre ce qui lie la cytoarchitecture, la compartimentation cellulaire et la fonction contractile, il a été entrepris d’étudier l’architecture cellulaire et la signalisation énergétique de cardiomyocytes au cours du processus de maturation de la cytoarchitecture et dans un modèle présentant une désorganisation des structures intracellulaires. La première partie de ce travail, réalisée durant le développement postnatal de la souris, a permis de démontré qu’il existe une synchronisation parfaite entre la mise en place de la cytoarchitecture et la maturation fonctionnelle du transfert d’énergie par canalisation directe des nucléotides adényliques entre les mitochondries et les ATPases. Si cette étude apporte un élément qui tendrait à démontrer l’implication de l’architecture cellulaire dans l’efficacité des transferts d’énergie, elle a également mis en avant la maturation très précoce de l’énergétique cellulaire. La mitochondrie faisant partie intégrante de cette architecture et étant modelée par des mécanismes de fusion et de fission, la deuxième étape de ce travail de thèse a consisté à étudier l’implication de la morphologie mitochondriale dans l’énergétique du cardiomyocyte. Il a ainsi été montré que, chez la souris, la diminution d’expression de la protéine OPA1, impliquée dans la fusion mitochondriale, conduit à des perturbations de la morphologie mitochondriale qui n’affectent pas la fonction intrinsèque mitochondriale mais qui altèrent le système de canalisation directe entre les mitochondries et les ATPases des myofilaments. De manière générale, ces résultats démontrent clairement une dépendance des transferts d’énergie à l’architecture cellulaire spécifique de la cellule musculaire cardiaque.

The cardiac cell function requires a large amount of energy and therefore needs a high efficiency of energetic production and energetic transfer. While the energy production depends on the intrinsic properties of the mitochondria, it appears that the efficiency of energetic transfers from the main producers (mitochondria) to consumers (ATPases) could be related to the specific architecture of the cardiomyocyte, which ensures a unique spatial organization of internal structures (mitochondria, sarcoplasmic reticulum, myofilaments). In order to reveal the role of mitochondrial network organization in cardiac energy metabolism, we studied the cellular architecture and the energetic signalling of cardiomyocytes in the process of maturation of the cytoarchitecture and in a model which exhibits a perturbation of the mitochondrial dynamics. The first part of this work, which was performed during postnatal development of the mouse, showed the perfect synchronisation between the establishment of the cytoarchitecture and the maturation of the transfer of energy by direct channelling of adenine nucleotides between mitochondria and ATPases. While this study provides an element which would demonstrate the involvement of cellular architecture in the efficiency of energy transfer, it also highlighted the very early maturation of the energetic system of the cell. Knowing that the mitochondria are an integral part of the cell architecture and that the mitochondrial network is controlled by fusion and fission mechanisms, the second step of this work consisted in investigating the involvement of mitochondrial dynamics in cardiomyocyte energetics. Our work has shown that a decrease in expression of OPA1, a protein responsible for mitochondrial fusion, leads to disruption of mitochondrial morphology which does not affect intrinsic mitochondrial function but affects the direct channelling of ATP and ADP between mitochondria and ATPases of the myofilaments. Overall, these results clearly demonstrate that energy transfer in cardiomyocytes strictly depends on specific cellular architecture., La cellule cardiaque requiert un apport énergétique conséquent qui exige une production et un transfert énergétiques efficaces. Si la production de l’énergie dépend essentiellement des propriétés intrinsèques des mitochondries, il semblerait que l’efficacité du transfert d’énergie du site de production vers les sites consommateurs (ATPases) pourrait être liée à l’architecture spécifique du cardiomyocyte qui conduit à une organisation spatiale singulière des structures internes (mitochondries, réticulum sarcoplasmique, myofilaments). Pour comprendre ce qui lie la cytoarchitecture, la compartimentation cellulaire et la fonction contractile, il a été entrepris d’étudier l’architecture cellulaire et la signalisation énergétique de cardiomyocytes au cours du processus de maturation de la cytoarchitecture et dans un modèle présentant une désorganisation des structures intracellulaires. La première partie de ce travail, réalisée durant le développement postnatal de la souris, a permis de démontré qu’il existe une synchronisation parfaite entre la mise en place de la cytoarchitecture et la maturation fonctionnelle du transfert d’énergie par canalisation directe des nucléotides adényliques entre les mitochondries et les ATPases. Si cette étude apporte un élément qui tendrait à démontrer l’implication de l’architecture cellulaire dans l’efficacité des transferts d’énergie, elle a également mis en avant la maturation très précoce de l’énergétique cellulaire. La mitochondrie faisant partie intégrante de cette architecture et étant modelée par des mécanismes de fusion et de fission, la deuxième étape de ce travail de thèse a consisté à étudier l’implication de la morphologie mitochondriale dans l’énergétique du cardiomyocyte. Il a ainsi été montré que, chez la souris, la diminution d’expression de la protéine OPA1, impliquée dans la fusion mitochondriale, conduit à des perturbations de la morphologie mitochondriale qui n’affectent pas la fonction intrinsèque mitochondriale mais qui altèrent le système de canalisation directe entre les mitochondries et les ATPases des myofilaments. De manière générale, ces résultats démontrent clairement une dépendance des transferts d’énergie à l’architecture cellulaire spécifique de la cellule musculaire cardiaque.

Les prématurés subissent un stress oxydant qui résulte d’une défense antioxydante faible et/ou d’une charge oxydante. Des données suggèrent qu’un stress oxydant peut affecter le métabolisme énergétique et mener au syndrome métabolique. Hypothèse: Une faible défense antioxydante tôt dans la vie est suffisante pour affecter le métabolisme énergétique à long terme. Méthodes: Quatre groupes de cobayes (n=21) ont reçu entre leurs 3e et 7e jours de vie une diète standard (C-1sem, C-14sem) ou une diète déficiente (DC-1sem, DC-14sem). À 7 jours, les groupes C-1sem et DC-1sem ont été sacrifiés, le plasma et le foie collectés. Les groupes C-14sem et DC-14sem ont reçu la diète standard jusqu’à 14sem de vie. La glycémie et les triglycérides plasmatiques ont été mesurés à 1, 3, 11, et 13-14sem. La tolérance au glucose a été évaluée à 13sem. Les antioxydants hépatiques et les protéines régulant le métabolisme énergétique ont été analysés à 1 et 14sem. Résultats: Un statut redox oxydé du glutathion était associé avec la diète déficiente et était maintenu oxydé au moins jusqu’à 14sem (p, Preterm infants are faced to oxidative stress resulting from a low antioxidant defence and/or a high oxidant load. Datas suggest that an oxidative stress may impair energy metabolism leading to metabolic syndrome development. Hypothesis: A weak antioxidant defence early in life such as observed in preterm newborns is sufficient to impair energy metabolism later in life. Methods: Four groups of guinea pigs (n=21) received between their 3rd and 7th days of life a control diet (C-1week, C-14weeks) or antioxidant deficient diet (DC-1week, DC-14weeks). At 7 day-old, 1week-groups were sacrificed for plasma and liver sampling whereas 14week-groups were fed with the control diet until 14 week-old. Blood glucose and plasma triacylglycerol were determined at 1, 3, 11 and 13-14 week-old. Glucose tolerance test was performed at 13 week-old. Hepatic antioxidant defences and key proteins regulating lipid and glucose metabolism were measured at 1 and 14 weeks. Results: The oxidized redox status of glutathione associated with the neonatal deficient diet was maintained until at least 14 week-old (p

Mitochondria are integrators of intracellular signaling (adjusting its functioning to cellular energy demand) and initaitors of retrograde pathways (triggering cellular response to variations of functional status of mitochondria). This work focus on oxidative mitochondrial metabolism and signaling pathways, in HepG2 cells, in response of two energetic stresses : mitochondrial uncoupling and glucocorticoids treatement. Mitochondrial uncoupling triggers an increase in oxidative metabolism without any change in glycolysis (notably by a stimulation of nuclear transcription of genes encoding mitonchondrial proteins). Mitochondria are also one of targets of glucocorticoids, homones tht induce short term and long term effects. Rapid effects (modification of respiratory chain complexes I, II and III activities) involve dexamethasone binding on a membrane glucocorticoid receptor. These effects are mediated by calcium dependent activation of p38MAPK. Long term genomic effects (increase in respiratory chain capacity) implicate the classical intracellular glucocorticoid receptor. Modifications of the respiratory chain functioning induced by glucocorticoids involve the gradual recruitement of glucocorticoid binding sites (located in plasma membrane or in cytosol).; La mitochondrie est un centre de régulation métabolique à la fois intégrateur de signaux (visant à ajuster son fonctionnement selon les besoins énergétiques cellulaires) et initiateur de voies rétrogrades (permettant une réponse cellulaire à des changements d'états fonctionneles de la mitochondrie). Ce travail s'intéresse plus particulièrement au métabolisme oxydatif mitochondrial et aux voies de signalisation activées, dans les cellules HepG2, lors de deux situations de stress énergétique : le découplage mitochondrial constitue un signal conduisant les cellules à développer leur métabolisme oxydatif sans modifier la glycolyse (notamment par activation de la transcription de gènes codant pour des protéines mitochondriales). La mitochondrie est également une des cibles du traitement par glucocorticoïdes, ces hormones induisant à la fois des effets à court terme et à long terme. les effets rapides (modification de l'activité des complexes I, II et III de la chaîne respiratoire mitochondriale) sont non génomiques et impliquent la fixation de la dexamethasone sur un récepteur membranaire. Ces effets sont médiés par l'activation calcium-dépendante de la protéine p38MAPK. Les effets à long terme (augmentation de la capacité de la chaîne respiratoire) sont transcriptionnels et nécessitent le recrutement du récepteur intracellulaire classique aux glucocorticoïdes. Les modifications du fonctionnement de la chaîne respiratoire mitochondriale par les glucocorticoïdes sont induites par le recrutement graduel de différents sites de liaison aux glucocorticîdes (membranaire et intracellulaire).

Mitochondria are integrators of intracellular signaling (adjusting its functioning to cellular energy demand) and initaitors of retrograde pathways (triggering cellular response to variations of functional status of mitochondria). This work focus on oxidative mitochondrial metabolism and signaling pathways, in HepG2 cells, in response of two energetic stresses : mitochondrial uncoupling and glucocorticoids treatement. Mitochondrial uncoupling triggers an increase in oxidative metabolism without any change in glycolysis (notably by a stimulation of nuclear transcription of genes encoding mitonchondrial proteins). Mitochondria are also one of targets of glucocorticoids, homones tht induce short term and long term effects. Rapid effects (modification of respiratory chain complexes I, II and III activities) involve dexamethasone binding on a membrane glucocorticoid receptor. These effects are mediated by calcium dependent activation of p38MAPK. Long term genomic effects (increase in respiratory chain capacity) implicate the classical intracellular glucocorticoid receptor. Modifications of the respiratory chain functioning induced by glucocorticoids involve the gradual recruitement of glucocorticoid binding sites (located in plasma membrane or in cytosol)., La mitochondrie est un centre de régulation métabolique à la fois intégrateur de signaux (visant à ajuster son fonctionnement selon les besoins énergétiques cellulaires) et initiateur de voies rétrogrades (permettant une réponse cellulaire à des changements d'états fonctionneles de la mitochondrie). Ce travail s'intéresse plus particulièrement au métabolisme oxydatif mitochondrial et aux voies de signalisation activées, dans les cellules HepG2, lors de deux situations de stress énergétique : le découplage mitochondrial constitue un signal conduisant les cellules à développer leur métabolisme oxydatif sans modifier la glycolyse (notamment par activation de la transcription de gènes codant pour des protéines mitochondriales). La mitochondrie est également une des cibles du traitement par glucocorticoïdes, ces hormones induisant à la fois des effets à court terme et à long terme. les effets rapides (modification de l'activité des complexes I, II et III de la chaîne respiratoire mitochondriale) sont non génomiques et impliquent la fixation de la dexamethasone sur un récepteur membranaire. Ces effets sont médiés par l'activation calcium-dépendante de la protéine p38MAPK. Les effets à long terme (augmentation de la capacité de la chaîne respiratoire) sont transcriptionnels et nécessitent le recrutement du récepteur intracellulaire classique aux glucocorticoïdes. Les modifications du fonctionnement de la chaîne respiratoire mitochondriale par les glucocorticoïdes sont induites par le recrutement graduel de différents sites de liaison aux glucocorticîdes (membranaire et intracellulaire).

Weight loss is frequently observed in clinical practice. When weight loss is unwanted(undernutrition, hypercatabolism), whole body oxygen consumption is often increased, whichis paradoxical in face of anorexia. Our results show that food restriction induces a decrease inliver mitochondrial respiration and respiratory chain activity, which is proportional to theintensity of the food restriction, and may be mediated by leptin concentrations. Conversely, anincrease in liver basal proton leak and an impairment of in vivo oxidative phosphorylation inthe skeletal muscle are observed in rats treated with dexamethasone, which is a model ofacute undernutrition. These changes are likely to impact on resting metabolic rate, whileadaptation to food restriction probably limits ROS production.; Une perte de poids est une situation fréquemment rencontrée en médecine. Paradoxalementquand elle est involontaire (dénutrition, hypercatabolisme), la consommation d'oxygène ducorps entier est augmentée. Cependant, les mécanismes biochimiques restent discutés. Nosrésultats montrent que la restriction calorique s'accompagne d'une diminution de l'activité dela chaîne respiratoire et de la respiration de mitochondries hépatiques, proportionnelle àl'intensité de la restriction calorique et fortement corrélée au taux plasmatique de leptine. Al'inverse, chez le rat traité par dexaméthasone (modèle de dénutrition) il y a une augmentationde la fuite de protons des mitochondries hépatiques et une anomalie in vivo de laphosphorylation oxydative du muscle squelettique. Si ces modifications peuvent expliquer lesvariations du métabolisme de base, l'adaptation à la restriction calorique semble aussi capablede limiter la production de radicaux libres oxygénés.

Weight loss is frequently observed in clinical practice. When weight loss is unwanted(undernutrition, hypercatabolism), whole body oxygen consumption is often increased, whichis paradoxical in face of anorexia. Our results show that food restriction induces a decrease inliver mitochondrial respiration and respiratory chain activity, which is proportional to theintensity of the food restriction, and may be mediated by leptin concentrations. Conversely, anincrease in liver basal proton leak and an impairment of in vivo oxidative phosphorylation inthe skeletal muscle are observed in rats treated with dexamethasone, which is a model ofacute undernutrition. These changes are likely to impact on resting metabolic rate, whileadaptation to food restriction probably limits ROS production., Une perte de poids est une situation fréquemment rencontrée en médecine. Paradoxalementquand elle est involontaire (dénutrition, hypercatabolisme), la consommation d'oxygène ducorps entier est augmentée. Cependant, les mécanismes biochimiques restent discutés. Nosrésultats montrent que la restriction calorique s'accompagne d'une diminution de l'activité dela chaîne respiratoire et de la respiration de mitochondries hépatiques, proportionnelle àl'intensité de la restriction calorique et fortement corrélée au taux plasmatique de leptine. Al'inverse, chez le rat traité par dexaméthasone (modèle de dénutrition) il y a une augmentationde la fuite de protons des mitochondries hépatiques et une anomalie in vivo de laphosphorylation oxydative du muscle squelettique. Si ces modifications peuvent expliquer lesvariations du métabolisme de base, l'adaptation à la restriction calorique semble aussi capablede limiter la production de radicaux libres oxygénés.