Дисертації з теми "Adaptations métaboliques"

Les pathologies chroniques sont la toute première cause de décès dans le monde. En plus de diminuer considérablement les capacités fonctionnelles des patients et de dégrader leur qualité de vie, elles constituent un poste de dépenses majeures en termes de santé publique. Une partie de la prise en charge de ces pathologies passe par l’activité physique adaptée et la mise en place d’un réentrainement à l’effort. Celui-ci vise à améliorer les capacités des sujets, notamment les capacités d’endurance et de force musculaire, afin de gagner en autonomie et diminuer les risques de morbi-mortalité. Classiquement, les exercices d’endurance de pédalage ou de course sur tapis roulant sont réalisés à une intensité métabolique sous maximale (~60 %) et en mode de contraction musculaire concentrique. Ces conditions de réentrainement et les adaptations associées sont cependant limitées par la capacité des patients à atteindre ou à maintenir dans le temps de telles sollicitations. Il est donc nécessaire de mettre au point des stratégies d’entrainement alternatives prenant en considération la problématique de limitations cardiaque, respiratoire et/ou musculaire liées à la pathologie tout en permettant la mise en place de réponses adaptatives optimales. L’une des pistes est celle de l’entrainement excentrique dynamique au travers d’exercices de pédalage en résistance ou de course en descente. Comparativement à la modalité concentrique, l’excentrique à la capacité de générer des charges mécaniques importantes pour une sollicitation cardio-respiratoire moindre. Depuis plusieurs années, la faisabilité de ce type d’entrainement a été observée, y compris auprès de patients atteints de maladies chroniques. Son efficacité dans la prise de masse musculaire et le gain de force a aussi largement été démontrée. De récents travaux montrent également son intérêt dans la gestion du surpoids et de l’obésité grâce à ses effets sur la composition corporelle via de la réduction de masse grasse. Toutefois, les adaptations aérobies suite à un entrainement excentrique restent incomplètes aux regards des attentes initiales d’amélioration de la consommation d’oxygène et de la fonctionnalité mitochondriale, pour lesquelles l’intensité métabolique de l’exercice semble être le facteur déterminant. Ainsi, des approches mixtes peuvent être envisagées afin de développer les meilleures combinaisons qui permettront d’optimiser les résultats globaux de l’entrainement en améliorant à la fois la force musculaire et l’endurance
Chronic pathologies are the world leading cause of death. In addition to reducing functional capacities and degrading patients' life quality, they constitute a major public health expenditure. Part of the management involves appropriate physical activity and exercise training. This aims to improve subjects' capacities, in particular endurance and muscle strength, in order to increase their autonomy and reduce the risk of morbidity and mortality. Classically, endurance cycling or treadmill running exercises are performed at a sub-maximal metabolic intensity (~60%) and in a classic concentric muscle contraction mode. These training conditions, and the associated adaptations, are however limited by the patients' ability to achieve or maintain such stresses over time. It is therefore necessary to develop alternative strategies that take into account cardiac, respiratory and/or muscular limitations linked to the pathology while allowing optimal adaptive responses. One approach is that of dynamic eccentric training through resistance pedaling or downhill running exercises. Compared to concentric mode, eccentric has the ability to generate significant mechanical loads for less cardio-respiratory stress. For several years, the feasibility of this type of training has been observed, including in patients with chronic diseases. Its effectiveness in increasing muscle mass and strength has also been widely demonstrated. Recent work also shows its interest in overweight and obesity management through its effects on body composition and fat reduction. However, aerobic adaptations following eccentric training remain incomplete with regard to initial expectations of improved oxygen uptake and mitochondrial function, for which exercise metabolic intensity appears to be the determining factor. Thus, mixed approaches can be considered in order to develop the best combination that will optimize the overall physical training outcomes by enhancing both muscle strength and endurance

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
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

Trypanosoma brucei est un parasite protozoaire responsable de la trypanosomiase humaine africaine. Il présente un cycle de vie complexe alternant entre des hôtes mammifères et un vecteur insecte, la mouche tsé-tsé. Au cours de ce cycle, il rencontre des environnements radicalement distincts auxquels il s’adapte en régulant son métabolisme. Nous avons étudié le métabolisme intermédiaire et énergétique de la forme procyclique évoluant dans le tractus digestif de l’insecte vecteur. Dans cet environnement dépourvu de glucose, la néoglucogenèse est cruciale pour la croissance et la survie des parasites car elle permet la synthèse d’hexoses phosphates et en particulier du glucose 6-phosphate qui alimente plusieurs voies de biosynthèse essentielles. Nos travaux confirment ce flux néoglucogénique alimenté par la proline mais aussi par le glycérol. Nous montrons que le glycérol est une source de carbone efficacement métabolisée et préférentiellement utilisée par la forme procyclique à défaut de la proline et même du glucose pour alimenter son métabolisme intermédiaire. Cette situation qu in’a jamais été décrite auparavant met en évidence la répression du glycérol sur le métabolisme du glucose. Nous montrons également que l’enzyme fructose 1,6-biphosphatase(FBPase), spécifique de la néoglucogenèse, n’est pas essentielle à la survie du parasite en conditions dépourvues de glucose indiquant qu’il existe une alternative à cette enzyme.Toutefois, FBPase joue un rôle important dans la virulence de T. brucei dans l’insecte.De plus, nous avons mis en évidence une autre stratégie d’adaptation de T. brucei basée sur des réarrangements génomiques qui peuvent mener à la synthèse de gènes chimères
Trypanosoma brucei is a protozoan parasite responsible for human African trypanosomiasis. His complex life cycle alternates between mammalian hosts and the insect vector, the tsetsefly. During this cycle, the parasite encounters dissimilar environments and adapts to the sechanging conditions by regulating his metabolism. We have studied intermediate and energetic metabolism of the procyclic form living in the midgut of the insect vector. In this glucose-depleted environment, gluconeogenesis is crucial for growth and viability of the parasites. Indeed, it allows the synthesis of hexoses phosphates and in particular glucose 6-phosphate which feeds several essential biosynthetic pathways. Our work has confirmed the existence of a gluconeogenic flux fed by proline and glycerol. We have shown that glycerol is an efficiently metabolized carbon source and is preferentially used by the procyclic form rather than proline or even glucose. This situation never described before highlights glycerol repression on glucose metabolism. We have also showed that the enzyme fructose 1,6-biphosphatase (FBPase), specific of the gluconeogenesis, is not essential for the viability ofthe parasite in glucose-depleted conditions, suggesting that there is an alternative to this enzyme. However, FBPase plays an important role for virulence of T. brucei in the insect. Moreover, we have showed another adaptation strategy developed by T. brucei which is basedo n genomic rearrangements leading to the synthesis of chimeric genes

L'objectif de ce travail est d'étudier les adaptations cardio-respiratoires, métaboliques et hormonales des joueurs et joueuses de tennis au laboratoire et sur le terrain. Au laboratoire : cent joueurs et 76 joueuses réalisent une épreuve d'effort d'intensité maximale afin de déterminer leur aptitude maximale aérobie (vo#2max) ; parmi eux, 32 sujets bénéficient d'une détermination de leur seuil anaérobie lactique et 73 jeunes joueurs effectuent un test charge vitesse. Les résultats montrent que : -la pratique du tennis nécessite non seulement une bonne puissance maximale aérobie mais aussi un haut niveau d'endurance. - les jeunes développent au niveau des membres inférieurs des puissances instantanées élevées et leurs qualités musculaires de vitesse prédominent sur la force. Sur le terrain : neuf jeunes joueuses et 10 joueuses vétérans effectuent un match avec enregistrement en continu de la fréquence cardiaque et une mesure au début et à la fin du match du ionogramme plasmatique, de la glycémie des concentrations plasmatiques des acides gras libres, de l'acide lactique, des catécholamines, de l'arginine vasopressine et de l'activité rénine plasmatique. Les résultats montrent que chez les vétérans, la sollicitation cardiaque devient de plus en plus importante au fur et à mesure que le match se prolonge. Seules les joueuses vétérans présentent une diminution de leur volume plasmatique. En fin de match, les concentrations des ions sont peu modifiées à l'exception du phosphore qui augmente. L'acide lactique augmente peu, les agl augmentent ainsi que la glycémie. L'activité rénine plasmatique, l'arginine-vasopressine, la noradrénaline augmentent alors que l'adrénaline ne varie pas. De plus, 10 joueurs réalisent un match avec mesure simultanée de la fréquence cardiaque, de la ventilation et de la consommation d'oxygène, grâce à un appareil de télémétrie portable. Les résultats montrent que la consommation d'oxygène atteint une valeur correspondant à 55% de la vo#2 max des joueurs. Les valeurs de vo#2 fluctuent très rapidement. Leur évolution est parallèle a celle de la fréquence cardiaque. En dépit du caractère intermittent de cette activité, la fréquence cardiaque mesurée sur le terrain parait constituer un bon reflet de la consommation d'oxygène des joueurs.

Les cancers du poumon sont généralement classés en deux groupes principaux: le cancer du poumon à petites cellules et le cancer du poumon non à petites cellules (NSCLC), qui représentent environ 83% de tous les cas de cancer du poumon avec un taux de survie global de 21%. Les thérapies conventionnelles dans le NSCLC, y compris la radiothérapie et la chimiothérapie à base de platine, manquent de spécificité et provoquent souvent de graves effets secondaires car elles affectent les cellules saines. Pour résoudre ce problème, des thérapies ciblées ont été utilisées avec succès en raison de leur spécificité pour les cellules cancéreuses. Des thérapies ciblées contre les mutations du récepteur du facteur de croissance épidermique (EGFR) et les réarrangements anaplasiques de la lymphome kinase (ALK) se sont révélées efficaces dans le CBNPC. Cependant, la réponse thérapeutique peut être limitée en raison de la résistance aux médicaments. C'est le cas des patients développant des tumeurs avec une mutation KRAS activatrice qui conduit à une activité constitutive de la signalisation RAS indépendante des signaux amont. Pour cette raison, une meilleure compréhension de la progression tumorale et de la résistance est nécessaire pour améliorer les traitements contre le cancer. À ce jour, les approches ciblant le KRAS oncogène ont échoué. Compte tenu de l'importance de la reprogrammation métabolique dans plusieurs cancers, y compris le cancer du poumon et le rôle régulateur de la signalisation KRAS. Nous avons exploré la reprogrammation métabolique des cellules NSCLC contrôlées par KRAS pour trouver des vulnérabilités dans le métabolisme modifié qui peuvent être exploitées comme cibles thérapeutiques.Pour cela, nous avons caractérisé le protéome de lignées cellulaires NSCLC (A549 et NCI-H460) hébergeant des mutations activatrices de l'oncogène KRAS avec un accent particulier sur les enzymes métaboliques. Nous avons trouvé non seulement une expression régulatrice des enzymes glycolytiques, fréquente dans le cancer dans le cadre de l'effet Warburg, mais aussi une régulation positive remarquable de la voie des pentoses phosphates (PPP) dans les branches oxydatives et non oxydatives. Sur la base de cette étude, nous avons évalué la faisabilité de l'utilisation de l'enzyme PPP (glucose 6-phosphate déshydrogénase (G6PD) et 6-phosphogluconate déshydrogénase (6PGD) et transcétolase (TKT)) comme cibles pour améliorer ou développer de nouvelles thérapies.Récemment, l'acétylation de la protéine lysine (KDAC) est apparue comme un mécanisme de coordination du métabolisme et des preuves croissantes ont montré que la régulation de l'acétylation des enzymes métaboliques joue un rôle majeur dans le cancer. Par conséquent, les inhibiteurs de la lysine désacétylases (KDACI) ont attiré l'attention non seulement comme des stratégies prometteuses pour l'intervention thérapeutique, mais aussi comme un outil pour étudier le rôle de l'acétylation de la lysine dans la reprogrammation métabolique NSCLC. En outre, la reprogrammation métabolique dépend également fortement du microenvironnement tumoral tel que le niveau d'oxygène. Par conséquent, nous avons également analysé l'inhibition de KDAC dans des conditions normoxiques et hypoxiques afin de mieux comprendre les stratégies adaptatives sous de telles perturbations. Nos résultats ont montré que les KDACI induisent une prolifération cellulaire faible, une différenciation, un arrêt du cycle cellulaire et une apoptose accompagnés d'une modification du phénotype métabolique de la tumeur favorisée par l'hypoxie. Ensemble, ces résultats nous permettent de mieux comprendre comment les KDACI contrôlent les voies métaboliques sous hypoxie dans le NSCLC
Lung cancers are broadly classified into two main groups: small cell lung cancer and non-small cell lung cancer (NSCLC), which accounts for approximately 83% of all lung cancer cases with an overall 5-year survival rate of 21%. Conventional therapies in NSCLC including radiotherapy and platinum-based chemotherapy lack specificity and often cause severe side effects as they affect healthy cells. To address this problem, targeted therapies have been successfully used due to their specificity for cancer cells. Targeted therapies against epidermal growth factor receptor (EGFR) mutations and anaplastic lymphoma kinase (ALK) rearrangements have been shown to be effective in NSCLC. However, therapeutic response may be limited due to drug resistance. This is the case of patients whose tumors harbor activating KRAS mutation that leads to constitutive activity of RAS signaling independent of upstream signals. For this reason, a better comprehension of tumor progression and resistance is needed to improve cancer treatments. To date, approaches targeting oncogenic KRAS have been unsuccessful. Given the importance of metabolic reprogramming in multiple cancers including lung cancer and the regulatory role of KRAS signaling. We explored the metabolic reprogramming of KRAS-driven NSCLC cells to find vulnerabilities in the altered metabolism that can be exploited as therapeutic targets.For this, we characterized the proteome of NSCLC cell lines (A549 and NCI-H460) harboring activating mutations of the oncogene KRAS with particular focus on metabolic enzymes. We found not only up-regulation expression of glycolytic enzymes, which is frequently found in cancer as part of the “Warburg effect”, but also a remarkable up-regulation of the pentose phosphate pathway (PPP) in both oxidative and non-oxidative branches. Based on this study, we evaluated the feasibility of use PPP enzyme (glucose 6-phosphate dehydrogenase (G6PD) and 6-phosphogluconate dehydrogenase (6PGD) and transketolase (TKT)) as targets for improve or develop of new therapies.Recently, protein lysine acetylation (KDAC) has emerged as a metabolism-coordinating mechanism and mounting evidence has shown that acetylation regulation of metabolic enzymes plays a major role in cancer. Consequently, lysine deacetylases inhibitors (KDACIs) have drawn attention not only as promising strategies for therapeutic intervention but also as tool for studying the role of lysine acetylation in NSCLC metabolic reprogramming. Furthermore, metabolic reprogramming also depends strongly on the tumor microenvironment such as oxygen level. Therefore, we also analyzed the inhibition of KDAC under normoxic and hypoxic conditions in order to better understand the adaptive strategies under such perturbations. Our results showed that KDACIs induce low cell proliferation, differentiation, cell cycle arrest and apoptosis accompanied by a change in the tumor metabolic phenotype enhanced under hypoxia. Together, these results allow us to better understand how KDACIs control metabolic pathways under hypoxia in NSCLC

Les cellules stromales mésenchymateuses (CStroM) comprennent des cellules souches (CS) multipotentes capables de régénérer des tissus lésés par des agressions de type ischémique. Pourtant, une mortalité élevée des CStroM après transplantation est mise en évidence lors de leur prise de greffe. Par conséquent, explorer les stratégies visant à améliorer la viabilité des greffes cellulaires constitue le défi de la thérapie cellulaire. À cette fin, nous avons effectué des analyses fonctionnelles et métaboliques sur deux types de population différents contenant des CS somatiques : des CStroM et une population de cellules partenaires de la niche hématopoïétique, les CD34+.Les cellules CStroM ou CD34+ ont été cultivées dans des conditions d'anoxie (absence d'O2) et de type ischémique (anoxie/aglycémie, absenced'O2 et de glucose, AA) ou à 3% d’O2 correspondant à la concentration physiologique optimale, puis analysées.Les tests fonctionnels révèlent que les cellules CStroM et CD34+ présentent des propriétés de prolifération et de différenciation complètes en anoxie. Les analyses fonctionnelles de cellules individuelles et d'expression génique ont révélé que les CStroM et CD34+ sont non seulement maintenues dans un état d'AA, mais sont celles dans lesquelles les CS, ayant la capacité de prolifération et de différenciation la plus élevée, sont les plus enrichies. L'analyse métabolique multiparamétrique montre que la survie en anoxie est principalement soutenue par la glycolyse et le métabolisme des lipides. En revanche, l'homéostasie énergétique des CStroM dans la condition AA est partiellement assurée par l'activité mitochondriale anaérobie engageant particulièrement les complexes mitochondriaux I, III et l'ubiquinone. De plus, une accumulation importante de succinate dans cette condition pour les deux types de CS a été mise en évidence. Ceci est dû en partie à une inversion de la succinate déshydrogénase, qui à son tour est entraînée par le débordement de fumarate provenant de la dégradation des nucléotides puriques et par une activité de la navette malate-aspartate. Cependant, les principales voies contribuant à l'accumulation de succinate comprennent la stimulation du glucose/pyruvate induit par le glycogène, ainsi que le métabolisme du corps cétonique, des acides aminés et du propanoate qui fournissent du succinyl-CoA converti en succinate. De plus, la survie en ischémie des CStroM est liée au métabolisme des sulfides et à la consommation de H2S, ainsi qu’à une survie améliorée en présence des donneurs de H2S. L’oxydation du H2S médiée par la SQR entraîne le transport réverse des électrons au niveau du complexe mitochondrial I, en utilisant le glutathion comme accepteur d'électrons. L'analyse de l'utilisation des substrats énergétiques a montré que les cellules CD34+ en anoxie semblent utiliser majoritairement les oses simples afin d’alimenter la voie glycolytique et une diminution conséquente du métabolisme mitochondrial en comparaison à la condition à 3% d’O2. En revanche, en AA, les intermédiaires du cycle de Krebs sont utilisés de manière intensive pour fournir les coenzymes NAD/NADH.Nos résultats révèlent une grande flexibilité métabolique des populations de CStroM et CD34+ s'appuyant sur l’enrichissement en CS somatiques détecté en anoxie ou dans la condition mimant l’ischémie. Ainsi, contrairement aux cellules différenciées, les CS somatiques (mésenchymateuses et hématopoïétiques) ont la capacité de survivre dans des conditions d'anoxie et d'aglycémie en utilisant les voies énergétiques conservatrices évolutives existant chez les premiers eucaryotes vivant dans des zones anoxiques enrichies en sulfide. L’exploitation de ce conditionnement ex vivo dans des conditions imitant l’ischémie pourrait constituer une stratégie visant à améliorer la survie des CStroM implantées dans des tissus hypoxiques/ischémiques
Mesenchymal stromal cells (MStroC) comprise multipotent stem cells (SC) capable of regenerating tissues damaged by ischemic insults. However, high mortality of MStroC after transplantation is highlighted during their engraftment. Therefore, exploring strategies to improve the viability of cell grafts constitutes the challenge of cell therapy. To this end, we performed functional and metabolic analyzes on two different types of populations containing somatic SC: MStroC and a population of hematopoietic niche partner cells, CD34+.MStroC or CD34+ cells were cultured under conditions of anoxia (absence of O2) and ischemic type (anoxia/aglycemia, absence of O2 and glucose, AA) or at 3% O2 corresponding to the physiological optimal concentration, then analyzed.Functional assays reveal that MStroC and CD34+ cells exhibit complete proliferation and differentiation properties in anoxia. Functional analyzes of single cells and gene expression revealed that MStroC and CD34+ are not only maintained in an AA state, but are those in which SC, having the highest proliferation and differentiation capacity, are the most enriched. Multiparametric metabolic analysis shows that survival in anoxia is mainly supported by glycolysis and lipid metabolism. On the other hand, the energy homeostasis of MStroC in the AA condition is partially ensured by anaerobic mitochondrial activity particularly involving mitochondrial complexes I, III and ubiquinone. Furthermore, a significant accumulation of succinate in this condition for both types of SC was demonstrated. This is due in part to an inversion of succinate dehydrogenase, which in turn is driven by fumarate spillover from purine nucleotide degradation and malate-aspartate shuttle activity. However, major pathways contributing to succinate accumulation include glycogen-induced glucose/pyruvate stimulation, as well as ketone body, amino acid, and propanoate metabolism which provide succinyl-CoA converted to succinate. Furthermore, MStroC ischemia survival is linked to sulfide metabolism and H2S consumption, as well as improved survival in the presence of H2S donors. SQR-mediated H2S oxidation results in reverse electron transport at mitochondrial complex I, using glutathione as an electron acceptor. The analysis of the use of energy substrates showed that CD34+ cells in anoxia seem to mainly use simple sugars in order to fuel the glycolytic pathway and a consequent reduction in mitochondrial metabolism compared to the 3% O2 condition. In contrast, in AA, Krebs cycle intermediates are used intensively to provide the coenzyme NAD/NADH.Our results reveal a great metabolic flexibility of MStroC and CD34+ populations based on the enrichment of somatic SC detected in anoxia or in the condition mimicking ischemia. Thus, unlike differentiated cells, somatic SC (mesenchymal and hematopoietic) have the capacity to survive in conditions of anoxia and aglycemia using the evolutionary conservative energy pathways existing in early eukaryotes living in anoxic zones enriched in sulfide . Exploiting this ex vivo conditioning under conditions mimicking ischemia could constitute a strategy to improve the survival of MStroC implanted in hypoxic/ischemic tissues

Le meilleur moyen de lutter contre l'obésité est d'associer une diminution des apports caloriques à une augmentation de la dépense énergétique. Ces conditions sont réunies simultanément chez le rat Lou/C, une souche encore mal caractérisée. L'objectif de ce travail était de préciser certaines caractéristiques du rat Lou/C dans les conditions d'élevage standard et d'étudier ses réponses métaboliques et hormonales lors de variations de la dépense énergétique (exercice aigu) ou lors de modifications des apports alimentaires (régime enrichi en lipides). Les divers résultats obtenus indiquent qu'en conditions basales, le rat Lou/C, comparé au rat Wistar, présente les caractéristiques d'un rat résistant à l'obésité. Le Lou/C présente une glycémie de base réduite, ainsi qu'une accentuation du métabolisme des lipides qui se traduit par une plus faible accumulation de gras corporel. Ces caractéristiques ne sont cependant pas essentiellement dues à la réduction spontanée de la prise calorique de cette souche. Dans des conditions d'exercice, les rats Lou/C sont capables de maintenir leur glycémie stable tout en préservant leurs réserves en glycogène hépatique. Ces résultats suggèrent la mise en jeu d'autres voies métaboliques (néoglucogenèse et/ou utilisation des lipides). Soumis à une diète hyperlipidique, les rats Lou/C présentent, une accumulation de lipides réduite par rapport aux rats Wistar. Cependant, ils présentent une augmentation des AGL plasmatiques, une accumulation des triglycérides hépatiques et une détérioration de la tolérance au glucose indiquant qu'ils ne sont pas mieux protégés contre les effets délétères de cette diète. Les différents résultats obtenus pourront permettre de mieux appréhender les mécanismes impliqués dans la régulation pondérale. De plus, ces données suggèrent que les individus résistant à l'obésité ne sont pas forcément mieux protégés que les individus prompts à devenir obèses, contre les effets néfastes des régimes hyperlipidiques.

La Neuréguline 1 (NRG1) est une cytokine appartenant à la famille des facteurs decroissance. Pouvant être libéré par la contraction musculaire, elle fut récemment décritecomme une myokine. Au-delà de son rôle dans les processus de croissance et de maturation,la NRG1 favorise la régulation du métabolisme du glucose in vitro. L’objectif de ce travailétait d’étudier l’influence des pathologies métaboliques et de l’entrainement sur la voie dela NRG1 ainsi que son rôle physiologique dans la régulation du métabolisme énergétique.Nos résultats ont montré que la voie de la NRG1 n’était pas modifiée chez des rats rendusobèses par un régime enrichi lipides et en glucides. A l’inverse, l’entrainement en endurancecouplé à un régime équilibré favorise l’activation de la voie de la NRG1 dans le musclesquelettique de rats obèses. En effet, une période d’entrainement de huit semaines associéà un régime équilibré permet le clivage de la NRG1 et l’activation de son récepteur ErbB4dans le muscle gastrocnémien de rats obèses via l’activation de la métalloprotéase ADAM17.De plus, un traitement en chronique ou en aigu favorise la captation du glucose chez lasouris obèse et diabétique (db/db). Les mécanismes sous-tendant ce phénomèneimpliquerait l’activation du récepteur ErbB3 et l’activation des protéines FOXO1 et Akt dansle foie. Cependant, le traitement à la NRG1 ne modifie la dépense énergétique, la prisealimentaire et la composition alimentaire des souris db/db. Ainsi, il apparait que la NRG1pourrait jouer un rôle important dans la régulation du métabolisme glucidique in vivo chezen condition de pathologies métaboliques et que l’entrainement pourrait activer cette voiedans le muscle squelettique
Neuregulin 1 (NRG1) is a cytokine that belongs to the epidermal growth factors family. NRG1can be released during exercise and can be define as a myokine. Initially studied for its rolein growth and maturation, NRG1 can also regulate glucose homeostasis in vitro. Thus, theaim of this work was to investigate the effect of training and metabolic disorders on NRG1pathway and its role in energy metabolism. Results showed that NRG1 pathway was notaltered in skeletal muscle of obese rats. Conversely, endurance training combined with awell-balanced diet improved NRG1 pathway activation in skeletal muscle of obese. Indeed, 8weeks of training and diet increased the cleavage of NRG1 and the activation of its receptorErbB4 through the activation of the metalloprotease ADAM17. Moreover, acute and chronictreatment improved glucose tolerance in diabetic mice (db/db). Acute treatment loweredglycemia by activating ErbB3, Akt and FOXO1 in the livre. Thus, NRG1 might play a key role inthe regulation of glucose homeostasis in people who suffers from metabolic disorders.Training might a good tool to activate this pathway in skeletal muscle

De par leur importante diversité phénotypique (10000 espèces), les oiseaux ont colonisé la plupart des niches écologiques, aussi " extrêmes " soient-elles. Les zones polaires (Arctique et Antarctiques) et le climat extrêmement froid qui les aractérise, suscitent l'intérêt de nombreuses études. Ce travail de thèse avait pour but d'explorer les différents mécanismes intervenant dans la mise en place de la thermorégulation chez l'oiseau. Nous nous sommes principalement intéressés, par une approche intégrative, de l'animal entier (méthodes de calorimétrie indirecte) à l'expression génique (techniques de RT-PCR), à caractériser les modifications métaboliques et l'implication d'une protéine découplante (avUCP) dans les mécanismes de thermorégulation, et principalement la thermogenèse sans frisson (NST) en réponse à une exposition chronique au froid.Au cours de deux études menées chez le caneton de Barbarie, nous avons démontré l'aspect " adaptatif " de la NST ainsi que l'implication potentielle de l'UCP aviaire dans ce mécanisme en faisant varier tout d'abord la température d'acclimatation puis la durée d'exposition pour caractériser la mise en place de la NST au cours de la croissance. Lors d'une troisième étude, nous nous sommes intéressés à une étape clé de la vie des manchots royaux (passage en mer) caractérisée par un stress thermique important et une activité physique accrue dus aux longs séjours en eau froide. Ce contexte environnemental et physiologique entraine nécessairement des adaptations métaboliques, comme la mise en place d'un métabolisme lipidique efficace soutenant ainsi les dépenses énergétiques accrues lors des voyages en mer.

La zone côtière représente seulement une petite partie de la surface océanique, mais elle joue un rôle important dans le cycle du carbone. Pour contribuer à préciser ce rôle, l'objectif de cette thèse était d'étudier les flux de carbone, en immersion et en émersion, des communautés benthiques intertidales vivant sur les estrans rocheux. La respiration et la calcification des principales espèces macrozoobenthiques ont été mesurées en laboratoire pour d'estimer les différentes adaptations métaboliques liées à une vie en milieu intertidal. En complément, les flux globaux de carbone des communautés ont été quantifiés aux interfaces air-sédiment et eau-sédiment grâce à des mesures in situ. D'une manière générale, la respiration de la communauté prévaut sur la production primaire, en conséquence les estrans rocheux semi-battus peuvent être considérés comme hétérotrophes. Grâce aux mesures de respiration en laboratoire et aux comptages d'espèces effectués sur les côtes rocheuses bretonnes, nous avons pu estimer la contribution du macrozoobenthos aux flux de carbone à une échelle régionale. La comparaison entre les résultats in situ et les études en laboratoire à permis de valider nos méthodes.

Bacillus cereus est une bactérie à coloration de Gram positive capable de s'adapter à un grand nombre de stress tels que les bas pH ou les bas potentiels d'oxydo-réduction (Eh). Si certains des mécanismes d'adaptation de B. cereus à chacun de ces stress sont connus, les intéractions entre ces deux facteurs sur la physiologie bactérienne n'ont jamais été étudiés. Nous nous sommes donc intéressés à l'effet des variations de Eh sur la résistance au stress acide de B. cereus, aux adaptations métaboliques de B. cereus à pH acide et à l'intéraction de cette bactérie avec son environnement redox. Les résultats obtenus ont démontré, dans un premier temps, que la survie de B. cereus au choc acide était légèrement augmentée sous atmosphères à Eh réducteurs par rapport aux atmosphères à Eh oxydants. Nous avons également observé une réorientation majeure du métabolisme de B. cereus exposé à pH acide depuis la fermentation des acides mixtes vers la fermentation butanediolique. Cette réorientation joue vraisemblablement un rôle important dans la résistance au stress acide de B. cereus. Dans un second temps, nous avons étudié les intéractions de B. cereus avec son environnement redox et nous avons montré l'importance des groupements thiols exofaciaux dans l'activité réductrice de cette bactérie. L'ensemble de ces résultats permettent de mieux comprendre la physiologie de B. cereus confronté à un stress acide et aux variations de Eh et ouvre la voie à de nombreuses pistes de recherches novatrices
Bacillus cereus is a Gram positive bacterium able to adapt and survive to numerous stress, including acid stress or oxydo-reduction potential (Eh) variations. Some adaptations are documeted for each of these two stress. However, the interaction between Eh and pH on B. cereus physiology was never studied. Here, we focus on the impact of Eh variation on the acid resistance of B. cereus, on the metabolic adaptation of these bacteria under low pH and on the interaction of bacterial cells with their redox environement. Results obtained demonstrate that the acid survival of B. cereus was slighlty higher under reductive Eh than under oxdative Eh. Concerning acid adaptations, we observed a major metabolic adjustement for cells cultivated at low pH with an important shift from mixed acid fermentation to butanediolic fermentation. Finally, we demonstrate the importance of exofacials thiols groups in the reductive abilities of B. cereus. All these conclusions will help to better understand the response of B. cereus exposed to acid stress and Eh

Le chlorométhane (CH3Cl), un gaz organohalogéné principalement d’origine naturelle impliqué dans la dégradation de l’ozone dans l'atmosphère, est dégradé par des bactéries méthylotrophes capables d’utiliser des composés sans liaisons carbone-carbone tels que le méthanol comme seule source de carbone et d’énergie. Les Alpharotéobactéries méthylotrophes Methylobacterium extorquens CM4 et Hyphomicrobium sp. MC1 utilisent le CH3Cl par la voie cmu initiée par transfert du carbone de CH3Cl au tétrahydrofolate (H4F) catalysé par CmuA et CmuB. Le méthyl-H4F formé est ensuite dirigé vers la formation de biomasse ou oxydé en CO2 via le formiate. Cette voie, acquise par transfert horizontal, ne suffit pas à conférer la croissance à une souche réceptrice. Les adaptations aux stress inhérents à la croissance avec le CH3Cl sont peu connues.Afin d'identifier de telles adaptations chez M. extorquens, le plasmide pJM105 contenant les gènes cmu de Hyphomicrobium sp. MC1 a été transféré à deux souches de M. extorquens (AM1 et DM4) incapables de se développer avec le CH3Cl. Une approche d’évolution expérimentale sur 200 générations environ a permis d’améliorer la croissance de ces souches avec le CH3Cl. Le séquençage du génome de 13 des 162 souches évoluées obtenues a révélé 64 mutations (SNP, délétion ou insertion d’un nucléotide, larges délétions) dans 45 gènes, ainsi que d'autres évènements génétiques (réarrangement entre plasmides, grandes délétions). Des mutations inactivant le gène de la formyl-tétrahydrofolate ligase (FtfL) essentiel pour l’assimilation du carbone issu du méthanol ont été identifiées dans 8 des 13 souches séquencées. La construction et l'analyse de mutants de ce gène ont montré que l’inactivation de FtfL suffit à conférer la croissance avec la CH3Cl par la voie cmu à M. extorquens DM4. Je fais l’hypothèse que cette enzyme interfère avec l'oxydation du CH3Cl pour la production d'énergie tout en consommant le cofacteur H4F essentiel à ce métabolisme, et que son activité s'oppose à celle de l'enzyme homologue PurU requise pour la croissance avec le CH3Cl par la voie cmu. Parmi les autres mutations mises en évidence, une mutation dans le promoteur des gènes nuo pourrait faciliter l’expression de la NADH déshydrogénase impliquée dans la régénération du cofacteur NAD+. D'autres adaptations indépendantes de FtfL ont été détectées, qui diffèrent selon le contexte génétique de la souche receveuse des gènes de la voie cmu. Par exemple, les souches évoluées AM1 montrent toutes des mutations dans pJM105 (dans le gène cmuA, avec coïntégration d'un plasmide endogène). Ces mutations n’ont cependant pas d’impact sur l’activité de déshalogénation du CH3Cl dépendant de CmuA. L'obtention et la caractérisation de souches mutantes par évolution expérimentale au laboratoire représente un nouvel outil prometteur pour l’étude de la croissance avec le CH3Cl par la voie cmu, notamment du fait des difficultés rencontrées jusqu'ici dans les approches de mutagenèse dirigée des bactéries dégradant le CH3Cl
Chloromethane (CH3Cl), a mainly naturally occurring organohalogen gas, is involved in ozone degradation in the atmosphere. CH3Cl is degraded by methylotrophic bacteria capable of using compounds without carbon-carbon bonds, such as methanol, as their sole source of carbon and energy. Two such methylotrophic Alphaproteobacteria, Methylobacterium extorquens CM4 and Hyphomicrobium sp. MC1, utilize CH3Cl via the cmu pathway initiated by carbon transfer from CH3Cl to tetrahydrofolate (H4F) catalyzed by CmuA and CmuB. Methyl-H4F formed is then used for biomass production or oxidized to CO2 via formate. The cmu pathway, often acquired by horizontal transfer, is not sufficient to confer growth to a recipient strain. However, little is known about the adaptations needed to overcome stresses inherent to growth with CH3Cl.To identify such adaptations in M. extorquens, the plasmid pJM105 containing the cmu genes from Hyphomicrobium sp. MC1 was transferred to two M. extorquens strains (AM1 and DM4) unable to grow with CH3Cl. An experimental evolution approach, spanning some 200 generations, was performed to improve strain growth with CH3Cl. Genome sequencing of 13 of the 162 evolved strains obtained revealed 64 mutations (SNPs, nucleotide deletions or insertions, large deletions) in 45 genes, as well as other genetic events (plasmid rearrangements, large deletions). Mutations inactivating the formyl-tetrahydrofolate ligase (FtfL) gene, essential for assimilation of carbon from methanol, were identified in 8 of the 13 sequenced strains. Construction and analysis of mutants of this gene showed that inactivation of FtfL was sufficient to confer growth with CH3Cl via the cmu pathway to M. extorquens DM4. I hypothesize that this enzyme interferes with CH3Cl oxidation for energy production while consuming the H4F cofactor essential for this metabolism, and that its activity opposes that of the homologous PurU enzyme required for growth with CH3Cl via the cmu pathway.Among the other mutations identified, a mutation in the nuo gene promoter could facilitate expression of the NADH dehydrogenase involved in NAD+ cofactor regeneration. Other FtfL-independent adaptations have also been detected, which differ according to the genetic context of the strain receiving the cmu pathway genes. For example, the evolved AM1 strains all show mutations in pJM105 (in the cmuA gene, with cointegration of an endogenous plasmid). However, these mutations have no impact on CmuA-dependent CH3Cl dehalogenation activity. Obtaining mutant strains by experimental evolution in the laboratory is a promising new tool for studying growth with CH3Cl via the cmu pathway, particularly given the difficulties encountered to date in directed mutagenesis approaches to CH3Cl-degrading bacteria

L'ensemble de ce travail de thèse s'attache à étudier les critères qui déterminent le choix de la cadence de pédalage au cours de différents types d'exercice ainsi que l'influence du type d'entraînement sur l'évolution de cette cadence et des paramètres métaboliques et musculaires au cours d'un exercice de cyclisme prolongé. La première étude s’intéresse à l’influence d’un exercice continu, progressif et maximal sur la cadence librement choisie (CLC) et sur l’adaptation physiologique chez différentes populations de sujets (cyclistes, coureurs et sportifs occasionnels). Nos résultats confirment l’utilisation de cadences supérieures chez les cyclistes alors que les non cyclistes augmentent significativement leur CLC entre le début et la fin du test. La stabilité de CLC des cyclistes peut être expliquée par l’expertise, c’est-à-dire, pat le développement d’habilités spécifiques induites par un processus d’apprentissage. La seconde expérimentation a mis en évidence, chez les triathlètes entraînés, une stabilité de la cadence énergétique optimale (CEO) et une diminution de la CLC lors d’un exercice de cyclisme de 2 heures effectué à puissance constante. Cette étude montre également que l’activité musculaire n’est pas minimisée à une unique cadence et que le muscle Vastus Lateralis ne semble pas affecté par la durée de l’exercice. Suite à ce dernier résultat, l’objectif de la troisième étude est d’étudier les effets d’un entraînement de type « musculation spécifique » combiné à un entrainement habituel en endurance sur les paramètres physiologiques, neuromusculaires et de cadence lors d’un exercice de pédalage de 2 heures. Le principal résultat confirme la diminution de la CLC avec la durée de l’exercice et démontre qu’un entraînement combiné spécifique « force + endurance » peut être en mesure d’éviter cette diminution au cours d’un exercice de cyclisme de 2 heures. Nos résultats suggèrent que l’évolution de la cadence de pédalage librement choisie par des sujets entraînés en cyclisme est différente selon le type d’exercice. Chez une population de triathlètes bien entraînés, la diminution de cette cadence observée lors d’exercices continus et prolongés peut être évitée par l’ajout de séances de musculation dans la programmation classique d’entraînement en endurance. Dans une perspective d’optimisation de la performance, des études ultérieures sont nécessaires pour évaluer les effets de ce type d’entraînement sur la réalisation d’une course à pied subséquente et sur la performance finale en triathlon.

Si on sait que les mensurations de naissance et la croissance postnatale précoce sont liés au développement à long terme de maladies métaboliques, les mécanismes de cette liaison ne sont pas précisément compris. Cette association passerait par la mise en place précoce dans la vie d'une insulinorésistance conditionnée par la maigreur à la naissance ainsi que par l'intensité du gain de masse grasse lors de la croissance de rattrapage postnatal. Dans une cohorte prospective d'enfants inclus dès la vie fœtale nous avons mesuré les profils de croissance fœtale, puis la croissance postnatale, ainsi que les modifications de la composition corporelle et du statut hormonal. La restriction de croissance fœtale (RCF) va entrainer à la des modifications de la composition corporelle accompagnées de modifications métaboliques ayant pour but de favoriser la survie de l'organisme. Pendant les premiers mois de vie, les enfants ayant présenté une RCF vont présenter une croissance accélérée permettant une restauration de la masse maigre et de la masse grasse dès le quatrième mois de vie, sans entrainer de modifications de la sensibilité à l'insuline. Nos résultats suggèrent que la croissance de rattrapage est un phénomène endogène précoce et non délétère, favorisée par les adaptations du métabolisme développées in utero, et ayant pour but de restaurer la composition corporelle des nourrissons. L'excès de masse grasse et l'insulinorésistance décrites chez les sujets nés avec de petites mensurations de naissance apparaîtraient donc plus tard dans la vie, probablement favorisée par l'interaction entre les modifications persistantes du métabolisme et un environnement nutritionnel déséquilibré
Fetal growth restriction (FGR) followed by rapid weight gain during early postnatal life has been suggested to be a sequence leading to an increased risk of metabolic disease. Anyway early growth and associated changes in body composition or metabolic statue has never been studied in a prospective way. Furthermore, birth weight (BW) is usually taken as a surrogate of fetal growth. However, B W per se is not relevant enough in assessing fetal growth restriction, which by itself may alter body composition, metabolic and hormonal profiles at birth (irrespective of BW) reflecting the necessary adaptive changes in metabolism under poor fetal environment. In a cohort of newborns in whom fetal growth velocity had been recorded in a prospective and standardized manner, we report that, independently from birth weight, fetal growth restriction by itself is able to induce changes in body composition characterized by a lower fat mass and changes in metabolism with a higher insulin sensitivity reflecting adaptive changes to an adverse fetal nutritional environment. The pattern of postnatal growth over the first year of life with respect of fetal growth velocity and the simultaneous changes in body composition and metabolism were then studied. We report that catch-up growth is related to fetal growth pattern regardless birth weight. This catch-up seems to be an intrinsic phenomenon occurring in the first months of life in order to restore the lower fat mass but without deleterious consequences neither on its repartition nor in its quantity

La stéatopathie métabolique est un problème majeur en santé publique. Sa prévalence est importante et le risque de progression vers la cirrhose et le carcinome hépatocellulaire en font toute la gravité. Un élément histopathologique caractéristique est une stéatose hépatique, résultant de l'accumulation de triglycérides dans l'hépatocyte. Les mécanismes responsables ne sont pas compris mais l'implication du stress du réticulum endoplasmique (RE) est de plus en plus soulignée. Un apport excessif de lipides au niveau de l'hépatocyte s'accompagne d'un déséquilibre de l'homéostasie du RE appelé stress du RE. Le stress du RE se manifeste par l' "Unfolded Protein Response" (UPR), correspondant à l'activation de voies de signalisation dont les effecteurs visent à adapter les capacités fonctionnelles du RE. Le stress du RE et la réaction inflammatoire sont liés, les mécanismes en restant mystérieux. Le CD154 est un acteur clé de la réaction inflammatoire et c'est pourquoi nous avons étudié son rôle dans les mécanismes de la stéatose hépatique. Les souris dont le gène codant pour le CD154 a été invalidé développent une stéatose dans un contexte de régime riche en huile d'olive. En analysant les mécanismes sous-jacents, nous avons montré que le CD154 amplifiait l'UPR et, particulièrement, augmentait la génération d'un effecteur de l'UPR, la forme épissée de la "X-box-binding protein 1". Le CD154 favorise ainsi l'adaptation cellulaire en intervenant sur l'homéostasie du RE via le contrôle de l'UPR. Ce travail a mis en lumière un nouveau rôle biologique pour le CD154 et ce dernier apparaît comme un médiateur important dans l'histoire naturelle de la stéatopathie métabolique
Non Alcoholic Fatty Liver Disease (NAFLD) is a major public health concern. Its prevalence is high and its severity is related to the risk of transition towards cirrhosis and hepatocellular carcinoma. A distinctive histological feature of NAFLD is liver steatosis, resulting from the triglyceride accumulation in hepatocytes. The mechanisms underlying liver steatosis are not yet understood, however, the involvement of the endoplasmic reticulum (ER) stress is being increasingly emphasized. Excess lipid input to the hepatocyte disrupts the ER homeostasis, its loading overwhelming its processing abilities, leading to what is termed the ER stress. ER stress activates the unfolded protein response (UPR) that corresponds to the activation of specific signalization pathways, whose effectors aim at adjusting the functional capacities of the ER. ER stress and the inflammatory reaction are linked, but the underlying mechanisms remain obscure. CD154 is a key mediator of inflammation and, therefore, we studied its involvement in the mechanisms leading to liver steatosis. CD154 knock-out mice developed a steatosis when fed with an olive oil-rich diet. When studying the corresponding mechanisms, we found that CD154 amplified the UPR and, more specifically, increased the unconventional splicing of an effector of the UPR, the X-box binding protein 1. Hence, CD154 increases cell adaptation by controlling the ER homeostasis. Our work highlights a new biological function for CD154, which appears to be an important mediator in the natural history of NAFLD

L’arsenic est naturellement présent dans la croûte terrestre et de manière abondante dans certains environnements. Si cet élément est toxique pour la plupart des formes de vies, des micro-organismes développent différents mécanismes pour y faire face. Ce travail porte sur l’étude de ces processus impliquant à la fois des réponses individuelles et des interactions entre organismes appartenant à des domaines différents du vivant. Des approches de génomique descriptive et fonctionnelle mettent ainsi en évidence différents mécanismes adaptatifs et fonctions cellulaires impliqués dans la réponse à l’arsenic d’une bactérie et d’un protiste photosynthétique, Rhizobium sp. NT-26 et Euglena mutabilis, tous deux particulièrement résistants à cet élément. Par ailleurs, tandis que Rhizobium sp. NT-26 semble avoir perdu sa capacité à interagir avec les plantes, E. mutabilis fait au contraire partie intégrante d’une communauté microbienne incluant différentes bactéries et bénéficie de leur activité
Arsenic naturally occurs in earth crust and is particularly abundant in some environments. While this element is toxic for most forms of life, micro-organisms have evolved different mechanisms to cope with it. This work deals with these different processes involving individual responses as well as interactions between organisms belonging to different domains of life. Descriptive and functional genomics approaches highlight several adaptative mechanisms and cellular functions involved in the arsenic response of a bacterium and a photosynthetic protist, Rhizobium sp. NT-26 and Euglena mutabilis, respectively, both being particularly resistant to arsenic. Also, while Rhizobium sp. NT-26 seems to have lost its ability to interact with plants, E. mutabilis is on the contrary an integral part of a microbial community including different bacteria and benefits from their activity

Dans son environnement, la bactérie Escherichia coli (E. coli) fait face à d’importantes fluctuations des ressources carbonées. Une capacité d’adaptation métabolique lui permet de coloniser ou de subsister en fonction des substrats disponibles. Cette adaptation est régie par un réseau complexe de régulations de l’expression génique. Le régulateur global post-transcriptionnel CSR (Carbon Storage Regulator) régule la stabilité et/ou l’initiation de la traduction d’ARNm par l’intermédiaire de la protéine CsrA. Ce système, essentiel en présence de glucose et est également supposé être impliqué dans la régulation d’une transition métabolique glycolyse vers gluconéogenèse. Le caractère essentiel de CSR est à ce jour inexploré, tout comme son implication dans la régulation d’une adaptation métabolique. Une approche de biologie intégrative menée pour différents mutants du système CSR a permis d’avancer pour la première fois, une explication de l’essentialité de CSR lors d’une croissance exponentielle sur glucose et de caractériser son implication dans la régulation de la transition métabolique glucose-acétate. Des approches de transcriptomique et de stabilomique utilisées pour une souche sauvage au cours d’une adaptation métabolique ont mis en évidence l’importance des régulations de la stabilité des ARNm au cours de l’adaptation. En conclusion, ces travaux approfondissent grandement les connaissances concernant le système CSR et son implication dans la régulation du métabolisme d’E. coli. Ce système, indispensable à la régulation du métabolisme durant une phase de croissance sur glucose s’ajoute de façon indéniable au réseau déjà complexe de régulations du métabolisme d’E. coli
In its natural environment, Escherichia coli (E. coli) faces strong fluctuations of the nutrient availability. A complex gene regulatory network makes the bacterium able to switch between a state of growth in the presence of an appropriate carbon source and a non-growth state in its absence. Within this network, the global post-transcriptional regulator CSR (Carbon Storage Regulator) modifies mRNA stability and/or translation initiation by the CsrA protein. This system has been shown to be essential for cells to grow on glucose and is hypothesized to be involved in the regulation of metabolic transitions. However both observations remained unexplored so far. An integrative approach has been used to investigate for the first time the essentiality of CSR on glucose as well as its involvement in the regulation of the glucose-acetate transition. Molecular and phenotypic data for different mutants of the CSR system have been produced and integrated into mathematical models. Transcriptomic and Stabilomic approaches have been used eventually to characterize the importance of the control of mRNA stability during the metabolic adaptation. mRNA stability regulations appear to be of particular importance in gene expression regulation during metabolic adaptation. To conclude, this work shed a new light upon CSR’s involvement in the regulation of E. coli’s metabolism. CSR is definitely essential to regulate glycolysis and thus constitutes another regulator to be integrated into the already complex regulations network of E.coli’s metabolism

L’évolution du genre Salmonella a conduit à l’apparition d’espèces et de sous-lignées adaptées à différents hôtes jouant un rôle majeur dans la compréhension des mécanismes biologiques de l’adaptation bactérienne. En raison du lourd fardeau sanitaire et socio-économique que représente les salmonelloses, le genre Salmonella est donc contrôlé par des laboratoires hospitaliers et de sécurité alimentaire. Nous avons donc développé deux approches analytiques permettant de détecter et identifier les mutations associées à l’adaptation aux hôtes de Salmonella sans a priori sur les éléments génomiques explicatifs, en identifiant les variants du coregénome fixés aux nœuds de reconstruction phylogénomique ou en identifiant les mutations pangénomiques associées à ces hôtes indépendamment des sous-lignées bactériennes considérées (c.à.d. GWAS). Ces deux approches ont été couplées à des études d’enrichissement des voies métaboliques correspondantes (c.à.d. GOAE). En raison de pressions de sélection de l’environnement naturel des animaux, de leurs régimes alimentaires, ou des supplémentations administrées par l’Homme, nos résultats montrent que l’adaptation aux hôtes de Salmonella a pu avoir lieu au sein ou entre les sous-lignées. Ces résultats renforcent la nécessité d’intégrer des sous-lignées clonales et panmictiques afin d’identifier les mutations causales associées à l’adaptation aux hôtes. Dans un contexte de contrôle des TIAC tout au long de la chaîne alimentaire, l’identification de ces mutations récentes permettrait d’améliorer les modèles d’attribution des sources animales de Salmonella et de confirmer des résultats d’investigations de TIAC à l’échelle génomique
The evolution of the genus Salmonella has led to the appearance of species and sub-lineages adapted to different hosts that have a major role in understanding the biological mechanisms of bacterial adaptation. Due to the heavy health and socio-economic burden of salmonellosis, the genus Salmonella is therefore controlled by hospital and food safety laboratories. We have therefore developed two analytical approaches to detect and identify mutations associated with Salmonella host adaptation without a priori on the explanatory genomic elements, identifying the fixed coregenome variants at each node of the phylogenomic inference or identifying pangenomic mutations associated with host adaptation independently of considered bacterial sublineages (GWAS). These two approaches have been linked to the enrichment of corresponding metabolic pathways (GOEA). Because of selection pressures from natural environment of animals, their feeding diets or supplements administered by humans, our results show that the host adaptation of Salmonella may have occurred inside sublineages or between them. These results reinforce the necessity to integrate clonal and panmictic sublineages in order to identify causal mutations associated with host adaptation. In a context of FBO control throughout the food chain, the identification of its recent mutations would improve the attribution models of Salmonella animals’sources and confirm the results of FBO investigations at genomic scale

Les communautés microbiennes de sédiments de subsurface ont été décrites jusqu’à 1922 mbsf (meters below the seafloor) et pourraient représenter 0,6% de la biomasse totale. Largement incultivées, ces communautés comprennent des groupes endémiques aux environnements de subsurface et des généralistes retrouvés dans des environnements contrastés, appartenant aux 3 domaines du vivant (Bacteria, Eukarya and Archaea). Bien que jouant un rôle majeur dans les grands cycles géochimiques, l’écologie microbienne des sédiments de subsurface reste peu connue. Les conditions hostiles de ces sédiments contrastent avec la présence d’activité et de viabilité microbiennes. Dans ce contexte, de nombreuses questions sur les modes de vie et les métabolismes des microorganismes enfouis demeurent. L’objectif de cette thèse était de mieux comprendre quelles stratégies adaptatives pouvaient être mises en place par les communautés microbiennes de subsurface et de caractériser leur potentiel physiologique. Pour cela, 3 approches ont été utilisées.(1) Une approche culturale a permis de décrire 2 nouvelles espèces bactériennes sédimentaires (Halomonas lionensis, ungénéraliste versatile, et Phaeobacter leonis, une bactérie marine typique). L’étude de la résistance aux conditions de subsurface de ces deux espèces et de la bactérie Sunxiuqinia faeciviva, isolée à 247 mbsf, a ensuite été étudiée. (2) Par une étude de génomique comparée et structurale, la plasticité physiologique de H. lionensis a été analysée. (3) Enfin, le potentiel fonctionnel de communautés microbiennes enfouies à 31 et 136 mbsf dans le bassin de Canterbury a été étudié, en analysant les 2métagénomes correspondants. Les résultats culturaux et génomiques montrent que H. lionensis et S. faeciviva résistent mieux aux stress de subsurface que P. leonis et, dans le cas de H. lionensis, ceci impliquerait des propriétés physiologiques variées pouvant expliquer le succès écologique du genre Halomonas. Les données de métagénomique indiquent que les diversités phylogénétique et fonctionnelle de subsurface du bassin de Canterbury sont distinctes de celles d’environnements de surface et suggèrent que des métabolismes comme la fermentation, la méthanogenèse ou la β-oxydation pourraient être importants. La présence de gènes d’importance écologique et évolutive a permis d’émettre des hypothèses sur les modes de vie de ces microorganismes et des évènements de recombinaison génomique de groupes toujours incultivés ont aussi pu être décrits
Microbial communities inhabiting marine subsurface sediments were described up to 1922 mbsf (meters below the sea floor) andcould represent 0.6% of the total biomass. This microbial diversity, remaining elusive to cultivation, comprises groups specific to subsurface environments and groups of generalists found in contrasted habitats, all belonging to the 3 domains of life (Bacteria,Eukarya and Archaea). Although playing a major role in global geochemical cycles, the microbial ecology of the subseafloor remains largely unknown. The hostile conditions of subsurface sediments contrast with the descriptions of microbial activity andviability in the subseafloor. In this context, many questions related to the microbial physiology and the lifestyles of buried communities remain to be answered. The objective of this thesis was to better understand which adaptive strategies could be deployed by subseafloor microbial communities and to characterize their physiological potential. In that aim, 3 approaches were used.(1) A cultural approach enabled describing 2 novel sedimentary bacterial species (Halomonas lionensis, a versatile generalist and Phaeobacter leonis a typical marine bacterium). The survival of these 2 species to subseafloor conditions and of the subsurface bacteria Sunxiuqinia faeciviva, isolated at 247 mbsf, was then studied. (2) Using a structural and comparative genomic approach, the physiological plasticity of H. lionensis was investigated. (3) Finally, the functional potential of the microbial communities buried at 31 and 136 mbsf in the Canterbury Basin was analyzed, by studying the 2 corresponding metagenomes. Cultural and genomics results showed that H. lionensis and S. faeciviva are more resistant to subsurface constrains than P. leonis and, in the case of H. lionensis, this may involve various physiological properties, maybe explaining thee cological success of the genus Halomonas. Metagenomic data showed that the functional and the phylogenetic diversity of the subseafloor are distinct from the ones from surface environments and highlighted the importance of metabolic pathways like fermentation, methanogenesis and β-oxidation. Genes of ecological and evolutionary interests enabled speculating about lifestyles of buried microorganisms and analyses of genomic fragments highlighted recombination events of still uncultivated microbial groups

Le but principal de ce travail a été d’évaluer l'impact des activités à faible coût énergétique (tâches physiques et cognitives) sur le métabolisme énergétique par des mesures de calorimétrie indirecte et de l'activité autonome du myocarde par des mesures de variabilité de fréquence cardiaque. L'objectif de la première étude a été d'évaluer les effets d'un stress psychologique sur les réponses physiologiques. Les résultats ont suggéré une stimulation du système nerveux sympathique sans changement de l'activité du système parasympathique. Les changements enregistrés en termes de substrats énergétiques et d'activité du système nerveux sympathique ont semblé être due aux fortes exigences cognitives de la situation proposée. Notre seconde étude a eu pour but de tester les effets du froid et d'un travail cognitif sur les réponses physiologiques pendant un travail répétitif. Les résultats ont suggéré que la combinaison du froid et de la tâche cognitive sont responsables de fortes adaptations cardio-respiratoires, énergétiques et musculaires. Les activités à faible coût énergétique (tâches physiques et cognitives) ont entraîné des variations significatives des fonctions physiologiques proches de celles du stress chronique. Ce projet a ouvert de nouvelles pistes de recherche sur la compréhension des phénomènes physiologiques régissant les activités cognitives et l'adaptation humaine à la multiplication des facteurs de stress
The main purpose of this work was to assess the impact of the low cost energy activities (physical and cognitive tasks) on energy metabolism through indirect calorimetry and of automatic regulation of the myocardium through measures of heart rate variability measures. The objective of the first study was to assess the effects of a psychological stress on the physiological responses. The result suggested a stimulation of the sympathetic nervous system with an unchanged of the parasympathetic system activity. Changes recorded in terms of energy substrate and sympathetic nervous system activity appeared to be due to the strong cognitive requirements of the proposed situation. Our second study was intended to test the effects of cold and a cognitive work on the physiological responses during a repetitive work. The results suggested that the combination of cold and cognitive task is responsible for strong cardio-respiratory, energy and muscle adaptations. Low energy cost activities (physical and cognitive tasks) resulted in significant variations of physiological functions which are closed from chronic stress. This project has opened new perspectives of research on the understanding of physiological phenomena governing cognitive activities and human adaptation to the multiplication of stress factors

Les cellules vivantes, telles que les cellules de mammifères en particulier, sont continuellement exposées à des types de stress multiples et variés. Ces stress peuvent perturber l'homéostasie cellulaire et induire des dégâts sur les composants cellulaires qui pourraient induire plusieurs types de maladies. C'est notamment le cas d'un changement d'état redox cellulaire appelé stress oxydatif induit par production excessive ou une consommation insuffisante d'espèces réactives de l'oxygène. L'une des espèces réactives de l'oxygène les plus importantes est le peroxyde d'hydrogène (H2O2).Les cellules ont développé des mécanismes de défense efficaces contre le stress oxydatif qui impliquent des systèmes anti-oxydants tels que les glutathions qui réduisent les molécules oxydantes, mais aussi des voies métaboliques telles que la voie des Pentoses Phosphates (PPP) et la glycolyse. Ces voies métaboliques sont connues pour rediriger les ressources de flux de carbone de la glycolyse vers le PPP, ce qui induit un recyclage élevé du NADPH nécessaire à un taux de détoxification efficace des systèmes anti-oxydants. Il n'est cependant pas clair comment les mécanismes de régulation (i) contribuent à une telle réallocation des ressources de flux métaboliques pendant le stress oxydatif et (ii) donnent lieu aux profils d'adaptation observés des concentrations intracellulaires de H2O2.Dans la thèse, le rôle des régulations dans la réponse métabolique au stress oxydatif est abordé à l'aide d'un cadre de modélisation cinétique. Tout d'abord, un modèle est construit à partir d'un ensemble de données métabolomiques et de marquage 13C,en utilisant des méthodes classiques d'estimation de paramètre mais aussi une nouvelle technique d'analyse des flux métaboliques basée sur un algorithme de simulation stochastique. L'analyse systématique du modèle révèle que de nombreuses inhibitions métaboliques, notamment sur G6PD, PGI et GAPD, peuvent favoriser le reroutage des flux pour la production de NADPH. En particulier, nous montrons que toutes ces régulations fonctionnent de manière dose-dépendante et complémentaire, ce qui explique certains paradoxes et controverses, et est cohérent avec les phénotypes d'adaptation observés. Un modèle plus phénoménologique a également été développé pour montrer comment un tel phénotype d'adaptation pourrait contribuer à l'hétérogénéité du destin cellulaire, comme la mort fractionnée, en tant que résultat à long terme du stress oxydatif
Living cells such as mammalian cells in particular, are continuously exposed to multiple and varied types of stress. These stresses can perturb the cellular homeostasis and induce damages on the cellular components which could induce several types of diseases. It is particularly the case for a change of cellular redox state called oxidative stress induced by an excessive production or insufficient consumption of reactive oxygen species such as hydrogen peroxide (H2O2).Cells have developed efficient defence mechanisms against oxidative stress that involve anti-oxidant systems such as glutathiones which reduce the oxidizing molecules, but also metabolic pathways such as Pentose Phosphate Pathway (PPP) and glycolysis. These metabolic pathways are known to reroute the carbon flux resources from the glycolysis toward the PPP which induces high NADPH recycling that is required for efficient detoxification rate of the anti-oxidant systems. It remains however unclear how regulatory mechanisms (i) contribute to such reallocation of metabolic flux resources during oxidative stress and (ii) give rise to observed adaptation profiles of intracellular H2O2 concentrations. In the thesis, the role of regulations in the metabolic response to oxidative stress is addressed using a comprehensive kinetic modeling framework. First, a model is built from a set of metabolomics and 13C labeling data, using conventional parameter estimation methods but also a novel metabolic flux analysis techniques based on a stochastic simulation algorithm. Systematic analysis of the model reveals that many metabolic inhibitions, especially on G6PD, PGI and GAPD, can favour flux rerouting for NADPH production. In particular, we show that all these regulations work in a dose-dependent and complementary manner, which explains some paradoxes and controversies, and is consistent with observed adaptation phenotypes. A more phenomenological model has also been developed to show how such adaptation phenotype could contribute to cell-fate heterogeneity, such as fractional killing, as a long-term outcome of oxidative stress

Les acides gras (AGs) sont impliqués dans de nombreuses fonctions biologiques, allant de la composition des membranes cellulaires au stockage de l’énergie, en passant par la biosynthèse des hormones. En terme de santé publique, les conséquences d'une surconsommation en AGs sont très préoccupantes, l’OMS estimant que 2.8 millions de décès par an sont dus à l'obésité et à ses effets secondaires. Si le métabolisme lipidique est relativement bien connu, les mécanismes sous-jacents à la détection et à la préférence pour les AGs restent peu étudiés. Quelques études ont montré que la préférence des mammifères pour les AGs est modifiée par une exposition précoce à ces composés, mais peu de choses sont connues concernant les effets à long terme (intergénérationnel) d'une exposition aux AGs sur leur perception et le comportement alimentaire.La majorité des observations a été réalisée sur les mammifères ; les invertébrés, comme la Drosophile, ont été délaissés malgré leurs avantages (durée du cycle de développement, facilité d'élevage, outils génétiques) et malgré la bonne conservation des acteurs du métabolisme lipidique au cours de l’évolution. Il a été récemment montré dans notre laboratoire, que les larves et les adultes de Drosophila melanogaster sont capables de détecter et de discriminer les AGs en fonction de leur degré d’insaturation, et que leurs préférences vis-à-vis des AGs varient: les larves sont attirées par les AGs insaturés et repoussées par les AGs saturés alors que les adultes sont repoussés par les AGs insaturés et sont indifférents aux AGs saturés. Il a été suggéré que cette évolution des préférences pourrait refléter des besoins métaboliques différents chez la larve et chez l'adulte.Durant ma thèse, j'ai étudié les conséquences, intra- et intergénérationnelles, d’une exposition à un milieu enrichi en AG saturé (acide stéarique = C18:0) ou en AG insaturé (acide oléique = C18:1), sur les préférences larvaires et adultes (choix du site d'oviposition) ainsi que sur différents traits de vie. L'évolution des préférences larvaires et adultes pour ces deux AGs à l’aide de deux procédures de sélection a également été obordée.Les résultats obtenus montrent que, si les processus de sélections ne modifient pas durablement les préférences des individus envers les deux AGs utilisés, le comportement d'individus exposés, soit ponctuellement durant leur développement, soit de manière permanente sur une à dix générations, est affecté par cette exposition. Le choix du site de ponte par les femelles est modifié spécifiquement suite à une exposition au C18:0 ou au C18:1 durant leur développement larvaire. Si l'influence d'une expérience sensorielle précoce sur les préférences alimentaires de l'adulte avait déjà été mise en évidence chez certains mammifères et quelques insectes holométaboles (dont le système nerveux est presque complètement remanié durant la métamorphose), c'est la première fois qu'un tel phénomène est clairement démontré chez la Drosophile. Nous avons pu montrer qu’une exposition permanente à chacun des AGs modifie durablement à la fois les préférences d'oviposition et certains traits de vie majeurs (durée de développement, sex-ratio, fécondité et survie adulte). Ces résultats suggèrent que la Drosophile est capable de s'adapter à des nourritures variées et que cette plasticité, vraisemblablement déterminée génétiquement, pourrait expliquer le succès de cette espèce généraliste. Outre leur intérêt "écologique", ces observations démontrent l'intérêt du modèle Drosophile pour l'étude de la plasticité intra- et inter-générationelle des préférences envers les AGs
Fatty acids (FAs) are involved in many biological functions, from the cell membrane composition to energy storage, through hormone biosynthesis. The consequences of FAs overconsumption are of great concern in terms of public health since the WHO estimates that 2.8 million annual deaths due to obesity and its side effects. If lipid metabolism is relatively well known, the mechanisms underlying the detection and preference for FAs remain little studied. While some studies have shown that the preference of mammals for FAs is modified by early exposure to these compounds, little is known about FAs long-term effects on both their perception and food preference.The majority of studies have been conducted in mammals, invertebrates being neglected despite the benefits (life cycle, size, ease of breeding, genetic tools) of some models, such as Drosophila, and despite the good conservation of lipid metabolism actors during evolution. It has recently been shown that both Drosophila melanogaster larvae and adults are able to detect and discriminate FAs according to their unsaturation. Moreover, larval and adult preferences are different: the larvae are attracted by unsaturated FAs (UFAs) and repelled by saturated FAs (SFAs) while adults are repelled by the UFAs and indifferent to SFAs. It has been suggested that these preferences change may reflect different metabolic requirements between larvae and adults.During my PhD, I studied the effects of intra -and inter- generational exposure to a medium enriched either with a SFA (stearic acid = C18: 0) either with a UFA (oleic acid = C18: 1) on larval and adult preferences (oviposition site selection) toward these FAs, as well as on different life traits. On the other hand, I tested the evolution of both larval and adult preferences for these two FAs after two selection procedures, using these preferences as a selection criterion.My results show that if the selection processes do not permanently modify the individual preferences for both FAs considered, the behavior of individuals exposed either occasionally during development, either permanently from one to ten generations, is affected by this exposure. In particular, the egg-laying site choice by females is specifically modified by exposure to C18:0 and C18:1 during larval development. If the influence of early sensory experience on food preferences of adults had already been demonstrated in mammals and some holometabolous insects (whose nervous system is almost completely remodeled during metamorphosis), this is the first time that such a phenomenon is clearly demonstrated in Drosophila. On the other hand, continuous exposure to each of these FAs permanently alters both oviposition preferences and major life traits (development time, sex ratio, fecundity and adult survival). These results suggest that Drosophila is able to adapt to different foods, and this plasticity, probably genetically determined, may explain the success of this generalist species. In addition to their ecological interest, these results also demonstrate the usefulness of this model for the study of intra -and inter- generational preferences plasticity towards FAs

L’opéron métabolique frz code les sous-unités d’un transporteur PTS de la sous-famille du fructose, un activateur transcriptionnel des systèmes PTS de la famille MgA (FrzR), deux cétoses-1,6-bisphosphate aldolases de type II, une kinase spécifique des sucres (famille ROK) et une protéine de la superfamille des cupines. Il est fortement associé aux souches d’Escherichia coli à virulence extra-intestinale. Nous avons montré qu’il procure un avantage aux bactéries lors de conditions de stress (peu d’oxygène, phase stationnaire de croissance, croissance dans le sérum et l’intestin) et qu’il est impliqué dans l’adhérence et l’internalisation de la bactérie dans diverses cellules eucaryotes, en régulant l’expression des fimbriae de type 1. L’activateur (FrzR) est impliqué dans ces phénotypes. A l’aide de microarrays, une série de gènes sous la dépendance du système Frz ont été identifiés. Nos données suggèrent que frz code un senseur de l’environnement permettant à E. coli de s’adapter à un environnement fluctuant en régulant notamment certains gènes de virulence et d’adaptation à l’hôte. Un modèle de régulation est présenté
The metabolic frz operon codes for three subunits of a PTS transporter of the fructose sub-family, for a transcriptional activator of PTS systems of the MgA family (FrzR), for two type II ketose-1,6-bisphosphate aldolases, for a sugar specific kinase (ROK family) and for a protein of the cupin superfamily. It is highly associated with Extra-intestinal Pathogenic Escherichia coli strains. We proved that frz promotes bacterial fitness under stressful conditions, (such as oxygen restriction, late stationary phase of growth or growth in serum or in the intestinal tract). Furthermore, we showed that frz is involved in adherence to and internalization of E. coli in several eukaryotic cells by regulating the expression of type 1 fimbriae. The FrzR activator is involved in these phenotypes. Microarrays, experiments allowed the identification of several genes under the dependence of the frz system. Our data suggest that frz codes for a sensor of the environment allowing E. coli to adapt to a fluctuating environment by regulating some virulence and host adaptation genes. A regulation model is presented

Dans le milieu clinique, Stenotrophomonas maltophilia est décrite comme bactérie pathogène opportuniste, responsable d'infections nosocomiales principalement chez des patients immunodéprimés ou présentant des pathologies sévères ou chroniques. L'impressionnant bouclier de résistance aux antibiotiques observé chez les souches cliniques rend les traitements particulièrement complexes pour les patients atteints. Les souches de S. maltophilia représentent une réelle menace pour la santé humaine. De plus, les fortes potentialités d'adaptation des S. maltophilia leur permettent une dispersion dans un éventail très large de biotopes cliniques mais aussi environnementaux. En effet, les S. maltophilia colonisent aussi abondamment les niches écologiques environnementales telles que les sols rhizosphériques. Le niveau des connaissances sur ces souches environnementales est particulièrement limité face à celui disponible du milieu médical. Les propriétés en tant que pathogène opportuniste de ces souches environnementales restent encore peu connues et controversées tant au niveau génétique que phénotypique. Afin de mieux évaluer le potentiel danger sanitaire que représentent les souches environnementales face aux souches cliniques, il a été envisagé lors de ce projet de thèse d'évaluer des caractéristiques phénotypiques d'un groupe de souches de S. maltophilia provenant de contextes différemment en contact avec l'homme et l'environnement. Des souches de S. maltophilia fortement impactées par le contact de l'homme ont été isolées de patients atteints de pathologies variables (mucoviscidose, infections nosocomiales, pathologies sévères). Ce groupe de souches considérées comme les plus à risque pour l'homme, a été comparé à un groupe de souches de S. maltophilia environnementales provenant de contextes ayant pu favoriser des acquisitions/maintiens de résistances aux molécules antimicrobiennes tels que les sols rhizosphériques, les sols pollués aux métaux lourds ou encore les sols soumis aux activités répétées de l'homme. Tout d'abord, les signatures métaboliques (croissance, dégradations de substrats) et les capacités de résistance à diverses molécules antibiotiques cliniques ont été évaluées pour la collection de souches de S. maltophilia. Dans un deuxième volet, ont été étudiées les potentialités de virulence de ces souches telles que la mobilité, les sécrétions enzymatiques, la formation de biofilm et la virulence envers des amibes. Enfin, une analyse croisée statistique a mis en lien les différentes signatures obtenues à partir des données métaboliques, de résistance aux antibiotiques et de virulence en confrontant les origines des souches et les influences qu'elles ont subies vis-à-vis de l'homme. D'après le jeu de données du projet, quatre signatures distinctes émergent entre les souches de S. maltophilia structurées par les effets dus la proximité de l'homme et à leur origine. Des souches environnementales potentiellement les plus impactées par les contacts avec l'homme possèdent des caractéristiques similaires aux souches cliniques ; elles sont donc potentiellement aussi dangereuses que les souches cliniques
In the clinical settings, Stenotrophomonas maltophilia is described as an opportunistic bacterial pathogen responsible for nosocomial infections mainly in immunocompromised patients or with severe or chronic diseases. The heavy shield of antibiotic resistances observed in clinical strains lead to particularly complex treatments for patients. S. maltophilia strains represent a real threat to human health. Moreover, the high potential for adaptation of S. maltophilia allow their dispersion in a wide range of clinical habitats but also environmental. Indeed, S. maltophilia strains also colonize widely environmental niches such as the rhizospheric soils. The knowledge about these environmental strains is particularly limited compared to the available medical data. The properties as opportunistic pathogenic of environmental strains remain poorly known and controversial. To better assess the potential health hazard of these environmental S. maltophilia compared to the clinical ones, were assessed in this Ph-D project phenotypic characteristics of a group of S. maltophilia strains from contexts differentially affected by human and environment imprints. S. maltophilia heavily impacted by human contacts have been isolated from patients with varying disease (cystic fibrosis, nosocomial infections, severe pathologies). This group of strains considered as the most at risk to humans, was compared to a group of S. maltophilia from environmental contexts that could promote acquisition/maintaining of resistances to antimicrobial molecules such as rhizospheric soils, heavy metal-contaminated soils or agricultural soils. Firstly, metabolic signatures (growth, substrate degradations) and antibiotic resistance capacities were evaluated among the collection of S. maltophilia strains. In a second part, were studied pathogenic potentialities of these strains such as mobility, enzyme secretions, biofilm formation and virulence to amoebae. Finally, a statistical analysis made connections on the different signatures obtained from the metabolic data, antibiotic resistance and virulence with the origins of the strains and human impacts. According to the datasets of the project, four distinct signatures emerged between S. maltophilia strains structured by the effects of human proximity and origin of the strains. Environmental strains potentially the most impacted by contact with humans showed similar characteristics with the clinical strains; they could potentially be as dangerous as clinical strains

L'addiction aux drogues est une pathologie psychiatrique chronique qui représente un problème de santé publique majeur. Malgré des avancées importantes permettant de mieux comprendre les modifications cérébrales induites par les drogues d'abus, les thérapies restent encore limitées. Ainsi, l'étude des processus cérébraux qui sous-tendent les risques de rechute à long terme semble être centrale à l'élaboration de nouvelles stratégies thérapeutiques. Une partie de cette thèse vise à déterminer les modifications cérébrales induites à long terme lors du sevrage, suite à une prise chronique de cocaïne. Notre première étude a révélé une réduction de la densité vasculaire cérébrale lors du sevrage précoce, exclusivement localisée dans le cortex cingulaire. Dans la seconde étude, nous avons mis en évidence des modifications du métabolisme cérébral et étudié leur évolution lors du sevrage. Après un mois de sevrage, période où l'on trouve le phénomène d'incubation du « craving », nous avons mis en évidence une réduction du métabolisme cortical et striatal alors que l'amygdale se voit hyperactivée témoignant d'une dérégulation des fonctions cérébrales. Enfin, nous avons caractérisé le mécanisme sous-jacent à l'effet « anti-craving » de l'environnement enrichi (EE). Nous avons émis l'hypothèse que l'EE agirait comme une récompense alternative pour diminuer la recherche de cocaïne, ainsi nous avons testé les effets de l'exposition au sucrose et à l'exercice physique sur le comportement de recherche de drogue. Nous avons montré que l'accès à une récompense alternative pendant le sevrage ne permet pas de réduire la recherche de cocaïne suggérant que l’EE n'agit pas exclusivement comme une récompense alternative
Drugs addiction is a chronic brain disorder representing a major public health problem. Although important advances allowed a better understanding of the cerebral modifications induced by chronic exposure to drugs, the therapies still nowadays limited. Therefore the investigation of cerebral processes that underlie the persistent risks of relapse, seem to be crucial to offer new therapeutic strategies. A part of this thesis aims at investigating the cerebral modifications induced in a long term during the withdrawal, due to a chronic voluntary intake of cocaine. In our first study we found a reduction of the density of cerebral vessels during the early withdrawal selectively localized in the cingular cortex. In our second study we found that cocaine intake leads to modifications of cerebral metabolism that evolve during the withdrawal. After one month of withdrawal, at a time when the phenomenon of incubation of craving is found, we found a decrease in cortical and striatal metabolism and a hyperactivation of the amygdala which demonstrates a persistent disregulation of brain functioning. Finally, in our third study, we tried to dissect the mechanism underlying the anti-craving effect of the enriched environment (EE). We hypothesized that the EE acts as an alternative reward to decrease the cocaine seeking behavior. Thus we tested the effects of exposure to sucrose or the physical exercise on relapse to cocaine. We demonstrated that the access to an alternative reward during the withdrawal does not allow reducing cocaine seeking which suggests that the EE does not act exclusively as an alternative reward

Nous avons mis au point un fermenteur continu multi-étagé (MSCF) dans le but de reproduire les conditions de la fermentation alcoolique en conditions œnologiques. Ce bioréacteur permet de maintenir les levures dans un milieu stable et contrôlé tout en découplant la croissance et la phase stationnaire. Le système offre donc la possibilité d'obtenir des levures non croissantes dans un milieu de composition stable. Dans un premier temps, nous avons validé la pertinence du MSCF pour reproduire les conditions de fermentation du batch, par approche intégrée (des paramètres cinétiques, des métabolites intra et exo cellulaire et de l'expression génique). Nous avons ensuite utilisé ce bioréacteur pour étudier les mécanismes d'adaptation métabolique des microorganismes suite à un ajout d'azote, pratique largement répandue en œnologie. Plusieurs résultats originaux ont été obtenus concernant, notamment, la réorganisation du cycle TCA, le transport des sources azotées et la synthèse des alcools supérieurs et esters. La fiabilité de l'outil mis au point et l'originalité des données obtenues ouvrent des perspectives à l'utilisation du MSCF pour la compréhension du métabolisme et des mécanismes d'adaptation des levures
We set up a multi-stage continuous fermentor (MSCF) to mimic the conditions of alcoholic fermentation. In this bioreactor, the yeasts are in a steady and well controlled state representative of the growth and stationary phases of the batch. The ability of the MSCF to reproduce batch fermentation was assessed using an integrated approach (measurement of kinetic parameters, intra and exo-cellular metabolites and gene expression). We then used the MSCF to study the impact of nitrogen supplementation performed during the stationary phase, on yeasts metabolism. Several original results were obtained, concerning the TCA cycle, the transport of nitrogenous sources and the synthesis of higher alcohols and esters. This work points out the interest of using the MSCF to assess the effect of medium perturbations during alcoholic fermentation, especially during the stationary phase. More generally, the accuracy of the MSCF and the originality of the data obtained open new prospects for a better understanding of yeasts metabolism and regulation mechanisms

Dans le contexte fromager, les champignons filamenteux du genre Mucor ont un rôle ambivalent. En fonction du fromage considéré, ils peuvent être assimilés à des microorganismes d’altération responsables de défauts de fabrication ou au contraire contribuer au développement des qualités organoleptiques des produits. Dans le cadre de ce travail, nous avons souhaité confirmer et objectiver la dichotomie classiquement faite en industrie fromagère entre espèces technologiques et espèces contaminantes, et investiguer les mécanismes d’adaptation potentiels mis en oeuvre chez les espèces technologiques. La morphologie et la croissance radiale de 7 souches représentatives d’espèces technologiques, contaminantes et non-fromagères (endophyte) de Mucor ont été étudiées sur différents milieux (synthétique, mimant le fromage et fromager) en fonction de facteurs clés du processus de production des fromages (température, aw, pH). Les valeurs cardinales de croissance ont été déterminées sur milieu synthétique, un modèle prédictif a été proposé et validé sur matrices fromagères pour le facteur température et la meilleure faculté de croissance des souches technologiques sur milieux fromagers par rapport au milieu synthétique a été démontrée. Une approche de protéomique comparée a permis de décrire les voies métaboliques mises en jeu par 4 de ces souches dans les deux types d’environnement, fromager et non-fromager, et 35 protéines spécifiquement surexprimées par la souche technologique M. lanceolatus UBOCC-A-109153 sur milieu mimant le fromage ont été identifiées. Les avantages compétitifs associés à ces potentiels marqueurs d’adaptation vont faire l’objet d’investigations complémentaires
In the cheese industry context, Mucor species exhibit an ambivalent behavior, as some species are essential technological organisms contributing to the required organoleptic characteristics of some cheeses while some others can be spoiling agents. The present study aimed at better understanding this ambivalence and investigating the putative adaptation mechanisms to cheese existing in Mucor technological species. Morphology and radial growth of 7 representative Mucor species: technological, contaminant and non-cheese related (plant endophyte) species were monitored on different media (synthetic, cheese-mimicking media and cheese) in function of key parameters for cheese manufacture (temperature, aw, pH). Cardinal values were determined on synthetic medium and as a result a predictive model was proposed and validated on cheese matrices for the temperature parameter. Interestingly, cheese technological species exhibited higher optimal growth rates on cheese related matrices than on synthetic media, while the opposite was observed for non-technological species. A comparative proteomic approach allowed unraveling the main metabolic pathways playing a role in growth of 4 of the 7 studied strains on both synthetic medium and cheese-mimicking medium. This proteomic study also highlighted the occurrence of 35 proteins specifically expressed by the technological strains M. lanceolatus UBOCC-A-109153 on the cheese-mimicking medium. Putative competitive and adaptative advantages of these hypothetical adaptation markers will be tested through additional investigations

Les événements de diversification adaptative sont des éléments primordiaux de l'évolution. En effet, ils engendrent des innovations phénotypiques telles que la colonisation de nouvelles niches écologiques et au final, la spéciation. Afin d'étudier les ressorts écologiques et moléculaires de la diversification adaptative, nous utilisons la plus longue des expériences d'évolution en cours. Depuis 1988, soit plus de 60 000 générations, douze populations indépendantes issues d'un ancêtre commun d'Escherichia coli sont propagées quotidiennement dans un milieu minimum comportant une faible quantité de glucose.Un événement unique de diversification s'est produit dans une des 12 populations (Ara–2). Deux lignées de phénotypes différents sont apparues après environ 6500 générations, les S pour «Small» et les L pour «Large», chacune présentant des tailles cellulaires différentes. Les deux lignées coexistent grâce à une sélection négative dépendant de la fréquence qui favorise la lignée la plus rare et permet de supplanter sa concurrente; ainsi, aucune des deux lignées ne s'éteint. Avant l’événement de diversification, la population Ara–2 a développé un phénotype hypermutateur suite à la mutation d'un gène de réparation de l'ADN. L'objectif de cette thèse est de caractériser les mécanismes écologiques, physiologiques et moléculaires sous-tendant l'émergence et la coexistence des lignées S et L.En premier lieu, nous avons utilisé un ensemble d'expériences d'évolution in vivo et in silico afin de déterminer les moteurs écologiques et physiologiques de l'émergence de ce polymorphisme. Plusieurs mécanismes écologiques, incluant les compromis (trade-off évolutifs), la saisonnabilité et les déplacements de caractères interviennent dans l'émergence et la persistance de la diversité au long terme. Nous avons montré que la lignée L, en produisant de l'acétate, créait une nouvelle opportunité écologique exploitée par les S. De plus, au cours du temps, les S et les L s'adaptent à leur niche écologique, respectivement l'acétate et le glucose.En second lieu, nous avons cultivé les S et les L séparément pour éliminer la compétition entre les deux lignées. Dans ces conditions, il y a perte des interactions dépendantes de la fréquence entre les S et les L. Ceci démontre l'importance de la compétition dans le maintien du polymorphisme.En troisième lieu, nous avons combiné des approches génétiques, physiologiques et biochimiques pour déterminer le rôle, dans l'émergence du polymorphisme, d'une mutation spécifique aux S survenant dans le gène arcA, codant un régulateur global. Nous avons montré que l'allèle évolué de arcA augmentait la transcription de gènes du métabolisme de l'acétate dans la lignée S. Au cours de cette étude, nous avons identifié une mutation supplémentaire dans le gène acs, impliqué dans le métabolisme de l'acétate, intervenant dans l'émergence de la lignée S. Nous avons aussi démontré que ces deux mutations étaient favorables à la lignée S au début de son émergence, puis que des mutations plus tardives agissaient de façon épistatiques avec les allèles évolués de acs et de arcA. Ainsi, ces résultats démontrent que l'établissement et le maintien du polymorphisme des S et des L est un processus en plusieurs étapes nécessitant des interactions épistatiques entre plusieurs mutations.En quatrième lieu, nous avons identifié la dynamique au long terme des taux de mutations dans cette population. L'apparition et l'invasion rapide du phénotype hypermutateur est suivie d'une réversion complète mais indépendante dans chacune des lignées S et L.L'émergence d'un polymorphisme bactérien durable reflète une restructuration complexe des réseaux métaboliques et de régulation dans ces lignées qui co-existent, ce qui aboutit à l'apparition et à l'exploitation de nouvelles opportunités écologiques. La compétition et l'évolution de l'utilisation de ressources différentes sont des forces sélectives permettant le maintien du polymorphisme
Diversification events are central issues in evolution since they generate phenotypic innovation such as colonization of novel ecological niches and, ultimately, speciation. To study the ecological and molecular drivers of adaptive diversification, we used the longest still-running evolution experiment. Twelve independent populations are propagated in a glucose limited minimal medium from a common ancestor of Escherichia coli by serial daily transfers since 1988 for more than 60,000 generations. In one of the twelve populations, called Ara–2, a unique diversification event occurred: two phenotypically-differentiated lineages, named S (Small) and L (Large) according to their cell size, emerged from a common ancestor at ~ 6500 generations. The two lineages co-exist ever since, owing to negative frequency-dependent selection whereby each lineage is favored and invades the other when rare, such that no lineage gets extinct. Moreover, and before the split between the two S and L lineages, the population Ara–2 evolved a hypermutator phenotype, owing to a defect in a DNA repair gene. The objective of this thesis is to characterize the ecological, physiological and molecular mechanisms that allowed the emergence and stable co-existence of the S and L lineages.First, we used a combination of in vivo and in silico experimental evolution to determine the ecological and physiological drivers of the emergence of the polymorphism. Several ecological mechanisms including tradeoff, seasonality and character displacement are involved in the emergence and long-term persistence of diversity. In particular, we showed that the L lineage secretes acetate which generates a new ecological opportunity that the S lineage exploited. In addition, the S and L lineages became fitter and fitter over time in their respective ecological niches, respectively acetate and glucose. Second, we propagated S and L clones separately to remove competition between the two lineages. In these conditions, frequency-dependent interactions between the S and L clones evolved separately were completely abolished, revealing the importance of competition in the maintenance of the polymorphism. Third, we combined genetic, physiological and biochemical approaches to determine the role of an S-specific mutation that was previously found in arcA, encoding a global regulator, in the emergence of the S and L polymorphism. We showed that the evolved arcA allele conferred to the S lineage the capacity to growth on acetate by increasing the transcription of target genes involved in acetate consumption. During this study, we found an additional mutation, in the acs gene involved in acetate metabolism, that was also involved in the emergence of the S lineage. We further showed that these two mutations were favorable to the S lineage early during its emergence, and that other mutations occurred later that interacted epistatically with the acs and arcA evolved alleles. Therefore, these data showed that the establishment and further maintenance of the S and L polymorphism was a multi-step process involving epistatic interactions between several mutations. Fourth, we identified the long-term dynamics of mutation rates in this divergent population. A first early rise of a hypermutator was followed by a full reversion of this mutator state twice independently in each of the two S and L lineages.The emergence of a long-term bacterial polymorphism reflects a complex restructuration of the metabolic and regulatory networks in the co-existing lineages, resulting in the generation and exploitation of a new ecological opportunity. Competition and evolution of divergent resource consumption were the selective forces driving the maintenance of the polymorphism

La connaissance des caractéristiques métaboliques propres à chaque espèce bactérienne présente un enjeu d'importance tant dans le domaine médical, environnemental que biotechnologique. Ces travaux illustrent l'apport de la RMN dans l'exploration de la diversité du métabolisme bactérien grâce, notamment, à son approche globale et non invasive. Le métabolisme des sucres a été étudié chez Plesiomonas shigelloides, Pasteurella multocida, Aeromonas hydrophila et Escherichia coli. La RMN 13C nous a permis la caractérisation de systèmes de transport, de voies et de flux métaboliques. La RMN 31P nous a permis d'étudier l'évolution de l'état énergétique des cellules, leurs activités enzymatiques et la caractérisation de leurs facteurs de régulation. De nouvelles voies métaboliques ont ainsi pu être décrites. Ces approches ont été appliquées à l'étude de bactéries dans divers états physiologiques : bactéries cultivables, rendues non cultivables et immobilisées dans des gels de silice
Knowledge of metabolic features of each bacterial species is of major interest in the medical, environmental and biotechnological fields. This work shows the contribution made by NMR to the investigation of metabolic diversity notably thanks to its overall and noninvasive approach. Sugar metabolism was studied on Plesiomonas shigelloides, Pasteurella multocida, Aeromonas hydrophila and Escherichia coli. 13C NMR allowed us to characterize transport systems, metabolic pathways and flux. 31P NMR allowed us to study cellular energetic state evolution, enzymatic activities and to characterize regulation factors. Thus, new metabolic pathways could be described. These approaches were applied for the study of bacteria on various states: culturable, nonculturable and encapsulated in silica gel

L’anorexie mentale (AN), un trouble du comportement alimentaire multifactoriel, se traduit par une perte de poids. La sévère dénutrition retrouvée dans l’AN est associée à des altérations métaboliques induisant une dérégulation de l’axe intestin cerveau. Les mécanismes physiopathologiques sont encore mal connus. Le travail de cette thèse était de mieux appréhender les dysfonctions de l’axe intestin cerveau en évaluant le métabolisme protéique de divers tissus (hypothalamus, côlon et estomac) dans un modèle murin d’anorexie par une approche protéomique. Le premier travail a permis de mieux caractériser le modèle d’anorexie nommé activity-based anorexia (ABA) en fonction du sexe. Puis les différentes analyses protéomiques ont permis de constater une adaptation tissu dépendant des mécanismes régulant l’équilibre énergétique, avec une activité cérébrale potentiellement augmentée au détriment des fonctions digestives. Chez les souris femelles ABA, il a été constaté une augmentation d’expression de protéines mitochondriales au niveau de l’hypothalamus et à l’inverse, une diminution du métabolisme protéino-énergétique au niveau colique avec un rôle de la voie de signalisation mTOR. L’autophagie était augmentée dans ces deux tissus. Ensuite, nous avons démontré un ralentissement de la vidange gastrique secondaire à la dénutrition, et l’analyse protéomique a permis de constater une augmentation du stress oxydant au niveau de l’antre des souris ABA femelles. Ces altérations peuvent contribuer aux troubles fonctionnels gastro intestinaux. En conclusion, nos études soulignent des mécanismes d’adaptation tissu dépendants dans l’anorexie, qui devront être ultérieurement approfondis
Anorexia nervosa, a multifactorial eating disorder, is a major public health problem and results in a severe body weight loss. The severe malnutrition observed in anorectic patients is associated with metabolic alterations inducing disturbance of the gut-brain axis. However, involved mechanisms remained poorly understood. The aim of the present thesis was to better understand the alterations of the gut-brain axis in the activity-based anorexia (ABA) model by evaluating the protein metabolism of various tissues (hypothalamus, colon and stomach) by proteomic approach. Firstly, we have better characterized the response to ABA model according to sex. Then, different proteomic analyses were performed using female C57BL/6 mice. Our results revealed a tissue-dependent adaptation of protein and energy metabolism with an increased hypothalamic activity and a decrease in the gastrointestinal tract. Indeed, ABA mice exhibited an increased expression of proteins involved in mitochondrial metabolism at the level of the hypothalamus, and conversely a decrease of proteins involved in protein and energy metabolism in colonic mucosa with a key role of the mTOR signaling pathway. Both in hypothalamus and colon, autophagy was increased. We were also able to show that gastric emptying was delayed in ABA mice that is mainly due to malnutrition. In addition, proteomic analysis revealed an increase in gastric oxidative stress in female ABA mice. These alterations may contribute to the gastrointestinal functional disorders frequently described in anorexia nervosa. In conclusions, our study underlined tissue-dependent adaptive metabolic process during anorexia that should be further explored

Ce travail de thèse a cherché à déterminer si la contamination résiduelle à long terme des sols agricoles par les pesticides induit le développement de mécanismes d’adaptation aux pesticides chez les vers de terre. Il a aussi visé à identifier les coûts potentiels de l’adaptation de l’échelle de l’individu à celle de la population, et les conséquences pour l’écosystème sol. Une contamination résiduelle du sol par les pesticides est mesurée et comparée dans trois champs cultivés en agriculture conventionnelle (classés en fonction de l’historique cultural comme « haut », « moyen » et « bas » niveaux d’intrants), un champ cultivé en agriculture biologique et une prairie permanente biologique, tous dans ce type de management agricole depuis plus de 20 ans. En utilisant une méthode d’extraction des pesticides en milieu aqueux (représentant la fraction « biodisponible » des pesticides), 6, 8 et 4 résidus de pesticides sont détectés dans les champs à « haut », « moyen », et « bas » niveaux d’applications, respectivement, et un seul pesticide dans le sol du champ biologique (un résidu d’atrazine potentiellement vieux de plus de 20 ans). Les deux espèces endogées Allolobophora chlorotica et Aporrectodea caliginosa , communnes dans les sols des 5 champs,- mis à part A. chlorotica qui est absente du champ cultivé en agriculture biologique-, ont servi de modèles biologiques d’étude. Les stratégies d’adaptation aux pesticides sont étudiées en comparant les réponses de ces populations de vers de terre sur le terrain et après des expositions aux pesticides en laboratoire. Les réponses mesurées s’étendent de l’échelle moléculaire (enzymes de biotransformation et du stress oxidatif), biochimique (ressources énergétiques), métabolique (taux de respiration, métabolomique) à l’échelle de l’individu (biomasse, longueur) et de la population (traits de vie des cocons et des juvéniles), et aux possibles conséquences pour l’écosystème sol en termes de bioturbation (creusement et ingestion de sol) et de dissipation des pesticides comme service ecosystémique. Une capacité de détoxification augmentée et un plus grand potentiel anti-oxidant sont observés le long du gradient de contamination du sol et en laboratoire après exposition des vers de terre des champs conventionnel (population « pré-exposée ») et biologique (« naïve) à des pesticides. Des demandes énergétiques et des réarrangements métaboliques différents sont observés dans les deux populations, et sont plus prononcés chez la population pré-exposée. Une adaptation physiologique est démontrée chez les animaux pré-exposés, qui est associée à une ’augmentation de la bioturbation, et en cascade à une dissipation du pesticide dans le sol. Les conséquences au niveau de la population sont étudiées en termes de traits d’histoire de vie des deux populations pré-exposées et naïves. Le management en conventionnel incluant l’utilisation de pesticides semble diminuer le poids des adultes au champ, et implique potentiellement la réallocation des ressources énergétiques, des mécanismes reproductifs vers les processus métaboliques. Ceci aboutit à une diminution de la fécondité et du pourcentage d’éclosion et pourrait être un facteur participant à la diminution des populations de vers de terre dans les champs cultivés avec utilisation de produits phytosanitaires
This work investigated if long-term residual contamination of agricultural soils leads to adaptation of earthworm populations to pesticides. It also aimed at identifying the costs of adaptation from the individual to the population level, and the consequences for the ecosystem. Residual contamination by pesticides was assessed and compared in three fields under conventional management (classified after evaluation of pesticide applications as ''high-'', ''medium-'', and ''low-''pesticide input), one field under organic agriculture requirements and one organic permanent pasture, all in this type of management for more than 20 years. Using a water extraction method, as indicative of the amount of bioavailable pesticides 6, 8 and 4 residues of pesticides were recovered in the ''high-'', ''medium-'', and ''low-input'' fields, respectively, and almost no pesticides were detected in the soil of the organic field except for low levels of residual (possibly 20 years old) atrazine. The endogeic species Aporrectodea caliginosa and Allolobophora chlorotica were found in common to the five fields, -except A. chlorotica which was absent from the organic field-, and were used as biological models. Adaptation strategies were investigated by comparing the populations of these earthworms between the different fields according to several endpoints in field and laboratory assessments. The endpoints measured ranged from the molecular (biotransformation and anti-oxidant enzymes), biochemical (main energy resources), and metabolic (respiration rate, metabolomics) levels, to individual (weight, length) and population-related parameters (cocoon and juvenile life traits), and to the possible consequences for the ecosystem in terms of bioturbation (earthworm burrowing behaviour) and pesticide disappearance as an crucial ecosystem service. Enhanced detoxification and anti-oxidant potential was demonstrated along the gradient of contamination in the fields, and in particular comparing the response to an experimental pesticide exposure between the pre-exposed, thus possibly adapted earthworms from the ''high-input'' field-, and the naïve population from the organic field. Distinct energetic demands and metabolic rearrangements were observed between the populations, more pronounced in the pre-exposed earthworms. Physiological adaptation was demonstrated in pre-exposed animals, and this was associated with an increase in burrowing behaviour and pesticide disappearance in the soil. Population-level consequences were assessed in life traits of the two populations. The conventional farming including the use of pesticides decreased the weight of adult worms in the field and resulted in reallocation of energy resources, possibly from reproductive to metabolic function. This led to lower fecundity and hatching success and could partly explain lower earthworm densities in pesticide-impacted soils
I dette arbejde blev der forsket i om langsigtet residualforurening af landbrugsjord fører til pesticidadaptation hos regnorme. Forskningen sigtede også efter at identificere adaptations-omkostningerne fra individ- til populationsniveau, og konsekvenserne for økosystemet. Pesticiders residualforurening blev vurderet og sammenlignet i; tre konventionelt styrede marker (klassificeret efter evaluering af pesticid-anvendelser som ”højt-”, ”medium-”, og ”lav-input”), en mark styret ud fra økologiske betingelser, og et økologisk permanent græsningsareal, alle havde været styret på denne måde i mere end 20 år. Ved hjælp af en vand-ekstraktionsmetode blev 6,8 og 4 pesticidresiduums udvundet i henholdsvis ”høj-”, ”medium-”, og ”lav-input” markerne, og næsten ingen pesticider blev detekteret i jorden fra den økologiske mark bortset fra lave niveauer af resterende (højst sandsynligt 20 år gammelt) atrazin. Regnorms-populationerne Aporrectodea caliginosa og Allolobophora chlorotica blev fundet i alle fem marker, bortset fra A. chlorotica som ikke var til stede i den økologiske mark. Adaptationsstrategier blev undersøgt ved at sammenligne populationerne af disse regnorme de forskellige marker imellem ifølge flere parametre i felt- og laboratoriebedømmelserne. De målte parametre rangerede fra molekylære- (biotransformation og antioxiderende enzymer), biokemiske- (primære energiressourcer), og metaboliske- (respirationsrate, metabolomics) niveauer, til individuelle- (vægt, længde) og populations-relaterede parametre (puppe og juvenile livskarakterer), og til de mulige konsekvenser for økosystemet med hensyn til bioturbation (regnormes grave-adfærd) og nedgang i koncentrationen af ekstraherbare pesticider. Forbedret afgiftnings- og antioxiderende potentiale blev demonstreret langs gradienten af pesticid forurening i felten. Forbedret afgiftning i den pre-eksponerede population var særdeles tydeliggjort ved eksponeringen til pesticider i laboratoriet sammenliget med den økologiske population. Der blev observeret distinkte energibehov og metabolisk omgruppering populationerne imellem, dette var mere udtalt hos de pre-eksponerede regnorme. Der blev detekteret fysiologiske adaptationer hos de pre-eksponerede dyr, og dette hang sammen med en kompensatorisk øgning i grave-adfærd og nedgang i koncentrationen af ekstraherbare pesticider i jorden. Konsekvenser, på populationsniveau, blev bedømt ud fra de to populationers livskarakterer. Brug af pesticider resulterede i vægtnedgang hos de voksne orme i felten og omfordeling af energiressourcer, formodentlig fra reproduktiv til metabolisk funktion. Dette førte til lavere frugtbarhed og udklæknings-succes og kunne til dels forklare de lavere regnorme-densiteter i den pesticid-påvirkede jord

La compréhension des mécanismes physiologiques mis en jeu en réponse à l’hypoxie aigüe et chronique ainsi que leur retentissement global sur l’énergétique cardiaque nécessite l’application d’approches globales. L’approche intégrative développée par notre équipe, l’Analyse Modulaire du Contrôle (MoCA) permet une description quantitative de l’ensemble des interactions au sein d’un système biologique complexe décomposé en différents modules liés par des intermédiaires communs, ce qui en fait un outil puissant pour l’étude des interactions au sein de l’énergétique cardiaque, normale ou pathologique. Dans cette thèse, MoCA a été appliquée sur des coeurs isolés de souris contrôles et de souris soumises à une hypoxie chronique de 21 jours, perfusés en conditions d’oxygénation normale ou avec un milieu dont la concentration en oxygène dans le milieu a été réduite. Après exposition à l’hypoxie chronique, les coeurs sont caractérisés par une réponse (élasticité) plus importante des processus d’apport en énergie face à une variation des intermédiaires énergétiques (PCr, ATP, Pi), et ceci malgré une diminution de la masse mitochondriale. De plus, contrairement aux coeurs sains, aucune modi?cation de l’activité contractile et de la concentration d’intermédiaires énergétiques n’a été mesurée sur les coeurs hypoxiques après diminution de la concentration en oxygène dans le milieu de perfusion. Ces résultats suggèrent une adaptation fonctionnelle de l’ensemble de la bioénergétique cardiaque après exposition à l’hypoxie chronique, l’augmentation de l’élasticité des processus d’apport en énergie permettant de compenser en partie les altérations énergétiques induites par un dé?cit en oxygène
An important issue in the comprehension of the link between molecular events developed in pathologies such as chronic hypoxia adaptation, is the development of new experimental strategies aimed at the study of the integrated organ physiology. Our Modular Control Analysis (MoCA), gives quantitative information on the internal control and regulation of integrated heart energetics on the basis of a supply-demand system and is therefore of particular interest to better understand the overall effect as well as the relative importance of the various modi?cations developed during pathologies. In this thesis, MoCA was applied on isolated hearts of control and chronic hypoxic mice perfused with high or low oxygen in the medium. Despite a severe mitochondrial alteration after chronic hypoxia exposure, a surprizing higher response of energy supply (elasticity) to energetic intermediates changes (PCr, ATP, Pi) was detected in chronic hypoxic hearts. Moreover, chronic hypoxic hearts energetics was unchanged by oxygen reduction while a strong concomitant decrease in heart contractile activity and in PCr concentration, was measured in control hearts. As suggested by these results, this increase in energy-supply elasticity could be considered as an adaptive mechanism developed after chronic hypoxia counteracting hypoxia-induced altered cardiac energetics

L'évolution pondérale des diabétiques de type 2 (DT2) est particulière avec une propension à prendre du poids sous insuline, et à l'inverse des difficulés à en perdre lors des programmes de réduction pondérale. Nos résultats montrent qu'après un an de traitement par insuline la prise de poids est faite préférentiellement de masse maigre et suggèrent qu'elle n'augmente pas le risque vasculaire. Nos résultats montrent également qu'au stade précoce de leur maladie, les DT2 peuvent perdre la même quantité de poids que les obèses et que dans les deux cas il n'a pas d'adaptation du métabolisme énergétique corps entier ou mitochondrial pouvant expliquer le plateau pondéral observé à partir du cinquième mois. Il n'y a pas non plus d'adaptation particulière du métabolisme énergétique chez les DT2, leur métabolisme de base n'étant pas différent de celui des obèses à poids stable comme après perte de poids et l'insulinorésistance n'est pas un déterminant du métabolisme énergétique
Weight change in type 2 diabetic patients (T2D) is distinctive with an inclination towards weight gain with insulin, and conversely a difficulty in weight loss in weight reduction programmes. Our results show that after one year of insulin treatment, resultant weight gain is composed primarly of fat-free mass and it appears not to incrase cardivascular risk. Our results also show that in the early stage of their disease, T2D lose the same amount of weight as obese nondiabetic patients and that in both cases there is non whole body or mitochondrial energy metabolism adaptation that can explain the stabilisation of weight observed from the 5th month onwards. Furthermore, there is no specific adaptation of energy metabolism in T2D as their basal metabolism is not any different to that of obese nondiabetic patients or after weight loss. Insulin resistance is not a determinant of energy metabolism

Le métabolisme central de la souche E. coli MG1655 Δpgi ΔudhA Δedd Δqor a été rationnellement modifié afin de produire deux moles de NADPH et deux moles de NADH lors de l’oxydation du glucose en acétyl-CoA, alors qu’une souche sauvage produit quatre moles de NADH. La conséquence de cette modification est une forte diminution de son taux de croissance sur milieu minimum et glucose. Afin d’évaluer les aptitudes de cette souche à s’adapter à un tel stress métabolique, son évolution in vivo a été forcée lors de cultures par repiquages successifs sur glucose. Ainsi, après quatre cultures d’évolution un clone pur a été réisolé et caractérisé : un taux de croissance multiplié par six par rapport à la souche non évoluée a été mesuré. L’analyse par CGS (Séquençage par comparaison de génomes) a permis de corréler l’augmentation du taux de croissance à l’apparition d’une mutation, NuoF*(E183A), dans la sous-unité NuoF du complexe respiratoire I, complexe NADH-dépendant. Des études biochimiques et physiologiques de l’impact de cette mutation ont permis de démontrer que le complexe I évolué peut oxyder à la fois le NADPH et le NADH, créant ainsi une nouvelle voie d’oxydation du NADPH dans la cellule. L’évolution in vivo a ensuite été poursuivie au cours de onze repiquages et un nouveau clone pur a été réisolé et caractérisé : un taux de croissance proche de la souche sauvage et onze fois supérieur à celui de la souche non évoluée a alors été mesuré. L’analyse par CGS a permis cette fois de corréler l’augmentation du taux de croissance à l’apparition de deux mutations : NuoF*(E183A) et d’une deuxième dans la sous-unité α de l’ARN polymérase, rpoA*. Enfin, une deuxième souche E. coli MG1655 ΔpfkAB ΔudhA Δedd Δqor a été construite afin de détourner son métabolisme pour produire cette fois trois moles de NADPH et une mole de NADH lors de l’oxydation du glucose en acétyl-CoA. Cette souche étant incapable de se développer en milieu liquide et glucose, une étape de criblage en milieu solide et glucose a permis de sélectionner des clones capables de croître sur glucose. Tous ces clones possédaient soit la mutation NuoF*(E183A), soit une nouvelle mutation NuoF*(E183G), dont la caractérisation biochimique a montré que les deux enzymes évoluées permettent l’oxydation du NADPH par la chaîne respiratoire. Le phénomène d’évolution in vivo a conduit à la création d’une nouvelle fonction pour le NADPH qui n’est plus seulement impliqué dans les réactions de synthèse anabolique mais qui peut être utilisé pour produire directement de l’énergie catabolique. La compréhension globale du phénomène d’évolution a finalement permis la conception de nouvelles souches adaptées pour la production NADPH-dépendante de composés chimiques d’intérêt
Bacterial metabolism is characterized by robustness and plasticity that allow it to adjust too many metabolic perturbations. This present work demonstrates Escherichia coli abilities of evolution and adaptation under stress of NADPH accumulation. We constructed the E. coli MG1655 Δpgi::FRT ΔudhA::FRT Δedd::FRT Δqor::FRT strain where central metabolism has been rationally engineered to produce two mol of NADPH and two mol of NADH during the oxidation of glucose to acetyl-CoA, while a wild-type strain produces 4 mol of NADH per mole of glucose. Consequently, this strain presents a weak growth on glucose mineral medium. So as to evaluate bacterial abilities to overcome such metabolic stress, in vivo evolution of this strain has been forced in laboratory by serial transfer subcultures. After four evolution subcultures, an individual clone has been characterized by a six fold increased growth rate compared to non-evolved strain. CGS (Comparative Genome Sequencing) analysis allowed us to correlate growth improvement with one mutation apparition in respiratory complex: NuoF*(E183A) in NuoF subunit from the NADH dependant complex I. Further biochemical and physiological studies demonstrated that the evolved respiratory complex is able to oxidize both NADH and NADPH, resulting in a new NADPH reoxydation pathway in the cell. In vivo evolution experiments were then continued until eleven subcultures, where a new individual clone has been characterized by an eleven fold increased growth rate compared to non-evolved strain. Additional CGS analysis allowed us to correlate growth improvement with apparition of two mutations: NuoF*(E183A) and another mutation within the RNA polymerase alpha subunit, rpoA*. Thus, a second E. coli MG1655 ΔpfKA::FRT ΔpfKB::FRT ΔudhA::FRT Δedd::FRT Δqor::FRT strain has been rationally engineered to produce three mol of NADPH and one mole of NADH per mole of glucose oxidized to acetyl-coA. As this train was unable to growth in liquid glucose mineral medium, we performed a solid-state screening on glucose mineral medium that led to two different types of NuoF mutations in strains having recovered growth capacity. In addition to the previously seen E183A mutation other clones showed an E183G mutation, both having NADH and NADPH oxidizing ability. This result highlights need of this new NADPH reoxydation pathway for NADPH accumulating cells. This solution creates a new function for NADPH that is no longer restricted to anabolic synthesis reactions but can now be also used to directly produce catabolic energy. Finally, global understanding of evolution process allowed conception of new engineered strains, well designed for NADPH dependant production of chemicals of interest

L'acclimatation au froid chez les plantes est un processus dynamique qui nécessite un apport énergétique indispensable à l'induction de la tolérance au gel. Cette énergie est fournie par l'augmentation de la capacité photosynthétique durant l'acclimatation au froid à la suite d'une reprogrammation globale des enzymes photosynthétiques et respiratoires. Par ailleurs, des études ont déjà démontré une augmentation de biomasse chez les variétés de blé d'hiver et de printemps, en réponse au froid et à une concentration élevée de CO₂. Afin d'élucider le mécanisme impliqué dans la régulation énergétique durant l'acclimatation au froid et le rôle d'une concentration élevée de CO₂, nous avons entrepris d'étudier l'implication de plusieurs enzymes clés de la photosynthèse et de la respiration, en réponse aux basses températures durant la croissance chez deux variétés de blé : Norstar, une variété d'hiver et Katepwa, une variété de printemps. Parmi les enzymes régulées à la hausse, on a identifié la cytochrome c oxydase (COX II), une enzyme clé impliquée dans la synthèse d'ATP an niveau de la mitochondrie. Nos résultats ont révélé qu'en réponse au froid, la teneur en protéines solubles totales a augmenté de 39% et 83% respectivement chez Katepwa et Norstar après 30 jours. Au cours de l'acclimatation au froid (4°C), on observe une forte accumulation des protéines COX II chez Norstar (très tolérant au gel) et une faible accumulation de ces protéines chez Katepwa (sensible au gel). Nos résultats ont aussi montré une augmentation de l'activité cytochrome c oxydase chez les 2 variétés. En effet, on observe une hausse de 1,5 fois chez les plantes Norstar acclimatées au froid comparativement à leur témoin (20°C), alors que cette hausse est de 40% chez Katepwa. Ces données montrent qu'il existe une corrélation entre la tolérance au froid et l'accumulation des protéines COX II. Par ailleurs, une exposition des plantes de Norstar à une concentration élevée de CO₂ (770 ppm) durant 80 heures entraîne une réduction de l'activité cytochrome c oxydase de 20% chez les plantes non acclimatées et de 50% chez les plantes acclimatées au froid. Cependant, une exposition chronique des plantes de Norstar à une concentration élevée de CO₂ entraîne une hausse de l'activité cytochrome c oxydase de 40% chez les non acclimatées et 50% chez les acclimatées. Chez Katepwa, cette hausse est de 30% aussi bien chez les plantes acclimatées au froid que chez les plantes non acclimatées. En réponse à une concentration élevée de CO₂, la cytochrome c oxydase s'exprime de manière différentielle entre les deux variétés de blés étudiées. En conclusion, la cytochrome c oxydase est régulée par le CO₂ et le froid chez le blé et intervient probablement dans la tolérance au CO₂. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : cytochrome c oxydase, acclimatation, CO₂, froid, Triticum aestivum L.