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Human aging creates a breeding grounds for the development of conditions that get more common as we get older. In order to slow or delay the onset of physiological or pathological effects of aging process, different research strategies can be developed. Thus, in the context of this PhD work, several marine sponges collected in Mayotte, were evaluated for their capacity to produce metabolites with anti-aging properties. The evaluation of biological activities was carried out on the following biological targets: elastase and tyrosinase (skin aging), CDK7 and proteasome (cancers), Fyn kinase (Alzheimer's disease), catalase (oxidative stress) and sirtuin 1 (different biological functions). Because of their biological activities, the marine sponges Lendenfeldia sp. and Scopalina hapalia were selected for chemical studies. The extraction, isolation and identification were undertaken by various chromatographic (MPLC, HPLC ...) and spectroscopic (HRMS, 1D and 2D NMR) techniques. Twenty metabolites belonging to the chemical classes of alkylglycerols, butenolides, diketopiperazines, epidioxysterols, phospholipids and polybromodiphenyl ethers were isolated from these sponges. It should be noted that four new metabolites of new structures were isolated from S. hapalia whose chemical composition has been little studied up until now. Furthermore, there is a paucity of information on its microbial community and its potential for bioactive metabolites production. The bacterial community associated with S. hapalia was therefore characterized by a targeted metagenomic approach. This study shed light on a diverse community highly dominated by Proteobacteria followed by Cyanobacteria, Bacteroidetes, Planctomycetes as well as Actinobacteria. The use of cultivation approach allowed the isolation of microorganisms affiliated to genera Bacillus, Micromonospora, Salinispora, Rhodococcus, Aspergillus, Chaetomium and Nigrospora. Finally, the potential of isolated microorganisms to produce bioactive molecules was investigated in two steps: 1) by implementing conventional culture techniques coupled with in situ recovery of the molecules produced by the microorganisms, 2) by screening the produced crude extracts from thirty isolates for anti-aging activities. The results highlighted fifteen promising microorganisms producing bioactive metabolites with various anti-aging activities., Le vieillissement du corps humain crée un terrain propice au développement de certaines pathologies. Afin de ralentir ou retarder l’apparition des effets physiologiques normaux ou pathologiques liés à l’âge, différentes stratégies de recherche peuvent être développées. Aussi, dans le cadre de cette thèse, plusieurs éponges marines, collectées à Mayotte, ont été évaluées pour leur capacité à produire des métabolites aux propriétés anti-âge. L’évaluation des activités biologiques a été menée sur les cibles suivantes : élastase et tyrosinase (vieillissement cutané), CDK7 et protéasome (cancers), Fyn kinase (maladie d’Alzheimer), catalase (stress oxydant) et sirtuine 1 (différentes fonctions biologiques). Les éponges Lendenfeldia sp. et Scopalina hapalia, en raison de leurs activités biologiques, ont été sélectionnées pour des études chimiques. L'extraction, l'isolement et l'identification de leurs métabolites ont été entrepris par différentes techniques chromatographiques (CLMP, CLHP…) et spectroscopiques (SMHR, RMN 1D et 2D). Vingt métabolites appartenant aux classes chimiques des alkylglycérols, des buténolides, des dicétopipérazines, des épidioxystérols, des phospholipides ainsi que des polybromodiphényléthers ont été isolés de ces deux éponges. Il est à noter que quatre métabolites de structures nouvelles ont été isolés de S. hapalia dont la composition chimique n’avait été jusqu’à ce jour que très peu étudiée. Par ailleurs, peu d’études portant sur la caractérisation et le potentiel de production de métabolites d’intérêts de la communauté microbienne associée à S. hapalia ont été retrouvées dans la littérature. Dans cette thèse, la communauté bactérienne de cette éponge a été caractérisée, par une approche de métagénomique ciblée. Cette étude a mis en lumière une communauté majoritairement dominée par les Protéobactéries suivis par les Cyanobactéries, les Bacteroidetes, les Planctomycètes ainsi que les Actinobactéries. L’étude de la diversité microbienne cultivable a permis l’isolement de microorganismes appartenant aux genres Bacillus, Micromonospora, Salinispora, Rhodococcus, Aspergillus, Chaetomium et Nigrospora. Enfin, trente microorganismes ont été caractérisés pour leur capacité à produire des molécules bioactives en mettant en œuvre les techniques de culture classique couplées à une récupération in situ des molécules produites par les microorganismes. L’évaluation des activités anti-âge des extraits produits a été réalisée par un criblage sur les sept cibles biologique étudiées. Quinze souches différentes ont été identifiées comme prometteuses pour la recherche de métabolites aux différentes propriétés anti-âge.

Impairment of physiological functions of the endoplasmic reticulum (ER) induces the so-called ER stress. ER stress has been implicated in many cardiovascular diseases including ischemic heart, hypertrophy and heart failure. To overcome the deleterious effect of ER stress, an evolutionarily conserved adaptive response known as Unfolded Protein Response (UPR) is activated in order to restore ER homeostasis and promote cell survival. Nevertheless, in the case of prolonged or severe ER stress, apoptotic cell death is ultimately activated to eliminate stressed cells, thus contributing to the development of the pathology. The modulation of ER stress response, in order to reduce cardiomyocyte apoptosis, thus appears as a promising therapeutic strategy for such pathologies. During my Ph.D thesis, I studied the modification that occur during ER stress response in the heart and the role of the sirtuine 1 (SIRT1) in the modulation of this response. SIRT1 is a deacetylase activated in response to many cardiac stresses to promote cell survival. First, we showed that ER stress induces important structural modifications of cardiomyocytes and in particular an increase in contact sites between ER and mitochondria associated with an alteration of the mitochondrial function. Secondly, using a cell line (H9c2), freshly isolated adult rat ventricular cardiomyocytes and SIRT1-KO mice, we demonstrated in vitro and in vivo (i) that SIRT1 is activated and plays a cardioprotective role in ER stress response, (ii) that SIRT1 attenuates the UPR by specifically regulating the PERK pathway, and (iii) that SIRT1 modulates PERK axis by deacetylating the translation initiation factor, eIF2on two lysine residues. Collectively, our results provide the first evidence that SIRT1 modulates ER stress-induced apoptosis in the heart and suggest that this deacetylase may represent a therapeutic target to prevent apoptosis in cardiac pathologies associated to ER stress.; Des altérations de fonctions physiologiques du réticulum endoplasmique (RE) induisent un processus appelé stress RE. Dans le domaine cardiovasculaire, plusieurs travaux ont montré que le stress RE contribue au développement de la majorité des pathologies cardiaques. En réponse au stress RE, la réponse UPR (Unfolded Protein Response) est activée afin de restaurer l’homéostasie du RE et de permettre la survie de la cellule. Néanmoins, dans le cas d’un stress RE excessif ou prolongé, les altérations ne pouvant plus être compensées, la cellule est éliminée par apoptose contribuant au développement de la pathologie cardiaque. Une thérapie prometteuse pour lutter contre ce type de pathologie consisterait donc à moduler la réponse au stress RE afin d’inhiber l’apoptose des cardiomyocytes. Au cours de ma thèse, je me suis intéressé aux modifications induites en réponse au stress RE dans le cœur et au rôle de la sirtuine 1 (SIRT1) dans la modulation de cette réponse. SIRT1 est une déacétylase activée par différents stress cardiaques et connue pour favoriser la survie cellulaire. D’une part, j’ai mis en évidence que le stress RE induit une modification importante de l’architecture des cardiomyocytes et en particulier une augmentation des contacts RE/mitochondries associée à une altération de la fonction mitochondriale. D’autre part, en utilisant une lignée cellulaire (H9c2), des cardiomyocytes de rat adulte et des souris invalidées pour SIRT1, j’ai démontré in vitro et in vivo (i) que SIRT1 est activée et joue un rôle cardioprotecteur en réponse au stress RE, (ii) que SIRT1 limite la réponse UPR en régulant spécifiquement la voie PERK, et (iii) que SIRT1 régule la voie PERK en déacétylant le facteur d’initiation de la traduction, eIF2 sur deux résidus lysine. Ces résultats montrent donc pour la première fois que SIRT1 est impliquée dans la régulation de la réponse apoptotique au stress RE des cardiomyocytes et suggèrent que cette déacétylase serait une cible thérapeutique intéressante pour prévenir l’apoptose dans les pathologies cardiaques liées au stress RE.

Sirt1 (Sirtuin 1) is a NAD+-dependent histone deacetylase, which stimulates gluconeogenesis and inhibits glycolysis in the liver, and which increases fatty acid oxidation in skeletal muscle. The aim of this thesis was to define the metabolic functions of Sirt1 in skeletal muscle. We first showed, using a mouse model lacking the Sirt1 gene, that Sirt1 regulated expression of hexokinase II and SREBP-1c, a protein that regulates hexokinase expression. In addition, a model of gene electrotransfer allowed us to show that Sirt1 regulated expression of SREBP-1c in a LXR-dependent manner. Finally, inhibition of Sirt1 by EX527 resulted in a decrease of glucose consumption in C2C12 myotubes. Taken together, these data suggest an important role of Sirt1 in the regulation of glucose metabolism in skeletal muscle. Secondly, we determined the potential role of Sirt1 during fasting in C2C12 myotubes. Fasting resulted in an increase in cathepsin B + L activity and a dephosphorylation of AktS473, GSK3S21/S9, p70S6KT412 and S6 S235/S236 preceding a myotubes atrophy. Refeeding led to a rephosphorylation of these proteins and a return to normal size of myotubes. However, cathepsin B + L activity remained elevated. Finally, the level of Sirt1 mRNA was transiently increased during refeeding. Other measures of proteolytic pathways and Sirt1 activity markers will be determined. Our data and those of the literature suggest that Sirt1 could play a role in autophagyregulation during fasting. To conclude, this thesis highlights a role for Sirt1 in the regulation of glucose metabolism in skeletal muscle and provides new perspectives in the study of regulation of this metabolism in pathological conditions; Sirt1 (Sirtuine 1) est une protéine histone déacétylase dépendante de NAD+ qui stimule la néoglucogénèse et inhibe la glycolyse dans le foie, et qui augmente l’oxydation des acides gras dans le muscle strié squelettique. Le but de ce travail de thèse a été de définir les fonctions métaboliques de Sirt1 dans le muscle strié squelettique. Nous avons tout d’abord montré, à l’aide d’un modèle de souris déficientes pour le gène Sirt1, que Sirt1 régulait l’expression de l’hexokinase II et de SREBP-1c, protéine régulatrice de l’expression de l’hexokinase. De plus, un modèle d’électrotransfert de gènes permettait de mettre en évidence que Sirt1 régulait l’expression de SREBP-1c de façon LXR dépendante. Enfin, l’inhibition de Sirt1 par l’EX527 aboutissait à une diminution de la consommation de glucose chez des myotubes C2C12. Prises ensemble, ces données suggèrent un rôle important de Sirt1 dans la régulation du métabolisme du glucose dans le muscle strié squelettique. Dans un second temps, nous avons déterminé le rôle potentiel de Sirt1 lors d’un jeûne chez des myotubes C2C12. Un jeûne entraînait une augmentation de l’activité cathepsine B + L et une déphosphorylation des protéines AktS473, GSK3S21/S9, p70S6KT412 et S6 S235/S236 qui précédait une amyotrophie des myotubes. La renutrition aboutissait à une rephosphorylation de ces protéines et à un retour à la normale de la taille des myotubes. L’activité cathepsine B + L restait cependant élevée. Enfin, le niveau en ARNm de Sirt1 était augmenté de façon transitoire lors de la renutrition. D’autres mesures de marqueurs des voies protéolytiques et de l’activité de Sirt1 sont à envisager. Nos données ainsi que celles de la littérature suggèrent que Sirt1 pourrait avoir un rôle dans la régulation de l’autophagie lors du jeûne. Pour conclure, ce travail de thèse met en évidence un rôle pour Sirt1 dans la régulation du métabolisme du glucose dans le muscle strié squelettique et apporte de nouvelles perspectives dans l’étude de la régulation de ce métabolisme en conditions pathologiques

Sirt1 (Sirtuin 1) is a NAD+-dependent histone deacetylase, which stimulates gluconeogenesis and inhibits glycolysis in the liver, and which increases fatty acid oxidation in skeletal muscle. The aim of this thesis was to define the metabolic functions of Sirt1 in skeletal muscle. We first showed, using a mouse model lacking the Sirt1 gene, that Sirt1 regulated expression of hexokinase II and SREBP-1c, a protein that regulates hexokinase expression. In addition, a model of gene electrotransfer allowed us to show that Sirt1 regulated expression of SREBP-1c in a LXR-dependent manner. Finally, inhibition of Sirt1 by EX527 resulted in a decrease of glucose consumption in C2C12 myotubes. Taken together, these data suggest an important role of Sirt1 in the regulation of glucose metabolism in skeletal muscle. Secondly, we determined the potential role of Sirt1 during fasting in C2C12 myotubes. Fasting resulted in an increase in cathepsin B + L activity and a dephosphorylation of AktS473, GSK3S21/S9, p70S6KT412 and S6 S235/S236 preceding a myotubes atrophy. Refeeding led to a rephosphorylation of these proteins and a return to normal size of myotubes. However, cathepsin B + L activity remained elevated. Finally, the level of Sirt1 mRNA was transiently increased during refeeding. Other measures of proteolytic pathways and Sirt1 activity markers will be determined. Our data and those of the literature suggest that Sirt1 could play a role in autophagyregulation during fasting. To conclude, this thesis highlights a role for Sirt1 in the regulation of glucose metabolism in skeletal muscle and provides new perspectives in the study of regulation of this metabolism in pathological conditions; Sirt1 (Sirtuine 1) est une protéine histone déacétylase dépendante de NAD+ qui stimule la néoglucogénèse et inhibe la glycolyse dans le foie, et qui augmente l’oxydation des acides gras dans le muscle strié squelettique. Le but de ce travail de thèse a été de définir les fonctions métaboliques de Sirt1 dans le muscle strié squelettique. Nous avons tout d’abord montré, à l’aide d’un modèle de souris déficientes pour le gène Sirt1, que Sirt1 régulait l’expression de l’hexokinase II et de SREBP-1c, protéine régulatrice de l’expression de l’hexokinase. De plus, un modèle d’électrotransfert de gènes permettait de mettre en évidence que Sirt1 régulait l’expression de SREBP-1c de façon LXR dépendante. Enfin, l’inhibition de Sirt1 par l’EX527 aboutissait à une diminution de la consommation de glucose chez des myotubes C2C12. Prises ensemble, ces données suggèrent un rôle important de Sirt1 dans la régulation du métabolisme du glucose dans le muscle strié squelettique. Dans un second temps, nous avons déterminé le rôle potentiel de Sirt1 lors d’un jeûne chez des myotubes C2C12. Un jeûne entraînait une augmentation de l’activité cathepsine B + L et une déphosphorylation des protéines AktS473, GSK3S21/S9, p70S6KT412 et S6 S235/S236 qui précédait une amyotrophie des myotubes. La renutrition aboutissait à une rephosphorylation de ces protéines et à un retour à la normale de la taille des myotubes. L’activité cathepsine B + L restait cependant élevée. Enfin, le niveau en ARNm de Sirt1 était augmenté de façon transitoire lors de la renutrition. D’autres mesures de marqueurs des voies protéolytiques et de l’activité de Sirt1 sont à envisager. Nos données ainsi que celles de la littérature suggèrent que Sirt1 pourrait avoir un rôle dans la régulation de l’autophagie lors du jeûne. Pour conclure, ce travail de thèse met en évidence un rôle pour Sirt1 dans la régulation du métabolisme du glucose dans le muscle strié squelettique et apporte de nouvelles perspectives dans l’étude de la régulation de ce métabolisme en conditions pathologiques

Neurodegenerative diseases are more and more prevalent in our aging societies. A rapid overview of the etiology of many neurodegenerative diseases like Alzheimer, Parkinson, Huntington disease and amyotrophic lateral sclerosis suggests a tight link with mitochondrial dysfunction. Since it has been recently demonstrated that activation of the SIRT1/PGC-1 pathway, in a metabolic context promotes mitochondrial function, we performed a detailed literature review on the implication of this pathway in neurodegeneration. Interestingly, transgenic mice with impaired PGC-1 expression have neurodegenerative lesions and show behavioural abnormalities. As evidenced from independent investigations, enhanced SIRT1 activity has been demonstrated to protect against axonal degeneration and to decrease the accumulation of amyloid beta peptides, the hallmark of Alzheimer disease, in cultured murine embryonic neurons. In addition, several studies suggest that resveratrol, a specific activator of SIRT1, could have protective effects in animal models of neurodegenerative diseases. Taken together, these results strongly suggest that the modulation of the SIRT1/PGC-1 pathway, which has not been well documented in the central nervous system, could become the cornerstone for new therapeutical approaches to combat neurodegeneration.