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Depuis quelques années déjà, les études se penchent de plus en plus sur la place que tient notre intestin au sein de notre organisme. Il s’agit d’un véritable écosystème dynamique formé par le trio intestin-microbiote-système immunitaire, aidé par le système nerveux entérique. Le fonctionnement de cette barrière unique en son genre est particulier : en effet elle doit être à la fois « perméable » pour permettre le passage de nutriments et de molécules, mais elle doit aussi faire efficacement barrage aux potentiels pathogènes et toxiques auxquels elle est quotidiennement exposée. Malgré les nombreuses lignes de défense mises en place, l’intégrité de la barrière intestinale peut-être mise à mal par de nombreux facteurs, ce qui se traduit par l’apparition d’une hyperperméabilité intestinale. Les potentielles aptitudes de la glutamine à « réparer » la barrière intestinale constituent un sujet d’étude qui demeure débattu aujourd’hui. Au comptoir, le pharmacien doit savoir repérer les patients qui pourraient bénéficier d’un complément à base de glutamine visant à rétablir une perméabilité intestinale fonctionnelle, mais aussi savoir leur expliquer ce syndrome et encourager le patient à améliorer son alimentation au travers de recommandations nutritionnelles. L’écosystème intestinal, complexe mais essentiel à l’équilibre de notre santé, n’a pas fini d’être étudié. Beaucoup de mécanismes restent encore à être élucidés et nous pouvons espérer que leur compréhension permettra des avancées thérapeutiques.

International audience; The development of nanotechnologies is leading to greater abundance of engineered nanoparticles (EN) in the environment, including in the atmospheric air. To date, it has been shown that the most prevalent EN found in the air are silver (Ag), titanium dioxide (TiO2), titanium (Ti), and silicon dioxide (SiO2). As the intestinal tract is increasingly recognized as a target for adverse effects induced by inhalation of air particles, the aim of this studywas to assess the impact of these 4 atmospheric EN on intestinal inflammation and microbiota. We assessed the combined toxicity effects of Ag, Ti, TiO2, and SiO2 following a 28-day inhalation protocol in male and female mice. In distal and proximal colon, and in jejunum, EN mixture inhalation did not induce overt histological damage, but led to a significant modulation of inflammatory cytokine transcript abundance, including downregulation of Tnfα, Ifnγ, Il1β, Il17a, Il22, IL10, and Cxcl1 mRNA levels in male jejunum. A dysbiosis was observed in cecal microbiota of male and female mice exposed to the EN mixture, characterized by sex-dependent modulations of specific bacterial taxa, as well as sex-independent decreased abundance of the Eggerthellaceae family.Under dextran sodium sulfate-induced inflammatory conditions, exposure to the EN mixture increased the development of colitis in both male and female mice. Moreover, the direct dose-response effects of individual and mixed EN on gut organoids was studied and Ag, TiO2, Ti, SiO2, and EN mixture were found to generate specific inflammatory responses in the intestinal epithelium. These results indicate that the 4 most prevalent atmospheric EN could have the ability to disturb intestinal homeostasis through direct modulation of cytokine expression in gut epithelium, and by altering the inflammatory response and microbiota composition following inhalation

At 20th century, the beginnings of globalization, urbanization, modernization and significantindustrialization have been done. Society has evolved and changed, becoming a modern,industrial, innovative society in chemical, biological and mechanical creations. The society ofthe 21st century is a source of technical, technological innovations, revolutionizing the world.Human has used of these new techniques and technologies inducing environmental alterations. Air pollution is one of these, and present various origins from industries, road traffic. Air pollution contains different pollutant, as PM, gazous constituents, manufactured nanoparticles. These pollutants released in the atmosphere have an impact on the environment and on Human Health, which has become a Public Health problem.In recent years, there has been an increase of hospitalization following episodes of air pollution. An increase of the prevalence of respiratory, cardiovascular, metabolic and neuronal diseases is observed across the globe. In addition, an increase of cases of Inflammatory Bowel Disease related to episodes of air pollution is observed. These diseases include Crohn's disease and Ulcerative Colitis, which are autoimmune. Patients present inflammation of part of the digestive tract, due to deregulation of the intestinal immune system. Their causes are multifactorial. It seems that 20% is of genetic origin and the rest would have an environmental origin.In this scientific context, studying and understanding the effects of exposure to air pollution on the development and pathogenesis of IBD seems to be very interesting and constitutes the main objective of my thesis. Our work was carried out on murine models exposed by whole body inhalation to different types of pollution. We have chosen this exposure to reproduce human exposure as faithfully as possible.A first study was carried out and studied the effects of indoor pollution. A cocktail of nanoparticles models this pollution. This cocktail contains the most frequent manufactured NP found in the environment and in the daily life of individuals. Healthy mice or mice present a colitis induced chemically were exposed during 28 days (subchronic exposure), with a dose representative of the occupational exposure limit to TiO2.A second study analysed and studied the effects of gestational exposure. Pregnant female were exposed by inhalation to a complex air pollution: Beijing pollution. The study of the effects of this exposure on the development and maturation of the offspring's intestinal system was performed. There is more and more evidence of the existence of a gestational susceptibility window. In utero exposure would seem to induce and predispose to the development of diseases found in the adult population.In both studies, an analysis of intestinal inflammation in male and female populations wasperformed at genetic, protein and histological level. The composition of the gut microbiota was analysed in order to observe if a dysbiose was induced.Gestational exposure induces microinflammation in young males and females, iliac patency is increased in males, intestinal development, maturation, and microbial composition is altered too.Exposure to our cocktail of NP also induces microinflammation in males, aggravates colitis initially present in females, and modifies the faecal microbiota. Finally, our manufacturednanoparticles tested individually, presents in vitro immune effects.Our work demonstrates the importance of studies showed effects of air pollution on intestinal homeostasis. Indeed, the structure of the intestinal system, its microbial composition and its functionality seem to be impacted by an inhalation to two different types of air pollution. The lung-intestine axis seems to be a real asset for understanding, studying the mechanisms,which are implicated in the development of IBD or respiratory diseases.; Notre société du 20ème siècle a connu la mondialisation, l’urbanisation, une modernisation et une industrialisation. Elle a évolué et a changé en devenant de plus en plus moderne,industrielle, innovante, forte de créations chimiques, biologiques et mécaniques. La société du 21ème siècle est source d’innovations techniques et technologiques révolutionnant le monde et modifiant l’environnement. Par exemple, les émanations des industries, du trafic routier, de la dispersion dans l’air d’éléments manufacturés, sont des facteurs importants de la pollution de l’air. Ces éléments ont un impact sur l’environnement et sur la Santé Humaine,et deviennent un problème de Santé Publique.Depuis quelques années, il est observé une augmentation des cas d’hospitalisations suite à des épisodes de pollution atmosphérique. Une augmentation de la prévalence des maladies respiratoires, cardiovasculaires, métaboliques, neuronales est apparue à travers le globe. Une augmentation du nombre de cas de Maladies Inflammatoires Chroniques de l’Intestin en lien avec des épisodes de pollution atmosphérique est observée. Ces maladies sont la Maladie de Crohn et la Rectocolique Hémorragique, des maladies autoimmunes présentant une inflammation d'une partie du tube digestif, due à une dérégulation du système immunitaire intestinal. Leurs causes sont multifactorielles, 20% sont d’origine génétique et le reste aurait une origine environnementale.L’objectif principal de ce travail de thèse est d’essayer de comprendre les effets d’une exposition à la pollution de l’air sur leur développement, autrement dit, d’étudier leurs effets sur la pathogenèse des MICI.Nos travaux ont été effectués sur des modèles murins exposés via une inhalation corps entier,à différents types de pollution, pour reproduire le plus fidèlement possible une exposition humaine.Une première étude a été effectuée et a permis d’étudier les effets de la pollution intérieure.Cette pollution est modélisée par un cocktail de nanoparticules, les plus fréquemment retrouvées dans l’environnement quotidien des individus. Cette étude sur des souris saines ou présentant une colite induite chimique, de 28 jours (exposition subchronique) a été effectuée, avec une dose représentative de la limite d’exposition professionnelle au TiO2.Une seconde étude a permis d’analyser et étudier les effets d’une exposition gestationnelle par inhalation à une pollution atmosphérique complexe, type Pékin, sur le développement, la maturation du système intestinal de la descendance. Il y a de plus en plus de preuves de l’existence d’une fenêtre de susceptibilité gestationnelle. Une exposition in utero semble induire et prédisposer au développement de maladies retrouvées dans la population adulte.Dans ces deux études, l’inflammation au niveau génétique, protéique et histologique a été analysée, sur des populations mâles et femelles. La composition du microbiote intestinal a été analysée afin d’observer si une dysbiose intestinale était induite.Une exposition gestationnelle induit une microinflammation chez le mâle et la femelle, la perméabilité iliaque est augmentée chez le mâle, le développement, la maturation intestinale et la composition microbienne est modifiée.L’exposition à notre cocktail de NP induit également une microinflammation chez le mâle,aggrave la colite initialement présente chez la femelle, modifie le microbiote fécal. Enfin, nos EN présentent chacune des effets, lors de test in vitro, individualisés.Les travaux réalisés au cours de cette thèse démontrent l’importance d’étudier des effets de la pollution atmosphérique sur l’homéostasie intestinale. La structure du système intestinal,sa composition microbienne et sa fonctionnalité semblent en effet être impactées suite à une exposition par inhalation à deux types de pollution atmosphérique [...]

Par sa contribution à l'ensemble des grandes fonctions de l'organisme, le microbiote intestinal possède un rôle essentiel dans la physiologie et la pathologie de son hôte. Un microbiote est caractérisé par son répertoire de gènes exprimés et, plus important encore, par les métabolites qu'il sécrète. De nombreuses études ont déterminé la composition taxonomique du microbiote, mais peu en ont caractérisé les gènes actifs, les protéines ou les métabolites, ce qui pourrait être plus pertinent. En effet, la composition taxonomique du microbiote humain varie énormément d'un individu à l'autre, tandis que sa composition génétique ou sa capacité fonctionnelle est très conservée. La capacité fonctionnelle du microbiote est redondante et capitale pour maintenir sa stabilité et sa résilience. A la notion de redondance fonctionnelle est associée l'idée que, jusqu'à un certain point, les espèces sont substituables d'un microbiote à l'autre en termes de fonctionnalité. Il est donc majeur d'identifier les métabolites du microbiote intestinal et de déterminer leur effet sur l'hôte. Les travaux présentés dans cette thèse sont focalisés sur la caractérisation de métabolites lipidiques produits par les bactéries intestinales afin d'étudier les interactions entre le microbiote intestinal et son hôte. Pour notre premier projet, nous nous sommes intéressés à une souche d'Escherichia coli, E. coli Nissle 1917 (EcN), indiquée comme probiotique dans les phases de rémission de la rectocolite hémorragique. Nous avons quantifié une augmentation de la concentration d'un acide gras ß-hydroxylé, le C18-3OH, produit par EcN par rapport à des E. coli commensales ou pathogènes. Nous avons donc testé les propriétés anti-inflammatoires de ce lipide dans un modèle murin de colite induit par le DSS. Le C18-3OH diminuait la sévérité de l'inflammation en se liant au récepteur nucléaire PPARgamma. L'utilisation d'un prébiotique (fructo-oligosaccharide) ayant une activité anti-inflammatoire, nous a permis de démontrer qu'une autre bactérie du microbiote intestinal, Holdemanella biformis, était également capable de produire de grande quantité de C18-3OH. Le microbiote joue un rôle critique dans la maturation et le développement, notamment intestinal, de son hôte. Par exemple, chez la souris, une modification du microbiote, ou dysbiose, induite par des antibiotiques lors du sevrage augmente l'intensité de l'inflammation dans un modèle de colite. Le microbiote étant extrêmement sensible à son environnement, le stress, qu'il soit subit en prénatal, post natal ou à l'âge adulte, modifie sa composition. Néanmoins, le lien de causalité entre le stress prénatal, la dysbiose du microbiote intestinal et les troubles fonctionnels digestifs n'a jamais été établi. Dans un modèle murin de stress prénatal (SP), nous avons montré que la descendance adulte mâle et femelle développait une hypersensibilité viscérale associée à une dysbiose du microbiote intestinal et une absence d'inflammation macroscopique, trois caractéristiques du syndrome de l'intestin irritable. Comme l'abondance de Ligilactobacillus murinus/animalis était inversement corrélée à l'hypersensibilité viscérale, nous avons étudié les lipides produits par cette bactérie et identifié un lipopeptide, le C14AsnGABA. L'administration intra-colique de cette molécule restaurait une normo-sensibilité viscérale chez les souris SP. Ces deux projets nous ont permis d'identifier des lipides ayant des propriétés anti- inflammatoires ou analgésiques produits par des bactéries présentes dans le microbiote intestinal. Ces molécules pourraient jouer un rôle dans l'interaction entre le microbiote et son hôte.; Par sa contribution à l'ensemble des grandes fonctions de l'organisme, le microbiote intestinal possède un rôle essentiel dans la physiologie et la pathologie de son hôte. Un microbiote est caractérisé par son répertoire de gènes exprimés et, plus important encore, par les métabolites qu'il sécrète. De nombreuses études ont déterminé la composition taxonomique du microbiote, mais peu en ont caractérisé les gènes actifs, les protéines ou les métabolites, ce qui pourrait être plus pertinent. En effet, la composition taxonomique du microbiote humain varie énormément d'un individu à l'autre, tandis que sa composition génétique ou sa capacité fonctionnelle est très conservée. La capacité fonctionnelle du microbiote est redondante et capitale pour maintenir sa stabilité et sa résilience. A la notion de redondance fonctionnelle est associée l'idée que, jusqu'à un certain point, les espèces sont substituables d'un microbiote à l'autre en termes de fonctionnalité. Il est donc majeur d'identifier les métabolites du microbiote intestinal et de déterminer leur effet sur l'hôte. Les travaux présentés dans cette thèse sont focalisés sur la caractérisation de métabolites lipidiques produits par les bactéries intestinales afin d'étudier les interactions entre le microbiote intestinal et son hôte. Pour notre premier projet, nous nous sommes intéressés à une souche d'Escherichia coli, E. coli Nissle 1917 (EcN), indiquée comme probiotique dans les phases de rémission de la rectocolite hémorragique. Nous avons quantifié une augmentation de la concentration d'un acide gras ß-hydroxylé, le C18-3OH, produit par EcN par rapport à des E. coli commensales ou pathogènes. Nous avons donc testé les propriétés anti-inflammatoires de ce lipide dans un modèle murin de colite induit par le DSS. Le C18-3OH diminuait la sévérité de l'inflammation en se liant au récepteur nucléaire PPARgamma. L'utilisation d'un prébiotique (fructo-oligosaccharide) ayant une activité anti-inflammatoire, nous a permis de démontrer qu'une autre bactérie du microbiote intestinal, Holdemanella biformis, était également capable de produire de grande quantité de C18-3OH. Le microbiote joue un rôle critique dans la maturation et le développement, notamment intestinal, de son hôte. Par exemple, chez la souris, une modification du microbiote, ou dysbiose, induite par des antibiotiques lors du sevrage augmente l'intensité de l'inflammation dans un modèle de colite. Le microbiote étant extrêmement sensible à son environnement, le stress, qu'il soit subit en prénatal, post natal ou à l'âge adulte, modifie sa composition. Néanmoins, le lien de causalité entre le stress prénatal, la dysbiose du microbiote intestinal et les troubles fonctionnels digestifs n'a jamais été établi. Dans un modèle murin de stress prénatal (SP), nous avons montré que la descendance adulte mâle et femelle développait une hypersensibilité viscérale associée à une dysbiose du microbiote intestinal et une absence d'inflammation macroscopique, trois caractéristiques du syndrome de l'intestin irritable. Comme l'abondance de Ligilactobacillus murinus/animalis était inversement corrélée à l'hypersensibilité viscérale, nous avons étudié les lipides produits par cette bactérie et identifié un lipopeptide, le C14AsnGABA. L'administration intra-colique de cette molécule restaurait une normo-sensibilité viscérale chez les souris SP. Ces deux projets nous ont permis d'identifier des lipides ayant des propriétés anti- inflammatoires ou analgésiques produits par des bactéries présentes dans le microbiote intestinal. Ces molécules pourraient jouer un rôle dans l'interaction entre le microbiote et son hôte.

LPS (lipopolysaccharides) are endotoxins originating from Gram-negative bacteria. They have been extensively described for their ability to interact with and disrupt the intestinal barrier. These toxins are able to cross the gut barrier and to pass into the blood (endotoxemia), leading tolow-grade metabolic inflammation or to a severe inflammatory syndrome (SIRS). Fortunately, some circulating proteins such as PLTP (Phospholipid Transfer Protein) are able to transfer LPS to plasma lipoproteins in order to inactivate and detoxify them.The main goals of this study were to investigate the metabolic fate of LPS from the gut and peritoneal cavity but also the influence of PLTP on these toxins in a context of inflammatory and infectious diseases such as obesity, type 2 diabetes (T2D) or peritonitis. Wild-type mice (presence of active endogenous PLTP) were compared with PLTP-deficient genetically engineered mice after oral or intraperitoneal administration of LPS.After oral administration of LPS, PLTP deficiency leads to incrased translocation of LPS from the gut lumen to the circulation, where its association with plasma lipoproteins is strongly decreased together with a defect of clearance of triglyceride-rich lipoproteins (TRL) due to decreased lipoprotein lipase (LPL) activity, a key enzyme involved in triglyceride hydrolysis. After intraperitoneal administration of LPS, the absence of PLTP leads to decrease the binding of LPS to high-density lipoproteins (HDL) in situ, preventing their early inactivation and their detoxification by the hepatobiliary pathway.The absence of PLTP is associated with a strong inability to efficiently detoxify LPS originating from the gut or from peritoneal cavity leading to an increased inflammatory response and potential more severe complications (obesity, insulin resistance, systemic acute inflammatory syndrome). Thus, PLTP plays a major role in the early neutralization of LPS in abdominal cavity and it could be an interesting therapeutic target in the treatment of metabolic and infectious diseases., Les LPS (lipopolysaccharides), endotoxines provenant des bactéries à Gram négatif, sont connus pour avoir la capacité d’interagir avec la barrière intestinale et provoquer la désorganisation de cette dernière. Ces molécules sont ensuite capables de passer dans le compartiment sanguin (endotoxémie) pour provoquer une inflammation métabolique à bas bruit ou une syndrome inflammatoire aigu. Cependant, certaines protéines circulantes telles que la PLTP (Protéine de Transfert des Phospholipides) permettent de transférer les LPS aux lipoprotéines circulantes dans le sang afin de procéder à leur détoxification.Les objectifs principaux de ces travaux de recherche étaient d’étudier le devenir métabolique de LPS d’origine intestinale ou injectés dans la cavité péritonéale ainsi que l’influence de la PLTP sur ces LPS dans un contexte de maladies inflammatoires et infectieuses telles que l’obésité, le diabète de type 2 (DT2) ou encore une péritonite. Des souris type-sauvage (présence de PLTP endogène active) ont été comparées à des souris génétiquement modifiées déficientes en PLTP après administration de LPS par voie orale ou intrapéritonéale.Au niveau intestinal, la déficience en PLTP est associée à une augmentation de la translocation des LPS de la lumière intestinale vers la circulation, où leur association aux lipoprotéines plasmatique est diminuée en parallèle à un défaut de clairance des lipoprotéines riches en triglycérides (TRL) causé par une diminution de l’activité de la lipoprotéine lipase (LPL), enzyme clé nécessaire à l’hydrolyse des triglycérides. Au niveau de la cavité péritonéale, l’absence de PLTP diminue la liaison des LPS aux lipoprotéines de haute densité (HDL) in situ empêchant ainsi leur inactivation précoce et in fine, leur détoxification par la voie hépatobiliaire.L’absence de PLTP induit ainsi une forte incapacité à détoxifier efficacement les LPS d’origine intestinale et péritonéale, conduisant à une augmentation de la réponse inflammatoire et à de possibles complications plus sévères (obésité, insulinorésistance, syndrome inflammatoire systémique). La PLTP possède donc un rôle majeur dans la neutralisation précoce des LPS dans la cavité abdominale, faisant d’elle une cible thérapeutique intéressante dans le traitement des maladies métaboliques et infectieuses.

International audience; Thème : 12-Pédiatrie et néonatalogie Introduction et but de l’étude : L’alimentation du nourrisson est cruciale pour son développement. Un impact physiologique différent entre lait humain (LH) et préparations pour nourrisson (PPN) est démontré sans que les mécanismes d’actions, en particulier sur le rôle de l’axe microbiote-intestin-cerveau, ne soient réellement connus. L’objectif de cette étude a été de préciser son rôle chez le mini-porcelet Yucatan utilisé comme modèle du nourrisson. Matériel et méthodes : Deux groupes de 9 porcelets âgés de 19 jours ont été nourris avec un pool de LH (provenant de 50 mères) ou une PPN pendant 6 jours puis ont été sacrifiés. Le microbiote (séquençage ARNr 16S) et la digestibilité iléale standardisée (DIS) du tryptophane (Trp) ont été analysés. La perméabilité iléale et colique a été mesurée en chambre d’Ussing. L’expression de gènes impliqués dans les fonctions barrière et immunitaire, le métabolisme, ou codant les récepteurs de nutriments, de neurotransmetteurs et d’hormones a été analysée par PCR (SmartChip) dans le cerveau (69 gènes) et l’intestin (106 gènes). Résultats et analyse statistique : Une baisse de l’α-diversité associée à une plus faible abondance des phyla Bacteroidetes, Fusobacteria et Deferribacteres ont été observées dans le colon des porcelets LH. Le nombre de gènes différemment exprimés entre LH et PPN était variable selon les tissus : 35% dans le colon, 10% dans l’iléon, 16% dans hypothalamus, 14% dans le cortex préfrontal, 10% dans l’hippocampe et seulement 3% dans le striatum. Dans les colons du groupe LH, les gènes impliqués dans la réponse immunitaire pro- et anti-inflammatoire (BAFF, IL10, IL10Rα, TNFαR1 et TLR2) étaient significativement plus exprimés (+28% à +70%, P0,05). Dans le cerveau, les gènes impliqués dans les fonctions barrière hémato-encéphalique (Cdh2 et Marveld2) et endocrine (NPY et GLP1r) et de la neuro-/synaptogenèse (BDNF, SHH, CYPFIP2) étaient moins exprimés chez les porcelets LH (-52% à -211%, P

Plus de 100 000 milliards de micro-organismes peuplent notre intestin et forment le microbiote. Divers facteurs, tels que nos habitudes de vie, l’alimentation, les prises d’antibiotiques, etc., peuvent modifier sa diversité : on parle alors de dysbiose. Le lien entre les maladies psychiatriques et le microbiote intestinal est de plus en plus étudié. La schizophrénie est une maladie mentale chronique invalidante pour les patients. Elle est vécue par ces derniers comme un réel handicap, car la prise en charge médicamenteuse n’est, dans la plupart des cas, pas suffisante, et 80 % d’entre eux n’arrivent pas à s’insérer en société. La composition du microbiote des patients schizophrènes semble être différente de celle des témoins. Cette dysbiose serait la cause d’une mauvaise perméabilité de la barrière intestinale, laissant passer des éléments microbiens, et créerait une inflammation chronique chez ces patients. De plus, chez les schizophrènes, la voie de la kynurénine serait suractivée et déséquilibrée, ce qui favoriserait la formation d’acide kynurénique, contribuant ainsi à l’hypofonction des récepteurs NMDA et aux déficits cognitifs. L’utilisation d’une greffe fécale de microbiote sain pourrait être une alternative thérapeutique, tout comme l’usage de pré- et probiotiques en complément du traitement conventionnel. D’autres études sont à réaliser sur un plus grand nombre de patients et sur des périodes plus longues. Mais l’étude de l’impact du microbiote sur notre cerveau est une voie prometteuse.

Les maladies inflammatoires chroniques de l’intestin (MICI) regroupent deux pathologies que sont la maladie de Crohn (MC) et la Rectocolite Hémoragique (RCH).Ces pathologies se caractérisent par une inflammation d’une partie du tube digestif, due à une dérégulation du système immunitaire intestinal. Ce sont des pathologies qui évoluent par poussées, de durée et de fréquence variable en fonction du type de patient. L’inflammation incontrôlée est responsable de lésions tissulaires parfois irréversibles. Elles qui se caractérise par une alternance de phases d’activités (ou de poussées), d’intensité et de durée variable, en alternance avec des phases sans symptômes dites période de rémission. Elles ont un fort impact sur la santé du patient et sa qualité de vie.Son origine semble résulter de nombreux facteurs environnementaux associés à une susceptibilité génétique. Les MICI se distinguent entre elles, par la localisation, la nature de l’inflammation, les signes cliniques, les complications, les facteurs de risques et la réponse au traitement. Dans la maladie de Crohn, l’inflammation peut toucher tous les organes du tube digestif allant de la bouche à l’anus mais se situe principalement au niveau de l’intestin et plus particulièrement au niveau de l’iléon terminal avec ou sans atteinte colique.Dans la RCH, l’intestin grêle n’est jamais atteint, mais l’inflammation altère toujours la partie basse (Rectum) et remonte plus ou moins dans le côlon. L’anus et intestin grêle ne sont jamais touché.Les MICI sont le plus souvent diagnostiquées entre 20 et 30 ans.Chez environ 20% des cas, les crises sont sévères et nécessitent une hospitalisation. Actuellement, il n’existe aucun traitement qui permette de guérir de ces maladies mais les médicaments utilisés de nos jours permettent la plupart du temps leur contrôle durable et une qualité de vie satisfaisante en dehors des poussées.

National audience; L’exposition de l’Homme aux micro- et nanoplastiques concerne, en premier lieu, les barrières naturelles du corps ou barrières biologiques comme les barrières intestinale et pulmonaire. Les objectifs du projet TRANSPLAST sont de : 1. Caractériser les effets de particules de micro- et nanoplastiques sur les transporteurs membranaires humains de type ABC et SLC reconnus comme étant impactés par les contaminants chimiques ; 2. Préciser les conséquences en terme de fonctionnement des barrières hépatique et intestinale ; 3. Définir les interactions potentielles des transporteurs membranaires avec des polluants chimiques associés aux micro- et nanoplastiques (ex. bisphénol A, pesticides organochlorés, retardateurs de flamme)

National audience; L’exposition de l’Homme aux micro- et nanoplastiques concerne, en premier lieu, les barrières naturelles du corps ou barrières biologiques comme les barrières intestinale et pulmonaire. Les objectifs du projet TRANSPLAST sont de : 1. Caractériser les effets de particules de micro- et nanoplastiques sur les transporteurs membranaires humains de type ABC et SLC reconnus comme étant impactés par les contaminants chimiques ; 2. Préciser les conséquences en terme de fonctionnement des barrières hépatique et intestinale ; 3. Définir les interactions potentielles des transporteurs membranaires avec des polluants chimiques associés aux micro- et nanoplastiques (ex. bisphénol A, pesticides organochlorés, retardateurs de flamme)

International audience; BACKGROUND. High circulating levels of ceramides (Cer) and sphingomyelins (SM) have been associated with cardiometabolic diseases. The consumption of whole-fat dairy products, which naturally contain such polar lipids (PL), is associated with health benefits, but the impact on sphingolipidome remains unknown. We investigated how milk PL supplementation impacts circulating and intestinal SM and Cer composition in association with improvement of cardiovascular markers.METHODS. In a 4 week-randomized double-blind controlled study, 58 postmenopausal women consumed daily a cream cheese containing 0, 3 or 5 g of milk PL. Postprandial metabolic explorations were performed before and after the supplementation. SM and Cer species were analyzed in serum, intestine-derived chylomicrons and feces. The ileal content of 4 ileostomy patients was also explored after milk PL intake in a crossover double-blind study.RESULTS. Milk PL consumption decreased serum atherogenic C24:1 Cer (Pgroup = 0.033), C16:1 (Pgroup = 0.007) and C18:1 (Pgroup = 0.003) SM species. Changes in serum C16+18 SM species were positively correlated with the reduction of total cholesterol (r = 0.706, P < 0.001), LDL-C (r = 0.666, P < 0.001) and ApoB (r = 0.705, P < 0.001). Milk PL decreased the concentration in chylomicrons of total SM (Pgroup < 0.0001) and of C24:1 Cer (Pgroup = 0.001). Saturated SM and Cer species, which are also the major species found in milk PL-enriched cheeses, increased in ileal efflux and feces. There was a marked increase in total fecal Cer after milk PL supplementation (Pgroup = 0.0002). Milk PL also modulated the abundance of some specific SM and Cer species in ileal efflux and feces, suggesting differential absorption and metabolization processes in the gut.CONCLUSION. These data demonstrate that milk PL supplementation decreases atherogenic SM and Cer species associated with an improvement of cardiovascular risk markers. Our findings bring new insights on sphingolipid metabolism in the gastrointestinal tract, especially Cer as such signaling molecules potentially participating in the beneficial effect of milk PL. ClinicalTrials.gov, NCT02099032, NCT02146339.

Carbohydrates and sweeteners are detected by sweet taste receptors at the apical membrane of enteroendocrine cells (EEC). These receptors form T1R2-T1R3 heterodimers coupled to the G protein gustducin, of which the α subunit is encoded by GNAT3. Activation of sweet taste receptors induces a signaling cascade leading to the secretion of GLP-1 incretin by EEC. Metabolic diseases are associated with alterations in carbohydrate and energy homeostasis. They cause decreased plasma concentration of enterohormones such as GLP-1, the secretion of which is restored after remission of metabolic disorders. The aim of my thesis was to study the role of sweet taste transduction pathway, and especially α-gustducin, in metabolic diseases and their remission. Our results in gut show that the sweet taste transduction pathway is expressed in the gut specifically in EEC. Moreover, obesity leads to an alteration of this pathway in EEC and in particular to a down-regulation of GNAT3 participating in the defect in GLP-1 secretion. In the context of metabolic improvement after intestinal remodeling, the restoration of GLP-1 secretion is in part due to an up-regulation of GNAT3 in the proximal segments after surgery. However, the dysbiotic gut microbiota does not have a significant impact on the expression of GNAT3 during the onset of metabolic diseases. To conclude, this study highlights the role of the sweet taste transduction pathway in the defect of GLP-1 secretion in metabolic diseases. The identification of molecules able to induce the intestinal sweet taste transduction pathway would stimulate the endogenous secretion of GLP-1 in obese patients with or without diabetes., Les glucides et les édulcorants sont détectés par des récepteurs du goût sucré à la membrane apicale des cellules entéroendocrines (CEE). Ces récepteurs hétérodimères T1R2-T1R3 sont couplés à la protéine G gustducine dont la sous-unité α est codée par le gène GNAT3. L’activation de ces récepteurs entraine une cascade de signalisation conduisant à la sécrétion de GLP-1 par les CEE. Les maladies métaboliques sont associées à des altérations de l’homéostasie glucidique et énergétique. Elles entrainent une diminution de la concentration plasmatique en GLP-1, dont la sécrétion est restaurée après rémission. L’objectif de ma thèse a été d’étudier le rôle de la voie de transduction du goût sucré, et de l’α-gustducine, dans les maladies métaboliques et leur rémission. Les résultats obtenus dans l’intestin montrent que cette voie de signalisation est exprimée spécifiquement dans les CEE. De plus, l’obésité conduit à une altération de cette voie dans les CEE et notamment à une sous-expression de GNAT3 participant au défaut de sécrétion du GLP-1. Dans l’amélioration métabolique après remodelage intestinal, la restauration de la sécrétion de GLP-1 est en partie due à une sur-expression de GNAT3 dans l’anse alimentaire. En revanche, le microbiote intestinal dysbiotique n’a pas d’impact significatif sur l’expression de GNAT3 dans l’obésité. Pour conclure, cette étude montre le rôle de la voie de transduction du goût sucré dans le défaut de sécrétion de GLP-1 dans les maladies métaboliques. L’identification de molécules pouvant stimuler la voie intestinale de transduction du goût sucré permettrait de stimuler la sécrétion endogène de GLP-1 chez les patients obèses avec ou sans diabète.

International audience; Fermentation allows to preserve food in a sustainable way at a lower cost and contributes to the world food security. This method of preservation is currently very popular with a population in search of naturalness. Health virtues are also attributed to fermented foods because they contain living micro-organisms or specific macro- and micronutrients. Are these products, or the fermentation process, as such really beneficial to health?; La fermentation permet de conserver de manière durable les aliments à moindre coût dans de nombreux pays et participe grandement à la sécurité alimentaire mondiale. Ce mode de conservation est actuellement très prisé par une population en recherche de naturalité. Des vertus santé sont également attribuées aux aliments fermentés parce qu’ils contiennent des microorganismes vivants ou des macro-micronutriments spécifiques. Ces produits, très divers, ou le processus de fermentation en tant que tel sont-ils bénéfiques pour la santé ?

Metformin (dimethylbiguanide) is one of the oldest anti-diabetic drugs and remains the first-line pharmacological therapy for the management of type 2 diabetes. However, despite its use for several decades, the molecular mechanisms responsible for its antihyperglycemic effects remain controversial. Historically, the reduction of blood glucose levels by metformin has been attributed to the inhibition of hepatic gluconeogenesis, but emerging evidence suggests that extra-hepatic sites of action, such as the gastrointestinal tract, may also contribute to a similar extent as the liver in the control of glycemia., La metformine (diméthylbiguanide) figure parmi l'un des plus anciens médicaments antidiabétiques et demeure le traitement pharmacologique de première intention dans la prise en charge du diabète de type 2. Cependant, malgré son utilisation depuis plusieurs décennies, les mécanismes moléculaires responsables de ses effets anti-hyperglycémiques restent encore controversés. Historiquement, la réduction de la glycémie par la metformine a été attribuée à l'inhibition de la gluconéogenèse hépatique, mais des données récentes suggèrent que des sites d'action extra-hépatiques, comme le tractus gastro-intestinal, pourraient également contribuer avec une importance similaire au foie au contrôle de la glycémie.

Intestinal dysbiosis, increased permeability and inflammation are the hallmarks in obese patients, highlighting the role of small intestine beyond providing with calories. CD36 is a ubiquitous scavenger receptor that exhibits high binding affinity for long-chain fatty acids and is highly expressed in enterocytes, endothelial and immune cells. Interestingly, CD36-/- mice and humans with CD36 polymorphisms have an impaired synthesis of triglyceride-rich lipoprotein (TRL). To evaluate the role of CD36 expressed by intestinal-epithelial cells (IEC) in obesity, we conducted experiments on male and female mice deleted in CD36 in IEC (ENT-KO) and control mice (ENT-FL), under standard and high-fat diet conditions. We showed that ENT-KO mice are more sensitive to diet-induced obesity. This phenomenon was associated with impaired synthesis of TRL, enhanced endotoxemia, intestinal permeability, and alterations in gut microbiota throughout lipid absorption. The present study highlights that CD36 of IEC is a key player in obesity., De nombreux marqueurs de l’obésité comme la dysbiose, la perméabilité intestinale et l’inflammation intestinale mettent en lumière un rôle clé de l’intestin dans cette pathologie, au-delà de sa fonction d’absorption. CD36 est un récepteur scavenger ubiquitaire qui a une forte affinité pour les acides gras à longue chaine. Dans l’intestin, CD36 est très exprimé dans les entérocytes, les cellules endothéliales et les cellules immunitaires. Chez l’homme comme chez l’animal, la déficience en CD36 est associée à un défaut de synthèse de chylomicrons (CM). Afin d’évaluer le rôle du CD36 des cellules épithéliales intestinales dans l’obésité, nous avons comparé des souris mâles et femelles délétées en CD36 dans les IEC (ENT-KO) avec des souris contrôles (ENT-FL), en régime standard ou enrichi en lipides. Nous montrons ici que les ENT-KO sont plus susceptibles à l’obésité induite par le régime. Les ENT-KO présentent également un défaut de synthèse des CM, une endotoxémie, une perméabilité intestinale ainsi qu’une modification de la composition microbienne au cours de l’absorption de lipides. Ce travail démontre que le CD36 des IEC joue un rôle fondamental dans l’étiologie de l’obésité.

International audience; Metformin (dimethylbiguanide) is one of the oldest anti-diabetic drugs and remains the first-line pharmacological therapy for the management of type 2 diabetes. However, despite its use for several decades, the molecular mechanisms responsible for its antihyperglycemic effects remain controversial. Historically, the reduction of blood glucose levels by metformin has been attributed to the inhibition of hepatic gluconeogenesis, but emerging evidence suggests that extra-hepatic sites of action, such as the gastrointestinal tract, may also contribute to a similar extent as the liver in the control of glycemia.; La metformine (diméthylbiguanide) figure parmi l'un des plus anciens médicaments antidiabétiques et demeure le traitement pharmacologique de première intention dans la prise en charge du diabète de type 2. Cependant, malgré son utilisation depuis plusieurs décennies, les mécanismes moléculaires responsables de ses effets anti-hyperglycémiques restent encore controversés. Historiquement, la réduction de la glycémie par la metformine a été attribuée à l'inhibition de la gluconéogenèse hépatique, mais des données récentes suggèrent que des sites d'action extra-hépatiques, comme le tractus gastro-intestinal, pourraient également contribuer avec une importance similaire au foie au contrôle de la glycémie.

Par sa contribution à l'ensemble des grandes fonctions de l'organisme, le microbiote intestinal possède un rôle essentiel dans la physiologie et la pathologie de son hôte. Un microbiote est caractérisé par son répertoire de gènes exprimés et, plus important encore, par les métabolites qu'il sécrète. De nombreuses études ont déterminé la composition taxonomique du microbiote, mais peu en ont caractérisé les gènes actifs, les protéines ou les métabolites, ce qui pourrait être plus pertinent. En effet, la composition taxonomique du microbiote humain varie énormément d'un individu à l'autre, tandis que sa composition génétique ou sa capacité fonctionnelle est très conservée. La capacité fonctionnelle du microbiote est redondante et capitale pour maintenir sa stabilité et sa résilience. A la notion de redondance fonctionnelle est associée l'idée que, jusqu'à un certain point, les espèces sont substituables d'un microbiote à l'autre en termes de fonctionnalité. Il est donc majeur d'identifier les métabolites du microbiote intestinal et de déterminer leur effet sur l'hôte. Les travaux présentés dans cette thèse sont focalisés sur la caractérisation de métabolites lipidiques produits par les bactéries intestinales afin d'étudier les interactions entre le microbiote intestinal et son hôte. Pour notre premier projet, nous nous sommes intéressés à une souche d'Escherichia coli, E. coli Nissle 1917 (EcN), indiquée comme probiotique dans les phases de rémission de la rectocolite hémorragique. Nous avons quantifié une augmentation de la concentration d'un acide gras ß-hydroxylé, le C18-3OH, produit par EcN par rapport à des E. coli commensales ou pathogènes. Nous avons donc testé les propriétés anti-inflammatoires de ce lipide dans un modèle murin de colite induit par le DSS. Le C18-3OH diminuait la sévérité de l'inflammation en se liant au récepteur nucléaire PPARgamma. L'utilisation d'un prébiotique (fructo-oligosaccharide) ayant une activité anti-inflammatoire, nous a permis de démontrer qu'une autre bactérie du microbiote intestinal, Holdemanella biformis, était également capable de produire de grande quantité de C18-3OH. Le microbiote joue un rôle critique dans la maturation et le développement, notamment intestinal, de son hôte. Par exemple, chez la souris, une modification du microbiote, ou dysbiose, induite par des antibiotiques lors du sevrage augmente l'intensité de l'inflammation dans un modèle de colite. Le microbiote étant extrêmement sensible à son environnement, le stress, qu'il soit subit en prénatal, post natal ou à l'âge adulte, modifie sa composition. Néanmoins, le lien de causalité entre le stress prénatal, la dysbiose du microbiote intestinal et les troubles fonctionnels digestifs n'a jamais été établi. Dans un modèle murin de stress prénatal (SP), nous avons montré que la descendance adulte mâle et femelle développait une hypersensibilité viscérale associée à une dysbiose du microbiote intestinal et une absence d'inflammation macroscopique, trois caractéristiques du syndrome de l'intestin irritable. Comme l'abondance de Ligilactobacillus murinus/animalis était inversement corrélée à l'hypersensibilité viscérale, nous avons étudié les lipides produits par cette bactérie et identifié un lipopeptide, le C14AsnGABA. L'administration intra-colique de cette molécule restaurait une normo-sensibilité viscérale chez les souris SP. Ces deux projets nous ont permis d'identifier des lipides ayant des propriétés anti- inflammatoires ou analgésiques produits par des bactéries présentes dans le microbiote intestinal. Ces molécules pourraient jouer un rôle dans l'interaction entre le microbiote et son hôte.

Carbohydrates and sweeteners are detected by sweet taste receptors at the apical membrane of enteroendocrine cells (EEC). These receptors form T1R2-T1R3 heterodimers coupled to the G protein gustducin, of which the α subunit is encoded by GNAT3. Activation of sweet taste receptors induces a signaling cascade leading to the secretion of GLP-1 incretin by EEC. Metabolic diseases are associated with alterations in carbohydrate and energy homeostasis. They cause decreased plasma concentration of enterohormones such as GLP-1, the secretion of which is restored after remission of metabolic disorders. The aim of my thesis was to study the role of sweet taste transduction pathway, and especially α-gustducin, in metabolic diseases and their remission. Our results in gut show that the sweet taste transduction pathway is expressed in the gut specifically in EEC. Moreover, obesity leads to an alteration of this pathway in EEC and in particular to a down-regulation of GNAT3 participating in the defect in GLP-1 secretion. In the context of metabolic improvement after intestinal remodeling, the restoration of GLP-1 secretion is in part due to an up-regulation of GNAT3 in the proximal segments after surgery. However, the dysbiotic gut microbiota does not have a significant impact on the expression of GNAT3 during the onset of metabolic diseases. To conclude, this study highlights the role of the sweet taste transduction pathway in the defect of GLP-1 secretion in metabolic diseases. The identification of molecules able to induce the intestinal sweet taste transduction pathway would stimulate the endogenous secretion of GLP-1 in obese patients with or without diabetes., Les glucides et les édulcorants sont détectés par des récepteurs du goût sucré à la membrane apicale des cellules entéroendocrines (CEE). Ces récepteurs hétérodimères T1R2-T1R3 sont couplés à la protéine G gustducine dont la sous-unité α est codée par le gène GNAT3. L’activation de ces récepteurs entraine une cascade de signalisation conduisant à la sécrétion de GLP-1 par les CEE. Les maladies métaboliques sont associées à des altérations de l’homéostasie glucidique et énergétique. Elles entrainent une diminution de la concentration plasmatique en GLP-1, dont la sécrétion est restaurée après rémission. L’objectif de ma thèse a été d’étudier le rôle de la voie de transduction du goût sucré, et de l’α-gustducine, dans les maladies métaboliques et leur rémission. Les résultats obtenus dans l’intestin montrent que cette voie de signalisation est exprimée spécifiquement dans les CEE. De plus, l’obésité conduit à une altération de cette voie dans les CEE et notamment à une sous-expression de GNAT3 participant au défaut de sécrétion du GLP-1. Dans l’amélioration métabolique après remodelage intestinal, la restauration de la sécrétion de GLP-1 est en partie due à une sur-expression de GNAT3 dans l’anse alimentaire. En revanche, le microbiote intestinal dysbiotique n’a pas d’impact significatif sur l’expression de GNAT3 dans l’obésité. Pour conclure, cette étude montre le rôle de la voie de transduction du goût sucré dans le défaut de sécrétion de GLP-1 dans les maladies métaboliques. L’identification de molécules pouvant stimuler la voie intestinale de transduction du goût sucré permettrait de stimuler la sécrétion endogène de GLP-1 chez les patients obèses avec ou sans diabète.

National audience; Les pesticides biologiques ou biopesticides sont de plus en plus utilisés pour lutter contre les nuisibles et les plantes adventices. Parmi ceux-ci figurent les bioinsecticides Btk. Or, une utilisation accrue de ces bioinsecticides pourrait avoir, sur le long terme, des conséquences sur la faune (l’environnement) et la santé publique (pathologies du tube digestif), malgré des doses relativement faibles retrouvées dans le biotope. Il est donc nécessaire d’analyser les risques environnementaux et sanitaires liés à l’ingestion chronique de Btk : ici, à partir du modèle Drosophila melanogaster ou mouche du vinaigre.

L’exposition de l’Homme aux micro- et nanoplastiques concerne, en premier lieu, les barrières naturelles du corps ou barrières biologiques comme les barrières intestinale et pulmonaire. Les objectifs du projet TRANSPLAST sont de : 1. Caractériser les effets de particules de micro- et nanoplastiques sur les transporteurs membranaires humains de type ABC et SLC reconnus comme étant impactés par les contaminants chimiques ; 2. Préciser les conséquences en terme de fonctionnement des barrières hépatique et intestinale ; 3. Définir les interactions potentielles des transporteurs membranaires avec des polluants chimiques associés aux micro- et nanoplastiques (ex. bisphénol A, pesticides organochlorés, retardateurs de flamme)

National audience; L’objectif de ce projet de recherche est d’évaluer l’impact d’une exposition alimentaire à un mélange de faibles doses de pesticides, lors de périodes de vulnérabilité périnatale, sur l’équilibre métabolique, la composition du microbiote intestinal et le système nerveux central. À partir d’un modèle animal (souris) mimant l’exposition des consommateurs, un cocktail de six pesticides (Captan, boscalide, chlorpyrifos, thiaclopride, thiophanate et ziram) utilisés dans le traitement des pommeraies en Occitanie sera testé par voie alimentaire.

The massive ageing of the population and the incredible leap in life expectancy in recent decades have led to an awareness of the importance of this problem. The need to better understand the mechanisms of ageing has become a public health emergency. Many research groups have been working for several years to identify genes and signalling pathways involved in the aging process.This biological process, which affects each species and each individual independently, is characterized by a gradual decline of function of many physiological processes as a function of age. However, even though it is inevitable, aging is still subject to influence. Indeed, many factors, both intrinsic (genetic factors, telomerases, oxidative stress) and environmental (lifestyle, diet, pollution) will influence aging. Aging is also an important risk factor for the development of many diseases such as type 2 diabetes, cancer, neurodegenerative and cardiovascular diseases. Moreover, it has already been reported in the literature that modulation of a single gene can influence, both positively and negatively, the aging process of an individual. More than the extension of life expectancy, it is a life expectancy without deficiency (concept of "aging well") that is the subject of major research. Genes with effects on this process are usually genes that play an important role in a signalling pathway, and therefore are often conserved across evolution. The work described in this thesis shows the involvement of a new snoRNA (jouvence), required in the intestinal epithelium, in the aging mechanisms of the fly D. melanogaster. In particular, they revealed the ability of this snoRNA to dramatically increase the lifespan of flies by halting the mechanisms of aging and fighting against the associated deleterious effects. jouvence would thus make it possible to fight against diseases associated with old age such as neurodegeneration, intestinal hyperplasia, but also against metabolic disorders, while prolonging the lifespan of the organism. This snoRNA appears to be involved in various metabolic pathways that may impact on long-term health of fruit flies. jouvence appears to regulate lipid metabolism, intestinal homeostasis, and stress resistance. On the other hand, its inactivation causes adverse effects that lead to the rapid degradation of several metabolic functions and premature death of flies. The results obtained in this study reveal a link between youthfulness and the control of healthy aging in D. melanogaster., Le vieillissement massif de la population et le bond incroyable ces dernières décennies de l’espérance de vie ont entraîné une prise de conscience de l’importance de ce problème. La nécessité de mieux appréhender les mécanismes du vieillissement est devenue une urgence de santé publique. De nombreux groupes de recherche se consacrent depuis quelques années à l'identification de gènes et de voies de signalisation impliqués dans le processus du vieillissement. Ce processus biologique, qui touche chaque espèce et chaque individu de manière spécifique, se caractérise par un déclin graduel de la fonction de nombreux processus physiologiques en fonction de l’âge. Toutefois même s’il est inéluctable, le vieillissement est influençable. En effet, de nombreux facteurs, autant intrinsèques (facteurs génétiques, télomérases, stress oxydatif), qu’extrinsèques (hygiène de vie, pollution, alimentation) vont influencer le vieillissement. C’est d’ailleurs un facteur de risque important dans le développement de nombreuses pathologies associées à l’âge (le diabète de type II, le cancer, les maladies neurodégénératives, les maladies cardiovasculaires). De plus, il a déjà été démontré dans la littérature que la modulation d’un seul gène peut influencer, autant positivement que négativement, le vieillissement d’un individu. Plus que l’allongement de la durée de vie, c’est une durée de vie sans déficience (concept du « bien vieillir ») qui fait l’objet des principales recherches. Les gènes ayant des effets sur ce processus sont habituellement des gènes jouant un rôle important dans une voie de signalisation et donc, sont souvent conservés à travers l’évolution. Les travaux décrits dans cette thèse concernent l’implication d’un nouveau snoARN (jouvence), requis dans l’épithélium de l’intestin, dans les mécanismes du vieillissement de la drosophile. Ils ont en particulier révélé la capacité de ce snoARN à augmenter de manière spectaculaire la durée de vie des mouches en enrayant les mécanismes du vieillissement et en luttant contre les effets délétères associés. jouvence permettrait ainsi de lutter contre les maladies associées à la vieillesse telles que la neurodégénérescence, l’hyperplasie intestinale, mais également contre les troubles métaboliques, tout en prolongeant la durée de vie de l’organisme. Il serait impliqué dans différentes voies métaboliques pouvant avoir un impact sur la santé à long terme des drosophiles. jouvence semble réguler le métabolisme lipidique, l’homéostasie intestinale, ainsi que la résistance au stress. Par contre, son inactivation de provoque des effets néfastes qui mènent à la dégradation rapide de plusieurs fonctions métaboliques et à la mort prématurée des mouches. Les résultats obtenus dans cette étude dévoilent un lien entre jouvence et le contrôle du vieillissement en santé chez la drosophile.

La texture des aliments, leur densité contribuent à protéger les bactéries qui viendront enrichir notre flore intestinale. Démonstration avec l’emmental.

There is 10 to 100 more microorganism in the gut than human cells in the hole organism. Those microorganisms form the microbiota, and they are crucial to some vital functions like digestion. However, it is required to prevent from the microbiota dissemination in the organism. The immune system is highly involved in the control and the compartmentation of the microbiota. The immunosuppressive TGF-b prevents from over-activation of the immune cells versus the microbiota, and so protects from chronic inflammatory disease of the gut like Crohn’s disease or ulcerative colitis. TGF-b is also very involved in Th17 generation, a subset of cells with major role in microbiota control and maintenance of gut homeostasis. However, how TGFb acts on already differentiated Th17 is still under investigation. My results demonstrate that TGFb signaling in Th17 is required to maintain their lineage. In absence of TGF-b, Th17 switch to Th1 phenotype and produces important amount of inflammatory cytokines, leading to a strong inflammation of the gut, that may promotes cancer development, Il y a 10 à 100 fois plus de microorganismes dans l’intestin que de cellules dans l’ensemble du corps humain. Ces microorganismes forment le microbiote essentiel à de nombreuses fonctions comme la digestion. Il est cependant crucial que le microbiote reste compartimenté dans la lumière intestinale. Le système immunitaire intestinal (SII) a un rôle majeur dans le contrôle du microbiote. La cytokine immunosuppressive TGF-b empêche de l’activation du SII contre le microbiote, et protège donc de l’apparition de maladie inflammatoire chronique intestinale (MICI) comme la maladie de Crohn ou la colite ulcérative. Le TGF-b est également très impliqué dans la génération des lymphocytes Th17, qui participent activement au maintien de l’homéostasie intestinale et au cloisonnement du microbiote. Cependant, le rôle du TGF-b dans la biologie des Th17 déjà différentiés n’est pas clair. Mes travaux ont montré qu’en absence de TGF-b, les Th17 acquièrent un phénotype de type Th1 fortement inflammatoire, et sont responsables de la mise en place d’une forte inflammation intestinale pouvant évoluer en cancer

Despite first description in the literature in the 1960s, Staphylococcus aureus intestinal colonization is not well known. Previous works mainly investigated the carriage of methicillin-resistant S. aureus. Overall, S. aureus intestinal colonization is associated with S. aureus nasal one but exclusive intestinal carriers are also described. The screening of this carriage is not standardized and different hypotheses about its physiopathology are debated. However, the origin of this colonization remains unclear and the interrelationship with nasal colonization has been poorly studied, particularly in patients colonized with methicillin-sensitive strains of S. aureus (MSSA). Unlike S. aureus nasal colonization, whose clinical impact is well described, the clinical impact of this reservoir in association or not with nose carriage is not well studied. We showed in intensive care unit patients, that there was in a same patient a significant genetic diversity between MSSA strains isolated from nasal and rectal mucosa. We also recorded a case of an endogenous infection in an exclusive rectal carrier suggesting a role of this reservoir during S. aureus infections. During the follow-up of community patients undergoing a colonoscopy, we identified, S. aureus strains in colonic biopsies suggesting the presence of this bacterium in the intestine mucosa. Additionally, we highlighted the potential role of bowel cleansing preparation to decolonize S. aureus carriers at several sites. Finally, compared to nose sampling only, our works showed the adding value of the intestinal screening that would detect up to 17% more S. aureus carriers., La colonisation digestive à Staphylococcus aureus est mal connue avec des travaux portant majoritairement sur la colonisation à S. aureus résistant à la méticilline. Elle est majoritairement associée à une colonisation nasale mais peut aussi être retrouvée de manière exclusive chez les porteurs. La détection de ce portage n’est pas standardisée et les données concernant sa physiopathologie sont rares. L’origine de cette colonisation reste mal définie et l’interrelation avec la colonisation nasale est peu étudiée notamment chez les patients colonisés avec des souches de S. aureus sensible à la méticilline (SASM). Contrairement à la colonisation nasale dont l’impact clinique est bien décrit, l’impact clinique de ce réservoir en association ou non avec le réservoir nasal est peu étudié. Nous avons montré, chez des patients de réanimation, qu’il existe une diversité génétique entre les souches de SASM isolées des muqueuses nasales et rectales chez un même individu et nous avons également décrit un cas d’infection endogène chez un porteur au niveau digestif exclusif suggérant un rôle de ce réservoir dans les infections à S. aureus. Nous avons identifié, chez des patients communautaires bénéficiant d’une colonoscopie, la localisation de S. aureus au niveau de biopsies coliques suggérant sa présence au niveau de la muqueuse intestinale. De plus nous avons mis en évidence un rôle de la préparation colique dans la décolonisation de S. aureus au niveau de plusieurs sites de portage. Enfin nos travaux ont également montré que, comparé au dépistage nasal seul, le dépistage du portage digestif de S. aureus permettait de dépister jusqu’à 17% de porteurs en plus.

Thyroid hormones (THs) control several aspects of gut development and homeostasis. They act through the thyroid hormone nuclear receptors (TRs) that are T3-modulated transcription factors. The paradigm is the amphibian metamorphosis, where they are responsible for gut remodeling and emergence of the stem cells (Ishizuya-Oka et al, 2009). In previous studies we showed that THs play a fundamental role in regulating the balance between cell proliferation and cell differentiation of the murine intestinal epithelial precursors. From a molecular point of view the nuclear receptor TRα1 controls several proliferation/cell-cycle genes as well as the Wnt and Notch pathways (rev. in Sirakov et al, 2104; Skah et al, 2017). In accordance with these functions, targeted expression of TRα1 in the intestinal epithelium (vil-TRα1 mice) is sufficient to induce aberrant and hyper-proliferative crypts and confers increased susceptibility to Apc-mutation dependent intestinal tumorigenic program (vil-TRα1/Apc+/1638N mice) (Kress et al, 2010). The aim of my work was to study TH- and TRα1-dependent control of intestinal stem cells. Indeed, I used the Lgr5-EGFP-ires-CreERT2 mice enable tracking, sorting and targeting the stem cells (Barker et al, 2007) crossed with tamoxifen inducible TRα1 loss-of-function (Quignodon et al, 2007) mouse model (TRα1-LOF). I studied the effect of TH/TRα1 alteration in vivo and in intestinal organoids (ex vivo). In conclusion, our results indicate that HTs and modulating TRα1 expression or activity have a rapid and strong effect on the intestinal stem cells. This work opens a new perspective in the study of TH/TRα1-dependent signal on the physiopathology of the intestinal stem cells; Les hormones thyroïdiennes (HTs) contrôlent plusieurs aspects du développement et de l’homéostasie intestinale. Elles agissent via des récepteurs nucléaires (TRs), facteurs de transcription modulés par la T3. Le paradigme est la métamorphose des amphibiens où elles sont responsables du remodelage du tube digestif et de l’émergence des cellules souches (Ishizuya-Oka et al, 2009). Des études précédentes ont montré que les HTs jouent un rôle fondamental en régulant la balance entre prolifération et différenciation des précurseurs épithéliaux murins. Du point de vue moléculaire, le récepteur nucléaire TRα1 contrôle plusieurs gènes du cycle cellulaire/prolifération ainsi que les voies de signalisation Wnt et Notch (rev. in Sirakov et al, 2104; Skah et al, 2017). En accord avec ces fonctions, l’expression ciblée de TRα1 dans l’épithélium intestinal (souris vil-TRα1) est suffisante pour induire des cryptes aberrantes, hyper-prolifératives et confère une sensibilité accrue au programme de tumorigénèse intestinale dépendant de la mutation dans le gène Apc (vil-TRα1/Apc+/1638N mice) (Kress et al, 2010). Le but de mon travail a été d’étudier le contrôle des cellules souches intestinales, dépendant des HTs/TRs. En effet, j’ai utilisé des souris Lgr5-EGFP-ires-CreERT2 permettant de traquer, trier et cibler les cellules souches (Barker et al, 2007) que j’ai croisées avec le modèle murin inductible au tamoxifène TRα1-LOF (Loss-of-function) (Quignodon et al, 2007). J’ai étudié les effets de l’altération de la voie HTs/TRα1 in vivo et dans des organoïdes intestinaux (ex vivo). Nos résultats indiquent que les HTs et la modulation de l’expression ou de l’activité de TRα1 affectent rapidement et fortement les cellules souches intestinales. Ce travail ouvre de nouvelles perspectives dans l’étude des signaux dépendants des HTs/ TRα1 dans la physiopathologie des cellules souches intestinales

Thyroid hormones (THs) control several aspects of gut development and homeostasis. They act through the thyroid hormone nuclear receptors (TRs) that are T3-modulated transcription factors. The paradigm is the amphibian metamorphosis, where they are responsible for gut remodeling and emergence of the stem cells (Ishizuya-Oka et al, 2009). In previous studies we showed that THs play a fundamental role in regulating the balance between cell proliferation and cell differentiation of the murine intestinal epithelial precursors. From a molecular point of view the nuclear receptor TRα1 controls several proliferation/cell-cycle genes as well as the Wnt and Notch pathways (rev. in Sirakov et al, 2104; Skah et al, 2017). In accordance with these functions, targeted expression of TRα1 in the intestinal epithelium (vil-TRα1 mice) is sufficient to induce aberrant and hyper-proliferative crypts and confers increased susceptibility to Apc-mutation dependent intestinal tumorigenic program (vil-TRα1/Apc+/1638N mice) (Kress et al, 2010). The aim of my work was to study TH- and TRα1-dependent control of intestinal stem cells. Indeed, I used the Lgr5-EGFP-ires-CreERT2 mice enable tracking, sorting and targeting the stem cells (Barker et al, 2007) crossed with tamoxifen inducible TRα1 loss-of-function (Quignodon et al, 2007) mouse model (TRα1-LOF). I studied the effect of TH/TRα1 alteration in vivo and in intestinal organoids (ex vivo). In conclusion, our results indicate that HTs and modulating TRα1 expression or activity have a rapid and strong effect on the intestinal stem cells. This work opens a new perspective in the study of TH/TRα1-dependent signal on the physiopathology of the intestinal stem cells, Les hormones thyroïdiennes (HTs) contrôlent plusieurs aspects du développement et de l’homéostasie intestinale. Elles agissent via des récepteurs nucléaires (TRs), facteurs de transcription modulés par la T3. Le paradigme est la métamorphose des amphibiens où elles sont responsables du remodelage du tube digestif et de l’émergence des cellules souches (Ishizuya-Oka et al, 2009). Des études précédentes ont montré que les HTs jouent un rôle fondamental en régulant la balance entre prolifération et différenciation des précurseurs épithéliaux murins. Du point de vue moléculaire, le récepteur nucléaire TRα1 contrôle plusieurs gènes du cycle cellulaire/prolifération ainsi que les voies de signalisation Wnt et Notch (rev. in Sirakov et al, 2104; Skah et al, 2017). En accord avec ces fonctions, l’expression ciblée de TRα1 dans l’épithélium intestinal (souris vil-TRα1) est suffisante pour induire des cryptes aberrantes, hyper-prolifératives et confère une sensibilité accrue au programme de tumorigénèse intestinale dépendant de la mutation dans le gène Apc (vil-TRα1/Apc+/1638N mice) (Kress et al, 2010). Le but de mon travail a été d’étudier le contrôle des cellules souches intestinales, dépendant des HTs/TRs. En effet, j’ai utilisé des souris Lgr5-EGFP-ires-CreERT2 permettant de traquer, trier et cibler les cellules souches (Barker et al, 2007) que j’ai croisées avec le modèle murin inductible au tamoxifène TRα1-LOF (Loss-of-function) (Quignodon et al, 2007). J’ai étudié les effets de l’altération de la voie HTs/TRα1 in vivo et dans des organoïdes intestinaux (ex vivo). Nos résultats indiquent que les HTs et la modulation de l’expression ou de l’activité de TRα1 affectent rapidement et fortement les cellules souches intestinales. Ce travail ouvre de nouvelles perspectives dans l’étude des signaux dépendants des HTs/ TRα1 dans la physiopathologie des cellules souches intestinales

Obesity is associated with low-grade intestinal inflammation. The intestinal barrier disruption by nutrients and environmental factors may be implicated on the onset or modulation of this inflammation. Then, my aim was investigating the role of diet lipid and the transcription factor sensitive to environmental changes, Aryl Hydrocarbon receptor (AhR) on intestinal dysfunctions in obesity. I showed that a short-term intake of palm oil altered the intestinal barrier and a moderated the intestinal inflammation in mice. In Caco-2/TC7 cells, palmitic acid increased the paracellular permeability and IL-8 expression and secretion via the ceramides synthesis pathway. The evaluation of the role of AhR on the intestinal inflammation of obese patients has shown that it is negatively correlated with the level of AhR mRNA and its target genes. AhR activation prevents the alteration of cell-cell junctions induced by palm oil in mice; limits the alterations of the barrier and the secretion of pro-inflammatory cytokines via the involvement of protein kinases in Caco-2/TC7 cells. Thus, these data demonstrated that alteration of the intestinal epithelial barrier integrity is an important contributor of gut inflammation. A protective effect against intestinal inflammatory responses and barrier function damage in obesity could be achieved by AhR activation, which would become a therapeutic target.; L’obésité est associée à une inflammation intestinale. Une altération de la barrière intestinale par des facteurs environnementaux et nutritionnels, pourrait être impliquée dans l’initiation ou la modulation de cette inflammation. Dans ce contexte, j’ai étudié le rôle d’un lipide alimentaire et du facteur de transcription Aryl Hydrocarbon (AhR). J’ai montré qu’un apport à court-terme d’huile de palme provoque dans l’intestin une altération de la barrière et une inflammation modérée chez la souris. Dans la lignée Caco-2/TC7, l’acide palmitique augmente la perméabilité intestinale, la sécrétion de la cytokine IL-8 via des mécanismes impliquant la synthèse des céramides. L’évaluation du rôle d’AhR sur l’inflammation intestinale de patients obèses a montré qu’elle est négativement corrélée avec le taux d’ARNm d’AhR et de ses gènes cibles. L'activation d’AhR empêche l'altération des jonctions cellule-cellule induite par l'huile de palme chez la souris; limite les altérations de la barrière et la sécrétion de cytokines pro-inflammatoires via l’implication de protéines kinases dans les cellules Caco-2/TC7. Ainsi la détérioration de l’intégrité de la barrière intestinale contribue à l’inflammation dans l’épithélium intestinal. Un effet protecteur contre les atteintes intestinales dans l’obésité pourrait être obtenus par l’activation d’AhR qui deviendrait ainsi une cible thérapeutique.

My PhD work is part of the organ-on-chip field, and more precisely part of the gut-on-chip field. It is in line with the main objective of this field, which is the development of in-vitro models recapitulating as faithfully as possible the intestinal micro-environment. Through my PhD work I first developed a versatile gut-on-chip platform recapitulating the intestinal 3D architecture as well as its dynamic micro-environment. Therefore, this platform allows us to study the influence of the intestinal dynamic, especially the peristalsis, on cellular behavior in function of the 3D architecture of the scaffold. For this study Caco2 cells have been seeded either on a 2D or a 3D scaffold coated with laminin and submitted to a cyclic stretching (at 0.2 Hz and 10%) for 2, 5, 8, 16, 24 and 48 hours. Our main observation was the cellular reorientation induced by the stretching, therefore we characterized the cell behavior in function of the coating condition, the initial confluency, the stretching time and the scaffold geometry. Interestingly, the strongest cellular response was obtained when the 3D geometry and the stretching was combined illustrating the need of these two stimuli to better mimic the intestinal in vivo conditions., Le Gut-on-chip fait partie d'un thème de recherche plus générale, appelez Organ-on-chip qui a pour objectif de développer des modèles in-vitro qui récapitulent des caractéristiques essentielles de l'organe d'intérêt. Dans le cas de l'intestin, les Gut-on-chip plateformes ont été principalement développés pour reconstituer soit l'architecture 3D de l'intestin, soit sa dynamique et plus particulièrement le péristaltisme. Durant ma thèse j'ai développé une nouvelle et polyvalente Gut-on-chip, présentant ces deux aspects du micro-environnement intestinale. Cette Peristalsis-on-chip nous a permis d'étudier l'influence du mouvement péristaltique sur le comportement cellulaire en fonction de la géométrie de la structure. Pour cette étude nous avons ensemencé des cellules Caco2 sur des substrats 2D ou 3D recouvert de laminine et les avons soumis à un étirement cyclique (à 0.2 Hz et 10\%) pendant 2, 5, 8, 16, 24 et 48 heures. Lors de ces expériences nous avons pu observer une réorientation cellulaire perpendiculaire à l'axe d'étirement que nous avons caractérisé en fonction des conditions de recouvrement, de la confluence initiale, du temps d'étirement et de la géométrie de la structure. Il est intéressant de noter que la réponse cellulaire la plus importante a été obtenue par la combinaison de la géométrie 3D et de l'étirement, ce qui illustre bien le besoin de ces deux éléments pour mieux mimer les conditions intestinales in vivo.

Background Normal mammalian development and homeostasis are dependent upon the gut microbiota. Antibiotics, essential for the treatment and prophylaxis of bacterial infections, can have collateral effects on the gut microbiota composition, which can in turn have far-reaching and potentially deleterious consequences for the host. However, the magnitude and duration of such collateral effects appear to vary between individuals. Furthermore, the degree to which such perturbations affect the host response is currently unclear. We aimed to test the hypothesis that different human microbiomes have different responses to a commonly prescribed antibiotic and that these differences may impact the host response. Methods Germ-free mice (n = 30) humanized with the microbiota of two unrelated donors (A and B) were subjected to a 7-day antibiotic challenge with amoxicillin-clavulanate (“co-amoxiclav”). Microbiome and colonic transcriptome analysis was performed, pre (day 0) and post antibiotics (day 8) and subsequently into recovery (days 11 and 18). Results Unique community profiles were evident depending upon the donor, with donor A recipient mice being dominated by Prevotella and Faecalibacterium and donor B recipient mice dominated by Bacteroides and Parabacteroides. Donor A mice underwent a marked destabilization of their microbiota following antibiotic treatment, while donor B mice maintained a more stable profile. Dramatic and overlapping alterations in the host transcriptome were apparent following antibiotic challenge in both groups. Despite this overlap, donor A mice experienced a more significant alteration in gene expression and uniquely showed correlations between host pathways and key microbial genera. Conclusions Germ-free mice humanized by different donor microbiotas maintain distinct microbiome profiles, which respond in distinct ways to antibiotic challenge and evince host responses that parallel microbiome disequilibrium. These results suggest that inter-individual variation in the gut microbiota may contribute to personalized host responses following microbiota perturbation. Electronic supplementary material The online version of this article (10.1186/s40168-019-0725-3) contains supplementary material, which is available to authorized users.

Methanogenic archaea occupy a functionally important niche in the gut microbial ecosystemof mammals. Our purpose was to quantitatively characterize the dynamics of methanogenesisby integrating microbiology, thermodynamics and mathematical modelling. For that, invitro growth experiments were performed with pure cultures of key methanogens from thehuman and ruminant gut, namely Methanobrevibacter smithii, Methanobrevibacter ruminantiumand Methanobacterium formicium. Microcalorimetric experiments were performed toquantify the methanogenesis heat flux. We constructed an energetic-based mathematicalmodel of methanogenesis. Our model captured efficiently the dynamics of methanogenesiswith average concordance correlation coefficients of 0.95 for CO2, 0.98 for H2 and 0.97 forCH4. Together, experimental data and model enabled us to quantify metabolism kineticsand energetic patterns that were specific and distinct for each species despite their use ofanalogous methane-producing pathways. Then, we tested in silico the interactions betweenthese methanogens under an in vivo simulation scenario using a theoretical modelling exercise.In silico simulations suggest that the classical competitive exclusion principle is inapplicableto gut ecosystems and that kinetic information alone cannot explain gut ecologicalaspects such as microbial coexistence. We suggest that ecological models of gut ecosystemsrequire the integration of microbial kinetics with nonlinear behaviours related to spatialand temporal variations taking place in mammalian guts. Our work provides novel informationon the thermodynamics and dynamics of methanogens. This understanding will beuseful to construct new gut models with enhanced prediction capabilities and could havepractical applications for promoting gut health in mammals and mitigating ruminant methaneemissions.

Obesity is associated with low-grade intestinal inflammation. The intestinal barrier disruption by nutrients and environmental factors may be implicated on the onset or modulation of this inflammation. Then, my aim was investigating the role of diet lipid and the transcription factor sensitive to environmental changes, Aryl Hydrocarbon receptor (AhR) on intestinal dysfunctions in obesity. I showed that a short-term intake of palm oil altered the intestinal barrier and a moderated the intestinal inflammation in mice. In Caco-2/TC7 cells, palmitic acid increased the paracellular permeability and IL-8 expression and secretion via the ceramides synthesis pathway. The evaluation of the role of AhR on the intestinal inflammation of obese patients has shown that it is negatively correlated with the level of AhR mRNA and its target genes. AhR activation prevents the alteration of cell-cell junctions induced by palm oil in mice; limits the alterations of the barrier and the secretion of pro-inflammatory cytokines via the involvement of protein kinases in Caco-2/TC7 cells. Thus, these data demonstrated that alteration of the intestinal epithelial barrier integrity is an important contributor of gut inflammation. A protective effect against intestinal inflammatory responses and barrier function damage in obesity could be achieved by AhR activation, which would become a therapeutic target., L’obésité est associée à une inflammation intestinale. Une altération de la barrière intestinale par des facteurs environnementaux et nutritionnels, pourrait être impliquée dans l’initiation ou la modulation de cette inflammation. Dans ce contexte, j’ai étudié le rôle d’un lipide alimentaire et du facteur de transcription Aryl Hydrocarbon (AhR). J’ai montré qu’un apport à court-terme d’huile de palme provoque dans l’intestin une altération de la barrière et une inflammation modérée chez la souris. Dans la lignée Caco-2/TC7, l’acide palmitique augmente la perméabilité intestinale, la sécrétion de la cytokine IL-8 via des mécanismes impliquant la synthèse des céramides. L’évaluation du rôle d’AhR sur l’inflammation intestinale de patients obèses a montré qu’elle est négativement corrélée avec le taux d’ARNm d’AhR et de ses gènes cibles. L'activation d’AhR empêche l'altération des jonctions cellule-cellule induite par l'huile de palme chez la souris; limite les altérations de la barrière et la sécrétion de cytokines pro-inflammatoires via l’implication de protéines kinases dans les cellules Caco-2/TC7. Ainsi la détérioration de l’intégrité de la barrière intestinale contribue à l’inflammation dans l’épithélium intestinal. Un effet protecteur contre les atteintes intestinales dans l’obésité pourrait être obtenus par l’activation d’AhR qui deviendrait ainsi une cible thérapeutique.

There is 10 to 100 more microorganism in the gut than human cells in the hole organism. Those microorganisms form the microbiota, and they are crucial to some vital functions like digestion. However, it is required to prevent from the microbiota dissemination in the organism. The immune system is highly involved in the control and the compartmentation of the microbiota. The immunosuppressive TGF-b prevents from over-activation of the immune cells versus the microbiota, and so protects from chronic inflammatory disease of the gut like Crohn’s disease or ulcerative colitis. TGF-b is also very involved in Th17 generation, a subset of cells with major role in microbiota control and maintenance of gut homeostasis. However, how TGFb acts on already differentiated Th17 is still under investigation. My results demonstrate that TGFb signaling in Th17 is required to maintain their lineage. In absence of TGF-b, Th17 switch to Th1 phenotype and produces important amount of inflammatory cytokines, leading to a strong inflammation of the gut, that may promotes cancer development, Il y a 10 à 100 fois plus de microorganismes dans l’intestin que de cellules dans l’ensemble du corps humain. Ces microorganismes forment le microbiote essentiel à de nombreuses fonctions comme la digestion. Il est cependant crucial que le microbiote reste compartimenté dans la lumière intestinale. Le système immunitaire intestinal (SII) a un rôle majeur dans le contrôle du microbiote. La cytokine immunosuppressive TGF-b empêche de l’activation du SII contre le microbiote, et protège donc de l’apparition de maladie inflammatoire chronique intestinale (MICI) comme la maladie de Crohn ou la colite ulcérative. Le TGF-b est également très impliqué dans la génération des lymphocytes Th17, qui participent activement au maintien de l’homéostasie intestinale et au cloisonnement du microbiote. Cependant, le rôle du TGF-b dans la biologie des Th17 déjà différentiés n’est pas clair. Mes travaux ont montré qu’en absence de TGF-b, les Th17 acquièrent un phénotype de type Th1 fortement inflammatoire, et sont responsables de la mise en place d’une forte inflammation intestinale pouvant évoluer en cancer

Beyond its transitional role in the urea cycle, numerous works have evidenced pleïotropic effects of citrulline in the metabolism, especially in the proteino-energy metabolism. Indeed, its amino acid is able to stimulate muscle protein synthesis which is closely related to cellular energy metabolism. Nevertheless, studies conducted until now do not allow to conclude about the importance of the specific endogenous citrulline production by the enterocytes. Also, in the organim, citrulline is produced thanks to a key enzyme, the ornithine transcarbamylase (OTC), giving to its functionnality a huge implication in the regulation of the proteino-energy homeostasis. Works presented here set up an in vitro model of human duodenal explants, as well as, an in vivo murine model of conditional knock out for the OTC gene. Results obtained have allowed to evidence the importance of the citrulline metabolism since it remains stable over energy status deregulation. Moreover, they have allowed to specify that a healthy organism is able to compensate an OTC deficiency, however, the induction of an energy deregulation with a low protein diet bring to light a major role of the endogenous citrulline in these situations., Outre son rôle d’intermédiaire dans le cycle de l’urée, de nombreux travaux mettent en évidence les effets pléïotropiques de la citrulline dans le métabolisme et notamment dans le métabolisme protéino-énergétique. En effet, cet acide aminé est capable de stimuler la synthèse protéique musculaire étroitement liée avec le métabolisme énergétique cellulaire. Cependant les études menées jusqu’alors ne permettent pas de conclure quant à l’importance de la production endogène de citrulline par les entérocytes spécifiquement. Aussi, dans l’organisme, la citrulline est produite par une enzyme clé, l’ornithine transcarbamylase (OTC), donnant à la fonctionnalité de cette dernière une implication tout aussi importante dans le maintien de l’homéostasie protéino-énergétique. Les travaux présentés ici mettent en place un modèle d’étude in vitro d’explants duodénal humain ainsi qu’un nouveau modèle murin de knock out conditionnel du gène de l’OTC. Les résultats obtenus ont permis de mettre en évidence l’importance du métabolisme de la citrulline puisque celui-ci reste stable avec l’induction d’une altération du statut énergétique. De plus ils ont permis de spécifier qu’un la capacité d’un organisme sain à compenser une déficience en OTC, cependant, l’induction de dérégulation énergétique par un régime hypoprotéique met en avant un rôle majeur de la citrulline endogène dans ces situations.

The intestinal epithelial barrier plays a double role within the organism, it enables nutrient absorption but also ensures a protection against pathogens and toxins. The monolayer of epithelial cells lining the intestine forms a real physic barrier thanks to a network of junction proteins linking the cells together. Among these proteins, those involved in tight junctions formation notably regulate the paracellular permeability. Dysfunctions of the intestinal barrier are observed in some diseases like inflammatory bowel diseases or obesity. The AMP-activated protein kinase (AMPK) is mainly known to be a sensor of the cellular energy status; however, this kinase could also regulate the assembly of tight junctions, as shown in renal epithelial cells. The functions of AMPK in the intestine have been poorly investigated, and in this context we were interested in its role in the intestinal barrier homeostasis. In order to meet our objective, we worked on in vivo and in vitro models displaying alterations of the intestinal barrier. Two pathological models were investigated in vivo: one was a model of obesity induced by a high-fat diet, the other one was a colitis model mimicking inflammatory bowel diseases by a treatment with DSS (Dextran Sulfate Sodium). In these models, we notably studied: 1) the consequences of the absence of AMPK by using a mouse model invalidated for AMPK specifically in the intestinal epithelium (Vil-AMPK KO), and 2) the impact of a pharmacological activation of AMPK on the intestinal permeability during colitis. Finally, we generated intestinal Caco-2 cells invalidated for AMPK (KO) by CRISPR/Cas9 technology to better understand in vitro the role played by AMPK in the process of tight junctions reassembly during a calcium switch assay. In our animal model, we first showed that Vil-AMPK KO mice displayed an increased intestinal permeability in the distal colon compared to control mice, suggesting a role of the AMPK in barrier maintenance. In our model of obesity, this permeability is exacerbated in Vil- AMPK KO mice, but this alteration is not sufficient to induce major metabolic disorders. Nevertheless, following a DSS treatment, the absence of AMPK induces a slower re-epithelization of the intestinal barrier compared to control mice. In basal condition, a treatment with metfomin decreases the intestinal permeability via an AMPK-dependent mechanism. Similarly, in our colitis model, metformin improves the permeability and also attenuates inflammatory signals. In calcium switch assays performed in Caco-2 cells, we demonstrated that the pharmacological activation of AMPK by compound 991 enhanced the reassembly of tight junctions and their relocalization at the plasma membrane. The use of KO cells notably enabled us to conclude that this was occuring through an AMPK-dependent process. Our data show that AMPK plays a major role in the regulation of the intestinal barrier, particularly in the colon. Pharmacological activation of AMPK ensures a better re-epithelization of the intestinal barrier in a colitis model and a faster reassembly of tight junctions in Caco-2 cells. However, further studies are needed to define the direct phopshorylation targets of AMPK in this context. Thus, altogether these results highlight the therapeutic potential of AMPK to limit intestinal barrier disorders., La barrière épithéliale intestinale présente une double fonction au sein de l'organisme, elle permet l'absorption des nutriments mais assure également une protection contre les pathogènes et les toxines. La monocouche de cellules épithéliales tapissant l'intestin constitue une véritable barrière physique grâce au réseau des protéines de jonction reliant ces cellules entre-elles. Parmi ces protéines, ce sont notamment celles impliquées dans la formation des jonctions serrées qui régulent la perméabilité paracellulaire. Des dysfonctions de la barrière intestinale sont observées dans certaines pathologies comme les maladies inflammatoires chroniques de l'intestin ou l'obésité. La protéine kinase activée par l'AMP (AMPK) est principalement connue pour sa fonction de senseur de l'état énergétique cellulaire, cependant cette kinase contrôlerait également l'assemblage des jonctions serrées, comme démontré pour les cellules épithéliales rénales. Les fonctions de l'AMPK dans l'intestin ont été peu étudiées, et dans ce cadre nous nous sommes intéressés à son rôle dans l'homéostasie de la barrière intestinale. Pour répondre à notre problématique, nous avons travaillé sur des modèles in vivo et in vitro présentant des altérations de la barrière épithéliale intestinale. Deux modèles pathologiques ont été utilisés in vivo: l'un étant un modèle d'obésité induit par un régime hyperlipidique, l'autre un modèle de colite mimant les maladies inflammatoires chroniques de l'intestin par un traitement au DSS (Dextran Sulfate Sodium). Sur ces modèles, nous avons notamment étudié : 1) les conséquences de l'absence de l'AMPK en utilisant un modèle de souris présentant une délétion de l'AMPK spécifiquement au niveau de l'épithélium intestinal (Vil-AMPK KO), et 2) l'impact d'une activation pharmacologique de l'AMPK sur la perméabilité intestinale au cours de l'induction de la colite. Enfin, nous avons généré des cellules intestinales Caco-2 invalidées pour l'AMPK (KO) par la technologie CRISPR/Cas9 afin de mieux caractériser in vitro le rôle de l'AMPK dans le processus de réassemblage des jonctions serrées en réponse à un challenge en calcium (calcium switch). Dans notre modèle animal, nous avons tout d'abord montré que les souris Vil-AMPK KO présentaient une augmentation de la perméabilité intestinale au niveau du côlon distal par rapport aux souris contrôles, suggérant un rôle de l'AMPK dans le maintien de la barrière. Dans un modèle d'obésité, cette perméabilité est exacerbée chez les souris Vil-AMPK KO, mais cette altération n'est pas suffisante pour entraîner des défauts métaboliques majeurs. En revanche, suite à un traitement au DSS, l'absence de l'AMPK entraîne une ré-épithélisation de la barrière intestinale plus lente par rapport à des souris contrôles. En condition basale, un traitement à la metformine diminue la perméabilité intestinale par un mécanisme AMPK-dépendant. De manière similaire, dans notre modèle de colite, la metformine améliore la perméabilité et atténue également l'inflammation. Au cours d'expériences de calcium switch menées sur les cellules Caco-2, nous avons démontré que l'activation pharmacologique de l'AMPK par l'activateur 991 stimulait le réassemblage des jonctions serrées ainsi que leur relocalisation à la membrane plasmique. L'utilisation des cellules KO a notamment permis de définir qu'il s'agissait d'un processus AMPK-dépendant. Nos résultats montrent que l'AMPK joue un rôle important dans la régulation de la barrière intestinale, notamment au niveau du côlon. L'activation pharmacologique de l'AMPK assure une meilleure ré-épithélisation de la barrière intestinale dans un modèle de colite et un réassemblage plus rapide des jonctions serrées dans les cellules Caco-2. Toutefois, d'autres études sont nécessaires pour définir les cibles directes de l'AMPK dans ce contexte. Ainsi, ces résultats mettent en évidence le potentiel thérapeutique de l'AMPK pour limiter les défauts de la barrière intestinale.

Escherichia coli's main habitat is the digestive tract of mammals, and is one of the subdominant species of the adult intestinal microbiota. E. coli has a wide spectrum of interactions with the host, whether pathogenic, commensal or probiotic. Under unbalanced conditions such as inflammatory bowel diseases or high fat diet, commensal populations of E. coli increase and can be considered pathobionts (commensal microorganisms with a pathogenic potential). However, the role of commensal strains of E. coli in host’s health remains ambiguous. In the first part of this project, to decipher the role of commensal or probiotic E. coli strains in the intestinal mucosa, we worked in a model of gnotobiotic mice mono-associated with each of these strains: CEC15, a commensal E. coli strain isolated in the laboratory; Nissle 1917, an E. coli probiotic strain whose effects are among the most documented and 6 genotypes of E. coli present in the probiotic mixture Symbioflor2®. Then, the effect of CEC15 and Nissle 1917 strains was tested in a situation where the host presents a predisposition to inflammation by working in gnotobiotic mice invalidated for IL10 (Il10-/-). Finally, we tested the effect of these two strains, in a conventional context, in a mouse model of chronic inflammation invalidated for IL10 and treated with a chemical agent, DNBS. Data from mono-associated models show that there is a dynamic transcriptional response of the ileum and colon to each studied E. coli strain. There is a common set of genes that respond to E. coli strains studied in this work. Thus, the expression of genes with a key role in intestinal homeostasis is higher in mono-associated mice than in germfree mice. These genes are involved in the renewal of reactive oxygen species, in the production of antimicrobial peptides and molecules associated with the immune response. In the presence of CEC and Nissle, these host defence mechanisms were further mobilized and strengthened in the ileum and colon of mono-associated IL10-/- mice. In the chronic colitis model, CEC reversed some of the deleterious effects of DNBS and restored a gene expression profile similar to that of the healthy control group. In a second part, we determined the impact of a high fat diet on the interactions between E. coli and the host. Mono-colonized mice by CEC or Nissle strains were fed a standard or high-fat diet and caecal, plasma and urinary metabolomes were analysed by nuclear magnetic resonance. On a standard diet, the host's metabolomic profile is modified at the caecal content and urine in the presence of CEC and Nissle strains. On a high fat diet, the host's metabolomic profile is also modified at the caecal content and urine in the presence of CEC and Nissle strains, and additionally the plasma metabolome is modified. This data suggests that the plasma metabolome is more sensitive to the bacterial status of animals when consuming a high fat diet. In this study, we identified that with a high fat diet, the Nissle strain but not the CEC strain increases circulating and urinary branched-chain amino acids (isoleucine, leucine and valine). This increase in branched-chain amino acids is also accompanied by a higher glucose concentration in animals mono-associated with the Nissle strain. In conclusion, our work shows beneficial effects of E. coli commensal and probiotic strains in intestinal mucosal defence mechanisms and in a chronic colitis inflammation model. We also show that these strains differentially modulate the metabolic trajectory of the host, which can have consequences on the impact of a high-fat diet.; Escherichia coli a pour habitat principal le tube digestif des mammifères, et constitue l’une des espèces sous-dominantes du microbiote intestinal adulte. E. coli présente un large spectre d'interactions avec l'hôte, pathogène, commensale ou probiotique. Dans des conditions de déséquilibre comme les maladies inflammatoires de l'intestin ou un régime hyperlipidique, les populations commensales d'E. coli augmentent et peuvent être considérés comme pathobiontes (micro-organismes commensaux ayant un potentiel pathogène). Cependant, le rôle de souches commensales d’E. coli vis-à-vis de la santé de l’hôte reste ambigu. Dans une première partie de ce projet, pour déchiffrer le rôle d'E. coli commensales ou probiotiques dans la muqueuse intestinale, nous avons travaillé en modèle de souris gnotobiotiques mono-associées avec chacune des souches étudiées: CEC15, une souche d’E. coli commensale isolée au laboratoire, Nissle 1917, une souche d’E. coli probiotique dont les effets sont parmi les plus documentés, et 6 génotypes d’E. coli, présents dans le mélange probiotique Symbioflor2®. Ensuite, l’effet de deux souches CEC15 et Nissle 1917 a été testé dans une situation où l’hôte présente une prédisposition à l'inflammation en travaillant chez des souris gnotobiotiques invalidées pour l'IL10 (Il10-/-). Enfin, nous avons testé l’effet de ces 2 souches, en contexte conventionnel, dans un modèle murin d’inflammation chronique, invalidé pour l'IL10 et traité à un agent chimique, le DNBS. Les données obtenues sur modèles mono-associés montrent qu’il existe une réponse transcriptionnnelle dynamique de l’iléon et du côlon à chacune des souche d’E. coli étudiées. Il existe un ensemble de gènes qui répond de manière commune aux souches d’E. coli étudiées dans ce travail. Ainsi, l'expression de gènes qui jouent un rôle clé dans l'homéostasie intestinale est plus élevée dans les souris mono-associées que dans les souris axéniques. Ces gènes sont impliqués dans le renouvellement des espèces réactives d'oxygène, dans la production de peptides antimicrobiens et de molécules associées à la réponse immunitaire. En présence de CEC15 et Nissle 1917, ces mécanismes de défense de l’hôte ont été d’avantage mobilisés et renforcés dans l'iléon et le côlon de souris IL10-/- mono-associées. Dans le modèle de colite chronique, CEC15 a reversé certains effets délétères du DNBS et restauré un profil d'expression génique proche de celui du groupe non malade. Dans une deuxième partie, nous avons déterminé l’impact d’un régime hyperlipidique sur les interactions entre E. coli et l’hôte. Les souris mono-colonisées par la souche CEC15 ou la souche Nissle 1917 ont été nourries avec un régime standard ou un régime riche en graisse et les métabolomes caecal, plasmatique et urinaire ont été analysés par Résonnance Magnétique Nucléaire. Sur régime standard, le profil métabolomique de l’hôte est modifié au niveau du contenu caecal et urinaire en présence des souches CEC15 et Nissle 1917 [...]

The renewal of the intestinal epithelium relies on the continuous proliferation of stem cells capable of regenerating the entire epithelium every 3 to 5 days. These intestinal stem cells (ISC) are thought to be the cell of origin for colorectal cancer. Thus, characterizing the mechanisms involved the protection of ISC against different stresses is key to understanding both intestinal homeostasis and tumor development. In tumoral tissue from mice predisposed to intestinal tumor development following the loss of the tumor suppressor gene Apc, our laboratory previously showed an upregulation of autophagy required for tumor growth. Our work aims to understand the role this catabolic mechanism in the homeostasis of ISC. To this end, we use genetically modified mouse models and intestinal organoid culture to study the effects of autophagy inhibition in intestinal homeostasis and in particular in ISC.We found that the inhibition of autophagy upon deletion of the gene Atg7 results in p53 activation and apoptosis of ISC specifically. The simultaneous deletion of Tp53 prevents the death of autophagy-deficient ISC. Moreover, over time, mice deficient for both Atg7 and Tp53 develop tumors, contrary to those deficient for either Atg7 or Tp53 alone. We therefore hypothesized that the inhibition of autophagy sensitizes ISC to p53-mediated apoptosis as a result of accumulated pro-tumorigenic damages. Transcriptomic analysis on sorted control or Atg7-deficient ISC revealed aterations in oxidative stress and DNA damage responses. Confirming these signatures, we observed DNA damages in autophagy-deficient crypts along with a defect in the repair of induced damages following irradiation. We additionally observed an accumulation of reactive oxygen species in autophagy-deficient ISC linked to a downregulation of the NRF2-mediated antioxidant response. Wide-spectrum antibiotic or antioxidant treatments improve the survival of autophagy-deficient ISC and support the contribution of both reactive oxygen species and the intestinal microbiota to the death of ISC. Our work therefore reveals we find an important function of autophagy in the integrity and maintenance of ISC by controlling reactive oxygen species, the microbial microenvironment and DNA repair pathways.; Le renouvellement de l’épithélium intestinal repose sur la prolifération incessante de cellules souches intestinales (CSI) capables de régénérer l’intégralité de l’épithélium en 3 à 5 jours. Des altérations de ces dernières sont à l’origine de la transformation tumorale. L’étude des mécanismes impliqués dans la protection des CSI face à différents stress est donc essentielle pour mieux comprendre l’homéostasie et les pathologies intestinales. Dans un modèle de souris prédisposées à développer des tumeurs suite à la perte du gène Apc, notre équipe a pu précédemment démontrer une activation de l’autophagie nécessaire à la croissance tumorale. Nos travaux visent à étudier le rôle de ce processus catabolique dans l’homéostasie des CSI. Pour ce faire, nous utilisons des modèles murins génétiquement modifiés et des cultures d’organoïdes afin d’étudier les effets de l’inhibition de l’autophagie dans l’homéostasie intestinale et en particulier dans les CSI.Nos travaux indiquent que l’inhibition de l’autophagie par l’invalidation du gène Atg7 conduit à une activation de p53 et de l’apoptose spécifique des CSI. L’invalidation simultanée du gène Tp53 empêche la mort des CSI déficientes en autophagie. De plus, au long terme, ces souris développent des tumeurs, contrairement aux souris invalidées uniquement pour les gènes Atg7 ou Tp53. Nous avons donc émis l’hypothèse que l’inhibition de l’autophagie sensibilisait les CSI à l’apoptose suite à une accumulation de dommages cytotoxiques. Par une analyse d’expressions géniques des CSI issues de cryptes contrôles et invalidées pour le gène Atg7, nous avons mis en évidence une altération des réponses associées au stress oxydant et à la réparation de l’ADN. Confirmant ces signatures, nous avons observé des dommages de l’ADN dans les cryptes déficientes en autophagie et un défaut de réparation de ces dommages suite à une irradiation. Nous observons également une accumulation d’espèces réactives de l’oxygène dans les CSI déficientes en autophagie associée à une atténuation de la réponse antioxidante médiée par NRF2. Des traitements antibiotiques à large-spectre ou antioxydants améliorent la survie des CSI déficientes en autophagie et soutiennent l’influence des espèces réactives de l’oxygène et de la flore intestinale sur la mort des CSI. Nos travaux indiquent donc un rôle important de l’autophagie dans la protection et le maintien des CSI, de par son contrôle des espèces réactives de l’oxygène, du microenvironnement bactérien et des voies de réparation de l’ADN.

The origin of systemic inflammation observed at a subclinical level in obese patients is still unclear. Studies suggest the participation of the intestine and dietary lipids in the onset of inflammation. The aim of my thesis was to determine whether a short-term lipid supply, rich in saturated fatty acid, could compromise the intestinal barrier integrity, which could in turn increase the endotoxin passage through the intestinal mucosa, activate the immune system and trigger local or systemic inflammation. In mice, I studied the effect of a single or repeated supply of palm oil on intestinal barrier integrity, inflammatory markers and microbiota. My results showed that a single supply of palm oil is sufficient to alter intestinal epithelial barrier and to modulate in the intestine the expression of pro-inflammatory cytokine. A repeated supply exacerbates these deleterious effects and modifies the abundance of intestinal bacteria. The role of palmitic acid was analyzed on a polarized monolayer of the human intestinal epithelial cell line, the Caco-2/TC7 cells. The results indicated that the deleterious effects could be exert independently of microbiota and immune cell interactions and involved the de novo ceramide synthesis pathway. Altogether, my results pave the way for further studies aiming at specifying the various cellular processes in response to dietary lipids., L’origine de l’inflammation systémique présente à un niveau subclinique chez les sujets obèses est mal connue. Des données suggèrent la participation de l’intestin et des lipides dans l’initiation de cette inflammation. L’objectif de ma thèse a été de déterminer si un apport à court terme de lipides, en particulier d’acide palmitique, pouvait conduire à des altérations de la barrière intestinale, qui en retour faciliteraient le passage de fragments bactériens, activant le système immunitaire localement et en systémique. J’ai étudié chez la souris l’impact d’un apport aigu ou répété d’huile de palme sur l’intégrité de la barrière intestinale, l’expression de marqueurs inflammatoires et le microbiote. Mes travaux montrent qu’un apport unique d’acides gras saturés suffit à perturber la barrière épithéliale intestinale et à moduler localement l’expression de cytokines pro-inflammatoires. La répétition d’un tel apport exacerbe ces effets et modifie l’abondance des bactéries intestinales. Le rôle de l’acide palmitique a été analysé dans la lignée cellulaire Caco-2/TC7. J’ai montré que ces effets délétères s’exercent indépendamment du microbiote et des cellules immunitaires et impliquent la voie de synthèse de novo des céramides. Ces résultats ouvrent la voie à de nouvelles études qui permettront de préciser les mécanismes moléculaires mis en place en réponse aux lipides.

The origin of systemic inflammation observed at a subclinical level in obese patients is still unclear. Studies suggest the participation of the intestine and dietary lipids in the onset of inflammation. The aim of my thesis was to determine whether a short-term lipid supply, rich in saturated fatty acid, could compromise the intestinal barrier integrity, which could in turn increase the endotoxin passage through the intestinal mucosa, activate the immune system and trigger local or systemic inflammation. In mice, I studied the effect of a single or repeated supply of palm oil on intestinal barrier integrity, inflammatory markers and microbiota. My results showed that a single supply of palm oil is sufficient to alter intestinal epithelial barrier and to modulate in the intestine the expression of pro-inflammatory cytokine. A repeated supply exacerbates these deleterious effects and modifies the abundance of intestinal bacteria. The role of palmitic acid was analyzed on a polarized monolayer of the human intestinal epithelial cell line, the Caco-2/TC7 cells. The results indicated that the deleterious effects could be exert independently of microbiota and immune cell interactions and involved the de novo ceramide synthesis pathway. Altogether, my results pave the way for further studies aiming at specifying the various cellular processes in response to dietary lipids.; L’origine de l’inflammation systémique présente à un niveau subclinique chez les sujets obèses est mal connue. Des données suggèrent la participation de l’intestin et des lipides dans l’initiation de cette inflammation. L’objectif de ma thèse a été de déterminer si un apport à court terme de lipides, en particulier d’acide palmitique, pouvait conduire à des altérations de la barrière intestinale, qui en retour faciliteraient le passage de fragments bactériens, activant le système immunitaire localement et en systémique. J’ai étudié chez la souris l’impact d’un apport aigu ou répété d’huile de palme sur l’intégrité de la barrière intestinale, l’expression de marqueurs inflammatoires et le microbiote. Mes travaux montrent qu’un apport unique d’acides gras saturés suffit à perturber la barrière épithéliale intestinale et à moduler localement l’expression de cytokines pro-inflammatoires. La répétition d’un tel apport exacerbe ces effets et modifie l’abondance des bactéries intestinales. Le rôle de l’acide palmitique a été analysé dans la lignée cellulaire Caco-2/TC7. J’ai montré que ces effets délétères s’exercent indépendamment du microbiote et des cellules immunitaires et impliquent la voie de synthèse de novo des céramides. Ces résultats ouvrent la voie à de nouvelles études qui permettront de préciser les mécanismes moléculaires mis en place en réponse aux lipides.

Introduction Propionibacterium freudenreichii (PF) is a Swiss-type cheeses starter and has versatile probiotic properties due to various beneficial metabolites. PF recently emerged as a suitable candidate to develop fermented functional foods. Delivery of viable bacteria to the colon is crucial for in situ beneficial metabolites production. The delivery vehicle was shown to influence P. freudenreichii tolerance towards digestive stresses. It is also suggested to influence PF adaptation to the colon environment. In addition, during digestion, the delivery vehicle may prevent or allow proteolysis of surface proteins. These surface proteins are generally thought to contribute to bacteria tolerance towards environmental stresses. Aim This study aimed at evaluating PF (strain CIRM-BIA 129) adaptation to the caecal environment, according to the delivery vehicle. Besides, we evaluated PF survival in the caecal environment after removal of bacterial surface proteins by enzymatic proteolysis. We address the plausible role of S-layer protein SlpB in PF adaptation and survival. Methods Caecal medium was prepared from caecal contents recovered from piglets. PF pellets were harvested from cultures in Yeast Extract-Lactate (YEL), in Milk ultrafiltrate, or from cheese. Wild-type and SlpB KO mutant PF were further compared with respect to survival in caecal medium. Bacterial pellets were also submitted to surface proteins proteolysis to mimic digestion. Cultures were incubated 50 h at 37°C in anaerobiosis. Survival was monitored by plate counting, optical density and by live/dead fluorescence labeling. Results PF survival decreased in the caecal medium with a similar rate, whatever the growth medium tested. However, optical density was stable and the epifluorecence images did not show dead bacteria. Reduced survival rate was not due to significant cell death.PF seemed rather to enter a viable but nonculturable state in the caecal medium. Surprisingly, proteolytic removal of surface layer proteins enhanced PF culturable state in caecal medium. In addition, the mutation of SlpB did not change PF culturable state but surface proteins proteolysis enhanced also PF KO SlpB s culturable state. Conclusion These results indicate that surface proteins proteolysis during digestion may enhance PF survival and metabolic activity within the caecal medium. A comparative proteomic analysis will address the molecular mechanisms involved in enhanced survival.

Thèse en Cotutelle : Université Fédérale du Minas Gerais; Propionibacterium freudenreichii is a beneficial Gram-positive bacterium, traditionally used as a cheese ripening starter, with the GRAS status (Generally Recognized As Safe). P. freudenreichii has revealed an immunomodulatory effect confirmed in vivo by the ability to protect mice from induced acute colitis. The anti- inflammatory effect is however highly strain-dependent and due, at least in part, to key surface compounds favouring probiotic effects. Gram-positive bacteria, including P. freudenreichii, can be covered with an external proteinaceous layer called a surface-layer paracrystalin layer and formed by the self-assembly of surface-layer-proteins (Slps). Slps were shown, in different bacteria, to be involved in several probiotics traits, such as adhesion to host cells and mucus, persistence within the gut, or immunomodulation. The aim of this study is to investigate, in a P. freudenreichii probiotic strain, the surface protein that plays the main role in the probiotic interaction with the host. The P. freudenreichii CIRM-BIA 129 strain recently revealed promising immunomodulatory properties and possesses several Slps, including SlpB. In the presented work, inactivation of the corresponding gene, CB129ΔslpB a mutant strain, caused a drastic decrease in adhesion to intestinal epithelial HT-29 cells, further evidencing the key role of Slps in cell adhesion. we investigated immune response of HT-29 cells towards P. freudenreichii CIRM-BIA 129 and CB129ΔslpB. The wild type strain mainly induced expression of the immunomodulatory IL-10 by the cells. Interestingly, the mutant strain induced decreased expression of IL-10, yet increased expression of IL-8. To finally evaluate the role of the key surface protein SlpB in the ant-inflammatory property of P. freudenreichii, we examined both strains in a murine mucositis model induced by 5-Fluorouracil (5-FU). P. freudenreichii wild type strain was able to prevent weight loss, to preserve villous architecture and to preserve secretory granules density inside Paneth cells in mucositis–affected mice. By contrast, the mutant CB129ΔslpB strain failed to exert such protective effect. This study evidenced the involvement of P. freudenreichii SlpB protein in its anti-inflammatory properties and confirmed the versatile role fulfilled by Slps in probiotic host interactions.; Propionibacterium freudenreichii est une bactérie Gram-positive bénéfique, traditionnellement utilisée comme levain d’affinage fromager, qui bénéficie du statut GRAS (Generally Recognized As Safe). P. freudenreichii a révélé un effet immunomodulateur qui a été confirmé in vivo par la capacité à protéger des souris d’une colite aigüe induite. L’effet anti-inflammatoire est cependant hautement souche-dépendant. Il est dû, au moins en partie, à des composés de surface clés qui favorisent ces effets probiotiques. Les bactéries Gram- positives, y compris P. freudenreichii, peuvent être recouvertes d’une couche extérieure protéique, appelée « surface-layer », paracristalline, et formée par l’autoassemblage de protéines dites de S-layer (Slps). Les Slps, dans différentes bactéries, sont impliquées dans plusieurs caractéristiques probiotiques, telles que l’adhésion aux cellules de l’hôte et au mucus, la persistance dans l’intestin, ou encore l’immunomodulation. Le but de cette étude est d’étudier, chez une souche probiotique de P. freudenreichii, la protéine de surface qui joue le principal rôle dans les interactions probiotiques avec l’hôte. La souche P. freudenreichii CIRM-BIA 129, récemment reconnue comme immunomodulatrice prometteuse, possède plusieurs protéines de surface Slps, y compris SlpB. Dans la présente étude, l’inactivation du gène correspondant, dans la souche mutante CB129ΔslpB, a provoqué une baisse drastique de l’adhésion aux cellules intestinales épithéliales HT-29, confirmant le rôle clé des Slps dans l’adhésion aux cellules. P. freudenreichii CIRM-BIA 129. Nous avons étudié la réponse immune de cellules HT-29 stimulées par le sauvage ou par le mutant. Le sauvage induisait principalement l’expression de la cytokine immunomodulatrice IL-10. Le mutant induisait, de façon intéressante, moins d’IL-10, mais plus d’IL-8. Afin d’évaluer the rôle de cette protéines clé SlpB dans les effets antiinflammatoires de P. freudenreichii, nous avons testé ces deux souches dans un modèle murin de mucosite induite par le 5-Fluorouracile. La consommation de la souche sauvage prévenait la perte de poids, préservait l’architecture des villosités, ainsi que la densité des granules de sécrétion au sein des cellules de Paneth, chez les souris atteintes de mucosite. Cependant, le mutant n’avait pas cet effet protecteur. Cette étude a mis en évidence l’implication de la protéine SlpB de P. freudenreichii dans les propriétés anti-inflammatoires de cette bactérie et confirme le rôle versatile joué par les Slps dans les interactions probiotique/hôte.

Propionibacterium freudenreichii is a beneficial bacterium traditionally used as a cheese-ripening starter and more recently for its probiotic abilities based on the release of beneficial metabolites. In addition to these metabolites (short-chain fatty acids, vitamins, and bifidogenic factor), P. freudenreichii revealed an immunomodulatory effect confirmed in vivo by the ability to protect mice from induced acute colitis. This effect is, however, highly strain-dependent. Local action of metabolites and of immunomodulatory molecules is favoured by the ability of probiotics to adhere to the host cells. This property depends on key surface compounds, still poorly characterized in propionibacteria. We thus investigated the involvement of a specific propionibacterial surface protein in adhesion of the probiotic Propionibacterium freudenreichii to host cells. We compared several strains of Propionibacterium freudenreichii, with respect to adhesion to cultured human intestinal epithelial cells, using a well-established model. We inactivated genes using a previously developed method, based on the integration of a non-replicative plasmid, harbouring a portion of the target gene. We analysed adhesion of the wild type and the mutant strains using fluorescent-assisted flow cytometry and confocal microscopy. We also sought inhibition of adhesion using antibodies directed against surface layer proteins. In the present study, we showed different adhesion rates to cultured human intestinal cells, among strains of P. freudenreichii. The most adhesive one was P. freudenreichii CIRM-BIA 129, which is known to expose surface-layer proteins. We evidenced here the involvement of these proteins in adhesion to cultured human colon cells. We then aimed at deciphering the mechanisms involved in adhesion. Adhesion was inhibited by antibodies raised against SlpB, one of the surface-layer proteins in P. freudenreichii CIRM-BIA 129. Inactivation of the corresponding gene suppressed adhesion, further evidencing the key role of slpB product in cell adhesion. This work confirms the various functions fulfilled by surface-layer proteins, including probiotic/host interactions. It opens new perspectives for the understanding of probiotic determinants in propionibacteria, and for the selection of the most efficient strains within the P. freudenreichii species.

Exchange with the gut microbiota are key for immune system development and host intestinal homeostasis. Bacterial molecules sensed by epithelial cells in the intestine are challenging permanently the host immune system. In response, epithelial cells secrete numerous immuno-regulator factors favouring gut tolerance. However, the molecular mechanisms involved in these processes, remain poorly understand. We studied bacterial-dependent regulation of TGFB1 and IDO1 genes as well as the TLR independent activation of the NFκB pathway, in epithelial cells. We screened the activities of a hundred of gut bacterial species on human epithelial cell lines. We showed that short chain fatty acids, and specially butyrate secreted by Clostridiales and Fusobacterium, were potent modulators of TGFb1 and IDO1 via their histone deacetylase inhibition properties. Butyrate upregulated TGFB1 by a mechanism dependent of the SP1 transcription factor. Moreover, butyrate inhibited IDO1 by two distinct mechanisms, by down-regulating the STAT1/IFNγ pathway and by preventing IDO1 expression independently of IFNγ. Eventually, we described that specific group of gut bacteria activated NFκB in a short-chain fatty acids, TLR and MYD88 independent manner. Interestingly, some Gram+ bacteria stimulated NFκB via the NOD1 pathway. Furthermore, we identified for the first time in a non-pathogenic context, commensal bacteria promoting NFκB by the newly discovered ALPK1-TIFA-TRAF6 axis. Overall, our work support the specific functions of the intestinal epithelial cells in the regulation of the host-microbiote symbiosis.; Les échanges avec le microbiote intestinal sont indispensables au développement du système immunitaire et à l’homéostasie intestinale. Les bactéries produisent des molécules perçues par les cellules épithéliales de l’intestin qui mettent à l’épreuve en permanence notre immunité. En réponse, ces cellules sécrètent des facteurs immuno-régulateurs qui contribuent à la tolérance intestinale mais dont les mécanismes sont encore peu compris. Nous nous sommes intéressés à la régulation par les bactéries des gènes TGFb1 et IDO1 et à l’activation du facteur de transcription NFκB, indépendamment des TLR. Pour mieux caractériser ses échanges, nous avons étudié les activités de bactéries commensales sur des lignées de cellules épithéliales intestinales humaines. Nous avons démontré que les acides à chaînes courtes, en particulier le butyrate présent dans les surnageants bactériens des Clostridiales et des Fusobacterium, est un puissant modulateur de TGFb1 et d’IDO1 par ses propriétés inhibitrices d’histone déacétylase. Le butyrate active la transcription de TGFb1 par un mécanisme dépendant du facteur de transcription SP1. En outre, le butyrate inhibe la transcription d’IDO1 par deux mécanismes distincts, l’un ciblant la voie STAT1/IFNγ et le second agissant indépendamment de l’IFNγ. Enfin, certaines bactéries intestinales activent NFκB, indépendamment des acides gras à chaînes courtes, des TLR et de MYD88. Une partie de ces bactéries stimulent la voie NOD1 tandis que d’autres utilisent la voie ALPK1-TIFA-TRAF6, jusqu'à présent activée uniquement par des pathogènes. Ce travail met en valeur le rôle des cellules épithéliales dans la régulation de la symbiose hôte-microbiote.

Exchange with the gut microbiota are key for immune system development and host intestinal homeostasis. Bacterial molecules sensed by epithelial cells in the intestine are challenging permanently the host immune system. In response, epithelial cells secrete numerous immuno-regulator factors favouring gut tolerance. However, the molecular mechanisms involved in these processes, remain poorly understand. We studied bacterial-dependent regulation of TGFB1 and IDO1 genes as well as the TLR independent activation of the NFκB pathway, in epithelial cells. We screened the activities of a hundred of gut bacterial species on human epithelial cell lines. We showed that short chain fatty acids, and specially butyrate secreted by Clostridiales and Fusobacterium, were potent modulators of TGFb1 and IDO1 via their histone deacetylase inhibition properties. Butyrate upregulated TGFB1 by a mechanism dependent of the SP1 transcription factor. Moreover, butyrate inhibited IDO1 by two distinct mechanisms, by down-regulating the STAT1/IFNγ pathway and by preventing IDO1 expression independently of IFNγ. Eventually, we described that specific group of gut bacteria activated NFκB in a short-chain fatty acids, TLR and MYD88 independent manner. Interestingly, some Gram+ bacteria stimulated NFκB via the NOD1 pathway. Furthermore, we identified for the first time in a non-pathogenic context, commensal bacteria promoting NFκB by the newly discovered ALPK1-TIFA-TRAF6 axis. Overall, our work support the specific functions of the intestinal epithelial cells in the regulation of the host-microbiote symbiosis.; Les échanges avec le microbiote intestinal sont indispensables au développement du système immunitaire et à l’homéostasie intestinale. Les bactéries produisent des molécules perçues par les cellules épithéliales de l’intestin qui mettent à l’épreuve en permanence notre immunité. En réponse, ces cellules sécrètent des facteurs immuno-régulateurs qui contribuent à la tolérance intestinale mais dont les mécanismes sont encore peu compris. Nous nous sommes intéressés à la régulation par les bactéries des gènes TGFb1 et IDO1 et à l’activation du facteur de transcription NFκB, indépendamment des TLR. Pour mieux caractériser ses échanges, nous avons étudié les activités de bactéries commensales sur des lignées de cellules épithéliales intestinales humaines. Nous avons démontré que les acides à chaînes courtes, en particulier le butyrate présent dans les surnageants bactériens des Clostridiales et des Fusobacterium, est un puissant modulateur de TGFb1 et d’IDO1 par ses propriétés inhibitrices d’histone déacétylase. Le butyrate active la transcription de TGFb1 par un mécanisme dépendant du facteur de transcription SP1. En outre, le butyrate inhibe la transcription d’IDO1 par deux mécanismes distincts, l’un ciblant la voie STAT1/IFNγ et le second agissant indépendamment de l’IFNγ. Enfin, certaines bactéries intestinales activent NFκB, indépendamment des acides gras à chaînes courtes, des TLR et de MYD88. Une partie de ces bactéries stimulent la voie NOD1 tandis que d’autres utilisent la voie ALPK1-TIFA-TRAF6, jusqu'à présent activée uniquement par des pathogènes. Ce travail met en valeur le rôle des cellules épithéliales dans la régulation de la symbiose hôte-microbiote.

La constipation est une affection qui touche 16% de la population mondiale. Étant considérée comme une maladie bénigne, elle constitue pour le patient un motif insuffisant pour une consultation. Le pharmacien est, dans ce cas, le professionnel de santé idéal pour prendre le patient en charge. Grâce à un interrogatoire poussé, il décèle les signes d’alerte afin de diriger le patient vers un médecin. En dehors de ce cas, et surtout lors des constipations aiguës, il aide le patient à gérer ses symptômes par des mesures hygiéno-diététiques, avec des laxatifs ou encore en le redirigeant vers une prise en charge adaptée. Dans le cas d’une constipation chronique, il assure le suivi de son patient et la gestion de son traitement, notamment des effets indésirables. Il est également formé pour proposer des alternatives thérapeutiques aux patients qui le souhaiteraient. Par ce biais, il limite la sur-médication et la survenue de la maladie des laxatifs. En somme, le pharmacien est le professionnel de santé de proximité par excellence, il établit un lien privilégié avec son patient. Son rôle est prépondérant dans le maillage de la prise en charge globale des patients. Le pharmacien est un véritable acteur de santé publique et il serait intéressant d’élargir son rôle pour les années à venir.

Scope. Inflammatory bowel disease (IBD) constitute a growing public health concern in western countries. Bacteria with anti-inflammatory properties are lacking in the dysbiosis accompanying IBD. Selected strains of probiotic bacteria with anti-inflammatory properties accordingly alleviate symptoms and enhance treatment of ulcerative colitis in clinical trials. Such properties are also found in selected strains of dairy starters such as Propionibacterium freudenreichii and Lactobacillus delbrueckii. We thus investigated the possibility to develop a fermented dairy product, combining both starter and probiotic abilities of both lactic acid and propionic acid bacteria, designed to extend remissions in IBD patients. Methods and results. We developed a two-strain P. freudenreichii and L. delbrueckii-fermented experimental pressed cheese using strains previously selected for their anti-inflammatory properties. Consumption of this experimental fermented dairy product protected mice against TNBS-induced colitis, alleviating severity of symptoms, modulating local and systemic inflammation, as well as colonic oxidative stress and epithelial cell damages. As a control, the corresponding sterile dairy matrix failed to afford such protection. Conclusion. This work reveals the probiotic potential of this bacterial mixture, in the context of fermented dairy products. It opens new perspectives for the reverse engineering development of anti-inflammatory fermented foods designed for target populations with IBD, and has provided evidences leading to an ongoing pilot clinical study in ulcerative colitis patients.

De par les nombreuses applications innovantes que laissent entrevoir leurs propriétés physiques, chimiques ou biologiques, les nanomatériaux représentent un domaine de la recherche scientifique et technique en pleine expansion. Les nanoparticules sont désormais intégrées à de nombreux procédés industriels et entrent dans la composition de très nombreux produits de la vie courante. L’exposition des populations peut être dans certains cas professionnels (industrie, laboratoires) ou par le biais de sites industriels pour les populations riveraines. Toutefois l’ensemble de la population apparait désormais exposée aux nanoparticules en raison de leur omniprésence, notamment dans l’alimentation (additif alimentaire). Les impacts potentiels de ces molécules sur les populations sensibles et vulnérables comme les enfants, particulièrement consommateurs de bonbons et autres produits chargés en nanoparticules, sont préoccupants puisque certaines études chez l’animal révèlent la survenue de lésions au niveau digestif et pulmonaire (12,13). Néanmoins les données expérimentales ne sont pas pour l’instant suffisamment étayées pour établir réellement une démarche de prévention des risques.

Evidence has highlighted the importance of immune cells in various gut disorders. Both the quantification and localization of these cells are essential to the understanding of the complex mechanisms implicated in these pathologies. Even if quantification can be assessed (e.g., by flow cytometry), simultaneous cell localization and quantification of whole tissues remains technically challenging. Here, we describe the use of a computer learning-based algorithm created in the Tissue Studio interface that allows for a semi-automated, robust and rapid quantitative analysis of immunofluorescence staining on whole colon sections according to their distribution in different tissue areas. Indeed, this algorithm was validated to characterize gut immune microenvironment. Its application to the preclinical colon cancer APCMin/+ mouse model is illustrated by the simultaneous counting of total leucocytes and T cell subpopulations, in the colonic mucosa, lymphoid follicles and tumors. Moreover, we quantify T cells in lymphoid follicles for which quantification is not possible with classical methods. Thus, this algorithm is a new and robust preclinical research tool, for investigating immune contexture exemplified by T cells but it is also applicable to other immune cells such as other myeloid and lymphoid populations or other cellular phenomenon along mouse gut.

Dysregulation of intestinal microflora is linked to inflammatory disorders associated with compromised immunosuppressive functions of Foxp3+ T regulatory (Treg) cells. Although mucosa-associated commensal microbiota has been implicated in Treg generation, molecular identities of the “effector” components controlling this process remain largely unknown. Here, we have defined Bifidobacterium bifidum as a potent inducer of Foxp3+ Treg cells with diverse T cell receptor specificity to dietary antigens, commensal bacteria, and B. bifidum itself. Cell surface β-glucan/galactan (CSGG) polysaccharides of B. bifidum were identified as key components responsible for Treg induction. CSGG efficiently recapitulated the activity of whole bacteria and acted via regulatory dendritic cells through a partially Toll-like receptor 2–mediated mechanism. Treg cells induced by B. bifidum or purified CSGG display stable and robust suppressive capacity toward experimental colitis. By identifying CSGG as a functional component of Treg-inducing bacteria, our studies highlight the immunomodulatory potential of CSGG and CSGG-producing microbes.

The human gut microbiota makes fundamental contributions to host metabolism and immune system. Therefore, perturbations in its composition, a process known as dysbiosis, have an important role in the development of several chronicle diseases, mainly intestinal inflammatory disorders. Culture-independent molecular methods are allowing scientific community to uncover substantive findings, thus giving a more detailed description of the human intestinal microbiota. This chapter presents a review on current metagenomic approaches, based on next-generation sequencing technologies, for investigating bacterial taxonomic classification and predictive function associated with the human gut in health and disease. In this context, we describe recent studies that have been trying to elucidate important alterations in microbiome composition across individuals according to delivery mode, aging, diet and medication that might be linked to susceptibility to immune-mediated diseases. A description of the main bacterial taxa and genes acting in dysbiosis during inflammation, focusing on chronic inflammatory bowel diseases and colorectal cancer, is also explored in this chapter.