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Metabolomics is a recent field of research concerning the study of small molecules or « metabolites » in biological samples. The different omics fields: genomics, transcriptomics, proteomics and metabolomics, form a chain in which each link influences the others and is influenced by external factors. Metabolomics represent the last link of this chain, resulting of genetic, pathologic, environmental and toxicological factors, and is thus the omics field closest to the biological phenotype.Since metabolomic studies are relatively fast and inexpensive, they could be used in routine medical practice, particularly for diagnostic testing.Metabolomic data most frequently include high numbers of variables. Different machine learning methods are used for the statistical analysis of these high dimensional datasets. The most frequently used method is PLS-DA (Partial Least Squares Discriminant Analysis). However, this method has some drawbacks, including a risk of false discoveries due to overfitting.In this work, we evaluated new supervised classification methods for clinical applications of metabolomics, particularly for diagnostic testing.We first introduce two new classification methods, created through a collaboration between biologists, physicians and mathematicians: the PD-CR method (Primal Dual for Classification with Rejection) and a supervised autoencoder. We compare these methods to the most frequently used methods in this setting: PLS-DA, Standard Vector Machines, Random Forests and neural networks. Hence, we show that these new methods have similar or higher performances as the classical methods, while selecting biologically relevant metabolites for which the weights in the classification are given in a straightforward and easily interpretable manner. Moreover, these methods include a probability score for each prediction, which seems particularly relevant for medical applications.We then report the results of a metabolomic study performed on frozen and formalin fixed glial tumor samples. Using an L1 penalized regression method associated with a bootstrap method we created two models to classify glial tumors according to their IDH mutational status and their grade. These models were trained on metabolomic data from frozen samples and lead to the selection of three metabolites: 2-hydroxyglutarate, aminoadipate and guanidinoacetate. When testing these models on metabolomic data obtained on fixed glial tumor samples, they revealed good classification results: IDH mutational status prediction with a sensitivity of 70.6% and a specificity of 80.4% and grade prediction with a sensitivity of 75% and a specificity of 74.5%. Hence, we have shown that performing a metabolomic analysis on fixed samples is possible and can lead to promissing results.Targeted analysis on new tumor samples could be performed to validate our models and lead to applications in routine practice, complementing pre-existing techniques. Moreover, exploring the biological phenomenons underlying the association of glial tumor grade and aminoadipate and guanidinoacetate could lead to a better understanding of these tumors and their carcinogenesis.; La métabolomique est une approche portant sur l'étude des petites molécules ou « métabolites » présents dans divers échantillons biologiques. Les différents domaines omiques : génomique, transcriptomique, protéomique et métabolique, forment une chaine où chaque maillon va influencer les autres et pourra être influencé par des phénomènes externes. La métabolomique représente le dernier maillon de cette chaine, résultat de facteurs génétiques, pathologiques, environnementaux et toxicologiques et est ainsi le domaine omique qui se rapproche le plus du phénotype biologique.Les analyses de métabolomique étant relativement peu couteuses et rapides, elles pourraient être utilisées en médecine, notamment pour élaborer de nouveaux tests diagnostiques.Les données de métabolomique comportent un grand nombre de variables. Différentes méthodes de machine learning sont utilisées pour l'analyse statistiques de ces données de grande dimension. La méthode la plus utilisées est la méthode PLS-DA (Partial Least Squares Discriminant Analysis). Cependant, cette méthode présente certaines limites, notamment un risque de fausses découvertes lié à un sur-ajustement.Dans le cadre de cette thèse, nous avons évalué de nouvelles méthodes de classification supervisée pour des applications cliniques de la métabolomique, notamment pour le développement de tests diagnostiques.Nous présentons tout d'abord deux nouvelles méthodes de classification supervisée développées en collaboration entre biologistes, médecins et mathématiciens pour une utilisation en métabolomique : la méthode PD-CR (Primal Dual for Classification with Rejection) et un autoencodeur supervisé. Nous comparons ces méthodes à des méthodes couramment utilisées en métabolomique : PLS-DA, Standard Vector Machines (SVM), Random Forests et un réseau de neurone. Nous montrons ainsi que les nouvelles méthodes développées présentent des performances équivalentes ou supérieures aux méthodes courantes tout en sélectionnant des métabolites pertinents, dont le poids dans la classification est donné de manière facilement interprétable. Par ailleurs, ces méthodes incluent un score de probabilité pour chaque prédiction, qui nous semble particulièrement pertinent pour une utilisation dans un contexte médical. Ensuite nous présentons les résultats d'une étude de métabolomique concernant des échantillons de tumeurs gliales congelés et fixés en paraffines. A l'aide d'une méthode de régression avec pénalisation L1 associée à un bootstrap nous avons développé deux modèles permettant de classifier les tumeurs gliales selon leur statut mutationnel IDH et selon leur grade à partir de données de métabolomique obtenues sur échantillons congelés. Ces modèles étaient basés sur trois métabolites d'intérêt : le 2-hydroxyglutarate, l'amino-adipate et le guanidine-acetate. Nous avons ensuite montré que ces modèles pouvaient être appliqués sur des données de métabolomique obtenues sur des échantillons fixés en paraffine avec des performances correctes : prédiction du statut mutationnel IDH avec une sensibilité 70.6% de et une spécificité de 80.4% et prédiction du grade avec une sensibilité de 75% et une spécificité de 74.5%. Nous avons ainsi montré qu'il était possible de réaliser des analyses de métabolomique sur échantillons fixés en paraffine et d'en tirer des résultats pertinents.L'analyse ciblée de nouveaux échantillons permettrait de valider ces modèles et de les utiliser en pratique courante en complément des techniques déjà disponibles. De plus, l'exploration des phénomènes biologiques à l'origine de l'association entre le grade de malignité des tumeurs gliales et l'aminoadipate et le guanidinoactetate pourrait permettre de mieux comprendre leur cancérogénèse.

Complete proteomic datasets are available in the PRIDE partner repository (Perez-Riverol et al., 2019) under identification numbers: PXD030822 and 10.6019/PXD030822 for HepaRG cells, PXD031045 and 10.6019/PXD031045 for HepaRG culture media, PXD030887 and 10.6019/PXD030887 for PHHs, and PXD030892 and 10.6019/PXD030892 for PRHs. Metabolomic data are available in the MetaboLights repository (Haug et al., 2020) under the identification number: www.ebi.ac.uk/metabolights/MTBLS4063.; International audience; The biological effects of the pesticide and mitochondrial complex I inhibitor tebufenpyrad (TEBU) on liver cells were investigated by combining proteomics and metabolomics. Both cell culture media and cellular lysates were analyzed in dose-response and kinetic experiments on the HepaRG cell line. Responses were compared with those obtained on primary human and rat hepatocytes. A multitude of phase I and II metabolites (>80) mainly common to HepaRG cells and primary hepatocytes and an increase in metabolization enzymes were observed. Synthesis of mitochondrion and oxidative phosphorylation complex constituents, fatty acid oxidation, and cellular uptake of lipids were induced to compensate for complex I inhibition and the decrease in ATP intracellular contents caused by TEBU. Secretion of the 20 S circulating proteasome and overall inhibition of acute inflammation followed by IL-6 secretion in later stages were observed in HepaRG cells. These effects were associated with a decrease in STAT1 and STAT3 transcription factor abundances, but with different kinetics. Based on identified TEBU targets, docking experiments, and nuclear receptor reporter assays, we concluded that liver cell response to TEBU is mediated by its interaction with the PPARγ transcription factor.

International audience; Today, the intra-lab application of best practices in the metabolomics field usually guarantees an adequate data exploitation within a single lab. However, the growing interest in multi-analyses designs (e.g. complementary analytical platforms, variety of matrices, multi-omics), as well as the need of data sharing and reuse, increase the difficulty of data management. Indeed, managing the multiplicity and the heterogeneity of information involved is required to achieve relevant knowledge extraction from metabolomics data. Within the MetaboHUB national infrastructure, one objective is to optimize data handling, especially metadata, to facilitate large-scale analyses, multi-platforms studies, and data FAIRisation (Findability, Accessibility, Interoperability, Reusability). In particular, this fits in the MetaboHUB scientific roadmap that promotes the open science development in the field of metabolomics.In the context of metabolomic and lipidomic studies, data production and analysis come along with a large diversity of metadata (data of the data). To identify clearly-defined bottlenecks and targets for future improvement in data management, the objective of this work was to build a metadata map at the scale of a scientific project. Aiming for completeness, this map was constructed in a collaborative and multidisciplinary way involving chemists, biologists, data stewards as well as computer scientists, combining their respective experience and knowledge. Based on the resulting metadata map, targets (areas and topics) to be further investigated were identified, enabling the construction of transversal working groups at the consortium scale. In particular, this work enables to focus efforts on clearly defined issues to improve standardisation of practices regarding data management and metadata documentation. In conclusion, this collaborative map construction has been shown to be an efficient tool to draw a clear « where do we stand / where do we go » picture inside a national infrastructure like MetaboHUB regarding project-scale metadata. This facilitates the definition of a precise data management. Such an approach could be translated within other infrastructures, consortia and/or communities.

International audience; NAFLD or non-alcoholic fatty liver disease is one of the complications of obesity and diabetes, the prevalence of which is increasing. The causes of the pathology and its development towards its severe form, NASH or non-alcoholic steatohepatitis, are multiple and still poorly understood. Many different pharmacological classes are being tested in clinical trials to treat NASH, but no pharmaceutical treatment is currently on the market. Moreover, the diagnosis of certainty is only possible by liver biopsy and histological analysis, an invasive procedure with high risk for the patient. It is therefore necessary to better understand the natural history of the disease in order to identify therapeutic targets, but also to identify markers for the diagnosis and monitoring of the disease using a blood sample, which will allow an improvement in patient management.; La NAFLD ou maladie du foie gras non alcoolique est une des complications de l'obésité et du diabète dont la prévalence augmente fortement. Les causes de la pathologie et de son développement vers sa forme sévère, la NASH ou stéato-hépatite non alcoolique, sont multiples et encore mal comprises. De nombreuses classes pharmacologiques différentes sont en cours d'essais cliniques pour traiter la NASH, mais aucun médicament n'existe actuellement sur le marché. De plus, le diagnostic de certitude n'est possible que par ponction d'une biopsie hépatique et analyse histologique, geste invasif et de haut risque pour le patient. Il apparait donc nécessaire de mieux comprendre l'histoire naturelle de la maladie afin d'identifier des cibles thérapeutiques, mais également d'identifier des marqueurs pour le diagnostic et le suivi de la pathologie à l'aide d'un prélèvement sanguin, qui permettront une amélioration de la prise en charge des patients.

Tamanu oil, obtained from the nuts of Calophyllum inophyllum L. (Calophyllaceae), was traditionally used to cure various skin problems and ailments in French Polynesia. Nuts and containing oil are also used for skin care. Since the drying of nuts is an important stage for oil preparation, the objective of our study was to develop an analytical method to evaluate oil quality during nuts drying process following different drying parameters. Using a metabolomic approach combining LC-MS/MS analysis and molecular networking, the obtained data revealed differences in the metabolites chemical classes occurring in resulting oils. For the first time, our study provides new findings regarding the occurrence and evolution of the metabolites in tamanu nuts during the drying process. The developed method provided a powerful analytical tool aiming a better identification of bioactive components formed in tamanu nuts during drying process and will be helpful to produce high quality oil for a natural active cosmetic ingredient. An efficient metabolomic approach was implemented to identify markers inducing variability in chemical composition during drying process of nuts. Thus, this set-up analytical method successfully applied in tamanu could be used to the study of metabolites of a wide range of plants., L'huile de tamanu, obtenue à partir des amandes de Calophyllum inophyllum L. (Calophyllaceae), est traditionnellement utilisée pour soigner divers problèmes et affections cutanées en Polynésie française. Les amandes et l'huile qu'elles contiennent sont également utilisées pour les soins de la peau. Elles sont connues pour traiter différents types d'affections cutanées et utilisées comme ingrédient cosmétique naturel. Le séchage des amandes étant une étape importante pour la préparation de l'huile, l'objectif de notre étude était de développer une méthode analytique pour évaluer la qualité de l'huile (composition chimique et rendement en huile) pendant le processus de séchage des amandes et en fonction de différents paramètres de séchage (facteurs abiotiques). En utilisant une approche métabolomique combinant l'analyse LC-MS/MS et la mise en réseau moléculaire, les données obtenues ont révélé des différences au sein des classes chimiques de métabolites présents dans les huiles. Des marqueurs induisant la variabilité de la composition chimique pendant le processus de séchage des amandes de tamanu ont pu être identifiés. La méthode développée fournit un bon outil analytique qui apporte une meilleure identification des composés bioactifs formés dans les amandes de tamanu pendant le processus de séchage et sera utile pour produire une huile de qualité en tant qu’ingrédient cosmétique naturel. De plus, cette approche métabolomique mise en place dans le cas du C. inophyllum pourra être utilisée pour l'étude des métabolites provenant d’une large gamme de plantes.

Penicillium expansum, l’agent causal de la maladie de pourriture bleue dans les pommes, est l’un des champignons filamenteux les plus étudiés du genre Penicillium. Ce champignon phytopathogène peut infester de nombreux fruits pendant la récolte et tout au long de la période de stockage en produisant principalement la patuline. Cependant, la patuline n'est pas la seule mycotoxine produite par P. expansum, puisque ce dernier produit une grande variété de métabolites secondaires tels que la citrinine et la chaétoglobosine A. Chez les champignons filamenteux, les gènes codant pour les protéines impliquées dans le métabolisme secondaire sont organisés en clusters. Le métabolisme secondaire est régulé par des facteurs de transcription spécifiques ou globaux. Les facteurs de transcription spécifiques sont codés par des gènes qui sont situés dans le cluster de gènes biosynthétiques et qui agissent directement sur tous les autres gènes situés dans ce même cluster. Ces facteurs de transcription spécifiques sont contrôlés par des facteurs de transcription globaux, codés par des gènes situés en dehors du cluster biosynthétique et qui sont affectés par des stimuli environnementaux. Le complexe velvet, dépendant de la lumière, et impliquant trois facteurs de transcription globaux : VelB, LaeA et VeA, joue un rôle important dans la régulation du développement, de la sporulation, de la pathogénicité et du métabolisme secondaire chez de nombreuses espèces fongiques. La caractérisation du rôle de velB, laeA et veA dans la régulation du métabolisme secondaire ainsi que de plusieurs processus physiologiques est essentielle pour comprendre le comportement de ce champignon microscopique. Dans ce contexte, le premier objectif de cette thèse a consisté à investiguer l'implication de ces trois facteurs de transcription dans le développement fongique et le métabolisme secondaire chez P. expansum. Pour cela, nous avons réalisé une évaluation de la croissance in vivo et le comportement des trois souches mutantes, Pe∆velB, Pe∆laeA, et Pe∆veA, a été comparé à celui de la souche sauvage sur des pommes Golden Delicious. Les trois souches ont été capables de coloniser les pommes, mais à une vitesse inférieure à celle de la souche sauvage. Cependant, la souche Pe∆veA a été la seule souche incapable de percer la paroi des pommes et de sortir du fruit pour compléter son cycle de vie. Cela montre que VeA est le seul membre du complexe velvet qui régule la libération du champignon à travers la formation de corémies. Nous avons ensuite réalisé une analyse transcriptomique des trois souches mutantes. Indépendamment, chacun de ces facteurs de transcription globaux a montré son implication dans la régulation de l'expression de gènes impliqués dans la biosynthèse de métabolites secondaires, la conidiation, l'assimilation du nitrate, la biosynthèse de l'ergostérol et des sidérophores. Un second objectif de la thèse était de déterminer les interactions existantes entre ces trois membres du complexe velvet et quels étaient les gènes, les fonctions régulées directement ou indirectement par le complexe velvet. Afin de contrôler la production de métabolites secondaires par les champignons filamenteux, la compréhension des processus de régulation globale est essentielle. Les résultats indiquent que le complexe velvet est impliqué dans la régulation de la production de plusieurs métabolites secondaires tels que la patuline, la citrinine et la chaétoglobosine A, qui sont régulées positivement par VelB, LaeA et VeA ainsi que dans celle de divers processus de développement. Cependant, certains gènes impliqués dans la conidiation ou la biosynthèse de métabolites secondaires peuvent être régulés différemment par les membres de ce complexe.

A more sustainable use of plant protection products (PPPs) is promoted by European Union governments. Indeed, each country is encouraging the development of complements and alternatives to chemical PPPs in order to reduce their use. From this initiative, PPPs from natural sources are promoted, namely biocontrol products (BPs). These new BPs are complex mixtures or microbial strains that are difficult to monitor in complex environmental matrices. Besides, they present modes of action that are not fully understood. More knowledge is therefore needed to better use and regulate these BPs. Thus, this thesis focuses on (1): the investigation of BPs fate on treated plants through a kinetics study monitoring their residues and (2): the plant response to the treatment; in order to better understand the mechanisms involved in BPs efficacy and how they interact with the plant and the environment. Firstly, a new tool was developed in order to study residues fate. It is based on an innovative approach (Environmental Metabolic Footprinting, EMF) that was optimized during the thesis in order (1): to be adapted to fruit matrix (peach peels) and (2): to target only the xenometabolome (residues fate). Secondly, plant response to two BPs treatments at transcripts and metabolites levels was evaluated. RNA sequencing gave data about the different genes expression following treatments with BPs compared to the untreated controls. These data were completed with metabolic analysis (phytohormones, phenols, and organic acids). Strong hints were found on grapevine defense induction by the treatments, but further investigations are necessary in order to confirm these first results., Une utilisation plus durable des produits phytosanitaires (PPPs) est plébiscitée par les gouvernements de l'Union Européenne (UE). Chaque pays de l'UE encourage le développement d'alternatives pour réduire l'utilisation des PPPs chimiques, comme les produits de biocontrôle (BPs) qui sont des PPPs d'origine naturelle. Ces BPs sont des mélanges complexes difficiles à détecter et à suivre dans les matrices environnementales, de plus ils présentent des modes d'action qui ne sont pas entièrement décrits. Ainsi, de plus amples connaissances sont nécessaires pour mieux utiliser et réguler ces BPs. C’est pourquoi cette thèse porte sur la caractérisation de l'effet des BPs sur les plantes traitées. Pour cela, le devenir des résidus de BPs et la réponse des plantes au traitement sont étudiés. Tout d'abord, pour étudier le devenir des résidus, un nouvel outil a été mis au point ; il est basé sur une approche innovante (Environmental Metabolic Footprinting, EMF) qui a été optimisée au cours de la thèse pour être adaptée à la matrice fruits (peaux de pêches) et pour cibler les résidus. Deuxièmement, la réponse des plantes aux traitements BPs à l’échelle des transcrits et des métabolites a donné un aperçu des modes d'action potentiels des BPs étudiés. Le séquençage de l'ARN a fourni des informations sur l’expression différentielle des gènes après traitement avec les BPs par rapport aux contrôles non traités. Ces informations ont été complétées par une analyse métabolique (hormones de défenses, phénols et acides organiques). De solides indices ont été trouvés en faveur de l’hypothèse d’une stimulation des défenses de la vigne après les traitements.

In this Ph.D thesis NMR spectroscopy is applied in two fields of research: in the metabolic study of food matrices, and in the structural, orientational and conformational study of small flexible chiral molecules of pharmacological interest. In the metabolomic field, the molecular profile of foods constitutes a "fingerprint" for the studied biosystem and can be used for its unique identification. In this context NMR spectroscopy has been used combining traditional pulse sequences to chemometrics tools aiming to characterize the metabolic composition of foods and natural extracts and monitoring changes in the metabolic profile during industrial processing phases. In the first study presented the methodology is applied to the characterization of the metabolic profile of Calabrian orange and clementine juices. The main goal of this study has been to evaluate the possibility to follow any metabolic variations that the fresh juice undergoes during the industrial thermal process in order to obtain concentrated juices and evaluate the possibility to use this technique as a quality control tool. The same methodology is then adopted for the characterization of Calabrian apple juices coming from different cultivars in order to evaluate if it is possible to distinguish the different varieties of fruits based on their proton spectrum. The third study carried out in the metabolomic field has been the characterization of Cannabis Sativa extracts (hemp seeds oil and inflorescences extract) and the evaluation of the differences within the metabolomic profiles obtained with different extraction technique. The strategy is subsequently extended to the characterization and quantification of the main metabolites of bergamot essential oil, and to the investigation of the possibility of discriminating fraud and sophistications to which this high value extract can be subjected. The latest study in this field is the application of HR-MAS NMR (High Resolution - Magic Angle Spinning Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy) in the characterization of the organic fraction of municipal solid waste and in the monitoring of the variations in terms of composition of the organic materials subjected to oxidation treatments. The attention was then shifted to the exploration of the conformational behaviour in solution of chiral bioactive molecules. Indeed, since the biological activity of a given metabolite depends both on the configuration of the stereogenic centers, if it is a chiral species, and on the spatial arrangement of the atoms within the molecule, conformational studies and configurational discriminations of these bioactive flexible species must be performed in parallel with the characterization of the metabolome itself. In particular, NMR study in weakly ordering chiral media was applied to a pair of enantiomers characterized by the presence of only one torsional angle and then extended to a more complex species with anti-inflammatory activity. The species (RS)-4-fluoro-α-methylbenzyl alcohol ((RS)-4FMBOH) is studied as a simple example of chiral molecule in order to explore the molecular conformational equilibria and let emerge differences between the torsional distribution curves and orientational order parameters associated to each enantiomer. Since chirality become a crucial problem when dealing with bioactive species, the second study presented is the case of the thiaprofenic acid. Thiaprofenic acid is a more complex species respect to 4FMBOH, also chiral, and only one enantiomer is active as anti-inflammatory drug. The main goal of this study was to understand if the adopted methodology could furnish conformational information in solution of complex flexible chiral bioactive species hence allowing to increase the knowledge in the understanding of the mechanism of action of the drugs and the different biological activity of the enantiomers., Dans cette thèse de doctorat, la spectroscopie RMN est appliquée dans deux domaines de recherche: dans l'étude métabolique des matrices alimentaires, et dans l'étude structurale, orientationnelle et conformationnelle de petits molecules chirales flexibles d'intérêt pharmacologique. Dans le domaine métabolomique, le profil moléculaire des aliments constitue une «empreinte» du biosystème étudié et peut être utilisé pour son identification. Dans ce contexte, la spectroscopie RMN a été utilisée en combinant des séquences d'impulsions traditionnelles à des outils de chimiométrie dans le but de caractériser la composition métabolique d'aliments et d'extraits naturels, et de suivre l'évolution du leur profil métabolique lors de phases de traitement industriel. La première étude présentée est la caractérisation du profil métabolique de jus d'orange et de clémentine de Calabre. L'objectif principal de cette étude est d'évaluer la possibilité de suivre les variations métaboliques subies par le jus frais au cours du processus thermique industriel afin d'obtenir des jus concentrés et d'évaluer la possibilité d'utiliser cette technique comme outil de contrôle de la qualité. La même méthodologie a ensuite été adoptée pour la caractérisation de jus de pomme de Calabre provenant de différents cultivateurs afin d'évaluer la possibilité de distinguer les différentes variétés de fruits du jus en fonction de leur spectre RMN proton. La troisième étude réalisée dans le domaine métabolomique est la caractérisation des extraits de Cannabis Sativa (huile de graines de chanvre et extraits d'inflorescences) et l'évaluation des différences dans les profils métabolomiques obtenus après différentes techniques d'extraction. La quatrième étude présentée dans ce cadre est la caractérisation et la quantification des principaux métabolites de l'huile essentielle de bergamote, et l'exploration de la possibilité de discrimination de fraudes et adulterations auxquelles cet extrait de grande valeur peut être soumis. Enfin la dernière étude est l'application de la RMN HR-MAS (High Resolution - Magic Angle Spinning Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy) dans la caractérisation de la fraction organique de déchets solides municipaux et dans le suivi de leurs variations en termes de composition des matières organiques lors qu'ils sont soumis à traitements d'oxydation. L'attention s'est ensuite portée sur l'étude conformationnelle d'espèces flexibles en solution. En effet, puisque l'activité biologique d'un aliment est une fonction non triviale de celle de chaque métabolite individuel, et qu'elle dépend à la fois de la configuration des centres stéréogène, s'il s'agit d'une espèce chirale, et de la disposition spatiale des atomes au sein de molécule, des études conformationnelles et configurationnelles de ces espèces flexibles bioactives doivent être réalisées en parallèle de la caractérisation du métabolome lui-même. En particulier, l'étude RMN dans des milieux chiraux faiblement orientés est appliquée à une paire d'énantiomères caractérisé structurellement par la présence d'un seul angle de torsion. L'espèce (RS)-4-fluoro-α-méthylbenzyl alcool ((RS)-4FMBOH) a été étudiée comme un exemple simple de molécule chirale afin d'explorer les équilibres conformationnels moléculaires et de faire émerger des différences dans les courbes de distribution de torsion et l'ordre d'orientation paramètres des deux énantiomères. La chiralité constitue un problème crucial lorsqu'il s'agit d'espèces bioactives ; c'est pourquoi la deuxième étude traite le cas de l'acide thiaprofénique, une espèce chirale complexe du point de vue conformationnel dont un seul énantiomère est actif comme médicament anti-inflammatoire. L'objectif principal de l'étude présentée est de comprendre si la méthodologie adoptée peut fournir des informations permettant d'accroître les connaissances dans la compréhension du mécanisme d'action des médicaments et des différentes activités biologiques des énantiomères., In questa tesi di dottorato la spettroscopia NMR è stata applicata in due ambiti di ricerca: nello studio metabolico di matrici alimentari ed estratti naturali, e nello studio strutturale, orientazionale e conformazionale di piccoli enantiomeri flessibili di interesse farmacologico. Il profilo molecolare degli alimenti costituisce una "impronta digitale" per il biosistema studiato e può essere utilizzato per la sua identificazione univoca. In questo contesto è stata utilizzata la spettroscopia NMR combinando esperimenti tradizionali con strumenti chemiometrici con l'obiettivo di caratterizzare la composizione metabolica degli alimenti e degli estratti naturali e monitorare le variazioni del profilo metabolico durante le fasi di lavorazione industriale. Poiché l'attività biologica di un alimento è funzione di quella di ogni singolo metabolita, e dipende sia dalla configurazione dei centri chirali, se si tratta di una specie chirale, sia dalla disposizione spaziale degli atomi all'interno della molecola, studi conformazionali e discriminazioni configurazionali di queste specie flessibili bioattive devono essere eseguiti parallelamente alla caratterizzazione del metaboloma stesso. In particolare, lo studio NMR in mezzi chirali debolmente orientanti è stato condotto su coppie di enantiomeri di interesse farmacologico, combinando sequenze di impulsi sia tradizionali che più sofisticate a modelli teorici per l'analisi dei dati.

Parkinson's disease (PD) is a neurodegenerative disorder characterized by the progressive loss of dopaminergic neurons in the substantia nigra pars compacta (SNC). Despite considerable progress in the treatments offered to patients, this disease currently remains incurable. The two main factors that explain this therapeutic failure are: i) an incomplete understanding of the pathophysiology of PD, and ii) its late diagnosis.Indeed, the diagnosis is based on the evaluation of characteristic motor symptoms of the disease which appear when the neurodegenerative process is already very advanced (50-60% of the neurons of the SNC are already dead). However, it has been shown that PD patients can also present neuropsychiatric disorders that appear before the motor symptoms and even in the early stages of the disease.Interestingly, alterations in brain metabolism, but also in blood metabolism, have been identified in PD patients, and in patients with similar neuropsychiatric symptoms to those observed in PD patients. To date, no metabolic study has specifically addressed neuropsychiatric disorders and PD in conjunction. The comparison of the metabolic profile at different stages of the disease, and in particular in the early phases, could not only serve as a diagnostic tool, but also allow the identification of relevant targets for the development of therapeutic strategies.In this context, the objective of this doctoral work was to study the metabolic alterations associated with the different phases of the disease, and particularly the early phases. The originality of this study relies on the use of samples from several animal models but also from patients. Thus, we conducted nuclear magnetic resonance (NMR) metabolomics studies on serum samples from the 6-OHDA rat, the alpha-synuclein rat and the MPTP non-human primate models, mimicking different stages of the disease, as well as on blood samples from 3 cohorts of newly diagnosed patients. We also analyzed striatum samples from 6-OHDA rats.The comparison of metabolic deregulations observed in animals and humans in serum allowed us to develop a biomarker able to separate newly diagnosed patients from controls with a high degree of reliability. Similarly, we showed that our biomarker clearly separated animals mimicking early phases from animals mimicking later phases, suggesting that it could be used for an early diagnosis of PD.Moreover, some of dysregulations that we have observed at the blood level were also found at the brain level. This allowed us to make mechanistic hypotheses regarding the pathophysiology of PD.In particular, alterations associated with pyruvate metabolism have attracted our attention, given its involvement in energy metabolism which is strongly impacted in the disease. These led us to formulate the hypothesis that pyruvate would no longer be used as a preferential energy source within the cell, possibly due to a blockage at the level of entry into the mitochondria. To test this hypothesis, we blocked in normal rats the mitochondrial pyruvate transporter (MPC), which is the sole point of entry of pyruvate into the mitochondrial matrix and plays a crucial role in energy metabolism. Thus, we were able to demonstrate that blocking MPC leads to a redirection of cellular energy production to other sources such as lipids and amino acids. This redirection was accompanied by an attenuation of cellular and behavioral damage in the 6-OHDA rat, thus highlighting the neuroprotective capacities of MPC blockade in PD.Thus, this work contributed to a better understanding of PD and to detect it earlier in order to be able, in the longer term, to propose new therapeutic strategy with curative aims., La maladie de Parkinson (MP) est une pathologie neurodégénérative caractérisée par la perte progressive des neurones dopaminergiques de la substantia nigra pars compacta (SNc). Malgré une avancée considérable des traitements proposés aux patients, la MP reste à ce jour toujours incurable. Les deux principaux facteurs qui expliquent cet échec thérapeutique sont : i) une compréhension incomplète de la physiopathologie de la MP, et ii) son diagnostic tardif.En effet, celui-ci est basé sur l’évaluation de symptômes moteurs caractéristiques de la maladie qui apparaissent alors que le processus neurodégénératif est déjà très avancé (50-60% des neurones de la SNc sont déjà morts). Pourtant, il a été montré que les patients atteints de la MP peuvent également présenter des troubles neuropsychiatriques qui apparaissent avant les symptômes moteurs et même dès les phases précoces de la maladie.De manière intéressante, des altérations du métabolisme cérébral, mais également du métabolisme sanguin, ont été identifiées chez des patients atteints de la MP, et chez des patients présentant des symptômes neuropsychiatriques semblables à ceux observés chez les patients parkinsoniens. A ce jour, aucune étude métabolique ne s’est intéressée spécifiquement aux troubles neuropsychiatriques et à la MP de façon conjointe. La comparaison du profil métabolique à différents stades de la pathologie, et notamment dès les phases précoces, pourrait non seulement servir d’outil diagnostic, mais également permettre d’identifier des cibles pertinentes pour le développement de stratégies thérapeutiques.Dans ce contexte, l’objectif de ma thèse a été d’étudier les altérations du métabolisme associées aux différentes phases de la maladie, et notamment aux phases précoces. L’originalité de cette étude repose sur l’utilisation d’échantillons provenant de plusieurs modèles animaux mais également de patients. Ainsi, nous avons conduit des études de métabolomique par résonance magnétique nucléaire (RMN) sur des échantillons de sérum provenant des modèles de rat 6-OHDA, rat alpha-synucléine et de primate non-humain MPTP, mimant différents stades de la maladie, ainsi qu’à partir d’échantillons sanguins provenant de 3 cohortes de patients nouvellement diagnostiqués.La comparaison des dérégulations métaboliques observées chez l’animal et chez l’humain dans le sérum nous a permis de développer un biomarqueur capable de séparer les patients nouvellement diagnostiqués des contrôles avec une grande fiabilité. De même, nous avons montré que notre biomarqueur permettait de clairement séparer les animaux mimant les phases précoces des animaux mimant les phases plus tardives, suggérant ainsi qu’il pourrait être utilisé pour un diagnostic très précoce de la MP.Des dérégulations communes au niveau sanguin et cérébral nous ont permis d’émettre des hypothèses mécanistiques quant à la physiopathologie de la MP.Notamment, des altérations associées au métabolisme du pyruvate ont particulièrement retenu notre attention, compte tenu de son implication dans le métabolisme énergétique qui est fortement impacté dans la maladie. Celles-ci nous ont conduit à formuler l’hypothèse que le pyruvate ne serait plus utilisé comme source énergétique préférentielle au sein de la cellule, possiblement à cause d’un blocage au niveau de l’entrée dans la mitochondrie. Pour tester cette hypothèse, nous avons bloqué chez des rats normaux le transporteur mitochondrial du pyruvate (MPC), qui est le seul point d'entrée du pyruvate dans la matrice mitochondriale et joue un rôle crucial dans le métabolisme énergétique. Ainsi, nous avons pu mettre en évidence que le blocage du MPC entraîne une redirection de la production d'énergie cellulaire au profit d’autres sources comme les lipides et les acides aminés. Cette redirection s’accompagnait d’une atténuation des atteintes cellulaire et comportementale chez le rat 6-OHDA, mettant ainsi en lumière les capacités neuroprotectrices du blocage du MPC pour la MP.

NMR metabolomics is a booming discipline with many applications ranging from the study of plants to human health. Food sciences have strongly benefited from this trend, in particular for authenticity guarantee or qualitative studies. Because of its high added value and in a context of worldwide economic loss due to counterfeiting, wine is one of the main subjects of study. The guarantee of the authenticity of wines is one of the major objectives of the International Organisation of Vine and Wine. Wine being the result of multiple physicochemical reactions involving many biosynthetic pathways, NMR metabolomics is a particularly suitable tool for its study. This work is part of the continuation of the VRAI (Vin Recherche Authenticité Identité) platform and was carried out in partnership with BARON PHILIPPE DE ROTHSCHILD SA. This thesis work aims to determine how NMR metabolomics can be integrated as a wine analysis tool. During this work, targeted and non-targeted approaches combined with multivariate statistical analysis were developed for wine analysis. The first part of this thesis focused on the development of the use of NMR metabolomics to guarantee the authenticity of wines. This work was carried out on still and sparkling wines. The elaboration of a wine is a complex process from the crushing of the grapes to their maturation. The second part of this thesis concerns the interest of using NMR metabolomics for oenological monitoring. Different oenological processes have been analyzed from the harvest to the maturation in barrels. These works have allowed to highlight the interest of NMR metabolomics to guarantee the authenticity and the quality of wines., La métabolomique par RMN est une discipline en plein essor qui possède de nombreuses applications allant de l’étude des plantes à la santé humaine. Les sciences alimentaires ont fortement bénéficié de cet engouement, notamment pour la garantie de l’authenticité ou encore pour des études qualitatives. De par sa forte valeur ajoutée et dans un contexte de perte économique mondiale liée aux contrefaçons, le vin figure parmi les sujets d’étude phare. La garantie de l'authenticité des vins est un des objectifs majeurs de l'Organisation Internationale de la vigne et du vin. Le vin étant le fruit de multiples réactions physico-chimiques faisant intervenir de nombreuses voies de biosynthèse, la métabolomique par RMN s’avère être un outil particulièrement propice à son l’étude. Ce travail s'inscrit dans la poursuite des travaux de la plateforme VRAI (Vin Recherche Authenticité Identité) et a été réalisé en partenariat avec la société BARON PHILIPPE DE ROTHSCHILD SA. Ces travaux de thèse visent à déterminer comment la métabolomique par RMN peut s’intégrer en tant qu’outil d’analyses des vins. Au cours de ces travaux, des approches ciblées et non ciblées combinées à des analyses statistiques multivariées ont été développées pour l’analyse des vins. Le premier volet de cette thèse a porté sur le développement de l’utilisation de la métabolomique par RMN pour la garantie de l’authenticité des vins. Ces travaux ont été réalisés sur des vins tranquilles et sur des vins pétillants. L’élaboration d’un vin est un processus complexe allant du foulage de la vendange jusqu’à sa maturation. Le second volet de cette thèse concerne l’intérêt d’utiliser la métabolomique par RMN pour le suivi œnologique. Différents procédés œnologiques ont été analysés depuis la vendange jusqu’à l’élevage en barriques. Ces travaux ont permis de mettre en évidence l’intérêt de la métabolomique par RMN pour garantir l’authenticité et la qualité des vins.

The study of interactions between microorganisms is of major interest in oenology for various applications, including the modulation of the aromatic profile of wines. The interactions between Saccharomyces and non-Saccharomyces yeasts are widely described in the literature. On the contrary, interactions during alcoholic fermentation between S. cerevisiae strains, known for their technological properties in oenology, have been little studied.In this work, twelve strains of S. cerevisiae and their impact on wine were characterized in pure cultures using an integrative approach that combines microbiological, chemical, metabolomic and sensory approaches. An important intraspecific diversity was highlighted, leading to wines with specific chemical compositions and distinct sensory profiles. Four of these twelve strains were selected for their different metabolomic and sensory fingerprints in order to study the interactions between S. cerevisiae strains. To discriminate between strains of the same species using flow cytometry, tool of choice for real-time monitoring of growth kinetics, a gene coding for a fluorescent protein was integrated by CRISPR-Cas9 into the genome of one of these four selected strains. Although no phenotypic impact was observed, the integration of this gene had a significant effect on the metabolome and mainly the peptidome. 102 biomarkers specific to the modified strain or whose intensity was significantly modulated were revealed. The modified strain was integrated into co-cultures with each of the other three selected S. cerevisiae strains. These three co-cultures did not differ in population dynamics. On the other hand, their association to conduct alcoholic fermentation leads to wines with different chemical compositions than those from the associated pure cultures. Moreover, the wines from the co-cultures were remarkably different (metabolomically and sensorially) from the wine blends issued of the pure cultures. Esters, fatty acids and phenol families were affected by coculture regarding volatile compounds. High resolution mass spectrometry allowed to revealed thousands of coculture biomarkers. Metabolic pathways involved in these wine composition changes were highlighted and most belong to nitrogen metabolism including the pathways of amino acid metabolism, such as tryptophan and phenylalanine. Thus, non-neutral interaction phenomena were highlighted. It should be noted that interaction mechanisms differ according to the strains involved. It is necessary to take into account these phenomena when associating two strains whose impacts cannot be defined only according to the population dynamics. Understanding these phenomena will allow to optimize the use of mixed S. cerevisiae starter cultures in oenology., L'étude des interactions mises en jeu entre micro-organismes est d'intérêt majeur en œnologie pour diverses applications dont la modulation du profil aromatique des vins. Dans cette démarche, les interactions entre levures Saccharomyces et non-Saccharomyces sont largement décrites dans la littérature. Au contraire, les interactions au cours de la fermentation alcoolique entre souches de Saccharomyces cerevisiae, reconnue pour ses propriétés technologiques en œnologie, sont peu étudiées.Dans le cadre de ces travaux, douze souches de S. cerevisiae et leur impact sur le vin ont été caractérisés en culture pure selon une démarche intégrative qui combine des approches microbiologique, chimique, métabolomique et sensorielle. Une importante diversité intraspécifique a été mise en évidence conduisant à des vins de compositions chimiques spécifiques, aux profils sensoriels distincts. Quatre de ces douze souches ont été sélectionnées pour leurs différences d'empreintes métabolomique et sensorielle en vue de l'étude des interactions intervenant entre souches de S. cerevisiae. Afin de discriminer des souches d'une même espèce en cytométrie en flux, outil de choix pour suivre en temps réel une cinétique de croissance, un gène codant pour une protéine fluorescente a été intégré par CRISPR-Cas9 au sein du génome de l'une des quatre souches sélectionnées. Même si aucun impact phénotypique n'a été observé l'intégration de ce gène a eu un effet notable à l'échelle du métabolome et principalement du peptidome. 102 biomarqueurs spécifiques de la souche modifiée ou dont l'intensité a été significativement modulée ont été extraits. La souche modifiée a été intégrée au sein de co-cultures avec chacune des trois autres souches de S. cerevisiae sélectionnées. Ces trois co-cultures ne présentent pas de différence de dynamique de populations. En revanche, leur association pour mener la fermentation alcoolique conduit à des vins de compositions chimiques différentes de ceux issus des cultures pures associées. Par ailleurs, les vins issus des co-cultures se sont remarquablement distingués (métabolomique et sensoriel) des assemblages de vins des cultures pures correspondants. Au regard du volatilome, les familles des esters, des acides gras et des phénols ont été affectées par la co-culture.La spectrométrie de masse à haute résolution a permis de révéler des centaines de biomarqueurs spécifiques des cocultures. Les voies métaboliques impliquées dans ces changements de composition du vin ont été mises en évidence et la plupart appartiennent au métabolisme de l'azote incluant les voies du métabolisme des acides aminés, dont celui du tryptophane ou encore de la phénylalanine. Ainsi, des phénomènes d'interactions non neutres ont été mis en évidence. Il est à noter que les mécanismes diffèrent selon les souches en présence. Il est nécessaire de prendre en compte ces phénomènes lors de l'association de deux souches dont les impacts ne peuvent être définis uniquement selon les dynamiques de populations. La compréhension de ces phénomènes permettra d'optimiser le recours à l'utilisation de levains mixtes de S. cerevisiae en œnologie.

International audience; Dansla recherche de ces dernières annéesdans alimentset les sciences de la nutrition sont passées des méthodes analytiques classiques à des approches omiques très sophistiquées qui créent une quantité impressionnante de données. Les dernières ne peuvent être analysées qu'à l'aide d'outils bioinformatiques. Les travaux publiés jusqu'à présent ont montré la puissance des technologies omiquesdansLe domaine defoodomique. La plupart des études menées jusqu'à présent ont utilisé une ou deux approches telles que la transcriptomique et la métabolomique, et un défi majeur consiste à intégrer et à connecter des ensembles de données de différents niveaux d'expression tels que gène, transcrit, protéine et métabolite. Cependant, des développements restent à faire pour transférer cette approche utilisée principalementdanslaboratoires de recherche au monde industriel. La plupart des techniques utiliséesdans foodomiqueles approches sont complexes, coûteuses et nécessitent des personnes hautement qualifiées pour obtenir des données solides. Des équipes qui travaillentdansce domaine doit être composé de personnes ayant des compétences complémentairesdanschimie, analyse, statistiques, biologie et bioinformatique. Les gouvernements de différents pays ont développé de grands centres « omiques », utilisant parfois des coentreprises avec des industries privées. D'autres entreprises privées ont investi de l'argent et fournissent des services aux laboratoires du secteur public. Des initiatives de partage de bases de données et d'outils bioinformatiques ont également été proposées. Par conséquent, une façon d'innoverdansce domaine passerait par des collaborations plus étroites entre le monde académique etindustrie

Faced with the divergence between the need for kidney grafts and the number of organs available, more transplant centers accept "suboptimal" donors. The use of grafts from such high-risk donors has led to a growing incidence of ischemia-reperfusion injury (IRI), the mechanisms of which need to be better understood in order to develop preventive measures. The present thesis focuses on the effects of ischemia and hypoxia/reoxygenation on the expression and functionality of membrane transporters located at the membrane of proximal tubular cells (PTC). These transporters belong to either the solute carrier (SLC) or the ATP-binding cassette transporter (ATP) superfamilies, the coordinated functions of which govern the transcellular transport of a broad range of compounds. After having comprehensively reviewed the literature about the effects of IRI on tubular transporters, we conducted a translational study combining clinical and basic experiments. Particular attention was paid to the effects of ischemia and hypoxia/reoxygenation-induced on the transcriptional expression and function of transporters. We demonstrated that different PTC transporters had different mRNA expression responses to hypoxia. However, mRNA expression was not correlated with the immediate renal function recovery in a cohort of kidney transplant patients. We also studied the metabolome to look for dysfunctions among the tubular transport systems in hypoxia/reoxygenation conditions. Unfortunately, none of the metabolic variations found in vitro on in the perfusion liquid of explanted kidney grafts were significantly associated with the tubular transporter functions. The lack of protein data and functionality tests also prevented us from confirming the effect of hypoxia/reoxygenation on tubular transporter functions. Given the difficulty of thoroughly investigating tubular transport systems, we recommend conducting targeted experiments on pre-selected transporters using selective substrates., Pour répondre à la disparité croissante entre le nombre de donneurs en liste d’attente d’une greffe rénale et le nombre d’organes disponibles, la plupart des centres de transplantation ont recours à des donneurs « sous-optimaux ». L’utilisation de ces greffons est associée des lésions d’ischémie-reperfusion (IRI) plus fréquentes, qui nécessitent d’être mieux comprises pour mettre en place des méthodes préventives. Cette thèse s’intéresse aux effets de l’ischémie et de l’hypoxie/réoxygénation sur l’expression et la fonctionnalité des transporteurs membranaires exprimés à la surface des cellules tubulaires proximales. Ces cellules assurent des mouvements trans-cellulaires de divers composés, principalement régis par l'activité coordonnée de transporteurs membranaires des super-familles SLC (Solute Carriers) et ABC (ATP-Binding Cassette). Nous avons réalisé un état des lieux des connaissances relatives aux effets des lésions d’IR sur les transporteurs tubulaires, puis conduit une étude translationnelle ayant nécessité recherche clinique et recherche fondamentale. Nous avons démontré qu’il existe des modifications transcriptionnelles hypoxie-dépendantes, variables selon les transporteurs. Toutefois, cette réponse transcriptionnelle n’était pas prédictive de la fonction rénale post-greffe sur une cohorte de patients transplantés. Pour étudier les systèmes de transport tubulaire dans leur ensemble nous avons évalué les variations du métabolome endogène en condition d’hypoxie/réoxygénation. Malheureusement, nous n’avons pas identifié de variations métaboliques corrélées avec la modulation des transporteurs, in vitro et chez l’Homme. L’absence de données protéiques et de tests de fonctionnalité n’a pas permis de confirmer l’effet de l’hypoxie/réoxygénation sur la fonction des transporteurs tubulaires et ces approches complémentaires devront être considérées à l’avenir. Au vu de la complexité globale de l’étude des systèmes de transport tubulaire à laquelle nous avons fait face dans cette étude, nous proposons la conduite d’expérimentations ciblées sur des transporteurs présélectionnés, avec l’utilisation de substrats spécifiques.

In case of wear or rupture of the prosthesis, metallic particles are released into the peri-prosthetic environment, causing local toxicity. These particles can also migrate within the body, in the circulating blood and accumulate in organs, responsible for a systemic toxicity. The objective of this work was to evaluate the toxicity and systemic impact of trace element (TE) release from orthopedic implants. A method for the simultaneous determination of 38 TE by ICP-HRMS was developed and validated in blood, urine, hair and human tissues after total mineralization by microwave. In vivo, this method was applied to different matrices (blood, urine, hair, tissue, synovium, viscera) of a prosthesis-wearing population and a healthy population, representative of the Ile-de-France population, in order to produce reference values for TE. The metal concentrations found in prosthesis wearers, even functional ones, were in favor of a release of ET in the peri-prosthetic environment, then passing into the circulation and accumulating in certain organs such as the heart and the lungs. Prosthesis-induced inflammation was also assessed by measuring proinflammatory cytokines to define an early biomarker of implant degradation. The use of MIP-1α as a biomarker of prosthesis wear could be considered, after further investigations.Finally, the toxicity of chromium, cobalt and nickel, major components of the prostheses, was evaluated in vitro, on human hepatocytes. The median inhibitory concentration (IC50) of each metal was determined and the mechanisms of cellular toxicity were analyzed by a metabolomic study at the IC50 and at a lower concentration of 100 nM, lower than that found in subjects wearing prostheses. ET seemed to induce oxidative stress and disruption of lipid and tryptophan metabolism, even at a low concentration., En cas d’usure ou de rupture de la prothèse, les particules métalliques sont émises dans l’environnement péri-prothétique, à l’origine d’une toxicité locale. Ces particules peuvent aussi migrer au sein de l’organisme, dans le sang circulant et s’accumuler dans des organes, responsables d’une toxicité systémique. L’objectif de ce travail a été d’évaluer la toxicité et le retentissement systémique du relargage des éléments traces (ET) par les implants orthopédiques. Une méthode de dosage simultané de 38 ET en ICP-HRMS a été mise au point et validée dans le sang, les urines, les cheveux et les tissus humains après minéralisation totale par micro-onde. In vivo, cette méthode a été appliquée à différentes matrices (sang, urines, cheveux, tissu, synovie, viscères) d’une population porteuse de prothèse et d’une population saine, représentative de la population francilienne, afin d’émettre des valeurs de référence pour les ET. Les concentrations métalliques retrouvées chez les porteurs de prothèses, même fonctionnelles, sont en faveur d’un relargage d’ET dans l’environnement péri-prothétique, passant ensuite dans la circulation et s’accumulant dans certains organes comme le cœur et les poumons. L’inflammation induite par la prothèse a aussi été évaluée par le dosage des cytokines pro-inflammatoires, afin de définir un biomarqueur précoce de la dégradation de l’implant. L’utilisation du MIP-1α comme biomarqueur de l’usure de la prothèse pourrait être envisagée, après de plus amples investigations.La toxicité du chrome, cobalt et nickel, composants majeurs des prothèses a enfin été évaluée in vitro, sur des hépatocytes humains. La concentration inhibitrice médiane (IC50) de chaque métal a été déterminée et les mécanismes de toxicité cellulaires ont été analysés par une étude métabolomique à l’IC50 et à une concentration plus faible de 100 nM, inférieure à celle retrouvée chez les sujets porteurs de prothèse. Les ET semblent induire un stress oxydant et la perturbation des métabolismes lipidique et du tryptophane, même à faible concentration.

Metabolomics is an increasingly employed approach in many fields such as clinical diagnostic, human health or other biological issues. It is either an untargeted approach through metabolomics fingerprints of a complex sample or a targeted method to follow one or a set of metabolites of interest. Nevertheless, the latter method remains complicated due to the high number of metabolites with very varying structure to be identified. Even if chromatographic separation is most often employed, such as liquid chromatography (LC), many isomers and isobars remain unresolved. To try to overcome this issue, this thesis project proposes an approach using ion mobility (IM) coupled with mass spectrometry (MS) and a direct introduction as an alternative technique to LC/MS. A trapped ion mobility cell (TIMS) coupled with a time-of-flight (TOF) was employed for our work. This ion mobility cell has the advantage of having an adjustable resolving power and being able to achieve high resolution mobility. We first evaluated the TIMS-TOF instrumentation capacity to separate isomer compounds in a complex matrix with two families of standards: estradiol derivatives in human urine and oligosaccharides in breastmilk. All the studied isomers were separated through variable analytical solutions and the mobility separation is not or only slightly impacted by the complex matrix. We then created a CCS (Collisional Cross Section) database from metabolite standards in order to improve the identification step. The final library contains more than 1300 TIMSCCSN2 values corresponding to more than 400 metabolites. The comparison between our database and 3 others from the literature and produced on a DTIMS cell shows a good correlation but the best is obtained for the databases produced on a single-field DTIMS instrument calibrated with the same calibration solution as ours, indicating the importance of the calibration step in determining the CCS values.; Les études métabolomiques sont de plus en plus employées dans de nombreux domaines tels que le diagnostic clinique, la santé humaine ou d'autres questionnements biologiques. Ces études utilisent soit des approches non-ciblées par prises d'empreintes d'un échantillon complexe soit des méthodes qui ciblent un ou plusieurs métabolites d'intérêt. Cependant, ces dernières restent difficiles en raison du nombre important de composés de structures différentes à identifier. Bien qu'une séparation chromatographique (LC) soit souvent employée, de nombreux composés isomères et isobares restent non résolus. Afin d'essayer de répondre à ce problème, cette thèse propose une approche par mobilité ionique (IM) couplée à la spectrométrie de masse (MS) en introduction directe comme technique alternative à la LC/MS. Une cellule de type "trapped ion mobility" (TIMS) a été utilisée en couplage avec un temps-de-vol (TOF) pour ces travaux de thèse. Cette cellule de mobilité présente l'avantage de pouvoir régler son pouvoir de résolution selon les expériences à mener et d'atteindre une haute résolution en mobilité. Nous avons, tout d'abord, évaluer la capacité de l'instrumentation TIMS-TOF à séparer des isomères en matrice complexe sur deux familles de standards : les dérivés d'estradiol dans une urine humaine et les oligosaccharides du lait maternel. Tous les isomères étudiées ont pu être caractérisés grâce à différentes solutions analytiques et la séparation en mobilité n'est pas ou peu impactée par la matrice complexe. Nous avons, ensuite, créer une base de données de valeurs CCS (Collisional Cross Section) à partir de métabolites standards afin d'améliorer l'étape d'identification structurale. La librairie finale contient plus de 1300 valeurs TIMSCCSN2 correspondant à plus de 400 métabolites. La comparaison de notre base de données avec 3 autres bases issues de la littérature et produites sur une cellule DTIMS montre une bonne corrélation mais la meilleure est obtenue pour les bases de données produites sur un instrument DTIMS calibré avec la même solution que nous, montrant l'importance de l'étape de calibration dans la détermination des valeurs CCS.

Fine lavender and lavandin are historic and emblematic crops of Provence (South-East France). They are cultivated for their aromatic and perfume properties. They represented an important economic value in France. Nevertheless, over the last decades, lavender’s field decline because of the lack of rain fall and a disease name “yellow disease”. This infection lead to phloem-limited bacterial pathogen (Candidatus Phytoplasma solani) and transmitted by a planthopper (Hyalesthes obsoletus). The purpose of this PhD is to study induced chemical defences (i.e. non-volatile organic compounds) in order to better understand interaction between insect, plant and bacteria. To answer this issue, an untargeted metabolomic approach was developed. Four varieties chosen for their sensibility or tolerance against phytoplasma, were used: two lavender (7713, maillette) and two lavandin (abrial, grosso), and 480 samples were collected. Compound extraction was performed by a solid-liquid extraction assisted by ultrasounds with an ethanol-water mixture (50:50, v/v). Afterwards, 1429 extracts were analysed by an UPLC-HRMS (XevoG2 QTOF, Waters). Spectral data was first handle using W4M-Galaxy to obtain a peak table fitting by statistical tools. Next, MetaboAnalyst was conducted to correct data and performed multivariate analyses. PCA was used to visualize trends and outliers. PLS-DA was applied to highlight biological differences between subgroups, to discover the most relevant factors and detected biomarkers. The most discriminant compounds specific to sensitivity/tolerant species as well as to plant symptomatic status (asymptomatic/symptomatic) were annotated. Chlorophyll derivatives, under-expressed in symptomatic plants, are probably health plant status biomarkers., La lavande et le lavandin sont des plantes à parfums très appréciées des industries cosmétiques et de la parfumerie, et sont un des symboles de la Provence. Seulement, les lavanderaies françaises subissent un fort déclin depuis une quinzaine d’années lié à des épisodes de sécheresse et à une maladie communément appelée « le dépérissement de la lavande ». Cette maladie est provoquée par une bactérie sans paroi le phytoplasme du Stolbur (Candidatus Phytoplasma solani) et véhiculée par un insecte la cicadelle (Hyalestes obsoletus). Cette thèse se propose d’étudier les interactions tripartites entre l’insecte, la plante et la bactérie à travers les modifications induites sur les composés organiques non volatiles (COnVs).Pour répondre à cette problématique, une approche métabolomique non ciblée a été développée et réalisée sur quatre variétés de lavande (7713, maillette) et de lavandin (abrial, grosso). Pour ce faire, une campagne d’échantillonnage a été menée en champs et a conduit au prélèvement de 480 échantillons. Des triplicats d’extraction ont ensuite été réalisés par extraction solide-liquide assistée par ultra-sons avec un mélange eau-éthanol (50:50, v/v). Les analyses ont été conduites sur une UPLC-HRMS (XevoG2 QTOF, Waters). Le traitement des données a été effectué sur la plateforme W4M-Galaxy pour l’extraction des données spectrales, et sur MetaboAnalyst pour les corrections et les tests statistiques (ACP et PLS-DA). Les résultats obtenus ont mis en évidence des différences significatives entre des variétés sensibles et tolérantes au phytoplasme du Stolbur pour chaque organe étudié (parties chlorophylliennes / inflorescences). Des signatures chimiques distinctes en fonction de l’état symptomatique des plants (symptomatique/asymptomatique) ont également pu être révélées pour plusieurs variétés et parties de la plante. En fonction des organes, des composés discriminants du caractère symptomatique communs à plusieurs variétés ont été détectés. Plusieurs dérivées de chlorophylles et des caroténoïdes ont été trouvés comme probables marqueurs de l’état sanitaires des plantes.

Meconium is a metabolically inactive matrix that accumulates during the last 6 months of pregnancy in utero. Its composition may reflect fetal exposures, related to environmental and maternal health factors that may affect the future child health. One of the challenges of my thesis was to set up a methodology for non-targeted metabolomics analysis of meconium by LC/HRMS. The optimizations carried out allowed defining a robust methodology of sample preparation, allowing establishing a global mapping of meconium with no a priori. A second objective was to apply this methodology to 35 meconium samples, collected longitudinally during the first days of life within 11 newborns (Collaboration with Clinique Ste Thérèse). Metabolomics analysis were completed by (meta)proteomics analysis (collaboration with the LI2D of CEA-Marcoule) and targeted metagenomics (collaboration with the Micalis Institute of INRAe of Jouy en Josas). These analyses allowed describing the most exhaustive mapping of meconium known to date by identifying: 230 metabolites at the highest level of confidence, 922 human proteins and 165 bacterial OTUs. In addition, they allowed approaching the interindividual variability and the temporal evolution of meconium composition. Metabolomics analysis were then conducted on 308 samples collected from the mother-child cohort EDEN, a French bi-centric cohort. These analyses enriched the previous metabolic cartography described and highlighted a day and a center effect on the meconium composition. These results allowed confirming our hypothesis on the impact of the environment on the meconium composition. In addition, 40 variables showed significantly different intensities between meconium excreted by children who will develop a food allergy comparing to those who will not. The combination of these data with the metagenomic and (meta)proteomic analyses with the collected information from mothers (diet, health, living area and environment...), would allow to link in utero exposures to the meconium composition and its association with the child's future health.; Le méconium est une matrice complexe, métaboliquement inactive qui s'accumule in utero pendant les 6 derniers mois de grossesse. Sa composition pourrait refléter les expositions du foetus, en lien avec les facteurs environnementaux et de santé des mères, pouvant impacter la santé future de l'enfant. L'un des enjeux de cette thèse a été de mettre en place une méthodologie d'analyse métabolomique non ciblée du méconium par LC/HRMS. Les optimisations réalisées ont permis de définir une méthodologie robuste de préparation de l'échantillon et d'établir une cartographie globale du méconium réalisée sans a priori. Un second objectif a été d'appliquer cette méthodologie à 35 échantillons de méconiums, collectés longitudinalement au cours des trois premiers jours de vie chez 11 nouveau-nés (collaboration réalisée avec la clinique Ste Thérèse Paris 17e). L'analyse métabolomique a été complétée par des analyses de (méta)protéomique (collaboration réalisée avec le LI2D du CEA-Marcoule) et de métagénomique ciblée (collaboration réalisée avec l'institut Micalis de l'INRAe de Jouy en Josas). Ces analyses ont permis de décrire la cartographie la plus exhaustive du méconium, connue à ce jour avec l'identification : de 230 métabolites au plus haut niveau de confiance, de 922 protéines humaines et de 165 OTUs bactériens. De plus, ces analyses ont permis d'approcher les variabilités interindividuelles et l'évolution temporelle de la composition globale des méconiums. L'analyse métabolomique a ensuite été menée sur 308 échantillons collectés au sein de la cohorte mère-enfant EDEN, une cohorte bi-centrique française. Cette analyse enrichit la cartographie métabolique préalablement décrite, et met en évidence un effet jour et un effet centre sur cette composition, confortant notre hypothèse quant à l'impact de l'environnement sur la composition du méconium. De plus, 40 variables non annotées montrent des intensités significativement différentes entre des méconiums excrétés par des enfants qui développeront une allergie alimentaire dans l'enfance comparé aux enfants qui n'en développeront pas. La combinaison de ces données, qui sont en train d'être complétées par les analyses de métagénomique et (méta)protéomique, avec les informations collectées auprès des mères (alimentation, santé, lieu de vie...), permettrait de mettre en lien les expositions in utero sur la composition du méconium, et de son association avec la santé future de l'enfant.

The availability of protein sources for human nutri-tion is a major concern due to global demographics, economics and nutritional transitions. Protein intakes must cover the need for nine indispensable amino acids (IAA). It is important that this need is met in order to avoid situations of protein and energy me-tabolism imbalance. Various studies have been de-veloped to determine this need: nitrogen balance, the factorial method, and methods using stable iso-topes. However, these methods are difficult and invasive, and the obtained values of needs present significant differences. It is therefore necessary to develop more precise and non-invasive approaches, such as metabolomics, as recommended by the FAO.The objectives of this thesis are to assess the impact of protein and IAA (lysine and threonine) deficiency on protein and energy metabolism and to identify markers of deficiency for these two amino acids in the growing rat. Severe levels of deficiency (85%; 75%) in protein and lysine and threonine decrease weight and lean mass and increase food intake. These effects are associated with a decrease in protein synthesis and an increase in energy metabolism in low protein diets. These effects seems to be mediated by FGF21. Analyses of metabolomics in urine show that variations in pipecolate and taurine indicate lysine and threonine deficiencies, respectively.; La disponibilité de sources de protéines pour l’alimentation humaine est une préoccupation majeure du fait des transitions démographiques, économiques et nutritionnelles mondiales. Les apports en protéines doivent couvrir les besoins en neuf acides aminés considérés comme indispensables (AAI). Il est important que leur besoin soit couvert pour éviter des situations de déséquilibre du métabolisme protéique et énergétique. Différentes études ont été développées afin de déterminer ce besoin : bilan azoté, méthode factorielle, et méthodes utilisant les isotopes stables. Cependant, ces méthodes sont lourdes et invasives et les valeurs de besoins obtenues présentes des différences importantes. Il est donc nécessaire de développer des approches plus précises et non invasives, telle que la métabolomique, recommandée par la FAO. Les objectifs de cette thèse sont d’évaluer l’impact de la déficience en protéines et en AAI (lysine et thréonine) sur le métabolisme protéique et énergétique et d’identifier des marqueurs de la déficience de ces deux acides aminés chez le rat en croissance. Des niveaux sévères de déficience (85% ; 75%) en protéines et en lysine et thréonine diminuent le poids et la masse maigre et augmentent la prise alimentaire. Ces effets sont associés à une diminution de la synthèse protéique. et à une augmentation du métabolisme énergétique pour les faibles apports en protéines. Ces effets semblent médiés par FGF21. Les analyses de métabolomiques dans les urines révèlent que des variations du pipecolate et de la taurine signent respectivement une déficience en lysine et en thréonine.

Lichens are symbiotic fungi, the chemistry of which has been used by humans since antiquity. They were however not studied with modern tools in metabolomics, which contributed in cementing the idea that lichens have poor chemical diversity. They are traditionally associated with 1050 molecules, although this figure is dated and does not seem to match the number of lichen species (19 387). In the field of metabolomics, LC-MS and dereplication using databases are frequently used for chemical profiling. These databases are nevertheless not adapted to the study of lichens, since they produce unique metabolites. Thus, several specific databases were produced herein, using the literature and pure standards analysed by LC-MS. Additional tools were developed to better the dereplication efficiency by predicting the molecules from the ions detected. These were all applied to the analysis of 300 lichen samples to highlight the chemical diversity of lichens using modern techniques. This resulted in the prediction of 8000 molecules with varying precision. The detailed investigation of the results has yet to be completed, but these already indicate that lichens are host to an underestimated chemical diversity that remains to be explored., Les lichens sont des champignons symbiotiques dont la chimie est exploitée par l’Homme depuis l’antiquité. Ils n’ont cependant pas été intégrés aux études de métabolomique récentes ce qui a installé l’idée que les lichens sont pauvres en molécules. 1050 molécules leur sont classiquement attribuées, bien que ce décompte date et qu’il semble éloigné de ce qui pourrait être attendu pour un mode de vie concernant 19 387 espèces. En métabolomique, LC-MS et la déréplication à l’aide de bases de données sont régulièrement usitées pour permettre le profilage des échantillons. Ces bases de données ne sont cependant pas adaptées à l’étude des lichens, qui produisent principalement des molécules qui leur sont uniques. Dans cette optique, plusieurs bases de données spécifiques aux lichens ont été créées ici, en utilisant des données de la littérature ainsi qu’en produisant des données spectrales. Des outils ont été créées pour améliorer la déréplication par la prédiction des molécules contenues dans les extraits à partir des ions qu’elles produisent. Tout ceci a été appliqué à l’analyse de 300 échantillons de lichens pour mettre en évidence la diversité chimique de ces champignons à l’aide de techniques modernes. Ceci a permis de prédire quelque 8000 molécules avec des degrés de certitude variables. L’étude détaillée des résultats pour mettre à jour les connaissances sur les lichens reste à faire, mais ceux-ci permettent déjà d’avancer que ces organismes sont à l’origine d’une chimie sous-estimée et qui reste encore à explorer.

Specialized metabolites constitute an important reservoir of high value-added molecules. Microorganisms are among the most prolific sources of antimicrobial compounds. However, in terms of antimicrobials research efforts, there are fewer and fewer discoveries of new chemical scaffolds, especially for Streptomyces the most studied genus of microorganisms. The termite-microorganisms association represents an original and neglected ecological niche. Previous works carried out in the "Functional Chemistry - Chemical Ecology" team at ICSN has shown that microorganisms associated with termites from French Guiana produce original antimicrobial molecules. The aim of the PhD thesis "Integrative approach of the specialized metabolism of microorganisms associated with termites from French Guiana" is to characterize the potentially antimicrobial molecules produced by 126 strains of microorganisms associated with termites, using molecular network approach. To this end, metabolomics strategies based on liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) allowing the generation of molecular networks by grouping molecules by structural family, will be applied. First, the taxonomic identifications of the strains from the ICSN strain collection were updated and completed thanks to a chemotaxonomic method exploiting protein profiles of microorganisms obtained by mass spectrometry. Then, 126 microorganism crude extracts were tested against 3 human pathogens (methicillin-resistant Staphylococcus aureus, Candida albicans and Tricophyton rubrum) and a healthy human cell line (MRC5) allowing to implement the molecular networks and leading to the selection of five microorganisms. Subsequently, metabolomes annotations of 3 species of filamentous fungi (Penicillium sclerotiorum SNB-CN111, Neonectria discophora SNB-CN63 and Pseudallescheria boydii SNB-CN71, -CN73, -CN81 and -CN85) were performed leading to in silico characterization of more than 100 metabolites. These annotation efforts were confirmed by the isolation and hemisynthesis of 14 azaphilone produced by P. sclerotiorum SNB-CN111, including 4 new ones. Metabolomic annotations were completed with the the establishment of the complete genome of two microorganisms, P. sclerotiorum SNB-CN111 and N. discophora SNB-CN63. An enzymatic biosynthetic pathway for azaphilones and ilicicolines has been proposed. Finally, metabolome and/or genome knowledge led to the implementation of of OSMAC methods to generate molecular diversity. Thus, red azaphilones pigments, brominated or iodinated azaphilones and ilicicolines and overexpression of tyroscherin analogs in a confrontation between P. boydii SNB-CN85 and an entomopathogen (Beauveria bassiana) were produced and annotated. In parallel, green chemistry methods, based on supercritical CO2 were set up to extract and analyze the metabolome of P. sclerotiorum. All these works illustrate how a metabolomics centered approach, especially molecular networks, allows generating and annotating chemical diversity by integrating complementary methods of microbiology, genomics and analytical chemistry., Les métabolites spécialisés constituent un réservoir important de molécules à haute valeur ajoutée. Les microorganismes sont des sources de composés antimicrobiens parmi les plus prolifiques. Cependant, au niveau de la recherche d’antimicrobiens il y a de moins en moins de découvertes de nouveaux squelettes chimiques notamment chez les espèces de microorganismes les plus étudiées appartenant au genre Streptomyces. L’association termites-microorganismes est une niche écologique originale et peu exploitée. Des travaux précédents réalisés dans l’équipe « Chimie Fonctionnelle – Écologie Chimique » à l’ICSN ont mis en évidence que des microorganismes associés aux termites de Guyane française produisent des molécules antimicrobiennes originales. L’objectif des travaux de la thèse « Approche intégrative du métabolisme spécialisé des microorganismes associés aux termites de Guyane française » est de caractériser les molécules potentiellement antimicrobiennes produites par 126 souches de microorganismes interagissant avec les termites, en utilisant l’approche des réseaux moléculaires. A cette fin, les stratégies de métabolomique basées sur le couplage chromatographie liquide et spectrométrie de masse en tandem (LC-MS/MS) qui permettent de générer des réseaux moléculaires en regroupant les molécules par famille structurale seront utilisées. Dans un premier temps, les identifications taxonomiques des souches de la souchothèque de l’ICSN ont été remises à jour et complétées grâce à une méthode chimiotaxonomique exploitant les profils protéiques de microorganismes obtenus par spectrométrie de masse. Puis, 126 extraits bruts, générés à partir des souches, ont été testés contre 3 pathogènes humains (Staphylococcus aureus résistant à la méticilline, Candida albicans et Tricophyton rubrum) et une lignée cellulaire humaine saine (MRC5) permettant d’implémenter les réseaux moléculaires et conduisant à la sélection de cinq souches de microorganismes. Par la suite, l’annotation des métabolomes de 3 espèces de champignons filamenteux : Penicillium sclerotiorum SNB-CN111, Neonectria discophora SNB-CN63 et Pseudallescheria boydii SNB-CN71, -CN73, -CN81 et -CN85, a été réalisée conduisant à la caractérisation in silico de plus de 100 métabolites. Ces annotations ont été vérifiées par l’isolement et l’hémisynthèse de 14 molécules (produites par P. sclerotiorum SNB-CN111) de type azaphilones (dont 4 nouvelles). Ce travail d’annotation a été complété par l’établissement du génome complet de deux micro-organismes : P. sclerotiorum SNB-CN111 et N. discophora SNB-CN63. Une voie de biosynthèse enzymatique aux azaphilones et aux ilicicolines a ainsi pu être proposée. Enfin, la connaissance du métabolome et/ou du génome des espèces spécifiquement étudiées a permis de mettre en place des méthodes OSMAC afin de générer de la diversité moléculaire. Ainsi, des azaphilones rouges, des azaphilones et ilicicolines bromées ou iodées, ou encore la surexpression de molécules analogues de la tyroschérine lors d’une confrontation entre P. boydii SNB-CN85 et un entomopathogène (Beauveria bassiana) ont été produites et annotées. En parallèle, des méthodes de chimie verte, basées sur le CO2 supercritique, ont été mises en place et développées pour extraire et analyser le métabolome de P. sclerotiorum. L’ensemble de ces travaux illustre comment une approche centrée autour de la métabolomique, et en particulier des réseaux moléculaires, permet de générer et d’annoter la diversité chimique en intégrant des méthodes complémentaires de microbiologie, génomique et chimie analytique.

Insulin is a hormone contributing to blood glucose homeostasis by promoting its absorption by targeted cells from insulin-sensitive tissues, in particular the liver, muscle, and adipose tissue. During type 2 diabetes (T2D), the capacity of insulin-sensitive tissues to respond to insulin decreases leading to the progressive development of chronic hyperglycemia. This creates a vicious cycle contributing to insulin-secreting β cells release more insulin to compensate for the lack of glycemic regulation until their exhaustion. Chronic hyperglycemia brings an excess of energetic substrate in form of circulating glucose, inducing a glucotoxicity but also into lipids, inducing a lipotoxicity. Altogether it results in ATP turnover defect which is crucial for β cell insulin synthesis and secretion. Intracellular metabolism homeostasis modifications are key markers of β cell metabolism reshaping occurring during T2D but the exchanges of metabolites between cells and their environment remain unknown. To characterize these exchanges, we have cultured for 48 h human pancreatic islets and INS-1E murine β cell line with different glucose and palmitate concentrations to mimic T2D-associated glucolipotoxicity. A metabolomic study through high-resolution proton nuclear magnetic resonance (1H-NMR) completed with biochemical analysis allowed us to reveal key energetic metabolism modifications. These modifications were associated with alterations of mitochondrial dehydrogenase expression and regulation perturbing the citric acid cycle (TCA). Human islets and INS-1E cells show a similar metabolomic signature led by glucolipotoxicity. However, citrate is directly secreted out of the cell in a human islets model while this metabolite may be used for lipid synthesis supporting a higher triglyceride secretion in the INS-1E model. These results are consistent with previous works done by our team showing modifications of mitochondria-endoplasmic reticulum contact sites associated with a decrease of mitochondrial respiration during chronic exposure to high glucose concentration. Thus, we propose a model where, as in T2D, β pancreatic cells exposition to high glucose and lipid concentrations lead to mitochondrial stress. This stress leads to a glycolysis-TCA cycle-insulin secretion axes modification where islets and β cells oversecrete pyruvate, citrate, or triglycerides, limiting ATP renewing required for insulin secretion., L’insuline est une hormone contribuant à l’homéostasie du glucose dans le sang en favorisant son absorption par ces cellules cibles des tissus insulino-sensibles tels que le foie, le muscle et le tissu adipeux. Lors d’un diabète de type 2 (DT2) les tissus insulino-sensibles voient diminuer leur capacité à répondre à l’insuline mettant progressivement en place une hyperglycémie chronique. Pour répondre à la demande accrue en insuline découlant de l’insensibilité des tissus cibles, les cellules β pancréatiques insulino-sécrétrices libèrent davantage d’insuline jusqu’à s’épuiser. L’excès de substrats énergétiques circulants sous forme de glucose, induisant une glucotoxicité, et de lipides, induisant une lipotoxicité, mène à un défaut de renouvellement d’ATP, qui est substrat crucial pour la synthèse et la sécrétion régulée d’insuline par les cellules β pancréatiques. Les modifications de l’homéostasie métabolique intracellulaire sont des marqueurs du remodelage du métabolisme des cellules β au cours du DT2 mais les échanges entre ces cellules et leur environnement restent inconnus. En vue d’étudier la nature métabolique de ces échanges, nous avons soumis des îlots pancréatiques humains et un modèle de cellules β murines INS-1E à différentes concentrations de glucose et de palmitate pendant 48h afin de mimer les conséquences de la gluco-lipotoxicité associée au DT2. Une étude de métabolomique par résonance magnétique nucléaire du proton en complément d’analyses biochimiques nous ont permis de révéler des modifications majeures du métabolisme énergétique. Ces modifications sont associées à des altérations d’expressions et de régulations de déshydrogénases mitochondriales perturbant le cycle du citrate. La signature métabolomique en condition de glucolipotoxicité est proche entre les îlots humains et les INS-1E. Cependant, alors que le citrate est directement sécrété hors de la cellule dans le modèle des îlots humains, il apparait utilisé au profit de la synthèse de lipides supportant une sécrétion de triglycérides dans le modèle INS-1E. Ces résultats sont en cohérence avec les travaux précédemment réalisés par notre équipe montrant que des modifications des contacts entre la mitochondrie et le réticulum endoplasmique sont associées à une diminution de la respiration mitochondriale lors de conditions mimant la glucotoxicité. Ainsi nous proposons un modèle où, comme lors du DT2, les cellules β pancréatiques sont soumises à de fortes quantités de glucose et de lipides induisant un stress mitochondrial. Ce stress conduit à l’altération de l’axe glycolyse-cycle du citrate-sécrétion d’insuline associée à une secrétions importante de pyruvate, de citrate ou de triglycérides, ne permettant plus le renouvellement d’ATP nécessaire à la sécrétion d’insuline.

Among all the omics data which characterize the biological functioning of an organism, metabolomics is a promising approach in systems biology for phenotype characterization or biomarker discovery. 1H Nuclear Magnetic Resonance (NMR) is a high-throughput technology that allows to obtain characteristic spectra of a complex mixture of metabolites present in a sample of interest. However, the analysis of 1H NMR spectra remains difficult, mainly due to the fact that the measure of different amounts of metabolites present in the sample is indirect with this technique.A promising approach for the analysis of such data is to identify and quantify metabolites present in the complex mixture from its spectrum and to perform the statistical analysis on the results of this quantification. A first part of this thesis consists in improving an existing method of metabolite quantification, named ASICS, and in its implementation in an R /Bioconductor package. A new method that integrates information obtained from several complex spectra of the same experiment during the quantification process is also proposed in order to improve the reliability of the results.A second part of this thesis concerns the application of this method to a problem of neonatal mortality in piglets and more precisely the description of the mechanisms involved in the establishment of maturity. Analysis of NMR spectra of plasma, urine and amniotic fluid from late gestation fetuses allow to identify metabolic pathways involving numerous amino acids and sugars (growth and energy supply) as well as glutathione metabolism (oxidative stress)., Parmi les nombreuses données omiques qui décrivent le fonctionnement biologique d'un organisme, le métabolome suscite un intérêt croissant car il est plus proche des phénotypes d'intérêt et qu'il a donc avoir un potentiel important pour la recherche de biomarqueurs. La spectrométrie par résonance magnétique nucléaire (RMN) est une technologie haut-débit qui produit des spectres caractéristiques du mélange complexe de métabolites présents dans un échantillon d'intérêt. Cependant, leur interprétation biologique est difficile car ceux-ci ne donnent pas une mesure explicite des différentes quantités de métabolites présents dans l'échantillon.Une approche prometteuse pour l'analyse de ces données consiste à identifier et quantifier les métabolites présents dans le mélange complexe à partir de son spectre et à réaliser l'analyse statistique sur les résultats de cette quantification. Une première partie de cette thèse a consisté en l'amélioration d'une méthode de quantification existante, ASICS, ainsi qu'à son implémentation dans un package R/Bioconductor. Une nouvelle méthode, prenant en compte l'ensemble des spectres d'une expérience lors de la quantification, a aussi été proposée dans le but d'améliorer la fiabilité des résultats.Un second volet de cette thèse concerne l'application de cette méthode au problème de mortalité néonatale des porcelets et plus précisément à la description des mécanismes impliqués dans la mise en place de la maturité. L'analyse des spectres RMN de plasma, d'urine et de liquide amniotique de foetus en fin de gestation a permis d'identifier des voies métaboliques impliquant de nombreux acides aminés et sucres (croissance et apport d'énergie) ainsi que le métabolisme du glutathion (stress oxydatif).

Precision medicine aims to bring the patient at the center of the healthcare ecosystem byintegrating individual medical and biological data while taking into account the great diversitybetween individuals. These new approaches invite us to reinvent ourselves as neurosurgeons and toquestion our practice and profession especially in neuro-oncology. Glioblastoma is the most commonmalignant brain tumor in adults and consists in a progressive infiltration of the white matter bytumoral cells. The mean survival is between 15 to 17 months. Given this aggressive prognosis, thereis an urgent need for a better understanding of the underlying mechanisms of glioblastoma to unveilnew diagnostic strategies and therapeutic targets through deeper understanding of its biology. Forthese reasons, in this work, we performed targeted and untargeted metabolomics-basedinvestigations on both tissue and plasma samples from patients with glioblastoma. This studyrevealed 176 differentially expressed lipids and metabolites, 148 in plasma and 28 in tissue samples.Main biochemical classes include phospholipids, acylcarnitines, sphingomyelins and triacylglycerols.Functional analyses revealed deep metabolic remodeling in glioblastoma lipids and energysubstrates, which unveils the major role of lipids in tumor progression by modulating its ownenvironment. Overall, our study demonstrates in situ and systemic metabolic rewiring inglioblastoma that could shed light on its underlying biological plasticity and progression to informdiagnosis and/or therapeutic strategies., La médecine de précision vise à placer le patient au centre du parcours de soins en intégrantles données médicales et biologiques individuelles tout en tenant compte de la grande diversité entreles individus. Ces nouvelles approches nous invitent à nous réinventer en tant que neurochirurgienset à remettre en question notre pratique et notre métier notamment en neuro-oncologie. Leglioblastome est la tumeur cérébrale maligne la plus fréquente chez l'adulte et consiste en uneinfiltration progressive de la substance blanche par des cellules tumorales. La survie moyenne est de15 à 17 mois. Compte tenu de ce pronostic agressif, il est urgent de mieux comprendre les mécanismessous-jacents du glioblastome afin de dévoiler de nouvelles stratégies diagnostiques et des ciblesthérapeutiques grâce à une compréhension plus approfondie de sa biologie. Pour ces raisons, dansce travail, nous avons réalisé des études métabolomiques ciblées et non ciblées sur des échantillonsde tissus et de plasma provenant de patients atteints de glioblastome. Cette étude a révélé 176 lipideset métabolites exprimés de manière différentielle, 148 dans le plasma et 28 dans les échantillons detissus. Les principales classes biochimiques comprennent les phospholipides, les acylcarnitines, lessphingomyélines et les triacylglycérols. Les analyses fonctionnelles ont révélé un remodelagemétabolique profond des lipides et des substrats énergétiques des glioblastomes, ce qui dévoile lerôle majeur des lipides dans la progression tumorale en modulant son propre environnement. Dansl'ensemble, notre étude démontre un remodelage métabolique in situ et systémique dans leglioblastome qui nous éclaire sur sa plasticité biologique sous-jacente et sa progression afin de faireévoluer le diagnostic et/ou les stratégies thérapeutiques.