Production endogène de Nortestostérone chez l'homme et influence de l'activité physique et du régime alimentaire

RESUME Depuis les années 1980, les stéroïdes androgéniques anabolisants (SAA) sont restés les produits dopants les plus utilisés par les sportifs. Les propriétés principales attribuées à ces substances sont une augmentation de la masse et de la force musculaire ainsi qu'une agressivité supérieure pouvant s'avérer bénéfique lors des entraînements ou des compétitions. En plus de cette "tradition" liée à la consommation des SAA, une autre problématique est apparue dans le monde antidopage suite à la fulgurante expansion de l'utilisation des compléments alimentaires par les athlètes professionnels et amateurs. Dès la fin des années 1990, une recrudescence de cas positifs de dopage aux SAA a été attribuée à la contamination des compléments alimentaires par des composés anabolisants tels que la testostérone ou la nandrolone ou par des prohormones se situant en amont dans le métabolisme de certains SAA et conduisant à la présence, dans les urines, de traces de substances interdites par l'Agence Mondiale Antidopage (AMA). Afin de mettre en garde les autorités antidopage ainsi que les athlètes quant aux problèmes liés aux compléments alimentaires, le Laboratoire Suisse d'Analyse du Dopage (LAD) a décidé d'étudier de manière plus précise la composition d'une centaine de produits accessibles en Suisse par l'intermédiaire d'internet. Cette étude a permis de mettre en évidence un taux de non conformité des produits avoisinant les 20%, avec une contamination plus importante des produits contenant des hormones ou des prohormones. La consommation de doses journalières recommandées des produits contaminés a mené à la détection dans les urines de la présence de substances interdites par l'AMA. Ces résultats confirment ainsi que l'usage de compléments alimentaires peut s'avérer dangereuse dans le cadre de contrôles antidopage et que les effets sur l'état physique et mental des athlètes peuvent dépasser les effets désirés et être dramatiques pour la poursuite d'une carrière sportive. D'autre part, cela démontre que l'alimentation peut mener à la présence urinaire de substances proscrites telles que les métabolites de la nandrolone, la 19-norandrostéreone (19-NA) et la 19-norétiocholanolone (19-NE). Afin de démontrer un effet potentiel de l'exercice physique sur l'excrétion urinaire des métabolites de la nandrolone, une première étude clinique a été réalisée avec 34 volontaires. Deux doses orales de nandrolone marquée avec deux atomes de C13 ont été administrées aux sujets. Les urines ont été récoltées durant les 5 jours suivant les prises orales (études d'excrétion) ainsi qu'avant et après les 8 séances d'entraînements du protocole. Les analyses des études d'excrétion ont permis d'établir une variabilité intra- et inter-individuelle du métabolisme et de la pharmacocinétique de la 19-NA et de la 19-NE. En dépit de la rapide élimination urinaire des métabolites de la nandrolone C13, les analyses des échantillons prélevés avant et après les différents efforts n'ont pas révélé une influence nette de l'exercice physique sur les concentrations urinaires de la 19-NA et 19-NE. Une seconde étude clinique a été effectuée, avec la participation de 30 volontaires. Il s'agissait de déterminer si la consommation de multiples doses orales d'un décanoate de testostérone, de 19-norandrostenedione (un précurseur de la nandrolone) ou de placebo durant un mois, pouvait avoir des effets bénéfiques sur la récupération et la performance physique. En parallèle, les sujets étaient soumis à un entrainement d'endurance intense et individualisé. Divers paramètres physiologiques ont été étudiés dans le sérum et les urines afin de mettre en évidence une meilleure récupération de l'organisme. Aucun de ses paramètres n'a permis de conclure que la consommation orale de SAA est favorable pour optimaliser les capacités de récupération des athlètes. De plus, les performances physiques ont été évaluées avant et après l'entraînement et le traitement. Aucune différence significative n'a été démontrée entre les trois groupes de volontaires. L'état psychologique des volontaires a été évalué à l'aide de questionnaires (short Profile of Mood State, sPOMS) remplis à trois reprises au cours du protocole. De manière générale, l'évolution observée est une augmentation de la fatigue avec une diminution de la vigueur. Des analyses statistiques ont révélé que des prises orales de testostérone, et dans une moindre mesure de 19-norandrostenedione, ont une légère influence sur cette évolution générale en diminuant les effets de l'entrainement sur le profil psychologique. Les urines récoltées durant le protocole ont été analysées par GC/C/IRMS et GCMS afin de détecter les variations des concentrations des hormones liées au métabolisme de la testostérone. Les résultats ont démontré une variabilité interindividuelle du métabolisme de la testostérone qui implique que les critères de positivité imposés par l'AMA ne sont pas forcément valables pour tous les individus. La détection de la 19-NA et de la 19-NE, issus du métabolisme in vivo de la 19norandrostenedione, a confirmé les résultats obtenus sur la pharmacocinétique et le métabolisme de la nandrolone C13 obtenus lors de la première étude clinique. Ce travail a permis de clarifier certains points en lien avec l'abus de la nandrolone dans le sport et notamment par rapport à la consommation de compléments alimentaires. Les deux études cliniques n'ont pas véritablement apporté les réponses souhaitées aux hypothèses de départ. Cependant certains aspects intéressants en relation avec le métabolisme des SAA ont été découverts et pourront peut-être permettre à la lutte antidopage d'évoluer vers une meilleure efficacité. SUMMARY Since 1980's, anabolic androgenic steroids (AAS) are still the most used doping agents in sports. The main properties attributed to these substances are an increase of muscle mass and strength and also a higher aggressiveness that could be beneficial during trainings and competitions. In addition to this "tradition" linked to the AAS intake, another problematics has raised in the antidoping field. Indeed, nutritional supplements have been more and more used by professional and amateur athletes. Since the end of the 1990's, an outburst of positive doping cases with AAS has been attributed to nutritional supplements contaminations with anabolic compounds like testosterone or nandrolone or with prohormones located above in the metabolism of some AAS and prompting urinary traces of forbidden compounds by the World Antidoping Agency (WADA). In order to inform the antidoping authorities and the athletes about the problems linked to the nutritional supplements, the Swiss Laboratory for Doping Analyses (LAD) decided to investigate more precisely the composition of about hundred products accessible in Switzerland through different web sites. This study showed that about 20% of the products were not conformed to the composition announced by the manufacturers. The oral intake of daily recommended doses of the contaminated products revealed the presence in urines of forbidden substances by the WADA. Hence, these results confirm that the use of nutritional supplements can lead to adverse analytical findings in antidoping controls and that the effects on athletes' physical and mental state could be different from the ones desired and could be dramatic for the continuation of an athlete's career. Moreover, this demonstrates that the diet can lead to the presence in urines of proscribed substances like nandrolone metabolites, i.e. 19-norandrosterone (19-NA) and 19-noretiocholanolone (19-NE). To put forward a potential effect of physical exercise on urinary nandrolone metabolites excretion rate, a first clinical study was done with 34 volunteers. Two oral doses of nandrolone labelled with two C13 atoms were administered to the subjects. The urines were collected during the 5 days following the treatment (excretion studies) and before and after the 8 exercise sessions of the protocol. The analyses of excretion studies revealed an intra- and inter-individual variability of the metabolism and the pharmacokinetics of 19-NA and 19-NE. In spite of the rapid urinary elimination of the nandrolone C13 metabolites, the analyses of the urine samples gathered before and after efforts did not show a clear influence of physical exercise on the urinary 19-NA and 19-NE concentrations. A second clinical study was done with the participation of 30 volunteers. The main aim was to determine if multiple oral doses of testosterone undecanoate, 19-norandrostenedione (a nandrolone precursor) or placebo during one month, could have beneficial effects on recovery and physical performance. Meanwhile, the individuals had to follow an intense and personalized endurance training program. Several physiological parameters were investigated in serum and urines in order to demonstrate a better organism's recovery. None of these parameters lead to the conclusion that oral intake of AAS is useful to optimise the recovery capacities of athletes. In addition, physical performances were evaluated before and after the training and treatment month. No significant difference was shown between the three volunteers groups. The psychological state of the volunteers was assessed through questionnaires (short Profile of Mood State, sP4MS) filled three times during the protocol. The global evolution is an increase of fatigue with an decrease of vigour. Statistical analyses revealed that the oral intake of testosterone, and to a lesser extent of 19= norandrostenedione, have a small influence on this general evolution in decreasing the effect of training on the psychological profile. The urines collected during the protocol were analysed by GC/C/IRMS and GCMS to detect concentrations variations of hormones related to the testosterone metabolism. The results revealed an interindividual variability of testosterone metabolism which implies that the guidance concerning endogenous steroids prescribed by the WADA are not uniformly valid for all individuals. Detection of 19-NA and 19-NE, coming from the in vivo metabolism of 19norandrostenedione, confirmed the results previously obtained on the pharamcokinetics and metabolism of the nandrolone C13 in the first clinical study. This work allowed to clarify some aspects linked to nandrolone abuse in sports and noteworthy related to nutritional supplements intake. The two clinical studies did not really bring plain answers to the basal hypotheses but some interesting aspects in relation with AAS metabolism were put forth and would perhaps allow an evolution of a more effective fight against doping.

Evolutionary and ecological significance of non-shivering thermogenesis in the common vole

La production endogène à long terme de chaleur, même au repos, est une adaptation que l'on retrouve chez les animaux à sang chaud (les oiseaux et les mammifères). Cette production de chaleur a comme but le maintien d'une température constante du corps indépendamment de la température extérieure. A cette fin, les mammifères ont développé une forme de tissu spécialisé nommé tissu adipeux brun (BAT). Ce tissu est responsable de la conversion de nourriture en chaleur, procédé appelé thermogenèse sans frisson (NST = non-shivering thermogenesis). Durant ce procédé la uncoupling protein 1 (UCP1) convertit, au sein des mitochondries, la nourriture en chaleur au lieu de produire de l'ATP, molécule utilisée comme énergie cellulaire. On suppose que cette inefficacité de la conversion de la nourriture en ATP dans le BAT influence l'homéostasie de l'énergie, l'allocation des ressources ainsi que la régulation de processus gourmant en énergie comme la croissance et la reproduction. Afin de maintenir une température du corps constante, les mammifères doivent ajuster leur NST en fonction de la température ambiante. La NST devrait être donc plus importante que la croissance et la reproduction durant l'hiver que lors l'été/à haute altitude qu'à basse altitude. En effet, plusieurs études ont déjà démontré la dépendance de la NST aux divers paramètres environnementaux. Par contre, l'héritabilité de la NST ainsi que sa relation avec d'autres traits de caractère, ne sont que très peu connus, ceci malgré l'importance d'une telle information afin de pouvoir comprendre son potentiel évolutif. L'étude de l'importance évolutive et écologique sur la NST chez les campagnols des champs (Microtus arvalis) fut donc le but cette thèse de doctorat. Grâce aux informations collectées sur 4 générations de campagnols (chapitre 1), une dépendance saisonnière et journalière de la NST a été démontrée: elle augmente lors des périodes froides et diminue lors de la lactation. On a démontré que bien qu'étant plastique, la variation de la NST a une composante génétique significative. Elle est corrélée avec le taux d'activité métabolique au repos indiquant des contraintes intrinsèques. A l'aide d'une expérience de jardin commune, on a pu démontrer dans le chapitre 2 que les campagnols habitant en altitude ont une capacité génétique de thermogenèse sans frisson plus haute que celles de basse altitude. Ils produisent des portées plus petites et leur descendance grandit moins vite, surtout à partir du 10ème jour ce qui coïncide avec le début de la production de chaleur endogène. En choisissant artificiellement des campagnols avec une NST faible ou grande, on a pu démontrer une relation entre la NST et la développement de la masse corporelle. Les campagnols avec une haute NST grandissent plus lentement et sont plus légères à l'âge adulte que celles ayant une basse NST. A l'aide d'un croisement interligne entre les campagnols sélectionnés (avec basse et haute NST), on a pu montrer dans le chapitre 3 des effets « parent-of-origin >> du développement massique de la descendance, indiquant une empreinte génétique parentale. Cela veut dire que l'expression d'un allele dépend de l'origine parentale. De plus, des effets « parent-of-origin » des taux de base de norépinephrine et d'irisine ont pu être trouvés. Ces hormones sont connues pour influencer non seulement la TSF mais aussi d'autres caractéristiques. Ces influences ouvrent la voie à de nouvelles études sur la relation entre la TSF et l'histoire de vie. Dans le chapitre 4 on a démontré des effets à long terme de l'allocation des ressources en manipulant la taille des portées qui ont abouti à des différences dans l'investissement dans la reproduction et de la croissance de la descendance à la fois dans le cas de la reproduction manipulé et aussi dans le non - manipulée entre les femelles avec portées agrandies et réduites. Ensemble, ces résultats mettent en évidence le rôle central de la NST dans l'allocation des ressources sur la base d'un compromis entre le maintien et la croissance et ainsi transforme l'histoire de vie des mammifères. Ces études montrent comment les mammifères peuvent répondre rapidement à court et à long terme (c'est-à-dire par des réponses génétiques ou plastiques) à un changement rapide du climat. On montre aussi qu'il y a probablement une corrélation entre l'histoire de vie et des changements du comportement. Finalement mes résultats ont montré un lien étroit entre la NST et la croissance et les dimensions du corps. Ces résultats indiquent que le tissu adipeux brun et la NST pourraient être une cible thérapeutique intéressante pour traiter l'obésité.

Physiology of GLP-1--lessons from glucoincretin receptor knockout mice.

GLP-1 has both peripheral and central actions, as this hormone is secreted by gut endocrine cells and brainstem neurons projecting into the hypothalamus and other brain regions. GLP-1 has multiple regulatory functions participating in the control of glucose homeostasis, beta-cell proliferation and differentiation, food intake, heart rate and even learning. GLP-1 action depends on binding to a specific G-coupled receptor linked to activation of the adenylyl cyclase pathway. Analysis of mice with inactivation of the GLP-1 receptor gene has provided evidence that absence of GLP-1 action in the mouse, despite this hormone potent physiological effects when administered in vivo, only leads to mild abnormalities in glucose homeostasis without any change in body weight. However, a critical role for this hormone and its receptor was demonstrated in the function of the hepatoportal vein glucose sensor, in contrast to that of the pancreatic beta-cells, although absence of both GLP-1 and GIP receptors leads to a more severe phenotype characterized by a beta-cell-autonomous defect in glucose-stimulated insulin secretion. Together, the studies of these glucoincretin receptor knockout mice provide evidence that these hormones are part of complex regulatory systems where multiple redundant signals are involved.

Serum antimüllerian hormone levels remain stable through the menstrual cycle and after oral or vaginal administration of synthetic sex steroids

Rapport de synthèse : Objectif de l'étude : étudier si l'administration orale ou vaginale d'hormones contraceptives influence les concentrations sériques d'hormone antimüllérienne (AMH). Design : essai prospectif chez des femmes recrutées par annonce. Les femmes désireuses d'avoir une contraception ont été randomisées entre une contraception orale et une contraception vaginale. Celles qui ne souhaitaient pas de contraception ont été incluses dans le groupe témoin. Cadre de l'étude : unité de médecine de la reproduction d'un hôpital universitaire. Patientes : vingt-quatre jeunes femmes en bonne santé avec des cycles menstruels réguliers qui n'avaient pas utilisé de contraception hormonale pendant les trois mois précédant l'étude. Intervention : contraception orale ou vaginale du 5ème au 25ème jour du cycle menstruel dans les groupes contraception versus pas de contraception dans le groupe témoin. Mesure d'issue : variations inter et intra-cycle des concentrations sériques d'AMH dans les trois groupes: groupe témoin en cycle spontané et groupes sous contraception oestroprogestative orale ou vaginale. Résultats : les fluctuations d'AMH observées pendant le cycle menstruel (variations intra-cycle) restent dans les valeurs des variations entre deux cycles (variations inter-cycles) tant chez les femmes en cycle spontané que chez les femmes sous contraception orale ou vaginale. Conclusions : nos résultats confirment que les concentrations sériques d'AMH restent stables pendant le cycle menstruel et indiquent qu'elles ne sont pas influencées par l'administration exogène de stéroïdes sexuels contraceptifs, que ce soit par voie orale ou vaginale.

Association between melanism, physiology and behaviour: a role for the melanocortin system.

The melanocortin system is implicated in the expression of many phenotypic traits. Activation of the melanocortin MC(1) receptor by melanocortin hormones induces the production of brown/black eumelanic pigments, while activation of the four other melanocortin receptors affects other physiological and behavioural functions including stress response, energy homeostasis, anti-inflammatory and sexual activity, aggressiveness and resistance to oxidative stress. We recently proposed the hypothesis that some melanocortin-physiological and -behavioural traits are correlated within individuals. This hypothesis predicts that the degree of eumelanin production may, in some cases, be associated with the regulation of glucocorticoids, immunity, resistance to oxidative stress, energy homeostasis, sexual activity, and aggressiveness. A review of the zoological literature and detailed experimental studies in a free-living population of barn owls (Tyto alba) showed that indeed melanic coloration is often correlated with the predicted physiological and behavioural traits. Support for predictions of the hypothesis that covariations between coloration and other phenotypic traits stem from pleiotropic effects of the melanocortin system raises a number of theoretical and empirical issues from evolutionary and pharmacological point of views.

L'ostéolyse expansive familiale : manifestations otologiques et dentaires d'origine génétique

RESUME Nous rapportons l'étude d'une famille de 49 membres sur 5 générations. Parmi 35 membres étudiés, 18 sont atteints d'Osteolyse Expansive Familiale (OEF). L'OEF est une dysplasie osseuse génétique rare, autosomique dominante, dont les altérations locales et générales du squelette ont une distribution périphérique prédominante qui devient manifeste à partir de la deuxième décennie de vie. Une résorption ostéoclastique progressive, accompagnée d'une faible activité ostéoblastique, est à l'origine d'une expansion médullaire osseuse. Cette dernière est caractérisée par une raréfaction de la moelle osseuse qui est remplacée par du tissu fibreux et de la graisse. L'amincissement de la moelle osseuse aboutit à des déformations invalidantes, sévères et douloureuses du squelette, avec tendance aux fractures spontanées. La première manifestation clinique de la maladie est une surdité de transmission très précoce résultant d'une lyse de la chaîne ossiculaire. Radiologiquement, il existe toujours une pneumatisation marquée de la mastoïde et du rocher. Les dents montrent des signes importants de résorption osseuse au niveau de la région apicale et/ou du collet, dont l'aspect est caractéristique et unique. La phosphatase alcaline sérique, l'hydroxyproline et la deoxypiridoline urinaire sont élevées à des taux variables. Le taux de calcium et d'hormone parathyroïdienne est normal. Le traitement par les diphosphonates, la calcitonine et la vitamine D est inefficace. Histologiquement, l'OEF présente des similitudes avec la maladie de Paget, mais l'âge de début, la distribution des lésions osseuses, les altérations dentaires et de l'oreille moyenne, ainsi que la progression clinique sont différents. Il en va de même pour la dysplasie fibreuse, l'ostéite fibro-kystique et l'ostéogénèse imparfaite. Le gêne responsable de la maladie se localise dans la région du chromosome 18q21-22. Récemment, des mutations du TNFRSF 11A, gêne qui codifie le RANK, ont été identifiées comme étant la cause de l'OEF. La duplication de la 18ème paire de base au niveau de l'exon 1 suggère qu'il correspond au site de l'anomalie. La technique chirurgicale et les résultats audiométriques à court et long terme de 13 interventions chez 8 patients sont présentés. ABSTRACT Objectives: Familial Expansive Osteolysis (EEO) is a rare autosomal dominant bone dys¬plasia. The disease can show general and focal skeletal alterations, the latter having a pre¬dominantly peripheral distribution. Onset occurs after the second decade of life. Patients and methods: We present the study, of 30 years, of a family consisting of 49 members covering five generations. Results: Among the 35 members studied, 18 have familial expansive osteolysis (FEO). The first clinical sign of the condition is transmission deafness at an early age. The features of the teeth has a unique and characteristic appearance. Thinning of the corti¬cal bone leads to severe, painful, disabling deformities. Serum alkaline phosphatase, and urinary hydroxyproline and deoxipyridinoline are elevated. Calcium and parathyroid hor¬mone are normal. Treatment with diphosphonates, calcitonin and vitamin D has been unsuccessful. We present the surgical technology and the results to short and long term of 13 interventions on 8 patients. Conclusion: Progressive osteoclastic reabsorption accompanied by weak osteoblastic activ¬ity results in medullary expansion characterized by rarefaction of the bone marrow, which is replaced by fibrous tissue and fat. FE0 is histologically similar to Paget disease, but the age of onset, the distribution of the bone lesions, the dental and middle ear alterations, and the clin¬ical progression are different. These features also differentiate FE0 from fibrous dysplasia, fibrocystic osteitis and imperfect osteogenesis. The gene responsible for EEO is located in the 18q21-22 chromosome region. Mutations in TNFRSF11A, the gene encoding receptor activa¬tor of nuclear factor-kappa-B (RANK), has been recently identified as the cause of FEO. A duplication of 18 base pairs in exon 1 of the TNFRSF11A gene suggests that this corresponds to the site of the anomaly and can be considered a "hot spot" for mutations.

Mécanismes moléculaires de la sécrétion d'insuline : implication de Slac2c/MyRIP, protéine effectrice de Rab27a, et rôle des phosphoinositides dans le processus d'exocytose

Résumé : La sécrétion de l'insuline en réponse au glucose circulant dans le sang est la fonction principale de la cellule β. La perte de cette fonction est une des caractéristiques du diabète de type 2. L'exocytose est une fonction cellulaire indispensable au renouvellement des composants lipidiques et protéiques de la membrane cellulaire, à la communication entre les cellules et au maintien d'un environnement adéquat. On peut distinguer deux types d'exocytose : l'exocytose constitutive et l'exocytose régulée. Cette dernière est déclenchée par des stimuli externes. L'exocytose régulée est contrôlée au niveau de la fusion des vésicules de sécrétion avec la membrane plasmique. Certains composants moléculaires impliqués dans ce processus font partie de la famille des GTPases Rab. Les deux membres de cette famille impliqués sont Rab3 et Rab27. Nous avons étudié le rôle de la GTPase Rab27 dans les cellules INS-1E, une lignée cellulaire pancréatique β qui sécrète de l'insuline de façon régulée. Nous avons trouvé que la diminution d'expression de la protéine en utilisant le technique de « RNA interference » diminue la sécrétion stimulée, mais que la distribution des granules n'est nullement affectées par ce changement d'activité intrinsèque. Un des effecteurs identifiés de cette GTPase est Slac2c/MyRIP. Cette protéine possède plusieurs domaines fonctionnels dont un qui lui permet de se lier à l'actine, constituant du cytosquelette cellulaire. L'ensemble de nos résultats suggèrent que Rab27 et MyRIP font partie d'un complexe permettant l'interaction de la granule de sécrétion avec le cytosquelette d'actine corticale et participent à la régulation des dernières étapes de l'exocytose d'insuline. Ensuite, nous avons étudié les phosphoinositides (PI). Les phosphoinositides sont d'importantes molécules impliquées dans le régulation du trafic vésiculaire. Nous avons trouvé que le phosphatidylinosito1-4-phosphate (PI4P) et le phosphatidylinositol-4,5-biphosphate (PI(4,5)P2) augmentent la sécrétion sous l'action de 10µM de Ca2+ dans les cellules INS-1E perméabilisées avec la streptolysine-O. En plus, nous avons démontré que l'exocytose est diminuée dans les cellules intactes exprimant une protéine qui séquestre le PI(4,5)P2. Une diminution similaire est observée en diminuant l'expression de deux enzymes impliquées dans la production du PI(4,5)P2, la PI4Kinase β type III et la PIP5Kinase γ type I. Pour clarifier le mécanisme d'action des PI, nous avons investigué l'implication de trois cibles potentielles des PI, la PLD1, CAPS1 et Mint1. Pour ce faire, nous avons réduit le niveau d'expression endogène de ces protéines, ce qui inhibe la libération d'hormones provoquée par le glucose. Tout ceci indique donc que la production du PI(4,5)P2 est nécessaire pour le contrôle de la sécrétion et suggère qu'une partie de l'effet du PI sur la sécrétion pourrait être exercé par l'activation de la PLD1, CAPS1 et Mint1. Abstract Insulin release from pancreatic β-cells plays an essential role in the achievement of blood glucose homeostasis and defects in the regulation of this process lead to profound metabolic disorders and hyperglycaemia (eg. type 2 diabetes). Almost every cell in our organism releases proteins and other biological compounds using a fundamental cellular process known as constitutive exocytosis. In exocrine and endocrine glands, the cells are endowed with an additional and more refined release mechanism directly tuned by extracellular signals. This process, referred to as regulated exocytosis, ensures the timely delivery of molecules such as peptide hormones and digestive enzymes to match the moment¬-to-moment requirements of the organism. Some of the molecular components involved in this process have been identified, including Rab3 and Rab27, two GTPases that regulate the final steps of secretion in many cells. We investigated the involvement of Rab27 GTPase in the secretory process of the insulin-secreting cell line INS-1E. We found that selective reduction of Rab27 expression by RNA interference did not alter granule distribution but impaired exocytosis triggered by insulin secretagogues. Screening for potential effectors revealed that Slac2c/MyRIP is associated with granules and attenuation of Slac2c expression severely impaired hormone release. This protein contains several functional domains, including, a binding domain for the cellular cytoskeleton constituent actin. Taken together our data suggest the Rab27 and MyRIP are part of a complex mediating the interaction of secretory granules with cortical cytoskeleton and participate to the regulation of the final steps in insulin exoctytosis. In the second part of the thesis, we studied phosphoinositides (PI). Phosphoinositides are important molecules involved in the regulation of vesicular trafficking. We found that phosphatidylinosito1-4-phosphate (PI4P) and phosphatidylinosito1-4,5-biphosphate (PI(4,5)P2) increase the secretory response triggered by 10µM Ca2+ in streptolysin-O permeabilized insulin-secreting INS-1E cells. In addition, nutrient-induced exocytosis was diminished in intact cells expressing constructs that sequester PI(4,5)P2. A similar decrease was observed after silencing of two enzymes involved in PI(4,5)P2 production, type III PI4Kinase β and type I PIP5Kinase γ, by RNA interference. To clarify the mechanism of action of PI, we investigated the involvement in the regulation of exocytosis of three potential PI targets, PLD1, CAPS1 and Mint1. Transfection of cells with silencers capable of reducing the endogenous levels of these proteins inhibited hormone release elicited by glucose. Our data indicate that the production PI(4,5)P2 is necessary for proper control of p-cell secretion and suggest that at least part of the effects of PI on insulin exocytosis could be exerted through the activation of PLD1, CAPS1 and Mint1.

Pregnancy-associated changes in host permissiveness to metastasis

THESIS SUMMARY : Metastasis is a multistep process involving tumour cell-autonomous features, the host tissue stroma of the primary tumour, the blood or lymphatic system as well as a receptive target organ. Most studies on factors influencing metastasis have concentrated on the characteristics of the disseminating tumour cell and on early steps of metastasis including invasion and angiogenesis. Although these steps are necessary for tumour cells to disseminate, it is the challenges encountered in the later steps of metastasis -survival while in the circulation and engraftment and outgrowth in the target organ -that account for the inefficiency of circulating tumour cells in establishing secondary lesions. Full understanding of the metastatic process therefore requires elucidation of the mechanisms that regulate these late steps, and in particular that determine what makes any given tissue permissive for metastatic tumour growth. To address this issue, we assessed the mechanisms whereby a physiological situation -pregnancy -can alter host permissiveness toward metastasis. We show that pregnant NOD/SCID mice -injected intravenously with tumour cells -develop more metastases than their non-pregnant counterparts irrespective of the tumour cell type. There was no direct effect of pregnancy-related circulating factors on tumour cell proliferation, and subcutaneous tumour growth does not vary between pregnant and nonpregnant animals. However, decreased elimination of tumour cells from the lung microvasculature was observed in pregnant mice, prompting us to assess whether pregnancy-related adaptations in innate immunity could account for this differential clearing. We found that natural killer (NK) cell fractions are decreased in blood and spleen of pregnant mice and that NK cell cytotoxicity is impaired, as reported previously. The use of NK-deficient mice or tumour cell lines resistant to NK killing abrogates the difference in metastasis load between pregnant and virgin mice. CD11 b+ Gr-1+ myeloid-derived suppressor cells (MDSC) have previously been shown to accumulate in tumour-bearing mice and to down-modulate NK activity. Accordingly, we show an increase in MDSC in pregnant mouse blood, spleen, lungs and liver. Depletion of MDSC prior to tumour cell injection decreased metastasis load in pregnant NOD/SCID mice but had no effect on virgin mice. Similarly, adoptive transfer of MDSC extracted from pregnant mice into virgin mice lead to increased metastasis take. In parallel, we investigated whether the lung and liver microenvironments are modified during pregnancy thereby providing a more "permissive soil" for the establishment of metastases. A comparative analysis of microarray data of pregnant mouse lungs and liver with "premetastatic niche" gene expression profiles of these organs shows that similar mechanisms could mediate an increase in lung and liver metastasis in pregnant mice and in mice harbouring an aggressive primary tumour. Several commonly up-regulated genes point towards the recruitment of myeloid cells, consistent with the accumulation of MDSC observed in pregnant mice. MDSC have never been evoked in the context of pregnancy before. Although the role of MDSC in pregnancy requires further investigation we suggest that MDSC accumulation constitutes an important and hitherto unrecognised common denominator of maternal immune tolerance and cancer immune escape. RESUME DE THESE : La métastatisation est un processus en plusieurs étapes qui implique des compétences particulières chez les cellules tumorales, le stroma de la tumeur primaire, les vaisseaux sanguins ou lymphatiques ainsi qu'un organe cible' réceptif. Jusqu'alors, la recherche s'est principalement intéressée aux facteurs qui influencent les étapes précoces de la métastatisation donc aux caractéristiques de la cellule métastatique, et aux processus tels que l'invasion et l'angiogenèse, tandis que peu d'études traitent des étapes tardives tel que la survie dans la circulation sanguine et l'établissement d'une lésion dans l'organe cible. En particulier, l'élucidation des facteurs qui déterminent la permissivité d'un tissu à la greffe de cellules disséminantes est indispensable à la compréhension de ce processus complexe qu'est la métastatisation. Nous proposons ici un modèle de souris récapitulant les étapes tardives de la métastatisation dans un contexte d'une permissivité accrue aux métastases chez la souris gravide, et nous évaluons les mécanismes impliqués. Les souris gestantes développent plus de métastases après l'injection intraveineuse de cellules tumorales, indépendamment du type de tumeur d'origine. Les taux élevés d'hormones et de facteurs de croissance chez la souris gravide n'inflúencent pas la prolifération des cellules tumorales et fa croissance de tumeurs sous-cutanées n'est pas non plus accélérée par la gestation. En revanche, une fois injectées, les cellules tumorales sont éliminées ` moins rapidement des vaisseaux pulmonaires chez la souris gravide que chez les contrôles. Cette observation est compatible avec un effet de la gestation sur l'immunité innée et nous avons mis en évidence une diminution des proportions de cellules NK (natural killer) dans le sang et la rate en particulier, ainsi qu'une cytotoxicité moindre envers des cellules tumorales. En utilisant des souris déficientes en cellules NK ou en injectant des cellules résistantes à l'attaqué par des cellules NK, la différence entre souris gestantes et non-gestantes disparaît. Il a été démontré chez des souris porteuses de tumeurs, que l'accumulation de cellules immunosuppressives de la lignée myélo-monocytaire (ou MDSC pour myeloid-derived suppressor tells) pouvait être responsable d'une inhibition de l'activité de cellules NK. Des nombres augmentés de ces cellules, caractérisées par les marqueurs de surface CD11b et Gr-1, ont été trouvés dans le sang, la rate, les poumons et le foie de souris gravides. Leur rôle dans la métastatisation est démontré par le fait que leur dépletion diminue le nombre de lésions secondaires chez la souris gestante, tandis que leur transfert dans des souris non-gestantes augmente le taux de métastases. L'utilisation de puces à ADN sur les foies et poumons de souris gravides a permis de mettre en évidence des différences d'expression génique proches de celles observées dans l'établissement de niches pré-métastatiques. Ceci suggère que des mécanismes similaires pourraient être responsables d'une permissivité accrue aux métastases chez la souris gravide et chez la souris porteuse d'une tumeur primaire agressive, telle que, en particulier, l'accumulation de cellules immunosuppressives dans les organes cibles. C'est la première fois que l'accumulation de MDSC est évoquée chez la souris gravide et nous proposons ici que celles-ci jouent un rôle dans la tolérance immunitaire envers le foetus et sont responsables de l'échappement de cellules tumorales injectées à la surveillance immunitaire par des cellules NK.

The peroxisome proliferator-activated receptors at the cross-road of diet and hormonal signalling.

The peroxisome proliferator-activated receptors (PPARs) are members of the steroid/thyroid nuclear receptor superfamily of ligand-activated transcription factors. To date, three isotypes have been identified, alpha, beta and gamma, encoded by three different genes. The alpha isotype is expressed at high levels in the liver where it has a role in lipid oxidation. Its expression and activity follow a diurnal rhythm that parallels the circulating levels of corticosterone in the bloodstream. The gamma isotype on the other hand, is mainly expressed in adipose tissue and has a critical role in adipocyte differentiation and lipid storage. The function of the ubiquitously expressed isotype, PPAR beta, remains to be determined. Besides fulfilling different roles in lipid metabolism, the different PPAR isotypes also have different ligand specificities. A new approach to identify ligands was developed based on the ligand-dependent interaction of PPAR with the recently characterized co-activator SRC-1. This so-called CARLA assay has allowed the identification of fatty acids and eicosanoids as PPAR ligands. Although the evidence clearly links PPAR isotypes to distinct functions, the molecular basis for this isotype-specificity is still unclear. All three isotypes are able to bind the same consensus response element, formed by a direct repeat of two AGGTCA hexamers separated by one base, though with different affinities. We recently demonstrated that besides the core DR-1 element, the 5' flanking sequence should be included in the definition of a PPRE. Interestingly, the presence of this flanking sequence is of particular importance in the context of PPAR alpha binding. Moreover, it reflects the polarity of the PPAR-RXR heterodimer on DNA, with PPAR binding to the 5' half-site and RXR binding to the 3' half-site. This unusual polarity may confer unique properties to the bound heterodimer with respect to ligand binding and interaction with co-activators and corepressors.

Determinants of maternal sex steroids during the first half of pregnancy.

OBJECTIVE: To examine the associations of maternal and child characteristics with early pregnancy maternal concentrations of testosterone, androstenedione, progesterone, 17-hydroxyprogesterone, and estradiol (E2). METHODS: We analyzed these hormones among 1,343 women with singleton pregnancies who donated serum samples to the Finnish Maternity Cohort from 1986 to 2006 during the first half of pregnancy (median 11 weeks). The associations of maternal and child characteristics with hormone concentrations were investigated by correlation and multivariable regression. RESULTS: Women older than age 30 years had lower androgen and E2 but higher progesterone concentrations than women younger than that age. Multiparous women had 14% lower testosterone, 11% lower androstenedione and 17-hydroxyprogesterone, 9% lower progesterone, and 16% lower E2 concentrations compared with nulliparous women (all P<.05). Smoking mothers had 11%, 18%, and 8% higher testosterone, androstenedione, and 17-hydroxyprogesterone levels, respectively, but 10% lower progesterone compared with nonsmoking women (all P<.05). E2 concentrations were 9% higher (P<.05) among women with a female fetus compared with those with a male fetus. CONCLUSION: Parity, smoking, and, to a lesser extent, maternal age and child sex are associated with sex steroid levels during the first half of a singleton pregnancy. The effects of smoking on the maternal hormonal environment and the possible long-term deleterious consequences on the fetus deserve further evaluation. LEVEL OF EVIDENCE: II.

Effect of supplementation with vitamin D3 and calcium on quantitative ultrasound of bone in elderly institutionalized women: a longitudinal study.

Supplementation of elderly institutionalized women with vitamin D and calcium decreased hip fractures and increased hip bone mineral density. Quantitative ultrasound (QUS) measurements can be performed in nursing homes, and easily repeated for follow-up. However, the effect of the correction of vitamin D deficiency on QUS parameters is not known. Therefore, 248 institutionalized women aged 62-98 years were included in a 2-year open controlled study. They were randomized into a treated group (n = 124), receiving 440 IU of vitamin D3 combined with 500 mg calcium (1250 mg calcium carbonate, Novartis) twice daily, and a control group (n = 124). One hundred and three women (42%), aged 84.5 +/- 7.5 years, completed the study: 50 in the treated group, 53 in the controls. QUS of the calcaneus, which measures BUA (broadband ultrasound attenuation) and SOS (speed of sound), and biochemical analysis were performed before and after 1 and 2 years of treatment. Only the results of the women with a complete follow-up were taken into account. Both groups had low initial mean serum 25-hydroxyvitamin D levels (11.9 +/- 1.2 and 11.7 +/- 1.2 micrograms/l; normal range 6.4-40.2 micrograms/l) and normal mean serum parathyroid hormone (PTH) levels (43.1 +/- 3.2 and 44.6 +/- 3.5 ng/l; normal range 10-70 ng/l, normal mean 31.8 +/- 2.3 ng/l). The treatment led to a correction of the metabolic disturbances, with an increase in 25-hydroxyvitamin D by 123% (p < 0.01) and a decrease in PTH by 18% (p < 0.05) and of alkaline phosphatase by 15% (p < 0.01). In the controls there was a worsening of the hypovitaminosis D, with a decrease of 25-hydroxyvitamin D by 51% (p < 0.01) and an increase in PTH by 51% (p < 0.01), while the serum calcium level decreased by only 2% (p < 0.01). After 2 years of treatment BUA increased significantly by 1.6% in the treated group (p < 0.05), and decreased by 2.3% in the controls (p < 0.01). Therefore, the difference in BUA between the treated subjects and the controls (3.9%) was significant after 2 years (p < 0.01). However, SOS decreased by the same amount in both groups (approximately 0.5%). In conclusion, BUA, but not SOS, reflected the positive effect on bone of supplementation with calcium and vitamin D3 in a population of elderly institutionalized women.

Pleiotropy in the melanocortin system: expression levels of this system are associated with melanogenesis and pigmentation in the tawny owl (Strix aluco).

The adaptive function of melanin-based coloration is a long-standing debate. A recent genetic model suggested that pleiotropy could account for covariations between pigmentation, behaviour, morphology, physiology and life history traits. We explored whether the expression levels of genes belonging to the melanocortin system (MC1R, POMC, PC1/3, PC2 and the antagonist ASIP), which have many pleiotropic effects, are associated with melanogenesis (through variation in the expression of the genes MITF, SLC7A11, TYR, TYRP1) and in turn melanin-based coloration. We considered the tawny owl (Strix aluco) because individuals vary continuously from light to dark reddish, and thus, colour variation is likely to stem from differences in the levels of gene expression. We measured gene expression in feather bases collected in nestlings at the time of melanin production. As expected, the melanocortin system was associated with the expression of melanogenic genes and pigmentation. Offspring of darker reddish fathers expressed PC1/3 to lower levels but tended to express PC2 to higher levels. The convertase enzyme PC1/3 cleaves the POMC prohormone to obtain ACTH, while the convertase enzyme PC2 cleaves ACTH to produce α-melanin-stimulating hormone (α-MSH). ACTH regulates glucocorticoids, hormones that modulate stress responses, while α-MSH induces eumelanogenesis. We therefore conclude that the melanocortin system, through the convertase enzymes PC1/3 and PC2, may account for part of the interindividual variation in melanin-based coloration in nestling tawny owls. Pleiotropy may thus account for the covariation between phenotypic traits involved in social interactions (here pigmentation) and life history, morphology, behaviour and physiology.

FAM111A Mutations Result in Hypoparathyroidism and Impaired Skeletal Development.

Kenny-Caffey syndrome (KCS) and the similar but more severe osteocraniostenosis (OCS) are genetic conditions characterized by impaired skeletal development with small and dense bones, short stature, and primary hypoparathyroidism with hypocalcemia. We studied five individuals with KCS and five with OCS and found that all of them had heterozygous mutations in FAM111A. One mutation was identified in four unrelated individuals with KCS, and another one was identified in two unrelated individuals with OCS; all occurred de novo. Thus, OCS and KCS are allelic disorders of different severity. FAM111A codes for a 611 amino acid protein with homology to trypsin-like peptidases. Although FAM111A has been found to bind to the large T-antigen of SV40 and restrict viral replication, its native function is unknown. Molecular modeling of FAM111A shows that residues affected by KCS and OCS mutations do not map close to the active site but are clustered on a segment of the protein and are at, or close to, its outer surface, suggesting that the pathogenesis involves the interaction with as yet unidentified partner proteins rather than impaired catalysis. FAM111A appears to be crucial to a pathway that governs parathyroid hormone production, calcium homeostasis, and skeletal development and growth.

Effects of gastric bypass and gastric banding on glucose kinetics and gut hormone release

Rapport de Synthèse : Introduction : outre son effet bénéfique sur le poids, la chirurgie bariatrique améliore de façon considérable l'homéostasie glucide chez les patients diabétiques. Cette amélioration survient très tôt dans la période post-opératoire, avant que le poids ne soit réduit de manière importante. De plus, les interventions chirurgicales qui "court-circuitent" une partie de l'intestin grêle, telle que le by-pass gastrique, apparaissent être plus efficaces que les interventions purement restrictives, telles que le cerclage gastrique. Objectifs : cette étude a pour but d'étudier la cinétique du glucose et la sécrétion d'hormones gastro-intestinales, consécutive à l'ingestion d'une dose charge de glucose, chez des patients opérés d'un by-pass ou d'un cerclage gastrique. Méthodes : nous avons comparé des groupes de femmes non diabétiques ayant bénéficié d'un by-pass gastrique (BPG, n=8) ou d'un cerclage gastrique (CG, n=6) à un groupe de femmes contrôles d'âge et de poids appariées n'ayant subi aucune intervention bariatrique (C, n=8). L'étude a été réalisée alors que le poids des volontaires était stable, soit entre 9 et 48 mois après le BPG, et 25 à 85 mois après le CG. Nous avons étudié, pendant les 4 heures qui ont suivies l'ingestion d'une dose charge de glucose; la cinétique du glucose ingéré et du glucose total à l'aide d'un glucose radio-activement marqué, ainsi que la cinétique de l'insuline et de différentes hormones gastro-intestinales. Résultats : l'apparition du glucose exogène dans la circulation systémique est plus rapide chez les patients opérés d'un BPG et s'accompagne d'une hyperglycémie postprandiale plus brève. La réponse insulinique est également plus précoce et plus importante que dans les deux autres groupes. S'agissant des hormones gastro-intestinales, on observe dans la période postprandiale une augmentation de PYY et de GLP-1 et une suppression de la grehline significativement plus importante après BPG. Discussion : ces différentes observations suggèrent que le BPG est associé à de profonds changements de la cinétique du glucose et des altérations de la régulation d'hormones gastro-intestinales. Les modifications susmentionnées apparaissant être secondaires aux modifications anatomiques consécutives au BPG, i.e. la mise "hors-circuit" de l'estomac distal et de l'intestin grêle proximal, compte tenu du fait qu'elles ne sont pas observées après CG. Finalement, la stimulation de PYY et de GLP-1 ainsi que la suppression postprandiale plus importante de ghréline est compatible avec la diminution spontanée de la prise alimentaire observée chez les patients opérés d'un BPG.

Biological monitoring of chemical exposure : toxicokinetic differences due to age and sex

Human biomonitoring is a widely used method in the assessment of occupational exposure to chemical substances and recommended biological limits are published periodically for interpretation and decision-making. However, it is increasingly recognized that a large variability is associated with biological monitoring, making interpretation less efficient than assumed. In order to improve the applicability of biological monitoring, specific factors responsible for this variability should be identified and their contribution quantified. Among these factors, age and sex are easily identifiable, and present knowledge about pharmaceutical chemicals suggests that they play an important role on the toxicokinetics of occupational chemical agents, and therefore on the biological monitoring results.The aim of the present research project was to assess the influence of age and sex on biological indicators corresponding to organic solvents. This has been done experimentally and by toxicokinetic computer simulation. Another purpose was to explore the effect of selected CYP2E1 polymorphisms on the toxicokinetic profile.Age differences were identified by numerical simulations using a general toxicokinetic model from a previous study which was applied to 14 chemicals, representing 21 specific biological entities, with, among others, toluene, phenol, lead and mercury. These models were runn with the modified parameters, indicating in some cases important differences due to age. The expected changes are mostly of the order of 10-20 %, but differences up to 50 % were observed in some cases. These differences appear to depend on the chemical and on the biological entity considered.Sex differences were quantified by controlled human exposures, which were carried out in a 12 m3 exposure chamber for three organic solvents separately: methyl ethyl ketone, 1-methoxy-2-propanol and 1,1,1-trichloroethane. The human volunteer groups were composed 12 of ten young men and fifteen young women, the latter subdivided into those with and without hormonal contraceptive. They were exposed during six hours at rest and at half of the threshold limit value. The kinetics of the parent compounds (organic volatiles) and their metabolite(s) were followed in blood, urine and expired air over time. Analyses of the solvent and their metabolites were performed by using headspace gas chromatography, CYP2E1 genotypes by using PCR-based RFLP methods. Experimental data were used to calibrate the toxicokinetic models developed for the three solvents. The results obtained for the different biomarkers of exposure mainly showed an effect on the urinary levels of several biomarkers among women due to the use of hormonal contraceptive, with an increase of about 50 % in the metabolism rate. The results also showed a difference due to the genotype CYP2E1*6, when exposed to methyl ethyl ketone, with a tendency to increase CYP2E1 activity when volunteers were carriers of the mutant allele. Simulations showed that it is possible to use simple toxicokinetic tools in order to predict internal exposure when exposed to organic solvents. Our study suggests that not only physiological differences but also exogenous sex hormones could influence CYP2E1 enzyme activity. The variability among the urinary biological indicators levels gives evidence of an interindividual susceptibility, an aspect that should have its place in the approaches for setting limits of occupational exposure.