Effects of dietary restraint and oral contraceptives on bone strength and bone turnover in young women

ABSTRACT Introduction The purpose of this study was to assess specific osteoporosis-related health behaviours and physiological outcomes including daily calcium intake, physical activity levels, bone strength, as assessed by quantitative ultrasound, and bone turnover among women between the ages of 18 and 25. Respective differences on relevant study variables, based on dietary restraint and oral contraceptive use were also examined. Methods One hundred women (20.6 ± 0.2 years of age) volunteered to participate in the study. Informed written consent was obtained by all subjects prior to participation. The study and all related procedures were approved by the Brock University Research Ethics Board. Body mass, height, relative body fat, as well as chest, waist and hip circumferences were measured using standard procedures. The 10-item restrained eating subscale of the Dutch Eating Behaviour Questionnaire (DEBQ) was used to assess dietary restraint (van Strien et al., 1986). Daily calcium intake was assessed by the Rapid Assessment Method (RAM) (Hertzler & Frary 1994). Weekly physical activity was documented by the 4-item Godin Leisure-Time Exercise Questionnaire (Godin & Shephard 1985). Bone strength was determined from the speed of sound (SOS) as measured by QUS (Sunlight 7000S). SOS measurements (m/s) were taken of the dominant and non-dominant sides of the distal one third of the radius and the mid-shaft of the tibia. Resting blood samples were collected from all subjects between 9am and 12pm, in order to evaluate the impact of lifestyle factors on biochemical markers of bone turnover. Blood was collected during the early follicular phase of the menstrual cycle (approximately days 1-5) for all subjects. Samples were centrifliged and the serum or plasma was aliquoted into separate tubes and stored at -80°C until analysis. The bone formation markers measured were Osteocalcin (OC), bone specific alkaline phosphatase (BAP) and 25-OH vitamin D. The bone resorption markers measured were the carboxy (CTx) and amino (NTx) terminal telopeptides of type-I collagen crosslinks. All markers were assessed by ELISA. Subjects were divided into high (HDR) and low dietary restrainers (LDR) based on the median DEBQ score, and also into users (BC) and non-users (nBC) of oral contraceptives. A series of multiple one way ANOVA's were then conducted to identify differences between each set of groups for all relevant variables. A two-way ANOVA analysis was used to explore significant interactions between dietary restraint and use of oral contraceptives while a univariate follow-up analysis was also performed when appropriate. Pearson Product Moment Correlations were used to determine relationships among study variables. Results HDR had significantly higher BMI, %BF and circumference measures but lower daily calcium intake than LDR. There were no significant differences in physical activity levels between HDR and LDR. No significant differences were found between BC and nBC in body composition, calcium intake and physical activity. HDR had significantly lower tibial SOS scores than LDR in both the dominant and non-dominant sites. The post-hoc analysis showed that within the non-birth control group, the HDR had significantly lower tibial SOS scores of bone strength when compared to the LDR but Aere were no significant differences found between the two dietary restraint groups for those currently on birth control. HDR had significantly lower levels of OC than LDR and the BC group had lower levels of BAP than the nBC group. Consistently, the follow-up analysis revealed that within those not on birth control, subjects who were classified as HDR had significantly (f*<0.05) lower levels of OC when compared with LDR but no significant differences were observed in bone turnover between the two dietary restraint groups for those currently on birth control. Physical activity was not correlated with SOS scores and bone turnover markers possibly due to the low physical activity variability in this group of women. Conclusion This is the first study to examine the effects of dietary restraint on bone strength and turnover among this population of women. The most important finding of this study was that bone strength and turnover are negatively influenced by dietary restraint independent of relative body fat. In general, the results of the present thesis suggest that dietary restraint, oral contraceptive use, as well as low daily calcium intake and low physical activity levels were widespread behaviours among this population of college-aged women. The young women who were using dietary restraint as a strategy to lose weight, and thus were in the HDR group, despite their higher relative body fat and weight, had lower scores of bone strength and lower levels of markers of bone turnover compared to the low dietary restrainers. Additionally, bone turnover seemed to be negatively affected by oral contraceptives, while bone strength, as assessed by QUS, seemed unaffected by their use in this population of young women. Physical activity (weekly energy expenditure), on the other hand, was not associated with either bone strength or bone tiimover possibly due to the low variability of this variable in this population of young Canadian women.

Carbohydrate refeeding rapidly reverses the adaptive upregulation of human skeletal muscle pyruvate dehydrogenase kinase following a high fat diet

The time course for the reversal of the adaptive increase in pyruvate dehydrogenase kinase (PDK) activity following a 6d high fat diet (HP: 4.2 ± 0.2 % carbohydrate; 75.6 ± 0.4 % fat; 19.5 ± 0.8 % protein) was investigated in human skeletal muscle (vastus lateralis). HF feeding increased PDK activity by 44% (from 0.081 ± 0.025 min"' to 0.247 ± 0.025 mm\p < 0.05). Following carbohydrate re-feeding, (88% carbohydrate; 5% fat; 7% protein), PDK activity had returned to baseline (0.111 ± 0.014 min"') within 3h of re-feeding. The active fraction of pyruvate dehydrognease (PDHa) was depressed following 6d of the HF diet (from 0.89 ± 0.21 mmol/min/kg WW to 0.32 ± 0.05 mmol/min/kg ww,p <0.05) and increased to pre-HF levels by 45 min of post re-feeding (0.74 ±0.19 mmol/min/kg ww) and remained elevated for 3h. Western blotting analysis of the PDK isoforms, PDK4 and PDK2, revealed a 31% increase in PDK4 protein content following the HF diet, with no change in PDK2 protein. This adaptive increase in PDK4 protein content was reversed with carbohydrate re-feeding. It was concluded that the adaptive up-regulation in PDK activity and PDK4 protein content was fiilly reversed by 3h following carbohydrate re-feeding.

CCK, dietary variety, and food intake in rats /

Among the environmental factors that can affect food intake is the extent of dietary variety available in the environment. Numerous studies have demonstrated that variety in a meal can increase the amount of food consumed in humans, rats, and other species. A physiological mechanism that has been demonstrated to affect food intake is the gut peptide cholecystokinin (CCK) which is released from the upper small intestine during the ingestion of food. Peripherally administered CCK has a robust inhibitory effect on the intake of a single-food meal. Thus, dietary variety and CCK both affect meal size, with dietary variety increasing intake and CCK decreasing intake. This raises the question ofhow dietary variety and CCK might interact to affect meal size. Previous studies of CCK's effects have focused on situations in which only one food was available for consumption. However, in an animal's natural environment it would frequently occur that the animal would come across a number of foods either simultaneously or in quick succession, thus providing the animal access to a variety of foods during a meal. Accordingly, the effect ofCCK on food intake in single-food and multiple-food meals was examined. It was found that food intake was greater in multiple-food than in single-food meals provided that foods in the multiplefood meal were presented either simultaneously or in increasing order of preference. When foods in the multiple-food meal were presented in decreasing order of preference, intake was similar to that observed in single-food meals. In addition, it was found that CCK inhibited food intake in a dose-dependent manner, and that its effects on food intake were similar regardless of meal type. Therefore, the inhibitory effects ofCCK were not diminished when a variety of foods were available for consumption. Furthermore, the finding that CCK did not differentially affect the intake of the two types of meals does not provide support for the recent-foods hypothesis which postulates that CCK decreases food intake by reducing the palatability of only recently consumed foods. However, it is consistent with the all-foods hypothesis, which predicts that CCK reduces food intake by decreasing the palatability of all foods. The 600 ng/kg dose of the CCK^-antagonist lorglumide significantly antagonized the inhibitory effect of exogenous CCK on food intake, and the magnitude of this effect was similar for both types of meal. These results suggest that exogenous CCK inhibits food intake through the activation ofCCK^ receptors. However, when administered by itself, the 600^ig/kg dose of lorglumide did not increase food intake in either single-food or multiple-food meals, suggesting that peripheral endogenous CCK may not play a major role in the control of food intake.

Bone speed of sound, biochemical markers of bone turnover and IGF-1 in competetive synchronized swimmers

The purpose of this study was to compare bone speed of sound (SOS) measured by quantitative ultrasound, circulating levels of IGF- 1 and biochemical markers of bone turnover in pre- (Pr) and post-menarcheal (Po) synchronized swimmers (SS) and controls (NS). Seventy participants were recruited: 8 PrSS, 22 PoSS, 20 PrNS, and 20 PoNS. Anthropometric measures of height, weight, skeletal maturity and percent body fat were taken, and dietary intake evaluated using 24-hour recall. Bone SOS was measured at the distal radius and mid-tibia and blood samples analyzed for IGF-1, osteocalcin, NTx, and 25-OH vitamin D. Results demonstrated maturational effects on bone SOS, IGF-1 and bone turnover (p<0.05), with no differences observed between SS and NS. Main effects were observed for a reduced caloric intake in SS compared to NS (p<0.05). Therefore, SS does not offer additive affects on bone strength but imparts no adverse affects to skeletal health in these athletes.

The role of learning and growth hormone-releasing factor in the control of protein intake in rats /

Both learning and basic biological mechanisms have been shown to play a role in the control of protein int^e. It has previously been shown that rats can adapt their dietary selection patterns successfully in the face of changing macronutrient requirements and availability. In particular, it has been demonstrated that when access to dietary protein is restricted for a period of time, rats selectively increase their consumption of a proteincontaining diet when it becomes available. Furthermore, it has been shown that animals are able to associate various orosensory cues with a food's nutrient content. In addition to the role that learning plays in food intake, there are also various biological mechanisms that have been shown to be involved in the control of feeding behaviour. Numerous studies have documented that various hormones and neurotransmitter substances mediate food intake. One such hormone is growth hormone-releasing factor (GRF), a peptide that induces the release of growth hormone (GH) from the anterior pituitary gland. Recent research by Vaccarino and Dickson ( 1 994) suggests that GRF may stimulate food intake by acting as a neurotransmitter in the suprachiasmatic nucleus (SCN) and the adjacent medial preoptic area (MPOA). In particular, when GRF is injected directly into the SCN/MPOA, it has been shown to selectively enhance the intake of protein in both fooddeprived and sated rats. Thus, GRF may play a role in activating protein consumption generally, and when animals have a need for protein, GRF may serve to trigger proteinseeking behaviour. Although researchers have separately examined the role of learning and the central mechanisms involved in the control of protein selection, no one has yet attempted to bring together these two lines of study. Thus, the purpose of this study is to join these two parallel lines of research in order to further our understanding of mechanisms controlling protein selection. In order to ascertain the combined effects that GRF and learning have on protein intake several hypothesis were examined. One major hypothesis was that rats would successfully alter their dietary selection patterns in response to protein restriction. It was speculated that rats kept on a nutritionally complete maintenance diet (NCMD) would consume equal amount of the intermittently presented high protein conditioning diet (HPCD) and protein-free conditioning diet (PFCD). However, it was hypothesized that rats kept on a protein-free maintenance diet (PFMD) would selectively increase their intake of the HPCD. Another hypothesis was that rats would learn to associate a distinct marker flavour with the nutritional content of the diets. If an animal is able to make the association between a marker flavour and the nutrient content of the food, then it is hypothesized that they will consume more of a mixed diet (equal portion HPCD and PFCD) with the marker flavour that was previously paired with the HPCD (Mixednp-f) when kept on the PFMD. In addition, it was hypothesized that intracranial injection of GRF into the SCN/MPOA would result in a selective increase in HPCD as well as Mixednp-t consumption. Results demonstrated that rats did in fact selectively increase their consumption of the flavoured HPCD and Mixednp-f when kept on the NCMD. These findings indicate that the rats successfully learned about the nutrient content of the conditioning diets and were able to associate a distinct marker flavour with the nutrient content of the diets. However, the results failed to support previous findings that GRF increases protein intake. In contrast, the administration of GRF significantly reduced consumption of HPCD during the first hour of testing as compared to the no injection condition. In addition, no differences in the intake of the HPCD were found between the GRF and vehicle condition. Because GRF did not selectively increase HPCD consumption, it was not surprising that GRF also did not increase MixedHP-rintake. What was interesting was that administration of GRF and vehicle did not reduc^Mixednp-f consumption as it had decreased HPCD consumption.

Bone speed of sound in overweight and normal-weight girls and adolescents

Over the last two decades, the prevalence of obesity in the general population has been steadily increasing. Obesity is a major issue in scientific research because it is associated with many health problems, one of which is bone quality. In adult females, adiposity is associated with increased bone mineral density, suggesting that there is a protective effect of fat on bone. However, the association between adiposity and bone strength during childhood is not clear. Thus, the purpose of this study was to compare bone strength, as reflected by speed of sound (SOS), of overweight and obese girls and adolescents with normal-weight age-matched controls. Data from 75 females included normal-weight girls (G-NW; body fat:::; 25%; n = 21), overweight and obese girls (GOW; body fat ~ 28%; n = 19), normal-weight adolescents (A-NW, body fat:::; 25%; n = 13) and overweight and obese adolescents (A-OW; body fat ~ 28%; n = 22). Nutrition was assessed with a 24-hour recall questionnaire and habitual physical activity was measured for one week using accelerometry. Using quantitative ultrasound (QUS; Sunlight Omnisense™), bone SOS was measured at the distal radius and mid-tibia. No differences were found between groups in daily total energy, calcium or vitamin D intake. However, all groups were below the recommended daily calcium intake of 1300 mg (Osteoporosis Canada, 2008). Adolescents were significantly less active than girls (14.7 ± 0.6 vs. 6.3 ± 0.6% active for G and A, respectively). OW accumulated significantly less minutes of moderate-to-very vigorous physical activity per day (MVPA) than NW in both age groups (114 ± 6 vs. 57 ± 5 min/day for NW and OW, i respectively). Girls had significantly lower radial SOS (3794 ± 87 vs. 3964 ± 64 mls for G-NW and A-NW, respectively), and tibial SOS (3678 ± 86 vs. 3878 ± 52 mls for G-NW and A-NW, respectively) than adolescents. Radial SOS was similar in the two adiposity groups within each age group. However, tibial SOS was lower in the two overweight groups (3601 ± 75 mls vs. 3739 ± 134 mls for G-OW and A-OW, respectively) compared with the age-matched normal-weight controls. Body fat percentage negatively correlated with tibial SOS in the study sample as a whole (r = -0.30). However, when split into groups, percent bo~y fat correlated with tibial SOS only in the A-OW group (r = -0.53). MVPA correlated with tibial SOS (r = 0.40), once age was partialed out. In conclusion, in contrast withthe higher bone strength characteristic of obese adult women, overweight and obese girls and adolescents are characterized by low tibial bone strength, as assessed with QUS. The differences between adiposity groups in tibial SOS may be at least partially due to the reduced weight-bearing physical activity levels in the overweight girls and adolescents. However, other factors, such as hormonal influences associated with high body fat may also playa role in reducing bone strength in overweight girls. Further research is required to reveal the mechanisms causing low bone strength in overweight and obese children and adolescents.

Relative importance of body composition, osteoporosis- related behaviours and socioeconomic status on bone SOS in adolescent females

The purpose of this study was to examine the associations between bone speed of sound (SOS) and body composition, osteoporosis-related health behaviours, and socioeconomic status (SES) in adolescent females. A total of 442 adolescent females in grades 9-11 participated. Anthropometric measures of height, body mass, and percent body fat were taken, and osteo-protective behaviours such as oral contraceptive use (OC), physical activity and daily calcium intake were evaluated using self-report questionnaires. Bone SOS was measured by transaxial quantitative ultrasound (QUS) at the distal radius and mid-tibia. The results suggest that fat mass is a significant negative predictor of tibial SOS, while lean mass is positively associated with radial SOS scores and calcium intake was positively associated with tibial SOS scores (pfat mass, and influenced positively by OC use, calcium intake and lean mass.

Effect of a high fat maternal diet on body composition and bone development in male offspring

Direct high fat (HF) feeding has adverse effects on body composition and bone development in rodents. However, it is unclear whether maternal HF feeding has similar effects in male rat offspring. The objectives of this thesis were to determine if maternal HF feeding altered body composition, plasma hormones, bone development, and bone fatty acid composition in male offspring at weaning and 3 months of age. Maternal HF feeding increased bone mass and altered femur fatty acid composition at weaning, without differences in fat mass, lean mass, plasma hormones, or bone mass (femur or lumbar vertebrae). However, early differences did not persist at 3 months of age or contribute to lower bone strength – following consumption of a control diet post-weaning. These findings suggest that maternal HF feeding can alter body composition and bone development in weanling male offspring, without long-lasting effects if a healthy control diet is consumed post-weaning.

Maternal High Fat Feeding: Impact of Female Offspring Body Composition and Bone Health

High fat diet (HFD) consumption in rodents alters body composition and weakens bones. Whether female offspring of mothers consuming a HFD are similarly affected at weaning and early adulthood is unclear. This research determined whether maternal HFD contributes to long-lasting alterations in body composition and bone health of female offspring. Rats were fed control or HFD for 10 weeks prior to and throughout pregnancy and lactation. Female offspring were studied at weaning or 3 months of age (consumed control diet). Main findings in female offspring: maternal HFD decreased lean mass, increased fat mass and femoral BMD at weaning, but not at 3 months; weanling femoral lipid composition reflected maternal diet, persisting to 3 months of age (decreased total and n6 polyunsaturates, increased saturates); and no differences in femoral strength at 3 months. In summary, 3 month old female offspring have similar body composition and bone health regardless of maternal diet.

The Association of Energy Intake with Body Mass in Children With and Without Probable Developmental Coordination Disorder

Objective To determine if there is an association between energy intake (EI) and overweight or obesity status (OWOB) in children with and without probable developmental coordination disorder (p-DCD). Methods 1905 children were included. The Bruininks-Oseretsky Test of Motor Proficiency was used to assess p-DCD, body mass index for OWOB, and the Harvard Food Frequency Questionnaire for EI. Comparative tests and logistic regressions were performed. Results Reported EI was similar between p-DCD and non-DCD children among boys (2291 vs. 2281 kcal/day, p=0.917), but much lower in p-DCD compared to non-DCD girls (1745 vs.. 2068 kcal/day, p=0.007). EI was negatively associated with OWOB in girls only (OR: 0.82 (0.68, 0.98)). Conclusions Girls with p-DCD have a lower reported EI compared to their non-DCD peers. EI is negatively associated with OWOB in girls with p-DCD. Future research is needed to assess longitudinally the potential impact of EI on OWOB in this population.

Différence dans la qualité de l’alimentation en relation au risque d’excès de poids chez des populations autochtones canadiennes

L‘obésité constitue un problème de santé publique au Canada, particulièrement chez les populations autochtones où les prévalences les plus élevées ont été rapportées. D’après les écrits recensés, plusieurs méthodes ont été essayées pour étudier la relation entre l’alimentation et l’obésité, mais les résultats sont inconstants. Le but de cette thèse est d’identifier, en termes quantitatif et qualitatif, les différences dans l’alimentation des obèses et non-obèses. Pour y parvenir, nous avons développé une nouvelle méthode à l’aide d’une banque de données portant sur les enfants Mohawk de Kahnawake afin d’identifier les différences dans les choix alimentaires. Cette même méthode a été ensuite appliquée à deux autres banques de données (celle des adultes cris de la Baie James et celle des autochtones de l’enquête ESCC 2.2). Globalement, les résultats n’ont pas montré de différences significatives dans l’alimentation des participants selon les catégories d’IMC en considérant les indicateurs reliés à la quantité et à la qualité de l’alimentation comme l’apport énergétique total, l’apport énergétique en provenance des lipides, les fibres alimentaires, la densité énergétique et la diversité alimentaire. Par contre, les résultats de la nouvelle méthode fondée sur la sélection des items alimentaires fréquemment consommés par au moins 10 % des participants ont révélé que les enfants de Kahnawake à risque d’excès de poids consommaient plus fréquemment de croustilles (p=0.001) et moins fréquemment de craquelins que les enfants avec excès de poids ou ceux ayant un poids normal (p=0.015). Ensuite, en prenant la catégorie de poids normal comme référence, le rapport de côte (Odds ratio : OR) d’être à risque d’excès de poids était de 2.16 (95 % IC : 1.14 - 4.09) fois plus élevé chez les enfants de Kahnawake qui consommaient plus fréquemment de croustilles comparativement aux non-consommateurs de croustilles, et ce, après ajustement pour l’âge. Par contre, le rapport de côte d’être à risque d’excès de poids diminuait de 79 % (OR = 0.21; 95 % IC : 0.06 – 0.72) chez les enfants consommateurs de craquelins comparativement à leurs homologues non-consommateurs. Après avoir corrigé les quantités pour l’âge, on note que les enfants avec excès de poids consommaient plus de frites que les enfants à risque d’excès de poids ou ceux ayant un poids normal (p = 0.027). Chez les femmes cries, les résultats de la nouvelle méthode ont montré que le colorant à café était associé à un risque élevé d’obésité (OR = 4.64, 95 % IC : 1.04 - 0.54); alors que le lait faible en matières grasses était associé à un moindre risque d’embonpoint (OR = 0.38, 95 % IC : 0.17 - 0.82), après ajustement pour l’âge. Quant aux hommes cris, le lait entier était associé à un moindre risque d’avoir de l’embonpoint (OR ajusté pour l’âge = 0.38, 95 % IC : 0.20 - 0.71) et, en termes de quantité corrigée pour l’âge, les hommes obèses buvaient plus de boissons sucrées aux fruits comparativement aux hommes de poids normal ou ceux ayant de l’embonpoint (p=0.015). Selon les résultats de cette méthode appliquée aux données de l’enquête ESCC 2.2, les garçons à risque d’excès de poids ou avec excès de poids consommaient moins fréquemment de pain blanc que ceux de poids normal (p=0.048). En termes de quantité toutefois, ils consommaient plus de pain blanc (p=0.040), utilisaient plus de farine de blé (p=0.006) et de levure (p=0.002). Après avoir ajusté les quantités consommées pour l’âge et l’indice d’activité physique, les femmes avec embonpoint ou obèses utilisaient plus de farine de blé (p< 0.001) que leurs homologues de poids normal. Chez les hommes, il n'y avait pas de différences ni dans les fréquences de consommation ni dans les quantités consommées. Concernant les filles, leurs apports alimentaires n'étaient pas valides (facteur d'activité de Goldberg < 1.2 dans la catégorie embonpoint / obèse). Les résultats de cette méthode innovatrice pourraient d’une part, permettre d’axer la sensibilisation sur des aliments particuliers en plus des recommandations générales du Guide Alimentaire Canadien. D’autre part, ils nous renvoient aux données biologiques de laboratoire afin d’identifier les composantes des items susceptibles de contribuer au développement de l’obésité.

Impact de l'haploinsuffisance du gène Sim1 sur le développement et la fonction du noyau paraventriculaire de l'hypothalamus

L’obésité provient d’un déséquilibre de l’homéostasie énergétique, c’est-à-dire une augmentation des apports caloriques et/ou une diminution des dépenses énergétiques. Plusieurs données, autant anatomiques que physiologiques, démontrent que l’hypothalamus est un régulateur critique de l’appétit et des dépenses énergétiques. En particulier, le noyau paraventriculaire (noyau PV) de l’hypothalamus intègre plusieurs signaux provenant du système nerveux central (SNC) et/ou de la périphérie, afin de contrôler l’homéostasie énergétique via des projections axonales sur les neurones pré-ganglionnaires du système autonome situé dans le troc cérébral et la moelle épinière. Plusieurs facteurs de transcription, impliqués dans le développement du noyau PV, ont été identifiés. Le facteur de transcription SIM1, qui est produit par virtuellement tous les neurones du noyau PV, est requis pour le développement du noyau PV. En effet, lors d’une étude antérieure, nous avons montré que le noyau PV ne se développe pas chez les souris homozygotes pour un allèle nul de Sim1. Ces souris meurent à la naissance, probablement à cause des anomalies du noyau PV. Par contre, les souris hétérozygotes survivent, mais développent une obésité précoce. De façon intéressante, le noyau PV des souris Sim1+/- est hypodéveloppé, contenant 24% moins de cellules. Ces données suggèrent fortement que ces anomalies du développement pourraient perturber le fonctionnement du noyau PV et contribuer au développement du phénotype d’obésité. Dans ce contexte, nous avons entrepris des travaux expérimentaux ayant pour but d’étudier l’impact de l’haploinsuffisance de Sim1 sur : 1) le développement du noyau PV et de ses projections neuronales efférentes; 2) l’homéostasie énergétique; et 3) les voies neuronales physiologiques contrôlant l’homéostasie énergétique chez les souris Sim1+/-. A cette fin, nous avons utilisé : 1) des injections stéréotaxiques combinées à des techniques d’immunohistochimie afin de déterminer l’impact de l’haploinsuffisance de Sim1 sur le développement du noyau PV et de ses projections neuronales efférentes; 2) le paradigme des apports caloriques pairés, afin de déterminer l’impact de l’haploinsuffisance de Sim1 sur l’homéostasie énergétique; et 3) une approche pharmacologique, c’est-à-dire l’administration intra- cérébroventriculaire (i.c.v.) et/ou intra-péritonéale (i.p.) de peptides anorexigènes, la mélanotane II (MTII), la leptine et la cholécystokinine (CCK), afin de déterminer l’impact de l’haploinsuffisance de Sim1 sur les voies neuronales contrôlant l’homéostasie énergétique. Dans un premier temps, nous avons constaté une diminution de 61% et de 65% de l’expression de l’ARN messager (ARNm) de l’ocytocine (Ot) et de l’arginine-vasopressine (Vp), respectivement, chez les embryons Sim1+/- de 18.5 jours (E18.5). De plus, le nombre de cellules produisant l’OT et la VP est apparu diminué de 84% et 41%, respectivement, chez les souris Sim1+/- adultes. L’analyse du marquage axonal rétrograde des efférences du noyau PV vers le tronc cérébral, en particulier ses projections sur le noyau tractus solitaire (NTS) aussi que le noyau dorsal moteur du nerf vague (X) (DMV), a permis de démontrer une diminution de 74% de ces efférences. Cependant, la composition moléculaire de ces projections neuronales reste inconnue. Nos résultats indiquent que l’haploinsuffisance de Sim1 : i) perturbe spécifiquement le développement des cellules produisant l’OT et la VP; et ii) abolit le développement d’une portion importante des projections du noyau PV sur le tronc cérébral, et notamment ses projections sur le NTS et le DMV. Ces observations soulèvent donc la possibilité que ces anomalies du développement du noyau PV contribuent au phénotype d’hyperphagie des souris Sim1+/-. En second lieu, nous avons observé que la croissance pondérale des souris Sim1+/- et des souris Sim1+/+ n’était pas significativement différente lorsque la quantité de calories présentée aux souris Sim1+/- était la même que celle consommée par les souris Sim1+/+. De plus, l’analyse qualitative et quantitative des tissus adipeux blancs et des tissus adipeux bruns n’a démontré aucune différence significative en ce qui a trait à la taille et à la masse de ces tissus chez les deux groupes. Finalement, au terme de ces expériences, les souris Sim1+/--pairées n’étaient pas différentes des souris Sim1+/+ en ce qui a trait à leur insulinémie et leur contenu en triglycérides du foie et des masses adipeuses, alors que tous ces paramètres étaient augmentés chez les souris Sim1+/- nourries ad libitum. Ces résultats laissent croire que l’hyperphagie, et non une diminution des dépenses énergétiques, est la cause principale de l’obésité des souris Sim1+/-. Par conséquent, ces résultats suggèrent que : i) l’haploinsuffisance de Sim1 est associée à une augmentation de l’apport calorique sans toutefois moduler les dépenses énergétiques; ii) l’existence d’au moins deux voies neuronales issues du noyau PV : l’une qui régule la prise alimentaire et l’autre la thermogénèse; et iii) l’haploinsuffisance de Sim1 affecte spécifiquement la voie neuronale qui régule la prise alimentaire. En dernier lieu, nous avons montré que l’injection de MTII, de leptine ainsi que de CCK induit une diminution significative de la consommation calorique des souris des deux génotypes, Sim1+/+ et Sim1+/-. De fait, la consommation calorique cumulative des souris Sim1+/- et Sim1+/+ est diminuée de 37% et de 51%, respectivement, durant les 4 heures suivant l’administration i.p. de MTII comparativement à l’administration d’une solution saline. Lors de l’administration i.c.v. de la leptine, la consommation calorique cumulative des souris Sim1+/- et Sim1+/+ est diminuée de 47% et de 32%, respectivement. Finalement, l’injection i.p. de CCK diminue la consommation calorique des souris Sim1+/- et Sim1+/+ de 52% et de 36%, respectivement. L’ensemble des résultats suggère ici que l’haploinsuffisance de Sim1 diminue l’activité de certaines voies neuronales régulant l’homéostasie énergétique, et particulièrement de celles qui contrôlent la prise alimentaire. En résumé, ces travaux ont montré que l’haploinsuffisance de Sim1 affecte plusieurs processus du développement au sein du noyau PV. Ces anomalies du développement peuvent conduire à des dysfonctions de certains processus physiologiques distincts régulés par le noyau PV, et notamment de la prise alimentaire, et contribuer ainsi au phénotype d’obésité. Les souris hétérozygotes pour le gène Sim1 représentent donc un modèle animal unique, où l’hyperphagie, et non les dépenses énergétiques, est la principale cause de l’obésité. En conséquence, ces souris pourraient représenter un modèle expérimental intéressant pour l’étude des mécanismes cellulaires et moléculaires en contrôle de la prise alimentaire.

Altérations métaboliques et nature des acides gras : implication dans la différenciation des cellules régénératives du tissu adipeux

Par la sécrétion d’adipokines, le tissu adipeux blanc viscéral présent chez des patients souffrant d’obésité promeut l’installation d’altérations métaboliques telles que l’intolérance au glucose, la résistance à l’insuline et le diabète de type 2. Les complications cardiovasculaires, en particulier l’athérosclérose, sont les principales causes de mortalité chez les patients atteints de diabète de type 2. Il a été démontré que la fraction vasculaire stromale du tissu adipeux est composée de cellules régénératives dérivées du tissu adipeux (CRTA) et que ces cellules possèdent des caractéristiques des cellules progénitrices stromales (CPS). L’impact de l’intolérance au glucose et du diabète de type 2 sur les adipocytes sont assez bien documentés. Par contre, les conséquences de ces pathologies sur le comportement des CRTA n’ont pas été mesurées d’une façon approfondie. Plus particulièrement, l’impact de ces altérations métaboliques sur le potentiel de différenciation des CRTA en adipocytes et en cellules endothéliales n’a pas été étudié. Ce projet a pour but d’évaluer, dans un modèle murin, l’effet de ces altérations métaboliques sur l’équilibre de la différenciation in vitro des CRTA en adipocytes ou en cellules endothéliales. L’intolérance au glucose et le diabète de type 2 ont été induit chez les souris par la prise de deux diètes riches en acides gras de provenance végétale (DV) ou animale (DA). L’impact de l’origine des acides gras sur la différenciation des CRTA a également été étudié. Pour ce faire, une mise au point de la culture cellulaire des CRTA s’est avérée nécessaire et compte pour une partie de ces travaux de maîtrise. Nos travaux ont démontré en premier lieu, que le DMSO est un agent qui conserve la viabilité et les propriétés progénitrices des CRTA suite à leur congélation. De plus, parmi les matrices testées, le collagène s’est avéré être celle qui conserve le mieux les caractéristiques des progéniteurs et même, qui enrichie la population cellulaire ensemencée en cellules progénitrices. La densité cellulaire des cellules non-adipeuses du tissu adipeux s’avère être significativement plus élevée chez les souris du groupe de la DV comparativement aux souris contrôles. De plus, l’évaluation in vitro de la différenciation adipogénique démontre un potentiel de différenciation plus important pour les CRTA provenant des souris de la DV par rapport au groupe contrôle et à la DA. Cependant, la différenciation en cellules endothéliales est inhibée chez les CRTA de la DV, comparativement à un retard de ce processus pour la DA. Nos travaux suggèrent que le potentiel de différenciation adipogénique et endothéliale des CRTA est affecté par le statut métabolique des souris ainsi que par la nature de la diète. Ces résultats mettent en lumière pour la première fois l’importance d’évaluer le comportement des CRTA en fonction du statut métabolique du donneur, un paramètre pouvant avoir un impact majeur dans l’utilisation des CRTA autologues en thérapie cellulaire pour la réparation de tissus vasculaires chez des patients diabétiques.

Regulation of cholesterol intake by the corpus luteum

Studies were funded by Colegio de Postgraduados, México. CONACyT, México. SRE, México. Ministère de l’Éducation du Québec, University of Montreal and an Operating Grant to B.D. Murphy from the Canadian Institutes of Health Research.

Modalities of exercise training on liver fat accretion and inflammatory markers in ovariectomized rats

Les facteurs de risque des maladies cardiovasculaires, telle, que la détérioration du profil lipidique, deviennent plus prononcés après la ménopause, ce qui fait de la maladie coronarienne, l’une des principales causes de décès chez les femmes ménopausées. Une proportion importante de femmes prennent du poids après la ménopause en particulier dans la région abdominale entraînant par conséquent des perturbations métaboliques. Des données récentes suggèrent également que l’absence des œstrogènes observée à la ménopause favorise le développement de la stéatose hépatique. Cette dernière a été incriminée pour incriminée dans le développement de la résistance à l'insuline, et est de ce fait considérée comme une composante hépatique du syndrome métabolique. Il est impératif d'établir des stratégies visant à contrecarrer l'accumulation de graisse dans le foie et l’accroissement du tissu adipeux chez les femmes ménopausées, en tenant compte que l'utilisation de l'hormonothérapie substitutive est de nos jours moins soutenue. Les quatre études de la présente thèse ont été conduites pour tenter de fournir des informations sur le traitement et la prévention de l’augmentation de la masse graisseuse et de la stéatose hépatique qu’entraîne la suppression des œstrogènes, à travers les modifications du mode de vie (diète et exercice physique) chez la rate ovariectomizée (Ovx); un modèle animal de la ménopause. Dans les deux premières études nous nous sommes concentrés sur l’augmentation de la masse graisseuse et sa reprise suite à une perte de poids. Dans la première étude, nous avons montré que les rates Ovx qui ont suivi un programme de restriction alimentaire (FR) ont diminué significativement (P < 0.01) leur poids corporel, leur contenu en graisses intra-abdominales ainsi que leurs triacylglycérols (TAG) hépatiques, comparativement aux rates Ovx nourries à la diète normale. De plus, l’entraînement en résistance (RT) a prévenu la reprise de poids corporel ainsi que l’accroissement du tissu adipeux et l’accumulation de lipides dans le foie des rates Ovx, après l’arrêt du régime amaigrissant. Les résultats de la deuxième étude ont confirmé l'efficacité de la restriction alimentaire associée à l’entraînement en résistance (FR + RT) dans la réduction du poids corporel, des lipides dans le foie et le tissu adipeux chez les rates Ovx. Tenant compte des résultats de notre première étude, l’entraînement en résistance seulement a constitué un atout pour atténuer le poids corporel et la masse grasse reprise par les rates Ovx suite à un programme de perte de poids (FR + RT); bien que l'impact ait été moindre comparé au maintien seul de la restriction alimentaire. De la même manière que la supplémentation en œstrogènes, les résultats de la troisième étude indiquent que l'entraînement en endurance mené concurremment avec l’ovariectomie a significativement atténué l'accumulation de lipides dans le foie ainsi que dans le tissu adipeux. Toutefois, l’entraînement en endurance effectué avant l'ovariectomie n'a pas protégé contre l'accumulation des graisses qu’entraîne l'ovariectomie, si celui-ci est interrompu après l'ovariectomie. Enfin, pour compléter les résultats antérieurs, nous avons montré dans la quatrième étude que l’expression des gènes impliqués dans la synthèse de lipide; SREBP-1c, SCD-1, ChREBP, et ACC dans le foie a augmenté après le retrait des œstrogènes, tandis qu’une diminution (P < 0.01) des niveaux d'ARNm de PPAR-α a été observée. De plus, l'expression hépatique des gènes des cytokines pro-inflammatoires incluant IKKβ, IL-6 ainsi que le contenu protéinique de NF-кB étaient augmentés (P < 0.01) chez les rates Ovx par rapport aux rates ayant subi une Ovx simulée (Sham). Toutes ces perturbations ont été améliorées avec la supplémentation en œstrogènes seulement, ainsi qu'avec l'entraînement en endurance seulement. Dans l'ensemble, nos résultats indiquent que l'exercice physique (en résistance ou en endurance) a un impact significatif sur la réduction de l'accumulation des lipides dans le foie et dans le tissu adipeux des rates Ovx. De plus, chez les rates Ovx, l’entraînement en endurance mimerait les effets des œstrogènes sur l'expression des gènes impliqués dans l'accumulation de lipides et l’inflammation préclinique dans le foie.