Academic literature on the topic 'Lipids/lipides'

L’océan domine la surface de notre planète et joue un rôle majeur dans la régulation de notre biosphère. Par exemple, les microorganismes photosynthétiques vivant dans l’océan produisent 50% de l’oxygène que nous respirons tous les ans, et une grande partie de notre alimentation et des ressources minérales en proviennent. En cette époque de crise écologique liée à l’accumulation anthropogénique de gaz à effet de serre dans l’atmosphère, il est impératif de développer des énergies plus durables que les carburants fossiles. Le biodiesel pourrait être une source de carburant viable et durable pour remplacer le pétrodiesel mais jusque-là, nos efforts visant à produire des lipides à base de microalgues se sont essentiellement concentrés sur des algues vertes. Dans cette thèse je propose des méthodes pour mieux caractériser une autre catégorie de microalgue : les diatomées. Les diatomées sont une composante importante du phytoplancton et contribuent 40% de la production marine de biomasse primaire. Les diatomées accumulent des lipides en réponse à la carence en nutriments, et même si elles semblent accumuler tout autant de lipides que les microalgues vertes, les voies métaboliques menant à l’accumulation de lipides sont encore peu connues.Dans cette thèse je décris notre caractérisation du glycerolipidome de la diatomée modèle Phaeodactylum tricornutum ainsi que notre étude du remodelage de lipides suite à la carence d’azote ou de phosphate. Des accessions de P. tricornutum isolées dans différentes régions de l’océan ont aussi été étudiées afin de comparer leurs réponses au stress nutritif. Nous avons trouvé que la réponse métabolique menant à l’accumulation de lipides en carence d’azote ou de phosphate est différente. En effet, la carence en azote semble déclencher le recyclage des galactoglycerolipides chloroplastiques ainsi qu’une augmentation de la biosynthèse de novo d’acides gras, alors que la carence en phosphate est plus sévère car nous avons observé une accumulation plus significative de triacylglycerols ainsi que la déplétion totale des phospholipides. De plus, nous avons observé des réponses au stress différentes entre les accessions de P. tricornutum, et en particulier concernant leur capacité à accumuler des lipides. Nous proposons l’hypothèse que ces différences sont liées à leur aptitude à recycler du carbone issu de molécules de stockage non lipidiques.Des approches génomiques ont permis de nombreuses avancées pour mieux comprendre le métabolisme des lipides de microalgues mais notre compréhension des voies de biosynthèse de lipides chez les diatomées est encore limitée. Il y a eu diverses tentatives de caractérisation de la réponse au stress de carence par approche transcriptomique mais l’étude de ces données est incomplète du fait de l’annotation insuffisante des gènes encodant les voies métaboliques pertinentes. Ainsi, dans cette thèse je décris nos tentatives d’annotation de gènes impliqués dans le métabolisme des lipides de P. tricornutum ainsi que les approches d’ingénierie génétique visant à mieux caractériser certains de ces gènes. J’ai également utilisé notre nouvelle annotation de gènes impliqués dans le métabolisme des lipides pour effectuer une étude comparative de plusieurs transcriptomes de P. tricornutum en conditions de carence trouvés dans la littérature. J’ai ainsi pu produire une liste de gènes potentiellement impliqués dans l’accumulation de lipides. Enfin, nous avons pu utiliser ces données pour aider l’interprétation de données génomiques et transcriptomiques issues de la diatomée oléagineuse Fistulifera solaris afin de mieux comprendre comment elle accumule des quantités importantes de lipides pour des applications dans le secteur des biotechnologies et des bioénergies<br>The ocean dominates the surface of our planet and plays a major role in regulating the biosphere. For example, the microscopic photosynthetic organisms living in the ocean provide 50% of the oxygen we breathe every year, and much of our food and mineral resources are extracted from the ocean. In a time of ecological crisis linked to the accumulation of anthropogenic greenhouse gases in the atmosphere, we must investigate more sustainable energies than fossil fuels. Much attention has been given to biodiesel but so far most efforts to efficiently produce triacylglycerols in microalgae have focused on green algae. In this thesis I propose approaches to better understand another type of microalgae that is significantly divergent from green lineages: diatoms. Diatoms are a major phylum of phytoplankton in the ocean and account for 40% of marine primary productivity. While diatoms appear to be at least as effective as green algae for producing lipids, the fatty acid and glycerolipid biosynthetic pathways leading to their production have not yet been well characterized. Therefore, I propose to better characterize these pathways in the model diatom Phaeodactylum tricornutum in order to help unlock the potential of diatoms for lipid-based biotechnological applications.In this thesis, I discuss our attempts to establish a reference for the glycerolipidome of P. tricornutum and of our assessment of the lipid remodeling and accumulation that occurs in response to nitrogen- and phosphorus-starvation. A range of accessions of P. tricornutum isolated from different parts of the ocean were also examined to compare their responses to nutrient deprivation. We found that the metabolic response leading to lipid accumulation in different nutrient-deprived conditions are distinct. Nitrogen-deprivation appears to trigger the recycling of chloroplastic galactoglycerolipids as well as a strong increase in de novo fatty acid synthesis while the response to phosphorus-deprivation was more severe as we observed a higher triacylglycerol pool and the complete depletion of phospholipids. Furthermore, we observed several differences among accessions of P. tricornutum regarding their ability to accumulate triacylglycerol in response to nutrient starvation and propose the hypothesis that these differences are linked to their ability to recycle intracellular carbon from non-lipid storage molecules.Genome-enabled approaches have also allowed significant steps towards elucidating the lipid metabolism of microalgae in the past decade, but our understanding of diatom metabolic pathways is still limited compared to that of other microalgae and higher plants. There have been several attempts to characterize the stress response in P. tricornutum by using transcriptomic approaches but this data is difficult to exploit to its full potential without a better annotation of genes encoding the relevant pathways. Therefore, in this thesis I discuss our attempts to annotate P. tricornutum lipid metabolism genes. Based on this annotation I have attempted to better characterize a selection of genes by genetic engineering and have pursued a comparative study of several published transcriptomes of P. tricornutum in nutrient deprived conditions to produce a list of candidate genes likely to be involved in triacylglycerol accumulation. Finally, we used this data to help interpret genome and transcriptome data of the newly sequenced oleaginous diatom Fistulifera solaris to help understand how it accumulates unusually high amounts of triacylglycerol for applications in the biotechnology and bioenergy industry

Le développement du concept de chimie analytique « verte » représente l’une des préoccupations majeures du tout début du 21ème siècle ; elle a amené les différents acteurs du domaine à s’interroger sur le bien-fondé du développement de méthodes ayant un impact sur l’environnement et sur l’homme. Dans le domaine de l’analyse des lipides, les séparations par classe nécessitent de travailler sur une très large gamme de polarité, conséquence directe de la diversité des structures et des solubilités mises en jeu. La chromatographie en phase normale (NPLC) permet de réaliser l’élution des composés par ordre de polarité croissante. La mise en solution des classes lipidiques nécessite le recours à des mélanges de solvants incluant le chloroforme, le n-heptane, dichlorométhane. Les solvants organiques classiquement utilisés en NPLC, bien que performants, soulèvent aussi de nombreux problèmes liés à leur toxicité pour l'homme et l'environnement, leur volatilité, ou encore leur origine quand ils sont issus des hydrocarbures fossiles. Une des voies envisagée est la substitution de ces solvants par des solvants alternatifs, tels ceux proposés par les différents acteurs de la chimie verte. L'intérêt suscité par ces solvants est prometteur en termes de réduction de l'utilisation de solvants avec un impact significatif sur l'environnement. Les propriétés de la chromatographie en phase dioxyde de carbone supercritique sont semblables à la NPLC et offrent également une alternative verte à cette méthode. Ce travail a mis en évidence que des méthodes de séparation pourraient être développées avec des solvants alternatifs au n-heptane, au méthanol et au chloroforme. Leur utilisation est compatible avec la chromatographie liquide et la chromatographie supercritique et offre une meilleure sélectivité en termes de séparation des classes de lipides. La compatibilité de solvants alternatifs avec ELSD et la spectrométrie de masse a également été évaluée, ce qui a montré que l'absence de pureté suffisante pourrait être un problème. Cependant, ce problème a également été observé avec l'utilisation de solvants commerciaux, qui présentaient des impuretés telles que des acides gras, des polymères et des antioxydants<br>Green analytical chemistry development represents one of the main issues of the 21th century. Many investigators in analytical chemistry are actually involved in the development of well-established analytical methods that prevent irreversible damage to humans and environment. In the domain of lipid analysis, structural diversity as well as difference in solubility of these compounds is leading to work with a very large polarity range to separate lipids by classes. The normal-phase liquid chromatography (NPLC) allows realising the elution of compounds in order of increasing polarity. The solubilisation of lipid classes requires the use of a mixture of several solvents, among them chloroform, n-heptane, dichloromethane. Moreover, organic solvents traditionally used in NPLC, although well performing are raising different problems due to their original source, i.e. fossil hydrocarbons, volatility and toxicity for humans and environment. One of the ways to avoid such solvents is the substitution with alternative solvents, as proposed by various players in green chemistry. The interest raised by these solvents, is promising in terms of reduction of solvent use with a significant environmental impact. The properties of supercritical fluid chromatography using CO₂ are similar to NPLC and also offer a green alternative to this method. This work has highlighted that separation methods could be developed with alternative solvents to n-heptane, methanol and chloroform. Their use is compatible with liquid and supercritical chromatography and offer better selectivity in terms of separation of lipid classes. The compatibility of alternative solvents with ELSD and mass spectrometry was also evaluated, which showed that the unavailability of sufficient purity could be an issue. However, this problem was also observed with the use of commercial solvents, which presented impurities such as fatty acids, polymers and antioxidants

Les phospholipides polyinsaturés facilitent la déformation et la fission de la membrane par les protéines d'endocytose, ce qui suggère un lien entre l'enrichissement frappant de ces lipides dans les membranes plasmiques neuronales et la vitesse très rapide à laquelle l'endocytose survient dans les neurones. Afin d'explorer davantage l'impact des phospholipides polyinsaturés sur la déformation et la fission des membranes, des simulations de dynamique moléculaire sont réalisées sur des membranes modèles dans lesquelles la distribution des chaines polyinsaturées est contrôlée de plusieurs façons. Dans un premier temps, le profil des chaines a été modifié de façon systématique en introduisant un nombre croissant d'insaturation sur les chaines aliphatiques en position 1 et/ou 2. Dans un deuxième temps, la distribution des phospholipides polyinsaturés a été limité à un seul feuillet de la membrane pour mimer l'asymétrie de composition des deux feuillets des membranes biologiques. Ces approches ont montré que (i) les mouvements verticaux des chaines aliphatiques le long de la membrane augmentent avec la polyinsaturation et sont responsables de la flexibilité croissante des membranes ; (ii) l'effet mécanique des phospholipides polyinsaturés augmente en fonction du nombre d'insaturation, avec notamment une différence entre les chaines 20 :4 (omega-6) et 22 :6 (omega-3) ; (iii) la combinaison d'une chaine aliphatique saturée et d'une chaine aliphatique polyinsaturée dans les phospholipides permet un compromis entre imperméabilité et flexibilité membranaires ; (iv) les phospholipides polyinsaturés stimulent la déformation et la fission de la membrane s'ils sont présents dans le feuillet externe à la déformation (c'est-à-dire cytosolique dans le cas d'une endocytose) mais ils n'ont pas d'effet dans le feuillet opposé. Ces observations permettent de proposer un modèle dans lequel les chaines polyinsaturées adaptent leur conformation à la courbure du feuillet convexe. Ces résultats concordent avec la distribution des chaînes aliphatiques polyinsaturées dans les membranes cellulaires<br>Polyunsaturated phospholipids facilitate the deformation and fission of membrane by endocytosis proteins. It suggests a link between the striking enrichment of these lipids in neuronal plasma membranes and the fast endocytosis. In order to further explore the impact of polyunsaturated phospholipids on membrane deformation, molecular dynamics simulations are performed on model membranes in which the distribution of polyunsaturated chains is controlled in several ways. First, the acyl chain profile was systematically modified by introducing an increasing number of unsaturation on the acyl chains in position 1 and/or 2. In a second step, the distribution of polyunsaturated phospholipids was limited to only one leaflet of the membrane to mimic the asymmetric composition of biological membranes. These approaches have shown that (i) the vertical movements of acyl chains along the membrane increase with polyunsaturation and are responsible for the increasing flexibility of membranes; (ii) the mechanical effect of polyunsaturated phospholipids increases with the number of unsaturation, including a difference between chains 20 :4 (omega-6) and 22 :6 (omega-3) ; (iii) the combination of a saturated acyl chain and a polyunsaturated acyl chain in phospholipids allows a compromise between impermeability and membrane flexibility ; (iv) polyunsaturated phospholipids stimulate membrane deformation and fission if they are present in the outer leaflet to the deformation (i.e. cytosolic in the case of endocytosis) but they have no effect in the opposite leaflet. We propose a model in which polyunsaturated chains adapt their conformation to the curvature of the convex leaflet. These results are consistent with the distribution of polyunsaturated acyl chains in cell membranes

Le caoutchouc naturel (CN), un produit dérivé du latex d'Hevea brasiliensis, est connu pour ses propriétés mécaniques supérieures pour certaines à celles de ses concurrents synthétiques. Néanmoins, le haut degré d'insaturation du poly(cis-1,4-isoprene) le rend susceptible à la thermo-oxydation. Heureusement, le CN est doté de composés non-isoprènes dont certains ont des propriétés antioxydantes. Les lipides sont les plus importants non-isoprènes retenus dans le caoutchouc et contiennent des molécules à activité antioxydante en particulier les tocotriènols. Il est connu que durant la maturation de coagula de latex, la composition chimique et les propriétés du caoutchouc obtenu sont altérées, mais les mécanismes complexes de cette altération ne sont pas encore complètement élucidés. Dans cette étude, l'évolution de certaines molécules antioxydantes natives pendant la maturation a été suivie en relation avec certaines propriétés physiques du caoutchouc. Deux expérimentations de maturation ont été mises en œuvre. La première mettait en jeu des conditions non contrôlées de maturation suivies d'un procédé de confection du caoutchouc basé sur celui des feuilles fumées (RSS) ou non (USS). La seconde a été conduite dans un dispositif expérimental dédié permettant le contrôle des facteurs de l'environnement tels que l'humidité relative, la température et la concentration en oxygène. Le procédé de confection du caoutchouc était dans ce cas basé sur celui des caoutchoucs spécifiés techniquement (TSR). L'évolution des échantillons pendant la maturation a été étudiée à différentes échelles : propriétés en masse (P0, P30 et PRI), mésostructure (% gel, Mw and Mn) et composition biochimique (lipides). En parallèle, l'activité antioxydante in vitro des extraits lipidiques correspondants a été mesurée en utilisant une méthode DPPH optimisée. La quantité et la qualité des lipides extraits évoluent pendant la maturation, en particulier en aérobiose. La quantité totale de lipides décroit, avec, en début de maturation, une libération d'acides gras dont la quantité diminue ensuite, avec une disparation des espèces insaturées en premier. La quantité de γ-tocotrienol libres extraits change peu au cours de la maturation alors que sa forme estérifiée montre un enrichissement en acides gras saturés. L'activité antioxydante de l'extrait lipidique mesurée in vitro est corrélée avec la concentration de γ-tocotrienol libre mais pas avec les valeurs de P30 et PRI qui estiment la résistance du caoutchouc à la thermo-oxydation. Cette absence de corrélation pourrait être due à la différence des conditions de mesure in-vitro de celles existantes au sein du matériau caoutchouc. La localisation des antioxydants dans le caoutchouc et en particulier leur possibilité physique d'interagir avec les doubles liaisons du poly(cis-1,4-isoprene) ou avec des espèces oxydantes reste à étudier afin de comprendre ce qui régit la chute de P30 au cours de la maturation. Des lipides non extractibles ou des molécules non-isoprènes plus polaires (protéines, polyphénols, …) pourraient également influencer la résistance du caoutchouc à la thermo-oxydation<br>Natural rubber (NR), a derived product from H. brasiliensis latex, is known for its high mechanical properties that are, for some, superior to those of its synthetic counterparts. However, the high degree of unsaturation of poly(cis-1,4-isoprene) makes it susceptible to thermo-oxidation. Fortunately, NR is endowed with non-isoprene components of which some have antioxidant properties. Especially, lipids, the main non-isoprene component retained in NR, have been reported to contain antioxidant substances, especially tocotrienols. It is well known that during the maturation of latex coagula, both NR physical properties and chemical composition are altered, but the complex mechanisms of this alteration are still to be elucidated. In the present work, the evolution of some native antioxidant molecules during maturation was followed in relation with some physical properties. Two experimental conditions of maturation were chosen. The first experiment involved uncontrolled conditions based on traditional unsmoked (USS) or ribbed smoked sheet (RSS) processing, while the second was performed in a dedicated maturation device with full control of environmental factors (relative humidity, temperature and oxygen content) followed by a processing based on that of Technically Specified Rubber (TSR). The evolution of samples during maturation was studied at different scales: bulk properties (P0, P30 and PRI), mesostructure (% gel content, Mw and Mn) and biochemical composition (lipids components). In parallel, in vitro antioxidant activity of NR lipid extracts was also investigated using an optimized DPPH method. Lipid quantity and quality evolved during maturation, especially under aerobic conditions. The total amount of lipid extract decreased, with a release of free fatty acids at early stage of maturation followed by a later decrease, unsaturated fatty acids being the first to disappear. The amount of extractable free γ-tocotrienol did not change much during maturation, while its esterified form was enriched in saturated fatty acids. The antioxidant activity measured in vitro correlated well with free γ-tocotrienol concentration but not with the resistance of rubber to thermo-oxidation assessed by P30 or PRI. Indeed, the in vitro conditions of measurement were far from those occurring inside rubber material. The localization of antioxidants in rubber and especially their physical possibility to interact with the double bonds of poly(cis-1,4-isoprene) or with oxidant species should be further investigated to understand what drives the drop of P30 along maturation time. Non extractable lipids or more polar non-isoprene molecular species (proteins, polyphenols, etc…) could also influence the resistance to thermo-oxidation

Ce travail a pour objectif d’expliquer les origines possibles des modifications de texture observées au cours du stockage d’un produit agroalimentaire, le produit Plumpy’Nut®. Il s’agit d’une matrice complexe constituée d’éléments cristallins, amorphes, liquides et vitreux. Sa composition lui confère la particularité d’être composée, à température ambiante, d’une fraction à l’état liquide et d’une fraction à l’état solide. Une première analyse globale a permis d’identifier les deux composants qui dirigent principalement la structure et le comportement en température du produit et, par extension, ses propriétés rhéologiques. Ces deux ingrédients sont l’huile de palme et un constituant désigné dans ce manuscrit par le terme « stabilisant » (mélange de matière grasse totalement hydrogénée, mono- et diglycérides d’acides gras). Les mécanismes de cristallisation de ces deux éléments ont été étudiés par analyse de diffusion et diffraction de rayons X, en s’intéressant plus particulièrement aux rôles des cinétiques de refroidissement. Ainsi nous avons montré que l’huile de palme cristallise majoritairement sous une forme β’ et que l’ajout du « stabilisant » induit une cristallisation partiellement sous la forme polymorphique β, la plus stable d’un point de thermodynamique, et ceci quel que soit le profil de refroidissement considéré. L’ajout du « stabilisant » permet d’initier une cristallisation à des températures supérieures que pour l’huile de palme seule (soit 35°C au lieu de 25°C). La configuration lamellaire adoptée par les triglycérides dépend du profil de refroidissement considéré. D’un point de vue rhéologique, l’évolution de la viscosité du produit Plumpy’Nut® en fonction de la température est bien corrélée aux dynamiques de cristallisation du mélange Huile de palme-Stabilisant. Le vieillissement de produits Plumpy’Nut® aux historiques de stockage et de fabrication différents, a été suivi pendant 26 mois au moyen de plusieurs analyses physico-chimiques. L’origine de l’évolution progressive de la fermeté des produits aux cours du temps dépend principalement de la température de stockage considérée. Nous montrons qu’à basse température (5°C), les phénomènes de post-cristallisation des lipides dominent tandis qu’à plus haute température (40°C), c’est le vieillissement chimique couplé au ressuage d’huile qui prédominent<br>The objective of this work was to determine the origin of textural modifications observed during the storage of a food product, the product Plumpy’Nut®. It is a complex matrix composed of crystalline, amorphous, liquid and vitreous constituents. Its composition gives it the particularity of containing at room temperature, a fraction in the liquid state and a fraction in the solid state. A first global analysis allowed to identify two ingredients which are driving mainly the structure and thermal behavior of the product and, by extension, its rheological properties. These two ingredients are palm oil and an element called “stabilizer” (blend of fully hydrogenated fat, monoand diglycerides). Crystallization mechanisms of these two constituents were studied by means of X-Ray scattering and diffraction analyses, with a particular interest in the roles of cooling kinetics. We showed that palm oil crystallizes mainly under polymorphic form β’ and that adding the “stabilizer” induces a crystallization partially under the most stable polymorphic form β, no matter the cooling profile considered. The stabilizer initiates a crystallisation of palm oil at higher temperature compared to palm oil alone (around 35°C instead of 25°C). The lamellar configuration adopted by triglycerides depends on the cooling profile considered. From a rheological point of view, the viscosity evolution of the product Plumpy’Nut® versus temperature is well correlated with the crystallization dynamics of Palm oil-Stabilizer blend. The aging of the product Plumpy’Nut® considering several storage and processing conditions, was studied during 26 months by means of several physical-chemical analyses. The origin of the gradual increase of the products firmness over time depends mainly on storage temperature. At low temperature (5°C), post-crystallization phenomenon of lipids dominates while at higher temperature (40°C), the chemical aging and oil rising predominate

La perche commune, Perca fluviatilis L. est un poisson maigre (moins de 2% de lipides dans le filet) mais dont les teneurs en acides gras polyinsaturés de la famille n-3 (AGPIn-3) et principalement en acide docosahexaènoque (DHA) sont très élevées (40% des AG totaux). L’objectif de ce travail est d’étudier les facteurs qui influent sur le métabolisme lipidique chez la perche et qui assurent ces taux élevés de DHA. Les hypothèses testées qui permettraient d’expliquer les fortes teneurs en DHA sont une incorporation préférentielle de cet AG ainsi qu’une capacité, typique des poissons d’eau douce, à bioconvertir le 18:3n-3 présent dans l’alimentation en AGPI n-3 supérieur, EPA et DHA. Pour tester ces hypothèses nous avons mis en place trois expérimentations. Dans un premier temps, nous avons caractérisé les lipides des différents tissus impliqués dans le métabolisme lipidique en observant leurs teneurs en lipides totaux, neutres et polaires et leur composition en acides gras. Dans un deuxième temps nous avons déterminé et hiérarchisé les facteurs ayant un effet sur la teneur en lipides et la composition en AG en utilisant un plan d’expérience multifactorielle. Enfin, nous avons étudié plus particulièrement l’effet de la composition en acides gras de la source alimentaire sur la composition en AGPI n-3 des tissus, l’activité enzymatique et l’expression des gènes codant pour les enzymes impliquées dans la bioconversion des AG. Le génome de la perche n’étant pas séquencé pour l’instant, le premier travail a été de mettre au point les protocoles de dosage d’activité enzymatique et d’expression génique chez cette espèce. La qualité nutritionnelle de la perche a été vérifiée, avec la mise en évidence de taux élevés de DHA dans tous les tissus. Dans le muscle la teneur en lipides est stable. La teneur en AGPI est élevée (40-60% des AG totaux), avec des teneurs élevées en DHA (35-45% des AG totaux) qui est l’AG majoritaire dans ce tissu. La teneur en lipides du foie et du tissu adipeux est variable en fonction de l’aliment. Le tissu adipeux est le lieu de stockage de l’énergie, il contient entre 85-90% de lipides dont 30-50% sont sous forme mono-insaturée, principalement représentés par le 18:1n-9. Le foie a une composition en AG intermédiaire entre celle du muscle et celle du tissu adipeux, le DHA étant là aussi l’AG majoritaire. Nos résultats ont complété ceux de la littérature en donnant des informations sur la répartition et la teneur en lipides neutres et polaires des tissus (Muscle LN/LP= 50/50 ; Foie LN/LP= 60/40 ; Tissu adipeux : LN/LP= 90/10), ainsi que sur leur profil en acides gras (les lipides polaires sont composés majoritairement d’AGPI alors que les lipides neutres sont plus riches en acides gras saturés). Ils ont permis de mettre en évidence une spécificité du profil en acides gras en fonction du tissu ou du type de lipides. L’hypothèse de bioconversion des AGPI a été vérifiée puisque la delta 6 désaturase a été détectée dans le foie, l’intestin, le cerveau. De plus, son activité a été mise en évidence dans le foie. L’hypothèse d’incorporation préférentielle de certains acides gras a également été vérifiée, avec une incorporation préférentielle d’AGMI dans le tissu adipeux et d’AGPI dans le filet et le foie. Concernant l’effet des facteurs étudiés, nos résultats ont montré qu’il existe un déterminisme différent en fonction de l’acide gras.. La nature des lipides alimentaires est le facteur le plus important, il a un effet direct ou en interaction avec d’autres facteurs sur le profil en AG des tissus. Nos résultats ont montré que si l’alimentation est le facteur principal de variation, dans des conditions de croissance limitée, sur un poisson de taille commerciale, une teneur de 3% de DHA et de 2% d’EPA dans l’aliment est suffisante chez la perche pour obtenir une composition en acides gras du filet de bonne qualité pour le consommateur avec une bioconversion des AGPI n-3 limitée<br>Perca fluviatilis L. (Eurasian perch) is characterized by a low intramuscular amount of lipids (&lt;2%) and a high poly-unsatured fatty acid (PUFA) content. Docosahexaenoic acid (DHA, 22:6n-3) is present in a high proportion (40% of total fatty acid). The aims of this work are twofold: first to analyse the factors that could influence the lipid metabolism of Perca fluviatilis L. and second to identify factors that could explain the elevated contents of DHA in this fish. Assumptions, which have been tested to explain the high concentration of DHA, are a selective incorporation of this fatty acid and the ability of this fish to transform 18:3n-3 present in the diet into higher PUFA n-3, EPA and DHA; typical capacity of freshwater fish (bioconversion assumption). Three experiments have been conducted to test these assumptions. First, we described lipid composition of the different tissues, which play a role in lipid metabolism, by distinguishing total, neutral and polar lipids. Second, we identified and classified the factors influencing the lipid content and fatty acid composition by using a multifactorial approach. Third, we analysed the effect of diet fatty acid composition on PUFA n-3 tissues composition, enzymatic activity and genes expression, which code for enzymes implicated in fatty acid bioconversion. As Perca fluviatilis L. genome is not sequenced for the moment, the first work was to construct experiments for dosing enzymatic activity and gene expression in this species. Concentration of DHA was elevated in all the tissues we analysed, showing the good nutritional quality of Perca fluviatilis L. In the fillet, lipid content was stable. PUFA content was high (40-60% of total fatty acid), with elevated contents in DHA (35-45% of total fatty acid), which was the main fatty acid of this tissue. Lipid content in the liver and the fat tissue was variable according to the type of food. Adipose tissue, that is the lipid storage tissue in this species, was composed of 85-90% of lipid, of which 30-50% are mono-unsatured fatty acids (MUFA), mainly 18:1n-9. Liver fatty acid composition presented characteristics in an intermediate position between fatty acid composition of the fillet and the adipose tissue, but DHA was still the most abundant fatty acid. Our results were in accordance with literature. They added informations on the distribution and the concentration in neutral and polar lipids (NL and PL) of the tissues we studied (fillet NL/PL=50/50; Liver: NL/PL=60/40; adipose tissue: NL/PL=90/10), and on their composition in fatty acid (polar lipids are mainly composed of PUFA whereas neutral lipids are richer in saturated fat acids). Our results showed that the profile in fat acid depended on the tissue and the type of lipids. Our assumption of the ability of Perca fluviatilis L. to transform PUFA was verified because we were able to detect delta 6 desaturase in the liver, intestine, and brain. Moreover, the activity of this enzyme was put in evidence in the liver. Our assumption of selective incorporation of some fatty acids was also verified, MUFA being preferentially absorbed in the adipose tissue and PUFA in the fillet and the liver. Regarding the effect of factors we studied, our results showed that a differential determinism existed according to the type of fatty acid. The nature of lipids contained in the diet was the most important factor. This factor could influence the profile of fatty acid in the tissues through a direct effect or in interaction with other factors. Although the diet is the main factor of variation, our results showed that under condition of limited growth and for a fish with a commercial size, a content of 3% of DHA and 2% of EPA in the diet was sufficient to obtain, in the fillet, a composition in fatty acids of good quality for consumers with a limited bioconversion of PUFA

La NADPH oxydase de phagocyte est un complexe enzymatique impliqué dans la défense immunitaire contre les pathogènes. Elle est constituée du flavocytochrome b558 membranaire (Cyt b558), composé de deux sous-unités (gp91phox et p22phox) et de quatre sous-unités cytosolubles, p47phox, p67phox, p40phox, et Rac. Sa fonction est de produire au niveau de la paroi des pathogènes des ions superoxyde (O2•−) qui sont transformés en d'autres espèces réactives de l'oxygène (ROS) qui attaquent les lipides, les protéines et l’ADN environnants. Après activation du phagocyte, les sous-unités cytosoliques subissent des modifications post-traductionnelles et migrent vers la membrane pour constituer le complexe NADPH oxydase activé. Le rôle délétère des ROS dans les maladies est connu depuis longtemps. Le but de ma thèse a été d’étudier l’influence de molécules exogènes qui induisent une augmentation du stress oxydatif, sur l’activité de la NADPH oxydase.Dans ce travail, nous avons étudié le fonctionnement de la NADPH oxydase dans un système in vitro dans lequel l’enzyme était activée par la présence d'acide arachidonique (AA). J’ai étudié l'influence de deux types de molécules: une classe de lipides et des nanoparticules (NPs). Pour simplifier le système, nous avons remplacé l’ensemble des sous-unités cytosoliques par une protéine unique appelé trimère qui correspond à une fusion des trois protéines cytosoliques p47phox, p67phox et Rac. Nous avons montré que le trimère est fonctionnellement comparable aux sous-unités cytosoliques séparées. La vitesse de production de O2•−, sa dépendances en fonction de la concentration en AA et de la température, et sa sensibilité aux radicaux libres étaient comparables lorsque le trimère ou les sous-unités séparées étaient utilisés.J’ai étudié les conséquences de la présence de cholestérol et de ses formes oxydées sur la production de O2•− par la NADPH oxydase. Nos résultats montrent clairement que le cholestérol et l’oxystérols ne sont pas des activateurs efficaces de la NADPH oxydase. L’addition d’une quantité physiologique de cholestérol déclenche une faible production d’ions superoxyde. L’addition de cholestérol à des concentrations du même ordre de grandeur pendant le processus d'assemblage (en présence de AA), a un rôle inhibiteur sur la production d’O2•−. Le cholestérol ajouté agit sur les composantes, cytosoliques et membranaires, conduisant à un assemblage imparfait. En conclusion, le cholestérol déjà présent dans la membrane des neutrophiles est optimale pour le fonctionnement de la NADPH oxydase.Il était intéressant de vérifier l'influence des nanoparticules de dioxyde de titane (TiO2) et de platine (Pt) sur le comportement de la NADPH oxydase sachant que l'internalisation cellulaire de ces NPs a pour effet d’activer les neutrophiles et les macrophages et contribue à une sur-production de ROS. En l’absence d'activateur mais en présence de NPs de TiO2 ou Pt, aucune production de O2•− n’était détectée indiquant que les NPs de TiO2 et Pt sont incapables d'activer le complexe par eux-mêmes aussi bien dans le système acellulaire que dans les neutrophiles. Cependant, une fois la NADPH oxydase activée (par AA), la vitesse de production des O2•− est augmentée jusqu’à 40% de sa valeur en l’absence de NPs de TiO2, cet effet étant fonction de leur concentration. Par contre, les NPs de Pt n’ont aucun effet sur l’activité de la NADPH oxydase aussi bien in vitro que dans les neutrophiles. En conclusion, l'hyperactivation de la NADPH oxydase et l'augmentation subséquente de la production de ROS induites par les NPs de TiO2 pourraient participer au développement du stress oxydatif tandis que l'absence d'effet Pt-NPs suggère qu'ils ne provoquent pas de sur-inflammation<br>NADPH oxidase from phagocytes is a multi-subunit enzyme complex involved in the innate defense of organisms against pathogens. It is composed of the membrane-bound flavocytochrome b558 (Cyt b558), comprising two subunits (gp91phox, and p22phox) and four cytosolic components, p47phox, p67phox, p40phox, and Rac. Its function is to produce in the vicinity of the pathogen, superoxide ions that are transformed subsequently into other reactive oxygen species (ROS) and will damage lipids, proteins and DNA. Upon phagocyte activation, the cytosolic subunits undergo posttranslational modifications and migrate to the membrane bound Cyt b558 to constitute the activated NADPH oxidase complex. The damaging role of ROS in cardiovascular diseases has been known for some decades. The aim of my thesis was to study the influence on NADPH oxidase activity, of molecules coming from food and industrial products and known to be involved in increase of oxidative stress.In this work, we studied the NADPH oxidase functioning in an in vitro system in which the components of the enzyme are mixed and activated by the introduction of an amphiphile the arachidonic acid (AA). During my PhD, I have studied the influence of two types of oxidative stress participants: lipids and nanoparticles (NPs). For simplicity, we have replaced the cytosolic subunits by a single protein called trimera, which is a fused construction of three cytosolic proteins p47phox, p67phox and Rac. We have shown that trimera is functionally comparable with the separated cytosolic subunits. The rates of production of O2•−, the dependences of the activity in function of AA concentration and temperature, the presence of two states in the activation process and the sensitivity of NADPH oxidase to free radicals were comparable when either trimera or separated subunits were used.I investigated the consequences of the addition of cholesterol on NADPH oxidase, on the production of ROS. Our results clearly show that cholesterol and oxysterols are not efficient activators of NADPH oxidase. Concentrations of cholesterol similar to what found in neutrophiles trigger a low superoxide production. Addition of cholesterol during the assembly process (in presence of AA) at similar or higher concentrations, has an inhibitory effect on the production of O2•−. Added cholesterol acts on both cytosolic and membrane components, leading to imperfect assembly and decreasing the affinity of cytosolic subunits to the membrane ones. In conclusion, we showed that the cholesterol already present in the phagocyte membrane is optimal for the function NADPH oxidase.It was of interest to check the influence of titanium dioxide (TiO2) and platinum (Pt) NPs on NADPH oxidase especially that cellular internalization of NPs was shown to activate neutrophils and contribute to O2•− overproduction via NADPH oxidase. In the absence of activators and presence of TiO2 or Pt NPs, no production of O2•− could be detected in in vitro system as well as in neutrophils indicating that TiO2 and Pt NPs were unable to activate by themselves the complex. However once the NADPH oxidase was activated by AA, TiO2 NPs increased the rate of O2•− production by up to 40%, this effect being dependent on their concentration. Differently, Pt NPs had no effect both on in vitro system as well as on neutrophils. In conclusion, the hyper-activation of NADPH oxidase and the subsequent increase in ROS production by TiO2 NPs could participate to oxidative stress development while the absence of Pt-NPs effect suggest that they do not induce inflammation status via this complex

Une nouvelle génération d’assemblages nano-organisés, constitués de couches lipidiques enveloppant des cœurs particulaires sphériques, a été développée ces dernières années. Un des nombreux intérêts de cette génération d’assemblages, à structure bio-inspirée, est de constituer in fine des vecteurs ou réservoirs pour des applications biomédicales de délivrance contrôlée de principes actifs. Ce type d’architecture originale est obtenu par réorganisation de membranes lipidiques à la surface de nanoparticules de polymère. Au cours de ce travail, la sélection du support colloïdal s’est portée sur des nanoparticules de chitosane, un biopolymère aux propriétés physico-chimiques et biologiques remarquables. Ces nanoparticules ont été élaborées par une méthode dite de « gélification ionique » à l’aide de tripolyphosphate de sodium. L’optimisation de ce procédé de synthèse a permis l’obtention de nanoparticules cationiques et sphériques, de taille reproductible d’une centaine de nanomètres, et de distribution en taille étroite. Aucune modification de ces caractéristiques de taille n'a été montrée durant au moins 4 mois à 23°C dans l'eau. Quant aux membranes lipidiques, il a été choisi d’élaborer des vésicules ou des nano-disques modèles et anioniques de façon à présenter une charge électrostatique opposée à celle des surfaces particulaires. La caractérisation de ces entités en termes de taille, distribution en taille, charge de surface et morphologie a été effectuée par diffusion quasi-élastique de la lumière, microscopie électronique à transmission, diffusion de neutrons aux petits angles et zêtamétrie. L’influence de différents paramètres physico-chimiques impliqués dans la formation des assemblages (i.e., force ionique et pH de la phase continue, rapport lipides/nanoparticules) a été examinée, permettant d’une part, une meilleure compréhension des interactions s’établissant entre les chaînes de chitosane et les membranes lipidiques, et d’autre part, l’obtention d’assemblages de taille et de distribution en taille satisfaisantes. Une étude de l’incorporation de différentes molécules thérapeutiques (isoniazide, ibuprofène et rose bengale) dans le support particulaire a ensuite été réalisée afin d’évaluer le potentiel des nanoparticules de chitosane, puis des assemblages lipidiques en tant que vecteurs de principes actifs. Des études préliminaires ont ainsi pu mettre en évidence que ce recouvrement surfacique lipidique apportait une modification satisfaisante du profil de relargage du principe actif<br>A novel generation of nano-organized assemblies, composed of lipid layers surrounding spherical nanoparticle cores, has been recently developed for drug delivery applications. This original architecture results of the lipid membrane reorganization onto colloidal polymer surfaces. In the present study, the colloidal supports are constituted of chitosan nano-hydrogels, a biopolymer with exceptional physicochemical and biological properties. These colloidal supports have been elaborated via an ionic gelation process using sodium tripolyphosphate as gelation agent. The optimization of all the parameters involved in this process has led to cationic spherical nanoparticles, with reproducible sizes in nanometer range, and narrow size distributions. No alteration of these characteristics has been observed for at least 4 months in water at 23 °C. Regarding the lipid membranes, two different morphologies (i.e., vesicle and nanodisc) have been prepared. Lipid formulation has been designed to obtain objects with a negative surface charge, opposed to chitosan nanoparticle one. These entities were characterized in terms of size, size distribution, surface charge and morphology using dynamic light scattering, transmission electron microscopy as well as small angle neutron scattering. The assembly of colloidal supports and lipid membranes has been investigated by studying the influence of the different physicochemical parameters involved in the synthesis. During this study, phenomena involved in the adsorption process were pointed out, and experimental conditions were optimized in order to control the assembly elaboration process. Finally, a study on drug incorporation (isoniazid, ibuprofen and rose bengale) into chitosan nanoparticles has been carried out. Preliminary experiments on drug release from nanoparticles and assemblies revealed a promising effect of the surface modification of assemblies on their drug release profile

Les protéines membranaires occupent en moyenne 50% de la masse des membranes cellulaires. Cependant, certaines membranes spécialisées peuvent avoir de 20 à 90% de leur masse en protéines. Dans ce cadre, l'importance de l'assemblage des protéines membranaires dans des complexes cohérents, dynamiques et fonctionnels n'est plus à démontrer.Mon projet s'inscrit dans la compréhension des forces qui mènent à l'assemblage des protéines membranaires. J'utilise pour cela le modèle de l'Aquaporine Z (AqpZ) d'Escherichia coli. En premier lieu, j'ai mis en oeuvre une approche de dynamique moléculaire gros grains avec des forces de biais adaptatifs pour étudier les relations entre orientations de deux monomères d'AqpZ. Il existe, de façon surprenante, des forces se propageant à longue distance vraisemblablement par les lipides qui biaisent les orientations relatives entre les protéines.Un deuxième axe de mon travail est l'étude des enrichissements lipidiques autour de l'AqpZ native ou mutée, à différentes distances, avec l'utilisation d'une membrane complexe rendant compte de la diversité lipidique de la membrane interne d'E.coli. Dans cette analyse, la cardiolipine est enrichie à proximité de la protéine. Enfin, j'ai construit un système contenant 125 monomères d'AqpZ dans une membranes simple ou complexe, qui représentent 50% en masse en protéines. Ce système m'a permis de questionner l'évolution spontanée d'un tel système encombré, mais aussi le devenir des forces à longue distance et des lipides enrichis à la surface de la protéine dans ce contexte<br>Membrane proteins represent on average 50% of the mass of cellular membranes. However, specialized membranes can have from 20 to 90% of their mass in proteins. In this context, the importance of the assembly of membrane proteins in coherent, dynamic and functional complexes isn't to be proven anymore. The goal of my project is to understand the different forces that lead to the assembly of membrane proteins. For this aim, I am using the Aquaporin Z (AqpZ) model protein from Escherichia coli, which is studied in our laboratory. First, I use a coarsed grain molecular dynamics approach with adaptive biasing forces to study the relations between orientations of two AqpZ monomers. Surprisingly, there are forces propagating at long distance, presumably by the lipids which in turn bias the relative orientations between the proteins. The second axis of my work is the study of lipid enrichments around native or mutated AqpZ, at different distances, with the use of a complex membrane accounting for the lipid diversity of the inner membrane of E.coli. In this analysis, cardiolipin is enriched near the protein. Finally, I built a system containing 125 AqpZ monomers in a simple or complex membrane, which represents 50% protein by weight. This system allowed me to examine the spontaneous evolution of such a crowded system, but also to investigate the fate of the long distance forces and the lipid enrichments at the protein surface in this context

La modélisation métabolique est un outil performant pour mieux comprendre, prédire et optimiser les bioprocédés, particulièrement lorsqu'ils impliquent des molécules d'intérêt. Malheureusement, l'utilisation de cette approche de modélisation pour des métabolismes dynamiques est difficile à cause du manque de données expérimentales nécessaires pour définir et calibrer les cinétiques des réactions appartenant aux chemins métaboliques. C'est pourquoi, les modèles métaboliques sont souvent utilisés sous l'hypothèse de croissance équilibrée. Cependant, pour certains procédés comme la croissance photoautotrophique des microalgues, l'hypothèse de croissance équilibrée ne semble pas raisonnable à cause de la synchronisation de leur cycle circadien sur la lumière du jour. Cependant, une compréhension approfondie du métabolisme des microalgues est nécessaire afin d'optimiser les rendements de production des bioprocédés basés sur ces microorganismes, comme par exemple la production de biocarburants.Dans cette thèse, DRUM, une nouvelle approche de modélisation métabolique dynamique qui prend en compte la croissance non-équilibrée, a été développée. La première étape de l'approche consiste à découper le réseau métabolique en sous-réseaux décrivant des réactions qui sont spatialement et fonctionnellement proches et supposés satisfaire une croissance équilibrée. Les métabolites interconnectant les sous-réseaux peuvent alors avoir un comportement dynamique. Puis, grâce à l'analyse de modes élémentaires, chaque sous-réseau est réduit à des réactions macroscopiques, pour lesquelles des cinétiques simples sont supposées. Enfin, un système d'équations ordinaires différentielles est obtenu pour décrire la consommation des substrats, la production de biomasse, les produits excrétés et l'accumulation de certains métabolites intracellulaires.DRUM a été appliquée à l'accumulation des lipides et des carbohydrates de la microalgue Tisochrysis lutea soumise à des cycles jour/nuits en condition d'azote normal et de carence azotée. Le model décrit avec précision les données expérimentales. DRUM a également été appliquée à la microalgue Chlorella Sorokiniana en croissance hétérotrophique, montrant que la croissance équilibrée est valide dans ce cas-là<br>Metabolic modeling is a powerful tool to understand, predict and optimize bioprocesses, particularly when they imply intracellular molecules of interest. Unfortunately, the use of metabolic models for time varying metabolic fluxes is hampered by the lack of experimental data required to define and calibrate the kinetic reaction rates of the metabolic pathways. For this reason, metabolic models are often used under the balanced growth hypothesis. However, for some processes such as the photoautotrophic metabolism of microalgae, the balanced-growth assumption appears to be unreasonable because of the synchronization of their circadian cycle on the daily light. Yet, understanding microalgae metabolism is necessary to optimize the production yield of bioprocesses based on this microorganism, as for example production of third-generation biofuels.In this PhD thesis, DRUM, a new dynamic metabolic modeling framework that handles the non-balanced growth condition and hence accumulation of intracellular metabolites was developed. The first stage of the approach consists in splitting the metabolic network into sub-networks describing reactions which are spatially and functionally close, and which are assumed to satisfy balanced growth condition. The left metabolites interconnecting the sub-networks behave dynamically. Then, thanks to Elementary Flux Mode analysis, each sub-network is reduced to macroscopic reactions, for which simple kinetics are assumed. Finally, an Ordinary Differential Equation system is obtained to describe substrate consumption, biomass production, products excretion and accumulation of some internal metabolites.DRUM was applied to the accumulation of lipids and carbohydrates of the microalgae Tisochrysis lutea under day/night cycles in normal and nitrogen starvation conditions. The resulting model describes accurately experimental data. It efficiently predicts the accumulation and consumption of lipids and carbohydrates. DRUM was also applied to the microalgae Chlorella Sorokiniana in dark heterotrophic growth, showing that the balanced-growth assumption was valid in this case