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L’obésité prédispose à un ensemble de pathologies sévères telles que le diabète de type 2 et les NAFLD (Non Alcoholic Fatty Liver Disease). Ces pathologies sont caractérisées par une insulino-résistance et une inflammation systémique de bas grade. Récemment, des éléments ont suggéré que ces pathologies sont associées à une dysbiose du microbiote intestinal. En effet, il a été montré que l’administration d’antibiotiques, de probiotiques ou de prébiotiques entraîne une diminution de cette inflammation et une amélioration des paramètres métaboliques. Par ailleurs, il a été constaté que les souris dépourvues de microbiote intestinal (axéniques) sont protégées contre le développement de l’obésité et de l’insulino-résistance. L’objectif de ce travail a donc été i) d’étudier dans quelle mesure l’absence de microbiote intestinal conditionne la réponse métabolique à un régime hyper-lipidique par rapport à un régime standard, ii) de déterminer s’il est possible de transférer la prédisposition aux troubles métaboliques associés à l’obésité par un transfert (transplantation de microbiote intestinal). Nous avons dans un premier temps comparé la réponse à un régime hyper-lipidique de souris conventionelles et de souris axéniques, dépourvues de microbiote intestinal. Nous avons constaté que les souris axéniques sont effectivement résistantes à l’obésité et l’insulinorésistance induites par un régime hyper-lipidiques. Toutefois, elles ne sont que partiellement protégées contre le développement d’une stéatose hépatique, c’est-à-dire une accumulation de triglycérides dans les hépatocytes. Chez les souris conventionelles, ce régime induit une augmentation de l’expression hépatique de gènes impliqués dans la lipogenèse et sa régulation, tandis que le phénomène inverse est observé chez les souris axéniques. Concernant la réponse du système immunitaire, tout comme chez les souris conventionelles, le régime hyperlipidique a induit chez les souris axéniques une augmentation de la sécrétion de cytokines pro-inflammatoires par les macrophages hépatiques. Les macrophages des souris axéniques demeurent sensibles à la stimulation au LPS sous régime hyper-lipidique, contrairement à ce qui est observé chez les souris conventionelles. Ces résultats permettent de conclure que la réponse à un régime obésogène est profondément modifiée par l’absence de microbiote intestinal. Des différences de composition du microbiote pourraient donc potentiellement expliquer des différences de susceptibilité à l’insulino-résistance et aux NAFLD, ce qui fait l’objet de la deuxième partie de cette étude. Nous avons dans un deuxième temps colonisé des souris axéniques avec le microbiote de deux souris conventionelles ayant présenté des réponses métaboliques différentes à un régime hyper-lipidique. Les deux souris sélectionnées pour le transfert de microbiote présentaient une glycémie à jeun et un indice d’insulino-résistance (HOMA-IR) différents à poids égal. Les deux groupes de souris colonisées ont développé une obésité comparable mais des paramètres métaboliques différents. En effet, les différences de niveaux de glycémie et d’insulinorésistance des souris donneuses se retrouvent chez les deux groupes de souris colonisées. De même, les niveaux de stéatose et d’expression de gènes impliqués dans la lipogenèse sont différents chez les deux groupes de souris colonisées. Nous avons ainsi démontré qu’il était possible de transmettre la susceptibilité aux atteintes métaboliques et hépatiques induites par un régime hyper-lipidique par un transfert de microbiote. Ceci démontre que le microbiote intestinal est à l’origine des différences de prédisposition aux troubles métaboliques observés chez une partie des personnes atteintes d’obésité. ... (suite et fin du résumé dans la thèse)
Obesity predisposes people to several severe pathologies, including type 2 diabetes and NAFLD (Non Alcoholic Fatty Liver Disease). Such pathologies are characterized by insulin resistance and systemic low grade inflammation. Recently, it has been established that such pathologies are associated to a gut microbiota dysbiosis. Moreover, recent studies in mice and human indicate that modulation of gut microbiota composition has beneficial effects on people suffering type 2 diabetes and/or NAFLD. Otherwise, it has been showed that germ-free mice remain lean, normo-glycemic and sensitive to insulin when fed a high-fat diet.The aim of this study was i) to decipher to what extent the pathogenesis of insulin resistance and NAFLD depends on the presence or absence of gut microbiota, ii) to determine if the predisposition to metabolic disorders in an obesity context can be transferred via gut microbiota transplantation.We first compared the response of germ-free and conventional mice to high fat diet. Indeed, germ-free mice appeared to be resistant to high-fat diet-induced obesity and insulin resistance. However, germ-freeness only partially protects against diet-induced steatosis, that is to say accumulation of triglycerides in hepatocytes. In conventional mice, high-fat diet induced an increase of the hepatic expression of genes involved in lipogenesis. The inverse phenomenon was observed in germ-free mice. In order to study the liver inflammation, we isolated and cultivated liver macrophages from the two groups of mice. As in conventional mice, high-fat diet induced an increased secretion of pro-inflammatory cytokines by germ-free mice liver macrophages. However, germ-free mice macrophages remained sensitive to LPS stimulation, which was not observed in the conventional mice group. This results demonstrates that being devoid of gut microbiota deeply alters the immunological and metabolic responses to high-fat diet. Therefore, differences in gut microbiota composition could explain the differences of susceptibility in diet-induced insulin-resistance and NAFLD.Then, we colonised two groups of germ-free mice with the gut microbiota of two conventional mice the responses of which to high-fat diet were discrepant. The two donors mice presented different levels of fasting glycemia and HOMA-IR index despite a similar body weight. Both groups of colonised mice developped comparable obesity but different degrees of fasting glycemia and insulin resistance. Levels of steatosis and hepatic expression of genes involved in lipogenesis were as well different in the two groups of colonised mice. Hence the results clearly show that the gut microbiota is the cause of the predisposition to diet-induced insulin resistance and hepatic steatosis. Gut microbiota analysis revealed a higher proportion of lactic acid bacteria, Atopobium, Bacteroides and Akkermansia muciniphila in receiver mice resistant to diet-induced insulin resistance and steatosis, which allow us to hypothesize a protective effect of these bacteria in diet-induced metabolic disorders

Le tractus gastro-intestinal représente la plus grande interface entre le corps humain et son environnement. Il s'agit d'un système multicouches composé de mucus et de cellules épithéliales établissant et régulant des barrières, tout en se connectant directement au système immunitaire. Cette interface permet les flux d'eau et de nutriments et empêche l'entrée des toxines et des pathogènes. C'est donc la première ligne de défense. La régulation de la perméabilité se produit essentiellement par la voie para-cellulaire, elle-même soutenue par le complexe épithélial de protéines de jonction. Le microbiote intestinal joue un rôle clé dans la régulation des systèmes immunitaire et métabolique ainsi que dans la protection contre les agents pathogènes. Les interactions continues entre la barrière intestinale et le microbiote sont essentielles pour maintenir l'intégrité intestinale et donc l'homéostasie globale dans des conditions saines. De nos jours, la plupart des syndromes ou maladies chroniques, comme le syndrome de l’intestin irritable (SII) mais aussi les troubles métaboliques ou comportementaux, sont associés à une augmentation de la perméabilité intestinale, aussi appelée « syndrome de l'intestin qui fuit ». En effet, l'hyperperméabilité a pour conséquence une augmentation du flux d’eau et de nutriments, à travers l’épithélium intestinal, mais surtout des pathogènes et des toxines, favorisant une réponse immunitaire et une inflammation. De nombreuses études ont aussi associé des changements de la composition du microbiote intestinal, dysbiose, aux maladies chroniques. Les effets bénéfiques des souches probiotiques sont de plus en plus démontrés à la fois dans des études in vitro jusqu’à des essais cliniques, et montrent qu’ils peuvent être utilisés non seulement dans des approches préventives mais également thérapeutiques. Nous avons voulu comprendre les interactions entre les composants épithéliaux intestinaux et les bactéries probiotiques dans le contexte physiopathologique des troubles chroniques intestinaux. Pour cela, nous avons mis en place un criblage de plus de cinquante souches bactériennes, provenant de genres différents, sur des modèles de perméabilité in vitro basés sur la résistance électrique trans-épithéliale (TEER) et utilisant deux types de lignées cellulaires intestinales humaines, Caco-2 et T84. Ces modèles nous ont permis de sélectionner six souches de Lactobacillus que nous avons caractérisées sur leurs propriétés probiotiques (capacité d’adhésion, stabilité de la forme biofilm, production de neurotransmetteurs et activité enzymatique). Nous avons ensuite évalué les bénéfices de certaines d’entre elles dans des modèles in vivo d’inflammation chronique de bas grade et de séparation maternelle néonatale, utilisant des souris C57BL/6J. Nous avons finalement déterminé l’implication des souches bactériennes sur la modulation de la perméabilité intestinale via l’étude du complexe de protéines de jonction cellulaire
The gastro-intestinal tract represents the largest interface between the human body and its environment. It is a multilayer system composed of mucus and epithelial cells that establish and regulate barriers, while directly connecting to the immune system. This interface allows fluxes of water and nutriments and prevents from the entry of antigens and pathogens. Thus, it is the first line of defense. The regulation of the permeability occurs through the paracellular pathway, which is supported by the epithelial complex of junctional proteins. The gut microbiota also plays a key role in the regulation of the immune and metabolic systems and also, in the protection against pathogens. The continuous cross-talks between the intestinal barrier and the microbiota are essential to maintain the intestinal integrity and therefore the global homeostasis in healthy conditions. Nowadays, most of the chronic syndromes and diseases, such as irritable bowel syndrome (IBS) but also metabolic or behavioral disorders, are associated with an increase of the gut permeability also called “leaky gut syndrome”. Indeed, the consequence of the hyperpermeability is a flow increase of water and nutriments across the intestinal barrier but also of pathogens or toxins, among others, promoting an immune response and inflammation. Many studies also associated changes in the gut microbiota composition, dysbiosis, with chronic diseases. The beneficial effects of probiotic strains are increasingly demonstrated from in vitro experimentations to clinical trials and these studies demonstrated that they can be used in both the prevention and treatment of these disorders. We aimed to better decipher the interactions between the intestinal epithelial components and the probiotic bacteria in the pathophysiological context of intestinal chronic disorders. To do that, we first designed an in vitro screening of over fifty strains, from different genus, based on trans-epithelial electrical resistance (TEER) of two types of human intestinal epithelial cell lines, Caco-2 and T84. With these models, six Lactobacillus strains were selected and we better characterized their probiotic properties (adhesion ability, biofilm stability, neurotransmitter production and enzyme activity). We further evaluated the effect of four of them in in vivo models of chronic low-grade inflammation and neonatal maternal separation using C57BL/6J mice. Finally, we determined the implication of the bacterial strains in the modulation of the gut permeability, through the study of the complex of cellular junctional proteins

La fermentation des fibres alimentaires est l’une des fonctions majeures du microbiote intestinal humain. Les bactéries fibrolytiques synthétisent un grand nombre d’enzymes, appelées Glycoside Hydrolases (GH), indispensables à la déconstruction de la grande variété structurelle des polysaccharides pariétaux que nous ingérons. Au cours de ce travail, nous avons exploré, grâce à une approche de métagénomique fonctionnelle, l’organisation et les propriétés des systèmes enzymatiques bactériens impliqués dans la dégradation des glycanes de parois végétales dans l’intestin humain.En premier lieu, nous avons cherché à déterminer si les bactéries de la muqueuse iléale étaient capables de dégrader les fibres pariétales dans un contexte sain. Cette fonction étant généralement décrite pour le microbiote colique par extrapolation de travaux menés à partir de selles humaines, nos connaissances de la dégradation des fibres dans la partie haute du tractus digestif sont donc très limitées. Un total de 20 000 clones issus du métagénome bactérien d’une partie saine de la muqueuse iléale d’un individu a été criblé pour des activités de dégradation de la carboxymethylcellulose et du xylane, deux substrats modèles des polysaccharides pariétaux. Douze clones métagénomiques positifs nous ont permis de mettre en évidence un arsenal de gènes bactériens codant pour des GH et d’autres protéines impliquées dans le métabolisme des fibres alimentaires dont certains organisés en PUL (Polysaccharide Utilization Loci), des clusters de gènes spécialisés dans la dégradation des polysaccharides complexes. Ces gènes proviennent de chromosomes bactériens assignés au genre Bacteroides ou à des espèces de Clostridiales, et codent pour des enzymes capables de dégrader également des β-glucanes à liaisons mixtes. L’étude de la prévalence de ces gènes dans les métagénomes de référence indique que plusieurs d’entre eux proviendraient de souches bactériennes plutôt spécifiques de la muqueuse iléale. De plus, certaines enzymes présentent des propriétés inédites potentiellement intéressantes dans le domaine biotechnologique. Nos recherches ont donc permis de revisiter la fonction fibrolytique du microbiote intestinal chez l’Homme et de proposer une localisation de cette fonction dès l’intestin grêle.Dans un second temps, en utilisant une approche méthodologique similaire, nous avons étudié la capacité du microbiote fécal d’un individu obèse à dégrader des polysaccharides pariétaux complexes, en général moins consommés par les individus obèses. Au total, nous avons identifié 50 clones appartenant à 14 espèces bactériennes des phyla suivants : Bacteroidetes, Firmicutes et Actinobacteria. Les inserts métagénomiques portent des gènes codant pour différentes familles de GH, impliquées dans la dégradation des polysaccharides d’intérêt. Les premières analyses de la prévalence de ces gènes chez plus d’une centaine d’individus (obèses ou non), par interrogations des catalogues de gènes microbiens de référence, suggèrent des associations avec le statut phénotypique « obèse »
Among the crucial functions of the intestinal microbiota, extracting energy from food such as dietary fibres is of major importance. Facing the huge diversity of incoming complex carbohydrates, the fibrolytic bacteria synthesize a set of diversified Carbohydrate-Active Enzymes (CAZymes) including Glycoside Hydrolases (GH) that specifically disrupt complex polysaccharides. Here, using functional metagenomic approaches, we explored the organization and properties of bacterial enzymatic systems involved in the breakdown of plant cell wall (PCW) glycans in the intestinal tract.Firstly, we investigated the capacity of the microbiota associated to the human ileum mucosa to degrade complex non-starch polysaccharides in a healthy context. This function has never been investigated in this part of the intestine, but it has been rather associated to microorganisms inhabiting the colon, due to more accessible fecal samples. Using a fosmid library derived from a healthy part of the human ileal mucosa, we screened 20,000 metagenomic clones for their activities against carboxymethylcellulose and xylan chosen as models of the major PCW polysaccharides from dietary fibres. Twelve positive clones revealed a broad range of CAZyme encoding genes from Bacteroides to Clostridiales species, as well as Polysaccharide Utilization Loci (PUL). Functional GH genes were identified and break-down products examined from different polysaccharides including mixed-linkage β-glucans. Revealed CAZymes and PUL were also examined for their prevalence in human gut microbiomes. Part of them belongs to unidentified strains rather specifically established in the ileum. Others were enzymes unclassified in identified GH families or with original properties addressing novel candidates for biotechnological applications. Thus, we evidenced for the first time that the ileal mucosa associated-microbiota encompasses the enzymatic potential for PCW complex polysaccharide degradation that might start in the small intestine.In a second time, by using the same methodology, we harvested the enzymatic capacities of the fecal microbiota from an obese person to disrupt complex polysaccharides from dietary fibres usually consumed in lower quantity in obese people. This study aimed at examining the links between genes encoding enzymes specifically dedicated to PCW complex carbohydrates and the obese phenotypic status using reference microbial gene catalogs. We screened a fecal metagenomic library from an obese individual on representative PCW substrates and identified 50 clones belonging to 14 different species from the Bacteroidetes, Firmicutes and Actinobacteria phyla. The metagenomic inserts harbor genes encoding enzymes from GH families specific from complex carbohydrate degradation. First querying of the prevalence of these genes in hundreds individuals (obese and control), using catalogs of reference microbial genes, suggest associations with the "obese" phenotypic status

Plus de 50 ans après son approbation par les agences réglementaires, le cyclophosphamide (CTX) reste une drogue aux propriétés variées et aux effets pléiotropiques couramment utilisée en clinique. Cet agent cytotoxique, administré en cancérologie, possède des propriétés immuno-modulatrices et stimule les réponses immunitaires anti-tumorales. A doses métronomiques, le CTX induit notamment une polarisation des splénocytes CD4+ vers un profil Th1 et Th17, caractérisés par la sécrétion d’IFNet d’IL-17, nécessaire à l’activité tumoricide du CTX. Comme tout agent cytotoxique, le CTX cible les cellules en prolifération, qu’elles soient normales ou cancéreuses. Le CTX compromet ainsi l’intégrité de la barrière intestinale et l’homéostasie du tractus digestif. Nous avons démontré que l’individu sous CTX a une fragilisation de la barrière intestinale qui permet la rupture de la tolérance de celui-ci à sa flore commensale et son immunisation contre certaines espèces bactériennes. L’immunisation anti-bactérienne est composée de lymphocytes effecteurs CD4+, appelés « Th17 pathogéniques » et producteurs d’IL-17 et d’IFN, qui aident les lymphocytes anti-tumoraux à endiguer la croissance de tumeurs chez la souris. Nous avons mis en évidence que la stérilisation des animaux avec des antibiotiques à large spectre ou ciblant certaines populations bactériennes comme la vancomycine (ciblant les Gram+) et la colistine (ciblant les Gram-), abrogent l’efficacité anti-tumorale du CTX. Par ailleurs, nous avons identifié deux bactéries, une bactérie Gram+ Enterococcus hirae, capable de restaurer l’efficacité de cette chimiothérapie en induisant la polarisation de réponses Th1 et pTh17 stimulant la mise en place de réponses lymphocytaires T CD4 et T CD8 dirigées contre des antigènes tumoraux et une bactérie Gram- Barnesiella intestinihominis, impliquée dans la mise en place de réponses mémoires induites par la combinaison CTX+vaccin. Ces travaux démontrent ainsi l’importance de la flore intestinale dans la réponse à la chimiothérapie par CTX
More than 50 years after its approval by the Food and Drug Administration, cyclophosphamide (CTX) remains a drug with miscellaneous properties currently used in anti-cancer chemotherapy. This cytotoxic agent has immuno-modulatory properties and stimulate anti-tumoral immune responses. At metronomic doses, CTX induces the polarisation of splenocytes toward a Th1 and Th17 profile, characterized by the secretion of IFN et IL-17, both mandatory for the tumoricidal activity of this drug. CTX, as cytotoxic agent, targets proliferating cells, either normal or tumoral. Indeed, CTX is responsible for disrupting the gut barrier integrity as well as intestinal homeostasis. We have shown that people treated with CTX have a weaker intestinal barrier which breaks the tolerance toward the intestinal microbiota and leads to its immunization against some bacterial strains. This immunization is composed of CD4+ effector lymphocytes called « pathogenic Th17 » producing IFN and IL-17, which helps tumor-infiltrating lymphocytes to control the tumor growth in mice. Broad spectrum antibiotics as well as vancomycin (which mainly kills Gram positive bacteria) and colistin (which mainly eliminates Gram negative bacteria) all compromised the full-blown anticancer activity of CTX in vivo. Moreover, we have identified two bacteria, Enterococcus hirae and Barnesiella intestinihominis, able to rescue the efficacy of CTX abolished with antibiotics. E. hirae, a Gram+ bacterium, elicits Th1 immune responses and pathogenic Th17 cells capable of enhancing tumor-specific CD4+ and CD8+ T cell responses against candidate tumor antigens associated with tumor control. B. intestinihominis, a Gram- bacterium, was able to rescue the long term cognate responses lost with broad spectrum antibiotics or colistin treatment. Our data underscore the role of the gut microbiota in the efficacy of chemotherapy by CTX

Les hépatopathies métaboliques non liées à l'alcoolisme (NAFLD) regroupent un spectre de maladies hépatiques allant de la stéatose hépatique (NAFL), en passant par la fibrose (NASH), puis la cirrhose en l’absence de consommation d’alcool, d’infection virale ou d’autres causes identifiées, et parfois le développement d’un carcinome hépatocellulaire (CHC). Du fait de sa prévalence importante, allant jusqu’à un quart de la population générale européenne et de ses conséquences néfastes sur la santé des personnes qui en sont atteintes, les NAFLD représentent un problème de santé publique majeur.Cette maladie hépatique a été associée à des changements du microbiote intestinal (MI) et des voies métaboliques dans lesquelles ce microbiote est impliqué. Chez la souris, le MI contribue à l’exacerbation ou à la protection de cette maladie.L’objectif de la thèse est de déterminer si chez l’Homme, le MI contribue également à cette susceptibilité individuelle aux NAFLD observée chez la souris.Une procédure standardisée complète pour préparer, stocker et gérer les transplants fécaux humains a été développée et mise en place (Burz et al., 2019).Des souris exemptes d’organismes pathogènes spécifiques (EOPS), prétraitées avec un mélange d’antibiotiques, ont été colonisées avec les microbiotes dérivés d’un individu sain ou de patients à différents stades de la NAFLD. Ces souris ont ensuite été soumises à un régime riche en lipides et en fructose, afin d’explorer l’effet des microbiotes installés sur l’apparition et l’évolution de la NAFLD induite.Ce projet a notamment permis de démontrer à travers le transfert du microbiote fécale humain, et à consommation énergétique alimentaire constante, le transfert du surpoids. Le microbiote fécal humain NAFL, aggravant la stéatose hépatique chez la souris, mais atténuant l’inflammation hépatique et caecale.Cette thèse apporte un éclairage sur l'impact du microbiote intestinal dans la mise en place de la physiopathologie naturelle des NAFLD, notamment lors de la phase précoce de la maladie. Par ailleurs le projet a généré de la connaissance supplémentaire qui pourra être développée dans des projets ultérieurs afin d’établir des stratégies thérapeutiques ciblant le MI. Cet ensemble constitue un acquis important dans un domaine de recherche très compétitif qui génère un intérêt majeur de la part des industriels de l’agroalimentaires et des pharmaceutiques, et supporte ainsi le développement international des différents partenaires du projet
Non-alcoholic fatty liver diseases (NAFLD) include a spectrum of liver diseases ranging from fatty liver (NAFL), going through fibrosis (NASH), then cirrhosis in the absence of alcohol consumption, viral infection or other identified causes, and sometimes the development of hepatocellular carcinoma (HCC). Due to its high prevalence, up to a quarter of the general European population and its harmful consequences on the health of those who suffer from it, NAFLD represent a major public health issue.This liver disease has been associated with changes in gut microbiota and metabolic pathways in which this microbiota is involved. In mice, gut microbiota contributes to the worsening or protection of this disease.The goal of the thesis is to determine whether in humans the gut microbiota contributes also to this individual susceptibility observed in NAFLD mice.A complete standardized procedure for preparing, storing and managing human fecal transplants is developed and implemented (Burz et al., 2019).Specific pathogens free mice (SPF), pretreated with a cocktail of antibiotics, were colonized with microbiota derived from an healthy individual or patients at different stages of NAFLD. Then these mice were challenged with a high fructose, high fat diet in order to explore the effect of installed human microbiota on the onset and progression of induced NAFLD.This project made it possible to demonstrate, through the transfer of the human fecal microbiota, with constant food energy intake, the transfer of overweight. The human NAFL fecal microbiota worsens liver steatosis in mice, but mitigates liver and caecal inflammation.This thesis sheds additional light on the impact of gut microbiota in the establishment of the natural pathophysiology of NAFLD, especially during the early phase of the disease. The project also generated additional knowledge that could be developed in future projects in order to establish therapeutic strategies targeting gut microbiota. This set constitutes an important achievement in a very competitive research field, which generates major interest for food and pharmaceutical industries, and thus supports the international development of the different partners of the project

La dépression représente l’affection neuropsychiatrique la plus répandue dans le monde. Son impact socio-économique est important et la prise en charge des patients est souvent confrontée aux limites d’efficacité des traitements actuels. Les mécanismes sous-jacents responsables de cette affection sont en partie inconnus. Néanmoins, un nombre grandissant de données désignent aujourd’hui le microbiote intestinal comme un acteur potentiel de la physiopathologie de la dépression. En particulier, des déséquilibres dans la nature et la quantité des métabolites bactériens qu’il produit pourraient être impliqués. L’indole est un métabolite du tryptophane produit par le microbiote intestinal. Il joue un rôle (i) dans la physiologie bactérienne et les relations bactérie-bactérie au sein du microbiote, (ii) dans le fonctionnement des cellules intestinales, et (iii) certains de ses dérivés sont connus pour être neuro-actifs. L’objectif de la thèse est de mieux comprendre comment un excès de production de ce métabolite bactérien peut influencer le cerveau et le comportement dans le contexte de la dépression et de troubles mentaux qui lui sont souvent associés, les troubles anxieux. Mon travail de thèse comporte 3 parties.La première a pour but de tester si une dysbiose du microbiote intestinal induisant une surproduction d’indole est un facteur de vulnérabilité aux troubles anxieux et dépressifs, et d’étudier les modifications biochimiques et moléculaires associées. Une étude comportementale chez des souris gnotoxéniques produisant de l’indole en excès ou n’en produisant pas montre qu’une surproduction intestinale d’indole exacerbe les comportements de type anxieux et dépressif induits par l’exposition à un stress chronique modéré. L’étude de l’expression de gènes des glandes surrénales impliqués dans la synthèse de la corticostérone et de l’adrénaline montre que les souris surproductrices d’indole et soumises au stress chronique surexpriment un gène impliqué dans la synthèse de l’adrénaline. Des dosages de neurotransmetteurs cérébraux et des analyses d’expression de gènes dans le cerveau et la muqueuse intestinale ont aussi été conduits. La seconde partie de la thèse porte sur l’identification des circuits neuronaux cérébraux activés par l’indole. Pour ce faire, des souris conventionelles ont été gavées avec de l’indole et la protéine c-Fos marquée par immunohistochimie dans toutes les régions du cerveau, du tronc cérébral au cortex préfrontal. La troisième partie de la thèse consiste à moduler la disponibilité du tryptophane alimentaire dans le tube digestif de souris conventionnelles, et à en étudier l’impact sur la composition bactérienne du microbiote intestinal et sa capacité à produire de l’indole. La composition du microbiote fécal des souris a été déterminée par séquençage de l’ADN codant l’ARNr 16S et les concentrations fécales de tryptophane et d’indole ont été déterminées par analyse HPLC.En conclusion, ce projet de thèse aura contribué à une meilleure compréhension du rôle de l’indole dans les réponses comportementales et neuro-endocrines au stress. Il aura également permis d’initier l’étude des circuits neuronaux activés par l’indole, et de tester comment la modulation de la digestibilité de protéines riches en tryptophane peut influencer l’équilibre du microbiote intestinal et ses capacités à produire de l’indole
Depression is the most spread neuropsychiatric disorder worldwide. It is a socio-economical burden and efficacy of the treatments is very limited. Mechanisms underlying this disorder are mainly unknown. However, a growing number of data has highlighted the potential role of gut microbiota dysbioses in the pathophysiology of depression. Particularly, an unbalance in the diversity and abundance of metabolites produced by the gut microbiota might be implicated. Indole is a tryptophan derivative produced by the gut microbiota. It is known to influence (i) the bacterial physiology and quorum sensing within the gut microbial ecosystem, (ii) the intestinal cells functioning, and (iii) some of its derivatives are known to affect the brain. The aim of this work is to investigate how an overproduction of indole by the gut microbiota can modulate the brain and behaviour in the context of depression and its main co-morbidity, anxiety. This thesis work contains 3 sections.In the first one, we investigated whether an intestinal microbiota dysbiosis leading to an overproduction of indole could confer vulnerability toward anxiety and depression. We also looked for potentially associated biochemical and molecular changes. A behavioural study in gnotobiotic mice overproducing or non producing indole showed the overproduction of indole exacerbated the anxiety-like and depressive-like behaviours induced by a chronic mild stress. Gene expression analysis in the adrenal glands showed chronically stressed mice overproducing indole up-regulated the expression of one gene implicated in adrenaline synthesis. Brain neurotransmitters quantification and gene expression in the brain and intestinal mucosa were also carried out. The second part of the thesis work focused on the brain neurocircuitry of indole. Conventional mice were force-fed with indole and the c-Fos protein was labelled by immunohistochemistry in all brain areas from brainstem to prefrontal cortex. In the third and last part, we modulated dietary tryptophan availability in the gastro-intestinal tract of mice, to study how this modulation could affect the composition and the indole production ability of the gut microbiota. The mice fecal microbiota composition was determined by 16S rRNA sequencing, and fecal tryptophan and indole concentrations were measured by HPLC.In summary, this work improves the understanding of the role of indole in the behavioural and neuro-endocrine responses to stress. This study also initiated the deciphering of brain circuits activated by indole. Finally, it brings some evidence about how modulating food digestibility can impact the gut microbiota composition and its indole production capacity