Nutritional modulation of lipid metabolism and mitochondria (structure and function) : impact of dietary lipids and polyphenols

Dans les pays industrialisés, une alimentation riche en lipides et en sucres et le manque d'exercice sont responsables d'une épidémie d'obésité, d'insulino-résistance (IR) et de stéatose hépatique non-alcoolique (NAFLD). L'alimentation apporte différents types de lipides, et non seulement la quantité mais également la qualité des lipides alimentaires module le métabolisme lipidique et joue un rôle important dans le développement de ces pathologies. La nature des acides gras (AG) ingérés peut également influencer la composition des membranes biologiques, et ainsi leurs fonctions comme la fluidité membranaire, la signalisation cellulaire, la translocation des protéines vers la membrane ou à travers la membrane, et des activités enzymatiques variées. Le fonctionnement de la cellule toute entière dépend donc de la composition membranaire en lipides. Par ailleurs, certains microconstituants alimentaires, tels les polyphénols, pourraient moduler le métabolisme lipidique, prévenant ainsi la NAFLD et l'IR.L'objectif de ce travail de thèse est d'explorer, en même temps, l'impact potentiellement protecteur des polyphénols lors d'une surcharge en graisses et en saccharose d'un côté et l'effet de différents profils lipidiques nutritionnels d'un autre sur la composition en acides gras et les taux des différents lipides complexes (triglycérides (TG) tissulaires et phospholipides (PL) membranaires) et sur le métabolisme lipidique en s'intéressant au tissu tout entier et à la mitochondrie en particulier ; puisque de plus en plus d'arguments expérimentaux et cliniques suggèrent qu'un déficit de la chaîne respiratoire mitochondriale joue un rôle physiopathologique important dans la NAFLD et l'IR. Ainsi, ce travail de thèse nous a permis de montrer qu'une supplémentation en polyphénols à dose nutritionnelle modulerait différemment le métabolisme lipidique au niveau des tissus, (1) en activant l'oxydation des AG et prévenant l'accumulation des TG intra-hépatiques et la stéatose au niveau du foie ; et (2) en modulant la composition membranaire en AG des cellules musculaires ainsi que l'expression de certains transporteurs prévenant ainsi l'accumulation cytosolique des lipides et améliorant le transport du glucose ce qui préviendrait une IR au niveau du muscle. De plus, nous avons pu montrer que la qualité et la quantité des AG apportés par l'alimentation affecteraient de façon significative la composition en acide gras de l'ensemble des PL membranaires de la mitochondrie du foie, particulièrement le cardiolipide; altérant ainsi la fonction de la mitochondrie et le métabolisme lipidique au niveau du foie, ce qui pourrait jouer un rôle dans le développement de la NAFLD.High fat and high sugar diets and lack of physical activity are believed to contribute to the increasing rates of obesity in wealthy societies. This trend is associated with a parallel increase in the prevalence of insulin resistance (IR) and non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD). Diets contains different types of lipids, and not only the quantity but also the quality of dietary lipids modulates lipid metabolism and are involved in these nutritional associated pathologies. Moreover, the quality of dietary lipids influences the biological membrane composition and thus their functions. So, membrane fluidity, cellular signalisation pathways, protein translocation into and across the membrane and many enzymatic activities, which are crucial for cell functions, are influenced by membrane lipid composition. However, some dietary nutrients as polyphenols may also modulate lipid metabolism and thus prevent against hepatic steatosis and/or IR. In that aim, this work was designed to determine, firstly, the preventive effect of polyphenols in rats fed a high fat high sucrose diet and, secondly, the impact of the quantity and the quality of dietary lipids, on triglycerides (TG) and membranes phospholipids (PL) content and/or fatty acid composition and on lipid metabolism in the whole tissue and particularly in mitochondria. Indeed, mitochondria are both a major site for fat metabolism and the main source of reactive oxygen species in hepatocytes and they are postulated to play a central role in the pathogenesis of NAFLD and IR. Our results showed clearly that polyphenols modulate differently lipid metabolism in tissues. In liver, polyphenols prevent lipid accumulation and hepatic steatosis by activating fatty acid oxidation. In skeletal muscle, polyphenols regulate membrane fatty acids composition and fatty acid and glucose transporters expression, thus preventing lipid accumulation and enhancing glucose transport. These modifications may prevent IR in skeletal muscle. In addition, dietary fatty acids quantity and quality influenced significantly fatty acids composition of membrane phospholipids from liver mitochondria, particularly cardiolipin; and thus altered mitochondria functions and liver lipid metabolism which could play a role in the NAFLD pathogenesis