Identification et caractérisation de composés circulants d’intérêt dans le sérum d’ours brun hibernant – Étude des effets biologiques du sérum d’ours hibernant sur cellules humaines

Identification and characterization of circulating compounds of interest in hibernating brown bear serum - Study of the biological effects of hibernating bear serum on human cells

• Auteur / Autrice : Christian Boyer
• Direction : Étienne Lefai
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie Santé
• Date : Soutenance le 02/02/2023
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne (2021-...)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences de la vie, santé, agronomie, environnement (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Unité de nutrition humaine (Clermont-Ferrand)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Isabelle Balandier, Damien Roussel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Béatrice Morio, Damien Freyssenet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Thérapeutique

Amyotrophie

Mots clés libres

Hibernation

Ours brun (Ursus arctos)

Myotubes humains

Endocannabinoïdes

Activité NADH-déshydrogénase

Respiration mitochondriale

Hibernation

Brown bear (Ursus arctos)

Human myotubes

Endocannabinoids

NADH-dehydrogenase activity

Mitochondrial respiration

Résumé

L’atrophie musculaire, qui constitue un enjeu majeur en matière de santé publique, est une affection qui touche les personnes âgées, mais aussi les personnes sédentaires, immobilisées ou souffrant d’une inflammation chronique. L’utilisation de modèles animaux, en particulier les rongeurs de laboratoire, a permis d’élucider les mécanismes moléculaires et physiopathologiques à l’origine de l’atrophie musculaire. Dans la recherche de solutions thérapeutiques, l’exploration d’un modèle de résistance naturelle à l’atrophie musculaire doit permettre d’ouvrir de nouvelles pistes de recherche innovantes. Le laboratoire explore comment l‘ours brun hibernant est capable de préserver son tissu musculaire durant plusieurs mois d’immobilité, et comment son sérum est capable d’induire des modifications de la balance protéique sur des cellules musculaires humaines. L’objectif principal de mon travail de thèse était d’identifier des composés ou familles de composés circulants chez l’ours en hibernation, et responsables d’effets biologiques sur des cellules humaines. Dans un premier temps j’ai recherché une activité biologique facilement mesurable, et qui pourrait être utilisée pour cribler les composés circulants. La mesure de l’activité NADH déshydrogénase par un test colorimétrique, permet de suivre les effets inhibiteurs du sérum et de ses fractions sur des cellules humaines en culture, de façon robuste et reproductible. Grace à cet outil, nous avons pu initier le criblage de plusieurs fractions issues du sérum d’ours hibernant, débutant ainsi une approche sans a priori dans la recherche des composés actifs du sérum d’ours hibernant. Ces travaux ouvrent la voie aux tests de nouvelles fractions, permettant d’avancer vers l’identification de nouvelles molécules ayant un effet positif sur la balance énergétique cellulaire. Selon la même démarche, le développement de plusieurs outils de mesure couvrant d’autres domaines du métabolisme cellulaire devrait permettre à l’avenir de compléter cette approche. En parallèle, dans la recherche de composés circulants actifs présent dans le sérum d’ours hibernant, j’ai axé mes recherches sur des composés en relation avec le système endocannabinoïde. J’ai pu ainsi mettre en évidence une diminution globale du tonus endocannabinoïde, avec une diminution des ligands de la voie canonique. De façon surprenante, la concentration d’oleoylethanolamide (OEA) circulante est multipliée par trois en hiver, suggérant un rôle important de ce composé dans la physiologie de l’hibernation chez l’ours brun. La poursuite de ces travaux doit permettre de mieux cerner les composés circulants d’intérêt pour la médecine humaine, et d’avancer vers des solutions thérapeutiques innovantes dans la lutte de certaines pathologies, comme l’atrophie musculaire.

Muscle atrophy, which is a major public health issue, is a condition that affects the elderly, but also people who are sedentary, immobilized or suffering from chronic inflammation. The use of animal models, in particular laboratory rodents, has made it possible to elucidate the molecular and physiopathological mechanisms at the origin of muscle atrophy. In the search for therapeutic solutions, the exploration of a model of natural resistance to muscle atrophy should open up new and innovative avenues of research. The laboratory is exploring how the hibernating brown bear is able to preserve its muscle tissue during several months of immobility, and how its serum is able to induce changes in the protein balance of human muscle cells. The main objective of my thesis work was to identify compounds or families of compounds circulating in the hibernating bear and responsible for biological effects on human cells. First, I looked for a biological activity that could be easily measured and that could be used to screen the circulating compounds. The measurement of NADH dehydrogenase activity by a colorimetric assay, allows to follow the inhibitory effects of serum and its fractions on human cells in culture, in a robust and reproducible way. Thanks to this tool, we were able to initiate the screening of several fractions from hibernating bear serum, thus starting an unbiased approach in the search for active compounds in hibernating bear serum. This work opens the way to the testing of new fractions, allowing to advance towards the identification of new molecules having a positive effect on the cellular energy balance. According to the same approach, the development of several measurement tools covering other domains of cellular metabolism should allow to complete this approach in the future. In parallel, in the search for active circulating compounds present in the serum of hibernating bears, I focused my research on compounds related to the endocannabinoid system. I was thus able to highlight a global decrease of the endocannabinoid tone, with a decrease of the ligands of the canonical pathway. Surprisingly, the concentration of circulating oleoylethanolamide (OEA) is multiplied by three in winter, suggesting an important role of this compound in the physiology of hibernation in brown bears. The continuation of this work should allow to better identify circulating compounds of interest for human medicine, and to advance towards innovative therapeutic solutions in the fight against certain pathologies, such as muscle atrophy.