Nutrition and Immunity: Molecular Approaches | Nutrition et immunité : Approches moleculaires

Inglés. Nutrition plays an important role in modulating livestock species immunity. Therefore, this thesis aimed at evaluating the effects of different dietary molecules used in animal nutrition on mammalian and avian immunity. Both, in vitro functional analyses and OMIC technologies (proteomics and miRNAomics) were implemented herein for an integral characterization of the molecules’ impact on the animals’ immune response. Specifically, in this thesis the in vitro impact of the n-6 conjugated linoleic acid (CLA), citrus pectin (CP), and porcine milk exosomes and n-3 polyunsaturated fatty acids (PUFA) on bovine, chicken and porcine mononuclear cells immune response was evaluated, respectively. In the first study, the in vitro activity of CLA on bovine monocytes apoptosis and immune activities, including chemotaxis, phagocytosis, killing capability, and extracellular reactive oxygen species (ROS) production was assessed. Anti-apoptotic effects and an increase in extracellular ROS production during experimental pro-inflammatory conditions were observed, only when using the mixture of the two main isomers of CLA in equal proportions (50:50). The present results demonstrated for the first time that CLA does have immunomodulatory effects on some functions of bovine monocytes in vitro and that the CLA (50:50) mixture is more effective than the CLA isomers individually. The proteomics analysis performed on bovine peripheral blood mononuclear cells (PBMC) revealed that CLA (50:50) mixture does modulate bovine PBMC proteome, supporting the antiapoptotic and immunomodulatory effects observed in the previous in vitro study on bovine monocytes, and propose a potential cytoprotective role of CLA (50:50) mixture against oxidative stress. In the second study, the in vitro activity of CP on chicken monocytes viability, apoptosis, chemotaxis and phagocytosis was assessed. The study demonstrated for the first time that CP inhibits monocytes’ chemotaxis and phagocytosis in vitro, suggesting a potential anti-inflammatory activity. The proteomics analysis carried out on chicken PBMC provided a proteomics background to the anti-inflammatory activity of CP, demonstrating that the in vitro reduction of phagocytosis and chemotaxis is associated with changes in proteins related to the actin cytoskeleton. In the third study, the in vitro activity of porcine milk exosomes on porcine monocytes viability, apoptosis, chemotaxis, phagocytosis, killing capability and extracellular ROS production was assessed. Milk exosomes were successfully purified from sows’ milk and characterized using their size, concentration, morphology, and exosome protein markers. This study reported for the first time that porcine milk exosomes can be internalized by porcine monocytes in vitro and that they can modulate the cell's immune response, by decreasing their chemotaxis and phagocytosis; and increasing their ROS production under resting and pro-inflammatory conditions. The proteomics analysis performed on porcine PBMC demonstrated for the first time that porcine milk exosomes can modulate porcine PBMC proteome in vitro. Moreover, the gene ontology (GO) functional analyses revealed that porcine milk exosomes enrich biological processes related to innate immune-related processes and exosome uptake processes, supporting the immunomodulatory effects and the exosome internalization observed in the previous in vitro study. In the last study, the in vitro activity of the n-3 PUFA, docosahexaenoic acid (DHA) and eicosapentaenoic acid (EPA), on porcine monocytes viability, apoptosis, chemotaxis, phagocytosis, and intracellular, extracellular and total ROS production was assessed. The results of the study showed that DHA and EPA at the highest concentration (200 µM) decreased porcine monocytes' viability. In addition, it was reported for the first time that DHA and EPA can exert differential in vitro immunomodulatory effects in pigs, by dampening monocytes' chemotaxis and potentiating their intracellular oxidative burst, respectively. The proteomics and miRNAomics analyses were not performed for this study. Instead, a first glance on the results from the bioinformatic analyses of the miRNAomics data of all the rest of the studies is presented herein. In conclusion, this thesis provides both, a phenotypical and molecular characterization of the in vitro impact of these dietary molecules on bovine, porcine and chicken immune responses.

Francés. La nutrition joue un rôle important dans la modulation de l'immunité des espèces animales. Cette thèse a donc pour objectif d'évaluer les effets de différentes molécules alimentaires utilisées en nutrition animale sur l'immunité des mammifères et des oiseaux. Des analyses fonctionnelles in vitro et des technologies OMIC (protéomique et miRNAomique) ont été mises en œuvre pour caractériser l'impact des molécules sur la réponse immunitaire des animaux. Plus précisément, l'impact in vitro de l'acide linoléique conjugué n-6 (CLA), de la pectine d'agrumes (CP), des exosomes de lait de porc et des acides gras polyinsaturés n-3 (AGPI) a été évalué sur la réponse immunitaire des cellules mononucléaires de bovins, de poulets et de porcs, respectivement. Dans la première étude, l'activité in vitro du CLA sur l'apoptose des monocytes bovins et les activités immunitaires, y compris la chimiotaxie, la phagocytose, la capacité de destruction et la production extracellulaire d'espèces réactives de l'oxygène (ROS), a été évaluée. Des effets anti-apoptotiques et une augmentation de la production extracellulaire de ROS dans des conditions expérimentales pro-inflammatoires ont été observés uniquement lors de l'utilisation du mélange des deux principaux isomères du CLA dans des proportions égales (50:50). Les résultats démontrent pour la première fois que le CLA a des effets immunomodulateurs sur certaines fonctions des monocytes bovins in vitro et que le mélange de CLA (50:50) est plus efficace que les isomères de CLA pris individuellement. L'analyse protéomique réalisée sur des cellules mononucléaires du sang périphérique bovin (PBMC) a révélé que le mélange de CLA (50:50) modulait le protéome des PBMC bovins, et confirme les effets antiapoptotiques et immunomodulateurs observés in vitro sur les monocytes bovins, et propose un rôle cytoprotecteur potentiel du mélange de CLA (50:50) contre le stress oxydatif. Dans la seconde étude, l'activité in vitro de la PC sur la viabilité, l'apoptose, la chimiotaxie et la phagocytose des monocytes de poulet a été évaluée. L'étude a démontré pour la première fois que la PC inhibe la chimiotaxie et la phagocytose des monocytes in vitro, ce qui suggère une activité anti-inflammatoire potentielle. L'analyse protéomique réalisée sur des PBMC de poulet suggère une activité anti-inflammatoire de la PC, démontrant que la réduction in vitro de la phagocytose et de la chimiotaxie est associée à des changements dans les protéines liées à l'actine cytosqueletique. Dans la troisième étude, l'activité in vitro des exosomes de lait de porc a été évaluée sur la viabilité, l'apoptose, la chimiotaxie, la phagocytose, la capacité de destruction et la production extracellulaire de ROS des monocytes de porc. Les exosomes du lait ont été purifiés avec succès à partir du lait de truie et caractérisés par leur taille, leur concentration, leur morphologie et les marqueurs protéiques des exosomes. Cette étude rapporte pour la première fois que les exosomes de lait de porc peuvent être internalisés par les monocytes de porc in vitro et qu'ils peuvent moduler la réponse immunitaire des cellules en diminuant leur chimiotactisme et leur phagocytose et en augmentant leur production de ROS dans des conditions de repos et pro-inflammatoires. L'analyse protéomique réalisée sur des PBMC porcins a démontré pour la première fois que les exosomes du lait de porc peuvent moduler le protéome des PBMC porcines in vitro En outre, les analyses fonctionnelles de l'ontologie des gènes (GO) ont révélé que les exosomes du lait de porc enrichissent les processus biologiques liés à l'immunité innée et les processus d'absorption des exosomes, ce qui confirme les effets immunomodulateurs et l'internalisation des exosomes observés dans l'étude in vitro précédente. Dans la dernière étude, l'activité in vitro des AGPI n-3, l'acide docosahexaénoïque (DHA) et l'acide eicosapentaénoïque (EPA), sur la viabilité des monocytes porcins, l'apoptose, la chimiotaxie, la phagocytose et la production intracellulaire, extracellulaire et totale de ROS a été évaluée. Les résultats de l'étude ont montré que le DHA et l'EPA à la concentration la plus élevée (200 µM) diminuaient la viabilité des monocytes porcins. En outre, il a été rapporté pour la première fois que le DHA et l'EPA peuvent exercer des effets immunomodulateurs différentiels in vitro chez les porcs, en freinant le chimiotactisme des monocytes et en potentialisant leur rafale oxydative intracellulaire, respectivement. Les analyses protéomiques et miRNAomiques n'ont pas été réalisées dans le cadre de cette étude. En revanche, un premier aperçu des résultats des analyses bioinformatiques des données miARNomiques de toutes les autres études est présenté ici. En conclusion, cette thèse fournit une caractérisation phénotypique et moléculaire de l'impact in vitro de ces molécules alimentaires sur les réponses immunitaires des bovins, des porcs et des poulets.