Impact of leptin on oxidative and inflammatory status of the mammary tissue. An in-vitro and in- vivo experimental approach using the native fluorescence detection technique. | Etude de l'impact de la leptine sur le statut oxydatif et inflammatoire du tissu mammaire : approche expérimentale in vitro et in vivo - Mise en oeuvre de la technique de détection par fluorescence native.

法语. La leptine est une hormone peptidique ayant une action sur de nombreux tissus. Une dérégulation de la sécrétion de cette hormone est observée au cours de l’obésité. L’obésité est fréquemment associée à des troubles de santé dont les principaux sont le diabète de type II, l’hypertension artérielle et les maladies cardiovasculaires. Elle est également un facteur de risque du cancer du sein, particulièrement en post-ménopause favorisant la récidive et augmentant la mortalité. Ces perturbations, associées à un état de stress oxydant défini par un excès de production des espèces réactives de l’oxygène (ERO) par rapport aux systèmes de défense antioxydants, pourraient avoir un impact majeur dans le risque de carcinogenèse chez le sujet obèse. Il est clairement établi aujourd’hui que le statut oxydatif des cellules est directement corrélé aux capacités de prolifération mais aussi de survie des cellules dans leur environnement. A ce jour, très peu de données existent concernant le rôle de la leptine dans la modulation du statut oxydatif des cellules épithéliales mammaires saines et tumorales. L’objectif de cette thèse était d’étudier d'abord les mécanismes d’action et les effets de la leptine sur le statut oxydatif et inflammatoire des cellules épithéliales mammaires saines et néoplasiques ; puis dans un deuxième temps, une étude expérimentale a été conduite pour caractériser in vivo l’impact de l’obésité associée ou non à l’activité physique sur la croissance tumorale et le statut oxydatif et inflammatoire des tumeurs. Le projet avait également pour but de mettre en œuvre une nouvelle technique d’analyse basée sur la détection de fluorescence native induite par excitation laser à 224 nm afin d’évaluer la production de composés bio-actifs de la famille des éicosanoïdes, dont les isoprostanes, impliqués dans le processus inflammatoire. Nous avons exploré in vitro l’impact de la leptine sur le statut oxydatif des cellules épithéliales mammaires. Cette étude nous a permis d’établir que la réponse au signal leptinique varie en fonction du statut néoplasique de la lignée considérée, en fonction du temps de contact et non de la dose testée. Ensuite, nous avons étudié l’impact de l’obésité associée ou non à l’activité physique sur la croissance tumorale et sur le statut oxydatif et inflammatoire des tumeurs à l’aide d’un modèle de souris âgées C57BL/6 nourries avec un régime hyper-lipidique (HL) pendant 14 semaines, et hébergées soit dans un environnement enrichi (EE) pour favoriser l’activité physique et les interactions sociales, soit dans un environnement standard pendant 8 semaines, après quoi des cellules syngéniques de tumeur mammaire EO771 ont été implantées dans les quatrièmes coussinets adipeux mammaires. In vitro, la leptine a stimulé la production de ROS de façon indépendante de la dose et cette augmentation était dépendante de la production d'O2 cytosolique. Les résultats montrent une augmentation significative du poids dans les groupes recevant le régime HL à prise alimentaire journalière identique. La composition corporelle à 8 semaines montre une prise de masse grasse significative sous régime HL, majorée par l’ovariectomie et partiellement limitée par l’activité physique. Après implantation des tumeurs, le régime HL favorise la croissance tumorale et la perte de l’activité locomotrice. Par contre, l’EE prévient la perte d’activité physique des animaux. L’ensemble de ces travaux montre que la leptine contribue à l’apparition d’un stress oxydant en lien avec le statut tumoral des cellules épithéliales mammaires. Ceci peut expliquer en partie l’augmentation du risque de cancer mammaire associée à l’obésité en post-ménopause. Ces résultats permettront d'objectiver le bénéfice d'une intervention nutritionnelle ciblée afin de moduler la réponse des cellules aux stimulations des adipokines. A terme, cette étude doit contribuer à mieux comprendre l’intégration des signaux issus de l’environnement cellulaire.

英语. Obesity is now considered, as a risk factor for developing breast cancer in postmenopausal women and for mortality in response to this pathology. Obesity, which is frequently associated with hyperleptinemia, induces cellular signalling pathways, some of which involving reactive oxygen species (ROS) as intracellular messengers. High levels of ROS contribute to oxidative stress, cellular damages and pathogenesis. Therefore, ROS production associated to obesity could be a major risk factor for mammary carcinogenesis. Furthermore, increased oxidative stress and inflammation characterised by infiltration of immune cells into adipocytes are described. This is associated with a lipid peroxidation and the production of bio-active compounds including isoprostanes.The aim of this study was to determine the impact of leptin in modulating the oxidative and inflammatory status of epithelial mammary cells and in tumor mammary tissue. Moreover, the purpose of this work was to develop a new analysis technique based on native fluorescence detection induced by laser excitation at 224 nm to evaluate the production of bio-active compounds from the family of eicosanoids, involved in the inflammatory process, including isoprostanes.Initially we identified in vitro the leptin effects on ROS production in 3 human epithelial mammary cell models which present different neoplastic status (healthy primary (HMEC) cells, MCF-7 and MDA-MB-231) in presence of two leptin concentrations (10 ng/ml close to physiological values, 100 ng/ml as obesity level). To better understand the potential involvement of adipocyte tumor microenvironment in mammary carcinogenesis, we secondly explored in vivo the impact of high fat diet (HFD) and of enriched environment (EE) on mammary tumor development. Female C57BL/6 mice were fed with a HFD versus a normo-caloric diet (NC) for 14 weeks. After 8 weeks mammary tumor syngeneic cells EO771 were implanted into the fourth mammary fat pads. Before injection, mice were housed in EE or in standard environment (ES) for 8 weeks. In vitro, leptin stimulated ROS production in dose-independent manner and this increase was dependent of cytosolic O2•- production. This ROS production contributed to a different antioxidative response depending of the neoplastic cell status. Leptin induced the antioxidative enzymes expression and activities such as heme-oxygenase or glutathione peroxidase only in HMEC cells. In neoplastic cells, these enzyme activities did not change whatever the leptin concentration used.Thus, high fat diet promoted mammary tumor development associated with a decrease in body fat and an increase in volume and weight of tumors that was not limited by physical activity. This diet induced a decrease of adiponectin and an increase of leptin plasma level compared to NC diet however, leptinemia was not influenced by EE.The native fluorescence isoprostanes determination method, turned out not to be quite sensitive. Therefore, the native fluorescence of these compounds is too low to allow their detection in biological media used. In contrast, the native fluorescence appears to be a potential cellular exploration tool.Through this work, we have shown that leptin contributes to the onset of oxidative stress linked to the status of mammary epithelial tumor cells. This may partly explained the increase of risk of breast cancer recurrence observed in situations of obesity. The results obtained in vivo eventually will support the benefit of a nutrition intervention to modulate cell response to adipokines stimulation. Ultimately, this study contributes to better understand the integration of signals from the cell environment.