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Gestion du stress oxydatif comme déterminant de la santé des salmonidés

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Christen, Félix (2018). Gestion du stress oxydatif comme déterminant de la santé des salmonidés. Thèse. Rimouski, Université du Québec à Rimouski et Université du Québec à Montréal, Département de biologie, chimie et géographie, 161 p.

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Résumé

RÉSUMÉ: L'espèce humaine a des capacités très limitées de synthétiser les acides gras polyinsaturés à longue chaîne comme les oméga-3 (n-3). Alors que ces acides gras sont une composante essentielle des membranes cellulaires et que leurs bienfaits sur la santé des êtres humains sont indéniables. Il devient alors primordial de s'approvisionner en n-3 à travers notre alimentation et la source principale de ces derniers sont les poissons gras. Les stocks de poisson sauvages ayant atteint leur limite d'exploitation l'aquaculture a pris de plus en plus de place et représente aujourd'hui 50% de la production. L'industrie essaye d'augmenter davantage la quantité d'oméga-3 dans les poissons afin d'améliorer leur qualité nutritionnelle pour l'humain. Cependant, dû à leur structure les n-3 sont extrêmement sensibles aux processus de peroxydation, un processus enclenché par les espèces réactives de l'oxygène. Vu le contenu élevé en oméga-3 dans la chair des poissons, ils hautement susceptible au stress oxydatif causé par les espèces réactives de l'oxygène qui peut induire des dommages au niveau des lipides membranaires, des protéines et de l'ADN affectant négativement la santé des poissons. Dans ce contexte, le but de cette thèse est de dresser une image complète de la santé des poissons en aquaculture et de l'effet du stress oxydatif sur deux marqueurs de la santé : la croissance et la résistance au stress thermique. Cela en partant de l'organisme entier, en passant par le cœur pour finir au niveau de la mitochondrie.
Elle tente notamment de combler les lacunes béantes dans la compréhension des conséquences du contenu élevé en LC-PUFA des poissons en aquaculture au niveau de la biochimie mitochondriale, de la gestion du stress oxydatif et de l'homéostasie des poissons. Le modèle animal, l'omble chevalier (Salvelinus alpinus), l'omble de fontaine (S. fontinalis) et leurs hybrides ont été choisis en raison de leurs importances au niveau de l'industrie aquacole du Québec. Le premier objectif était d'évaluer l'impact d'un régime riche en n-3 sur les performances de croissance, le profil d'acides gras de la chair, certains marqueurs du stress oxydatif et l'activité antioxydante dans les quatre groupes de salmonidés. Un aliment riche en omgéga-3 induisait une perte au niveau des performances de croissance chez les quatre groupes. Ceci était accompagné d'une augmentation des dommages oxydatifs. La croissance semblait donc être un indicateur de la perte d'homéostasie corrélée aux marqueurs du stress oxydatif, soulignant ainsi la validité de ces marqueurs comme étant représentatif de la santé des animaux. De plus les défenses antioxydantes endogènes semblaient avoir atteint leur limite de protection contre le stress oxydatif induite par les oméga-3, et ce même dans le traitement avec un aliment avec un taux de n-3 proches des aliments commerciales.
Le deuxième objectif était de déterminer s'il existe une corrélation entre la résistance au stress (une augmentation de la température), la teneur en acides gras du cœur et les taux de production de DRO dans nos quatre groupes de salmonidés. Nous avons démontré qu'il ne semble pas exister un lien direct avec la production de DRO à température élevé et la résistance à la température individuelle. Ici nous avons choisi de travailler sur des fibres cardiaques perméabilisées qui gardent intact l'environnement naturel de la mitochondrie. Il semblerait alors que, une production de DRO accrue induite par la température a été efficacement gérée par l'appareil cellulaire cardiaque. Vu que nous n'avons pas quantifié les dommages oxydatifs à ce stade-ci, il reste que c'est impossible de conclure sur une absence de corrélation entre stress oxydatif et résistance à la température. Par ailleurs nous avons pu déterminer un lien entre la résistance à la température et l'indice de peroxydation cardiaque, un indicateur de la susceptibilité au stress oxydatif. Ce dernier est nettement plus élevé pour les espèces et individus tolérant moins bien une augmentation rapide de la température. La susceptibilité au stress oxydatif induit par une plus grande quantité de n-3 semble alors étroitement liée à la gestion de l'homéostasie fonctionnelle du cœur pendant un stress.
Le dernier objectif était de déterminer l'effet d'une augmentation aiguë de la température sur des mitochondries cardiaques isolées de l'omble chevalier. Le cœur a été choisi comme organe dû à son rôle primordial dans l'adaptation des poissons à la température. Nous avons démontré qu'à des températures près de la limite maximale de cette espèce l'intégrité mitochondriale se détériorait et la production d'espèces réactives de l'oxygène augmentait significativement. La résistance à la température semble alors liée à la génération de DRO au niveau cardiaque. Le stress oxydatif serait donc être un paramètre qui augmente à températures élevées et détériorait le fonctionnement mitochondrial ainsi limitant la résistance au stress thermique de cette espèce. Néanmoins, une approche in vitro comme les mitochondries isolées est loin des conditions physiologiques réelles. Nous n'avons donc pas pu conclure définitivement si cette augmentation des espèces réactives de l'oxygène causait effectivement des dommages au niveau cardiaque. -- Mot(s) clé(s) en français : CTmax, mitochondrie, stress oxydatif, DRO, homéostasie, oméga-3. -- ABSTRACT: The human species possesses a very limited ability to synthesize long-chain polyunsaturated fatty acids such as omega-3 (n-3). These fatty acids are an essential component of cell membranes and their health benefits to human beings are undeniable. Humans rely mostly on their diet to get a sufficient n-3 supply and the main source of n-3 are fatty fish. Global fish populations have reached their limit of exploitation and aquaculture has become more and more important and now accounts for 50% of worldwide fish supply. The industry is currently trying to further increase the amount of omega-3 in fish to improve their nutritional quality for humans. However, due to their structure n-3s are extremely sensitive to peroxidation processes, a process triggered by reactive oxygen species. Due to the high omega-3 content in fish flesh, they are highly susceptible to oxidative stress caused by reactive oxygen species that can induce damage to membrane lipids, protein, and DNA that may negatively affect the fish health. In this context, the aim of this thesis is to provide a complete picture of fish health in aquaculture and the effect of oxidative stress on two biomarkers of an organism's health: growth and resistance to heat stress. In particular, it attempts to fill gaps in the understanding of the consequences of the high LC-PUFA content of fish in aquaculture at the level of mitochondrial biochemistry and oxidative stress management. The animal model, Arctic char (Salvelinus alpinus), brook trout (S. fontinalis) and their hybrids were chosen because of their importance in the Quebec aquaculture industry.
The first objective was to evaluate the impact of an n-3 rich diet on growth performance, fatty acid profiles, oxidative stress markers and antioxidant activity in the four groups of salmonids. Omega-3 rich feed induced a loss in growth performance in all four groups. This was accompanied by an increase in oxidative damage. Growth thus seemed to be an indicator of the loss of homeostasis correlated with markers of oxidative stress, thus highlighting the validity of these markers in animal health. In addition, the endogenous antioxidant defenses appeared to have reached their limit of protection against omega-3-induced oxidative stress. The second objective was to determine whether there is a correlation between stress resistance (an increase in temperature), heart fatty acid content, and ROS production rates in salmonids. At this stage we failed to demonstrate a direct link between ROS production and individual temperature resistance. In this paper we chose to work on permeabilized cardiac fibers which are known to keep the natural environment of mitochondria intact. It appears that increased temperature induced ROS production was efficiently managed by the cardiac cellular apparatus.
Since we have not quantified oxidative damage at this stage, it is impossible to conclude with certainty on an absence of the correlation between oxidative stress and temperature resistance. Moreover, we have been able to establish a link between temperature resistance and cardiac peroxidation index, an indicator of susceptibility to oxidative stress. The latter is significantly higher for species and individuals less resistant to a rapid temperature increase. The susceptibility to oxidative stress induced by a greater quantity of n-3 seems then closely related to the management of the functional homeostasis of the heart during stress. The final objective was to determine the effect of an acute increase in temperature on cardiac mitochondria isolated from Arctic char. The heart was chosen as an organ due to its primary role in the adaptation of fish to temperature. We have shown that at temperatures close to the maximum of this species mitochondrial integrity deteriorated and the production of reactive oxygen species increased significantly. The temperature resistance seems to be related to the generation of ROS at the cardiac level. Oxidative stress would therefore be a parameter that increases at high temperatures and deteriorates the mitochondrial function thus limiting stress resistance. -- Mot(s) clé(s) en anglais : CTmax, mitochondria, oxidative stress, ROS, health, omega-3.

Type de document : Thèse ou Mémoire (Thèse)
Directeur(trice) de mémoire/thèse : Blier, Pierre
Co-directeur(s) ou co-directrice(s) de mémoire/thèse : Vandenberg, Grant
Information complémentaire : Thèse présentée comme exigence partielle du doctorat en biologie UQAM-INRSOIAF extensionné à l'UQAR.
Mots-clés : Salmonide Aquaculture Marqueur Sante Stress Oxydatif Croissance Resistance Thermique Mitochondrie Omega-3 Homeostasie
Départements et unités départementales : Département de biologie, chimie et géographie > Biologie
Déposé par : DIUQAR UQAR
Date de dépôt : 16 déc. 2019 16:26
Dernière modification : 16 déc. 2019 16:26
URI : http://semaphore.uqar.ca/id/eprint/1478

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