Equipe APReM « Apport Protéique et Régulations Métaboliques »

Team APReM « Protein intake and regulation of metabolism »  (english version)

 

Objectifs scientifiques

Les travaux de l’équipe APReM visent à comprendre comment l’apport protéique (quantité/qualité) détermine la biodisponibilité des acides aminés (AA) indispensables (AAI) et module en retour les orientations métaboliques, dans des conditions physiologiques ou pathologiques. Nous cherchons à caractériser la digestibilité de différentes sources protéiques, leur capacité à couvrir le besoin en AAI, à assurer le maintien de la masse maigre et à éviter les dysfonctions métaboliques. En outre, dans le contexte des régimes de type occidental, nous évaluons l’impact de l’apport protéique sur le métabolisme énergétique pour assurer la santé métabolique en tenant compte des sensibilités individuelles aux régimes. Nos différents travaux cherchent à déterminer des critères objectifs d’évaluation de la qualité des protéines et des biomarqueurs des effets de l’apport protéique sur la santé métabolique.

Les travaux de recherche de l’équipe APReM sont organisés en 3 axes:

   1-Caractériser la qualité des protéines.
   2-Identifier des biomarqueurs de besoin en protéines et en AAI.
   3-Comprendre les orientations et les régulations métaboliques protéiques et énergétiques.

1- Caractérisation de la qualité des protéines.

Dans le contexte de transition nutritionnelle vers des régimes durables, il est nécessaire d’identifier les sources de protéines de bonne qualité. La qualité des protéines dépend de leur composition en AAI et de leur biodisponibilité. Les travaux menés ces dernières années ont permis de caractériser la digestibilité de multiples sources de protéines tout en réalisant des développements méthodologiques, principalement isotopiques, chez le rat et l’humain.

• Développement de nouvelles méthodes isotopiques pour mesurer la biodisponibilité des AAI chez l’humain: La méthode du bilan oro-iléal, méthode de référence pour la mesure de la digestibilité chez l’humain, ne peut être appliquée dans les populations vulnérables car elle nécessite l'utilisation de sondes naso-iléales. Une nouvelle méthode minimalement invasive, appelée méthode du double traceur isotopique et basée uniquement sur des prélèvements sanguins, a été proposée par la FAO. Nous avons mené des études cliniques afin de comparer les résultats obtenus par cette méthode et la méthode de référence. Ces résultats ont permis de préciser les modalités expérimentales et ont mené à un projet collaboratif (projet VALDIM) avec le St. John’s Institute (Inde) dont l’objectif est la validation de cette nouvelle méthode.
• Développement de méthodes de mesures de la biodisponibilité des AAI chez le rat: Nous avons développé les méthodes de mesures de la biodisponibilité des AAI chez le rat via l’application de la méthode double traceur, la mesure de ¹³CO₂ dans l’air expiré (Projet CRP IAEA) ou le recours à des méthodes plus classiques. Cela a permis d’évaluer la biodisponibilité des AAI dans différentes situations physiologiques ou physiopathologiques, mais également en fonction des différents procédés appliqués aux protéines. Nous avons notamment mis en évidence une augmentation de la biodisponibilité des AAI de caséine chez les rats présentant des niveaux d’adiposité élevée.
• Caractérisation de la qualité de sources protéiques: Les différentes études ont permis d’explorer les compositions en AAI des sources protéiques et de déterminer leur biodisponibilité digestive et métabolique ainsi que les effets systémiques associés (par ex, synthèse protéique) chez le rat et l’humain. Nous avons par exemple, montré qu’un isolat de protéines de pois présentait une biodisponibilité des AAI et une utilisation postprandiale nette des protéines comparables à la caséine. Nous avons par ailleurs créé une base de données sur la composition en AAI de sources protéiques incluant les variétés (dépôt d’invention ref DI-RV-22-0130, 108).
   

2 - Identification des biomarqueurs de besoin en protéines et en AAI.

Des valeurs de besoins ont été établies sur la base de méthodes traceurs (FAO/OMS,2007), mais restent discutées, les données ne permettant pas d’évaluer la variabilité interindividuelle. Nous avons développé des approches de métabolomique, comme recommandé par la FAO, pour identifier des signatures du métabolome urinaire de la déficience de l’apport en protéines et en AAI, permettant ensuite de définir les besoins.

• Développement d'une procédure de traitement des données omiques: Nous avons développé de nouvelles méthodes pour le traitement des données omiques appliquées à la recherche de biomarqueurs. Les méthodes utilisées usuellement pour l’établissement des modèles (ACP, par exemple) se heurtent à la complexité de ces données. Nos travaux ont permis de mettre en évidence que des méthodes supervisées, telles que l’IC-DA, PLS ou PLS-DA étaient adaptées, et permettaient d’extraire des signaux pertinents pour identifier des métabolites discriminants.
• Identification de biomarqueurs urinaires du besoin en protéines en AAI: La baisse d’apport en protéines entraîne une augmentation du catabolisme des AA et ces métabolites semblaient être des candidats spécifiques pour les besoins en protéines/AAI. Ainsi, l’étude des signatures spécifiques des déficiences en AAI, nous a permis d’identifier le pipecolate (métabolite de la dégradation de la lysine) comme marqueur de déficience en lysine, et la taurine comme marqueur de la déficience en thréonine mais qui reste à confirmer. Ces résultats présentent une preuve de concept permettant de valider la métabolomique comme approche pertinente pour préciser les besoins en AAI.
   

3 - Comprendre les orientations et les régulations métaboliques protéiques et énergétiques.

Notre objectif était de caractériser les effets de la déficience en protéines ou en AAI sur le métabolisme protéique et énergétique grâce au modèle rongeur.

• Effets des régimes pauvres en protéines et en AAI sur l’homéostasie protéique: Le modèle de jeune rat en croissance nous a permis de montrer un retard de croissance important et une synthèse protéique musculaire ralentie, lorsque la déficience en protéine et AAI est sévère (15 à 40% du besoin) mais sans effet lorsque la déficience est modérée, avec une modulation en fonction de l’AAI considéré. Nous avons exploré le rôle des voies de signalisation contrôlant le métabolisme protéique en utilisant des souris KO AMPK et GCN2 au niveau du foie, et conclu que contrairement à ce que nous avions observé sur hépatocytes isolés, ces voies ne semblent pas impliquées dans l’adaptation du métabolisme protéique aux variations d’apport en protéines).

• Effets des régimes pauvres en protéines et en AAI sur l’homéostasie énergétique: Les régimes à faible teneur en protéines induisent un appétit pour les protéines avec une augmentation de la prise alimentaire et un risque de gain d’adiposité. Spontanément, les animaux choisissent un niveau d’apport en protéines plus élevé (30%) ce qui limite ce risque via une augmentation de la dépense énergétique. L’augmentation de la prise alimentaire s’observe également pour les régimes sévèrement déficients en AAI (15 à 40% du besoin). Nos résultats suggèrent que les effets de la qualité des protéines sur le métabolisme énergétique dépendent de la quantité d’apport en AAI et peuvent entraîner un gain d’adiposité et des dysfonctions associées.
• Rôle de FGF21 dans la détection des niveaux d’apport en protéines et en AAI et dans le contrôle de l'homéostasie énergétique: Nous avons montré que FGF21 était un facteur important du contrôle des effets métaboliques des régimes de faible teneur ou qualité de protéines. Une augmentation de son expression hépatique et des niveaux  plasmatiques a été observée dans les situations de faible apport en protéines. Ce facteur répond aussi à la déficience sévère en lysine et en thréonine, suggérant que c’est un biomarqueur de la qualité de l’apport protéique.
• Caractérisation des sensibilités individuelles aux régimes de type occidental et identification des mécanismes responsables: Nous cherchons à caractériser les mécanismes de sensibilité à l’obésité en réponse aux régimes occidentaux et les dysfonctions métaboliques associées. Ainsi, la sensibilité aux glucides (amidon) s’explique par une différence de sécrétion d’amylase pancréatique induisant une digestion plus rapide de l’amidon alimentaire.

 

Les membres de l’équipe APReM

Statutaires

• Mireille Andriamihaja, Ingénieure de recherche

 

• Dalila Azzout-Marniche, Professeure de Nutrition Humaine, AgroParisTech, Cheffe d’équipe APReM

Expertises : Nutrition, physiologie, régulations métaboliques, métabolisme et besoin en protéines et des acides aminés, métabolisme énergétique, dysfonctions métaboliques, mécanismes des sensibilités individuelles, marqueurs prédictifs.

Recherches : Mes recherches visent à caractériser les mécanismes par lesquels la quantité de l’apport protéique contrôle les orientations métaboliques (protéique, glucidique et lipidique) et les dysfonctions associées. Je recherche dans mes études des biomarqueurs prédictifs de la satisfaction du besoin en protéines et en acides aminés et des sensibilités individuelles aux régimes.

Identifiant ORCID : 0000-0001-8397-9143
IdHAL : dalila-azzout-marniche

Enseignement : J'enseigne les bases physiologiques et physiopathologiques du besoin nutritionnel, les mécanismes moléculaires impliqués dans les effets des nutriments sur la santé. Je suis co-responsable du M1 Nutrition et Science des Aliments (NSA) et du parcours par apprentissage (Université Paris Saclay).

Autres fonctions : Membre titulaire du conseil scientifique et suppléante au conseil des enseignants d'AgroParisTech; Membre du conseil de la graduate school Biosphera et du "Local academic board" de l'alliance européenne EUGLOH, université Paris-Saclay; Membre titulaire de la CNECA.

• Delphine Jouan-Rimbaud Bouveresse, Chargée de Recherches en chimiométrie, INRAe

Expertise : Chimiométrie

Recherche : Ingénieure Chimiste de formation, et titulaire d'un Doctorat en Sciences Appliquées (Vrije Universiteit Brussel, Belgique), mes recherches portent sur le développement de méthodes chimiométriques d'analyse de données, pour extraire l'information contenue dans les signaux et les données mesurées. Plus particulièrement, j'applique ces méthodes à la détection de biomarqueurs dans l'analyse de données métabolomiques.

Identifiant ORCID : 0000-0003-0639-0911
IdHAL : delphine-jouan-rimbaud-bouveresse

Enseignement : Je suis co-responsable d'une Unité d'Enseignement du Master M2 Recherche et Développement en Stratégies Analytiques (RDSA), intitulée "Outils chimiométriques pour la mise en place d'un projet expérimental et traitement de données" (Université Paris-Saclay).

Mots-clés : Analyse de données; chimiométrie; métabolomique; biomarqueurs.

• Juliane Calvez, Chargée de recherche, INRAe

Expertises : Digestion des protéines, biodisponibilité des acides aminés, nouvelles sources de protéines, qualité protéique.

Recherche : Ma thématique de recherche concerne l’étude de la biodisponibilité des acides aminés de protéines alimentaires et englobe la production de données de biodisponibilité pour de nouvelles sources protéiques, le développement de nouvelles méthodes de mesure de biodisponibilité et l’étude des facteurs pouvant moduler cette biodisponibilité. Ces études sont réalisées chez l’homme et le modèle rongeur en utilisant des isotopes stables permettant de marquer les protéines.

Identifiant ORCID : 0000-0003-1181-9786
IdHAL : juliane-calvez

Mots-clés : Digestion des protéines, biodisponibilité des acides aminés, nouvelles sources de protéines, qualité protéique.

• Céline Cansell, Chargée de Recherches, INRAe

Expertise : Calorimétrie indirecte, Drosophile

Recherche : Dans un contexte de transition alimentaire des protéines animales vers des protéines végétales, je cherche à comprendre les effets à long terme d'une diminution de l'apport protéique dans l'alimentation sur la santé métabolique. Un problème majeur dans l'étude des effets métaboliques à long terme d'un régime alimentaire est la difficulté de mener des études interventionnelles de longue durée. Pour palier à ce problème j'utilise le modèle Drosophile. Grâce à ce modèle, j'étudie comment la réduction des protéines alimentaires affecte la santé métabolique jusqu'à la fin de la vie en prenant en compte le sexe et la fenêtre temporelle d'exposition au régime alimentaire.

Identifiant ORCID : https://orcid.org/0000-0002-9579-5250
IdHAL : celine-cansell

Mots Clés : Physiologie,  Balance énergétique, Maladies métaboliques, Nutrition, Vieillissement

• Martin Chapelais, Technicien de recherche en biochimie des protéines, INRAe

Expertises : Biochimie.

Recherche : Je participe à des recherches portant sur la biodisponibilité des acides aminés en prenant en charge, principalement, l’analyse des acides aminés et de la mesure de l’enrichissement isotopique dans ces composés.

Mots-clés : Biochimie, protéines.

• Claire Gaudichon, Professeure de Nutrition Humaine, AgroParisTech, Directrice de l’unité PNCA 

 Recherche : Mes thèmes de recherche concernent la digestion des protéines et le métabolisme protéino-énergétique dans des situations normales ou pathologiques. Je conduis des études chez l’Homme, notamment dans le cadre de projets collaboratifs, et je travaille aussi sur modèle rongeur, avec pour voie d’approche privilégiée la détermination des flux digestifs et métaboliques grâces aux isotopes stables.

IdHAL : claire-gaudichon

Mots-clés : Qualité protéique, acides aminés, biodisponibilité, traceurs isotopiques, spectrométrie de masse, études cliniques et animales.

Enseignement : Coresponsable du master Nutrition et Sciences des Aliments (NSA) et responsable du parcours de M2 Nutrition Santé (Université Paris Saclay).

Autres fonctions : Présidente de la CNECA section 4.

• Julien Piedcoq, Assistant ingénieur, AgroParisTech

Expertises : Biologie moléculaire, analyses d’images, biochimie, études cliniques et animales.

Recherche : Je participe à des recherches portant sur la biodisponibilité des acides aminés, du comportement alimentaire, sur la nutrition personnalisée, en prenant en charge, principalement, la partie biologie moléculaire des échantillons de leur prélèvement jusqu’à l’analyse. J’analyse les images IRM des animaux soumis à des régimes spécifiques ou non afin de quantifier l’adiposité de manière non invasive. Je mets au point, améliore ou optimise certain dosage ou protocole en biochimie et biologie moléculaire.

Mots-clés : Biologie moléculaire.

• Moulay Sakaha, Ingénieur de recherche

 

Apprentis, Doctorant(e)s et Post-doctorants

• Soukeyna Agne, Apprentie Ingénieure en Nutrition Humaine, Agroparistech

Expertises : Cursus Ingénieur AgroParisTech (Ingénierie des aliments) – Master 2 Nutrition et Santé

Recherche : Durant mon apprentissage (alternance) de 2 ans, je participe à des recherches portant sur l’impact de régimes végétalisés ou encore déficients en acides aminés indispensables sur la digestibilité des protéines, la biodisponibilité des acides aminés ou encore le métabolisme protéique. Mon apprentissage est encadré par Mme Dalila AZZOUT-MARNICHE et Mme Juliane CALVEZ..

Mots-clés : Digestion des protéines, nouvelles sources de protéines, protéines végétales, métabolisme protéique, acides aminés indispensables

• Madeline Muziot

 

• Tanguy Saviard

 

Anciens doctorants récemment diplômés

• Soukaïna Benhaddou

Expertises : Master Nutrition, Métabolisme Énergétique, Signalisation – Université de Paris (Université Paris Descartes).

Recherche : Le projet de thèse vise à déterminer l’effet d’une chirurgie bariatrique de type by-pass sur la biodisponibilité des protéines/acides aminés alimentaires, en s’intéressant particulièrement au rôle du remodelage intestinal.

Mots-clés : rats, étude clinique, caséines, isotopes stables, spectrométrie de masse.

• Gaëtan Roisné-Hamelin

Expertises : Besoin en protéines et en acides aminés indispensables.

Recherche : Mon projet de thèse vise à valider les variations des profils de métabolome urinaire comme biomarqueurs spécifiques de la carence en lysine et de l’efficacité de la supplémentation en lysine lors d’une supplémentation alimentaire chez des enfants malnutris. Ma thèse sera dirigée conjointement par l’unité PNCA (Dalila Azzout-Marniche) et le St. John’s Research Institute à Bangalore (Dr Sarita Devi).

IdHAL : gaetan-roisne-hamelin

Mots-clés : Besoin en acide aminé, signature métabolomiques, biomarqueurs urinaires.

 

PUBLICATIONS 2023

Florence Guillin, Claire Gaudichon, Laetitia Guérin–Deremaux, Catherine Lefranc–Millot, Gheorghe Airinei, et al.
Values for the digestibility of pea protein isolate or casein amino acids determined using the dual isotope method are not similar to those derived with the standard ileal balance method in healthy volunteers.
Journal of Nutrition, In press, S0022–3166 (23), pp 72828–9. ⟨10.1016/j.tjnut.2023.12.039⟩. ⟨hal–04390733⟩

Florence M Guillin, Claire C. Gaudichon, Laetitia Guérin–Deremaux, Catherine Lefranc–Millot, Nadezda Khodorova, et al.
Caecal digestibility as an approximation of ileal protein digestibility evaluation in rats.
Journal of Nutritional Science, 2023, 12 (e18), p. 1. ⟨10.1017/jns.2023.3⟩. ⟨hal–03978211⟩

Joanna Moro, Gaëtan Roisné–Hamelin, Catherine Chaumontet, Patrick C Even, Anne Blais, et al.
Lysine or Threonine Deficiency Decreases Body Weight Gain in Growing Rats despite an Increase in Food Intake without Increasing Energy Expenditure in Response to FGF21.
Nutrients, 2023, 15 (1), pp.197. ⟨10.3390/nu15010197⟩. ⟨hal–03917573⟩

Joanna Moro, Gaëtan Roisné–Hamelin, Nadezda Khodorova, Douglas Rutledge, Jean–Charles Martin, et al.
Pipecolate and taurine are rat urinary biomarkers for lysine and threonine deficiencies.
Journal of Nutrition, 2023, 153 (9), pp 2571–2584. ⟨10.1016/j.tjnut.2023.06.039⟩. ⟨hal–04157375⟩

Meriam Khayour, Aziza Benmhimdane, Juliane Calvez, Naima Saeid, Nadezda Khodorova, et al.
Indispensable Amino Acid Digestibility of Moroccan Fava Bean Using the Dual Isotope Method in Healthy Adults.
Journal of Nutrition, 2023, 153 (2), pp. 451–458. ⟨10.1016/j.tjnut.2022.11.015⟩. ⟨hal–04324728⟩

Flaminia Zane, Hayet Bouzid, Sofia Sosa Marmol, Mira Brazane, Savandara Besse, et al.
Smurfness‐based two‐phase model of ageing helps deconvolve the ageing transcriptional signature.
Aging Cell, 2023, 22 (11), pp.e13946. ⟨10.1111/acel.13946⟩. ⟨hal–04244337⟩

Nathalie Atallah, Claire C. Gaudichon, Audrey Boulier, Alain Baniel, Benoit Cudennec, et al.
Differential effects of milk proteins on amino acid digestibility, post–prandial nitrogen utilization and intestinal peptide profiles in rats.
Food Research International, 2023, 169, pp 112814. ⟨10.1016/j.foodres.2023.112814⟩. ⟨hal–04205743⟩

Florence Guillin, Claire Gaudichon, Laetitia Guérin–Deremaux, Catherine Lefranc–Millot, Gheorghe Airinei, et al.
Values for the digestibility of pea protein isolate or casein amino acids determined using the dual isotope method are not similar to those derived with the standard ileal balance method in healthy volunteers.
Journal of Nutrition, In press, S0022–3166 (23), pp 72828–9. ⟨10.1016/j.tjnut.2023.12.039⟩. ⟨hal–04390733⟩

Tristan Chalvon–Demersay, Claire C. Gaudichon, Joanna Moro, Patrick Even, Nadezda Khodorova, et al.
Role of liver AMPK and GCN2 kinases in the control of postprandial protein metabolism in response to mid–term high or low protein intake in mice.
European Journal of Nutrition, 2023, 62 (1), pp.407–417. ⟨10.1007/s00394–022–02983–z⟩. ⟨hal–04157343⟩

Juliane Calvez, Anne Blais, Amélie Deglaire, Claire Gaudichon, François Blachier, et al.
Minimal processed infant formula vs conventional shows comparable protein quality and increased postprandial plasma amino acid kinetics in rats.
British Journal of Nutrition, 2023, pp. 1–28. ⟨10.1017/S0007114523002696⟩. ⟨hal–04315650⟩

Dalila Azzout–Marniche.
New Insight into the Understanding of Muscle Glycolysis: Sestrins, Key Pivotal Proteins Integrating Glucose and Leucine to Control mTOR Activation.
Journal of Nutrition, 2023, ⟨10.1016/j.tjnut.2023.01.029⟩. ⟨hal–04032362⟩

Romain Tessier, Juliane Calvez, Gheorghe Airinei, Nadezda Khodorova, Sylvie Dauguet, et al.
Digestive and metabolic bioavailability in healthy humans of 15N–labeled rapeseed and flaxseed protein incorporated in biscuits.
The American Journal of Clinical Nutrition, 2023, 117, pp.896 – 902. ⟨10.1016/j.ajcnut.2023.02.020⟩. ⟨hal–04204013⟩

Hala Abi Rizk, Delphine Jouan–Rimbaud Bouveresse, Julien Chamberland, Christophe B.Y. Cordella.
Recent developments of e–sensing devices coupled to data processing techniques in food quality evaluation: a critical review.
Analytical Methods, 2023, 15 (41), pp. 5410–5440. ⟨10.1039/D3AY01132A⟩. ⟨hal–04224703⟩

Olivia Ménard, Lucile Chauvet, Gwénaële Henry, Didier Dupont, Claire C. Gaudichon, et al.
The use of 15N–labelled protein to account for the endogenous nitrogen contribution to in vitro protein digestibility measurement.
Food Research International, 2023, 173, pp.113242. ⟨10.1016/j.foodres.2023.113242⟩. ⟨hal–04162941⟩

Florence M Guillin, Claire C. Gaudichon, Laetitia Guérin–Deremaux, Catherine Lefranc–Millot, Nadezda Khodorova, et al.
Caecal digestibility as an approximation of ileal protein digestibility evaluation in rats.
Journal of Nutritional Science, 2023, 12 (e18), p. 1. ⟨10.1017/jns.2023.3⟩. ⟨hal–03978211⟩