Thèse Comprendre et Moduler les Mécanismes de Résilience de la Truite Arc-En-Ciel Face aux Stress Thermiques et Hypoxiques. H/F Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Pau et des Pays de l'Adour École doctorale : Sciences Exactes et leurs Applications Laboratoire de recherche : NUMEA - Nutrition, Métabolisme, Aquaculture Direction de la thèse : FLORIAN BEAUMATIN ORCID 0000000160177172 Début de la thèse : 2027-01-04 Date limite de candidature : 2026-11-20T23:59:59 Le changement climatique représente une menace croissante pour la salmoniculture. L'augmentation de la température de l'eau et la fréquence des épisodes d'hypoxie perturbent la physiologie, le bien-être et les performances zootechniques de la truite arc-en-ciel (Oncorhynchus mykiss). Comprendre les mécanismes cellulaires qui permettent aux poissons de faire face à ces contraintes est essentiel pour identifier de nouvelles stratégies d'adaptation, notamment nutritionnelles.

Ce projet de thèse vise à caractériser le rôle et les interactions de deux kinases de l'Integrated Stress Response (ISR), GCN2 et PERK, dans la réponse de la truite aux stress thermique et hypoxique. GCN2, connue pour détecter les limitations en acides aminés, pourrait également contribuer à l'homéostasie redox et à la tolérance à l'hypoxie. PERK, impliquée dans la réponse au stress du réticulum endoplasmique, pourrait jouer un rôle important dans l'adaptation à l'élévation de température. Ces deux voies convergent vers l'axe eIF2-ATF4, mais leurs fonctions respectives, leurs interactions et leurs éventuels mécanismes de compensation restent peu caractérisés chez les poissons.

L'hypothèse centrale est que l'équilibre dynamique entre GCN2 et PERK conditionne la capacité des cellules à maintenir leur homéostasie protéique, métabolique, redox et mitochondriale, et oriente la réponse vers l'adaptation ou, à l'inverse, vers des mécanismes de mort cellulaire. Le projet combinera des approches in vitro et in vivo. Des lignées cellulaires de truite invalidées pour GCN2 ou PERK par CRISPR-Cas9 seront développées et étudiées, en complément d'approches pharmacologiques. L'exposition à différentes intensités et durées de stress thermique et hypoxique, seuls ou combinés, permettra d'évaluer l'activation de l'ISR, la protéostasie, le métabolisme des acides aminés et du glutathion, les fonctions mitochondriales, l'autophagie/mitophagie, l'apoptose et la ferroptose. Les interactions fonctionnelles et les mécanismes de compensation entre GCN2 et PERK seront particulièrement examinés.

Les principaux mécanismes identifiés in vitro seront ensuite recherchés chez des truites exposées à des contraintes environnementales contrôlées, avec une validation fonctionnelle pharmacologique envisagée. Enfin, des stratégies nutritionnelles préalablement identifiées comme favorisant la résistance aux stress seront évaluées pour déterminer si leurs effets protecteurs sont associés à une modulation de GCN2/PERK et de l'ISR.

En associant biologie cellulaire, physiologie et nutrition, cette thèse ambitionne de mieux comprendre les déterminants moléculaires de la résilience de la truite arc-en-ciel et d'identifier des leviers nutritionnels potentiels pour accompagner l'adaptation de l'aquaculture au changement climatique. Le changement climatique affecte de manière croissante les systèmes de production aquacole, notamment à travers l'augmentation des températures de l'eau et la multiplication des épisodes d'hypoxie. La truite arc-en-ciel (Oncorhynchus mykiss), espèce d'eau froide présentant un intérêt économique majeur, est particulièrement sensible à ces contraintes environnementales, qui peuvent perturber l'homéostasie cellulaire, le métabolisme, les performances de croissance et la survie. Comprendre les mécanismes moléculaires déterminant la capacité des poissons à tolérer ces stress constitue donc un enjeu essentiel pour développer une aquaculture plus résiliente.

L'Integrated Stress Response (ISR) est un réseau de signalisation cellulaire conservé au cours de l'évolution, permettant aux organismes de s'adapter aux perturbations environnementales et métaboliques. Parmi ses principaux régulateurs, les protéines kinases GCN2 et PERK répondent à des signaux cellulaires distincts, mais convergent vers la phosphorylation du facteur eIF2 et la régulation de l'expression génique dépendante d'ATF4. GCN2 est principalement associée à la détection des variations de disponibilité en acides aminés, tandis que PERK est activée en réponse au stress du réticulum endoplasmique et aux perturbations de l'homéostasie protéique. Ces deux voies peuvent influencer le métabolisme des acides aminés, les défenses antioxydantes, les fonctions mitochondriales, l'autophagie et la survie cellulaire.

Bien que l'implication de l'ISR dans l'adaptation aux stress cellulaires soit largement documentée chez les mammifères, sa régulation et son importance physiologique restent encore insuffisamment caractérisées chez les poissons. En particulier, les contributions respectives de GCN2 et PERK aux réponses aux stress thermiques et hypoxiques, leurs éventuelles interactions fonctionnelles ainsi que leur rôle dans l'équilibre entre adaptation et mort cellulaire demeurent largement inexplorés chez la truite arc-en-ciel.

Par ailleurs, les interventions nutritionnelles pourraient moduler l'activité de l'ISR en influençant la disponibilité des acides aminés, l'homéostasie métabolique et les capacités de défense antioxydante des cellules. L'étude de ces interactions pourrait ainsi fournir des bases mécanistiques pour le développement de stratégies nutritionnelles visant à améliorer la tolérance des poissons aux contraintes environnementales.

Ce projet de thèse vise à répondre à ces questions en combinant des approches de biologie cellulaire et moléculaire avec des investigations physiologiques in vivo, afin d'identifier les mécanismes cellulaires et les leviers nutritionnels susceptibles de contribuer à l'amélioration de la résilience de la truite arc-en-ciel face au changement climatique. Comprendre le rôle et les interactions des voies GCN2 et PERK de l'Integrated Stress Response (ISR) dans l'adaptation de la truite arc-en-ciel aux stress thermiques et hypoxiques, afin d'identifier les mécanismes cellulaires et moléculaires impliqués dans sa résilience et d'évaluer leur modulation par des stratégies nutritionnelles. Ce projet de thèse reposera sur une approche expérimentale intégrée, combinant biologie cellulaire et moléculaire, analyses fonctionnelles et expérimentations in vivo, afin de caractériser les rôles respectifs et les interactions des voies GCN2 et PERK dans l'adaptation de la truite arc-en-ciel aux stress thermiques et hypoxiques.

1. Développement et caractérisation de modèles cellulaires

Des lignées cellulaires de truite arc-en-ciel seront utilisées pour étudier les réponses aux stress environnementaux dans des conditions contrôlées. Des modèles présentant une invalidation de GCN2 ou de PERK seront développés par édition génomique CRISPR-Cas9. Ces modèles seront complétés par des approches pharmacologiques visant à moduler l'activité de ces deux kinases. Leur caractérisation permettra de disposer d'outils complémentaires pour étudier les fonctions spécifiques de chaque voie.

2. Étude des réponses cellulaires aux stress thermiques et hypoxiques

Les cellules seront exposées à différentes intensités et durées de stress thermique et hypoxique, appliqués individuellement ou conjointement. Les réponses seront caractérisées à l'aide d'approches moléculaires, biochimiques et fonctionnelles, notamment par RT-qPCR, Western blot et analyses métaboliques. Une attention particulière sera portée à l'activation de l'axe eIF2-ATF4, à la protéostasie, au métabolisme des acides aminés et du glutathion, à l'équilibre redox, aux fonctions mitochondriales ainsi qu'aux mécanismes d'autophagie, de mitophagie et de mort cellulaire, notamment l'apoptose et la ferroptose. La comparaison des différents modèles permettra d'identifier les contributions respectives de GCN2 et PERK, leurs interactions fonctionnelles et leurs éventuels mécanismes de compensation.

3. Validation physiologique et modulation nutritionnelle in vivo

Les mécanismes identifiés dans les modèles cellulaires seront étudiés chez des truites arc-en-ciel soumises à des contraintes thermiques et hypoxiques contrôlées. Des analyses physiologiques, métaboliques et moléculaires permettront d'évaluer les réponses des animaux et l'implication des voies GCN2/PERK dans leur adaptation. Des approches pharmacologiques pourront être mobilisées pour approfondir leur caractérisation fonctionnelle. Enfin, des stratégies nutritionnelles ciblées, notamment fondées sur la modulation des apports en nutriments d'intérêt, seront évaluées afin de déterminer leur capacité à influencer l'ISR et à améliorer la tolérance des poissons aux stress environnementaux.

4. Intégration des résultats et valorisation

L'intégration des résultats obtenus in vitro et in vivo permettra de proposer un modèle mécanistique des interactions entre GCN2 et PERK dans la réponse aux stress environnementaux. Les connaissances produites feront l'objet de communications scientifiques et de publications, tout en contribuant à l'identification de leviers nutritionnels potentiels pour renforcer la résilience des salmonidés face au changement climatique.