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STIER Antoine

Dernière mise à jour lundi 19 mai 2014, par Emilio ROJAS

STIER Antoine

Institut Pluridisciplinaire Hubert Curien - IPHC
Département Ecologie, Physiologie et Ethologie - DEPE
Ecophysiologie Evolutive - Compromis évolutifs et allocation d’énergie

Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS
UMR 7178 CNRS/Université De Strasbourg - UdS

23 rue Becquerel, 67087 Strasbourg cedex 2, France

Contact : Antoine Stier -


Titre de la thèse : Grandir, se reproduire et vieillir : Implications de la balance oxidative et du découplage mitochondrial / Oxidative Stress & Mitochondrial Uncoupling : key regulators for life-history trade-offs ?

Période : 2010-2013

Encadrant(s) : François Criscuolo & Sylvie Massemin


Abstract

French

Une des théories fondatrices de l’écologie évolutive, la théorie des traits d’histoire de vie, stipule que les individus sont limités dans leurs grandes fonctions biologiques (croissance / maintien / reproduction) par la quantité d’énergie dont ils disposent. De ce fait ils alloueraient l’énergie disponible entre ces différentes fonctions suivant des relations de compromis.
Ces compromis semblent également pouvoir exister en conditions de non-limitation énergétique. Dans ce cadre, il a été suggéré que le stress oxydant - qui est défini comme un déséquilibre de la balance entre les pro-oxydants (essentiellement les radicaux libres de l’oxygène produits lors de la respiration mitochondriale) et les défenses anti-oxydantes – pourrait être un mécanisme sous-jacent de ces compromis évolutifs. En effet, il est suggéré par la « Free Radical theory of Aging » qu’une dépense énergétique élevée est associée à une production de radicaux libres élevée. Ces composés étant dommageables pour l’organisme, et communément admis comme un des acteurs majeurs contribuant au vieillissement, leur production est donc susceptible de contraindre l’investissement énergétique des individus.
Cependant la causalité directe entre dépense énergétique et production de radicaux libres a été remise en cause au cours des dernières années suite à certains travaux suggérant un effet bénéfique du découplage mitochondrial (impliquant une augmentation de la dépense énergétique pour une même activité) sur la production de radicaux libres par la mitochondrie au cours du processus de phosphorylation oxydative.
Dans ce contexte, cette thèse cherche à comprendre l’influence de la balance oxydative et de son éventuel contrôle par le découplage mitochondrial sur les compromis évolutifs auxquels font face les individus entre Croissance, Maintenance et Reproduction.

Ce projet de thèse est donc articulé autour de trois questions majeures :

-  Quel est le lien entre consommation d’oxygène, production de radicaux libres et stress oxydant ?
-  Un découplage mitochondrial chronique a-t-il un impact sur la dépense énergétique et la balance oxydative et avec quelles conséquences sur les compromis évolutifs auxquels doivent faire face les individus ?
-  Le compromis croissance – maintenance existe-t-il en conditions optimales, et peut-il être affecté par les contraintes environnementales ?

Pour apporter des réponses à ces différentes questions, différents modèles sont utilisés en laboratoire (diamant mandarin traités avec un découplant mitochondrial, souris UCP1 & UCP2 KO) et en milieu naturel (Mésanges noires, charbonnières & Manchot royal).

English

One major theory in evolutionary ecology (Life-history trade-offs theory) states that individuals are limited in their major biological functions (Growth, Maintenance & Reproduction) by the amount of energy available. This energy will be shared between those functions following trade-offs due to ubiquitous constraint : the sharing of the limited available pool of energy among functions.
However trade-offs could occur without energy limitation, if one function has negative impact on another in itself. In such context, oxidative stress, which is thought to be an important actor of ageing, has been suggested as a proximate mechanism for the “cost“ of one function on another. Oxidative stress is defined as an unbalanced situation between Reactive Oxygen Species (ROS - produced mainly by the mitochondria during oxidative phosphorylation) and antioxidant defences. The free radical theory of ageing suggests that ROS production is positively linked to energy utilization (linked to O2 consumption). This link could explain why trade-offs can occur without energy limitation, because energy processing could affect maintenance in itself.
However, causality between ROS production and O2 consumption is still under debate in recent studies, particularly due to a recent theory about ageing : the uncoupling to survive theory. This one stipulates that mitochondrial uncoupling (which is associated with an increased metabolism for a fixed workload) can reduce ROS production by mitochondria during oxidative phosphorylation.

In such context, this thesis aims to investigate the implication of oxidative stress and its relation with mitochondrial uncoupling on life history trade-offs and life-history strategies.

This thesis work is structured around three main questions:

-  What links exist between O2 consumption, ROS production & oxidative stress ?
-  Does mitochondrial uncoupling influence energy expenditure and oxidative stress ? With which consequences on energetic investment and life-history trade-offs ?
-  Is there a trade-off between growth rate and ageing rate in optimal (laboratory) conditions ? Does environmental factors modulate this trade-off in the wild ?

To investigate these different questions, we choose to work on different laboratory animals (zebra finches treated with a mitochondrial uncoupler & mice knock-out for UCP1 or UCP2) and different animals in the wild (Coal tits, Great tits & King penguins)

Keywords : Life-history trade-offs, Oxidative Stress, Mitochondrial Uncoupling, Longevity, Growth-Ageing trade-off, Telomeres dynamics.

Publications / Communications

Publications

  • Stier A, Reichert S, Massemin S, Bize P & Criscuolo F Constraint and cost of oxidative stress on reproduction - correlative evidence in laboratory mice and review of the literature. Frontiers in Zoology (in press)

Communications

  • Mito@Strass Meeting - December 2012 (Strasbourg, France)
    Talk « Uncoupling Protein 1 and ageing : New insight from the link between non-shivering thermogenesis and oxidative stress, and from long-term survival analysis » A. Stier, P. Bize, C. Habold, S. Massemin-Challet & F. Criscuolo
  • ED day meeting - December 2012 (Strasbourg, France)
    Talk « Mitochondria within non-mammalian erythrocytes : Presence, functionality & oxidative stress consequences » A. Stier, P. Bize, Q. Schull, C. Royer, F. Gros, J. Zoll, S. Massemin-Challet & F. Criscuolo
    Poster « “Let’s fish krill”, or how to present ecological concepts to young students in a playful way » C. Bret, L. Pelletier, S. Reichert, F. Rudwill, A. Stier & A-M. Thierry
  • 6th Meeting “Réseau MeetOchondrie” - September 2012 (Soustons, France)
    Poster « Functional mitochondria in avian erythrocytes : Perspectives for ageing & evolutionary studies » A. Stier, Q. Schull, J. Zoll, P. Bize, S. Massemin-Challet & F. Criscuolo
  • Evolutionary Biology Meeting - September 2012 (Marseilles, France)
    Poster + short talk « Uncoupling to survive in the cold ? New insight from the link between non-shivering thermogenesis and oxidative stress » A. Stier, C. Habold, P. Bize, S. Massemin-Challet & F. Criscuolo
  • 8th Meeting Ecology & behaviour, April 2012 (Chizé, France)
    Poster « Oxidative stress in mice : both a reproductive cost and a reproductive constraint » A. Stier, S. Reichert, P. Bize, S. Massemin & F. Criscuolo
    Talk « Does altitude shape the trade-off between growth & ageing rate ? insight from oxidative stress and telomere dynamics measurements in coal tits » A. Stier, A. Delestrade, S. Zahn, M. Arrive, F. Criscuolo & S. Massemin
  • 2012 EGI Evolution & Ecology Conference - University of Oxford (UK)
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    Poster « The Growth and Ageing trade-off : Oxidative Stress as a cost for naturally higher growth rates ? » A. Stier, A. Delestrade, M. Arrive, F. Criscuolo & S. Massemin.

Teaching activities

2010 : Ethology (L2 Faculty of Psychology – University of Strasbourg)
2010-2011 : Biodiversity (L1 Faculty of Biology – University of Strasbourg)
2011 : Cognition & Social Organization (Master 2 Ecophysiology & Ethology - University of Strasbourg)
2012 : Behavioural Ecology (Master 1 Ecophysiology & Ethology - University of Strasbourg)

Collaborators

Pierre Bize - UNIL Lausanne

Anne Delestrade - CREA Chamonix