La dopamine (DA) est un neurotransmetteur impliqué dans la modulation de fonctions essentielles du cerveau telles que le contrôle des mouvements volontaires, le système de récompense et certains aspects de la cognition. Depuis sa découverte, la DA a attiré énormément d'attention scientifique en partie à cause des pathologies majeures associées aux dysfonctions du système DAergique, comme la maladie de Parkinson, la schizophrénie et la toxicomanie. On retrouve la majorité des neurones qui synthétisent la DA au niveau du mésencéphale ventral, dans les noyaux de la substance noire compacte (SNc) et de l'aire tegmentaire ventrale (ATV). Ces neurones projettent leurs axones dans un très dense réseau de fibres qui s'organisent en trois voies DAergiques classiques: la voie nigrostriée, la voie mésolimbique et la voie mésocorticale. La transmission DAergique s'effectue par l'activation de récepteurs de la DA qui font partie de la grande famille des récepteurs couplés aux protéines G (RCPGs). Les récepteurs de la DA sont abondamment exprimés aussi bien par les neurones DAergiques que par les neurones des régions cibles, ce qui implique que la compréhension de la signalisation et des fonctions particulières des récepteurs de la DA pré- et postsynaptiques représente un enjeu crucial dans l'étude du système DAergique. Cette thèse de doctorat se sépare donc en deux volets distincts: le premier s'intéresse à la régulation du récepteur D2 présynaptique par la neurotensine (NT), un neuropeptide intimement lié à la modulation du système DAergique; le deuxième s'intéresse au côté postsynaptique du système DAergique, plus particulièrement à la ségrégation de l'expression des récepteurs de la DA dans le striatum et aux fonctions de ces récepteurs dans l'établissement des circuits neuronaux excitateurs prenant place dans cette région. Dans la première partie de cette thèse, nous démontrons que l'activation du récepteur à haute affinité de la NT, le NTR1, provoque une internalisation hétérologue du récepteur D2, avec une amplitude et une cinétique différente selon l'isoforme D2 observé. Cette internalisation hétérologue dépend de la protéine kinase C (PKC), et nous montrons que la surexpression d'un récepteur D2 muté sur des sites de phosphorylation par la PKC ii ainsi que l'inhibition de l'expression de β-arrestine1 par ARNs interférents dans des neurones DAergiques bloquent complètement l'interaction fonctionnelle entre le NTR1 et le D2. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous démontrons d'abord que la ségrégation de l'expression des récepteurs D1 et D2 dans le striatum est déjà bien établie dès le 18e jour embryonnaire, bien qu'elle progresse encore significativement aux jours 0 et 14 postnataux. Nos résultats témoignent aussi d'un maintien complet de cette ségrégation lorsque les neurones striataux sont mis en culture aussi bien en présence ou en absence de neurones corticaux et/ou mésencéphaliques. Ensuite, nous montrons que la présence de neurones mésencéphaliques stimule la formation d’épines et de synapses excitatrices sur les neurones striataux épineux exprimant le récepteur D2 (MSN-D2). Le co-phénotype glutamatergique des neurones dopaminergiques semble nécessaire à une grande partie de cet effet. Par ailleurs, le nombre total de terminaisons excitatrices formées sur les MSN-D2 par les neurones corticaux et mésencéphaliques apparaît être régit par un équilibre dynamique. Finalement, nous démontrons que le blocage de la signalisation des récepteurs D1 et D2 de la DA n'est pas nécessaire pour la formation des synapses excitatrices des MSN-D2, alors que l'antagonisme des récepteurs glutamatergiques ionotropes diminue la densité d'épines dendritiques et contrôle de façon opposée le nombre de terminaisons excitatrices corticales et mésencéphaliques. Globalement, ce travail représente une contribution significative pour une meilleure compréhension du fonctionnement normal du système DAergique. Ces découvertes sont susceptibles d’être utiles pour mieux comprendre les dysfonctions de ce système dans le cadre de pathologies du cerveau comme la maladie de Parkinson. / Dopamine (DA) is a neurotransmitter involved in the modulation of essential brain functions such as control of voluntary movements, the reward system and certain aspects of cognition. Since its discovery, DA has attracted a lot of attention, in part because of the severe pathologies associated with dysfunctions in the DAergic system such as Parkinson's disease, schizophrenia and substance abuse. In the brain, the majority of DAergic neurons are found in the substantia nigra pars compacta (SNc) and the ventral tegmental area (VTA), two nuclei of the ventral mesencephalon. These neurons project theirs axons in a dense network of DAergic fibers that form three major pathways: the nigrostriatal, mesolimbic and mesocortical pathways. DAergic transmission is accomplished by the activation of DAergic receptors that are part of the G protein-coupled receptor family. These receptors are abundantly expressed by DAergic target neurons and DAergic neurons themselves, which implicates that the comprehension of DAergic signaling and specific receptor function pre- and postsynaptically is a crucial aspect in the study of DA. This thesis is thus divided into two distinct parts: the first part addresses the regulation of presynaptic D2 receptor function by neurotensin, a neuropeptide intimately associated with the modulation of the DAergic system; the second part addresses the postsynaptic influences of DA, looking specifically at the segregation of DAergic receptor expression in the developing striatum and the function of these receptors in the establishment of neuronal excitatory connections in this region. In the first part of this thesis, we demonstrate that the activation of the high affinity neurotensin receptor, NTR1, induces heterologous D2 receptor internalization, with some particular differences in the amplitude and kinetics between the two D2 isoforms. This internalization is dependent on protein kinase C activity (PKC), and we demonstrate that overexpression of a D2 receptor with mutations on PKC phosphorylation sites and the knockdown of β-arrestin1 by interfering RNAs in cultured DAergic neurons completely abrogates the functional interaction between the NTR1 and the D2. iv In the second part of this thesis, we first demonstrate that D1 and D2 DAergic receptor segregation is already well established in the striatum by embryonic day 18, even if it still progresses significantly through postnatal days 0 and 14. Our results also show complete maintenance of this segregation in cultured MSNs either with or without cortical and/or mesencephalic neurons. Next, we demonstrate that the presence of mesencephalic neurons stimulates excitatory synapse formation on D2-expressing striatal medium spiny neurons (D2-MSNs). The conditional genetic deletion of the glutamatergic co-phenotype of DA neurons prevents much of this effect, and thus glutamate corelease by DA neurons seems to play an important role in excitatory synapse formation in the striatum. We also find that the establishment of excitatory terminals by cortical and mesencephalic neurons is regulated by a dynamic equilibrium. Finally, we show that chronic DA receptor blockade is not required for D2-MSN synaptogenesis, but chronic glutamatergic receptor blockade decreases dendritic spine formation and regulates cortical and mesencephalic glutamatergic synapses in an opposite manner. Globally, this work represents a significant contribution to a better understanding of the normal functioning of the DAergic system. These discoveries could prove useful to better understand the dysfunctions of this system in the context of brain pathologies such as Parkinson’s disease.

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Le placenta est l’organe central de la grossesse et son bon fonctionnement est essentiel pour mener à une grossesse à terme sans complication. L’inflammation joue un rôle très important dans les différentes étapes de la grossesse, de l’implantation à l’accouchement. Lorsque cette inflammation est débalancée au niveau du placenta, cela peut causer plusieurs altérations de ses fonctions. L’inflammation peut être induite par deux différents stimuli, soient par une intervention externe, donc infectieux (via les Pathogen-Associated Molecular Patterns, PAMPs) ou de façon endogène (via les Damage-Associated Molecular Patterns, DAMPs). L’augmentation de l’inflammation est aussi associée avec les complications de la grossesse, qui touchent 5-12% de toutes les grossesses et qui peuvent mener à des conséquences dévastatrices sur la santé de la mère et du nouveau-né. Ces complications comprennent la prééclampsie (PE), l’accouchement prématuré (AP) et le retard de croissance intra-utérin (RCIU). Malgré que ces pathologies aient des étiologies différentes, elles partagent un facteur commun qui joue un rôle essentiel soit, l’inflammation. Dans le but de mieux comprendre le rôle et les effets de l’inflammation sur le placenta humain et dans les complications de la grossesse, nous avons évalué les effets d’un PAMP (LPS) et d’un DAMP (IL-1) classiques dans un modèle d’explants placentaires humains et nous avons réalisé une étude transcriptomique non biaisée de placentas issus de chaque pathologie. Tout d’abord, nous avons démontré que le LPS induisait une plus grande quantité de cytokines pro-inflammatoire comparativement à l’IL-1 et que l’inhibition de la voie de signalisation de l’IL-1 par son antagoniste (IL-1Ra) diminuait leur expression et leur sécrétion. De plus, le LPS induisait une augmentation de la mort cellulaire dans les explants et la prolifération des cellules de Hofbauer, macrophages placentaires. Par la suite, l’étude du transcriptome de placentas provenant de complications de la grossesse (PE, AP et RCIU) a permis de constater que les pathologies ne forment pas de groupes (clusters) basés sur l’expression globale des gènes comparativement placentas issus de grossesses sans complication qui se regroupaient majoritairement ensemble. Il a été possible d’identifier les gènes significativement différents dans chaque pathologie et l’ontologie génique de ceux-ci. Nous avons identifié 198 gènes communs à toutes les complications de la grossesse qui sont majoritairement associés à des processus inflammatoires tels que l’interaction entre les cellules lymphoïdes et non lymphoïdes, l’activation leucocytaire et la régulation de la production de cytokines. Enfin, en plus de confirmer les modulations connues de certains gènes dans chaque complication de la grossesse, nous avons été en mesure d’identifier de nouveaux gènes qui n’avaient jamais été associés avec les pathologies, tels que FUT9, SLAMF7 et TGM3. En conclusion, les travaux présentés dans cette thèse démontrent que l’inflammation induite par le LPS et l’IL-1 n’a pas les mêmes effets au niveau du placenta. L’inflammation est une composante commune aux différentes complications de la grossesse et une meilleure compréhension des processus inflammatoires modulés dans chaque pathologie pourrait permettre le développement de nouvelles approches thérapeutiques. Des travaux futurs pourraient s’intéresser au potentiel prolifératif des cellules de Hofbauer et à l’investigation des nouveaux gènes identifiés par les résultats transcriptomiques. / The placenta is the central organ of pregnancy and its adequate functioning is essential to ensure term delivery without complications. Inflammation plays a key role in every step of pregnancy, from implantation to delivery. When this inflammation is unbalanced in the placenta, it can alter its functions. Inflammation can be induced by two different stimuli, either by external intervention like an infection (with Pathogen-Associated Molecular Patterns, PAMPs), or endogenously (with Damage-Associated Molecular Patterns, DAMPs). Increased inflammation is also associated with pregnancy complications and they affect 5-12% of all pregnancies and can have deleterious effects on maternal and infant health. These complications include preeclampsia (PE), preterm birth (PTB) and intrauterine growth restriction (IUGR). Even if these pathologies have different etiologies, they share a common factor that plays an essential role, inflammation. In order to better understand the role and the effects of inflammation on the human placenta and in pregnancy complications, we have evaluated the effects of classical PAMP (LPS) and DAMP (IL-1) on human placental explant model and we have realized an unbiased transcriptomic study of the placentas from each pregnancy complication. First of all, we demonstrated that LPS induced a higher production of pro-inflammatory cytokines compared to IL-1 and by inhibiting the IL-1 pathway using its antagonist (IL-1Ra), we decreased their expression and their secretion. Moreover, LPS treatment induced more cell death in the explants and proliferation of Hofbauer cells, macrophages of the placenta. Thereafter, transcriptomic study of placentas from pregnancy complications (PE, PTB and IUGR) allowed us to demonstrate that the pathologies were not clustering together based on their global gene expression compared to placentas from uncomplicated pregnancies which the majority of them were clustering together. It was possible to identify genes that were significantly modulated in each pathology and their gene ontology. We identified 198 genes common to all pregnancy complications and they were mostly related to inflammatory processes like interaction between lymphoid and non-lymphoid cells, leukocyte activation and regulation of cytokine production. Finally, in addition to confirming gene modulations previously known in each pregnancy complications, we were able to identify new genes that have never been associated with the pathologies such as FUT9, SLAMF7 and TGM3. To conclude, the work presented in this thesis show that inflammation induced by LPS and IL-1 did not have the same effect on the placenta. Inflammation is a key component to pregnancy complications and a better understanding of the inflammatory processes modulated in every pathology could help the development of new therapeutic strategies. Future work could investigate the proliferative potential of the Hofbauer cells and explore the new genes identified by the transcriptomic results.

Initialement découvert au cerveau, le Brain-derived neutrophic factor (BDNF) est un facteur de croissance dont les mécanismes de relâche et la signalisation ont été bien étudiés dans le système nerveux central. Il est aussi retrouvé en concentrations importantes dans la circulation où il est emmagasiné dans les plaquettes avec des niveaux pouvant atteindre 100 à 1000 fois ceux des neurones. Malgré l’abondance du BDNF dans les plaquettes, sa fonction dans la physiologie plaquettaire n’a jamais été étudiée. Le but de ce projet était donc d’investiguer le rôle du BDNF dans la fonction plaquettaire et les mécanismes de signalisation impliqués dans la réponse plaquettaire au BDNF. Lorsque les plaquettes sont isolées et re-suspendues dans un tampon physiologique dépourvu de protéines plasmatiques, le BDNF induit une agrégation plaquettaire complète et biphasique qui dépend des voies secondaires de l’agrégation. La neurotrophine NT4 ainsi qu’un anticorps activateur du récepteur TrkB ont tous les deux induit une agrégation plaquettaire similaire à celle du BDNF suggérant un récepteur commun, le TrkB. Par immunobuvardage, cytométrie en flux et microscopie électronique, nous avons pu confirmer que les plaquettes expriment une forme tronquée du récepteur TrkB, au niveau intracellulaire et à leur surface. Les tests fonctionnels nous ont mené à impliquer les voies de rhoGTPase Rac1, la protéine kinase C (PKC) et la voie phosphoinositide 3-kinase (PI3K)/Akt dans l’agrégation plaquettaire induite par le BDNF. Une fois activées par le BDNF, les plaquettes relâchent plusieurs cytokines proinflammatoires et proangiogéniques qui peuvent jouer un rôle important dans le maintien et la réparation de l’intégrité vasculaire. Parmi les agents relâchés, on retrouve des facteurs de croissances comme le PDGF et le VEGF, mais aussi des chimiokines comme l’IL8 et ENA-78. Finalement, lorsque les expériences d’agrégation ont été répétées en plasma riche en plaquettes, l’effet pro-agrégant du BDNF était perdu, possiblement via une liaison de BDNF avec la protéine plasmatique α2-macroglobuline (α2M). Cette liaison à α2M, suggérée par des expériences de co-immunoprécipitation, réduit la biodisponibilité du BDNF et pourrait aider à contenir la réponse plaquettaire au BDNF aux sites de lésions vasculaires. / The Brain-Derived Neutrophic Factor (BDNF) is a growth factor that was initially discovered in the brain. BDNF has both an autocrine and a paracrine role in neurons and its release and signaling mechanisms have been extensively studied in the central nervous system. Surprisingly, large quantities of BDNF have been reported in circulation, where it is essentially stored in platelets with concentrations reaching 100-1000-fold those of neurons. Despite this abundance, the function of BDNF in platelet biology has not been explored. Thus, this project sought to investigate the effect of BDNF on platelet function and the mechanisms underlying platelet responses to BDNF. In washed platelets, BDNF induced complete biphasic platelet aggregation that in part relied on amplification from secondary mediators. The low-affinity agonist neurotrophin-4 and an activating antibody raised against the canonical BDNF receptor TrkB induced similar platelet responses, implicating TrkB. Platelets express, both at their surface and in their intracellular compartment, a truncated form of TrkB lacking a tyrosine kinase domain. The BDNF-induced aggregation of washed platelets was prevented by inhibitors of the Rac1, PKC, and PI3K/Akt. Platelets exposed to BDNF secreted pro-angiogenic and pro-inflammatory cytokines, which may play a role in maintaining vascular homeostasis. Finally, in platelet-rich plasma, exogenous BDNF failed to induce aggregation and BDNF immunoprecipitates contained α2-macroglobulin immunoreactivity. Hence, platelets are rich in BDNF, which induce platelet aggregation via TrkB activation. The restriction of BDNF bioavailablility by plasma protein binding may serve to target BDNF-mediated platelet activation to sites of vascular injury.

Introduction : La surveillance analgésique est essentielle pour préserver le confort des patients sédationnés non-communicants après un traumatisme craniocérébral (TCC). Bien que le réflexe de dilatation pupillaire (RDP) et les comportements puissent être utilisés pour évaluer l'analgésie, ils nécessitent l'application de stimulus nociceptifs. Récemment, le réflexe photomoteur (RPM) élicité via un flash lumineux non douloureux s’est montré utile pour prédire l’état analgésique des patients sans TCC. Nous avons examiné si le RPM peut prédire l’état analgésique et la réponse comportementale des patients TCC non-communicants. Méthode : Quinze patients TCC ventilés mécaniquement (11 hommes; 54±20 ans) ont été évalués avec un vidéo-pupillomètre et une échelle comportementale (BPS) dans les 72 heures suivant l’admission aux soins intensifs. À chaque évaluation, le diamètre pupillaire au repos et le RPM ont été enregistrés, suivis immédiatement du RDP et des comportements pendant un stimulus nociceptif calibré. Les concentrations sanguines d’analgésiques/sédatifs ont été mesurées. Résultats : 103 évaluations ont été réalisées. Lorsque les réflexes pupillaires ont été élicités, le diamètre pupillaire a varié de -19 % en moyenne pour le RPM et de +10 % en moyenne pour le RDP. Les variations du RPM et du RDP étaient plus prononcées chez les participants qui présentaient un score BPS > 3 (un signe reconnu de sous-analgésie) par rapport à ceux avec un score BPS = 3. Les analyses de régression multiple montrent un chevauchement significatif entre les fluctuations des réflexes pupillaires et la concentration sanguine de fentanyl, mais pas celle du propofol. Conclusion : Le RPM pourrait être utile pour évaluer les besoins analgésiques avant une procédure nociceptive chez les patients TCC sédationnés non-communicants. / Background: Analgesia monitoring is essential to preserve comfort in critically ill sedated patients with traumatic brain injury (TBI). While pupil dilation (PD) and pain behaviors can be used to assess analgesia, these indicators require application of noxious stimulations. Recently, the pupillary light reflex (PLR) has emerged as a non-noxious parameter that may be used to predict analgesia requirements in non-brain-injured patients. Here, we investigated whether PLR can be used for the purpose of analgesia monitoring in critically ill sedated TBI patients. Methods: Fifteen mechanically ventilated TBI patients (11 men; 54±20 years) under perfusions of analgesia and sedation were assessed at predefined time within 72 hours of intensive care unit admission. Data collection was performed using video-pupillometry and the Behavioral Pain Scale (BPS). At each assessment, pupil size and PLR at rest were recorded followed immediately by the documentation of PD and pain behaviors elicited by a calibrated noxious stimulation. Blood concentrations of analgesics/sedatives were monitored. Results: 103 assessments were completed. PLR resulted in an average decrease of -19% in pupil diameter and PD resulted in average increase of +10%. Variations in PLR and PD were more pronounced in participants who showed a BPS score > 3 (a recognized sign of sub analgesia) compared to those with no behavioral reaction. Multiple regression analyzes showed a significant overlap between fluctuations in pupillary reflexes and blood levels of fentanyl, not propofol. Conclusions: PLR may be useful to assess analgesia requirements before a nociceptive procedure in critically ill sedated patients with TBI.

De plus en plus d’évidences suggèrent que la composition du microbiote intestinal pourrait jouer un rôle dans certaines pathologies comme l’hypertension, l’obésité, le diabète et plusieurs autres. Le but de cette étude est de démontrer que le microbiote intestinal modulé par des diètes enrichies en acide gras oméga-3 (w-3) ou en acide gras oméga-6 (w-6) avec un supplément ou non en probiotiques, pourrait influencer différemment la taille de l’infarctus du myocarde. Pour ce faire, des transplantations de microbiote provenant de rats nourris avec une diète w-3 ou w-6 combiné avec la prise ou non probiotiques ont été effectuées pendant 10 jours sur des rats dont le microbiote a été supprimé antérieurement par antibiothérapie. Ensuite, l’artère coronaire antérieure a été occluse pendant 30 minutes sur les rats transplantés et la taille de leur infarctus a été mesurée après 24 heures de reperfusion. La résistance intestinale, la concentration plasmatique de LPS (lipopolysaccharides), l’accumulation myocardique des neutrophiles, l’activation de la voie NF-kB (nuclear factor-kappa B), l’activation de la voie de cardioprotection RISK (Reperfusion Injury Salvage Kinase) et la composition du microbiote sont les autres paramètres qui ont été mesurés. Nos résultats démontrent une taille d’infarctus plus importante chez les animaux transplantés avec le microbiote w-6 sans probiotiques comparativement aux autres groupes incluant le groupe ayant reçu le microbiote w-6 avec probiotiques. Ces résultats indiquent qu’un microbiote provenant d’une diète enrichie en w-6 produit des effets délétères qui augmentent la taille de l’infarctus du myocarde comparativement à un microbiote provenant d’une diète enrichie en w-3 et que la prise de probiotiques permet de diminuer la taille de l’infarctus. / A lot of evidences suggest that the composition of the gut microbiota may play a role in certain conditions such as hypertension, obesity, diabetes and many others. The aim of our experiment is to demonstrate that the intestinal microbiota modulated by diets enriched in omega-3 fatty acid (w-3) or in omega-6 fatty acid (w-6) with or without a supplement in probiotics, could influence differently the size of a myocardial infarction. To do this, microbiota transplants from rats fed a w-3 or w-6 diet combined or not with intake of probiotics were performed for 10 days on rats whose microbiota had previously been suppressed by antibiotic therapy. Then, the anterior coronary artery was occluded for 30 minutes in the transplanted rats and the size of their infarction was measured after 24 hours of reperfusion. Intestinal resistance, plasma LPS (lipopolysaccharides) concentration, myocardial accumulation of neutrophils, activation of the NF-kB (nuclear factor-kappa B) pathway, activation of the RISK (Reperfusion Injury Salvage Kinase) cardioprotection pathway and microbiota composition are the other parameters that were measured. Our results demonstrate a larger infarct size in animals transplanted with the w-6 microbiota without probiotics compared to other groups (including the w-6 microbiota with probiotics group. These results indicate that a microbiota from a diet enriched in w-6 produces deleterious effects that increase the size of the myocardial infarction compared to a microbiota from a diet enriched in w-3 and taking probiotics can reduce the size of the myocardial infarction.

Le sepsis sévère est l’une des causes de mortalité les plus fréquentes à travers le monde. L’étiologie la plus fréquente étant des infections causées par des bactéries, le traitement repose sur l’administration rapide d’un traitement antibiotique adapté. Toutefois, la diminution de la sensibilité des bactéries observée au cours des dernières années nous pousse à repenser notre utilisation des antibiotiques. Parmi les options envisageables, on retrouve l’utilisation de nouveaux antibiotiques et l’optimisation des posologies d’antibiotiques couramment utilisés. Dans les deux cas, la modélisation pharmacocinétique est un outil indispensable pour caractériser la pharmacocinétique des agents antimicrobiens et ainsi guider les posologies. Les études pharmacocinétiques comportent toutefois de nombreux défis en pédiatrie. Afin de les contourner, nous avons utilisé des méthodes à risques minimaux pour étudier deux molécules chez les enfants : le linézolide, un nouvel antibiotique de la classe des oxazolidinones, qui a été administré chez des nouveau-nés prématurés, et la pipéracilline-tazobactam, une bêta-lactamine fréquemment utilisée en pédiatrie, qui a été administrée en utilisant une nouvelle posologie sous forme d’infusions prolongées. Premièrement, nous avons effectué une étude pharmacocinétique rétrospective du linézolide aux soins intensifs néonataux du CHU Sainte-Justine. Le linézolide est un antibiotique qui peut être utilisé pour traiter les infections causées par le staphylocoque à coagulase négative chez les nouveau-nés prématurés. Il s’agit d’une pratique relativement nouvelle et un programme de surveillance des concentrations plasmatiques avait été instauré il y a quelques années pour encadrer l’utilisation du linézolide dans cette population. Nous avons utilisé les données de ce programme et construit un modèle pharmacocinétique de population en utilisant des méthodes de modélisation non-linéaire à effets mixtes. Nous avons ainsi pu démontrer que les posologies utilisées chez les 26 nouveau-nés inclus dans notre étude atteignaient la cible préalablement déterminée (aire sous la courbe/concentration minimale inhibitrice [ASC/CMI 0-24] > 80), et qu’elles étaient donc probablement efficaces. De plus, nous avons observé que le linézolide semblait sécuritaire dans cette population. Nous nous sommes ensuite intéressés aux infusions prolongées de pipéracilline-tazobactam en pédiatrie. Déjà bien décrite dans la population adulte, l’utilisation d’infusions prolongées permet d’optimiser l’efficacité des bêta-lactamines puisque cette dernière dépend du temps où les concentrations plasmatiques sont supérieures à la concentration minimale inhibitrice (ƒt > CMI). Comme aucune posologie n’était établie en pédiatrie, nous avons d’abord effectué une étude de simulation où nous avons déterminé les posologies dites « optimales » en utilisant les paramètres pharmacocinétiques décrits en pédiatrie. Nous avons par la suite effectué une étude pharmacocinétique prospective où les posologies préalablement établies ont été administrées à 89 enfants de deux mois à six ans, duquel 79 ont eu des prélèvements sanguins pour déterminer les concentrations plasmatiques. Deux modèles pharmacocinétiques de population distincts (pipéracilline et tazobactam) ont été développés en utilisant la modélisation non-linéaire à effets mixtes. Des simulations ont par la suite été effectuées en utilisant le modèle final de la pipéracilline pour déterminer les posologies optimales selon l’âge. Pour des bactéries avec une CMI à 16 mg/L, nous avons observé que des infusions prolongées étaient nécessaires pour atteindre notre cible préalablement déterminée (ƒt > CMI > 50%) chez les enfants de six mois à six ans (130 mg/kg/dose toutes les 8 heures administré sur 4 heures), alors que des durées d’infusion standard de trente minutes étaient suffisantes chez les nourrissons de deux à six mois (75 mg/kg/dose toutes les 4 heures administré sur 30 minutes). Notre étude supporte également la faisabilité et l’innocuité des infusions prolongées en pédiatrie. / Severe sepsis remains one of the most important causes of pediatric mortality around the world. Bacterial infections represent the most common cause, and effective treatment depends on the prompt administration of antibiotics. However, we observe a concerning decrease in susceptibility to antibiotics over the last decades, prompting us to reevaluate our antibiotics use. New antibiotics or novel ways of administering currently available antibiotics more efficiently are the two main alternatives when facing increased antibiotic resistance. In both cases, pharmacokinetic (PK) modeling represents an invaluable tool to guide dosing. However, PK studies in children are challenging. We used minimal risk methods to study two different antibiotics in children: Linezolid, a new oxazolidinone antibiotic that was administered to premature neonates, and piperacillin-tazobactam, a frequently used beta-lactam that we administered in a novel way using extended infusions. First, we conducted a single-center retrospective PK study of linezolid in premature neonates in the neonatal intensive care unit of the CHU Sainte-Justine. We built a population PK model using nonlinear mixed-effects modeling with plasmatic concentrations collected for therapeutic drug monitoring per standard of care. We were able to demonstrate that the dosing regimens used in the 26 neonates included in our study reached our established target (area under the curve over the minimal inhibitory concentration [AUC/MIC 0-24] > 80), and, therefore, were deemed efficient. Moreover, we collected adverse events and found that linezolid administration appeared safe in this population. We then focused on piperacillin-tazobactam extended infusions in children. Beta-lactams efficacy depends on the fraction of time that concentrations are above the MIC (ƒt > MIC). Extended infusions are a simple way to achieve higher ƒt > MIC and are well studied in adults. Based on published piperacillin-tazobactam PK parameters in children, we first conducted a simulation PK study to establish optimal extended infusions dosing in children. We then conducted a single-center prospective PK study where the established dosing regimens were administered to 89 children from two months to six years old. Of those, 79 children contributed plasma PK samples. Two PK models (piperacillin and tazobactam) were developed using nonlinear mixed-effects modeling. Simulations were conducted using our final piperacillin model, allowing us to determine optimal dosing regimens according to age. For bacteria with MICs up to 16 mg/L, extended infusions (130 mg/kg/dose every 8 hours infused over 4 hours) were needed in children six months to six years old to reach our established target (ƒt > MIC > 50%), whereas standard 30 minutes infusion (75 mg/kg/dose every 4 hours infused over 30 minutes) were adequate in infants two months to six months old. Our study also supported the feasibility and safety of extended infusions in young children.

La fibrose kystique (FK) est une maladie qui affecte principalement les systèmes respiratoires, digestifs et reproducteurs et rend les personnes atteintes plus susceptibles aux surinfections bronchiques et aux exacerbations pulmonaires. Le dosage initial et les ajustements de dose des antibiotiques sont difficiles en raison des altérations pharmacocinétique (PK), la grande variabilité PK et l'émergence de résistance aux antibiotiques dans cette population. En guise d’introduction, le premier chapitre de ce mémoire présente la pathologie de la fibrose kystique, des principes de base en pharmacologie et en modélisation compartimentale. Le deuxième chapitre présente une revue systématique de la littérature sur les modèles PK de population des antibiotiques développés dans la population FK adulte. Cette étude a mis en évidence les facteurs démographiques et cliniques ayant le plus d'impact sur la PK des antibiotiques en FK. Par exemple, le poids corporel maigre était la covariable la plus fréquemment utilisée pour estimer les paramètres PK des β-lactamines. Le troisième chapitre montre comment les modèles PK de population peuvent être utilisés pour proposer des stratégies de dosage alternatives aux cliniciens. Les résultats ont montré que la normalisation des doses de tobramycine par la taille (à une dose de 3,4 mg/cm) permet d'obtenir des concentrations maximales et minimales de tobramycine adéquates pour un patient médian. Le quatrième chapitre présente une évaluation méthodologique de l’impact du temps de prélèvement à 8h post-dose sur la performance prédictive de modèles PK de population pour la tobramycine. Il a été démontré que les paramètres PK du deuxième compartiment sont biaisés lorsqu’estimés en utilisant des concentrations simulées issues de temps de prélèvement divergents du modèle analysé. Le cinquième chapitre illustre le développement et l’évaluation d'un nomogramme de doses initiales pour la tobramycine basé sur la taille. Les doses dérivées du nomogramme entraînent une réduction significative de la variabilité des concentrations maximales prédites par rapport à ce qui est observé en clinique, ce qui pourrait potentiellement améliorer les issues cliniques en FK. Ce mémoire a donc démontré l'importance et la pertinence de la modélisation et des simulations dans un contexte clinique afin d’améliorer la prise en charge des patients atteints de FK. / Cystic fibrosis (CF) is a progressive, hereditary disease that primarily affects the respiratory, digestive, and reproductive systems and makes patients more likely to develop bronchial bacterial infections, and subsequently experience acute pulmonary exacerbations. Effective antibiotic use is in part responsible for the decreased respiratory burden observed over the past decades. However, initial dosing and dose adjustments of antibiotics, particularly of tobramycin, is challenging due to altered pharmacokinetics (PK), high PK variability, and emergence of antibiotic resistance. The first chapter of this dissertation presents the pathology of cystic fibrosis, basic principles in pharmacology and compartmental modeling. The second chapter presents a systematic literature review of population PK models of antibiotics developed for adult patients with CF. This study highlighted the demographic and clinical factors most impacting the PK of prescribed antibiotics in this population. For example, lean body weight was the most frequently used covariate for estimating PK parameters of β-lactams. The third chapter of this memoire shows how previously developed population PK models can be leveraged to propose alternative dosing strategies to clinicians. It was found that dose normalization of tobramycin using height rather than body weight at a 3.4 mg/cm dose resulted in tobramycin maximum and residual concentrations within the target range found in published guidelines for a median patient. The fourth chapter presents a methodological evaluation of the impact of 8h post-dose sampling times on the predictive performance of tobramycin population PK models. It was shown that the PK parameters of the second compartment are biased when estimated using simulated concentrations from divergent sampling times of the analyzed model. The fifth chapter shows the development and evaluation of an initial tobramycin dosing nomogram based on height rather than body weight to further individualize antibiotic therapy for CF patients. It was found that doses derived from the proposed nomogram resulted in significantly reduced variability in predicted peak concentrations values in comparison to what is observed in clinical practice, which could potentially improve clinical outcomes for CF patients. This memoire has therefore demonstrated the importance of modeling and simulations in a clinical setting to improve the management of CF in adult patients.

Malgré l’usage de médicaments antipsychotiques depuis plusieurs décennies, leur mécanisme d’action précis, autre que leur interaction avec les récepteurs dopaminergiques et sérotoninergiques, demeure peu connu. Nur77 (Nr4a1 ou NGFI-B) est un facteur de transcription de la famille des récepteurs nucléaires associé aux effets des antipsychotiques. Ceci étant dit, le mécanisme d’action de Nur77 est également peu connu. Afin de mieux comprendre les éléments impliqués avec les antipsychotiques et l’activité de Nur77, nous avons comparé les niveaux de transcrits dans le striatum suite à un traitement avec l’halopéridol chez des rats sauvages et déficients en Nur77 à l’aide de la technique de séquençage à haut débit (RNAseq) et d’une analyse bio-informatique. L’halopéridol et Nur77 ont modulé d’importants groupes de gènes associés avec la signalisation des récepteurs dopaminergiques et la synapse glutamatergique. L’analyse a révélé des modulations de gènes clés reliés à la signalisation des protéines G. Parmi les transcrits modulés significativement chez les rats traités avec halopéridol et ceux déficients en Nur77, la dual specificity phosphatase 5 (Dusp5) représente un nouveau candidat d’intérêt. En effet, nous avons confirmé que les niveaux d’ARNm et protéiques de Dusp5 dans le striatum sont associés aux mouvements involontaires anormaux (dyskinésie) dans un modèle de primates non-humains traités chroniquement avec halopéridol. Cette analyse transcriptomique a démontré des altérations rapides et importantes d’éléments impliqués dans la signalisation des protéines G par l’halopéridol, et a permis d’identifier, pour la première fois, une expression de Dusp5 dépendante de Nur77 en tant que nouvelle composante reliée avec la dyskinésie tardive. / Despite antipsychotic drugs being used for several decades, their precise mechanism of action remains elusive. Nur77 (Nr4a1 or NGFI-B) is a transcription factor of the nuclear receptor family associated with antipsychotic drug effects. However, the mechanism of action of Nur77 is also not well understood. To better understand the signaling components implicated with antipsychotic drug use and Nur77 activity, we compared striatal gene transcripts following haloperidol in wild-type and Nur77-deficient rats using Next Generation RNA Sequencing (RNAseq) and a bioinformatics analysis. Haloperidol and Nur77 modulated important subsets of striatal genes associated with dopamine receptor signaling and glutamate synapses. The analysis revealed modulations of key components of G protein signaling that are consistent with a rapid adaptation of striatal cells that may partially explain long-term haloperidol-induced dopamine D2 receptor upregulation. Amongst significantly modulated transcripts in rats treated with haloperidol and rats deficient in Nur77, dual specificity phosphatase 5 (Dusp5) represents a new and very interesting candidate. Indeed, we confirmed that striatal Dusp5 mRNA and protein levels were associated with abnormal involuntary movements (dyskinesia) in non-human primates chronically exposed to haloperidol. This transcriptomic analysis showed important haloperidol-induced G protein-coupled receptor signaling alterations that may support a regulatory role of Nur77 in dopamine D2 receptor signaling pathways and identified, for the first time, a putative Nur77-dependent expression of Dusp5 as a new signaling component for antipsychotic drug-induced tardive dyskinesia.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Ce mémoire présente la synthèse diastéréosélective de dérivés méthylés du fucose en position 2 et 3, ainsi que la synthèse d'analogues du sialyl Lewis X. Ces ligands, spécifiques aux sélectines, serviront d'outils biochimiques et pharmacologiques pour vérifier l'importance des sélectines dans la modulation du processus inflammatoire. Les synthèses totales qui sont présentées utilisent différentes méthodes chimiques modernes. Dans un premier temps, les positions 2 et 3 du fucose sont isolées à l'aide de groupements protecteurs. Les techniques utilisées impliquent la chimie des acétals et des acétals d'étain. En second lieu, les groupements hydroxyles isolés en position 2 et 3 du fucose sont oxydés en cétones, puis convertis en méthylènes. Les réactions étudiées sont la méthylation de ces cétones et aussi l'époxydation de ces méthylènes l'ouverture des époxydes obtenus conduisant à des fucoses méthylés. Le contrôle stéréochimique des réactions de méthylation est fait par chélation et aussi à l'aide d'acides de Lewis encombrés. Les époxydations sont éffectuées avec des peroxydes, des peracides et des dioxyranes pour vérifier la stéréosélectivité de ces réactifs sur les substrats étudiés. Les couplages glycosidiques sont réalisés avec des thiofucosides et aussi avec des trichloroacétimidates. La stéréochimie du carbone anomère est régie par les mécanismes de la paire d'ions et la participation du groupement voisin. Enfin, les composés synthétisés sont testés pour déterminer leur activité dans un test in vitro consistant en une inhibition de l'adhésion de cellules tumorales HL-60 sur les sélectines E et P.