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Les avancées technologiques offrent des opportunités sans précédents à la détection de variations génétiques. L’interprétation de l’information génétique grâce à l’utilisation d’organismes modèles fournit des données essentiellesà l’interprétation de ces variants en génétique médicale. Les pathologies neurodéveloppementales, incluant la déficience intellectuelle et les troubles du spectre autistique, représentent un défi pour l’analyse de variants de séquence du fait de la forte hétérogénéité de locus, la contribution étiologique majeure des variations de novo et les difficultés d’accès aux types cellulaires d’intérêt pour les analyses fonctionnelles. Utilisant des phénotypes anatomiques de substitution, nous avons mis en place et validé deux modèles poisson zèbre de pathologies neurodéveloppementales pour les gènes RORA et SIN3B. La détermination de la direction d’effet de variants non synonymes grâce au modèle poisson zèbre mise en parallèle de données radiologiques et cliniques a permis de définir deux sous-types nosologiques pour le gène RORA, selon la présence ou l’absence de lésions cérébelleuses. De plus, nous avons apporté des informations en faveur de la causalité étiologique de variants de SIN3B chez des patients atteints de déficience intellectuelle associée à un autisme syndromique en montrant des anomalies de mise en place de la structure cranio-faciale suite à l’inactivation du gène orthologue chez le poisson zèbre. Confirmant la haute valeur ajoutée du poisson zèbre pour modéliser les variations génétiques chez des patients atteints de pathologies neurodéveloppementales, ce travail souligne la particulière informativité de cette stratégie en médecine génomique. / Technological advances have opened unparalleled opportunities to detect genetic variation. Interpretation of these datausing in vivo disease modeling approaches provides helpful input to inform Medical Genetics clinical practice. Neurodevelopmental disorders, including intellectual disability and autism spectrum disorder, pose a major challengefor genomic data interpretation and disease modeling, given the extensive locus heterogeneity, high contribution of de novo variation to etiologic burden and low accessibility of cell types of interest. Using anatomical surrogate phenotypes in zebrafish, we established relevance to disease and tested pathogenicity of point mutations in novel neurodevelopmental disease causing genes RORA and SIN3B. First, we categorized the RORA-associated disorder in two clinical subtypes depending on the presence of cerebellar features present in addition to intellectual disability and autism spectrum disorder. Nonsynonymous variant testing in zebrafish indicated that there was a diverse direction of variant effect, which was consistent with the clinical subtypes observed. Additionally, we supported SIN3B involvement in a syndromic intellectual disability syndrome by demonstrating that disruption of craniofacial architecture, a comorbid feature, was caused by sin3b targeting in zebrafish. This work highlights the utility of the zebrafish model organism as an informative experimental tool for variant interpretation in genomic medicine, especially in neurodevelopmental disorders.

Le syndrome d’apnées obstructives du sommeil (SAOS) se caractérise par des collapsus récurrents des voies aériennes supérieures pendant le sommeil, entraînant des épisodes d’hypoxie/hypercapnie. Par ces variations gazeuses, le SAOS entraîne des altérations cardiorespiratoires, représentant ainsi un danger de vie pour les patients, mais dont certaines sont moins marquées chez les patientes. La prévalence chez les hommes est plus élevée que celle des femmes pré-ménopausées et elle est augmentée par l’obésité.L’objectif de ce doctorat était de caractériser les dimorphismes sexuels dans la neuroplasticité associée au SAOS, à l’origine des altérations cardiorespiratoires. Pour cela, nous avons soumis des souris à un protocole d’hypoxie intermittente chronique (HIC), ce modèle récapitulant l’hypoxie récurrente du SAOS. Dans l’encéphale de ces souris, nous avons pu apprécier des atteintes différentielles entre les souris mâles et femelles au sein de structures cardiorespiratoires avec un profil de neuroplasticité réservé aux femelles qui pourrait atténuer chez ces dernières les effets de l’HIC. Cela ouvre des pistes explicatives des différences sexuelles retrouvées chez les patients et patientes SAOS. Nous avons également caractérisé une souche de souris obèses (New Zealand Obese) en tant que modèle du SAOS. Nous fournissons ainsi le premier modèle murin naturel du SAOS lié à l’obésité. Enfin, ce travail contribue à une meilleure connaissance des différences sexuelles observées dans le SAOS et fournit un modèle facilement accessible qui offre la possibilité de réaliser des études plus complètes de la pathologie du SAOS. / The obstructive sleep apnea syndrome (OSAS) is characterized by recurrent collapse of the upper airways during sleep, generating episodes of hypoxia/hypercapnia. Thus, OSAS leads to life-threatening cardiorespiratory comorbidities, but of which some are less severe in female patients. The prevalence in men is higher than that of pre-menopausal women and it is increased by obesity. This doctoral thesis aimed to characterize sex differences in the neuroplasticity related to cardi-orespiratory comorbidities found in OSAS. In this context, we submitted mice to a protocol of chronic intermittent hypoxia, a model that recapitulates episodic hypoxia of OSAS. On isolated brain sections, we observed differential implication of cardiorespiratory structures between male and female mice with a specific neuroplastic pattern in females that could possibly explain sex differences observed in OSAS patients. In parallel, we have characterized an obese mouse strain (New Zealand Obese) as a model of OSAS. Thus, we provide the first naturel mouse model for OSAS related to obesity. The work presented in this thesis provides better understanding of sex differences observed in OSAS and provides a new model of OSAS that should allow more complete studies of the pathology of OSAS.

Includes bibliographies and indexes / xvi, 832 p. : / Title page, contents and abstract only. The complete thesis in print form is available from the University Library.

La radiothérapie thoracique peut induire le développement de pneumopathies aiguës et de fibroses. La dysfonction du système vasculaire participe au développement de lésions radiques. Dans l'intestin, un KO endothélial de PAI-1 protège les souris de la fibrose radique. Le premier objectif de ce projet est d'explorer le rôle de PAI-1 dans l'apparition de la fibrose radique pulmonaire. L'irradiation thoracique de souris à 17 Gy altère sévèrement le parenchyme pulmonaire et l'analyse histologique révèle que l'invalidation de PAI-1 aggrave les lésions à 2 et 13 semaines. Cette invalidation ne protège donc pas les animaux des dommages radiques pulmonaires. L'organisation en parallèle du poumon permet d'envisager une tolérance à de fortes doses par fraction sur des petits volumes. Des irradiations en conditions stéréotaxiques ont donc été réalisées chez la souris. Les analyses histologiques montrent une déstructuration alvéolaire et un fort infiltrat inflammatoire au niveau de la zone cible. Un œdème est observable dans l'ensemble du poumon ipsilatéral deux semaines après irradiation. Le poumon ipsilatéral est également affecté par des altérations de structure, tel un épaississement des septa alvéolaires. Ces bouleversements se traduisent également au niveau transcriptomique. A la vue de l'ensemble de ces altérations, un test à l'effort a été réalisé pour évaluer l'impact potentiel sur la fonction pulmonaire. Les résultats mettent en évidence une diminution des performances des animaux. Les analyses sont à approfondir mais elles démontrent l'importance de s'intéresser aux tissus sains situés hors du volume cible mais recevant des fractions variables de la dose délivrée. / Radiation-induced endothelial dysfunction is known to participate to the development of normal tissue damage. PAI- is implicated in the phenotypic changes of irradiated endothelial cells and KOendo mice are protected from radiation damage to the gut. Whole thorax of PAI-1 KOendo and floxed mice were exposed to 17 Gy. Histological analyzes showed that PAI-1 KOendo induces a worsening of injuries at 2 and 13 weeks. Consequently, contrary to the gut no protection from radiation-induced lung damage is observed in PAI-1 KOendo mice. Our second aim was to study the effects of a single high dose stereotactic irradiation on pulmonary tissues. Histological analyzes and scanner imaging show important injuries on the targeted volume. An ipsilateral edema can also be observed 2 weeks after irradiation. Ipsilateral lung is moreover importantly damaged. A thickening of alveolar septa is notably observable. A transcriptomic analysis show important similarities between tissues from the ipsilateral lung and the focal lesion. As really highly damages have been observed in both scanner and histological analyzes, we decided to perform forced physical activity test on treadmill. A drastic decrease of maximal distance traveled has been observed from two weeks. These experiments highlighted a deficiency in respiratory function and all of these results show the importance of non-targeted irradiated pulmonary volume in the development of radiation-induced fibrosis. Effect of an endothelium-specific deletion of HIF-1α has been investigated in this model of stereotactic irradiation. Only few differences have been observed between KOendo and control mice. Experiments are still ongoing.

GASP1 modulerait le trafic intracellulaire des RCPG après endocytose provoquée par les ligands. Au cours de ce travail nous nous sommes focalisés sur l’interaction de GASP-1 avec le récepteur beta2-adrénergique (B2AR) et ses conséquences fonctionnelles. Les agonistes du récepteur B2AR sont des bronchodilatateurs puissants utilisés dans le traitement de l’asthme. Avec le Dr N. Frossard, nous avons montré qu'un traitement chronique avec un agoniste B2AR induit le développement d'une hyper-réactivitée bronchique chez les souris sauvages mais pas chez les KO GASP1. Ce phénotype n’est pas relié à une différence dans la dégradation du récepteur B2AR entre les souris sauvages et KO GASP-1 mais est corrélé avec une augmentation du niveau de collagène dans les poumons des souris sauvages. Nos résultats indiquent que GASP1 joue un rôle important dans ce phénomène adaptatif qui serait relié à un remaniement des tissus bronchiques dépendant de cette protéine. / GASP1 have been shown to modulate the postendocytic sorting of different GPCRs.In order to better understand the role of GASP1 in regulating the activity and intracellular traffic king of GPCRs, we have focused our project on the functional consequences of the interaction between GASP1 and beta2-adrenergic receptor (B2AR). B2AR agonists are potent bronchodilators used in the treatment of asthma. With Dr. N. Frossard, we have shown that achronic treatment with a B2AR agonist induces the development of bronchial hyperresponsiveness in wild-type but not in KO GASP1 mice. Furthermore, we have shown that this phenotype is not related to a difference of B2AR receptor degradation between wild type and KO animals but correlates with an increase in collagen levels in the lungs of wild type mice that is not observed in GASP1KO animals. Altogether, our data suggest thatGASP1 is critically involved in these adaptations, which could be related to a GASP1-dependent modification of lung tissues.

Dans le cadre d’un programme de réhabilitation respiratoire (PRR) chez les patients atteints de BPCO, les sociétés savantes recommandent d’inclure un entrainement des muscles inspiratoires (EMI) chez les patients présentant une diminution objective de la force des muscles inspiratoires. Cette recommandation fait suite à une méta-analyse qui suggère qu’un EMI serait bénéfique lorsque la pression inspiratoire (PI) maximale est inferieure a 60 cm H2O.L’entraînement des muscles améliore la force et l’endurance des muscles inspiratoires, la capacité d’exercice et la dyspnée. Dans la dernière méta-analyse, les auteurs précisent que, dans le cadre d’un PRR, il n’est pas certain que l’EMI améliore davantage la dyspnée par rapport à un PRR seul.La question de départ est la suivante : est-ce que l’EMI au cours d’un PRR permet de diminuer davantage la dyspnée qu’un PRR seul ?Dans la première étude contrôlée randomisée, nous montrons que dans le cadre d’un PRR, l’EMI n’améliore pas davantage la dyspnée, chez des patients avec une force des muscles inspiratoires normale. Cependant, une analyse en sous-groupe tend à montrer que chez les patients plus sévèrement atteints (VEMS<50% théorique), l’EMI permettrait une amélioration plus importante de la dyspnée.La deuxième étude est le plus important essai contrôle randomise à propos de l’effet de l’EMI sur la dyspnée dans le cadre d’un PRR. Dans cette étude trois outils différents sont utilisés afin d’évaluer la dyspnée des patients, dont le questionnaire multidimensionnel MDP. Nous montrons que l’EMI ajoute a un PRR n’apporte pas une amélioration significativement plus importante de la dyspnée en comparaison a un PRR seul. Ainsi l’intérêt clinique de l’EMI dans le cadre d’un PRR semble remis en cause. / During a pulmonary rehabilitation program (PRP) in COPD patients, French and international respiratory societies recommend to include inspiratory muscles training (IMT) in patients with an objective inspiratory muscles weakness. This recommendation follows upon a meta-analysis which suggests that IMT would be beneficial when the maximal Inspiratory pressure (PImax) is lower than 60 cm H2O. IMT improves the strength and the endurance of the inspiratory muscles, the exercise capacity and the dyspnea. In the last meta-analysis, the authors specifies that, when IMT is associated to a PRP, it is not certain that IMT improves more the dyspnea compared with a PRP alone.The initial question of this work is: does IMT during a PRP allow decreasing more the dyspnea than a PRP alone?In the first randomized controlled trial, we show that during a PRP, IMT in COPD patients with normal inspiratory muscles strength does not improve more the dyspnea, compared to a PRP alone. However, an analysis in sub-groups tends to show that in severe or very severe COPD patients (VEMS < 50 % of predictive value), IMT would allow a higher improvement of the dyspnea.The second study is the most important randomized controlled trial about the effect of IMT on the dyspnea during pulmonary rehabilitation. In this study we used three different tools to estimate the dyspnea of the patients, of which the multidimensional Dyspnea Profile questionnaire (MDP). We show that IMT added to a PRP does not improve significantly more dyspnea compared to a PRP alone. So the clinical interest of IMT during a PRP seems questionnable.

Many of the habitats occupied by fish are highly dynamic, naturally demonstrating substantial abiotic fluctuations over diurnal, tidal or seasonal cycles. It is also the case that throughout their 545 million year evolutionary history, fish have existed in aquatic environments very different to those of the present day. However, the past several decades have seen unprecedented rates of environmental change, at local and global scales, arising from human activities. The two major themes of the present thesis are: 1) Respiratory responses of fish to changes in environmental oxygen and temperature in the context of exploring intra- and inter-specific trait variation and its ecological implications 2) The effects of environmental factors (oxygen, carbon dioxide, temperature and seawater chemistry) on the intestinal precipitation and excretion of calcium carbonate by marine teleosts. In the first study (chapter two) a comprehensive database of fish critical PO2 (Pcrit) data compiled from the published literature is presented. The systematic review of this literature provided the opportunity to critically examine methodologies for determining Pcrit as well as its usefulness as an indicator of hypoxia tolerance in fish. The second study (chapter three) examines whether inter- and intra-specific variation in thermal and hypoxia tolerance in two reef snapper species (Lutjanus carponotatus and Lutjanus adetii) reflects their distributions across the contrasting biophysical environments of the reef flat and reef slope surrounding Heron Island on the Great Barrier Reef. L. carponotatus was clearly the most thermally and hypoxia tolerant of the two species, demonstrating a ~3.5 °C wider thermal tolerance zone (higher CTmax, lower CTmin) and ~26% lower Pcrit than L. adetii. These results suggest that the contrasting distribution of these species between flat and slope reef zones is reflected in their physiological tolerances. However, there was no evidence of intra-species variation in tolerance between flat and slope caught L. carponotatus individuals, indicating that this species does not form physiologically distinct subpopulations between these reef zones. The third study (chapter four) experimentally quantified the effect of hypercarbia (3000 μatm) and hypoxia (50% air saturation) on gut carbonate production by the European flounder (Platichthys flesus). Both hypercarbia and hypoxia resulted in a significant increase in carbonate excretion rate (1.5-fold and 2.4-fold, respectively) and acted synergistically when combined. In the final study (chapter five), gut carbonate production was measured in the European flounder undergoing conditions simulating the ‘calcite seas’ of the Cretaceous. The results of this study support the hypothesis that ocean conditions prevalent during the Cretaceous period resulted in piscine carbonate production rates substantially higher (~14-fold) than the present day. Ultimately, this thesis directly links the environmental physiology of fish at the individual level to wider scale implications (past, present and future), ranging from local ecological patterns all the way up to global carbon cycles.