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Les maladies chroniques, comme les maladies cardiovasculaires (MCV), la maladie d'Alzheimer (AD), la dépression et l'ostéoporose, sont les principales causes de mortalité dans le monde. L'identification de facteurs de risque communs à ces maladies pourrait contribuer à un vieillissement «sain» mieux surveillé en utilisant des stratégies personnalisées de prédiction des risques, de prévention précoce et de traitement adéquat, en tenant compte des comorbidités très souvent existantes. Dans cette thèse, 8 publications ont été développées. Dans un premier temps, j'ai résumé, dans un article de revue, les défis actuels et les opportunités de la pharmacogénomique des médicaments contre les maladies cardiovasculaires. J'ai participé à la formation d'un consortium international, le Consortium VEGF et j'ai participé à une étude qui a identifié des interactions épistasiques entre les polymorphismes qui régulent les niveaux de VEGF et la pression artérielle et les indices d'adiposité. J'ai également démontré qu’un marqueur génétique de VEGF, le rs4416670, était significativement associé à un risque accru de dépression. En outre, j'ai signalé deux interactions significatives entre les variantes liées au VEGF affectant la densité minérale osseuse du col fémoral chez les femmes ménopausées. J'ai également étudié deux marqueurs liés au métabolisme des lipides : l'apolipoprotéine E (APOE) et le «lipolysis-stimulated receptor» (LSR). J'ai trouvé que le variant LSR rs916147 peut interagir avec APOE d'une manière qui inverse l'effet protecteur de l'allèle ε2 de l'APOE sur les lipides sanguins, fournissant ainsi de nouvelles connaissances sur les mécanismes de l'hyperlipoprotéinémie de type III. Les interactions épistasiques entre ces deux gènes augmentent également le risque d’AD même en l'absence de l'allèle à risque, APOE ε4. Finalement, j'ai réalisé des études épigénetiques (EWAS) sur l'obésité centrale et les traits lipidiques chez des individus sains. Les résultats suggèrent qu'un CpG pourrait affecter le tour de taille à travers une voie de signalisation de l'insuline. En outre, deux CpGs ont été associées aux niveaux des triglycérides par des gènes liés aux maladies cardiaques génétiques (PRKAG2) et à l'inhibition de la signalisation Wnt / bêta-caténine impliquée dans le développement des MCV et d’AD (KREMEN2). En conclusion, dans cette thèse j’ai utilisé l'étude de l'épistasie et de l'épigénétique pour identifier des interrelations complexes entre VEGF, LSR, APOE et différentes maladies chroniques (MCV, AD, ostéoporose, dépression) proposant ainsi de nouveaux mécanismes et des dénominateurs communs de ces maladies qui devraient être utilisés comme biomarqueurs de médecine personnalisée / Chronic diseases, like cardiovascular diseases (CVD), Alzheimer’s disease (AD), depression and osteoporosis, are major causes of mortality in the world. Identification of common to those diseases risk factors could help for a better-monitored ‘healthy’ aging, by promotion of personalised strategies for risk prediction, early prevention and adequate treatment, all taking into account the very often existing comorbidities. In this thesis, 8 publications have been developed. Initially, in a review paper, I have summarised the current challenges and opportunities of pharmacogenomics of CVD medications. I have participated in the formation of an international consortium, the VEGF Consortium, and I have participated in a study that identified significant epistatic interactions between polymorphisms that regulate the levels of VEGF and their effects on blood pressure and adiposity indexes. I have also demonstrated that one genetic marker of VEGF, rs4416670, was significantly associated with an increased risk for depression. Furthermore, I have reported two significant interactions between VEGF-related variants affecting the femoral neck bone mineral density in post-menopausal women. I have focused also on two markers linked with lipids metabolism: the apolipoprotein E (APOE) and the lipolysis-stimulated receptor (LSR). I have found that the LSR variant rs916147 can interact with APOE in a way that reverses the protective effect of the ε2 allele of APOE on blood lipids, thus providing new insights in the mechanisms underlying type III hyperlipoproteinemia. Epistatic interactions between these two genes have also been shown to increase the risk of AD, even in the absence of the known risk allele APOE ε4. Finally, I have performed epigenome-wide association studies (EWAS) on central obesity and blood lipid traits in healthy individuals. The results suggest that one methylation probe could affect waist circumference through an insulin-signaling pathway. Furthermore, two methylations probes were associated with triglycerides levels through genes linked with genetic heart diseases (PRKAG2) and with inhibition of the Wnt/beta-catenin signaling that is involved in CVD and AD development (KREMEN2). In conclusion, this thesis used the study of epistasis and epigenetics and identified complex inter-relationships between VEGF, LSR, APOE and different chronic diseases (CVD, AD, osteoporosis, depression) and novel mechanisms that link disease development with DNA methylation, thus demonstrating their role as common denominators of diseases that can be used as valuable markers in personalised medicine

La lutte contre les maladies chroniques nécessite la mise en œuvre de nouvelles stratégies de prédiction du risque et de prévention. La médecine personnalisée représente une approche sophistiquée pour réussir la prise en charge des morbidités de populations vieillissantes. Dans le cadre de ces travaux de thèse inspirés par les principes de la médecine personnalisée, nous décrivons une approche qui associe plusieurs méthodologies «-omiques». Nous avons utilisé un modèle de «dénominateur commun» pour les maladies chroniques afin d'identifier des biomarqueurs associés aux facteurs de risque et aux voies biologiques de maladies courantes. Par l’étude de variants génétiques localisés dans la région comportant le gène TREM2, nous avons identifié une association entre le rs6918289 et à la fois de taux élevés de TNF-α et une augmentation de l’épaisseur intima-média de l’artère fémorale. Grâce à des études d’association panépigénomique (EWAS), nous avons identifié de nouveaux marqueurs épigénétiques liés à des facteurs de risque de maladies courantes. Un site CpG de méthylation était associé à une augmentation du tour de taille, contribuant à expliquer la régulation épigénétique de l’obésité abdominale. De plus, une étude EWAS des taux de triglycérides a permis d’identifier deux sites CpG significatifs. L’un de ces deux sites a pu être confirmé dans le tissu adipeux. Une étude EWAS a également été réalisée pour décrire la régulation épigénétique des concentrations de VEGF-A. 20 sites CpG ont pu être identifiés ainsi et leurs relations avec la régulation du VEGF-A ont été examinées par analyse bioinformatique poussée. Les liens entre le VEGF-A et 11 cytokines ont également été étudiés. Le taux de protéine VEGF-A était associé à IL-4, MCP1 et EGF. Les associations entre les cytokines et des isoformes spécifiques de l’ARNm du VEGF-A ont également été évaluées : le VEGF165 était associé à MCP1 et IL-1α, et le VEGF189 à IL-4 et IL-6. Nous avons étudié le rôle du VEGF-A et LT dans l’athérosclérose. Cela a permis d’identifier un variant génétique lié au VEGF-A associé à l’attrition des télomères qui pourrait constituer un dénominateur commun pour les maladies chroniques. L’utilisation de diverses méthodologies pour étudier les facteurs de risque et les voies impliquées dans des maladies chroniques courantes a permis d’identifier de nouveaux marqueurs diagnostiques qui pourraient améliorer la prédiction du risque de maladie basée sur le profil génétique de chaque individu. / The fight against common chronic diseases requires the implementation of new risk prediction and prevention strategies. Personalised medicine offers sophisticated approaches for management of the morbidities of the ageing population. In this thesis, inspired by the principles of personalised medicine, we describe an integrative approach combining “-omics” methodologies. We use a model of a “common denominator” for cardiovascular disease (CVD) and other chronic diseases to identify biomarkers linked with common diseases risk factors and molecular pathways. With the investigation of genetic variants, located in the region of the TREM2 gene, we identified the association of SNP rs6918289 with increased levels of TNF-α and intima-media thickness of the femoral artery. With the use of epigenome-wide association studies (EWAS), we identified novel epigenetic biomarkers related to common diseases risk factors: central obesity and lipid levels. One methylation site (CpG) was associated with increased waist circumference (cg16170243), which could explain the epigenetic regulation of central obesity. Moreover, an EWAS of the triglyceride levels identified two significant CpG sites, one of which was replicated in the adipose tissue (cg04580029), giving insights into epigenetic regulation of lipid levels. An EWAS was also used to study the epigenetics of VEGF-A levels; 20 CpG sites were identified and their relations with VEGF-A regulation were analysed through detailed bioinformatics analysis. VEGF-A was further investigated for its relation with 11 cytokines. VEGF-A protein levels were associated with IL-4, MCP1 and EGF. Specific VEGF-A mRNA isoforms were also investigated for their association with cytokines; VEGF165 showed associations with MCP1 and IL-1α and VEGF189 with IL-4 and IL-6. Together with another important biomarker, TL, we studied the role of VEGF-A in atherosclerosis and identified one VEGF-A related genetic variant associated with telomere attrition, which could present a common denominator of chronic diseases. The employment of diverse methodologies for the investigation of common chronic diseases risk factors and pathways provided new diagnostic markers and generated results, which could help to improve the diseases risk prediction based on the individual genetic “make-up”. New insights into associations between different biomarkers might help in understanding the pathophysiological pathways common between CVDs and other chronic diseases.

Les cancers ovariens se distinguent par leur faible incidence, associée à une mortalité élevée, et représente la cinquième cause de mortalité par cancer pour la population féminine. Cette mortalité est due principalement à l’absence de symptômes aux stades précoces des cancers ovariens, retardant leur diagnostic, majoritairement posé lorsqu’une carcinomatose péritonéale est installée. La cavité abdominale est alors envahie par de nombreuses métastases. Le traitement de référence est la chirurgie de cytoréduction complète et la chimiothérapie par voie intraveineuse. Lors de la chirurgie, le chirurgien doit inspecter la totalité de la surface de la cavité péritonéale, et éliminer des tumeurs de toutes tailles, mêmes submillimétriques. Faute de pouvoir détecter toutes les métastases, la cytoréduction est souvent partielle, avec pour conséquence une diminution des chances de guérison. Afin de guider le chirurgien et améliorer le pourcentage de cytoréduction complète, des sondes fluorescentes, conçues pour marquer spécifiquement les tumeurs, ont été développées. Malgré des résultats encourageants, ces sondes souffrent de nombreuses limitations en termes de brillance, de stabilité, et de modularité. Dans ce contexte, de nombreuses nanoparticules, capables de passer outre ces limitations, suscitent un grand intérêt. Parmi celles-ci, des nanocristaux semi-conducteurs, appelés quantum dots, se distinguent par une brillance exceptionnelle. Notre étude s’est basée sur ces quantum dots, associés à un agent de ciblage de référence pour les cancers ovariens, le folate. D’abord testées sur modèles cellulaires et tumoraux in vitro, ces nanoparticules ont démontré de bonnes capacités d’imagerie. Ces propriétés ont ensuite été expérimentées sur modèle murin de carcinomatose péritonéale. Enfin, la bioaccumulation des quantum dots restant un obstacle à leur application clinique, différentes alternatives ont été appliquées pour tenter d’obtenir leur excrétion / Ovarian cancers have a low incidence but a high mortality rate, making them the fifth cause of death by cancer for female population. This high mortality rate is associated with the absence of symptom at the early stage of ovarian cancer, often delaying the diagnosis to advanced stages, mainly peritoneal carcinomatosis. At this stage, metastases have already invaded the abdominal cavity. The reference treatment combines a complete cytoreduction surgery and intravenous chemotherapy. During the cytoreduction, the surgeon must inspect the whole peritoneal surface, and remove all of all sizes, even sub-millimetric. Because of the difficulty to detect and to remove every cancerous tissue, cytoreduction is frequently incomplete, thus reducing the recovery rate. To guide the surgeon and to increase the percentage of complete cytoreduction, fluorescent probes have been developed to target tumors specifically. Despite encouraging results, these probes suffer from many limitations such as low brightness, weak stability and cumbersome modularity. In this context, nanoparticles, that are able to outpass these limitations, have generated a growing interest. Among these nanoparticles, semiconductor nanocristals, called quantum dots, display an exceptional brightness. We investigated these quantum dots, associated with folate, a reference targeting agent for ovarian cancers. Firstly investigated on in vitro cellular and tumor model, folate targeted nanoparticles show encouraging imaging capabilities. These capabilites were also experimented on peritoneal carcinomatosis murine model. Finally, the main obstacle to quantum dot clinical application remains their bioaccumulation, therefore, different alternatives were explored to achieve excretion

Le niveau de risque dans l'HTA est lié en partie au niveau de pression artérielle systolique (PAS) et diastolique (PAD) mais également aux atteintes d'organes cibles infracliniques. Les objectifs de ce travail sont de rechercher des facteurs pronostiques concernant le remodelage du ventricule gauche et de l'aorte dans le cadre des pathologies cardiovasculaires. Les résultats ont été obtenus à partir de la cohorte historique OLD-HTA constituée au début des années 1970 et des patients pris en charge actuellement dans le service de cardiologie. Concernant le remodelage ventriculaire gauche, nous démontrons que l'onde R aVL sur l'ECG est corrélé à l'hypertrophie ventriculaire gauche en s'appuyant sur l'IRM cardiaque comme gold standard et qu'elle permet de prédire la mortalité toute cause et cardiovasculaire dans l'HTA. D'autre part, nos résultats permettent de mieux appréhender la valeur pronostique de la PAD qui devient un élément protecteur pour une PAS donnée en cas d'athérome aortique. Enfin, nous démontrons que la présence d'athérome aortique ou de calcifications aortiques est un élément prédicteur d'événements cardiovasculaires dans les suites d'un remplacement valvulaire aortique percutané et lorsque la fréquence cardiaque est élevée chez le patient hypertendu. L'ensemble de ces éléments pronostiques permettra à l'avenir de mieux stratifier le risque cardiovasculaire de nos patients en évaluant afin de leur proposer les thérapeutiques les plus adaptées / Risk stratification in hypertension is related to the level of systolic blood pressure (SBP) and diastolic blood pressure (DBP) but also to the presence of subclinical target organ damages. The aims of the studies conducted were to determine the prognostic values of left ventricular and aortic remodeling in the clinical setting of cardiovascular disease. Results were obtained in our historic OLD-HTA cohort started in the 70’s and with patients currently treated in our cardiology department. Regarding left ventricular remodeling, we demonstrated that R wave in aVL lead from the electrocardiogram is a robust index of left ventricular hypertrophy using cardiac MRI and this index is also a powerful predictor of all-cause and cardiovascular mortality in hypertension. Moreover, our results indicated that at a specific level of SBP, a low DBP is harmful in the presence of aortic atheroma. Therefore, aortic atherosclerosis or aortic calcifications are a major predictor of cardiovascular events after transcutaneous aortic valve implantation and in hypertensive patients with high resting heart rate. Taken together these data emphasize the interplay between aorta and the heart and provide some new hints to improve risk stratification particularly in hypertension

Nous avons abordé dans l’ensemble de nos travaux deux paramètres importants pour l’immunomonitoring des patients atteints d’un cancer : les cellules tumorales circulantes (CTC) comme un indicateur de la « charge antigénique tumorale » et la réponse immune lymphocytaire T spécifique d’antigènes associés aux tumeurs (AAT). Nous avons évalué d’abord la valeur diagnostique et pronostique des CTC dans les cancers des voies aérodigestives supérieures (« HNSCC » en anglais) par une revue systématique et meta-analyse de la littérature. Les preuves actuelles identifient le test de détection de CTC comme un test extrêmement spécifique, mais de faible sensibilité dans les HNSCC. En outre, la présence de CTC indique une DFS (« disease free survival ») inférieure. Nous rapportons également pour la première fois un cas rare d’énumération extrêmement élevée de CTC détectées par le système CellSearch® chez un patient présentant un carcinome épidermoïde de la cavité buccale en utilisant. Le nombre absolu de CTC pourrait donc prédire une phase particulière de développement du cancer ainsi qu'une mauvaise survie, contribuant potentiellement à une prise en charge médicale personnalisée. De plus, nous décrivons une adaptation de la méthode CellSearch® qui nous avons développée pour détecter les cellules tumorales dans le liquide céphalo-rachidien de patients atteints de méningites carcinomateuses. Cette nouvelle approche permet une sensibilité nettement améliorée en comparaison avec la cytologie conventionnelle. La technologie CellSearch®, appliquée à des volumes limités des échantillons et permettant une augmentation du temps pré-analytique, pourrait ainsi avoir un grand intérêt dans le diagnostic de métastases leptoméningées chez les patients atteints d’un cancer d’origine épithéliale. Par une évaluation concomitante des CTC et des réponses lymphocytaires spécifiques aux AAT chez 24 patients avec HNSCC, nous avons trouvé que les CTC pourraient être un indicateur indépendant de la charge tumorale immunogène. L'absence de CTC, la présence de lymphocytes T spécifiques aux AAT, ou la combinaison de ceux-ci, étaient tous des paramètres montrant une tendance pour une meilleure survie globale ou une survie sans maladie. L’amplitude et les signatures fonctionnelles des lymphocytes T spécifiques aux AAT chez les patients atteints de HNSCC étaient associées à la présence de CTC. Ces résultats suggèrent qu’une évaluation concomitante de ces deux paramètres pourrait être plus informative sur le pronostic et potentiellement sur l’impact des traitements (notamment dans la perspective d’un traitement par des « immune checkpoints ») / We have evaluated herein two important parameters in the immunomonitoring of cancer patients: circulating tumor cells (CTC) as an indicator of “tumoral antigenic load” and tumor-associated antigens (TAA) specific T-cells. We firstly evaluated the diagnostic and prognostic value of CTC in Head and Neck Squamous Cell Carcinoma (HNSCC) by a systematic review and meta-analysis. We came to the conclusion that current evidence identifies the CTC detection test as an extremely specific but low sensitive test in HNSCC. In addition, the presence of CTC indicates a worse disease-free disease (DFS). Also, we report for the first time a rare case of extremely high enumeration of circulating tumor cells detected in a patient with squamous cell carcinoma of the oral cavity using the CellSearch® system. The absolute number of CTC could therefore predict a particular phase of cancer development as well as a poor survival, potentially contributing to personalized health. In addition, we describe an adaptation of the CellSearch® method that we have developed for detecting tumor cells in the cerebrospinal fluid of patients with carcinomatous meningitis. This new approach reaches a significantly improved sensitivity compared to conventional cytology. CellSearch® technology, applied to limited sample volumes and allowing an increased pre-analytical time, may be of great interest in the diagnosis of leptomeningeal metastases in patients with epithelial cancer. By a concomitant evaluation of CTC and TAA-specific lymphocyte responses in 24 HNSCC patients, we describe that CTC could be an independent indicator of immunogenic tumor burden. The absence of CTC, the presence of TAA-specific T-cells, or the combination of these, were all parameters showing a trend for a better overall survival or DFS. The amplitude and functional signatures of TAA-specific T-lymphocytes in patients with HNSCC were associated with the presence of CTC. These results suggest that a concomitant evaluation of these two parameters may be more pertinent for prognosis assessment as well as for treatment impact, especially in “checkpoint-inhibitors” new immunotherapies