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Renal dysplasia is a disease characterized by developmental abnormalities of the kidney that affect 1 in 250 live births. Depending on the severity of the renal abnormalities, this disorder can lead to childhood kidney failure, adult onset chronic kidney disease, and hypertension. Currently, the best treatment options for patients with renal dysplasia are renal dialysis and kidney transplant. Our limited understanding of the pathogenesis of renal dysplasia has prevented the development of better treatment strategies for those patients. A hallmark of renal dysplasia is an expansion of loosely packed fibroblast cells, termed renal stroma. Markedly elevated levels of β-catenin have been reported in the expanded stromal population in patients with dysplastic kidneys. Yet, the contribution of stromal β-catenin to the pathogenesis of renal dysplasia is not known. Additionally, the role of stromal β-catenin in the developing kidney is not clear. The overall hypothesis of this PhD thesis is that β-catenin in stromal cells controls key signalling molecules that regulate proper kidney development. Furthermore, we hypothesize that elevated levels of β-catenin contribute to the pathogenesis of renal dysplasia. To mimic the human condition, we generated a mouse model that overexpresses β-catenin specifically in the stroma (termed β-catGOF-S). In addition, to gain a better understanding of its role in kidney development, we generated a second mouse model deficient for β-catenin exclusively in stromal cells (termed β-catS-/-). The goal of this study is to utilize these models to understand the role of stromal β-catenin in kidney formation and investigate its contribution to renal dysplasia. The first objective defines the contribution of stromal β-catenin to the genesis of renal dysplasia. We provide evidence for a mechanism whereby the overexpression of stromal β-catenin disrupts proper differentiation of stromal progenitors and leads to an expansion of stroma-like fibroblast cells and vascular morphogenesis defects. In the second objective, we establish a mechanism where stromal β-catenin modulates Wnt9b signaling in epithelial cells to control proliferation of the nephron progenitors. In the third objective, we define a role for stromal β-catenin in proper formation and survival of the medullary stroma. Finally, in a technical report, we outline a protocol to isolate stromal cells in the developing kidney and provide potential downstream applications to further our understanding of stromal β-catenin in the developing kidney. Taken together, our findings establish a crucial role for stromal β-catenin in the genesis of renal dysplasia and demonstrate, using two mouse models, that stromal β- catenin must be tightly regulated for proper formation of the stroma lineages and development of the kidney. / Thesis / Doctor of Philosophy (PhD)

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2016-2017 / Chez l’humain, les lymphocytes B mémoires IgG+ et IgA+ sont des cellules clés de l’immunité humorale. Ces cellules mémoires sont maintenues à long-terme dans notre organisme. Elles représentent une défense rapide et efficace contre toutes les infections que nous avons déjà vaincues pendant notre vie. Ces cellules mémoires qui rencontrent à nouveau leur antigène se différencient rapidement en plasmocytes à courte vie, et permettent la sécrétion massive d’immunoglobuline (Ig). La contrepartie mémoire de ces cellules sont les plasmocytes à longue vie qui sont présents dans les niches de la moelle osseuse et y sécrètent en permanence des anticorps protecteurs qui circulent dans le sang. Ces cellules sécrétrices peuvent avoir une durée de vie allant de dizaines d’années à la vie entière de l’individu. Les patients qui reçoivent des traitements de chimiothérapie ou de radiothérapie sont privés de ces cellules mémoires détruites par ces traitements au même titre que les cellules cancéreuses. Ces patients deviennent vulnérables aux infections et leur survie dépend de la régénération rapide de leur système hématopoïétique. Notre équipe a déjà mis au point une méthode pour préparer de grandes quantités des cellules mémoires capables de sécréter des IgG et des IgA. Les présents travaux visent à générer des plasmocytes fonctionnels et capables de survivre à long terme in vitro. La stratégie expérimentale visait à établir des conditions permettant de se rapprocher de l’environnement de la moelle osseuse. Dans un premier temps, nous avons étudié les paramètres permettant la différenciation des lymphocytes B mémoires en plasmocytes. Étant donné l’importance du potentiel redox dans l’environnement de la moelle osseuse, nous avons d’abord tenté d’en contrôler l’impact avec un antioxydant, le N-acétyle cystéine (NAC). Nos résultats ont démontré que le NAC avait un effet significatif et diminuait la phosphorylation de la protéine STAT3 en raison d’une inhibition des kinases JAK2 et JAK3. Étonnamment, cet antioxydant retardait la différenciation de nos lymphocytes B qui étaient stimulés avec une forte interaction CD40-CD154. Par la suite, la comparaison des interactions CD40-CD154 et CD27-CD70 a permis de conclure qu’il était essentiel de réduire à son minimum l’interaction CD40-CD154 et qu’il fallait ajouter les cytokines IL-6 et IL-10. Les cellules CD31+CD38+CD138+ générées présentaient un phénotype similaire à celui des plasmocytes de la moelle osseuse. Malheureusement la fréquence de ces cellules était faible et leur viabilité insuffisante. Afin d’augmenter la survie de ces cellules le dernier volet de nos travaux visait à se rapprocher des niches de la moelle osseuse. Notre but a été atteint en ajoutant des cellules mésenchymateuses issues de la moelle osseuse en présence de 8% de dioxygène (O2). Les cellules CD31+CD38+CD138+ générées ont une excellente viabilité et représentent plus de 50% des cellules totales en culture. De plus, le modèle de culture est maintenant établi dans un milieu exempt de sérum et de protéines animales. Dans l’ensemble, nos résultats permettent de proposer la production ex vivo de plasmocytes autologues avec une perspective thérapeutique pour réduire les risques d’infections des patients devenues immunodéficients, suite à un traitement de radiothérapie ou de chimiothérapie. / In Humans, IgG+- and IgA+ memory B lymphocytes are key cells for the maintenance of humoral immunity. Memory B lymphocytes are long-lived cells maintained as a memory repertoire throughout our lives. Memory B lymphocytes can establish an efficient and rapid defense against previously encountered infections. These cells rapidly differentiate into short-lived plasma cells secreting high levels of antibodies. Their counterpart, the long-lived plasma cells are the memory populations present in the bone marrow microenvironment. The long-lived plasma cells release protective antibodies into the peripheral blood, maintaining a permanent immune protection. Plasma cells can remain active for years or even for the entire life of an individual. Conversely, patients treated for cancer receive massive doses of chemotherapy or radiotherapy, which are detrimental for immune memory cells as well as cancerous cells. Those patients become highly vulnerable to infectious diseases and their survival depends on the regeneration of their hematopoietic system. Our research group has established an in vitro model enabling to prepare large quantities of IgG and IgA-secreting memory B lymphocytes. The present study aims to further investigate in vitro conditions to generate plasma cells with high survival capacity and able to secrete antibodies. Our experimental strategy intends to establish culture conditions similar to the bone marrow environment. The first step was to study parameters involved into differentiation of memory B lymphocytes into plasma cells. The importance of the redox balance in the bone marrow environment led us to measure the impact of Nacetyl cysteine (NAC), an antioxidant. Our results showed that NAC decreased STAT3 activation by inhibiting the phosphorylation of two kinases namely JAK2 and JAK3. Surprisingly, the addition of NAC had a negative effect on the differentiation of memory B lymphocytes in our culture conditions using a high level of CD40 stimulation. By comparing the levels of CD40-CD154 and CD27-CD70 interactions, we then confirmed that a low level of CD40-CD154 interaction was essential. We also established that addition of IL-6 and IL-10 was better to favor plasma cell generation. The cells obtained in this model were CD31+CD38+CD138+, showing a phenotype close to that of plasma cells found in the bone marrow. Unfortunately, those cells were produced in low frequency and were characterized by a low viability. To increase the survival of these in vitro generated plasma cells, we tried to generate culture conditions that resemble the bone marrow environment. We have achieved this by adding mesenchymal stem cells from bone marrow and maintained the cells at a low O2 level (8%). Cells CD31+CD38+CD138+ obtained at the end of the culture periods showed a high viability, and corresponded to more than 50% of total cultured cells. As expected, those cells were non-proliferating and able to secrete IgG. Furthermore, this in vitro culture model was established with a serum free media. In conclusion, our findings pave the way for the ex vivo production of autologous plasma cell for therapeutic purposes in order to reduce the risks of infection of immune-deficient patients.

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Page i was not in the other copies of this thesis. -Digitization Centre / Tn5 mutagenesis was used to generate four independent mutants of Rhizobium meliloti that were unable to grow on protocatechuate (Pca-). Two of the Pca- mutations were mapped to a region of the second symbiotic megaplasmid (pRmeSU47b) previously shown to be required for growth on protocatechuate. This pca locus was shown to consist of the first five structural genes of the protocatechuate branch of the B-ketoadipate pathway, in the order pcaDCHGB. This gene order is the same as determined for Agrobacterium tumefaciens. An additional reading frame with homology to LysR-type regulators was found to be upstream of, and transcribed divergently to the pcaDCGHB operon. This is likely to fulfil the same role as the regulatory gene, pcaQ, of A. tumefaciens. A cosmid plasmid which carried these pea genes failed to complement the Pca- phenotype of a strain carrying a 300 kb megaplasmid deletion encompassing this pea locus. This implies that another pca locus, perhaps pcaIJ, is present within the deleted region of the rnegaplasmid. Two Pca- Tn5 insertions which did not map to the megaplasmid locus were isolated. One of these insertions appears to be in a catalase gene. / Thesis / Master of Science (MS)

Le point de départ de notre recherche est le constat que, depuis près de cinquante ans, trois écoles de taxinomie s'affrontent sur le terrain de la taxinomie historique, sans qu'il ne paraisse y avoir d'entente en vue. La lecture attentive des textes fondateurs des différentes écoles nous a permis de constater que le débat perdure en raison d'une compréhension insuffisante des conceptions philosophiques sur lesquelles les écoles font reposer leurs positions. En effet, les écoles semblent incapables de sortir du dilemme que leur posent leur acceptation de la condamnation de l'essentialisme et leur hésitation à embrasser pleinement l'anti-réalisme épistémologique. C'est pourquoi elles reportent leur attention sur la question de l'objectivité en science et proposent, en fin de compte, des approches différentes de la prise de décision.Pour conclure, l'élaboration d'une taxinomie rationnelle pourrait peut-être contribuer à dénouer l'impasse. Il importe toutefois de demeurer très prudent. Les recherches empiriques actuelles en evolutionary developmental biology (evo-devo) et la notion aristotélicienne de nature mériteraient d'être creusées davantage à cet égard.

Les infections opportunistes sont l’une des principales causes de mortalité associées à la greffe de cellules souches. Afin d’aider à reconstituer le système immunitaire des patients greffés, nous proposons d’exploiter les plasmocytes autologues générés in vitro dans notre modèle de culture basé sur l’interaction CD40-CD154. Pour ce faire, les milieux de culture doivent être exempts de protéines animales. Deux milieux sans sérum ont été préalablement développés à Héma-Québec. Notre hypothèse est qu’il serait maintenant possible de promouvoir la différenciation des lymphocytes B et de maintenir la survie des plasmocytes en modifiant la composition de ces milieux sans sérum. Nos résultats montrent que notre milieu sans protéines animales permet de générer un grand nombre de plasmocytes et que ceux-ci ont un profil d’expression de CD38 qui est stabilisé par la vitamine A. En conclusion, la formulation de ce milieu représente un progrès quant à la possibilité d’utiliser ces plasmocytes en immunothérapie.

La lymphocytose polyclonale chronique B (LPCB) est un syndrome peu connu caractérisé par une élévation polyclonale du nombre de lymphocytes B et de l’IgM sérique. Elle se distingue des pathologies lymphoïdes classiques par son origine polyclonale, sa grande stabilité ainsi que sa symptomatologie discrète et affecte majoritairement des femmes fumeuses. La présence de caractéristiques morphologiques et cytogénétiques distinctives, notamment cellules binucléées et anomalies génétiques (réarrangements bcl2/Ig multiples, isochromosome +i(3q)), guide le diagnostic initial. Ces particularités associées à un processus de transformation maligne contrastent avec l’apparente bénignité de la LPCB. Néanmoins, elles n’ont pas permis la délimitation précise de la population B impliquée dans la lymphocytose. Nos travaux avaient pour but d’identifier la population et les mécanismes impliqués dans l’émergence du syndrome, et éventuellement d’estimer les risques de progression clinique. En premier lieu, l’évaluation détaillée du profil immunologique des lymphocytes sanguins chez plusieurs patientes nous a permis de circonscrire formellement la lymphocytose aux cellules B IgD+IgM+CD27+. Mettant à profit les récentes avancées techniques et théoriques concernant la biologie du développement chez le lymphocyte B mature, nous avons entrepris l’analyse moléculaire des régions variables des gènes des immunoglobulines. Ces investigations ont confirmé le statut mémoire des cellules B en expansion dans la LPCB. Elles n’ont toutefois pas révélé la signature moléculaire résultant de sélection antigénique, processus central de la réponse immunitaire T-dépendante. Parallèlement, nos études fonctionnelles ont attesté de l’intégrité des molécules CD40 et AID, deux régulateurs clés de la maturation chez le lymphocyte B. Il ressort de nos analyses qu’un défaut dans la régulation de la réponse immunitaire, permettant le contournement de la sélection antigénique dans les centres germinatifs, plutôt qu’un blocage de différenciation cellulaire, serait probablement à l’origine de la lymphocytose. Alternativement, ces cellules pourraient être dérivées d’une population nouvellement caractérisée, les lymphocytes B mémoires de la zone marginale splénique, aussi retrouvés dans le sang, provenant présumement d’une voie de diversification indépendante des centres germinatifs. En conclusion, nos résultats ont permis de préciser le portrait diagnostique de la LPCB et de délimiter de nouvelles pistes de recherche touchant tant les aspects cliniques que la biologie fondamentale du syndrome. / Persistent polyclonal B cell lymphocytosis (PPBL) is an unusual haematological disorder, mainly detected in adult female smokers, that shares features of both benignity (polyclonal expansion, polyconal IgM secretion, lack of clinical symptoms, stable and mostly uneventful course); and features of malignancy (atypical binucleated cells, multiple bcl-2/Ig translocations, chromosome 3 anomalies, bone marrow involvement). Still, these morphological and clonal genetic anomalies have not been restricted to a distinctive B cell subset, and the apparent heterogeneity of the involved cellular population has long impeded further characterization of the syndrome. The aim of our research was to formally identify the population involved in the lymphocytosis, to gain some insight into the mechanisms at play in its development and to evaluate the risk for subsequent transformation in patients. Over the recent years, technical inputs from the molecular field have largely contributed to a better discrimination of the various B cells subsets and, by extension, of B cell lymphoid disorders. Thus, detailed immunophenotypic studies conducted in numerous PPBL patients allowed us to definitely circumscribe the disorder to IgD+IgM+CD27+ B lymphocytes, whereas exhaustive molecular analysis of immunoglobulin genes’ variable regions has corroborated the memory status of these cells. Yet, molecular signature of the antigenic selection process, the characteristic of a T-dependent immune response, was not detected. Sequencing of the CD40 and AID genes, key regulators in the diversification and affinity maturation of the immunoglobulin receptor, was additionally carried out and expression of both molecules was assessed. No anomaly was evidenced for either gene. In light of those observations, we conclude that a differentiation block in PPBL B lymphocytes is unlikely. Rather, we propose that defects in the affinity maturation process, namely impairment of the antigenic selection mechanism, allows the survival of low affinity IgD+IgM+CD27+ memory B lymphocytes in PPBL patients. Conversely, these cells could be related to the as yet scantily characterized IgD+IgM+CD27+ memory B cell subset from the splenic MZ, also found in the blood, and presumably derived from a germinal centre independent diversification pathway. Altogether, our results contributed to the elaboration of an accurate clinical definition for PPBL, and delineated avenues for future investigations regarding both the pathological aspects of the disorder and its purely fundamental biologic ramifications.