L’hyperaldostéronisme primaire [HAP] résulte d’une hypersécrétion d’aldostérone d’origine surrénale. La compréhension de la pathogénie de cette maladie, dont la prévalence est estimée à 10% de la population hypertendue, est essentielle pour le développement de nouveaux outils diagnostiques et thérapeutiques. Dans ce contexte, ce travail de doctorat avait pour but d’identifier de nouvelles orientations thérapeutiques en testant un inhibiteur de l’aldostérone synthase et de rechercher de nouveaux marqueurs diagnostiques par l’étude du profil d’expression des microARN [miRs]. Dans une étude de phase II, 14 patients présentant un HAP ont reçu un inhibiteur de l’aldostérone synthase : le LCI699 pendant 4 semaines. Nous avons ainsi pu montrer que le LCI699 permet de diminuer les concentrations d’aldostérone de 70 à 80% et de normaliser la kaliémie chez tous les patients. En revanche, il n’a qu’un effet modéré sur la pression artérielle et sur l’élévation des concentrations de rénine, et n’est que partiellement sélectif pour l’aldostérone synthase. De plus son efficacité est moindre que celle de l’éplérénone, antagoniste minéralocorticoide administré aux mêmes patients au décours du LCI699. Nous avons ensuite étudié l’expression de 754 miRs dans des adénomes produisant de l’aldostérone [APA] et dans des surrénales contrôles. L’hypothèse était qu’une dérégulation de leur expression pouvait être impliquée dans la tumorigénèse et la surproduction d’aldostérone. L’objectif secondaire était d’identifier des miRs utilisables en tant que biomarqueurs. Cette analyse par carte microfluidique a révélé que 27 miRs sont significativement sous exprimés dans les APA et un seul miR est surexprimé. L’expression différentielle de deux de ces miRs : miR 137 et miR 375 a pu être confirmée dans une cohorte de validation de 36 APA: Des résultats préliminaires in vitro indiquent que le miR 375 pourrait induire une diminution de la synthèse d’aldostérone. Enfin, l’analyse de l’expression de ces miRs dans le plasma a permis de mettre en évidence une sous-expression du miR 375 chez les patients atteints d’HAP en comparaison à des sujets sains. En conclusion, le blocage de la biosynthèse de l’aldostérone représente une nouvelle option thérapeutiques, cependant il est nécessaire de développer une seconde génération de molécules : plus puissantes et plus sélectives. Les analyses effectuées sur les APA ouvrent de nouvelles perspectives pour l’identification de nouveaux biomarqueurs tels que les miRs circulants / Primary aldosteronism [PA] results from the hypersecretion of aldosterone by the adrenals. Understanding the pathogenesis of the disease is essential for identifying new diagnostic and therapeutic tools. In this context the purpose of my PHD was to investigate the effects of an aldosterone synthase inhibitor and second to investigate new diagnostic options by the extensive study of microRNA [miRNA]. In a phase II clinical study, 14 patients with PA were administered an aldosterone synthase inhibitor: LCI699. Four weeks of treatment lead to a 70 to 80% decrease in aldosterone concentration, associated with the cure of hypokalemia. However, there was only a mild effect on blood pressure and volemia (reflected by renin concentration). In addition, these results demonstrated an incomplete selectivity of LCI699 for aldosterone synthase in vivo, and showed that LCI699 is less potent than the blocker of the mineralocorticoid receptor: eplerenone . We also characterized the miRNA profile of Aldosterone producing adenomas [APA]. The hypothesis was that a dysregulation of the expression of miRNA could induce tumorigenesis and increase the production of aldosterone. The secondary aim of the study was to identify miRNA that could be measured in plasma as biomarkers. miRNA profiling of 754 miRNA using quantitative PCR Low Density array, revealed 28 miRNA whose expression was significantly different in APA. The differential expression of two miRNA: miRNA 137 and miRNA 375 was confirmed in a validation cohort of 36 APA. Preliminary in vitro studies showed that up-regulation of intracellular levels of miR 375 may reduce aldosterone secretion in H295R cells. Lastly, circulating plasma levels of miR 375 are differentially expressed between patients with PA and healthy volunteers. In conclusion, the blocking of the aldosterone pathway in hypertensive patients is a novel therapeutic option but second-generation drugs more potent and more selective of aldosterone synthase are required. Profiling miRNA in APA offers new prospect for the development of biomarkers, such as measuring circulating miRNA in plasma

Les adénomes hépatocellulaires (AHC) sont des tumeurs hépatiques bénignes rares se développant chez la femme jeune suite à la prise de contraceptifs oraux et pouvant se compliquer d’hémorragie et de transformation maligne en carcinome hépatocellulaire (CHC). Une classification génotype/phénotype a mise en évidence trois groupes d’AHC : les AHC inactivés pour le facteur de transcription HNF1A, les AHC mutés pour la β-caténine et les AHC dit « inflammatoires » ayant une activation de la voie JAK/STAT. Nous avons identifiés des mutations activatrices du gènes GNAS, codant pour la sous unité alpha de la protéine Gs, dans un sous-groupe d’AHC inflammatoires ainsi que chez des patients avec des AHC et atteints d’un syndrome de McCune Albright, une maladie rare combinant des tumeurs endocriniennes, une dysplasie fibreuse osseuse et des taches cutanés café au lait. Cette découverte confirme les interactions entre la voie de l’AMP cyclique induite par les mutations GNAS et la voie JAK/STAT. Les CHC sont les tumeurs primitives du foie les plus fréquentes, survenant souvent sur un foie cirrhotique exposé à différents facteurs de risque comme l’hépatite B chronique, l’hépatite C chronique, l’alcool ou le syndrome métabolique. Le CHC est le résultat de l’accumulation d’altérations génétiques et épigénétiques. Premièrement, nous avons identifiés les mutations du promoteur de TERT (Telomerase reverse transcriptase) comme les altérations génétiques somatiques les plus fréquentes des CHC. Ces mutations ont été aussi retrouvées dans des lésions prénéoplasiques développées sur cirrhose suggérant leurs rôles précoces dans l’initiation tumorale et la transformation maligne. A l’inverse l’étude des mutations du promoteur de TERT et la réalisation de séquençage haut-débit dans les AHC et les transformation d’adénome en CHC nous a permis de disséquer les mécanismes de transformation maligne sur foie sain avec la présence de manière précoce d’une mutation de la β-caténine et dans un second temps l’apparition d’une mutation dans le promoteur de TERT. Par la suite, nous avons mis en évidence une signature moléculaire pronostique transcriptomique chez les patients avec CHC traités par résection hépatique. Cette signature moléculaire prédisant à la fois la récidive tumorale et le décès a été validée dans des cohortes de patients à l’étranger. Enfin, nous avons mise en évidence le rôle oncogénique de l’adeno-associated virus de type 2 dans la survenue de CHC sur foie sain via un mécanisme de mutagénèse insertionnelle dans des gènes clés de la carcinogénèse comme TERT, CCNA2, MLL4 ou TNFSF10. Ces résultats ont permit de mettre en évidence de nouveaux facteurs de risque viraux de survenue du CHC, d’identifier de nouvelles altérations génétiques impliquées dans la transformation maligne sur cirrhose et sur foie sain et permit de développer une signature moléculaire pronostique qui pourrait être utiliser dans le futur comme une aide à la stratification thérapeutique chez les patients atteint de CHC. / Hepatocellular adenomas (HCA) are rare benign liver tumors occuring in young women taking oral contraception and complications as haemorrhage or malignant transformation in hepatocellular carcinomes (HCC) could occur. A genotype/phenotype classification has defined different subgroups of tumors : HCA with inactivating mutations of HNF1A, HCA with activating mutations of β-catenin and inflammatory HCA with activation of the JAK/STAT pathway. We have identified activation mutations of GNAS, that codes for the alpha subunit of the Gs protein in a subgroup of inflammatory HCA and in patients with HCA and McCune Albright syndrom, a rare disease that combined endocrine tumor, bone fibrous dysplasia and « cafe au lait » skin macula. These findings highlight the crosstalk between the cyclic AMP pathway induced by GNAS mutation with the JAK/STAT pathway. HCC are the most frequent primary liver tumors worldwide and mainly occur on cirrhosis due to various risk factor as hepatitis B and C virus, alcohol consumption and metabolic syndrome. HCC is due to the accumulation of genetic and epigenetic alterations in the malignant hepatocytes. We have identified TERT (telomerase reverse transcriptase) promoter mutations as the most frequent somatic genetic alterations in HCC. These mutations were also found in cirrhotic premalignant nodules underlying their role in tumor initiation and malignant transformation. In contrast, the study of the different steps of malignant transformation of HCA into HCC using next generation sequencing and TERT promoter screening have shown that activatiing mutation of β-catenin is an early genetic alteration whereas TERT promoter mutation is required in a second step to promote a full malignant transformation. We have also identified a prognostic molecular signature, the 5-gene score, in patients with HCC treated by liver resection. The 5-gene score predicts tumor recurrence and disease specific survival and has been validated in different cohorts of patients worldwide. Finally, we have shown that adeno-associated virus type 2 is involved in liver carcinogenesis on normal liver through insertional mutagenesis in key cancer genes as TERT, CCNA2, MLL4 and TNFSF10. These results have underlined a new oncogenic virus involved in HCC development, identified new genetic alterations involved in malignant transformation on cirrhosis and normal liver and a new prognostic molecular signature that will help to guide treatment of patients with HCC in the future.

La Néoplasie Endocrinienne Multiple de type 1 (NEM1) est une maladie génétique qui associe hyperparathyroïdie primaire, tumeurs neuroendocrines digestives et adénomes hypophysaires. Elle est due à des mutations non récurrentes du gène MEN1, parfois difficile à classer. Nous avons rassemblé et analysé les données cliniques et génétiques de 1676 patients français porteurs d’une variation de MEN1 des 4 laboratoires experts du groupe TENGEN. De ce travail, nous avons alimenté une base de données de variants (UMD MEN1) et établir le profil mutationnel de MEN1 en France. Dans une seconde partie, nous avons établi des recommandations pour la classification des variants faux sens de MEN1 en adaptant les Guidelines de l’ACMG-AMP (American College of Medical Genetics).Le Syndrome de McCune-Albright (SMA) est du à des mutations postzygotiques activatrices récurrentes du gène GNAS, responsables d’un mosaïcisme somatique, souvent indétectables dans le sang. En utilisant une technique de PCR quantitative ultrasensible, le taux de détection des mutations R201C et R201H est de 50% dans le sang de 16 patients présentant 1 à 3 lésions majeures du SMA. Pour la 1ere fois, nous avons retrouvé ces mutations dans l’ADN circulant de 3/4 patients testés.Ces mutations sont retrouvées aussi dans 30 à 40% des adénomes somatotropes. Le locus GNAS est soumis à empreinte parentale, responsable d’une expression mono-allélique de GNAS dans certains tissus comme l’hypophyse. Dans une série de 57 adénomes somatotropes nous avons montré une perturbation de l’empreinte de GNAS, associée à une relâche de l’empreinte mais n’entraînait pas d’augmentation de l’expression du gène GNAS. / The Multiple Endocrine Neoplasia 1 (MEN1) is due to MEN1 mutations and characterized by a broad spectrum of lesions including hyperparathyroidism, pituitary adenomas and neuroendocrine tumors. Missense variants are frequent and could lead wrong interpretation. We collected and analyzed all the 370 variants of 1676 patients sequenced for ten years by the TENGEN network (French oncogenetics of neuroendocrine tumors). We registered them in the UMD MEN1 database. Then, consensus was reached to validate adjustments to the ACMG-AMP guidelines for MEN1 locus-specific interpretation of missense variants. The McCune-Albright syndrome (MAS) is a rare pediatric mosaic genetic disorder. MAS results from recurrent post-zygotic GNAS mutations, not detectable in blood DNA by Sanger. We develop an ultrasensitive quantitative PCR using digital droplet PCR™ (ddPCR™) in order to target the R201C and R201H GNAS mutations. After a validation study, we clinically evaluated ddPCR™ in the whole blood DNA or circulating cell-free DNA (ccfDNA) of patients presented with at least 1 MAS lesion. First we detected in ccfDNA the mosaic somatic GNAS mutant. The ddPCR™ showed a mutation detection rate of 50% in blood DNA of the 16 included patients and 3/4 in ccfDNA.GNAS mutations are also reported in 30 to 40% of somatotroph tumors. GNAS is encoded by an imprinted locus, responsible for a mono-allelic expression in pituitary. We explored the GNAS locus methylation status of 57 somatotroph adenomas and showed disturbance. We studied the impact on GNAS, SST2R and AIP expression of this disturbance. We showed an imprinting relaxation not associated with an increased expression of GNAS.

Les adénomes hépatocellulaires (AHC) sont des tumeurs bénignes rares qui se développent le plus souvent chez la femme jeune suite à la prise de contraceptifs oraux. Les complications principales sont l’hémorragie et plus rarement, la transformation maligne en carcinome hépatocellulaire (CHC). Des travaux récents ont permis d’identifier 3 groupes moléculaires principales d’AHC qui se définissent par (1) l’inactivation du facteur de transcription HNF1A (H-HCA), (2) l'activation de la voie Wnt/ß-caténine (bHCA) ou (3) la présence d’infiltrats inflammatoires (IHCA).Afin d’identifier les voies de tumorigenèse associées au développement d’AHC inflammatoires (IHCA), une analyse transcriptomique comparant des IHCA à des foies non tumoraux a été réalisée au laboratoire, ce qui a permis d’identifier dans ce groupe tumoral une activation de la voie IL-6/JAK/STAT3. Nous avons recherché de nouvelles altérations géniques et nous avons caractérisé le mécanisme d'activation de la voie IL-6/JAK/STAT dans les IHCA. Les conséquences fonctionnelles sur la voie STAT3 des différents mutants ont été analysées par une modélisation de leur expression dans des lignées hépatocellulaires. Par ailleurs, nous avons réalisé des études génomiques intégrées (analyse CGH-SNP, méthylome et séquençage exome) sur une large série de 250 AHC avec pour objectif d’affiner la classification moléculaire des AHC, d’identifier de nouveaux gènes altérés dans ces tumeurs et d’élucider les mécanismes de transformation maligne des AHC en CHC.Dans le groupe des IHCA, ces analyses nous ont permis d’identifier de nombreux oncogènes activés par mutation somatique ; de plus, trois de ces gènes n’avaient jamais été décrits comme étant mutés dans des tumeurs humaines. Nous avons identifié des mutations activatrices du récepteur à l’IL-6, gp130 dans 60% des IHCA. Nous avons aussi retrouvé des mutations de FRK, une src-like kinase, dans 10% des IHCA, du facteur de transcription STAT3 dans 5% des IHCA, du gène GNAS dans 5% des cas, et de la tyrosine kinase JAK1 dans 1% des cas. Toutes les mutations identifiées étaient somatiques, monoalléliques et mutuellement exclusives. Nous avons pu montrer, dans des systèmes de lignées cellulaires hépatocellulaires, que l'expression des formes mutées de ces gènes est capable d’activer la voie IL-6/STAT3 en absence du ligand IL-6, contrairement aux protéines sauvages. Nous avons identifié des inhibiteurs pharmacologiques qui permettent d’inhiber de façon spécifique ces mutants et qui pourraient être utilisés en clinique pour le traitement des IHCA.Grâce à une technique de CGH-SNP, nous avons identifié des événements récurrents de pertes et gains de chromosomes associés aux groupes moléculaires d’AHC. De façon similaire, l’étude de la méthylation dans les AHC a permis de mettre en évidence un pattern spécifique à chaque sous groupe. Nous avons montré que l’instabilité chromosomique augmente progressivement dans les lésions borderline et dans les CHC développés sur AHC comparés aux AHC classiques. Le séquençage exome de 5 transformations malignes de AHC en CHC a identifié un nombre plus important de mutations dans les AHC qui ont transformé comparé aux AHC classiques ; ce nombre est significativement augmenté dans la partie CHC des tumeurs. La comparaison de la partie bénigne et maligne des tumeurs a mis en évidence l'activation de ß-caténine comme un évènement précoce dans le processus de transformation et a révélé la présence de mutations somatiques fréquentes dans le promoteur de la télomèrase (TERT), identifiées principalement dans la partie maligne des tumeurs.En conclusion, cette étude a permis d’identifier des mécanismes distincts conduisant à l'activation de STAT3 dans les IHCA, renforçant le rôle de la voie JAK-STAT3 dans la tumorigenèse bénigne hépatocellulaire ainsi que le lien entre Src kinases et inflammation. Ces travaux ont permis d’affiner la classification moléculaire des AHC avec des corrélations étroites... / Hepatocellular adenomas (HCA) are rare benign tumors that develop most often in young women after taking oral contraception. The main complications are hemorrhage and rarely, malignant transformation to hepatocellular carcinoma (HCC). Recent work in the laboratory identified three main HCA molecular groups that are defined by (1) inactivation of the transcription factor HNF1A (H-HCA), (2) activation of the Wnt/ß-catenin pathway (bHCA) or (3) the presence of inflammatory infiltrates (IHCA).To identify tumorigenesis pathways associated with the development of inflammatory HCA (IHCA), a transcriptome analysis comparing IHCA to non-tumor liver was performed in the laboratory, leading to the identification of an activation of the IL-6/JAK/STAT3 pathway in these tumors. We sought new gene alterations and we characterized the activation mechanism of the IL-6/JAK/STAT pathway in IHCA. The functional consequences of the different mutants on the STAT3 pathway were analyzed by modeling their expression in hepatocellular cell lines. In addition, we performed integrated genomic studies (CGH-SNP analysis, methylome and exome sequencing) on a wide range of 250 HCA with the aim to refine the molecular classification of HCA, to identify new genes altered in these tumors and to elucidate the mechanisms of malignant transformation of HCA to HCC.In the group of the IHCA, we identified many oncogenes activated by somatic mutation; in addition, three of these genes were never been described as mutated in human tumors. We identified activating mutations in the IL-6 receptor gp130 in 60% of IHCA. We also found mutations in FRK, a src-like kinase, in 10% of IHCA, of the transcription factor STAT3 in 5% of IHCA, of the GNAS gene in 5% of cases, and of the tyrosine kinase JAK1 in 1% of the cases. All identified mutations were somatic and monoallelic and were mutually exclusive. We have shown in hepatocellular cell lines that the expression of mutated forms of these genes is able to activate the IL-6/STAT3 pathway in the absence of the IL-6 ligand, in contrast to wild-type proteins. We have identified pharmacological inhibitors that specifically inhibit the mutants and that could be used for the clinical treatment of IHCA.Using a CGH-SNP technique, we identified recurrent chromosomes gains and losses associated with the HCA molecular groups. Similarly, the study of methylation in HCA highlighted a specific pattern in each subgroup. We showed that chromosomal instability increases gradually in borderline lesions and in HCC developed on HCA compared to classical HCA. Exome sequencing of 5 malignant transformation of HCA to HCC identified a large number of mutations in the transformed HCA compared to classical HCA; and this number is significantly increased in HCC tumors counterpart. Comparison of benign and malignant tumors highlighted the activation of ß-catenin as an early event in the transformation process and revealed frequent somatic mutations in the promoter of the telomerase gene (TERT), identified mainly in the malignant part of tumors.In conclusion, this study has led to the identification of distinct mechanisms leading to the activation of STAT3 in IHCA, strengthening the role of the JAK-STAT3 pathway in benign hepatocellular tumorigenesis and the relationship between Src kinases and inflammation. This work helped to refine the molecular classification of HCA with tight correlations between genotype and phenotype, and led to advances in the identification of major genetic determinants involved in the process of malignant transformation.

Introduction: Le cancer colorectal demeure un grave problème de santé publique au Canada. Les programmes de dépistage pourraient réduire l'incidence du cancer colorectal et la mortalité qui lui est associée. Une coloscopie de haute qualité est considérée comme un moyen rentable de prévenir le cancer en identifiant et en éliminant les lésions précurseurs du cancer. Bien que la coloscopie puisse servir de mesure préventive contre le cancer, la procédure peut imposer un fardeau supplémentaire à la santé publique par l'enlèvement et l'évaluation histologique de polypes colorectaux diminutifs et insignifiants, qui présentent un risque minime d'histologie avancée ou de cancer. La technologie de l'amélioration de l'image permettrait aux médecins de réséquer et de rejeter les polypes diminutifs ou de diagnostiquer et de laisser les polypes rectosigmoïdiens diminutifs sans examen histopathologique. Malgré la disponibilité de systèmes informatiques de caractérisation des polypes, la pratique du diagnostic optique reste limitée en raison de la crainte d'un mauvais diagnostic de cancer, d'une mauvaise surveillance des patients et des problèmes médico-légaux correspondants. Il est donc indispensable d'élaborer des stratégies alternatives de résection et d'élimination non optiques pour améliorer la précision et la sécurité du diagnostic optique et l'adapter à la pratique clinique. Ces stratégies doivent répondre à des critères cliniques simples et ne nécessitent pas de formation supplémentaire ni de dispositifs d'amélioration de l'image. De plus, la pratique sûre du diagnostic optique, la prise de décision appropriée concernant la technique de polypectomie ou l'intervalle de surveillance dépendent de l'estimation précise de la taille des polypes. La variabilité inter-endoscopistes dans la mesure de la taille des polypes exige le développement de méthodes fiables et validées pour augmenter la précision de la mesure de la taille. Une balance virtuelle intégrée à un endoscope haute définition est actuellement disponible pour le calcul automatique de la taille des polypes, mais sa faisabilité clinique n'a pas encore été établie. En dehors des points susmentionnés, une coloscopie de haute qualité nécessite l'examen complet de la muqueuse colique, ainsi que la visualisation de la valve iléocæcale et de l'orifice appendiculaire. À ce jour, aucune solution informatique n'a été capable d'assister les endoscopistes pendant les coloscopies en temps réel en détectant et en différenciant les points de repère cæcaux de façon automatique. Objectifs: Les objectifs de cette thèse sont : 1) d'étudier l'effet de la limitation du diagnostic optique aux polypes de 1 à 3 mm sur la sécurité du diagnostic optique pour le traitement des polypes diminutifs et l'acceptation par les endoscopistes de son utilisation dans les pratiques en temps réel tout en préservant ses potentiels de temps et de rentabilité ; 2) élaborer et examiner des stratégies non optiques de résection et d'élimination qui peuvent remplacer le diagnostic optique tout en offrant les mêmes possibilités d'économie de temps et d'argent ; 3) examiner la précision relative d'un endoscope à échelle virtuelle pour mesurer la taille des polypes ; 4) former, valider et tester un modèle d'intelligence artificielle qui peut prédire la complétude d'une procédure de coloscopie en identifiant les points de repère anatomiques du cæcum (c'est-à-dire la valve iléo-cæcale et l'orifice appendiculaire) et en les différenciant les uns des autres, des polypes et de la muqueuse normale. Méthodes: Pour atteindre le premier objectif de cette thèse, une analyse post-hoc de trois études prospectives a été réalisée pour évaluer la proportion de patients chez lesquels des adénomes avancés ont été découverts et le diagnostic optique a entraîné une surveillance retardée dans trois groupes de taille de polypes : 1–3, 1–5, et 1–10 mm. Pour atteindre le second objectif de cette thèse, deux stratégies non optiques ont été développées et testées dans deux études prospectives: une stratégie de résection et d'élimination basée sur la localisation qui utilise la localisation anatomique des polypes pour classer les polypes du côlon en non-néoplasiques ou néoplasiques à faible risque et une stratégie de résection et d'élimination basée sur les polypes qui attribue des intervalles de surveillance en fonction du nombre et de la taille des polypes. Dans les trois études, la concordance de l'attribution d'intervalles de surveillance basée sur un diagnostic optique à haute confiance ou sur des stratégies non optiques avec les recommandations basées sur la pathologie, ainsi que la proportion d'examens pathologiques évités et la proportion de communications immédiates d'intervalles de surveillance, ont été évaluées. Le troisième objectif de cette thèse a été abordé par le biais d'une étude de faisabilité pilote prospective qui a utilisé la mesure de spécimens de polypes immédiatement après leur prélèvement, suite à une polypectomie par un pied à coulisse Vernier comme référence pour comparer la précision relative des mesures de la taille des polypes entre les endoscopistes et un endoscope à échelle virtuelle. Enfin, le quatrième objectif de cette thèse a été évalué par l'enregistrement et l'annotation prospective de vidéos de coloscopie. Des images non modifiées de polype, de valve iléo-caecale, d'orifice appendiculaire et de muqueuse normale ont été extraites et utilisées pour développer et tester un modèle de réseau neuronal convolutionnel profond pour classer les images pour les points de repère qu'elles contiennent. Résultats: La réduction du seuil du diagnostic optique favoriserait la sécurité du diagnostic optique en diminuant de manière significative le risque d'écarter un polype avec une histologie avancée ou la mauvaise surveillance d'un patient avec de tels polypes. En outre, les stratégies non optiques de résection et d'élimination pourraient dépasser le critère de référence d'au moins 90% de concordance dans l'attribution des intervalles de surveillance post-polypectomie par rapport aux décisions basées sur l'évaluation pathologique. De plus, il a été démontré que l'endoscope à échelle virtuelle est plus précis que l'estimation visuelle de la taille des polypes en temps réel. Enfin, un modèle d'apprentissage profond s'est révélé très efficace pour détecter les repères cæcaux, les polypes et la muqueuse normale, à la fois individuellement et en combinaison. Discussion: La prédiction histologique optique des polypes de 1 à 3 mm est une approche efficace pour améliorer la sécurité et la faisabilité de la stratégie de résection et d'écartement dans la pratique. Les approches non optiques de résection et d'élimination offrent également des alternatives viables au diagnostic optique lorsque les endoscopistes ne sont pas en mesure de répondre aux conditions de mise en œuvre systématique du diagnostic optique, ou lorsque la technologie d'amélioration de l'image n'est pas accessible. Les stratégies de résection et de rejet, qu'elles soient optiques ou non, pourraient réduire les coûts supplémentaires liés aux examens histopathologiques et faciliter la communication du prochain intervalle de surveillance le même jour que la coloscopie de référence. Un endoscope virtuel à échelle réduite faciliterait l'utilisation du diagnostic optique pour la détection des polypes diminutifs et permet une prise de décision appropriée pendant et après la coloscopie. Enfin, le modèle d'apprentissage profond peut être utile pour promouvoir et contrôler la qualité des coloscopies par la prédiction d'une coloscopie complète. Cette technologie peut être intégrée dans le cadre d'une plateforme de vérification et de génération de rapports qui élimine le besoin d'intervention humaine. Conclusion: Les résultats présentés dans cette thèse contribueront à l'état actuel des connaissances dans la pratique de la coloscopie concernant les stratégies pour améliorer l'efficacité de la coloscopie dans la prévention du cancer colorectal. Cette étude fournira des indications précieuses pour les futurs chercheurs intéressés par le développement de méthodes efficaces de traitement des polypes colorectaux diminutifs. Le diagnostic optique nécessite une formation complémentaire et une mise en œuvre à l'aide de modules de caractérisation informatisés. En outre, malgré la lenteur de l'adoption des solutions informatiques dans la pratique clinique, la coloscopie assistée par l'IA ouvrira la voie à la détection automatique, à la caractérisation et à la rédaction semi-automatique des rapports de procédure. / Introduction: Colorectal cancer remains a critical public health concern in Canada. Screening programs could reduce the incidence of colorectal cancer and its associated mortality. A high-quality colonoscopy is appraised to be a cost-effective means of cancer prevention through identifying and removing cancer precursor lesions. Although colonoscopy can serve as a preventative measure against cancer, the procedure can impose an additional burden on the public health by removing and histologically evaluating insignificant diminutive colorectal polyps, which pose a minimal risk of advanced histology or cancer. The image-enhance technology would enable physicians to resect and discard diminutive polyps or diagnose and leave diminutive rectosigmoid polyps without histopathology examination. Despite the availability of computer-based polyp characterization systems, the practice of optical diagnosis remains limited due to the fear of cancer misdiagnosis, patient mismanagement, and the related medicolegal issues. Thus, alternative non-optical resection and discard strategies are imperative for improving the accuracy and safety of optical diagnosis for adaptation to clinical practice. These strategies should follow simple clinical criteria and do not require additional education or image enhanced devices. Furthermore, the safe practice of optical diagnosis, adequate decision-making regarding polypectomy technique, or surveillance interval depends on accurate polyp size estimation. The inter-endoscopist variability in polyp sizing necessitates the development of reliable and validated methods to enhance the accuracy of size measurement. A virtual scale integrated into a high-definition endoscope is currently available for automated polyp sizing, but its clinical feasibility has not yet been demonstrated. In addition to the points mentioned above, a high-quality colonoscopy requires the complete examination of the entire colonic mucosa, as well as the visualization of the ileocecal valve and appendiceal orifice. To date, no computer-based solution has been able to support endoscopists during live colonoscopies by automatically detecting and differentiating cecal landmarks. Aims: The aims of this thesis are: 1) to investigate the effect of limiting optical diagnosis to polyps 1–3mm on the safety of optical diagnosis for the management of diminutive polyps and the acceptance of endoscopists for its use in real-time practices while preserving its time- and cost-effectiveness potentials; 2) to develop and examine non-optical resect and discard strategies that can replace optical diagnosis while offering the same time- and cost-saving potentials; 3) to examine the relative accuracy of a virtual scale endoscope for measuring polyp size; 4) to train, validate, and test an artificial intelligence-empower model that can predict the completeness of a colonoscopy procedure by identifying cecal anatomical landmarks (i.e., ileocecal valve and appendiceal orifice) and differentiating them from one another, polyps, and normal mucosa. Methods: To achieve the first aim of this thesis, a post-hoc analysis of three prospective studies was performed to evaluate the proportion of patients in which advanced adenomas were found and optical diagnosis resulted in delayed surveillance in three polyp size groups: 1‒3, 1‒5, and 1‒10 mm. To achieve the second aim of this thesis, two non-optical strategies were developed and tested in two prospective studies: a location-based resect and discard strategy that uses anatomical polyp location to classify colon polyps into non-neoplastic or low-risk neoplastic and a polyp-based resect and discard strategy that assigns surveillance intervals based on polyp number and size. In all three studies, the agreement of assigning surveillance intervals based on high-confidence optical diagnosis or non-optical strategies with pathology-based recommendations, as well as the proportion of avoided pathology examinations and the proportion of immediate surveillance interval communications, was evaluated. The third aim of this thesis was addressed through a prospective pilot feasibility study that used the measurement of polyp specimens immediately after retrieving, following a polypectomy by a Vernier caliper as a reference to compare the relative accuracy of polyp size measurements between endoscopists and a virtual scale endoscope. Finally, the fourth aim of this thesis was assessed through prospective recording and annotation of colonoscopy videos. Unaltered images of polyp, ileocecal valve, appendiceal orifice and normal mucosa were extracted and used to develop and test a deep convolutional neural network model for classifying images for the containing landmarks. Results: Reducing the threshold of optical diagnosis would promote the safety of optical diagnosis by significantly decreasing the risk of discarding a polyp with advanced histology or the mismanagement of a patient with such polyps. Additionally, the non-optical resect and discard strategies could surpass the benchmark of at least 90% agreement in the assignment of post-polypectomy surveillance intervals compared with decisions based on pathologic assessment. Moreover, the virtual scale endoscope was demonstrated to be more accurate than visual estimation of polyp size in real-time. Finally, a deep learning model proved to be highly effective in detecting cecal landmarks, polyps, and normal mucosa, both individually and in combination. Discussion: Optical histology prediction of polyps 1‒3 mm in size is an effective approach to enhance the safety and feasibility of resect and discard strategy in practice. Non-optical resect and discard approaches also offer feasible alternatives to optical diagnosis when endoscopists are unable to meet the conditions for routine implementation of optical diagnosis, or when image-enhanced technology is not accessible. Both optical and non-optical resect and discard strategies could reduce additional costs related to histopathology examinations and facilitate the communication of the next surveillance interval in the same day as the index colonoscopy. A virtual scale endoscope would facilitate the use of optical diagnosis for the detection of diminutive polyps and allows for appropriate decision-making during and after colonoscopy. Additionally, the deep learning model may be useful in promoting and monitoring the quality of colonoscopies through the prediction of a complete colonoscopy. This technology may be incorporated as part of a platform for auditing and report generation that eliminates the need for human intervention. Conclusion: The results presented in this thesis will contribute to the current state of knowledge in colonoscopy practice regarding strategies for improving the efficacy of colonoscopy in the prevention of colorectal cancer. This study will provide valuable insights for future researchers interested in developing effective methods for treating diminutive colorectal polyps. Optical diagnosis requires further training and implementation using computer-based characterization modules. Furthermore, despite the slow adoption of computer-based solutions in clinical practice, AI-empowered colonoscopy will eventually pave the way for automatic detection, characterization, and semi-automated completion of procedure reports in the future.

CONTEXTE : Le cancer colorectal (CCR) reste l’un des cancers les plus diagnostiqués au Canada et dans le monde. Malgré les efforts en matière de dépistage, la moitié des cancers colorectaux sont encore diagnostiqués à des stades avancés de la maladie, réduisant ainsi les chances de survie à ce cancer. La prévention du CCR reste encore primordiale et les efforts doivent être maintenus pour l’identification de ses facteurs de risque modifiables. Durant cette dernière décennie, on a assisté à un cumul d’évidence sur l’association entre l’enrichissement colorectal en une bactérie spécifique, Fusobacterium nucleatum (F. nucleatum), et le CCR. Ce qui a ressuscité le débat sur l’association même entre la maladie parodontale (MP) et le CCR, puisque F. nucleatum est non seulement une bactérie commensale de la bouche, mais surtout l’une des principaux agents pathogènes de la MP. Des études épidémiologiques antérieures avaient en effet déjà suggéré que le la MP serait associée au risque de CCR, mais leurs résultats sont restés non concluants à cause de leurs défaillances méthodologiques. La diffusion des bactéries parodontopathogènes, comme F. nucleatum, et de leurs produits de virulence de la bouche vers le côlon et la libération des médiateurs d’inflammation chronique dans la circulation générale sont les mécanismes incriminés dans l’association entre la MP et le CCR. OBJECTIFS: 1) Vérifier l’association entre la MP et le CCR; 2) Synthétiser la littérature sur l’association entre la détection de la bactérie F. nucleatum dans le côlon et le CCR et; 3) Vérifier la faisabilité d’investiguer l’expression concomitante de F. nucleatum, dans les deux milieux buccal et colorectal, en présence de lésions néoplasiques colorectales. Ces deux derniers objectifs sont un préambule à l’investigation du rôle des bactéries causales de la MP, précisément F. nucleatum, comme mécanisme d’association entre la MP et le CCR. MÉTHODES: Nous avons entrepris trois projets de recherche distincts qui répondent aux trois objectifs respectifs de recherche cités ci-dessus: 1) Une étude cas-témoins à base populationnelle (Projet COLDENT) a inclut 348 cas incidents de CCR et 310 témoins qui lui sont appariés dans des catégories d’âge et de sexe. Des données ont été collectées sur l’exposition à la MP et aux principaux facteurs de risque du CCR; 2) Une revue systématique avec méta-analyse d’études observationnelles ayant investigué la bactérie, F. nucleatum, dans des échantillons colorectaux, chez des cas de CCR et des témoins exempts de lésions cancéreuses ou précancéreuses colorectales; 6 et 3) Une étude pilote cas-témoins à base hospitalière, auprès de 22 cas de néoplasies colorectales et 21 témoins, examinés par coloscopie. Des échantillons de salive et des biopsies de muqueuse colorectale, ainsi que des données sur l’exposition à la MP et aux principaux facteurs de risque du CCR ont été collectées. RÉSULTATS: Les résultats de notre étude cas-témoins populationnelle suggèrent que le taux d’incidence de CCR était augmenté chez les personnes avec un historique positif de MP comparé aux personnes sans historique de MP, en ajustant pour la majorité des facteurs de confusion potentiels (Rapport des taux ajusté = 1,45 ; Intervalle de confiance (IC) à 95 % : 1,04-2,01). Les résultats de notre revue systématique incluant 24 études observationnelles ont montré que dans la majorité des études où la charge de F. nucleatum dans les échantillons colorectaux était quantifiée, celle-ci était significativement plus élevée chez les cas de CCR que chez les témoins. Les résultats de la méta-analyse de 12 études observationnelles qui ont rapporté le pourcentage des échantillons colorectaux où F. nucleatum était détecté montrent une association significativement positive entre la détection de la bactérie F. nucleatum dans le côlon et le CCR (Rapport de cotes combiné = 8,3; IC à 95 % = 5,2-13; Indice d’hétérogénéité I2 = 26,3 %; p pour hétérogénéité = 0,18). Enfin, les résultats préliminaires de l’étude de faisabilité appuient la faisabilité et l’utilité de mener une étude subséquente pour investiguer F. nucleatum dans la salive et le côlon en présence de néoplasies colorectales afin de vérifier son rôle dans l’association entre la MP et le CCR, mais des ajustements doivent être apportés à la méthodologie initiale. CONCLUSION: Nos résultats suggèrent que l’exposition à la MP peut augmenter le risque de CCR, bien qu’on ne puisse encore confirmer de lien causal. On espère que ce travail sensibilise les cliniciens, décideurs en santé et public à l’importance de prévenir et de contrôler les maladies buccodentaires, notamment la MP, pour la prévention même de maladies systémiques encore plus fatales, tels que le CCR. / BACKGROUND: Colorectal cancer (CRC) remains one of the most diagnosed cancers in Canada and around the world. Despite screening efforts, half of colorectal cancers are still diagnosed at advanced stages of the disease, thus reducing the chances of survival from this cancer. Prevention of CRC still remains essential, and efforts must be maintained to identify its modifiable risk factors. Over the past decade, there has been an accumulation of evidence on the association between colorectal enrichment in a specific bacterium, Fusobacterium nucleatum (F. nucleatum), and CRC. This has sparked debate on the association between periodontal disease (PD) and CRC, since F. nucleatum is not only a commensal bacterium of the mouth, but above all one of the main pathogens of PD. Previous epidemiological studies had indeed already suggested that PD would be associated with the risk of CRC, but their results remained inconclusive because of their methodological flaws. Dissemination of periodontal pathogen bacteria such as F. nucleatum, and of their virulence products, from the mouth to the colon and the release of chronic inflammatory mediators into the bloodstream are suggested as the mechanisms involved in the association between PD and CRC. OBJECTIVES: 1) To verify the association between PD and CRC; 2) To synthesize the literature on the association between the detection of the bacterium F. nucleatum in the colon and CRC; and 3) To verify the feasibility of investigating the concomitant expression of F. nucleatum, in both oral and colorectal environments, in the presence of colorectal neoplasms. These last two objectives are a preamble to the investigation of the role of the causative bacteria of PD, specifically F. nucleatum, as a mechanism of association between PD and CRC. METHODS: We undertook three separate research projects that address the three respective research objectives listed above: 1) A population-based case-control study (COLDENT Project) included 348 incident cases of CRC and 310 age and sex frequency-matched controls. Data were collected on PD and on major risk factors for CRC; 2) A systematic review with meta-analysis of observational studies that have investigated the bacterium F. nucleatum in colorectal samples, in CRC cases and colorectal cancerous or precancerous-free controls; and 3) A pilot hospital-based case-control study, with 22 cases of colorectal neoplasms and 21 controls, examined by colonoscopy. Saliva samples and colorectal mucosal biopsies as well as data on exposure to PD and major risk factors for CRC were collected. 8 RESULTS: The results of our population-based case-control study suggest that the rate of CRC was increased in people with a positive history of PD compared to people without a history of PD, adjusting for the majority of potential confounders (adjusted rate ratio = 1.45; 95% Confidence interval (CI): 1.04-2.01). The results of our systematic review including 24 observational studies showed that in most studies where the load of F. nucleatum in colorectal samples was quantified, it was significantly higher in CRC cases than in controls. The results of the meta-analysis of 12 observational studies that reported the percentage of colorectal samples where F. nucleatum was detected show a significantly positive association between the detection of the bacterium F. nucleatum in the colon and CRC (pooled odds ratio = 8.3; 95% CI = 5.2-13; heterogeneity index I 2 = 26.3%; p for heterogeneity = 0.18). Finally, the preliminary results of the feasibility study support the feasibility and utility of conducting a subsequent study to investigate F. nucleatum in saliva and colon in the presence of colorectal neoplasms to verify its role in the association between PD and CCR, but adjustments need to be made to the original methodology. CONCLUSION: Our results suggest that exposure to PD may increase the risk of CRC, although a causal relationship cannot yet be confirmed. It is hoped that this work will sensitize clinicians, health policy makers and the public to the importance of preventing and controlling oral diseases, including PD, for the prevention of even more fatal systemic diseases, such as CRC.

Les lésions surrénaliennes surviennent dans la population générale à une fréquence d’environ 2-3%. Parmi les anomalies génétiques identifiées jusqu’à présent dans les tumeurs surrénaliennes, les mutations somatiques de β-caténine sont les plus prévalentes. Elles sont présentes dans environ 20% des adénomes et carcinomes cortico-surrénaliens. β-caténine est l’élément central de la voie canonique de WNT qui joue un rôle crucial dans le développement embryonnaire, l’homéostase et la tumourigenèse. Les mutations activatrices de β-caténine conduisent à l’accumulation nucléaire de β- caténine qui interagit avec les TCF/LEF-1 qui active la transcription des gènes cibles. Les gènes cibles de β-caténine, varient et dépendent du contexte cellulaire. Dans la glande surrénale, les gènes cibles de β-caténine sont inconnus. Nous avons effectué des études de microarray qui nous ont permis d’identifier 490 transcrits dérégulés dans les adénomes corticosurrénaliens porteurs de mutations ponctuelles de β-caténine. L’expression aberrante d’ISM1, RALBP1, PDE2A, CDH12, ENC1, PHYHIP et CITED2 dans les adénomes porteurs de mutations de β-caténine a été confirmée par PCR en temps réel. Le traitement des cellules humaines de carcinome cortico-surrénalien H295R (mutation de CTNNB1, Ser45Prol) avec les inhibiteurs de β-caténine/TCF (PKF115-584 et PNU74654) ont confirmé l'implication de β-caténine dans la régulation transcriptionelle d’ISM1, RALBP1, PDE2A, ENC1 et CITED2. En conclusion, nos travaux ont conduit à l’identification de nouveaux gènes cibles de β-catenin impliqués dans la tumourigenèse cortico-surrénalienne. / Adrenal lesions occur in the general population at a prevalence of about 2-3%. Several mutations have been identified in adrenocortical tumours. β-catenin mutations were recently found to be the most frequent genetic alteration in both sporadic adrenocortical adenomas and carcinomas (20-30%). β-catenin is the central player in canonical Wnt signaling which plays a key role in organ/ gland development, maintenance of homeostasis and tumourigenesis. Activation of Wnt signaling by altered regulation of β-catenin levels evokes -catenin accumulation in the nucleus, and interaction with the TCF/LEF-1 proteins that activates the transcription of target genes. These target genes are believed to be highly cell and context specific and are linked to developmental and cell cycling functions. β-catenin target genes in adrenocortical tumours are unknown. Using microarray technology, we found 490 transcripts that are deregulated in adrenocortical adenomas harbouring β-catenin activating mutations in comparison to non mutated adenomas and normal adrenal glands. These genes differ highly in function and many are poorly characterized genes. Differential expression of ISM1, RALBP1, PDE2A, CDH12, ENC1, PHYHIP and CITED2 in adenomas with activating β-catenin mutations was confirmed by real-time PCR. Treatment of human adrenocortical carcinoma cells, H295R (CTNNB1 Ser45Prol), with β-catenin/TCF inhibitors (PKF115-584 and PNU74654) further confirmed the implication of β-catenin on the transcriptional regulation of ISM1, RALBP1, PDE2A, ENC1 and CITED2. In conclusion, we have found new potential β-catenin target genes that may be involved in adrenocortical tumourigenesis.

Les lésions surrénaliennes surviennent dans la population générale à une fréquence d’environ 2-3%. Parmi les anomalies génétiques identifiées jusqu’à présent dans les tumeurs surrénaliennes, les mutations somatiques de β-caténine sont les plus prévalentes. Elles sont présentes dans environ 20% des adénomes et carcinomes cortico-surrénaliens. β-caténine est l’élément central de la voie canonique de WNT qui joue un rôle crucial dans le développement embryonnaire, l’homéostase et la tumourigenèse. Les mutations activatrices de β-caténine conduisent à l’accumulation nucléaire de β- caténine qui interagit avec les TCF/LEF-1 qui active la transcription des gènes cibles. Les gènes cibles de β-caténine, varient et dépendent du contexte cellulaire. Dans la glande surrénale, les gènes cibles de β-caténine sont inconnus. Nous avons effectué des études de microarray qui nous ont permis d’identifier 490 transcrits dérégulés dans les adénomes corticosurrénaliens porteurs de mutations ponctuelles de β-caténine. L’expression aberrante d’ISM1, RALBP1, PDE2A, CDH12, ENC1, PHYHIP et CITED2 dans les adénomes porteurs de mutations de β-caténine a été confirmée par PCR en temps réel. Le traitement des cellules humaines de carcinome cortico-surrénalien H295R (mutation de CTNNB1, Ser45Prol) avec les inhibiteurs de β-caténine/TCF (PKF115-584 et PNU74654) ont confirmé l'implication de β-caténine dans la régulation transcriptionelle d’ISM1, RALBP1, PDE2A, ENC1 et CITED2. En conclusion, nos travaux ont conduit à l’identification de nouveaux gènes cibles de β-catenin impliqués dans la tumourigenèse cortico-surrénalienne. / Adrenal lesions occur in the general population at a prevalence of about 2-3%. Several mutations have been identified in adrenocortical tumours. β-catenin mutations were recently found to be the most frequent genetic alteration in both sporadic adrenocortical adenomas and carcinomas (20-30%). β-catenin is the central player in canonical Wnt signaling which plays a key role in organ/ gland development, maintenance of homeostasis and tumourigenesis. Activation of Wnt signaling by altered regulation of β-catenin levels evokes -catenin accumulation in the nucleus, and interaction with the TCF/LEF-1 proteins that activates the transcription of target genes. These target genes are believed to be highly cell and context specific and are linked to developmental and cell cycling functions. β-catenin target genes in adrenocortical tumours are unknown. Using microarray technology, we found 490 transcripts that are deregulated in adrenocortical adenomas harbouring β-catenin activating mutations in comparison to non mutated adenomas and normal adrenal glands. These genes differ highly in function and many are poorly characterized genes. Differential expression of ISM1, RALBP1, PDE2A, CDH12, ENC1, PHYHIP and CITED2 in adenomas with activating β-catenin mutations was confirmed by real-time PCR. Treatment of human adrenocortical carcinoma cells, H295R (CTNNB1 Ser45Prol), with β-catenin/TCF inhibitors (PKF115-584 and PNU74654) further confirmed the implication of β-catenin on the transcriptional regulation of ISM1, RALBP1, PDE2A, ENC1 and CITED2. In conclusion, we have found new potential β-catenin target genes that may be involved in adrenocortical tumourigenesis.