Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Une dérégulation du métabolisme des androgènes peut induire de graves pathologies comme le CaP (CaP). Pour le traiter, on utilise la thérapie de déprivation en androgène (ADTh). Néanmoins, le CaP s’adaptant, les traitements deviennent inefficaces. Trouver de nouvelles cibles thérapeutiques est donc essentiel. Nous sommes intéressés par la glucuronidation via les enzymes UGT2B15 et UGT2B17, la voie majeure d’inactivation des androgènes. Ce projet de recherche avait deux objectifs. 1) déterminer comment l’expression des UGT2B15 et UGT2B17 est régulée in vivo et in vitro avec ou sans ADTh, 2) créer une souris transgénique confirmant in vivo le rôle d’UGT2B15 dans la biodisponibilité des androgènes. Nous avons donc étudié la glucuronidation des androgènes par les Ugt2bs de souris, avant d’y insérer le gène UGT2B15 avec son promoteur endogène. Nous montrons qu’UGT2B15, et non UGT2B17, est inhibée dans les CaP les plus avancés tandis que l’ADTh induit les 2 UGT2Bs. In vitro, cette induction contribue à l’efficacité de l’ADTh, mais in vivo seule l’augmentation d’UGT2B15 est durable alors que celle d’UGT2B17 est transitoire. Nous constatons que la glucuronidation murine des androgènes est due aux Ugt2bs hépatiques et rénales, moins importante chez les femelles et régulée par les androgènes. La souris est donc un bon modèle pour induire une UGT2B humaine dans la prostate murine. Notre souris transgénique montre une expression d’UGT2B15 exclusivement dans le foie mâle et contrôlée par les androgènes. UGT2B15 augmente la LH plasmatique tandis que dans les souris transgéniques castrées et traitées à la DHT, le poids global et celui des muscles sont altérés. En conclusion, UGT2B15 est une cible thérapeutique pour traiter le CaP. Avec UGT2B17, elle participerait déjà à l’efficacité de l’ADTh, bien que les 2 enzymes aient une régulation différentielle. Ainsi, l’induction transitoire d’UGT2B17 serait un biomarqueur pour la résistance à l’ADTh. L’importance d’UGT2B15 est démontrée avec nos souris transgéniques où une expression hépatique a un effet systémique sur le système endocrinien. Notre modèle constitue un modèle pour étudier in vivo les régulations d’UGT2B15 et son impact sur les androgènes et pourrait servir à tester des inducteurs de cet enzyme afin d'améliorer l’ADTh. / Disregulation of androgen metabolism leads to serious diseases such as prostate cancer (PCa). Androgen déprivation (ADTh) is a common approach to treat PCa. Although most patients initialy respond to the treatment, up to 80% will develop resistant tumors (CRPC). New therapeutic approaches are therefore urgently needed. Our work focused is glucuronidation by the human UGT2B15 and UGT2B17 enzymes, a major inactivation pathway for androgens. Two parallel strategies were devepopped. First, we analyzed how UGT2B15 and UGT2B17 expression regulated in vitro and in vivo, in PCa from patient treated or not with ADTh. Second, we have engineered mouse strain expressing the UGT2B15 human gene. These animals were used to study the role of UGT2B15 in vivo, in particularly how this enzyme affects androgen biodisponibility. Before establishing the transgenic models, we investigated the Ugt2b enzyme implicated in androgen glucuronidation in mice. We observed that UGT2B15, and not UGT2B17, is down-regulated in advanced and metastatic PCa and CRPC, while using ADTh up-regulated the 2 proteins in vivo. In vitro, this increase contributed to the anti-proliferative effect of ADTh but in vivo, UGT2B15 is stably induced while UGT2B17 was only transiently up-regulated. In mice, androgen glucuronidation is mainly observed with hepatic and renal tissues, while Ugt2b peripheral expression is almost undetectable. Moreover this Ugt2b expression is lower in female and controlled by androgen. In our transgenic mouse, human UGT2B15 is also expressed in male liver only, and likewise controlled by androgen. Its expression significantly increases LH plasma concentration, while castrated transgenic mice treated with DHT display altered body and muscle weight. In conclusion we demonstrated that UGT2B15 is a pharmacological target for PCa treatment. With UGT2B17, UGT2B15 contributes to improve ADTh but the 2 enzymes have a differential expression. So, UGT2B17 is a potential biomarker for the emergence of ADTh resistance. The important UGT2B15 function is demonstrated using our transgenic mice: a liver limited expression is enough to alter the endocrine regulation with a hepatic limited expression. Also, our mouse constitutes a model to study in vivo the UGT2B15 regulation and function, in example to identify a UGT2B15 inductor to improve ADTh.

L’administration du blocage androgénique de façon intermittente pourrait offrir plusieurs avantages dans le traitement du cancer de la prostate. Toutefois, ce mode d’administration demeure controversé. Nous avons donc effectué une revue systématique et méta-analyse d’essais cliniques randomisés afin de comparer l’efficacité et la tolérabilité du blocage androgénique intermittent versus continu. Une analyse de non-infériorité a été effectuée pour la survie avec un seuil préétabli de 1,15 pour la borne supérieure de l’intervalle de confiance (IC). Au total, 15 études étaient éligibles. Le blocage androgénique intermittent était non inférieur au blocage androgénique continu avec un hazard ratio de 1,02 (IC à 95%: 0,93-1,11). Il y avait peu de différence entre les deux groupes pour la qualité de vie globale. Toutefois, plusieurs études ont rapporté une meilleure fonction physique et sexuelle avec le traitement intermittent. Le blocage androgénique intermittent est une alternative thérapeutique acceptable dans le cancer de la prostate. / Intermittent androgen deprivation may offer several advantages over continuous androgen deprivation in the treatment of prostate cancer. However, it remains controversial. We thus conducted a systematic review and meta-analysis of randomized controlled trials to compare the effectiveness and tolerability of intermittent versus continuous androgen deprivation. A non-inferiority analysis was performed for overall survival with a pre specified margin of 1.15 for the upper boundary of the confidence interval (CI). Overall, 15 studies were eligible. Intermittent androgen deprivation was non-inferior to continuous androgen deprivation with a hazard ratio of 1.02 (95% CI: 0.93-1.11). There were minimal differences in global quality of life between the two interventions. However, more of the included studies observed an improvement in physical and sexual functioning with intermittent therapy. Intermittent androgen deprivation can be considered as an alternative option in patients with prostate cancer.

Le cancer de la prostate (CaP) affecte 1 homme sur 7 au cours de sa vie. C’est le cancer numéro un diagnostiqué chez l'homme. Il s'agit du quatrième cancer le plus fréquent au Canada. Le CaP est une maladie hormonodépendante diagnostiquée chez l'homme. Les androgènes jouent un rôle vital dans la progression de la maladie. La première ligne de traitement, suivant une intervention chirurgicale ou un traitement de radiothérapie, est la thérapie de déprivation aux androgènes. Malgré une réponse initiale positive à l'inhibition des androgènes, la progression de la maladie vers un cancer de la prostate résistant à la castration (CRPC) est presque inévitable. Aux différentes étapes du CaP, le récepteur des androgènes joue un rôle majeur. Ainsi, cette thèse décrit les méthodes développées et utilisées pour mieux comprendre la biologie du CaP et le rôle joué par les androgènes dans cette maladie. Le travail démontré dans cette thèse se compose principalement d'analyses bioinformatiques effectuées sur des ensembles de données accessibles au public et d'un « pipeline » construit pour analyser des données RNA-Seq. Un pipeline RNA-Seq a été développé pour comprendre l'impact des androgènes et des gènes régulés lors du traitement aux androgènes dans les modèles de cellules de CaP. Ce pipeline bioinformatique se compose de divers outils qui ont été décrits ci-dessous dans le chapitre 1. L'objectif principal de ce projet était de développer un pipeline pour analyser les données RNA-Seq qui aide à comprendre et à définir les voies et les gènes métaboliques qui sont régulés par les androgènes, et qui jouent un rôle important dans la progression du CaP. Le flux de travail expérimental consistait en deux lignées cellulaires positives aux récepteurs aux androgènes LNCaP et LAPC4. Toutes les données utilisées dans ce projet ont été rendues publiques pour que la communauté de recherche puisse effectuer diverses autres études et analyses comparatives pour comprendre les fonctions des androgènes dans un sens beaucoup plus profond afin de développer de nouvelles thérapies pour traiter le CaP. Dans un autre projet décrit au chapitre 2, des analyses bioinformatiques ont été réalisées sur des données accessibles au public pour comprendre la fréquence de la perte et de l'altération génomique du gène PTEN localisé à 10q23. Ces analyses ont mis en évidence la fréquence d'altération génomique de PTEN qui est beaucoup plus élevée dans le CRPC que dans le CaP localisé. Ces analyses ont également aidé à identifier d'autres gènes altérés dans le CaP. Ces gènes n’ont pas été beaucoup étudiés dans la littérature, mais il semble que certains d’entre eux possèdent des caractéristiques de suppresseurs de tumeurs. Ces résultats pourraient être un bon début pour des analyses plus approfondies concernant la perte de gènes.La compréhension des fonctions de AR et de la suppression de PTEN aidera à développer de nouvelles stratégies et approches pour diagnostiquer et traiter le CaP. L'intégration des analyses bioinformatiques à la recherche clinique ouvre une nouvelle perspective dans le domaine de la recherche du CaP. / Prostate Cancer (PCa) affects 1 in 7 men in their lifetime and is the number one diagnosed cancer in men. It is the 4th most common cancer in Canada. PCa is a hormone-dependent disease diagnosed in men. Androgens play a vital role in the disease progression. The standard of care to treat PCa, following surgery or radiation therapy, is the androgen deprivation therapy (ADT). In spite of initial positive response to androgen inhibition, the progression of the disease to castration-resistant prostate cancer (CRPC) is almost inevitable. Across the various stages of PCa, the androgen receptor (AR) plays a major role. This thesis portrays the methods developed and used to understand PCa biology. The work demonstrated in this thesis majorly consists of bioinformatic analyses performed on publicly available data sets and a pipeline built to analyse RNA-Seq data. An RNA-Seq pipeline has been developed to understand the impact of androgens and the genes regulated upon androgen treatment in PCa cell models. This bioinformatic pipeline consists of various tools which have been described below in chapter 1. The major goal of this project was to develop a pipeline to analyse the RNA-Seq data which helps to understand and define the metabolic pathways and genes regulated by androgens which play an important role in PCa disease progression. The experimental workflow consisted of two androgen receptor positive cell lines LNCaP and LAPC4. All the data used in this project has been made publicly available for the research community to perform various other comparative studies and analyses to understand the functions of androgens in a much deeper sense to develop novel therapies to treat PCa. In another project described in chapter 2, bioinformatic analyses have been performed on publicly available data to understand the loss and genomic alteration frequency of the gene PTEN occurring at 10q23. These analyses highlighted that the genomic alteration frequency of PTEN is much higher in CRPC than in localised PCa, and also helped in identifying other genes which are lost along with PTEN. The lost genes have not been studied much in literature, but few studies demonstrated that they might possess tumor suppressor characteristics. These results might be a good start for further deeper analyses regarding the lost of genes. Understanding the functions of AR and the deletion of PTEN will help for the development of novel strategies and approaches to diagnose and treat PCa. Integration of bioinformatic analyses with clinical research open up a new perspective in the PCa research domain.

Dans la première partie de cette thèse, nous avons démontré la faisabilité de produire des anticorps monoclonaux contre la progestérone à partir de cellules de myélome de souris et de souris immunisée contre la progestérone liée à 1'albumine sérique de boeuf. Nous avons obtenu des anticorps monoclonaux que nous avons comparé à des anticorps polyclonaux selon deux méthodes d'immunoétalonnage, le dosage radioimmunologique et le dosage immunoenzymatique par bioluminescence. Nous avons constaté que dans le dosage radioimmunologique, 1’interaction d'anticorps monoclonaux avec le marqueur iodé est différente de celle observée entre les anticorps polyclonaux et le marqueur iodé. Nous avons pour la première fois observé que la sensibilité de ce dosage avec les anticorps monoclonaux est proportionnelle à la dilution de 1’anticorps. Un dosage radioimmunologique très sensible peut donc être obtenu aussi bien avec un traceur homologue qu'avec un traceur hétérologue. Les méthodes de dosage par bioluminescence sont aussi sensibles que les dosages par radioactivité et cette méthode permet d'éliminer l'étape de séparation de la fraction liée et celle non liée. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous avons étudié les conjugués stéroïdes-glucuronides dans le but de déterminer si ces métabolites pouvaient fournir une information pertinente sur les transformations des stéroïdes-C19 en périphérie. Nous avons donc mesuré les concentrations plasmatiques de stéroïdes et de leur dérivé glucuronide en fonction de l'âge et en fonction de différentes pathologies telles que 1'hirsutisme et l’hyperplasie bénigne de la prostate. De plus, nous avons déterminé l'effet du Flutamide sur les niveaux de stéroïdes-glucuronides circulants chez des patients castrés atteints d'un cancer de la prostate traités avec le Elutamide. Les 5α-stéroïdes-C19-glucuronides(androstérone-glucuronide et androstane-3α, 17β diol-glucuronide) sont présents en plus grande concentration que leur correspondant non conjugué. Les résultats obtenus ont également démontré que chez l'homme, 1'androstérone-glucuronide est le dérivé glucuronidé dont les concentrations sériques sont les plus élevées. Ces stéroïdes conjugués sont donc plus faciles à déterminer et sont un meilleur reflet du métabolisme des stéroldes-C19 surrénaliens et testiculaires. Nous constatons de plus que la mesure d'un seul stéroïde glucuronide n'est pas suffisante pour constater une anomalie métabolique. / Montréal Trigonix inc. 2018

Depuis plusieurs années, on sait que la dérégulation des hormones sexuelles dans un organisme est responsable de plusieurs désordres relatifs à la peau par exemple l'acné. Afin de trouver une thérapie efficace contre ces désordres, il serait intéressant d'étudier l'expression des gènes suite à différents traitements hormonaux. Pour ce faire, nous avons utilisé les biopuces à oligonucléotides qui permettent d'étudier l'expression génique dans un tissu. L'objectif principal est d'étudier la régulation du transcriptome des glandes préputiales de la souris par les androgènes. Nous avons effectué trois protocoles possédant une durée différente de traitement (Véhicule ou DHT). Ces expériences nous ont permis d'isoler plusieurs gènes impliqués dans les mécanismes suivants: l'inflammation, la modulation cellulaire, l'apoptose et la synthèse lipidique. L'analyse de leur expression a permis de venir à la conclusion qu'un traitement androgénique inhibe les gènes impliqués dans les trois premiers mécanismes mais active ceux impliqués dans la synthèse lipidique.

Les hormones stéroïdiennes comme les androgènes, les estrogènes, les glucocorticoïdes et dans une moindre mesure les progestines, sont des modulateurs reconnus du développement pulmonaire. Plusieurs éléments concernant la régulation de l’action de ces stéroïdes restent encore à être identifiés, surtout lors des stades sacculaire et alvéolaire. Premièrement, nous avons caractérisé l’expression des 17β-hydroxystéroïde déshydrogénases (17β-HSDs) de type 1, 2 et 5, de la 5α-réductase de type 1, de la 3α-HSD et du récepteur des androgènes (AR) dans le poumon murin en développement du jour gestationnel (JG) 19.5 au jour postnatal (PN) 30. Les niveaux de 17β-HSD de type 2 diminuaient dramatiquement à la fin du stade sacculaire alors que l’expression du AR augmentait graduellement de la naissance à l’âge adulte. Le AR fut principalement détecté dans le noyau des cellules épithéliales des voies aériennes et dans certaines cellules des voies respiratoires. Les ARNm de la 17β-HSD de type 2 et le AR colocalisaient durant le stade sacculaire, mais la 17β-HSD de type 2 était absente de l’épithélium des voies aériennes durant le stade alvéolaire. Deuxièmement, les niveaux des androgènes et des estrogènes furent mesurés dans le poumon murin du stade canaliculaire au stade alvéolaire. Les niveaux androgéniques présents dans le poumon étaient significativement différents par rapport à ceux présents dans un tissu de référence. Ces résultats sont compatibles avec la présence d’un métabolisme des androgènes régulé lors du développement pulmonaire. Troisièmement, l’expression de la 20α-HSD et des gènes associés à la voie de synthèse «surrénalienne» des glucocorticoïdes furent caractérisés du JG 15.5 au PN 15. Finalement des expériences de culture d’explants pulmonaires ont démontré qu’au JG 15.5, cette voie de synthèse était capable de produire de la corticostérone à partir d’un substrat de progestérone. L’accumulation de corticostérone n’était cependant observable que dans une sous-population des échantillons prélevés au JG 15.5 et était totalement absente après. Cette observation, la forte expression de la 21-hydroxylase, la présence de fortes activités 20α-HSD et 5α-réductase suggèrent toutes la présence d’une régulation locale de l’action du récepteur des glucocorticoïdes (GR) dans le poumon en développement s’ajoutant à celle détectée pour le AR. / Steroid hormones such as progestogens, estrogens, androgens and glucocorticoids are known modulators of lung development. Several elements concerning the role and regulation of steroid action in the developing lung, especially for the saccular and alveolar stages, remain to be investigated. First, a qPCR analysis of 17β-hydroxysteroid dehydrogenases (17β-HSD) type 1, 2 and 5, of 5α-réductase type 1, of m3α-HSD and of androgen receptor (AR) was performed during the saccular and alveolar stages of mouse lung development. AR expression showed a statistically significant increase during the alveolar stage while levels of 17β-HSD 2 expression decreased at the end of the saccular stage and remained low throughout the alveolar period. The androgen receptor (AR) protein was primarily detected in the nucleus of airway epithelial cells and of a subset of respiratory epithelial cells. 17β-HSD 2 mRNA was co-localized with AR protein during the saccular stage, but was absent from airway epithelium during the alveolar stage. Second, androgen and estrogen levels were measured in the murine developing lung from the canalicular to the alveolar stage. Significant difference of androgen levels between lung and control tissue. This fact added to the nuclear localization of AR is compatible with the presence of a regulated androgen metabolism during lung development. Third, expression of 20α-HSD and of the genes associated with the adrenal glucocorticoid synthesis pathway was characterized in the developing lung, from GD 15.5 to PN 15. Finally, corticosterone synthesis was only observed in a fraction of lung explants from gestation day (GD) 15.5. This observation and strong expression of 21-hydroxylase, of 20α-HSD and of 5α-reductase activities suggests local regulation of GC action. It thus appears that the actions of androgens and of glucocorticoids are both regulated at a pre-receptor level in the developing lung from the canalicular stage until the end of the alveolar stage.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les tissus adipeux ont été reconnus il y a longtemps comme des sites importants de transformation et d’action des hormones stéroïdiennes. Parmi ces hormones, les androgènes et les oestrogènes jouent un rôle important dans la régulation des fonctions du tissu adipeux comme l'accumulation de triglycérides, la lipolyse, la différenciation des préadipocytes et la prolifération cellulaire. La disponibilité de ces hormones est modulée par un groupe d’enzymes de conversion des stéroïdes qui n’ont pas été entièrement caractérisées dans les tissus adipeux humains. Objectif: Notre objectif était de caractériser les isoenzymes de la 5α-réductase de même que la 17β-hydroxystéroïd déshydrogénase (17β-HSD) de type 2 et leur association avec les mesures anthropométriques et/ou les marqueurs d'adiposité. Méthodes: Des tissus adipeux omental et sous-cutané ont été obtenus auprès d’hommes et/ou de femmes non-obèses et/ou obèses. L'expression des 5α-réductases et 17β-HSD type 2 ont été mesurées dans différents modèles de tissus adipeux. Des techniques d’immunohistochimie et d'imagerie confocale ont été utilisées pour localiser la 17β-HSD type 2 dans les tissus adipeux. Nous avons utilisé des inhibiteurs spécifiques à ces enzymes dans nos expériences. De plus, des cultures de cellules HEK-293 ont été utilisées pour tester les inhibiteurs des 5α-réductases. Résultats: Nous avons démontré que la dihydrotestostérone est formée principalement à partir de l'androsténedione (4-dione) et est responsable de la grande majorité de l’effet inhibiteur du 4-dione et de la testostérone sur l'adipogenèse. Les isoenzymes de la 5α-réductase jouent donc un rôle important dans la régulation de la différenciation des préadipocytes. Nos résultats indiquent également que la conversion de la testostérone et de l'estradiol en stéroïdes moins actifs tels que le 4-dione et l'estrone, respectivement, est effectuée par la 17β-HSD type 2 qui est localisée dans les vaisseaux sanguins des tissus adipeux des hommes et des femmes. Conclusion: Les 5α-réductases et la 17β-HSD type 2 modulent la disponibilité des hormones stéroïdiennes actives dans les tissus adipeux humains. Leur activité et/ou leur expression est associée aux mesures d’adiposité. Ceci supporte la notion d’un rôle possible de ces enzymes dans l'altération des dépôts graisseux via une modulation de la disponibilité des hormones stéroïdiennes actives. / Adipose tissue has long been recognized as a significant site for steroid hormone transformation and action. These hormones include androgens and estrogens, which play a pivotal role in the regulation of many adipose tissue functions including triglyceride accumulation, lipolysis, preadipocyte differentiation and proliferation. The availability of these hormones is regulated through a group of steroid hormone-converting enzymes that have not been fully characterized in adipose tissue. Our objective was to characterize steroid hormone-converting enzymes 5α-reductase and 17β-hydroxysteroid dehydrogenase (17β-HSD) type 2 and their involvement in the regulation of androgen and estrogen availability in abdominal adipose tissues of men and/or women, and define their association with anthropometric measurements or other adiposity markers. Methods: Omental (OM) and subcutaneous (SC) adipose tissues were obtained from non-obese and/or obese men and/or women. The expression of 5α-reductase and 17β-HSD type 2 isoenzyme was measured in various OM and SC tissue models. Immunohistochemistry and confocal imaging techniques were used to localize 17β-HSD type 2 in adiposes tissues. We used specific enzyme inhibitors in our experiments. In addition, HEK-293 cell cultures were used to test the 5α-reductase isoenzymes inhibitors. We also measured glycerol-3-phosphate dehydrogenase (G3PDH) activity with or without 5α-reductase inhibitors to assess the extent of preadipocyte differentiation. Results: Dihydrotestosterone is formed mainly through 4-androst-4-ene-3,17-dione (4-dione) and it is responsible for the vast majority of the inhibitory effect of 4-dione and testosterone on adipogenesis. 5α-reductase isoenzymes play an important role in the regulation of preadipocyte differentiation through modulation of androgenic activity. Our results also indicated that the conversion of testosterone and estradiol into less active steroids such as 4-dione and estrone, respectively, is caused by 17β-HSD type 2, which is localized in the blood vessels of adipose tissue in both men and women. No sex difference was detected in HSD17B2 mRNA expression. However, opposite correlations were found between 17β-HSD type 2/HSD17B2 mRNA expression and/or activity with age or adiposity measurements in both sexes. Conclusion: 5α-reductases and 17β-HSD type 2 have opposite actions on the availability of active steroid hormones in human OM and SC adipose tissues. The activity and/or the expression of these enzymes is associated with adiposity measurements. This supports a possible role of these enzymes in altering fat deposition through the modulation of active steroid hormone availability in adipose tissue.