Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2016-2017 / La schizophrénie est une maladie complexe et multidéterminée caractérisée par plusieurs difficultés, incluant des déficits de cognition sociale. La cognition sociale réfère à l’ensemble des processus cognitifs qui permettent de comprendre les autres et regroupe différents domaines tels que la théorie de l’esprit, la reconnaissance d’émotions et les connaissances sociales. Les recherches récentes se sont intéressées à identifier la présence d’anomalies de la cognition sociale chez les apparentés de patients, ce qui appuierait l’hypothèse de la cognition sociale comme un marqueur biologique relié à la schizophrénie. À l’aide de quatre études, la présente thèse vise à mieux comprendre les difficultés de cognition sociale présentes chez les apparentés de patients atteints de schizophrénie afin de mieux cibler les aspects qui pourraient être des marqueurs d’une vulnérabilité à développer la pathologie. Premièrement, en combinant les résultats d’études antérieurs, la thèse démontre que la cognition sociale est affectée chez les apparentés de patients (Chapitre 2, Chapitre 4). Deuxièmement, la thèse démontre que le domaine de la cognition sociale qui nécessite la prise en compte de plusieurs éléments pour bien comprendre les autres (théorie de l’esprit) est le domaine le plus affecté chez les apparentés de patients (Chapitre 3). Finalement, la thèse démontre que différents réseaux cérébraux sont impliqués dans la théorie de l’esprit (Chapitre 5) et que parmi ces réseaux, les apparentés de patients présentent des anomalies d’activation cérébrale autant lors du traitement des informations contextuelles et du traitement des informations sociales (Chapitre 6). La thèse appuie ainsi l’idée que certains aspects de la cognition sociale pourraient être des marqueurs d’une vulnérabilité génétique à développer la schizophrénie. / Schizophrenia is a complex and multidetermined illness characterized by several deficits, including impairments in social cognition. Social cognition refers to the cognitive processes involved in the ability to understand others and includes domains such as theory of mind, emotion perception and social knowledge. Recent literature investigated the presence of social cognition difficulties in unaffected relatives of patients with schizophrenia, which would support the hypothesis that social cognition is a biological marker of schizophrenia. Using four studies, the present thesis aims to better understand social cognition difficulties observed in unaffected relatives of patients with schizophrenia in order to target which aspects might be markers of a vulnerability to develop the illness. First, by combining the previous results of the literature, the thesis demonstrates that social cognition is affected in unaffected relatives of patients (Chapter 2, Chapter 4). Second, the thesis also suggests that the domain of social cognition that requires integrating multiple elements to correctly understand others (theory of mind) is the most impaired in unaffected relatives of patients (Chapter 3). Finally, the thesis demonstrate that different sub-brain networks are implicated in theory of mind (Chapter 5), and that among these networks, unaffected relatives present abnormal cerebral activation during contextual processing as well as social information processing (Chapter 6). The thesis thus supports the idea that certain aspects of social cognition could be biological markers associated with a vulnerability to develop schizophrenia.

Titre de l'écran-titre (visionné le 23 octobre 2023) / La maladie de Huntington (MH) est une pathologie neurodégénérative caractérisée par une mutation de la protéine Huntingtine (HTT). Cette maladie se caractérise par des symptômes moteurs, ainsi que des troubles cognitifs. Au niveau moléculaire, la HTT se dote d'une queue polyQ plus longue qu'en condition physiologique, et à tendance à s'agréger. Ces amas protéiques vont perturber le fonctionnement cellulaire, en particulier celui des neurones dopaminergiques du striatum. Au sein de ces cellules, des altérations transcriptionnelles de nombreux microARNs (miR) sont observées. Les miR sont de petits ARNs non codants capables de réguler à la baisse la transcription de nombreux ARNm différents. Notamment, le miR-132 est fortement impliqué dans la survie neuronale, et les processus cognitifs, deux éléments principalement altérés dans la MH. Or, il s'avère que le miR-132 se trouve être diminué chez les patients atteints de la MH. Notre hypothèse est donc que la perte du miR-132 explique, au moins en partie, les symptômes liés à la MH. Le but de cette étude est donc de comprendre comment et à quel point le miR-132 agit dans le cadre de la MH. Afin de tester l'hypothèse, nous avons généré quatre génotypes de souris à partir de lignées contrôles et des souris zQ/175, modèle de la MH. Dans ces deux lignées, nous avons effectué une délétion à l'aide du système Cre/Lox du gène du miR-132, afin d'étudier le rôle de ce miR en condition physiologique et pathologique. À cette fin, nous avons étudié l'impact de la délétion du miR-132 au niveau transcriptionnel, protéique, physiologique et comportemental. Après avoir validé notre modèle de la MH, nous avons pu constater que les symptômes comportementaux, en particulier l'anxiété mesurée en terrain ouvert, étaient aggravés significativement chez les souris sans miR-132. Par la suite, pour pouvoir réaliser des analyses biochimiques, nous avons prélevé de nombreux tissus afin de couvrir un large champ d'étude. Dans cette étude, nous nous intéresserons aux régions du striatum (épicentre de la maladie), du cortex (contrôle au sein du SNC) et du cœur (contrôle extérieur au SNC). Nous avons observé que la transcription de nombreux ARNm était altérée de manière similaire chez les souris sans le miR-132 et les souris MH. Au niveau protéique, nous avons validé l'augmentation de la forme agrégée de HTT dans nos modèles MH, avec ou sans miR-132, au sein du cortex et du striatum. Cependant, aucune différence claire n'a pu être observé pour des protéines impliquées dans la survie neuronale ou identifiées en tant que cible du miR-132. Nos résultats préliminaires laissent supposer que de multiples voies compensatoires se mettent en place lors d'une perte du miR-132. Une analyse plus poussée des voies dérégulées au niveau transcriptionnel nous permettrait d'isoler, puis de mettre en évidence le mécanisme d'interaction indirect entre le miR-132 et HTT. À partir de là, il serait possible de mieux comprendre comment le miR-132 agit sur les altérations comportementales observées chez nos souris. Une fois ces mécanismes identifiés, nous pourrions mieux comprendre cette pathologie et réussir à trouver des traitements efficaces.

Le syndrome de Werner (SW) est une maladie génétique de transmission autosomique récessive qui cause le vieillissement prématuré. La maladie est causée par une mutation dans le gène Werner (WRN). Étant donné que le niveau d'espèces réactives d'oxygène (EROs) est élevé chez les personnes atteintes du SW et que c'est probablement un facteur causant une partie du phénotype, nous avons vérifié le phénomène au niveau cellulaire. Pour ce faire, nous avons analysé des fibroblastes de souris embryonnaires (FSEs) de type sauvage (TS) et des FSEs ayant une deletion dans une partie du domaine hélicase de la protéine homologue de WRN (Wrn[delta]hel/[delta]hel). Nous avons mesuré le niveau d'EROs dans ces cellules. Après avoir constaté que le niveau d'EROs est plus élevé dans les FSEs Wrn[delta]hel/[delta]hel que dans les FSEs TS, nous avons mesuré les effets directs et indirects de cette augmentation du niveau d'EROs au plan de la transcription globale dans ces cellules. Finalement, pour mieux comprendre l'impact des EROs dans le phénotype, nous avons étudié l'effet de l'addition d'EROs exogènes sur les cellules en culture. Nous avons donc traité des FSEs TS et Wm mutants avec du peroxyde d'hydrogène. À l'aide de biopuces à ADN, nous avons comparé le profil d'expression génique des FSEs traités au peroxyde d'hydrogène par rapport aux cellules non traitées. Nous avons par la suite validé les résultats des biopuces à ADN par transcriptase inverse suivi d'une réaction de polymerase en chaîne quantitative (TI-RPC) et analysé les données avec le programme PANTHER (Protein ANalysis THrough Evolutionary Relationships). Les EROs exogènes ont peu d'impact sur le profil d'expression des gènes chez les FSEs Wrn mutants en comparaison avec les FSEs TS car ces cellules démontrent déjà un niveau d'EROs plus élevé que la normale. Toutefois, plusieurs sentiers biologiques déjà affectés chez les FSEs Wrn mutants ont été affectés de la même façon dans les FSEs TS traités au peroxyde d'hydrogène. D'ailleurs, plusieurs de ces sentiers biologiques sont étroitement reliés au phénotype observé chez notre modèle de souris Wrn mutantes ainsi que chez les patients atteints du SW.

Chez un individu vieillissant, le développement graduel d’un grand nombre de petites failles moléculaires couplé à des défauts de réparation conduisent à l’apparition possible d’un large panel de pathologies dites associées au vieillissement. Les syndromes progéroïdes segmentaires, comme le syndrome de Werner, phénocopient en partie les observations faites lors du vieillissement classique des individus. A ce jour, 83 mutations différentes affectant le gène WRN ont pour conséquence l’émergence précoce de cataractes, d’un blanchiment et d’une perte des cheveux, de l’ostéoporose, du diabète de type II ou de l’athérosclérose chez les sujets dont les deux allèles du gène WRN sont mutés. Bien que la protéine WRN joue un rôle important dans le métabolisme du génome nucléaire, les liens qui unissent la perte d’une protéine WRN fonctionnelle avec le développement de pathologies associées au vieillissement n’ont pas été clairement définis. L’orthologue de la protéine WRN chez la souris a autorisé la genèse de deux modèles murins du syndrome de Werner. Ayant pourtant perdues toute synthèse de la protéine Wrn, les souris Wrn-/- ne présentent pas d’affection sévère ni de réduction de leur espérance de vie. A l’inverse, les souris WrnΔhel/Δhel produisent une protéine délétée d’une partie du domaine hélicase, la protéine WrnΔhel. Ces souris souffrent de nombreuses pathologies communes aux patients atteints du syndrome de Werner occasionnant la réduction de leur espérance de vie. Le projet de recherche associé à cette thèse doctorale avait pour but de caractériser les différents stresses et dysfonctionnements qui séparent ces deux modèles murins et qui expliqueraient la dichotomie entre leurs états de santé. La découverte de la perte totale de fonctions enzymatiques de la protéine WrnΔhel et surtout de sa mauvaise localisation subcellulaire constitue un résultat clé du projet. Ainsi, en plus de perdre une protéine Wrn nucléaire, les souris WrnΔhel/Δhel gagnent une protéine WrnΔhel mutante potentiellement toxique au bon fonctionnement de compartiments cytoplasmiques comme les peroxysomes et le réticulum endoplasmique, contrairement aux souris Wrn-/-. Dès l’âge de quatre/cinq mois, cette protéine WrnΔhel mal localisée engendre des changements du protéome et un stress oxydatif dans le réticulum endoplasmique des hépatocytes qui répondent au travers de certains acteurs de la voie de réponse aux protéines mal repliées (Unfolded Protein Response, UPR). De manière intéressante, une étude précédente avait montré que, malgré leur capacité à produire leur propre ascorbate grâce à la gulonolactone oxydase (Gulo), un apport additionnel de 0,4% d’ascorbate (p/v) à l’eau mise à disposition des souris WrnΔhel/Δhel à partir du sevrage empêchait l’apparition de pathologies et allongeait leur espérance de vie. Cette thèse doctorale a décelé que même si cet apport exogène d’ascorbate ne modifie pas la quantité de protéine WrnΔhel toujours mal localisée, la disponibilité plus importante de cet anti-oxydant et de ce co-facteur réussit à combler l’ensemble des besoins subcellulaires afin de lutter efficacement contre le stress oxydatif et d’aider à l’obtention d’un protéome fonctionnel. Puisque les patients atteints du syndrome de Werner ne synthétisent pas de novo de l’ascorbate et que cette synthèse endogène chez les souris WrnΔhel/Δhel complique l’évaluation de l’impact de l’ascorbate sur leur santé, ce projet de recherche avait également pour objectif la genèse d’un nouveau modèle murin qui dépend entièrement d’une source exogène de vitamine C à cause d’une invalidation du gène Gulo. Le gain d’une protéine WrnΔhel mal localisée et l’incapacité à produire de l’ascorbate impactent drastiquement l’espérance de vie, le profil métabolique et immunitaire des souris WrnΔhel/Δhel/Gulo-/- traitées avec 0,01% de vitamine C. Ces souris sont également stériles, montrent un hypogonadisme testiculaire et souffrent d’ostéopénie marquée à l’image des patients du syndrome de Werner. Les besoins accrus en vitamine C de ces souris mènent à l’apparition d’une hypovitaminose C plus sévère que chez des souris Gulo-/- soumises au même traitement. Cette carence se reflète au niveau subcellulaire par la présence d’un stress oxydatif hépatique marqué ainsi que par l’activation exacerbée des acteurs de l’UPR. Un apport de 0,4% de vitamine C chez les souris WrnΔhel/Δhel/Gulo-/- réussit à étendre leur espérance de vie et à contrecarrer des stresses subcellulaires mais conduit de manière intrigante à l’âge de quatre/cinq mois à un profil métabolique semblable à celui de souris de type sauvage de 20 mois. De manière générale, les résultats obtenus à l’issue de ce projet doctoral ont mis en lumière l’impact de la vitamine C sur l’état de santé de modèles murins du syndrome de Werner. / For an aging individual, the gradual buildup of a huge number of molecular tiny faults combined with repair defects lead to the possible appearance of various age-related pathologies. Segmental progeroid syndromes like the Werner syndrome partly phenocopy the observations collected from classical aging process of individuals. To date, 83 different mutations affecting the WRN gene are known and result in premature onset of cataracts, graying and hair loss, osteoporosis, type II diabetes and atherosclerosis. Even if the WRN protein plays a major role in the metabolism nuclear genome, the links which relate the loss of a functional WRN protein to the development of ageassociated diseases are not clearly defined. The existence of a mice orthologue of the WRN protein has made possible the genesis of two Werner syndrome mice models. Even without any synthesis of the Wrn protein, Wrn-/- mice do not display any severe pathologies or a shorter lifespan. In contrast, WrnΔhel/Δhel mice produced a Wrn protein lacking part of the helicase domain, the WrnΔhel protein. These mice exhibit many phenotypic features of the Werner syndrome which result in the reduction of their lifespan. The research project associated to this doctoral thesis aimed to characterise different stresses and dysfunctions which differentiate these two mice models and which may explain the dichotomy between their health status. The discovery of the complete loss of enzymatic functions of the WrnΔhel protein, but also its subcellular mislocalization, is a key outcome of the project. Thus, unlike Wrn-/- mice, beside losing a nuclear Wrn protein, WrnΔhel/Δhel mice gain a mutated WrnΔhel protein that is potentially toxic for the proper function of cytoplasmic compartments such as peroxisomes and the endoplasmic reticulum. At the age of four/five months, the mislocalized WrnΔhel protein leads to proteome changes and oxidative stress into the endoplasmic reticulum of hepatocytes which response through some key actors of the Unfolded Protein Response (UPR). Interestingly, one previous study has shown that, despite their ability to produce their own ascorbate thanks to the gulonolactone oxidase (Gulo), an additional ascorbate supplementation (0.4% (w/v) added to drinking water of WrnΔhel/Δhel mice since weaning, prevents the emergence of pathologies and extends the lifespan of mice. This doctoral thesis has given evidence that, even if this exogenous ascorbate supplementation did not change the quantity and mislocalization of the WrnΔhel protein, the higher availability of this anti-oxidant and this co-factor succeeds to fill all subcellular requirements in order to fight efficiently against oxidative stress and to contribute to the acquisition of a functional proteome. Since patients from Werner syndrome do not synthesize de novo ascorbate and because this endogenous synthesis in WrnΔhel/Δhel mice makes the assessment of ascorbate on the health of mice difficult to precisely decipher, another objective from this research project was to generate a new mice model which relies entirely on exogenous vitamin C source because of the knockout of the mouse Gulo gene. The gain of a mislocalized WrnΔhel protein and the inability to produce ascorbate drastically impact on the lifespan, metabolic and immune profile of WrnΔhel/Δhel/Gulo-/- mice treated with 0.01% vitamin C. Moreover, these mice are sterile, display testicular hypogonadism and suffer from profound osteopenia like patients with the Werner syndrome. The increased vitamin C requirements of these mice lead to an hypovitaminosis C which is even more severe than Gulo-/- mice under the same ascorbate treatment. This deficiency is reflected at subcellular level in the outbreak of a pronounced hepatic oxidative stress and the exacerbated activation of actors of the UPR. The 0.4% vitamin C supplementation delivered to WrnΔhel/Δhel/Gulo-/- mice succeeded to extend their lifespan and to counteract subcellular stresses but intriguingly established, at the age of four/five months, a metabolic profile reminiscent to the one observed in 20 months old WT mice. Overall, the results from this doctoral project unravel the impact of vitamin C on health status of mice models for the Werner syndrome.

Les intégrons sont des éléments génétiques permettant la capture et l'expression de gènes sous la forme d'unités fonctionnelles nommées cassettes. Une cassette d'intégron est généralement constituée d'un gène suivi d'une séquence de recombinaison nommée site attC. Les cassettes sont mobilisables par un mécanisme de recombinaison spécifique de site qui est catalysé par une intégrase d'intégron. Les intégrons présents sur des éléments mobiles (les intégrons mobiles) sont grandement impliqués dans l'acquisition, l'expression et la dissémination des gènes de résistance aux antibiotiques dans les bactéries à Gram négatif. Malgré toutes les informations dont nous disposons sur les intégrons, les origines des gènes codant pour les intégrases d'intégrons (intl) retrouvés dans les intégrons mobiles demeurent imprécises. De plus, le mécanisme de formation des cassettes reste inconnu. Plusieurs indices suggèrent que les gènes intl retrouvés dans les intégrons mobiles proviennent de ceux présents dans les intégrons retrouvés dans les chromosomes de bactéries environnementales (les intégrons chromosomiques). D'autre part, des éléments génétiques mobiles ciblant les sites attC, nommés introns du groupe UC-attC, pourraient contribuer au recrutement des gènes en les associant avec des sites attC. Les objectifs principaux des travaux de cette thèse ont été divisés en deux volets : i) l'étude des activités de recombinaison d'une intégrase d'intégron chromosomique et ii) l'étude des introns bactériens du groupe UC-attC, dans le cadre de l'évolution des intégrons. L'objectif du premier volet de cette thèse consistait en l'étude des activités d'excision et d'intégration de l'intégrase IntINeu de l'intégron chromosomique de la bactérie environnementale Nitrosomonas europaea ATCC 19718 à l'aide d'un test de recombinaison in vivo. Les objectifs du deuxième volet consistaient en l'étude des introns du groupe UC-attC afin a) de caractériser les promoteurs internes permettant l'expression de cassettes de résistance aux antibiotiques, b) de définir les principes de base de la reconnaissance des séquences cibles (les sites attC), et c) de déterminer leur rôle potentiel dans la formation des cassettes d'intégrons. Les résultats obtenus dans le premier volet ont révélé que l'intégrase IntINeu peut capturer plusieurs cassettes de résistance aux antibiotiques retrouvées dans des intégrons mobiles. Ces résultats suggèrent que les gènes intl retrouvés dans les intégrons mobiles proviennent de ceux présents dans les intégrons chromosomiques de bactéries environnementales. Les résultats obtenus dans le deuxième volet ont révélé que les introns du groupe UC-attC possèdent potentiellement un ou deux promoteurs conservés permettant, à l'occasion, l'expression de cassettes de résistance aux antibiotiques. Ensuite, les études de mobilité de l'intron du groupe UC-attC S.ma.12 provenant d'un isolât clinique de Serratia marcescens ont révélé l'importance de la structure secondaire conservée des sites attC dans la reconnaissance des séquences cibles. Des expériences additionnelles de mobilité ont permis de démontrer que S.ma.12 peut cibler une variété de séquences correspondant à des sites attC, mais également à de possibles terminateurs de transcription. Des études in vitro ont révélé, pour certains des introns à l'étude, les produits d'épissage des exons, les activités de transcription inverse, de même que les activités ADN polymerase de protéines introniques purifiées. Les résultats obtenus dans le deuxième volet de cette thèse ont permis d'élaborer un modèle concret du mécanisme de formation des cassettes d'intégrons.

Les dommages à l'ADN induits par les rayons ultraviolets B (UV) solaires jouent un rôle important dans les cancers de la peau induits par les rayons solaires. Le travail présenté dans cette thèse examine le rôle de l'enzyme nucléaire poly (ADP-ribose) polymérase-1 (PARP-1) dans les réponses cellulaires suite aux dommages à l'ADN induits par les UV. Premièrement, nous avons examiné le mécanisme précis d'activation de la PARP-1 en réponse aux UV. En utilisant des techniques d'irradiation locale d'UV, d'immunocytochimie et d'immunoprécipitation de la chromatine, nous avons démontré que PARP-1 est activée de deux façons distinctes en réponse à deux types de dommages à l'ADN causés par les UV, i.e., les photo-lésions directes et les dommages oxydatifs. Ces deux types de dommages à l'ADN sont réparés par les voies de réparation par excision de nucléotides (NER) et par excision de bases (BER), respectivement. Depuis que le rôle de PARP-1 est bien connu dans le BER, nous nous sommes concentrés à examiner si la PARP pouvait jouer un rôle dans NER en faisant une déplétion stable de la PARP à l'aide de l'ARN interférence (ARNi) dans des fibroblastes de peau humaine qui étaient compétents dans NER ou déficients dans l'étape de reconnaissance des lésions du NER. En utilisant la technique de «host cell réactivation» (HCR), nous avons observé que les cellules déficientes en PARP-1 étaient inefficaces dans l'étape de la reconnaissance des lésions du NER. Durant l'exploration du rôle de PARP-1 dans l'apoptose induite par les UV, nous avons découvert que l'ARNi arrêtait durant l'apoptose. Nous avons trouvé que Dicer, un endonucléase de la famille RNaselII et un élément critique dans la régulation de l'ARNi, était clivé par la caspase-3 durant l'apoptose, ce qui amenait l'inactivation de ses fonctions catalytiques et l'abrogation de l'ARNi. En résumé, cette thèse élucide un important rôle de PARP-1 dans les réponses cellulaires aux UV. De plus, la découverte imprévue de 1' abrogation de l'ARNi durant l'apoptose présente de nouveaux défis dans les domaines relatifs à l'ARNi. / The DNA damages induced by solar ultraviolet B radiation (UV) play an important role in sunlight-induced skin cancers. The work presented in this thesis examines role of a nuclear enzyme, poly(ADP-ribose) polymerase-1 (PARP-1) in cellular responses to UVinduced DNA damage. PARP-1 is known to be activated in response to different types of DNA damages, and its activation is known to participate in different cellular responses ranging from DNA repair to cell death. To understand the mechanism of activation of PARP-1 in UV-irradiated cells, we used elegant techniques of local UV irradiation, immunocytochemistry and chromatin immunoprecipitation to demonstrate that PARP-1 is activated in two distinct phases in response to two different types of DNA damage caused by UV, i.e., direct photolesions and oxidative DNA damage. These two types of UVinduced DNA lesions are repaired by nucleotide excision repair (NER) and base excision repair (BER) pathways, respectively. Since PARP-1's role in BER is well-known, we focused on examining whether PARP could play a role in NER by stably depleting PARP-1 using DNA vector-based RNAi in human skin fibroblasts which are either proficient in NER or deficient in lesion-recognition steps of NER. Upon analyses of the NER-capacity of these cells by host cell reactivation (HCR) assay using a recombinant adenovirus-based reporter gene, we observed that PARP-1-depleted cells were inefficient in the lesion recognition step of NER. While exploring the role of PARP-1 in UV-induced apoptosis using the above models, we serendipitously discovered that RNAi fails during apoptosis. We find that endonuclease Dicer-1, critical in the regulation of RNAi gets cleaved by caspase-3 during apoptosis, which leads to its catalytic inactivation and failure of RNAi. In summary, this thesis elucidates an important role for PARP-1 in cellular responses to UV. In addition, the RNAi-abrogation during apoptosis is an exciting discovery that presents new challenges in the relatively new field of RNAi.

L'asthme est un trait complexe dont le phénotype est régulé par l'interaction de nombreux gènes et de l'environnement. Étant donné sa variabilité phénotypique, plusieurs individus asthmatiques ne répondent pas à la médication disponible. La recherche de nouvelles voies biologiques impliquées dans l'asthme est donc nécessaire. Les études d'expression génomique et les études d'association génomique (GWAS) permettent d'avoir une vue d'ensemble sur les gènes impliqués dans le développement d'un phénotype sans être biaisé par les connaissances actuelles et pourraient permettre la découverte de ces nouvelles voies. Ainsi, dans la première partie de cette thèse, une étude d'expression génomique a été utilisée pour caractériser les macrophages alvéolaires des individus asthmatiques en comparaison aux individus témoins. Cette étude a permis de cibler la famille des heat shock proteins (HSP), et plus particulièrement le gène HSPD1. De plus, la comparaison des données obtenues d'une étude d'expression génomique antérieure avec celles d'une étude récente a permis de démontrer que les études d'expression génomique sont un outil de sélection pertinent pour cibler de nouveaux gènes d'intérêt. La deuxième partie de cette thèse fait suite à la première GWAS effectuée dans l'asthme. Deux études présentées dans cette thèse ont permis de valider l'association des variants de la région 17q21 avec l'asthme dans un échantillon indépendant. Elles ont également permis d'initier la compréhension du mécanisme d'action par lequel ces variants régulent l'expression de certains gènes de cette région. Des études pour définir l'implication de HSPD1 dans les fonctions du macrophage alvéolaire ainsi que pour valider l'implication des gènes GSDMB, ORMDL3 et ZPBP2 dans l'asthme sont nécessaires afin de valider leur intérêt dans la recherche sur cette pathologie. Finalement, les différents éléments présentés dans cette thèse démontrent l'intérêt des techniques génomiques pour cibler de nouvelles voies biologiques liées au développement d'un phénotype en particulier.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2007-2008. / Les travaux de recherche réalisés dans le cadre de ce projet avaient pour objectif d'étudier le rôle de la lipase endothéliale (LE) dans le métabolisme des lipoprotéines chez l'humain. L'impact de l'obésité et de l'inflammation sur les concentrations de LE a d'abord été étudié. Nous avons rapporté que les concentrations plasmatiques de LE étaient fortement corrélées à l'indice de masse corporelle (IMC) et à l'accumulation de tissu adipeux (TA) viscéral. L'absence d'ARNm de la LE dans les tissus adipeux viscéral et sous-cutané suggère qu'il serait très improbable que l'association entre la LE et l'obésité soit due à une augmentation de production de LE par les tissus adipeux. En revanche, ceci pourrait être le reflet de perturbations métaboliques majeures sous-jascentes, telles que l'inflammation. Nous avons effectivement rapporté que la variance des concentrations plasmatiques de LE étaient expliquée à 26.6% par un score inflammatoire (basé sur les concentrations plasmatiques de CRP, de IL-6 et de sPLA2-IIA), et ce, indépendamment de l'âge, des concentrations d'apoB, et de l'accumulation de TA viscéral. Ceci suggère que la relation entre l'obésité et les niveaux de LE en circulation pourraient en partie être reliée à l'inflammation. Nous avons par la suite observé une augmentation croissante des niveaux plasmatiques de LE chez les femmes préménopausées, les femmes postménopausées et les hommes. Nous avons rapporté que ces concentrations élevées de LE étaient associées à un profil lipidique pro-athérogène i.e. à des concentrations élevées de cholestérol, de triglycérides (TG), d'apoB et de LDL petites et denses ainsi qu'à une réduction de C-HDL. Les résultats d'études cinétiques chez ces sujets ont révélé que l'association entre la LE et un profil lipidique pro-athérogène pourrait s'expliquer par une élimination diminuée d'apoB-VLDL et par une production ralentie d'apoA-I. Finalement, l'étude du variant T111I dans le gène de la LE dans l'Étude des Familles de Québec a montré que ce polymorphisme semblait avoir un effet modeste sur les concentrations plasmatiques de HDL. Toutefois, la découverte d'une interaction gène-diète chez les femmes à l'étude suggère que le variant T111I pourrait conférer une protection contre la réduction des concentrations plasmatiques d'apoA-I et C-HDL3 habituellement causée par une alimentation riche en acides gras polyinsaturés. Ces observations demandent d'être reproduites chez un plus grand nombre de sujets. De plus, l'élévation des concentrations intravasculaires de LE chez les individus obèses ou ayant le syndrome métabolique pourraient être dues à la présence concomitante d'un état pro-inflammatoire. Cet aspect mérite davantage d'attention dans les études futures. / The objective of the present thesis was to investigate the role of endothelial lipase (EL) in human lipoprotein metabolism. First, we studied the impact of obesity and of a pro-inflammatory state on plasma EL concentrations. We reported that plasma EL Ievels were positively correlated with body mass index and visceral adipose tissue (AT) accumulation. The absence of EL mRNA in visceral and subcutaneous AT suggested that it would be unlikely that the association between EL and obesity might be due to an increased production of EL by AT. However, this could reflect major metabolic complications like inflammation. We have, indeed, reported that variance in plasma EL concentrations were explained at 26.6% by an inflammatory score (based on plasma concentrations of CRP, IL-6 and sPLA2- IIA), independently of age, apoB Ievels and visceral AT accumulation. This suggests that the relationship between obesity and plasma EL in circulation might be related, to some extent, to inflammation. We then observed progressively higher plasma EL Ievels among premenopausal women, postmenopausal women and men. We have reported that these higher Ievels in plasma EL were associated with a pro atherogenic lipid profile along with increased Ievels of cholesterol, TG, apoB and small dense LDL and reduced HDL-C. Results from kinetic studies in these subjects revealed that this association between EL and a deleterious lipid profile could be explained by a delayed clearance in VLDL-apoB and a reduced production of apoA-I. Finally, the investigation of the T111I variant in the EL gene in subjects of the Québec Family Study has shown that this SNP has a modest effect on plasma HDL concentrations. However, the apparent interplay between T111I and unsaturated fatty acid consumption suggests that this variant might protect against the réduction in plasma apoA-I and HDL3-C usually caused by a diet rich in polyunsaturated fatty acids. Thèse results need to be reproduced in a larger sample of subjects. The concomitant presence of a pro-inflammatory state in obesity and the metabolic syndrome might be an explanation for the increased plasma EL Ievels, and this issue deserves more attention in future studies.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2010-2011 / Le cancer de la prostate (CaP) représente le cancer le plus fréquemment diagnostiqué chez les hommes de plus de 50 ans au Canada. Considérant l'hétérogénéité clinique du CaP, sa dépendance hormonale et une forte suspicion d'une contribution génétique à son étiologie, il apparaît crucial d'examiner si des polymorphismes au niveau des gènes reliés au métabolisme des androgènes et des oestrogènes seraient associés à une évolution clinique plus ou moins agressive du CaP. La glucuronidation est un processus majeur d'inactivation des hormones stéroïdiennes sexuelles. Cinq polymorphismes fonctionnels des enzymes UDP-glucuronosyltransférases (UGT) ont donc été étudiés. Une déficience en UGT2B17 et UGT2B28 a été associée à un risque accru de récidive biochimique post-prostatectomie chez les patients atteints d'un CaP cliniquement localisé. Ces résultats supportent l'hypothèse que des polymorphismes des UGT associés à une activité moindre conduisent potentiellement à des concentrations intracellulaires en androgènes actifs plus élevées, le tout se traduisant par une prolifération cellulaire accélérée et un pronostic moins favorable.

Le gène RNF213 a été identifié comme un facteur de risque associé au développement de maladies cérébrovasculaires (MCV) notamment, la maladie de Moyamoya (MMM) et les anévrismes intracrâniens (AIC). Malgré une incompréhension des fonctions biologiques exactes, la ring finger protein 213 (RNF213) serait impliquée dans la régulation de la prolifération cellulaire, de l’angiogenèse et de l’inflammation. Les travaux présentés dans cette thèse se concentrent sur le développement de modèles vasculaires in vitro afin de mieux caractériser le rôle de RNF213 dans MCV. L’hypothèse est que l’invalidation de la protéine RNF213 dans des cellules endothéliales (CE) cerébrales pourrait recréer certains phénotypes associés au développement de la MMM et à la formation d’AIC. Des cellules endothéliales microvasculaires humaines de cerveau (hCMEC/D3) invalide en RNF213 (RNF213-/- ) ont été initialement générées par la méthode Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats et la protéine associée Cas9 (CRISPR-Cas9) double nickase. La première partie des travaux porte sur le rôle que jouerait RNF213 dans l’homéostasie de la barrière hémato-encéphalique (BHE) et dans les étapes précoces de la pathogenèse associée à la MMM. Plus précisément, la perte des jonctions adhérentes provoquée par l’invalidation de RNF213 dans les hCMEC/D3 a été évaluée in vitro sur plusieurs paramètres, tels que la morphologie endothéliale, l’expression génique des protéines de jonctions, la localisation cellulaire, la perméabilité, l’infiltration immunitaire et le sécrétome des cytokines inflammatoires. Les résultats ont démontré que la déficience en RNF213 provoque une diminution de l’expression de la platelet endothelial cell adhesion molecule-1 (PECAM-1) qui affecte conséquemment la formation adéquate du complexe jonctionnel. De plus, une diminution de l’expression des gènes de la claudine-5, de la b-caténine et de la plakoglobine a été mesurée. La perte de RNF213 est également accompagnée d’un relargage de plusieurs cytokines proinflammatoires. En deuxième lieu, les travaux de cette thèse ont également démontré que RNF213 joue un rôle prépondérant dans le processus angiogénique des hCMEC/D3. Ceci a été étudié sous plusieurs angles d’approches, tels que la prolifération et la migration cellulaire, la formation de micro-capillaires sur un support Matrigel® et dans un modèle tridimensionnel (3D) reconstruit par génie tissulaire, l’expression génique et le sécrétome angiogénique. Les résultats ont démontré une diminution du taux de division cellulaire et une augmentation de la migration. Les études in vitro ont démontré également, pour la première fois, une augmentation significative de la formation de micro-capillaires et de la sécrétion abondante de facteurs pro-angiogénique, tels que le vascular endothelial growth factor (VEGF). Plus précisément, les hCMEC/D3 déficientes en RNF213 forment un réseau plus vaste, dense et étendu de micro-capillaires sur un support de Matrigel®. iii Lorsqu’ensemencées dans un modèle 3D plus complexe structurellement, les hCMEC/D3 forment un réseau pouvant s’apparenter au réseau de capillaires compensatoire retrouvé chez les patients MMM. Dans l’ensemble, l’invalidation du gène RNF213 dans un modèle in vitro 3D de cellules endothéliales cérébrales permet de reproduire certains phénotypes pathologiques de la MMM et devient donc ainsi le 1er modèle in vitro pour l’étude de cette maladie et des autres maladies associées à RNF213. Finalement, nous avons mis au point un nouveau modèle de vaisseaux sanguins de petit calibre reconstruit par génie tissulaire (TEBV) pour son utilisation dans l’étude in vitro de maladies vasculaires et de MCV complexes. L’ensemencement de fibroblastes ou de cellules musculaires lisses (CML) directement sur un mandrin de polyéthylène téréphtalate glycol (PETG) prétraité aux rayons ultraviolets C (UV-C) a permis de former des feuillets circulaires, manipulables et superposables. Avec cette technique, nous avons généré des TEBV complets avec les trois principales couches, soit l’adventitia, la media et l’intima tunica, qui possèdent des propriétés histologiques et mécaniques similaires aux artères humaines natives. Ce modèle optimisé et uniformisé de TEBV permettra de modéliser des pathologies vasculaires complexes, telles que la MMM et les AIC. En effet, la génération de vaisseaux complets à partir de cellules pathologiques ou de cellules éditées génétiquement pourrait faciliter la caractérisation de la pathogenèse et aider au développement de médicaments. / RNF213 has been associated as a susceptibility gene for the development cerebrovascular diseases (CVDs), in particular, moyamoya disease (MMD) and intracranial aneurysms (ICA). While the exact biological functions of RNF213 remain to be demonstrated, it is known to be involved in the regulation of cell proliferation, angiogenesis and inflammation. The work presented in this thesis focuses on the development of vascular models in vitro to better characterize the role of RNF213 in CVDs. The hypothesis is that the complete invalidation of the RNF213 protein in brain endothelial cells (EC) could recreate evident phenotypes associated with the development of MMD and the formation of ICA. We have initially generated human brain microvascular endothelial cells (hCMEC/D3) deficient in RNF213 (RNF213-/- ) using the robust CRISPR-Cas9 double nickase method. At first, our work described the role that RNF213 would play in the homeostasis of the blood-brain barrier (BBB) maintenance and in the early stages of MMD pathogenesis. More specifically, the loss of adherent junctions caused by the invalidation of RNF213 in hCMEC/D3 was evaluated in vitro on several parameters, such as endothelial morphology, gene expression of junctional proteins, cellular localization, permeability, immune infiltration and the secretome of inflammatory cytokines. Our data demonstrated that RNF213 deficiency provokes a significant decrease in the platelet endothelial cell adhesion molecule-1 (PECAM-1) expression, which consequently affects the proper formation of the junctional complex. A decrease in the expression of the claudin-5, b-catenin and plakoglobin genes was also measured. In addition, RNF213 loss is accompanied with a release of several pro-inflammatory cytokines. Thereafter, the present work also demonstrated that RNF213 plays a preponderant role in the angiogenic process of hCMEC/D3. Angiogenesis has also been characterized on several aspects, such as proliferation, migration, formation of micro-capillaries on a Matrigel®-based support and in a 3D model reconstructed by tissue engineering, gene expression and secretion of angiogenic factors. Our data demonstrates a decrease in cell division rate and an increase in cell migration. In vitro studies have also shown, for the first time, a significant increase in micro-capillary formation and abundant secretion of pro-angiogenic factors, such as the vascular endothelial growth factor (VEGF). More precisely, the hCMEC/D3 deficient in RNF213 forms a wider, denser and more extensive network of micro-capillaries on a Matrigel®-based support. When seeded in a more structurally complex 3D model, hCMEC/D3 form a network that can resemble to the compensatory capillary network found in MMM patients. Overall, the invalidation of the RNF213 gene in a 3D in vitro model of cerebral endothelial cells makes it possible to reproduce certain pathological phenotypes of MMM and v therefore becomes the 1st in vitro model for the study of this disease and other diseases associated with RNF213. Finally, we developed a new model of small-caliber blood vessels reconstructed by tissue engineering (TEBV) to be used to study vascular diseases and complex CVD in vitro. The direct seeding of fibroblasts or smooth muscle cells (CML) onto a polyethylene terephthalate glycol (PETG) mandrel that was pretreated with ultraviolet C (UV-C) radiation facilitate the formation of circular cell sheets, which could be manipulated and stacked in top of each other. Using this novel technique, we were able to successfully generate complete TEBVs with the three main arterial layers: the adventitia, the media and the intima tunica. Taken together, our TEBV model has histological and mechanical properties similar to native human arteries. Furthermore, this optimized and standardized 3D vascular construct will accelerate the scientific progress to modelized complex vascular pathologies, such as MMD and AIC. Indeed, the generation of complete vessels derived from pathological cells or genetically edited cells could facilitate the characterization of pathogenesis and help in the development of drugs.