Les glioblastomes (GBM) sont des tumeurs intracrâniennes caractérisées par une résistance très élevée aux thérapies classiques en raison d'un degré de néovascularisation accru et un phénotype extrêmement infiltrant. Malgré de nombreuses études menées à ce sujet, ce cancer du cerveau reste jusqu'à ce jour essentiellement incurable. Cet ouvrage traite de l'action moléculaire du TLN-4601, un nouvel agent anti-cancéreux capable de traverser la barrière hémato-encéphalique et de s'accumuler de manière préférentielle au niveau de la tumeur. Ces propriétés ont permis au composé d'être reconnu comme traitement thérapeutique pour combattre les tumeurs cérébrales. Ce projet se veut donc être à l'interface entre la caractérisation moléculaire du mécanisme d'action et le ciblage thérapeutique de la molécule envers différentes lignées de GBM humains. Dans le but d'étudier l'effet thérapeutique du médicament sur les GBM, trois modèles cellulaires ont été utilisés soit les U87 MG, les U87 EGFRwt et les U87 EGFRvIII. L'amplification du récepteur à l'EGF (EGFR) de type sauvage et du récepteur tronqué EGFRvIII sont des anomalies génétiques communément observées chez ce type de tumeur. Ces phénotypes tumoraux sont notamment corrélés à la résistance des GBM aux traitements conventionnels de chimiothérapie. Le premier volet de cette étude a permis de déterminer que TLN-4601 antagonise le caractère infiltrant des glioblastomes en ciblant deux voies de signalisation associées au développement tumoral soit les voies de RAS/MAPK et de P13K/AKT. Il a également été démontré que le médicament augmente la sensibilité des cellules tumorales à la mort cellulaire via un processus apoptotique impliquant une modulation à la baisse de la phosphorylation de BAD, une augmentation de l'activité caspasique et un clivage de PARP. D'autre part, les résultats montrent que les U87 EGFRvlII semblent être plus réfractaires au médicament comparativement aux deux autres lignées à l'étude. Le second volet de l'étude a permis de caractériser les propriétés anti-angiogéniques du TLN-4601. Il a été établi que le composé inhibe le recrutement des cellules endothéliales (CE) au foyer tumoral en antagonisant leur potentiel migratoire, la tubulogénèse et la synthèse de VEGF par les glioblastomes, un des principaux messagers biochimiques impliqués dans l'angiogenèse. Cet effet pourrait résulter de l'inhibition par TLN-4601 des voies de signalisation RAS/MAPK et PI3K/AKT également observée chez les CE. Finalement, une action cytotoxique du médicament plus spécifique envers le compartiment cérébral tumoral par rapport à l'endothélium vasculaire semble être relevée. Cette action serait associée à la surexpression des récepteurs périphériques benzodiazépines (PBR), chez les glioblastomes comparativement aux cellules endothéliales. De manière globale, nous rapportons que l'action thérapeutique du TLN-4601 semble réduire la nature extrêmement infiltrante des glioblastomes et l'angiogénèse tumorale qui sont des évènements indispensables à la progression des cancers cérébraux. De plus, la cytotoxicité préférentielle du médicament envers les tissus cancéreux plutôt que les tissus sains fait état de la sélectivité du produit. Ces effets thérapeutiques multiples répertoriés dans cette étude justifient son utilisation en tant qu'agent chimiothérapeutique dans la lutte contre le GBM. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : TLN-4601, Glioblastomes, Cellules endothéliales cérébrales, PI3K/AKT, RAS/MAPK, Angiogénèse, Invasion tumorale, Apoptose.

La cellule a élaboré des mécanismes de surveillance afin d'assurer la fidélité de l'expression génique. Le nonsense-mediated mRNA decay (NMD) reconnaît et en général, dégrade rapidement les ARNm nonsens, qui contiennent des codons stop prématurés. Le NMD a longtemps été considéré comme un mécanisme de protection, permettant d'éviter la synthèse de protéines tronquées, potentiellement néfastes pour la cellule. Plus récemment, un nouveau rôle du NMD a émergé : il semble réguler l'expression génique, notamment lorsqu'il est couplé à l'épissage alternatif. D'autre part, bien que les mécanismes de reconnaissance et de dégradation des ARNm nonsens soient de mieux en mieux compris, une controverse subsiste quand à la localisation subcellulaire du NMD chez les mammifères. Ces deux aspects du NMD ont été abordés au cours de ma thèse dans le cas de l'étude du métabolisme des ARNm aberrants du gène de la fah, responsable de la tyrosinémie héréditaire de type I. Afin de mieux comprendre les bases moléculaires de la maladie, j'ai caractérisé les ARNm de la FAH contenant des mutations d'épissage (Q279R et V259L) ou nonsens (W262X) dans l'exon 9. Deux transcrits alternatifs du gène de la fah ont ainsi été mis en évidence pour ces trois mutations : del100 a éliminé l'exon 8 et del231 les exons 8 et 9. Del231 est fortement produit lorsque les mutations d'épissage Q279R et V259L sont présentes. L'étude des transcrits chez les patients avec ces deux mutations a permis de proposer un modèle d'épissage pour les exons 8 et 9. Une analyse plus poussée sur del100 et del231 a révélé que ceux-ci étaient en fait produits de façon minoritaire dans des cellules avec un gène normal de la fah, par épissage alternatif des exons 8 et 9. Del100, qui contient de nombreux PTCs suite à l'élimination de l'exon 8, est dégradé par NMD. Cependant, la quantité de transcrit restante semble suffisante pour la synthèse d'une protéine de 31-kDa, détectable dans plusieurs tissus humains. Ce premier transcrit alternatif de la fah est important à deux points de vue : premièrement, il semble illustrer le rôle possible du NMD couplé à l'épissage alternatif dans la régulation génique et deuxièmement, la protéine synthétisée pourrait être importante pour la tyrosinémie héréditaire de type I.

Les cellules microgliales, sont les macrophages résidents du système nerveux central (SNC), et sont issues principalement des macrophages du sac vitellin, générés dès les premiers stades du développement embryonnaire. À leur arrivée dans le SNC, ces cellules subissent une phase de prolifération massive, permettant l'établissement de la population microgliale et la colonisation du SNC. Cette phase de prolifération revêt une importance capitale pour le processus de développement normal du cerveau, car les cellules microgliales interviennent dans la régulation de divers processus neurodéveloppementaux. Après cette phase de prolifération, une densité stable de cellules microgliales est atteinte, et est maintenue tout au long de la vie adulte grâce à un faible taux de prolifération qui favorise le renouvellement de la population. De plus, la prolifération des cellules microgliales constitue également un élément central dans la réponse du SNC face aux infections, aux traumatismes, et à la neurodégénérescence. Dans ces contextes de neuroinflamamtion, l'activationmicrogliale est accompagnée par l'expansion de la population microgliale, principalement par la prolifération de ces cellules. Cette expansion microgliale a pour but d'assurer un nombre suffisant de cellules pour protéger et restaurer l'homéostasie du SNC. La prolifération microgliale est donc une composante importante du développement du SNC et de la réponse immunitaire, ce qui en fait un processus complexe finement orchestré par une cascade d'événements transcriptionnels régissant l'expression ou la suppression de gènes spécifiques. Effectivement, la régulation transcriptionnelle est influencée par une variété de facteurs, incluant des molécules régulatrices qui déclenchent l'activation de différentes voies de signalisation essentielles, qui coordonnent l'activité de plusieurs facteurs de transcription nécessaires à la prolifération. De plus, la régulation de la transcription est également conditionnée par des interactions complexes entre les facteurs de transcription et les éléments régulateurs de la transcription, les promoteurs et les éléments amplificateurs. Cependant, malgré les progrès réalisés, notre compréhension des mécanismes qui régulent la prolifération des cellules microgliales au niveau transcriptionnel reste largement incomplète. Ainsi, il est essentiel de définir une signature génique spécifique des cellules microgliales en phase de prolifération et de déterminer les programmes d'expression génique qui coordonnent cette prolifération dans divers contextes physiologiques et pathologiques. En outre, il est important d'identifier les facteurs de transcription responsables de la coordination de ces programmes transcriptionnels et de caractériser leurs interactions avec les éléments régulateurs de la transcription. Nous avons donc analysé la prolifération des cellules microgliales pendant le développement postnatal et dans un modèle de déplétion-repopulation microgliale. Cette analyse nous a permis de mettre en évidence l'existence d'un programme transcriptionnel essentiel pour une prolifération efficace des cellules microgliales. Ce programme s'intègre à divers autres programmes transcriptionnels actifs dans un contexte spécifique, et est influencé par le microenvironnement cérébral. Par ailleurs, nous avons identifié deux mécanismes distincts de la régulation transcriptionnelle de la prolifération : le premier induit une augmentation de l'expression des gènes déjà présents dans les cellules microgliales non prolifératives (gènes C1), tandis que le second favorise l'expression de nouveaux gènes associés aux différentes phases du cycle cellulaire (gènes C2). Ces mécanismes sont régulés par une combinaison de facteurs de transcription généraux et spécifiques. Enfin, il a été déterminé que la régulation de l'expression génique pendant la prolifération microgliale est principalement axée sur les promoteurs, avec une contribution moindre des éléments amplificateurs de la transcription. / Microglial cells are the resident macrophages of the central nervous system (CNS) and primarily originate from yolk sac macrophages, generated in theearly stages of embryonic development. Upon their arrival in the CNS, these cells undergo a phase of massive proliferation, allowing for the establishment of the microglial population and colonization of the CNS. This proliferation phase is of crucial importance for the normal brain development process, as microglial cells play a role in regulating various neurodevelopmental processes. Following this proliferation phase, a stable density of microglial cells is achieved and maintained throughout adulthood due to a low proliferation rate that promotes population renewal. Moreover, the proliferation of microglial cells also constitutes a central element in the CNS response to infections, injuries, and neurodegeneration. In these contexts of neuroinflammation, microglial activation is accompanied by the expansion of the microglial population, primarily through the proliferation of these cells. This microglial expansion aims to ensure enough cells to protect and restore CNS homeostasis. Therefore, microglial proliferation is an important component of CNS development and immune response, orchestrated by a cascade of transcriptional events governing the expression or suppression of specific genes. Transcriptional regulation is influenced by various factors, including regulatory molecules that trigger the activation of different essential signalling pathways, coordinating the activity of several transcription factors necessary for proliferation. Additionally, transcriptional regulation is conditioned by complex interactions between transcription factors and regulatory elements such as promoters and enhancers. However, despite progress, our understanding of the mechanisms regulating microglial cell proliferation at the transcriptional level remains incomplete. Thus, it is essential to define a specific gene signature of proliferating microglial cells and determine the gene expression programs coordinating this proliferation in various physiological and pathological contexts. Additionally, it is important to identify the transcription factors responsible for coordinating these transcriptional programs and characterize their interactions with transcriptional regulatory elements. Therefore, we analyzed the proliferation of microglial cells during postnatal development and in a microglial depletion-repopulation model. This analysis revealed the existence of an essential transcriptional program for efficient microglial cell proliferation. This program integrates with various other transcriptional programs active in specific contexts and is influenced by the cerebral microenvironment. Moreover, we identified two distinct mechanisms of transcriptional regulation of proliferation: the first induce an increase in the expression of genes already present in non-proliferative microglial cells (C1 genes), while the second promotes the expression of new genes associated with different phases of the cell cycle (C2 genes). These mechanisms are regulated by a combination of general and specific transcription factors. Finally, it was determined that the regulation of gene expression during microglial proliferation primarily focuses on promoters, with a lesser contribution from transcriptional enhancers.

Le rétrécissement valvulaire aortique (RVA) est causé par une calcification et une fibrose progressive de la valve aortique. Le risque de développer la maladie augmente avec l’âge. À cause de l'augmentation de l'espérance de vie, le RVA est devenu un problème de santé publique. Le RVA est fatal en absence de traitement médical. Actuellement, la chirurgie est le seul traitement pour le stade sévère de la maladie, mais près de 50% des individus avec RVA n’y sont pas éligibles, principalement due à la présence de comorbidités. Plusieurs processus biologiques ont été associés à la maladie, mais les voies moléculaires spécifiques et les gènes impliqués dans le développement et la progression du RVA ne sont pas connus. Il est donc urgent de découvrir les gènes de susceptibilité pour le RVA afin d’identifier les personnes à risque ainsi que les biomarqueurs et les cibles thérapeutiques pouvant mener au développement de médicaments pour inverser ou limiter la progression de la maladie. L'objectif de cette thèse de doctorat était d'identifier la base moléculaire du RVA. Des approches modernes en génomique, incluant l’étude de gènes candidats et le criblage génomique par association (GWAS), ont été réalisées à l’aide de collections d’ADN provenant d’un grand nombre de patients bien caractérisés pour le RVA. Des études complémentaires en transciptomique ont comparé le profil d’expression global des gènes entre des valves calcifiées et non-calcifiées à l’aide de biopuces à ADN et de séquençage de l'ARN. Une première étude a identifié des variations dans le gène NOTCH1 et suggère pour la première fois la présence d'un polymorphisme commun dans ce gène conférant une susceptibilité au RVA. La deuxième étude a combiné par méta-analyse deux GWAS de patients provenant de la ville de Québec et Paris (France) aux données transcriptomiques. Cette étude de génomique intégrative a confirmé le rôle de RUNX2 dans le RVA et a permis l’identification d’un nouveau gène de susceptibilité, CACNA1C. Les troisième et quatrième études sur l’expression des gènes ont permis de mieux comprendre les bases moléculaires de la calcification des valves aortiques bicuspides et ainsi d’identifier de nouvelles cibles thérapeutiques pour le RVA. Les données générées par ce projet sont la base de futures découvertes importantes qui permettront d'améliorer les options de traitement et la qualité de vie des patients atteints du RVA. / Calcific aortic valve disease (CAVD) is a common disease that causes the narrowing of the aortic valve due to fibrosis and calcification of the valve leaflets. The risk of CAVD increases with age. Due to the increase in life expectancy, CAVD is becoming a major public health problem. CAVD is fatal in the absence of medical treatment. Currently, surgery is the only treatment for severe stages of the disease, but nearly 50% of individual with CAVD are not eligible for surgery; mainly because of the presence of comorbidities. Several biological processes have been associated with the disease but the specific cell signaling pathways and genes implicated in CAVD development and progression are yet to be discovered. Thus, it is urgent to discover the susceptibility genes for CAVD, which will help identify individuals at risk as well as biomarkers and therapeutic targets for developing medication to reverse or limit disease progression. The objective of this thesis was to identify the molecular basis of CAVD. Modern genomic approaches including candidate gene and genome-wide association studies (GWAS) were performed with large DNA collections of patients well-characterized for CAVD. Whole-genome gene expression studies were also performed to compare calcified bicuspid and tricuspid valves with normal aortic valves using microarrays and RNA-Sequencing. A GWAS meta-analysis was performed using two cohorts of patients with CAVD from Quebec City and Paris. The integration of different whole-genome approaches revealed a new gene associated with CAVD called CACNA1C. This work also confirmed the potential role of NOTCH1 and RUNX2 in CAVD. In addition, this work identified new genes differentially expressed in calcified compared to normal aortic valves that are implicated in biological processes involved in the disease. These new developments are important to better understand the pathophysiological processes implicated in aortic valve calcification. Several genes differentially expressed in calcified compared to normal valves are targets for existing and emerging drugs. In general, this work has increased the knowledge about the etiology of CAVD in patients with bicuspid and tricuspid aortic valves and has identified new susceptibility genes for the development of this disease. The data generated by this project are the base of future important discoveries that will improve treatment options and the quality of life of patients with CAVD.

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La maladie pulmonaire obstructive chronique (MPOC) se caractérise par une obstruction non complètement réversible des voies aériennes. De récentes études de criblage génomique par association ont identifié quatre régions chromosomiques associées à la MPOC. Par contre, les mécanismes moléculaires responsables de ces associations génétiques demeurent inconnus. Dans le cadre de cette étude, nous avons obtenu les profils d'expression des gènes de tissus pulmonaires non-tumoraux et les génotypes de 1,2 million de variations génétiques pour ces mêmes patients. Les analyses furent effectuées sur 1111 sujets provenant de trois cohortes. Des marqueurs génétiques influençant l'expression des gènes dans les poumons, c.-à-d. « expression Quantitative Trait Loci » (eQTLs) pulmonaires, furent identifiés dans les régions chromosomiques d'intérêts. Les résultats de ce mémoire démontrent que HHIP serait le gène causal dans la région 4q31, alors que les évidences pointent vers les gènes FAM13A et EGLN2 pour les régions 4q22 et 19q13, respectivement. / Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) is characterized by airflow obstruction that is not fully reversible. Recent genome-wide association studies have identified four susceptibility loci robustly associated with COPD. However, the genetic mechanisms mediating the risk within these loci remain to be found. In this study, genome-wide gene expression profiles of non-tumor lung specimens and blood-DNA from the same patients were genotyped for 1,2 million SNPs. The analyses were performed on 1111 subjects from three cohorts. Genetics variations influencing gene expression levels in lung samples, i.e. lung expression quantitative trait loci (eQTLs), were identified in the COPD susceptibility regions (4q22, 4q31, 19q13). The results of this thesis demonstrated that HHIP is the most likely causal gene at 4q31, while the evidences supported the contribution of the FAM13A and EGLN2 genes at 4q22 and 19q13, respectively.

Depuis plus de 4 décennies, la lévodopa (L-dopa) demeure la pierre angulaire du traitement pharmacologique de la maladie de Parkinson. Malheureusement après 4 à 5 années de traitement chronique, des patients développent des effets secondaires à la L-dopa comme les complications motrices de type détérioration de fin de dose (wearing-off) et dyskinésies. Ces complications motrices seraient dues en partie à une stimulation non-physiologique des récepteurs dopaminergiques. L'hyperactivité des récepteurs du glutamate au striatum est aussi une des hypothèses plausibles expliquant les dyskinésies induites par la L-dopa. Cette seconde hypothèse a été l'objet principal de ce travail. L'étude a porté d'une part sur des cerveaux d'humains parkinsoniens traités à la L-dopa et ayant des complications motrices, et d'autre part sur des modèles de singes MPTP. Les singes de l'espèce Macaca fascicularis ont été ovariectomisés puis rendus parkinsoniens avec la neurotoxine MPTP. Les singes MPTP traités avec la L-dopa seule ont tous développé des dyskinésies. Par contre ceux traités avec la L-dopa + CI-1041 (antagoniste NR2B/NMDA) ou L-dopa + cabergoline (agoniste D2) n'en avaient pas. Les singes traités avec L-dopa + Ro 61-8048 (inhibiteur de la kynurénine-3-hydroxylase) ou L-dopa + AFQ056 (antagoniste mGluR5) avaient de faibles dyskinésies. Nous avons investigué dans le striatum et le globus pallidus des cerveaux humains et des primates non-humains les récepteurs NR2A/NMDA, NR2B/NMDA, AMPA et mGluR5 en utilisant l'autoradiographie d'un ligand spécifique à chacun de ces récepteurs du glutamate. Par hybridation in situ, nous avons évalué les niveaux d'ARNm de mGluR5 et PSD95 puis par immunobuvardage les taux protéiques de PSD95 et l'état de phosphorylation d'ERKl/2. pERKl/ERKl et pERK2/ERK2 diminuaient quand les taux de L-dopa et dopamine diminuaient dans le striatum. Ro 61-8048, en inhibant l'activité de la kynurénine-3-hydroxylase, augmente la synthèse de l'acide kynurénique pour bloquer les récepteurs du glutamate. Ceci a réduit la phosphorylation d'ERKl/2. L'activation d'ERKl/2 est donc modulée par la dopamine et le glutamate. NR2B/NMDA et mGluR5 augmentent chez les animaux dyskinétiques. Cette augmentation est empêchée par les traitements antidyskinétiques. mGluR5 activé, induit une cascade de signalisation qui renforce l'activité des récepteurs ionotropiques AMPA et NMDA qui sont stabilisés dans la membrane plasmique par la protéine PSD95. Nos résultats démontrent que les récepteurs du glutamate sont impliqués dans la pathogénèse des dyskinésies induites par la L-dopa.

La maladie pulmonaire obstructive chronique (MPOC) est une maladie complexe caractérisée par une obstruction non complètement réversible des voies aériennes. Actuellement, aucun remède n’existe pour soigner cette maladie qui deviendra la 3e cause de mortalité d’ici 2030. Bien que des progrès importants furent réalisés dans les dernières décennies, la pathogenèse de la maladie demeure largement mal comprise. Cette thèse a pour objectif général l’étude des composantes génétiques de la MPOC, plus précisément 1) l’identification de gènes impliqués dans le développement de l’obstruction respiratoire, 2) l’identification d’eQTL pulmonaires dans le complexe majeur d’histocompatibilité et de leurs liens avec certains phénotypes pulmonaires, 3) l’identification de nouveaux gènes de susceptibilité au développement de la MPOC et 4) la caractérisation des variations génétiques du gène SERPINA1 dans la population canadienne et l’évaluation du séquençage de l’ADN comme nouveau test diagnostique pour détecter le déficit en alpha-1 antitrypsine. Dans une première étude, nous avons identifié des gènes (CST3, CD22) et des voies biologiques (métabolisme des xénobiotiques, apoptose, balance protéase-antiprotéase et balance oxydant-antioxydant) impliqués dans le développement de l’obstruction respiratoire. Pour ce faire, nous avons combiné les génotypes, les valeurs d’expression et les caractéristiques cliniques de 1,111 sujets. En combinant ces trois types de données, nous avons trouvé des variations génétiques influençant l’expression de gènes qui sont impliqués dans la perte de fonctions respiratoires. Ce projet a permis d’identifier des mécanismes précis impliqués dans le développement de l’obstruction respiratoire. Par la suite, nous avons étudié une région clé du génome humain pour le système immunitaire, soit le complexe majeur d’histocompatibilité (MHC). Des études antérieures ont associé des variations génétiques présentes dans ce locus à plusieurs phénotypes pulmonaires (asthme, cancer du poumon, fibrose kystique, maladie pulmonaire interstitielle, MPOC). Les résultats obtenus nous ont permis d’identifier des gènes d’intérêts pour l’asthme (AGPAT1, CDSN), le cancer du poumon (BTN3A2, ZFP57), les fonctions respiratoires (MICB) et la maladie pulmonaire interstitielle (AGPAT1). Les résultats de cette étude ont permis de mieux comprendre et d’interpréter les résultats obtenus précédemment. Nous avons également participé à la plus grande étude pangénomique (GWAS) sur la MPOC. Cette étude, réalisée par l’International COPD Genetics Consortium (ICGC), ai dentifié 22 régions chromosomiques impliquées dans le développement de la MPOC. Pour ce projet, les génotypes de 63,192 sujets (47,936 cas et 15,256 témoins) provenant de 26 cohortes différentes ont été combinés dans une méta-analyse. Par la suite, les résultats ont été répliqués dans 9,498 cas et 9,748 témoins supplémentaires provenant de la UK Biobank. Parmi les 22 loci identifiés, 15 ont été précédemment associés avec les fonctions respiratoires et quatre n’avaient jamais été observés (EEFSEC, DSP, MTCL1, et SFTPD). Cette étude a permis de mieux comprendre l’architecture génétique de la maladie et de confirmer le lien existant entre les gènes associés aux fonctions respiratoires et la MPOC. Finalement, nous avons caractérisé les variations génétiques du gène SERPINA1 dans la population canadienne et testé le séquençage de l’ADN comme outil potentiel de diagnostic du déficit en alpha-1 antitrypsine. Pour ce faire, tous les exons codants du gène ont été séquencés dans 400 individus du projet pancanadien CanCOLD (Canadian Cohort of Obstructive Lung Disease). Nous avons identifié 19 variations génétiques dans le gène, dont 15 mutations faux sens et une nouvelle mutation. Une fois l’extraction d’ADN complété, le séquençage s’est effectuéet a permis de déterminer de façon définitive la nature de l’anomalie génétique sous-jacente. Ce projet a démontré que cette technique permettrait d'accélérer le diagnostic et de diminuer les coûts pour ainsi faciliter la prise en charge et le traitement des patients souffrant d’un déficit en alpha-1 antitrypsine. Les résultats obtenus au cours de ce doctorat permettent de mieux comprendre les gènes et les voies biologiques impliqués dans le développement de la MPOC. / Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) is a complex disease characterized by airflow obstruction that is not fully reversible. Currently, no treatment existsto reverse COPD, which is predicted to be the third leading cause of mortality in the world by the year 2030. Important discoveries were made in the last decade, but the pathophysiology of the disease remains largely unknown. The aim of this thesis is to study the genetic component of COPD and more specifically 1) identify genes involved in the development of airflow obstruction, 2) identify lung eQTL in the major histocompatibility complex and find causal genes for lung function and respiratory diseases in this region, 3) find new susceptibility loci for COPD, and 4) evaluate the feasibility and effectiveness of DNA sequencing of the SERPINA1 gene as a single test to diagnose alpha-1 antitrypsin deficiency (AATD) and test the frequencies of AATD alleles in a Canadian COPD population. In the first study, we identified genes (CST3 and CD22) and signalling pathways (xenobiotic metabolism, apoptosis, protease–antiprotease and oxidant–antioxidant balance) involved in the development of airflow obstruction. We combined lung gene expression, whole genotyping data and clinical information’s from 1,111 subjects to identify potential causal genesand pathways. This study has identified underlying mechanisms implicated in the development of airflow obstruction. In the second study, westudied a critical genomic region for the immune system, the major histocompatibility complex (MHC). Previous studies have associated single nucleotide polymorphisms (SNPs) located inside this locus with lung diseases and phenotypes (asthma, cystic fibrosis, idiopathic interstitial pneumonia, lung cancer and lung function). We have identified new susceptibility genes for lung cancer (BTN3A2 and ZFP57), asthma (AGPAT1 and CDSN), lung function (MICB) and idiopathic interstitial pneumonia (AGPAT1). Results from this study provide important biological insights about previously associated SNPsin the MHC. We were also involved in the largest genome-wide association study (GWAS) on COPD. This GWAS was performed by the International COPD Genetics Consortium (ICGC) and identified 22 loci associated at genome-wide significance. Genotypes of 63,192 subjects (15,256 cases and 47,936 controls) from 26 studies were used in the meta-analysis. Results were further replicated in 9,498 cases and 9,748 controls from the UK Biobank. Among the 22 associated loci, 9 were previously associated with COPD, 15 with lung function and 4 (EEFSEC, DSP, MTCL1and SFTPD) werenovel loci. Our findings highlight new loci associated with COPD and demonstrate the genetic overlap between lung function and COPD. Finally, the frequencies of deficient SERPINA1 alleles were evaluated in Canadian patients with COPD and DNA sequencing was evaluated as a single test strategy to detect AATD. DNA sequencing of the coding regions of SERPINA1 was performed in 400 individuals from the CanCOLD study (Canadian Cohort of Obstructive Lung Disease). Nineteen genetic variants were identified, including 15 missense mutations and one new mutation. DNA sequencing of SERPINA1 revealed the true genetic nature of AATD and was demonstrated has an effective, fast, and inexpensive single test strategy to detect AATD. Studies presented in this thesis have identified genes and pathways involved in the development of COPD, which are new targetsfor future studies.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2007-2008. / La cholestase intrahépatique est la cause la plus importante de transplantation hépatique au Canada. La cholestase est caractérisée par une obstruction des conduits biliaires qui cause une augmentation accrue des niveaux hépatiques d'acides biliaires. Les acides biliaires sont des détergents naturels impliqués dans l'absorption et l'élimination du cholestérol en condition physiologique et sont toxiques lorsque leur concentration devient trop élevée. Jusqu'à maintenant une seule molécule, l'acide ursodéoxycholique, est approuvée pour le traitement de la cholestase. Comme celle-ci ne permet que de retarder les effets de la pathologie, l'identification de nouvelles cibles thérapeutiques qui favoriseraient l'élimination de ces détergents pourrait s'avérer importante pour le traitement de la cholestase. Un des mécanismes naturels important d'élimination des acides biliaires est la glucuronidation qui est effectuée par les UDP-glucuronosyltransférases (UGT). Cependant, cette voie métabolique est peu étudiée. L'identification et la caractérisation des enzymes impliquées dans cette réaction permettront de déterminer si ces enzymes peuvent être stimulées par des agents pharmacologiques présentant un fort potentiel pour le traitement de la cholestase.

Des études cliniques ont montré que l'hypoxie corrèle avec un mauvais pronostic dans plusieurs types de tumeurs solides. L'hypoxie active plusieurs gènes impliqués dans l'angiogenèse qui contribue à nourrir la tumeur et, dans certains cas, déclenche le processus métastasique. MTF-1 est un facteur de transcription qui est activé par plusieurs facteurs de stress dont fait partie l'hypoxie. MTF-1 a surtout été étudié pour son activation en réponse aux métaux parce qu' il a été découvert pour son rôle essentiel dans l'activation des gènes des Métallothionéines (MT) en réponse aux ions de métaux de transition. Le modèle d'activation de MTF-1 en réponse aux métaux est le suivant: MTF-1 est une protéine à doigts de zinc qui se lie à l'ADN. MTF-1 subit ensuite des événements de phosphorylation qui lui permettent d' activer la transcription des gènes des MT. Quant à l'activation de MTF-1 en réponse à l 'hypoxie, aucun mécanisme n'est connu. Il faut donc se référer à un mécanisme connu d'activation d'un autre facteur de transcription activé par l'hypoxie, RIF-1. L' activation de RIF -1 par l 'hypoxie passe par un mécanisme de dégradation/stabilisation impliquant les hydroxylases. Nous avons d'abord confirmé -que les MT sont induites en hypoxie et que cette induction passe par MTF-1 et les séquences MRE. Nous avons montré que MTF-1 n'est pas stabilisé en hypoxie, donc que les mécanismes d'activation de MTF-1 diffèrent de ceux activant RIF -1 u. Cependant, nous avons montré que les hydroxylases sont impliquées dans l'activation de MTF-1 en hypoxie, de même que le stress oxydant. En se référant au modèlè d'activation de MTF-1 en réponse aux métaux, nous avons aussi montré que des événements de phosphorylation impliquant les kinases JNK, PI3K et PKC sont cruciaux pour l'activation de MTF-1 par l'hypoxie. Finalement, nous avons montré que MTF-1 et RIF-1α entretiennent une relation de coopération pour l'induction de leur activité transcriptionnelle en réponse à l 'hypoxie. Compte tenu des nombreux rôles tenus par MTF-1, une meilleure compréhension des mécanismes gouvernant son activation permettra ultimement de développer des stratégies thérapeutiques pour lutter contre l'angiogenèse et la progression tumorale. / [MTF-1 : Facteur de transcription de la régulation par les métaux = Metal-regulatory transcription factor-1].