L’asthme est une maladie inflammatoire chronique des voies aériennes dont un pourcentage important s’explique par des facteurs génétiques. Les études en transcriptomique de l’asthme ont permis à ce jour d’identifier plusieurs gènes de susceptibilité. Notre revue de littérature a exposé la disparité de telles études. Néanmoins, ces études ont identifié des cibles thérapeutiques intéressantes qui permettront prochainement de mieux classifier et traiter les patients asthmatiques. Notre deuxième étude visait à identifier les loci associés à l’asthme à l’aide d’un criblage génomique par association en utilisant des pools d’ADN chez des femmes adultes canadiennes-françaises. Des criblages semblables ont déjà été effectués par le passé et nos résultats confirment l’implication des gènes PTGDR et C3AR1 dans l’asthme. En étudiant un sous-groupe plus homogène de patients asthmatiques, de nouvelles variations génétiques ont été associées à l’asthme. Des analyses in silico et fonctionnelles, sur l’expression des gènes dans les poumons, ont complémenté l’étude. / Asthma is a chronic inflammatory disease of the airways which is largely explained by genetic factors. So far, transcriptomic studies of asthma have identified several susceptibility genes. Our review of the literature in this field has highlighted the disparity of such studies. However, those studies identified new therapeutic targets and biomarkers that are likely to improve asthma classification and treatments in a near future. Our second study aimed to identify loci associated with asthma using a pooling-based genome-wide association study in French Canadian adult women. Similar screens have been conducted in the past and our results confirmed the implication of C3AR1 and PTGDR in asthma. Using a more homogeneous subgroup of asthma patients, the study also revealed new genetic variants associated with asthma susceptibility. New findings were extended to gene expression in the lung and in silico analyzes.

L'asthme est une maladie respiratoire chronique qui affecte autant les enfants que les adultes et qui se présente sous diverses manifestations cliniques. Cette maladie est également reconnue comme un trait complexe pUIsque plusieurs facteurs environnementaux et génétiques sont impliqués dans son développement. Les déterminants génétiques de susceptibilité ou de protection à l'asthme interagissent entre eux de même qu'avec l'environnement dans son développement. Depuis les dernières décennies, les études d'association ont permis d'identifier plus de 170 gènes associés à l'asthme ou à ses manifestations cliniques. Malgré cet avancement des connaissances en génétique de l'asthme, la confirmation des associations déjà observées et l'identification de nouveaux déterminants génétiques fait l'objet d'une recherche très active. C'est dans un tel contexte que le principal objectif de la présente thèse s'inscrit, à savoir l'identification de déterminants génétiques de susceptibilité ou de protection pour l'asthme. Pour ce faire, de nouvelles approches méthodologiques ainsi que des approches plus classiques ont été employées pour mener à terme les six études d'association présentées. Grâce à méthodologies novatrices, quatre nouvelles associations génétiques positives ont été mises en évidence avec les gènes CX3CR1, ALOX15, PLAU et PTPRE. De tels résultats ont permis, a priori, de démontrer l'utilité des nouvelles approches employées dans les études d'association génétique ' et de démontrer leur efficacité. L'acquisition de ces nouvelles connaissances a également mené à l'élaboration de nouvelles hypothèses de recherche et les projets en cours devraient améliorer la compréhension des mécanismes biologiques en cause dans l'asthme. Finalement, l'étude plus approfondie de ces gènes permettra, éventuellement, de développer de nouvelles thérapies et de surcroît, améliorer les conditions de vie des personnes asthmatiques.

L'asthme est une maladie chronique des voies aériennes répandue mondialement, connue comme un trait complexe, donc sous l'influence de plusieurs gènes (parmi lesquels un bon nombre a déjà été identifié) en interaction avec l'environnement. Le but de ce projet consiste à vérifier l'efficacité de l'outil bioinformatique Genes to Diseases (G2D), en l'utilisant pour la construction d'une liste de gènes qui pourront être ciblés en vue d'une analyse d'association entre des polymorphismes de ces gènes et l'asthme ainsi que les conditions reliées à la maladie. Dans ce contexte, une étude d'association sur certains gènes candidats sélectionnés parmi ceux de la liste proposée par l'outil G2D a été menée dans un échantillon familial du Saguenay-Lac-Saint-Jean. Elle a permis d'identifier un nouveau gène d'asthme, PTPRE, et par la même occasion, de démontrer l'efficacité de l'outil G2D. Ce dernier permet donc l'identification de nouveaux gènes associés aux traits complexes et facilite la tâche du chercheur en réduisant le temps requis par la revue de la littérature pour arriver à cette fin.

Le gène filaggrine (FLG) a beaucoup été étudié pour son implication au niveau de la dermatite atopique (DA) et de l’asthme. Le but de l’étude est d’effectuer une étude d’association entre FLG ainsi que le membre 2 de la famille filaggrine (FLG2) avec l’asthme, l’atopie et l’asthme allergique avec ou sans présence de DA dans quatre études d’asthme indépendantes. L’étude d’association a aussi été exécutée avec des gènes de la voie biologique de FLG ayant une fonction documentée au niveau de sa transcription. Une analyse combinée de quatre études d’asthme indépendantes a également été réalisée. Finalement, une étude d’interaction a été exécutée entre les polymorphismes des gènes de cette voie biologique. Les résultats montrent des associations significatives pour le gène POU classe 2 homeobox 3 (POU2F3) avec les différents phénotypes atopiques. Ces résultats suggèrent l’importance de considérer la voie biologique des gènes d’intérêt dans les études d’association en suite logique à l’approche par gène candidat. Cette approche peut conduire à la découverte de nouveaux gènes associés aux maladies atopiques ce qui aiderait à mieux définir la biologie moléculaire de ce trait.

"Mémoire présenté à la Faculté des études supérieures et postdoctorales de l'Université Laval comme exigence partielle du programme de maîtrise en médecine expérimentale offert à l'Université du Québec à Chicoutimi en vertu d'un protocole d'entente avec l'Université Laval pour l'obtention du grade de Maître ès sciences (M.Sc.)" / Les gènes ayant une activité biologique en lien avec le gène du récepteur de type 2 de l’interleukine 1 (IL1R2) sont des déterminants génétiques de l’asthme allergique L’asthme est une maladie chronique des voies respiratoires qui se traduit par une hyperactivité, une obstruction bronchique et un remodelage. Plusieurs facteurs génétiques et environnementaux sous-tendent le développement de cette maladie. En effet, plus de 300 gènes ont été jusqu’à présent associés à l’asthme. Dans ce mémoire, il sera question de certains de ces gènes associés avec les phénotypes reliés à l’asthme et qui sont en lien avec les activités du gène du récepteur de type 2 de l’interleukine 1 (IL1R2). Le gène IL1R2 est différemment exprimé dans les biopsies bronchiques de sujets asthmatiques allergiques comparativement aux sujets témoins et a également été associé avec l'atopie. Un criblage pangénomique (GWAS) a été réalisé sur cinq études d ’asthme indépendantes (SLSJ, EGEA, CAPPS, SAGE et BUSSELTON) afin d ’identifier des polymorphismes associés aux différents phénotypes reliés à l’asthme. Sept gènes ont été associés: beta-site APPcleaving enzyme-1 (BACE1) et la métalloprotéinase 2 (MMP2) avec l’asthme et l’asthme allergique, spleen focus form ing virus proviral integration oncogene (S P Il) avec l’atopie et l’asthme atopique, endoplasmic reticulum aminopeptidase (ERAP1) avec l’asthme allergique, interleukin 1 receptor accessory protein (IL1RAP) et interleukin 1 alpha (ILIA) avec l ’atopie, et le gène interleukin 1 receptor type 1 (IL1R1) avec l ’asthme, l’atopie et l’asthme allergique. Ces résultats soulignent l’importance du rôle &IL1R2 dans l’asthme et suggèrent qu’il serait pertinent de mieux caractériser sa voie biologique à l’aide d ’études génétiques fonctionnelles afin d’avoir une meilleure connaissance du rôle &IL1R2 dans la physiopathologie de l’asthme.

L'asthme est une maladie respiratoire chronique qui affecte plus de 340 millions d'individus dans le monde. Cette condition réduit considérablement la qualité de vie et est une cause importante de décès prématurés. Identifier les individus plus à risque permettrait un meilleur contrôle de la situation. Des études d'association pangénomique ont confirmé la contribution de plusieurs variants génétiques comme facteurs de risque de l'asthme et ont démontré que sa composante héréditaire est davantage expliquée par leur effet cumulatif. En ce sens, le scores de risque polygénique laisse paraître une lueur d'espoir. Ce score est défini par la somme pondérée d'allèles associés à un trait et peut servir à estimer la prédisposition génétique d'un individu pour celui-ci. Cet outil permettrait donc d'aider les cliniciens à prédire le risque d'asthme d'un individu. Plusieurs méthodes existent pour les calculer. Ce projet consiste à comparer dix méthodes populaires en déterminant l'association du score de risque polygénique qui en résulte avec la présence d'asthme au travers de différents sous-ensembles de variants. Pour y parvenir, les statistiques sommaires rapportées par la méta-analyse Trans-National Asthma Genetic Consortium sont utilisées pour calculer le PRS des 407 399 participants caucasiens de la cohorte de la biobanque du Royaume-Uni. Cinq seuils de valeur-p fixés à 1, 5e - 2, 5e - 4, 5e - 5 et 5e - 8 sont appliqués pour utiliser les méthodes sur différents sous-ensembles significatifs de variants. Les dix méthodes étudiées sont la méthode de base, la méthode de base avec agglutination, Stacked clumping + thresholding (SCT), les versions grid-sparse, grid-nosparse, inf et auto de LDpred2, EBPRS et PRS-CS-auto. Une forêt aléatoire et une analyse discriminante par moindres carrés partiels sont alors mises sur pied en tirant profit du PRS de SCT, la méthode présentant le meilleur pouvoir prédictif et de plusieurs marqueurs cliniques de la biobanque du Royaume-Uni. / Asthma is a chronic respiratory disease that affects more than 340 million people worldwide. It is a complex disease caused by both genetics and environmental factors. This condition drastically reduces the quality of life and is a major cause of premature death. Identifying those most at risk would allow a better control of the situation. Genome-wide association studies have confirmed the contribution of several genetic variants as risk factors for asthma and have shown that its hereditary component is further explained by their cumulative effect. The Polygenic Risk Scores (PRS) suggests a glimmer of hope. The PRS is defined as the weighted sum of alleles associated with a trait and can be used to estimate an individual's genetic predisposition for the trait. PRS could therefore help clinicians predict an individual's risk of asthma. Several methods exist to compute PRS. The aim of this project is to compare ten popular methods by determining the association of their resulting PRS with the presence of asthma through different subsets of variants. To do so, summary statistics reported by the Trans-National Asthma Genetic Consortium meta-analysis and the genotypic data of 407 399 Caucasian participants in the United Kingdom biobank cohort are employed. Five p-value thresholds fixed at 1, 5e - 2, 5e - 4, 5e - 5 and 5e - 8 are applied to use the methods on different significant subsets of variants. The ten methods studied are the standard method, the standard method with clumping, Stacked clumping + thresholding (SCT), the grid-sparse, grid-nosparse, inf and auto versions of LDpred2, EBPRS and PRS-CS-auto. A random forest and a partial least-squares discriminant analysis are then trained by leveraging the PRS of SCT, the method with the best predictive power, and several clinical markers from the UK biobank.

L'asthme est une maladie respiratoire chronique à trait complexe, c'est-à-dire possédant une composante génétique et une composante environnementale. Plusieurs gènes ont démontré leur implication dans la physiopathologie, mais une part de l'héritabilité de la maladie est toujours manquante. L’épigénétique pourrait contribuer à documenter une fraction de cette héritabilité. Parmi les gènes associés à l’asthme, la majorité exerce des fonctions connues qui sont reliées à l’activité de certaines cellules impliquées dans la physiopathologie du trait notamment la cellule épithéliale bronchique qui forme la première barrière contre les allergènes et les pathogènes de l'environnement. Ce type cellulaire est aussi reconnu pour sa composante immunologique puisqu'il peut sécréter des médiateurs de l'inflammation dont l'interleukine (IL) 33, l’un des gènes les plus rapportés comme étant associés à l’asthme. L’objectif du présent projet était d’évaluer l’impact de la méthylation de l’IL33 et de deux autres gènes de sa voie biologique (interleukin-1 receptor like 1 (IL1RL1) et éotaxine-3 (CCL26)) dans des cellules épithéliales bronchiques isolées de biopsies bronchiques d’individus asthmatiques. Ainsi, la méthylation de l'ADN a été mesurée chez 10 individus asthmatiques et 10 individus sains. Les promoteurs des gènes IL33 et CCL26 ont démontré un niveau de méthylation plus faible chez les personnes asthmatiques (Δβ=15%, p=0,005; Δβ=5%, p=0,009). Il a aussi été possible d'observer une expression génique plus élevée de CCL26 chez les individus asthmatiques (augmentation de 1,5 fois; p=0,04) et une tendance semblable pour les deux autres gènes malgré une absence de significativité (IL33 : augmentation de 4,3 fois; p=0,09; IL1RL1: augmentation de 1,5 fois; p=0,06), ce qui est en accord avec les résultats de méthylation. Finalement, le séquençage d'IL33 et de CCL26 a permis d'identifier 12 polymorphismes (SNP) dont trois d'entre eux étaient associés à une différence de méthylation pour le gène IL33 (Δβ=14%, p=0,05). Les résultats obtenus démontrent l'importance d'étudier le patron de méthylation des gènes associés au trait et de faire le lien de celui-ci avec la structure génétique des gènes ciblés afin de contribuer à documenter une partie de l’héritabilité inexpliquée de l’asthme.

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.

Ce projet avait pour but de décrire la structure généalogique de 226 sujets asthmatiques recrutés au Saguenay-Lac-St-Jean (SLSJ). Les sujets ont été regroupés selon leur statut de porteur de polymorphismes associés à l'asthme pour les gènes candidats CX3CR1, PLAU, IL-13 et IL-4R et nous avons vérifié si certains sous-groupes présentaient des caractéristiques généalogiques particulières lorsqu'on les comparait avec un groupe témoin. Les analyses statistiques ont démontré qu'il n'est pas possible de faire de distinction entre les individus asthmatiques et ceux du groupe témoin. En effet, nous n'avons détecté aucune différence significative entre les groupes, que ce soit lors du calcul des coefficients d'apparentement et de consanguinité ou des mesures de contribution génétique des ancêtres et des fondateurs régionaux. La fréquence des variants étudiés, l'hétérogénéité génétique de la maladie, la structure généalogique régionale et la prévalence élevée de l'asthme dans la population pourraient constituer des facteurs explicatifs de cette absence de différence entre les sujets asthmatiques et les témoins. Sur le plan de la démogénétique, ce projet a permis de mieux connaître la structure de la population du SLSJ et l'effet de son histoire démographique sur la composition du pool génique contemporain.

"Mémoire présenté à la Faculté des études supérieures et postdoctorales de l'Université Laval comme exigence partielle du programme de maîtrise en médecine expérimentale offert à l'Université du Québec à Chicoutimi en vertu d'un protocole d'entente avec l'Université Laval pour l'obtention du grade de Maître ès sciences (M.Sc.)" / L'asthme est un trait complexe et son développement serait associé à différents facteurs tant environnementaux que génétiques. L'interaction entre ces facteurs a précédemment été associée au développement et à la persistance du phénotype. Une analyse des polymorphismes situés au niveau des gènes précédemment associés à l’asthme et à un environnement particulier a été effectuée dans la collection familiale asthmatique du Saguenay-Lac-Saint-Jean (étude SLSJ). L’environnement de cette région est caractérisé, entre autres, par la présence d ’industries de l’aluminium et de pâtes et papiers. Une stratification selon la proximité entre ces industries et le lieu de résidence des individus a été effectuée afin de déterminer l’impact de ces environnements sur la susceptibilité de certains déterminants génétiques sur le développement de l’asthme. Les résultats ont démontré une seule association pour un polymorphisme du gène Catalase (CAT) avec l’asthme dans l’étude SLSJ. La stratification en fonction de la distance physique de résidence par rapport aux industries n 'a pas permis d ’associer de nouveaux déterminants génétiques à l'asthm e ou d ’accroître la significativité de l’association entre CAT et l’asthme. Ces résultats suggèrent que CAT est associée à l’asthme dans l’étude SLSJ indépendamment de la proximité aux industries et donc de l’exposition à un environnement "à risque".