La bicuspidie aortique représente la malformation cardiaque congénitale la plus fréquente, affectant environ 2% de la population. Paradoxalement, le mécanisme de dégénérescence accélérée d’une valve bicuspide n’est pas encore élucidé. Ce travail s’appuie sur l’analyse de modèles animaux et sur l’analyse d’une cohorte prospective de 300 patients porteurs d’une valve aortique bicuspide.Notre cohorte de 300 patients nous a permis de chercher à identifier de nouveaux gènes impliqués dans la bicuspidie aortique par des approches de séquençage nouvelle génération, mais aussi par une approche de gène candidat. La comparaison des données cliniques et échographiques des patients porteurs de bicuspidie aortique avec et sans dysfonctionnement nous a permis d’établir une corrélation entre le phénotype de la bicuspidie et fonction valvulaire.Ce travail a eu pour objectif d’améliorer la compréhension de la physiopathologie de la bicuspidie aortique en identifiant de nouveaux gènes candidats et d’acquérir une meilleure connaissance du processus de dégénérescence valvulaire accélérée par le biais de modèles murins et d’études cliniques. / Bicuspid Aortic Valve (BAV) is the most common congenital heart defect, affecting about 2% of the population. BAV is a heritable trait, but the genetic basis underlying this defect remains unclear. BAV is associated with an excess of morbidity and mortality related to several complications such as accelerated valve degeneration that required earlier and more frequent referral for surgery. Despite its burden, the mechanism underlying BAV degeneration has not been elucidated. Aortic valve replacement constitutes a late response to a disease whose diagnosis is often carried out earlier, at the stage of non-severity. My thesis aims to identify the pathophysiology of BAV and to investigate the mechanisms involved in BAV degeneration. Thus, this study was based on the analysis of animal models and on the examination of a prospective cohort of 300 patients with BAV. Three hundred patients with BAV were prospectively included in our cohort to identify new genes involved in BAV by next generation sequencing and candidate-gene approach. The objective of this thesis was to improve our understanding of the pathophysiology of BAV and to assess the mechanisms underlying BAV degeneration by analyzing animal and clinical models.

Introduction. La bicuspidie valvulaire aortique (BVA) est la malformation congénitale cardiaque la plus fréquente. Les causes et les origines génétiques de la BVA sont actuellement inconnues. Objectif. Ce projet de recherche vise à identifier des variations génétiques impliquées dans le développement de la BVA chez les Canadiens français. Méthodes. Neuf gènes candidats pour la BVA ont été séquencés chez 48 patients atteints. Des variations génétiques sélectionnées ont été génotypées chez 323 patients atteints de BVA et 584 contrôles et les fréquences alléliques ont été comparées entre les deux groupes. Résultats. Une variation dans le gène EGFR (rs17290301) démontre une association avec la BVA. Différentes variations sont associées à la BVA spécifiquement chez les hommes (EGFR rs533525993 et TEX26 rs12857479) et les femmes (NOTCH1 rs61751489, TGFBR2 rs1155705 et NKX2-5 rs2277923). Conclusions. Ces résultats supportent pour la première fois l’implication de variations génétiques spécifiques au genre dans le développement de la BVA. / Introduction. Bicuspid aortic valve (BAV) is the most frequent congenital heart disease. Its etiology and genetic origins are still largely unknown. Objective. This study sought to identify genetic variants associated with BAV in a French Canadian population. Methods. Nine candidate genes for BAV were sequenced in 48 BAV patients. A selection of genetic variants was genotyped in 323 BAV patients and 584 controls and their allelic frequencies were compared between the two groups. Results. A EGFR variant (rs17290301) was associated with BAV in this population. Gender-specific variants were also significantly associated with BAV (EGFR rs533525993 and TEX26 rs12857479 in men and NOTCH1 rs61751489, TGFBR2 rs1155705 and NKX2-5 rs2277923 in women). Conclusions. These results suggest for the first time a possible implication of gender-specific variants in the development of BAV.

La bicuspidie valvulaire aortique (BAV) est l’anomalie congénitale cardiaque la plus fréquente. Les patients qui en sont atteints sont plus à risque de développer de multiples complications cardiovasculaires au cours de leur vie. Celles-ci peuvent toucher la valve aortique en elle-même, avec le développement de valvulopathies telles que la sténose aortique (SA), mais elles peuvent également toucher l’aorte, avec le développement d’une aortopathie, et/ou le ventricule gauche (VG), avec le développement d’une dysfonction ventriculaire. La SA est la complication cardiovasculaire la plus fréquemment retrouvée chez les patients avec BAV. Elle se caractérise par un épaississement et un remodelage fibro-calcique des feuillets valvulaires qui conduisent à un rétrécissement progressif de l’ouverture de la valve. Comparativement aux patients avec une valve aortique de morphologie normale (valve aortique tricuspide [TAV]), la SA se développe plus précocement chez les patients avec une BAV (10 à 20 ans plus tôt). Ainsi, les patients avec une BAV peuvent développer des complications cardiovasculaires qui se situent sur un large spectre. Certains patients peuvent développer de manière isolée une maladie valvulaire sténosante tandis que d’autres peuvent développer de manière concomitante une aortopathie et/ou une dysfonction ventriculaire gauche. Cependant, une fois ces dysfonctions initiées et établies, les données et les évidences concernant leur progression restent encore peu nombreuses chez les patients avec une BAV. On assume généralement que ces patients se comportent de la même manière que les patients avec une valve aortique de morphologie normale (TAV) pour un même type d’atteinte, mais ceci n’est peut-être pas vrai. Étant donné qu’il y a encore relativement peu d’études et de données faisant la distinction et comparant de manière systématique la progression des maladies valvulaires, ventriculaires et/ou aortiques entre les patients avec BAV et ceux avec TAV, il est légitime de se demander si les recommandations actuelles sans distinction pour la morphologie de la valve aortique sont valides et suffisantes. En outre, il est aussi légitime de se demander si ces recommandations qui sont principalement établies à partir de données obtenues majoritairement chez des patients avec une TAV peuvent être généralisées aux patients avec une BAV. En effet, à quelques exceptions près, il n’existe actuellement pas de recommandations propres aux patients avec une BAV. Ces derniers suivent généralement les mêmes recommandations que la population générale avec TAV. Les recommandations de prise en charge thérapeutique ne sont donc pas spécifiques, ne sont peut-être pas adaptées et ne tiennent pas compte du fardeau cardiovasculaire global des patients avec une BAV. Or, il est possible que les patients avec une BAV ou un certain sous-groupe de ces patients puissent présenter des atteintes différentes, qui se développent différemment et/ou qui progressent différemment par rapport aux patients avec une TAV. iii L’objectif général de mon projet de doctorat est donc d’étudier la présentation et la progression des différentes atteintes cardiovasculaires pouvant affecter les patients avec une BAV, en particulier la sténose aortique, et d’obtenir des déterminants de progression plus adaptés et spécifiques aux patients atteints de BAV. / Bicuspid aortic valve (BAV) is the most frequent congenital heart disease. Patients with BAV are at higher risk of developing multiple cardiovascular complications during their life. These dysfunctions can affect the aortic valve itself, with the development of valvular heart diseases such as aortic stenosis (AS), but they can also affect the aorta, with the development of an aortopathy, and/or the left ventricle (LV), with the development of ventricular dysfunction. AS is the most frequent cardiovascular complication associated with BAV. It is characterized by a thickening and a fibrocalcific remodeling of the valvular leaflets which lead to a progressive narrowing of the valvular opening. Compared to patients with a morphologically normal aortic valve, i.e. a tricuspid aortic valve (TAV), AS develops earlier in patients with BAV (10 to 20 years earlier). Thus, patients with BAV can develop cardiovascular dysfunctions that are on a large spectrum. Some patients can develop an isolated AS while others can develop concomitant aortopathy and/or LV dysfunction. However, once dysfunctions are initiated and established, data and evidence on their progression are few in patients with BAV. We generally assume that these patients behave in the same way as patients with TAV for the same type of dysfunction, but that may not be true. Given that there are quite few studies and data distinguishing and comparing systematically progression of valvular, ventricular and/or aortic diseases progression between patients with BAV and those with TAV, it is legitimate to wonder if current recommendations that do not distinguish for aortic valve morphology are valid and enough. Moreover, it is also legitimate to wonder if these recommendations that are mainly established from data obtained from patients with TAV can be generalized to patients with BAV. Indeed, with very few exceptions, there is currently no specific recommendations to patients with BAV. The latter generally follows the same recommendations than the general population with TAV. The therapeutic management recommendations are thus non-specific, maybe not adapted and do not take into account the global cardiovascular burden of patients with BAV. Yet, it is possible that patients with BAV or a subgroup of these patients can present with different dysfunctions, that develop or progress differently compared to patients with TAV. The general objective of my PhD project is thus to study the presentation and progression of different cardiovascular dysfunctions that can affect patients with BAV, especially AS, and obtain determinants of progression that are more adapted and specific to patients with BAV.

Le syndrome de Marfan (MFS) est une maladie génétique rare. Les signes cliniques sont principalement squelettiques, oculaires et cardiovasculaires. Le premier gène identifié est FBN1. Une LSDB UMD créée en 1995 a permis de colliger les mutations identifiées chez les patients. D’autres gènes ont été identifiés comme causant des syndromes apparentés : FBN2, TGFBR1, TGFBR2, ACTA2, SMAD3, MYH11 et MYLK. Ma thèse avait pour but de mettre à jour ces différentes bases et de créer celles des nouveaux gènes. Les techniques de séquençage nouvelle génération dans la pratique clinique amènent des médecins non spécialistes à rapporter des variations secondaires dans ces gènes « actionable ». Il s’agit de la ressource la plus complète pour les cliniciens et les généticiens pour interpréter les variants associés au MFS et ses pathologies associées pour les variants primaires et secondaires.La bicuspidie de la valve aortique (2 feuillets au lieu de 3) est la malformation cardiovasculaire la plus fréquente touchant 0,6 à 2 % de la population. Ma thèse avait pour but d’identifier de nouveaux gènes impliqués dans la BAV. Grâce à une cohorte de 200 patients, le gène HOXA1, un facteur de transcription, a pu être examiné de manière plus approfondie. Alors qu’il contient une répétition de 10 histidines, les individus hétérozygotes mutés en présentent 11. Mes études ont permis de démontrer l’imputabilité de cette mutation. Dans un second temps, un séquençage d’exomes entiers a permis de mettre en évidence de nouveaux variants prédits pathogènes. Ces données permettront de mieux comprendre le rôle physiologique d’HOXA1 et des nouveaux gènes candidats dans la pathogénèse de la BAV chez l’humain. / Marfan Syndrome is a rare genetic disorder. Clinical signs are mainly skeletal, ocular and cardiovascular. The first gene identified is FBN1. A LSDB UMD was created in 1995 to colligate all the mutations identified in. Thereafter, several others genes were identified involved in related disorders : FBN2, TGFBR1 and TGFBR2, ACTA2, SMAD3, MYH11 and MYLK. The objectives of my PhD were to update these databases and to create new ones for genes. Next generation sequencing in clinical practice leads non-specialized doctors to report pathogenic secondary variants in “actionable” genes. Our databases are the only resources providing access to the full spectrum of known pathogenic mutations with checked and interpreted data from many reference diagnostic laboratories and research centers worldwide, and the most comprehensive resources for clinicians and geneticists to interpret variations linked to Marfan syndrome and related disorders not only primary but also secondary variants.Bicuspid Aortic Valve is the most common cardiovascular malformation affecting 0.6-2% of the population (2 leaflets instead of 3). Thanks to a cohort of 200 BAV patients, HOXA1 gene, a transcription factor, has been screened. While HOXA1 contains a string of 10 histidine repeats, these individuals are heterozygous for an 11 histidine repeat variant. My studies showed the imputability of this mutation. In a second phase, whole exome sequencing allow us to highlight new variants predicted pathogenic. Studies are still ongoing to confirm their imputability. These data contribute to our better understanding of the physiological of HOXA1 and new candidate genes in the pathogenesis of BAV disease in humans.

L'objectif de cette thèse est l'élaboration et l'application de traitements d'images pour permettre une étude objective et fiable des sinus de Valsalva, importantes cavités de la base de l'aorte. Les méthodes proposées s'appliquent aux séquences ciné-IRM et aux examens de scanner sans qu'il n'y ait à modifier le paramétrage entre deux examens. Pour cela, nous avons d'abord étudié la morphologie de cette zone anatomique puis détaillé les différentes propriétés communes à toutes les images de sinus. Ceux-ci font en l'occurrence partie des principaux organes clairs et peu mobiles. Nous avons donc développé un algorithme qui détecte ces éléments et caractérise chacun d'entre eux par une trajectoire unique. Divers outils de morphologie mathématique ont été utilisés à cette occasion, tout comme pour l'extraction du contour des sinus dans chaque image. L'étape de segmentation repose elle sur la reconstruction géodésique, qui s'avère plus efficace et surtout plus robuste que l'usage de contours actifs usuels. L'intérieur des sinus forme un domaine simplement connexe et étoilé. Grâce à ce postulat, nous avons conçu une nouvelle reconstruction, nommée transformée en aurore, qui limite la propagation des intensités aux supports radiaux et présente les résultats dans un repère polaire pour une meilleure lecture des contours.Les points caractéristiques des sinus ont également été détectés, par étude de rayons et détermination de points dominants. Ces points fournissent les éléments nécessaires à une mesure automatique des sinus, mesure cohérente avec les mesures actuellement réalisées manuellement et les variations intra et inter-observateurs de celles-ci. D'autres outils sont enfin esquissés pour modéliser le contour par coniques, classer les images d'examens cinétiques en fonction du moment du cycle et suivre le mouvement des valves dans ces mêmes examens.L'ensemble de ces travaux ont amené à la réalisation d'un logiciel d'aide au diagnostic qui intègre nos méthodes et dont l'interface est également présentée dans le présent mémoire.

L'objectif de cette thèse est l'élaboration et l'application de traitements d'images pour permettre une étude objective et fiable des sinus de Valsalva, importantes cavités de la base de l'aorte. Les méthodes proposées s'appliquent aux séquences ciné-IRM et aux examens de scanner sans qu'il n'y ait à modifier le paramétrage entre deux examens. Pour cela, nous avons d'abord étudié la morphologie de cette zone anatomique puis détaillé les différentes propriétés communes à toutes les images de sinus. Ceux-ci font en l'occurrence partie des principaux organes clairs et peu mobiles. Nous avons donc développé un algorithme qui détecte ces éléments et caractérise chacun d'entre eux par une trajectoire unique. Divers outils de morphologie mathématique ont été utilisés à cette occasion, tout comme pour l'extraction du contour des sinus dans chaque image. L'étape de segmentation repose elle sur la reconstruction géodésique, qui s'avère plus efficace et surtout plus robuste que l'usage de contours actifs usuels. L'intérieur des sinus forme un domaine simplement connexe et étoilé. Grâce à ce postulat, nous avons conçu une nouvelle reconstruction, nommée transformée en aurore, qui limite la propagation des intensités aux supports radiaux et présente les résultats dans un repère polaire pour une meilleure lecture des contours.Les points caractéristiques des sinus ont également été détectés, par étude de rayons et détermination de points dominants. Ces points fournissent les éléments nécessaires à une mesure automatique des sinus, mesure cohérente avec les mesures actuellement réalisées manuellement et les variations intra et inter-observateurs de celles-ci. D'autres outils sont enfin esquissés pour modéliser le contour par coniques, classer les images d'examens cinétiques en fonction du moment du cycle et suivre le mouvement des valves dans ces mêmes examens.L'ensemble de ces travaux ont amené à la réalisation d'un logiciel d'aide au diagnostic qui intègre nos méthodes et dont l'interface est également présentée dans le présent mémoire. / This Phd thesis deals with the design and the use of image processing tools in order to allow a reliable and objective study of the sinuses of Valsalva which are important cavities of the aortic root. The proposed methods can be applied on cine-MR sequences and CT examinations without any change in the settings between two examinations.Firstly, we studied the morphology of this anatomical area and its constant properties in all images of the dataset. Sinuses are one of the main bright organs with limited movements. Hence a new algorithm has been designed. It detects and characterizes each bright organ by a single trajectory. Various tools of mathematical morphology are used for this step, as for the extraction of the contour of the sinuses in each image.The segmentation step is based on the geodesic reconstruction, which is more effective and more robust than the usual active contours. The shape depicting the sinuses is simply connected and a star domain. With this assumption, a new reconstruction is proposed, called the Aurora transform. This transform limits the spread of intensities only on the radial lines and shows its results in a polar space for a better reading of edges.The relevant points of the sinuses are also detected by a study of radii and the determination of dominant points along edges. An automatic measurement of the sinuses is deduced from these points. The values are very close to the manual measures currently done according to the intra-and inter-observer variations.Some other tools are finally outlined. They includes the modeling of edges by conics, the image classification depending on the time of the cycle in sequences and the tracking of the aortic valves in these examinations.This work led to the devlopement of a diagnostic aid software based on our methods. Its interface is also presented herein.