L'encéphalomyélite myalgique (EM), communément appelée syndrome de fatigue chronique (SFC), est une maladie chronique complexe, impliquant divers facteurs biochimiques, métaboliques, génétiques et épigénétiques dans sa pathogenèse. L'EM se caractérise par une fatigue persistante et débilitante, un malaise post-effort (PEM), des douleurs, des troubles du sommeil, des troubles cognitifs et d'autres symptômes. L'EM constitue un problème de santé important, compte tenu de sa prévalence dans la population générale. Cependant, notre compréhension des origines de l’EM reste limitée; son diagnostic est difficile et il n’existe aucun traitement curatif définitif ni de biomarqueur officiellement approuvé. Les approches de prise en charge actuelles visent principalement à soulager les symptômes, soulignant le besoin urgent de mieux comprendre ses causes sous-jacentes. Le développement de l’EM est reconnu comme une confluence de prédispositions génétiques et d’expositions environnementales, compte tenu de l’hétérogénéité clinique de cette pathologie. Ces dernières années, de nombreuses voies étiologiques ont été suggérées, notamment un développement post-infectieux de l’EM, qui reste l’une des principales hypothèses. L'implication de mécanismes épigénétiques, principalement la méthylation de l'ADN, un régulateur bien documenté de l'expression des gènes, est également apparu comme un acteur essentiel dans la pathogenèse de l'EM. Il est intéressant de noter, et avec une note d’inquiétude, que près de deux ans après la pandémie de SRAS-CoV-2 à l’origine du COVID-19, une cohorte croissante d’individus auparavant en bonne santé souffre du Long COVID (LC), une manifestation de symptômes persistants provenant de l’infection initiale. Il est remarquable de constater qu’il existe un chevauchement évident entre les présentations cliniques de l’EM et de la LC. Cependant, les mécanismes qui sous-tendent ce chevauchement restent encore à élucider. Dans le cadre de cette thèse, je me suis intéressée dans un premier temps à identifier les changements épigénétiques associés à l'EM à partir de la salive. Le choix d’utiliser la salive représente une approche non-invasive et découle également du fait que des études précédentes ont mis en évidence que les profils de méthylation de l’ADN obtenu des cellules buccales présentes dans la salive étaient assez similaires aux profiles observés au niveau du cerveau et des muscles (des tissus difficilement accessibles mais pourtant atteints dans l’EM) comparativement aux cellules mononuclées du sang périphériques (PBMCs). Cette approche pourrait aider à établir une signature épigénétique susceptible de combler le fossé conceptuel entre la génétique et l'influence environnementale dans la pathogenèse de l'EM. En effet, les sites CpG/gènes identifiés avec une méthylation différentielle pourraient être impliqués dans des mécanismes physiopathologiques associés au développement et/ou à la gravité de l'EM. Après correction de Bonferroni, mes travaux ont révélé un seul site CpG, "cg19803194", différentiellement méthylé chez les patients atteints d'EM par rapport aux sujets sains appariés pour l’âge. Ce site CpG est situé dans le corps du gène PTPRN2 codant pour la tyrosine phosphatase receptor type N2. De plus, le gène PTPRN2 contient un microARN intronique, le miR-153-3p (miR-153-2), qui est corégulé avec son gène hôte. En raison des défis éthiques et logistiques liés à l'accès aux tissus cérébraux ou musculaires, nous avons mesuré les niveaux circulants en miR-153-3p dans le plasma comme mesure de substitution pour évaluer les fluctuations de l'expression de PTPRN2. Nous avons donc analysé ce miARN comme un proxy prometteur pour mieux comprendre la dynamique d’expression de PTPRN2. Notre stratification des patients atteints d'EM basée sur les niveaux de méthylation de l'ADN cg19803194 (hypo vs hyper) a révélé qu'une réduction des niveaux circulants du miR-153-3p a été observée dans le groupe hypo-méthylé, ce qui concorde avec de précédentes études montrant que l'hypométhylation au niveau du corps des gènes, entraine habituellement une diminution de leur transcription. Cependant, l’intrigue a été amplifiée par un schéma contre-intuitif observé chez un sous-ensemble de patients. Cette découverte inattendue, nous a incité à découvrir un mécanisme alternatif régissant la régulation des niveaux de miR-153-3p en circulation, qui implique de manière complexe une interaction dynamique des niveaux nucléaires de PHB2 (Prohibitine 2) dans le contrôle de la maturation de certains miARN dont le miR-153-3p. La LC est un trouble complexe avec des symptômes prolongés et hétérogènes qui s’apparentent avec l’EM. Dans le cadre de ma seconde étude, nous avons utilisé une manoeuvre de provocation standardisée pour induire un malaise post-effort (PEM), ce qui nous a permis de stratifier les patients LC en deux groupes : LC1 (sévère) et LC2 (léger à modéré) en fonction de la gravité du PEM. Les patients LC1 présentaient des scores de gravité de la maladie significativement plus élevés et des scores neurocognitifs plus mauvais que les patients classés dans le groupe LC2. Ceci était étroitement lié aux scores PEM élevés chez les patients LC1 et aux scores PEM réduits chez les patients LC2. Nous avons également utilisé le profilage de la méthylation de l'ADN des cellules mononucléées du sang périphérique (PBMC) pour étudier les changements dans la méthylation de l'ADN associés aux symptômes de la LC (n = 24) par rapport aux participants ayant eu la COVID-19, suivie d’une rémission complète (SC pour Short COVID en anglais) (n = 4). Il est intéressant de noter que nous avons identifié des altérations de plusieurs gènes impliqués dans le dysfonctionnement neurocognitif et le changement de la réponse immunitaire liés à la persistance des symptômes de la LC. En outre, dans le cadre de ma troisième étude, nous avons effectué une analyse complète de la méthylation de l'ADN à l'échelle du génome, à partir d'échantillons de salive provenant du même groupe de patients LC (n=24) LC, de 4 participants SC et de 13 témoins sains (HC) pré-pandémiques. Nous avons étudié les signatures épigénétiques associées à la LC. Nous avons constaté que les patients LC présentaient une hypométhylation significative de trois gènes communs, MEST, DDR1 et LRP1, par rapport aux participants SC et HC. Ces gènes sont impliqués dans la cascade de l’inflammation, l’altération de la réponse immunitaire et des maladies neurologiques. Nous avons également signalé des altérations de la méthylation de LGR6, ZFAND2A et TDG dans les PBMCs et la salive chez les mêmes individus associés à la sévérité de la LC. Plus précisément, nous avons constaté une hypométhylation au niveau des gènes LGR6 et ZFAND2A et une hyperméthylation au niveau du gène TDG dans les cas graves (groupe LC1) par rapport aux cas légers à modérés (groupe LC2). Cette convergence de profils entre la salive et les PBMCs souligne l'importance de LGR6, ZFAND2A et TDG dans la gravité des LC. L’ensemble des résultats obtenus dans le cadre de cette thèse apporte un éclairage nouveau et pertinent sur les mécanismes épigénétiques qui sous-tendent l’EM et la COVID longue. Les nouvelles connaissances présentées dans les trois manuscrits ci-joints devraient nous permettre de mieux comprendre l’EM et la COVID longue, de développer de futures stratégies diagnostiques, thérapeutiques et préventives, mais également de mieux gérer les effets à long terme de ces conditions. En effet, les altération épigénétiques identifiées dans ces deux contextes pathologiques, plus précisément au niveau de la méthylation de l’ADN, pourraient être impliquées dans la sévérité et la persistance des symptômes de ces pathologies complexes, distinctes et présentant tout de même des similitudes. / Myalgic encephalomyelitis (ME), also known as chronic fatigue syndrome (CFS), is a complex chronic disease involving various biochemical, metabolic, genetic, and epigenetic factors. Patients with ME experience persistent and debilitating fatigue, post-exertional malaise (PEM), pain, sleep disturbances, cognitive impairment, and other symptoms. ME is a significant health problem, with an estimated prevalence of 0.2% to 0.5% in the general population. However, our understanding of the origins of ME remains limited; its diagnosis is complex, and there is no definitive cure or officially approved biomarker. Current management approaches focus primarily on relieving symptoms, highlighting the urgent need to understand its underlying causes better. The development of ME is thought to be a confluence of genetic predispositions and environmental exposures. In recent years, many etiological pathways have been suggested, including a post-infectious development of ME, which remains one of the main hypotheses. The involvement of epigenetic mechanisms, primarily DNA methylation, a well-documented regulator of gene expression, has also emerged as a critical player in the pathogenesis of ME. Interestingly, and with a note of concern, nearly two years after the SARS-CoV-2 pandemic that caused COVID-19, a growing cohort of previously healthy individuals suffer from Long COVID (LC), a manifestation of persistent symptoms from the initial infection. Remarkably, there is a clear overlap between the clinical presentations of ME and LC. However, the mechanisms underlying this overlap remain to be elucidated. This thesis investigated the epigenetic mechanisms underlying ME and LC. As part of this thesis, I was initially interested in identifying the epigenetic changes associated with ME from saliva. Saliva is a non-invasive sample that can be easily collected, and previous studies have shown that the DNA methylation profiles obtained from buccal cells present in saliva are similar to those observed in the brain and muscles. This suggests that saliva could be used as a proxy for these tissues, which are difficult to access but are thought to be involved in the pathogenesis of ME. I used Bonferroni's correction to identify a single CpG site, "cg19803194", differentially methylated in ME patients compared to age-matched healthy subjects. This CpG site is located in the body of the PTPRN2 gene, which encodes the tyrosine phosphatase receptor type N2. The PTPRN2 gene also contains an intronic microRNA, miR-153-3p (miR-153-2), which is co-regulated with its host gene. Due to ethical and logistical challenges, I measured circulating levels of miR-153-3p in plasma as a surrogate measure to assess fluctuations in PTPRN2 expression. This miRNA is a promising proxy for understanding the expression dynamics of PTPRN2 because it is located in the same gene and is co-regulated with it. My stratification of ME patients based on cg19803194 DNA methylation levels (hypo vs hyper) revealed that a reduction in circulating levels of miR-153-3p was observed in the hypo-methylated group. These findings agree with previous studies showing that hypomethylation in the body of genes usually decreases their transcription. However, a counterintuitive pattern was observed in a subset of patients. This unexpected finding prompted me to discover an alternative mechanism governing the regulation of circulating miR-153-3p levels. This mechanism involves a dynamic interaction of nuclear PHB2 (Prohibitin 2) levels in controlling the maturation of certain miRNAs, including miR-153-3p. LC is a complex disorder with prolonged and heterogeneous symptoms that resemble myalgic encephalomyelitis (ME). In my second study, we used a standardized provocative maneuver to induce post-exertional sickness (PEM), which allowed us to stratify LC patients into two groups: LC1 (severe) and LC2 (mild to moderate), depending on the severity of the PEM. LC1 patients had significantly higher disease severity scores and worse neurocognitive scores than patients classified in the LC2 group. This was closely related to high PEM scores in LC1 patients and reduced PEM scores in LC2 patients. We also used peripheral blood mononuclear cell (PBMC) DNA methylation profiling to investigate changes in DNA methylation associated with LC symptoms (n=24) compared to participants who had COVID followed by complete remission Short COVID (SC) (n = 4). Interestingly, we identified alterations in several genes implicated in neurocognitive dysfunction and changes in immune response related to the persistence of LC symptoms. In my third study, we also performed a comprehensive genome-wide DNA methylation analysis of saliva samples from the same group of LC patients (n=24), 4 SC participants, and 13 pre-pandemic healthy controls (HC). We studied the epigenetic signatures associated with LC. We found that LC patients showed significant hypomethylation of three common genes, MEST, DDR1, and LRP1, compared to SC and HC participants. These genes are involved in the cascade of inflammation, impaired immune response, and neurological disease. We also reported LGR6, ZFAND2A, and TDG methylation alterations in PBMCs and saliva in the same individuals associated with CL severity. Specifically, we found hypomethylation at the LGR6 and ZFAND2A genes and hypermethylation at the TDG gene in severe cases (LC1 group) compared to mild to moderate cases (LC2 group). This convergence of profiles between saliva and PBMCs highlights the importance of LGR6, ZFAND2A, and TDG in the severity of CL. All the results obtained in this thesis shed new and relevant light on the epigenetic mechanisms underlying ME and LC. The new knowledge in the three attached manuscripts allowed us to understand ME and LC better, develop future diagnostic, therapeutic, and preventive strategies, and better manage these conditions' long-term effects. Epigenetic alterations, more precisely at the level of DNA methylation, have been identified in both ME and long-term COVID. These alterations could be involved in the severity and persistence of the symptoms of these complex pathologies, which are distinct but share some similarities. The findings of this thesis suggest that epigenetics could be a promising target for developing new treatments for ME and long-term COVID. Further research is needed to confirm these findings and to develop effective therapeutic interventions.

Un nombre alarmant de personnes signalent une maladie persistante appelée COVID longue après leur infection par le virus SRAS-CoV-2. Il y a 650 million de cas de COVID-19 dans le monde, dont 10% de ces personnes développent des symptômes persistants. Parmi les symptômes observés, on remarque une fatigue profonde, de la myalgie, des troubles cognitifs, etc. Ces symptômes sont étonnamment similaires à ceux de l'encéphalomyélite myalgique (EM), une maladie chronique débilitante. L’EM est une maladie complexe souvent caractérisée par une fatigue profonde et le malaise après-effort. Environ 70% des patients atteints d'EM décrivent des épisodes d'infections virales comme élément déclencheur. Une autre maladie qui partage des symptômes similaires à l’EM est la fibromyalgie (FM). La FM est une autre maladie chronique et débilitante qui se caractérise par une douleur musculosquelettique et une sensibilisation centrale. Il n’existe toujours pas de traitement ni de test diagnostic à ce jour. Auparavant, nous avons découvert et validé onze microARN en tant que premier panel diagnostic pour l'EM et la FM. La majorité de ces petits ARN non codants participent à la régulation de gène, l'immunité et l'inflammation. Ce projet consiste à déterminer les trajectoires cliniques des personnes atteintes de la COVID longue à l’aide d’un nouveau test pronostic constitué de 11 miARN circulants permettant de différencier les diverses séquelles de la COVID longue. Par la suite, une recherche pan-génomique a permis d’établir une signature moléculaire plus précise pour chacun des six sous-groupes COVID longue. Nous proposons que les effets du virus SRAS-CoV-2 sur les microARN de l'hôte pourraient déclencher la persistance des symptômes de la COVID longue et que l’expression différentielle de certains microARN puissent contribuer au développement de différentes séquelles à long terme. Nous avons recruté des participants âgés de plus de 18 ans ayant été infectés par le virus SRAS- CoV-2, non-hospitalisés et présentant une COVID longue de plus de six mois et des sujets sains (groupe pré-pandemie) n’ayant pas reportés d’infection. L’analyse des symptômes a été réalisée à l’aide de trois questionnaires (SF-36, MFI-20, DSQ) complétés par tous les participants. Les niveaux d’expression de 11 microARN, précédemment identifiée dans l’EM, ont été mesurés par RT-qPCR dans des échantillons de plasma et la détermination des différentes trajectoires associées à des séquelles à long terme a été réalisée par analyse des composantes principales et validée par Random Forest Model (RFM). En stratifiant les patients selon leur signature de 11 miARN, nous avons évalué l’expression globale des 2549 miARN pour chaque séquelle et identifié de nouveaux miRNA spécifiques pour chacun des groupes à l’aide de la technologie microRNA array Agilent, une biopuce de la société Agilent. Nos données préliminaires nous ont permis d’identifier une signature moléculaire spécifique à chacune des séquelles de la COVID longue. Ces résultats nous permettrons de développer un nouveau test diagnostic basé sur les miRNA afin de prédire les conséquences à la suite de l’infection par le virus SRAS-CoV-2. / An alarming number of people are reporting a persistent illness called long COVID after their infection with the SARS-CoV-2 virus. There are an estimated 650 million cases of COVID-19 worldwide, with 10% of these people developing persistent symptoms. Among the symptoms observed, we notice profound fatigue, myalgia, cognitive disorders, etc. These symptoms are strikingly similar to those of myalgic encephalomyelitis (ME), a debilitating chronic disease. ME is a complex disease often characterized by profound fatigue and post-exertional malaise. Approximately 70% of ME patients describe episodes of viral infections as a trigger. Another disease that shares similar symptoms to ME is fibromyalgia (FM). FM is another chronic and debilitating disease that is characterized by musculoskeletal pain and central sensitization. There is still no treatment or diagnostic test to date. Previously, we discovered and validated eleven microRNAs as the first diagnostic panel for ME. Most of these small non-coding RNAs participate in gene regulation, immunity and inflammation. The objective of this project was to build a new diagnostic test to differentiate the various after-effects of long COVID using miRNAs. This project consists of determining the clinical trajectories of people with long COVID using a new prognostic test made up of 11 circulating miRNAs making it possible to differentiate the various after-effects of long COVID. Subsequently, a pan-genomic search made it possible to establish a more precise molecular signature for each of the six long COVID subgroups. We recruited participants aged over 18 years who had been infected with the SARS-CoV-2 virus, who were not hospitalized and had symptoms of long COVID for more than six months and healthy subjects (pre-pandemic group) who had not reported infection. The analysis of symptoms was carried out using three questionnaires (SF-36, MFI-20, DSQ) completed by all participants. The expression levels of 11 microRNAs previously identified in EM, from plasma samples were measured by RT-qPCR and the determination of the different trajectories associated with long-term sequelae was carried out by principal component analysis (PCA) and validated by Random Forest Model (RFM). By stratifying patients according to their signature of 11 miRNAs, we evaluated the overall expression of the 2549 miRNAs for each sequelae and identified new miRNAs specific for each of the groups using the Agilent microRNA array technology, a biochip from the company Agilent. Our preliminary data allowed us to identify a molecular signature specific to each of the after-effects of long COVID. These results will allow us to develop a new diagnostic test based on miRNAs in order to predict the consequences following infection by SARS-CoV-2 viruses.

Depuis l'émergence de la pandémie de SARS-CoV-2 en décembre 2019, plus de 675 millions de cas confirmés ont été signalés dans le monde, dont 4,6 millions de cas au Canada uniquement. Bien que la plupart des individus récupèrent sans séquelles, 10 à 20 % des survivants signalent des symptômes persistants au-delà de quatre semaines après une infection par le SARS-CoV-2, tels que la fatigue, les altérations cognitives, la toux, l'anxiété, la dépression, la douleur thoracique et autres, connus sous le nom de COVID longue ou de condition post-SARS-CoV-2 (PCC). Par conséquent, la physiopathologie, le diagnostic et la prise en charge de la PCC sont devenus un axe de recherche majeur. Pour contribuer à la compréhension de la PCC, nous avons mené le projet IPCO (Institut de Recherches cliniques de Montréal (IRCM) Post-COVID-19 Research Clinic), en posant comme hypothèses 1 que les personnes infectés par le SARS-CoV-2 au Québec présenteraient des signes et symptômes fréquents et variés post-phase aiguë, affectant différents systèmes d'organes, et 2 Les niveaux élevés de D-dimères dans PCC ne sont pas pertinents pour les événements thromboemboliques 3 que Chez les individus atteints de la PCC, la vaccination contre la COVID-19 réduirait les symptômes de la PCC en diminuant l'inflammation. Pour évaluer ces hypothèses, nous avons recruté des participants âgés de plus de 18 ans, un à 18 mois après l'infection aiguë, présentant au moins un symptôme persistant, et programmé des visites de base et de suivi à 3-6 mois, 1 an et 2 ans post-infection aiguë. Chaque visite comprenait des évaluations cliniques, des prélèvements, des évaluations en laboratoire, des questionnaires sur l'alimentation et le bien-être, ainsi que des évaluations de la physiologie pulmonaire et cardiaque. Sur la base d'une étude allemande qui a catégorisé les symptômes du PCC et les individuals en trois groupes de sévérité, nous avons classé nos participants en trois niveaux de sévérité : non/légère (score du PCC <10,75), modérée (10,75 < score du PCC < 26,25) et sévère (score du PCC > 26,25). Cette thèse présente les résultats de trois sous-études IPCO. Dans l'étude descriptive, nous avons observé que la fatigue, les problèmes de mémoire et les maux de tête étaient les symptômes de PCC les plus courants, la majorité de nos participants étant des femmes et ayant été traités en ambulatoire pendant la phase aiguë. Dans l'étude transversale, nous avons constaté des différences significatives dans les mesures de santé et de bien-être à tous les moments, mais aucune différence significative dans les résultats des tests physiologiques entre les groupes PCC non/léger, modéré et sévère. Dans l'étude longitudinale, les marqueurs de l'inflammation se sont améliorés au fil du temps, mais le taux métabolique basal et la masse grasse ont augmenté. Dans la deuxième étude, nous avons observé une forte prévalence de participants ayant des niveaux de D-dimères, qui n'étaient pas associés à des événements thromboemboliques, et aucune corrélation entre le niveau de D-dimères et les niveaux de cytokines et de chimiokines. Dans la troisième étude, nous avons observé que les participants vaccinés présentaient significativement moins de symptômes de PCC. Notre étude fournit une meilleure compréhension de la physiopathologie du PCC et de l'effet de la vaccination sur le profil clinique et inflammatoire du PCC, ce qui pourrait aider à la conception d'outils de gestion clinique et de recherche futurs. / Since the emergence of the SARS-CoV-2 pandemic in December 2019, over 675 million confirmed cases have been reported globally, with 4.6 million cases in Canada alone. Although most individuals recover without residual disease, 10-20% of survivors report symptoms persisting beyond four weeks after SARS-CoV-2 infection, such as fatigue, cognitive impairments, cough, anxiety, depression, chest pain, and others known as long-COVID or post SARS-CoV-2 condition (PCC). Consequently, the pathophysiology, diagnosis, and management of PCC have become a significant focus of research. To contribute to the understanding of PCC, we conducted the IPCO (Institut de Recherches cliniques de Montréal (IRCM) Post-COVID-19 Research Clinic) project, hypothesizing that 1 SARS-CoV-2 infected individuals in Quebec would present frequent and varied signs and symptoms post-acute phase, affecting different organ systems, and that 2 high D-dimer level in PCC is irrelevant to thromboembolic events , and 3 in individuals with PCC, COVID-19 vaccination would decrease PCC symptoms by reducing inflammation. To evaluate these hypotheses, we enrolled participants aged >18 years, one to 18 months post-acute infection, with at least one persistent symptom, and scheduled baseline and follow-up visits at 3-6 months, 1 year, and 2 years post-acute infection. Each visit involved clinical evaluations, sampling, laboratory evaluations, diet and well-being questionnaires, and pulmonary and cardiac physiology evaluations. Based on a German study that categorized PCC symptoms and individuals into three severity groups, we classified our participants into three severity levels: non/mild (PCC score < 10.75), moderate (10.75 < PCC score < 26.25), and severe (PCC score > 26.25). This thesis reports the results of three IPCO studies. In the descriptive study, we observed that fatigue, memory problems, and headaches were the most common PCC symptoms, with the majority of our participants being female and managed as outpatients during the acute phase. In the cross-sectional study, we noted significant differences in health and well-being measurements at all time points, but no significant difference in physiological tests' results between different severity groups. In the longitudinal study, markers of inflammation improved over time, but the basal metabolic rate and body fat increased. In the second study, we observed a high prevalence of participants having D-dimer levels in blood, which were not associated with thromboembolic events, and no correlation between D-dimer levels and blood cytokine/ chemokine levels. In the third study, we observed that vaccinated participants had significantly fewer PCC symptoms, fewer organ systems affected, higher well-being scores, and lower blood cytokine/chemokine levels than the non-vaccinated group. We also observed correlations between certain cytokines/chemokines, as well as between clinical parameters and certain cytokines/chemokines. Our study provides a better understanding of the pathophysiology of PCC and effect of vaccination on the clinical and inflammatory profile of PCC, which could assist future research and clinical management tool design.