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La fibrose kystique (FK) est une des maladies rares la plus fréquente au Canada avec un âge médian de survie de 50.9 ans. Toutefois, l'amélioration de l’espérance de vie est associée à l'émergence de complications secondaires telles que le diabète associé à la FK (DAFK). Présent chez 25 à 40% des adultes, il augmente de 6 fois le risque de morbidité et de mortalité. Plusieurs études sur des populations atteintes de diabète de type 2 ont démontrés les bienfaits de programmes d’exercices combinés (aérobie et résistance) sur l’amélioration du contrôle glycémique. L’objectif de l’étude visait à déterminer si un programme d’exercices combinés permettait d’améliorer les anomalies de la tolérance au glucose et le contrôle glycémique chez les patients atteints de FK. Méthodologie: 18 adultes atteints de FK, sédentaires avec une intolérance au glucose ont été recrutés pour cette étude (8 hommes, 10 femmes, âge: 33 ± 9.4 ans, FEV1 71.5% pred ± 12.5, IMC 23.57 kg/m2 ± 3,4). Les participants ont été assignés au hasard à un groupe contrôle ou exercice. Les tests suivants ont été réalisés avant et après l’intervention : VO2max, HGPO, mesure de l'endurance et de la force musculaire, ainsi qu’un questionnaire sur la qualité de vie. Résultats: 14 participants ont complété le protocole. Les participants du groupe exercice ont amélioré leur valeur de glycémie plasmatique à la 2e heure de l’HGPO (-2.34 +/- 0.87 mmol/L; p <0.01; CI 99.22%), à la 1re heure de l’HGPO (-2.0 mmol/L; p<0.05) et ont présenté une réduction de 17.2% (p<0.05) de l’aire sous la courbe de glucose. Conclusion: Un programme d'exercices combinés améliore le contrôle glycémique chez les patients atteints de FK. Cette approche thérapeutique non-pharmacologique pourrait offrir une intervention ayant le potentiel de retarder l'apparition de DAFK. / Cystic fibrosis (CF) is one of the most common rare diseases in Canada with a median age of survival of 50.9 years. However, the improvement in life expectancy is associated with the emergence of secondary complications such as CF related diabetes (CFRD). Present in 25 to 40 % of adults, CFRD is associated with decreased lung function and weight as well as a 6 times increase in risk of morbidity and mortality. CFRD is primarily caused by insulinopenia, however, insulin resistance contribution remains controversial in CF. Recent studies in type 2 diabetes described an improvement of glycemic control in patients undertaking combined exercise program (aerobic & resistance). In CF, an improvement in insulin sensitivity may result in improved glucose tolerance. There is currently no study demonstrating that exercise improves glucose tolerance in patients with CF. The aim of this study is to determine, in CF patients, if a combined exercise program is beneficial to improve glucose values at the 2nd hour of the OGTT. Method: 18 sedentary adults with CF and with abnormal glucose tolerance were recruited for this study (8 men, 10 women, age: 33 ± 9.4 years, FEV1 71.5% pred ± 12.5, BMI 23.57 kg/m2 ± 3.4). Participants were randomly assigned to a control or exercise group. VO2max, OGTT, muscular endurance and strength, and quality of life were measured pre and post intervention. Results: 14 participants completed the protocol. Participants from exercise group improved their plasmatic glucose at the 2nd hour of OGTT (-2.34 +/- 0.87 mmol/L; p < 0.01; CI 99.22%), at 1st hour of OGTT (-2.0 mmol/L; p<0.05) and presented a reduction of 17.2% (p<0.05) in the total glucose area under the curve. Conclusion: Combined exercise program improves glycemic control in CF patients. This non pharmacological approach could have the potential to delay the onset of CFRD.

Ce travail scientifique a abordé la problématique de la communication cellulaire entre le pancréas exocrine et endocrine dans la mucoviscidose. La contribution des infections pulmonaires chroniques et des traitements immunosuppresseurs sur la dégénerescence pancréatique a été aussi étudiée. Les résultats obtenus ont montré que le LPS disséminé par des infections récurrentes peut cibler les cellules pancréatiques exocrines, en conduisant à la formation des microparticules membranaires qui sont nuisibles pour la survie et le fonctionnement des cellules endocrines. Dans cette communication intercellulaire, la protéine CFTR est un médiateur essentiel de la sévérité des signaux délivrés par les microparticules et de la réponse cellulaire à l'inflammation du pancréas, en participant à l'équilibre de la sécrétion d'insuline des cellules endocrines. En outre, les données ont mis en évidence que l'administration prolongée d’immunosuppresseurs chez les patients greffés pourrait différemment induire l'apoptose de manière dépendante de la mitochondrie, cela en favorisant l'entrée des cellules en sénescence prématurée, un état métabolique du dysfonctionnement cellulaire. / This scientific work tackled the issue of the communication between exocrine and endocrine pancreas in cystic fibrosis. Also, the contribution of recurrent lung infections and immunosuppressive therapy to the pancreatic cell degenerescence was studied in vitro. Results obtained showed that disseminated LPS released by recurrent infections could target pancreatic exocrine cells, leading to the formation of membrane microparticles that are deleterious for endocrine cell survival and function. In this intercellular cross-talk, CFTR is a critical mediator for the severity of the MP-delivered signals and for the pancreatic cell response to inflammation, also participating to the balance of insulin secretion of endocrine cells. Furthermore, data evidenced that long-term administration of immunosuppressive drugs in grafted patients may differently induce apoptosis in a mitochondrial-dependent fashion, possibly favoring cells to enter premature senescence, which is a metabolic state of cellular dysfunction.

Les déficiences en vitamines liposolubles sont fréquentes chez les patients atteints de la fibrose kystique (FK), mais la fréquence et les implications cliniques d’un déficit en vitamine K sont peu documentées. L’objectif de cette étude était d’évaluer les déficiences en vitamines liposolubles des patients adultes atteints de la FK et d’examiner les associations entre la concentration sérique de la vitamine K1 et le statut nutritionnel, la fonction pulmonaire et la tolérance au glucose. Nous avons effectué une étude transversale chez des patients adultes (≥ 18 ans, n =168) atteints de la FK. Les concentrations sériques de vitamine K1 ont été mesurées par chromatographie liquide à haute performance (HPLC) sur les prélèvements à jeun, obtenus lors du test d’hyperglycémie provoquée par voie orale (HPGO) visant à dépister le diabète associé à la FK. Les patients ont été classés selon leur taux de vitamine K1 (sous-optimal défini comme < 0,30 nmol/L). Des taux sanguins sous-optimaux de vitamine K1 ont été observés chez 66 % des patients atteints de la FK. Les patients ayant un statut sous-optimal en vitamine K1 ont un risque plus élevé de colonisation par la bactérie Pseudomonas aeruginosa, un indice de masse corporelle (IMC) plus bas et sont plus susceptibles d'avoir une insuffisance pancréatique exocrine. Une régression multivariée n'a pas réussi à démontrer des relations significatives entre les variables cliniques et les niveaux de vitamine K1 transformés en log. En utilisant un seuil pour la vitamine K1, nous avons montré des mesures réduites de la sécrétion d'insuline chez les patients ayant un statut en vitamine K1 inférieur à 0,30 nmol/L. Une association claire entre un statut sous-optimal en vitamine K1 et les mesures de la dysglycémie et de la sécrétion d'insuline n’a pas pu être démontrée. Nous soulignons les associations potentielles d'une carence légère en vitamine K avec une colonisation par la bactérie Pseudomonas et un IMC plus bas, bien que celles-ci doivent être validées dans des études prospectives. Ce mémoire contribue à l’amélioration des connaissances sur le statut en vitamine K chez les adultes atteints de la FK. / Patients with Cystic Fibrosis (CF) are at high risk of fat-soluble vitamin deficiencies, even with supplementation. The contribution of fat-soluble deficiencies to respiratory and endocrine pathophysiology in CF has been inadequately characterized. The aim of this observational study was to assess vitamin deficiencies in adult patients with CF, in the Montreal Cystic Fibrosis Cohort (MCFC). In particular, given the lack of evidence around the impact of vitamin K in CF, the purpose was to look at how vitamin K1 related to CF-related diabetes (CFRD) and whether there was a negative association between a suboptimal vitamin K1 status and measures of dysglycemia. We performed a cross-sectional study with baseline data from adult patients with CF (≥ 18 years old, n = 168). Serum vitamin K1 was measured with high performance liquid chromatography (HPLC) on fasting samples from an oral glucose tolerance test (OGTT) used for CFRD screening. Patients were categorized according to vitamin K levels (suboptimal defined as <0.30 nmol/L). Suboptimal vitamin K1 levels were observed in 66 % of patients. Patients with a suboptimal vitamin K1 status have a higher risk of colonization with Pseudomonas aeruginosa, lower BMI and were more likely to have exocrine pancreatic insufficiency. Multivariate regression failed to demonstrate significant relationships between clinical variables and log-transformed vitamin K1 levels. Using an established threshold for vitamin K1, we did show reduced OGTT-derived measures of insulin secretion in patients with a vitamin K1 status below 0.30 nmol/L. We failed to demonstrate a clear association between a suboptimal vitamin K status and measures of dysglycemia and insulin secretion. We highlight the potential associations of mild vitamin K deficiency with pseudomonal colonization and lower BMI, although these need to be validated in prospective studies. This study contributes to improving knowledge on vitamin K status in patients with CF.

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Les acides gras saturés (AGS) altèrent la fonctionnalité des organites dans de nombreux types cellulaires. Il a été proposé que ce processus, également nommé lipointoxication, puisse être responsable de plusieurs pathologies humaines telles que le diabète de Type 2.Au niveau cellulaire, l'accumulation d'AGS est associée à une augmentation du taux de saturation des phospholipides (PL) membranaires, les composants majoritaires des membranes des organites, mais également du taux de céramides, impliqués dans l'induction de l'apoptose.Dans une première partie de ce travail, nous avons étudié, chez le modèle cellulaire simple Saccharomyces cerevisiae, la contribution relative des PL saturés et des céramides à la cytotoxicité des AGS. Nous avons pu démontrer que les céramides agissaient à des étapes précoces de la voie de sécrétion, alors que les PL saturés impactaient des étapes plus tardives en altérant en particulier la formation de vésicules de sécrétion.Parallèlement, nous avons également constaté que le taux d'AGS était significativement augmenté dans les PL membranaires des patients atteints d'une maladie génétique, la mucoviscidose. La mutation la plus fréquente responsable de cette maladie, résulte en la rétention de la protéine correspondante dans le réticulum endoplasmique. Des molécules pharmacologiques, capables de corriger le trafic de la protéine à sa destination finale ont été isolées in vitro, mais des limitations importantes ont pu être observées lors des tests cliniques. Nous proposons dans le présent manuscrit que la lipointoxication liée aux AGS pourrait être un écueil important à l'utilisation des correcteurs actuels pour le traitement de la mucoviscidose. / Saturated fatty acids (SFA) have been reported to alter organelle integrity in many cell types. This process, also known as lipotoxicity, has been proposed to be responsible for several human pathologies such as type 2 diabetes.At the cellular level, SFA accumulation is associated with an increase of the saturation rate of membrane phospholipids (PL), the major components of organelle membranes, and an increase of ceramides levels, implicated in apoptosis induction.In the first part of this work, we took advantage of a simple yeast-based model to study the relative contributions of saturated PL and ceramides to SFA cytotoxicity. We demonstrated that ceramides act early in the secretory pathway, while saturated PL impact the later steps, and particularly the formation of secretory vesicles.In parallel, we observed that SFA amounts were significantly increased in the membrane PL of cystic fibrosis (CF) patient cells. The most common mutation responsible for this genetic disease results in the retention of the corresponding protein in the endoplasmic reticulum. Pharmacological agents, which correct the mistrafficking of the protein, have been isolated in vitro, but they did not show significant improvements in clinical trials. We propose in the present manuscript, that SFA-related lipointoxication could be an important bottleneck for the use of these pharmacological agents in clinical trials.

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La fibrose kystique (FK) est la maladie autosomique récessive la plus fréquente chez les individus de race caucasienne. Elle est secondaire à la mutation du gène Cystic Fibrosis Transmembrane Regulator (CFTR). Grâce à des traitements plus agressifs, la médiane de l’espérance de vie des individus atteints de la FK a augmenté et cette augmentation est associée à l’émergence du diabète secondaire ou associé à la FK (DAFK), une complication associée à une augmentation du taux de mortalité. La pathophysiologie du DAFK n’est pas parfaitement comprise. Par exemple, la cause de l’accélération de la perte de la fonction pulmonaire, qui débute des années avant l’apparition du DAFK, n'est pas élucidée. Tous les patients atteints de la FK, même ceux sans le DAFK, présentent de l’hyperglycémie et des fluctuations glycémiques. D’ailleurs, une étude a démontré que la réactivité immunitaire est affectée par l’hyperglycémie dans un modèle animal de la FK et il y a des évidences que les lymphocytes sans CFTR fonctionnel ou en présence d’un excès de glucose ont des réactions inflammatoires anormales. Donc, nous avons émis l’hypothèse que les patients atteints de la FK, surtout ceux non-diabétiques et pré-diabétiques, auront une plus grande proportion de lymphocytes Th17 et Treg produisant la cytokine pro-inflammatoire IL-17A comparativement aux sujets sains et que l’augmentation de cette cytokine pourrait influencer la chute accélérée des fonctions pulmonaires avant l’apparition du DAFK. Des niveaux élevés d’IL-17A sont retrouvés dans les poumons des patients atteints de la FK et dans le sang périphérique des patients avec le diabète de type 1 (DT1) et de type 2 (DT2). L’IL-17A peut aussi être produite par les lymphocytes Treg dysfonctionnels. Habituellement, ces lymphocytes atténuent les réponses inflammatoires excessives, mais lorsqu’ils sont dysfonctionnels, ils peuvent produire de l’IL-17A, contribuant ainsi à l’état inflammatoire. De plus, nous avons supposé que les proportions de Th17 et Treg produisant de l’IL-17A seront associées aux fonctions pulmonaires des patients atteints de la FK et que l’alimentation, l’activité physique et la composition corporelle influenceraient ces relations. Les résultats de cette thèse ont montré que, malgré une association entre la proportion de lymphocytes dans le sang périphérique et les indices de fluctuations glycémiques, celles-ci n’influençaient pas les proportions de lymphocytes Th17 et Treg produisant de l’IL-17A lorsqu’ils étaient mis en culture pour 24 ou 48 heures dans des milieux contenant soit 5 mM ou 25 mM de glucose et stimulés par le phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA) et le phytohemagglutinine (PHA) ou, encore, non stimulés. De plus, ces proportions étaient semblables entre les patients atteints de la FK et les individus en santé. Toutefois, les proportions de lymphocytes Treg stimulés produisant de l’IL-17A des sujets sains étaient plus élevées que les proportions de lymphocytes Treg non stimulés de tous les participants (patients atteints de la FK et individus en santé). Tout ceci suggérant donc que les Treg des sujets sains et atteints de la FK ne réagissaient pas de la même façon à la stimulation. D’ailleurs, la durée d’incubation affectait les proportions de Th17 produisant de l’IL-17A, mais elle n’avait aucun effet sur les proportions de Treg produisant cette cytokine. Donc, ces types cellulaires réagissaient différemment dans les mêmes milieux de culture. De plus, nous avons observé que seulement l’énergie provenant des glucides affectait modestement les indices de fluctuations glycémiques et que les proportions de Th17 et Treg produisant de l’IL-17A n’étaient pas associées aux fonctions pulmonaires des patients atteints de la FK. En conclusion, les patients atteints de la FK avaient plus d’hyperglycémie et de fluctuations glycémiques, mais elles n’influençaient pas les proportions de lymphocytes Th17 et Treg produisant de l’IL-17A ex vivo. Dans des études futures, il faudrait étudier le rôle de l’IL-17A dans les poumons des patients avec et sans le DAFK et réaliser une étude prospective pour déterminer si une augmentation des niveaux d’IL-17A chez les patients sans le DAFK se traduit par une chute accélérée des fonctions pulmonaires avant l’apparition de cette complication. / Cystic fibrosis (CF) is the most common autosomal recessive genetic disease among Caucasians and it is cause by a mutation in the Cystic Fibrosis Transmembrane Regulator (CFTR) gene. With the emergence of more aggressive therapies to treat CF, the median life expectancy of patients with CF has increased and new complications, such as CF-related diabetes (CFRD), have emerged. CFRD is associated with increased mortality. The physiopathology of this complication is not fully understood. For instance, the reason why people with CF have an accelerated decline in lung functions years before the diagnosis of CFRD is not known. Patients with CF, even those without CFRD, have increased hyperglycemia and glucose fluctuations. In addition, a study has reported that hyperglycemia affected immune reactivity in a mouse model of the disease. Furthermore, studies have shown that lymphocytes without a functional CFTR or that have increased uptake of glucose have abnormal immune responses. Therefore, we hypothesized that patients with CF, specifically those with normal and impaired glucose tolerance, would have increased proportions of Th17 and Treg lymphocytes producing the pro-inflammatory cytokine IL-17A and that the increase in IL-17A levels would contribute to the accelerated decline of lung functions before the onset of CFRD. Increased levels of IL-17A have been found in the lungs of patients with CF and the peripheral blood of patients with type 1 (T1D) and 2 diabetes (T2D). Dysfunctional Treg lymphocytes can also produce IL-17A. These lymphocytes usually attenuate excessive immune responses but, in certain cases, can be dysfunctional and produce the pro-inflammatory cytokine IL-17A. Moreover, we hypothesized that the proportions of these cells producing IL-17A would be associated to lung functions in patients with CF and that nutrition, physical activity and body composition could influence the relationship between inflammation and glucose fluctuations. Although an association between the proportion of lymphocytes in the peripheral blood of participants and glucose fluctuations was observed, glucose fluctuations did not affect the proportions of Th17 and Treg lymphocytes producing IL-17A stimulated with PHA and PMA or not stimulated in media containing either 5 or 25 mM of glucose for 24 or 48 hours. Furthermore, these proportions were similar between healthy individuals and patients with CF with the exception of the proportion of stimulated Treg lymphocytes producing IL-17A of healthy individuals that was greater than the proportions of non-stimulated Treg lymphocytes producing IL-17A of all participants (patients with CF and healthy individuals). This suggests that Treg lymphocytes of healthy individuals and CF patients do not respond in the same manner to stimulation by phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA) and phytohemagglutinin (PHA). Also, the duration of incubation affected the proportions of Th17 cells producing IL-17A but did not affect the proportion of Treg producing this cytokine. Therefore, these two types of lymphocytes are differently affected in the same culture media. Also, only the proportion of calories from carbohydrates affected modestly glucose fluctuations and the proportions of Th17 and Treg lymphocytes producing IL-17A were not associated to lung functions in CF patients. To conclude, patients with CF had increased hyperglycemia and glucose flucutations when compared to healthy individuals but this glucose variability did not affect the proportions of Th17 and Treg lymphocytes producing IL-17A ex vivo. Future studies are needed to explore the role of IL-17A in the lungs of patients with CFRD and a prospective study would be important in order to determine if an increase in IL-17A in patients without CFRD is associated to an accelerated decrease in lung functions before the onset of this complication.