La sclérose latérale amyotrophique (SLA) est une maladie neurodégénérative qui cause la mort des neurones moteurs, induisant une paralysie progressive et menant à la mort quelques années après l'apparition des premiers symptômes. Comme dans toutes les maladies neurodégénératives, l'inflammation est une composante principale de la pathogénèse de la SLA. Une des cellules effectrices de cette inflammation, la cellule microgliale est le sujet central de cette thèse. Avec l'apparition des symptômes, la microglie passe d'un phénotype anti-inflammatoire et neuroprotecteur à un phénotype aberrant et neurotoxique. Il est nécessaire d'élucider les mécanismes cellulaires responsable du changement de phénotype et l'identification des facteurs maintenant ces phénotypes pour permettre le développement de thérapies efficaces ciblant l'inflammation. Ainsi dans cette thèse, nous tâchons d'identifier, en utilisant divers outils moléculaires et modèles animaux, la signature microgliale à différents stades de la SLA. Durant le stade présymptomatique, nous identifions, par l'étude du sécrétome microglial, la cytokine immunosuppressive interleukine-10 comme responsable du maintien du phénotype anti-inflammatoire. Cette cytokine est à la fois produite par les cellules microgliales et reconnue par celles-ci, grâce au récepteur IL-10R. Le blocage d'IL-10R a pour conséquence d'accélérer la progression de la maladie et de diminuer la survie dans un modèle murin. Aussi, l'augmentation de l'expression de cette cytokine à l'aide d'un vecteur viral mène à une diminution de la vitesse de la progression de la maladie et allonge la durée de vie chez ce même modèle murin. Dans le but de comprendre les mécanismes cellulaires impliqués dans le changement phénotypique de la microglie avec l'apparition des symptômes de la SLA, nous utilisons un système-modèle pour le profilage moléculaire spécifique à la microglie. Cet outil, EDTA TRAP, consiste en l'immunopurification des ribosomes microgliaux et l'identification subséquente des ARNm et des protéines séquestrés sur ces ribosomes. Il a été possible d'identifier une forte disparité dans la nature des ARNm et des protéines les plus régulés. Le profil transcriptomique de la microglie symptomatique dénote une fonction phagocytaire et possiblement neuroprotectrice pour la microglie alors que son profil protéomique est proliférateur et potentiellement neurotoxique. La disparité de ces deux profils s'explique par la répression de la traduction d'ARNm issus de gènes immunitaires par un mécanisme impliquant l'interaction de leur 3'UTR et de la protéine liant l'ARN SRSF3. La forme phosphorylée de cette protéine s'accumule spécifiquement du cytoplasme des cellules microgliales proportionnellement avec la progression de la maladie. La diminution de l'expression de SRSF3 à l'aide d'un oligonucléotide interférent rétablit la traduction des ARNm immunitaires et la fonction phagocytaire de la microglie associée à ces ARNm. Cela mène à une progression plus lente de la maladie et une plus longue survie dans un modèle murin. Ainsi, l'utilisation d'un oligonucléotide interférant contre SRSF3 pourrait être une nouvelle avenue thérapeutique dans le traitement de la SLA. La compréhension des divers mécanismes cellulaires impliquant la protéine SRSF3 est importante pour comprendre son dynamisme dans la SLA. SRSF3 est la plus petite protéine de la famille SR. Cette famille se distingue par leur structure soit un ou deux motifs de reconnaissance de l'ARN en N-terminus et un domaine riche en arginine et en sérine hautement phosphorylable en C-terminus. SRSF3 peut être phosphorylé dans le noyau par la kinase CLK1 ou dans le noyau et dans le cytoplasme par les kinases SRPK. SRSF3 est impliqué dans l'épissage, le transport nucléo-cytoplasmique et la traduction, entre autres. La dérégulation du niveau d'expression ou de la phosphorylation de SRSF3 peut drastiquement changer son rôle dans la cellule. Ainsi, SRSF3 est impliqué dans diverses maladies comme le cancer, les infections virales ou la SLA. Les mécanismes cellulaires régissant le dynamisme de SRSF3 doivent ainsi être bien compris dans le but de faire de l'oligonucléotide interférent contre SRSF3 une thérapie efficace contre la SLA / Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a neurodegenerative disorder that leads to motoneuron loss, progressive paralysis and death a few years after the first symptoms. As every other neurodegenerative disorder, inflammation is a main component of ALS pathogenesis. One of the cell type implicated in this inflammation, the microglia, is the central subject of this thesis. With the emergence of the symptoms, microglia transforms from an anti-inflammatory and neuroprotective phenotype to an aberrant and neurotoxic phenotype. It is necessary to elucidate the cellular mechanisms underlying this phenotypic change and the factors maintaining these phenotypes to allow the development of effective inflammation-targeting therapies. In this thesis we seek to identify, using multiple molecular tools and animal models, the microglial signature at the different stage of the disease. During the symptomatic stage, we identified the immunosuppressive cytokine IL-10 to be responsible for maintaining the anti-inflammatory phenotype. This cytokine is at the same time produced and recognized by microglial cells. Blocking IL-10 receptor accelerated disease progression and shortened survival in a mouse model. Moreover, the augmentation of the expression of IL-10, using a viral vector, slowed disease progression and lengthened lifespan in the same mouse model. In order to understand the cellular mechanisms implicated in the microglial phenotypic change in ALS, we used a system-model for the microglia-specific molecular profiling. This tool, EDTA-TRAP, consists in the microglial poly-ribosome immunopurification and the subsequent identification of in-translation mRNAs and proteins sequestered on these ribosomes. It was possible to identify a strong mismatch in the nature of the most regulated mRNAs and proteins. The transcriptomic profile of symptomatic microglia denotes a phagocytic and possible neuroprotective function for microglia while its proteomic profile is proliferative and potentially neurotoxic. The discrepancy between these two profiles is explained by the repression of immune gene mRNA translation by a mechanism implicating the interaction of their 3'UTR and the RNA-binding protein SRSF3. The phosphorylated form of SRSF3 specifically accumulates in microglia cytoplasm proportionally with disease progression. The decrease of SRSF3 expression by an interfering oligonucleotide restores immune mRNA translation and the microglial phagocytic function. This leads to and slower disease progression and a longer survival in a mouse model. Hence, the use of an interfering oligonucleotide against SRSF3 could be a new therapeutic avenue in ALS treatment. The understanding of the diverse cellular mechanisms implicating SRSF3 is important in elucidating its dynamic function in ALS. SRSF3 is the shortest protein from the SR family. This family can be distinguished by their structure : one or two N-terminal RNA recognition motif and a C-terminal highly phosphorylatable arginine and serine rich domain. SRSF3 can be phosphorylated in the nucleus by the CLK1 kinase or in the nucleus and the cytoplasm by the SRPK kinases. SRSF3 is implicated in splicing, nucleocytoplasmic transport and translation, among others. The deregulation of the expression level or the phosphorylation of SRSF3 can drastically change its role in the cell. Hence, SRSF3 is implicated in many diseases such as cancer, viral infection and ALS. The cellular mechanisms governing SRSF3 dynamism should then by well understood in order to make the interfering oligonucleotide against SRSF3 an efficient therapy to treat ALS.

La qualité microbiologique des produits alimentaires est primordiale, que ce soit pour la salubrité ou l'innocuité alimentaire ou la consistance de ceux-ci. Dans le cas des produits laitiers comme le fromage cheddar, il est important de s'intéresser au microbiote du lait cru et principalement aux bactéries lactiques (LAB) résistantes au traitement thermique appliqué au lait. Ces LAB font partie de la flore secondaire du fromage et sont parfois responsables de défauts organoleptiques. Comme le microbiote du lait cru est modulé par l'environnement de la ferme, il est tout indiqué d'évaluer l'impact de différentes pratiques de gestion à la ferme susceptibles d'influencer le niveau de LAB dans le lait. Cette thèse s'est intéressée premièrement à l'ensilage, des plantes fourragères fermentées en anaérobie par des LAB et l'impact de son inoculation avec Lactobacillus buchneri. Un total de 24 fermes utilisant différents fourrages (foin, ensilages inoculés ou non de graminées, de légumineuse ou de maïs) a été échantillonné à deux reprises (automne 2015 et printemps 2016). Nos résultats indiquent que l'ensilage constitue pour le lait cru une source mineure de contamination en LAB, car le typage des isolats a montré un taux de transfert des souches de 6%. De plus, Lactobacillus buchneri, très présent dans tout type d'ensilages (42%) et utilisé comme inoculant, a été rarement isolé dans les laits. Par ailleurs, une souche de Lactobacillus plantarum RKG 2-212 collectée dans le lait et qui provenait de l'ensilage de maïs a démontré une résistance à la chaleur significativement supérieure à la souche de référence L. plantarum ATCC 14917 (P < 0.0001). Son impact lors de la fabrication et l'affinage du cheddar a été évalué et comparé à une autre souche thermorésistante, Lactobacillus delbrueckii RKG R10. Bien que n'influençant pas l'acidification du lait lors de la production modèle d'un cheddar, L. plantarum RKG 2-212 a eu un effet sur l'affinage. Après 12 jours à 30 °C, l'augmentation de sa population a diminué significativement le pH de la pâte. De plus, des changements dans les composés volatils ont été observés dont certains correspondent à des flaveurs impropres au cheddar. La deuxième pratique à la ferme qui a été évaluée est l'utilisation de la litière de fumier recyclé (LFR) qui gagne en popularité. En raison de la charge bactérienne élevée du fumier et du procédé de fabrication de cette litière, il semble probable qu'elle soit une source de contamination en LAB thermorésistantes pour le lait. Des laits provenant de 84 fermes utilisant la LFR ou la paille ont été analysés au printemps 2018. Cette étude a démontré que l'abondance des spores de bactéries d'altération n'était pas supérieure dans les laits associés à la LFR. Cependant, les Streptococcus sp. et les Enterococcus faecalis thermorésistants étaient plus prévalents dans les échantillons de lait associés à la LFR. Parmi ceux-ci, trois E. faecalis et un Streptococcus thermophilus ont démontré une excellente survie durant la production expérimentale de cheddar (test de Pearce). Ces derniers pourraient avoir des effets néfastes lors de l'affinage. En conclusion, des pratiques de gestion à la ferme comme l'utilisation de l'ensilage et la LFR peuvent moduler les LAB du lait et il est possible que les bactéries thermorésistantes influencent négativement la production fromagère. Les producteurs et transformateurs laitiers devraient considérer l'impact de l'utilisation de la LFR et de l'ensilage sur les bactéries thermorésistantes du lait afin de développer des stratégies pour les minimiser. / The microbiological quality of food is essential, whether for food safety or for the product consistency. For dairy products, including cheddar cheese, the focus should be on milk microbiota and mainly on lactic acid bacteria (LAB) resistant to the heat treatment applied to milk. These LAB in cheese are called non-starter lactic acid bacteria and they are sometimes responsible for organoleptic defects. As the raw milk microbiota is modulated by the farm environment, the impact of different farm management practices that may influence the presence of LAB in milk should be assessed. This thesis firstly focused on silage, forage plant anaerobically fermented with LAB and the impact of its inoculation with Lactobacillus buchneri. A total of 24 farms using different forages (hay, grasses, legumes or corn silage inoculated or not) were sampled twice (fall 2015 and spring 2016). Silage has been shown to be a minor source of LAB contamination for milk. The typing of isolates indicated a 6% transfer rate of the strains. Also, Lactobacillus buchneri, which is often present in all types of silage (42%) and used as an inoculant, has been rarely isolated from milk. A strain of Lactobacillus plantarum RKG 2-212 collected in milk and which came from corn silage demonstrated a thermoresistance significantly higher than the reference strain L. plantarum ATCC 14917 (P < 0.0001). Its impact during the production and ripening of cheddar was evaluated and compared with another thermoresistant strain, Lactobacillus delbrueckii RKG R10. Although it did not influence the acidification of milk in the model production of a cheddar, L. plantarum RKG 2-212 impacted ripening. After 12 days at 30°C, the increase in its population significantly decreased the pH of the curd. Moreover, changes in volatile compounds have been observed, some of which correspond to unsuitable flavor. The second farm management practice that has been evaluated is the recycled manure solids bedding (RMS) which is gaining popularity. Due to the high bacterial load of the manure and the manufacturing process of this litter, it seems likely that it is a source of thermoresistant LAB for milk. Milk samples from 84 farms using RMS or straw bedding were analyzed in spring 2018. This study demonstrated that the spores of spoilage bacteria were not higher in RMS-milk samples. However, Streptococcus sp. and Enterococcus faecalis were more prevalent in RMS-milk samples. Of these, three E. faecalis and one Streptococcus thermophilus demonstrated excellent survival during experimental cheddar production (Pearce activity test). These could cause defects during cheese ripening. In conclusion, farm management practices such as the use of silage and RMS can modulate LAB in milk and may have a negative impact on cheese production. Dairy farmers and processors should consider the impact of RMS and silage on thermoresistant bacteria in milk in order to develop strategies to minimize them.

Le syndrome métabolique est un amalgame de facteurs de risque cardiovasculaire souvent associés à un déséquilibre du profil lipidique incluant une hypertriglycéridémie (hyperTG) et une hyperapobêtalipoprotéinémie (hyperapoB). Plusieurs données pointent les mutations indépendantes dans les gènes de la lipoprotéine lipase (LPL) et de l'apolipoprotéine E (apoE) pour expliquer les anomalies des concentrations plasmatiques des triglycérides ou de l'apolipoprotéine B (apoB). La contribution combinée de ces mutations a cependant été très peu explorée jusqu'à maintenant. Les hypothèses du présent projet partent de la prémisse que ces génotypes pourraient avoir un effet combiné athérogène sur le phénotype du syndrome métabolique et ainsi aggraver le risque cardiovasculaire. Le but du présent travail était donc de mieux comprendre l'influence des génotypes combinés de la LPL et de l'apoE sur l'expression de l'hyperTG et de l'hyperapoB puisque ces deux phénotypes sont intimement liés au syndrome métabolique et donc au risque de développer des maladies cardiovasculaires. Nos résultats ont permis de montrer que le génotype combiné LPL/apoE influence de façon significative le risque d'exprimer le phénotype hyperTG/hyperapoB et ce, plus particulièrement lorsque l'allèle e4 est présent. Par conséquent, en raison de l'implication du phenotype hyperTG/hyperapoB sur le risque cardiovasculaire et des complications associées à l'expression du syndrome métabolique, l'identification de mutations fréquentes comme celles-ci peut être utile et pourrait se traduire en avenues prometteuses pour le développement de nouveaux outils thérapeutiques ou de stratégies préventives.

"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'ataxie de Friedreich (FRDA est la plus fréquente ataxie neurodégénérative invalidante. Elle est une maladie héréditaire récessive progressive qui touche sévèrement le système nerveux et cardiaque. La FRDA pose non seulement un défis de thérapie curative mais aussi celui du modèle animal reproduisant la symptomatologie. Dépendant du nombre de répétitions GAA, les souris modèles, telles que les souris YG8sR contenant entre 250-300 GAA, présentent un phénotype plus ou moins sévère. Notre étude a pour but d'accentuer le phénotype des souris YG8sR en utilisant des short hairpin ARNs (shARNs) ciblant l'ARNm de la frataxine pour réduire l'expression de cette protéine. Nous avons pu, après un test d'efficacité des shARNs in vitro dans les cellules HeLa et HEK 293T, choisir 2 shARNs parmi les 4 testés capables de réduire le taux de frataxine. Nous avons sélectionné les shARN6 et shARN1 qui étaient capables après la transfection dans les cellules à 2 µg d'ADN de réduire respectivement de 40% et 70% le taux de frataxine dans les cellules. Lorsque nous avons injecté en intraveineuse 1.2X10¹² ou 2.4X10¹² copies d'AAV-PHP.B codant pour ces shARNs, nous avons observé une perte de poids, des troubles de la motricité et de la coordination, ainsi qu'une diminution de la force motrice chez les souris YG8sR ayant reçu du shARN1 à 1.2X10¹². Nous avons donc développé un modèle amélioré de souris (Imp-YG8sR) en réduisant davantage l'expression de la frataxine avec cette dose de shARN1. Le phénotype plus sévère de ces souris est plus proche de celui des patients atteints de l'ataxie de Friedreich que le modèle original YG8sR utilisé sans les shARNs. Notre modèle de souris Imp-YG8sR sera donc bénéfique pour des tests de thérapies géniques actuellement en développement. / Friedreich's ataxia (FRDA) is the most common disabling neurodegenerative ataxia. It is a progressive recessive inherited disease that severely affects the nervous and cardiac systems. FRDA poses not only a challenge of curative therapy but also that of the animal model reproducing the symptomatology. Depending on the number of GAA repeats, mouse models, such as YG8sR containing between 250-300 GAA, exhibit a more or less severe phenotype. Our study aims to enhance the phenotype of YG8sR mice by using short hairpin RNAs (shRNAs) targeting the frataxin mRNA to reduce the expression of this protein. We were able, after an in vitro efficacy test of the shRNAs in HeLa and HEK 293T cells, to choose 2 shRNAs among the 4 tested, to reduce the frataxin level. We selected shARN6 and shARN1 which were able to reduce the frataxin level by up to 40% and 70%, respectively in cells, when injected intravenously at 1.2X10¹² or 2.4X10¹² copies of AAV-PHP.B encoding these shRNAs. We observed a loss of weight, a disturbance of the motor skills, a reduced coordination and force in the YG8sR mice, which received the shRNA1 at 1.2X10¹². We have therefore developed an improved mouse model (Imp-YG8sR) by further reducing the expression of frataxin with this dose of shRNA1. The more severe phenotype of the Imp-YG8sR is closer to that of patients with Friedreich's ataxia than the original model used without the shRNAs. Our Imp-YG8sR mouse model will therefore be beneficial for gene therapies currently in development.

L'anémie de Fanconi (FA) est une maladie rare et les patients présentent des malformations congénitales, des problèmes hématologiques et une prédisposition à certains cancers. Jusqu'à maintenant, 13 protéines FA ont été identifiées, dont 8 (FANC- A, B, C, E, F, G, L, M) s'associent pour former un complexe qui permet l'ubiquitination de FANCD2 et FANCI. Les autres protéines FA sont impliquées au niveau de la réparation de l'ADN ce qui ne permet pas d'expliquer en totalité le phénotype des patients. Récemment, HES1, effecteur de la voie de Notch, a été identifié comme un partenaire essentiel à la formation du complexe FA. HES1 est connue pour être impliquée dans le développement et l'hématopoïèse. L'interaction d'HES1 avec le complexe FA altérée pourrait expliquer en partie le phénotype des patients. L'objectif principal est de créer un peptide inhibiteur visant à altérer la liaison d'HES1 avec le complexe FA, sans toutefois modifier les autres fonctions d'HES1 dans la cellule. Un deuxième objectif est d'identifier de nouveaux partenaires au complexe FA afin de mieux comprendre le lien génotype-phénotype. L'identification d'un peptide inhibiteur a été réalisée premièrement par la sélection de quatre régions d'HES1 (les acides aminés 90-123, 86-121, 76-111 et 152-190) et deuxièmement par le criblage d'une banque de peptides aléatoires avec FANCG¹⁻¹¹²⁺³⁹⁰⁻⁶²². Le système double hybride en levure a été utilisé pour vérifier les interactions directes entre les peptides et les membres du complexe FA et ces interactions ont été testées dans un modèle cellulaire par la technique de co-immunoprécipitation. L'identification de nouveau partenaire au complexe FA a été réalisée par le criblage d'une banque d'ADNc de moelle osseuse avec FANCE. Le criblage avec FANCG¹⁻¹¹²⁺³⁹⁰⁻⁶²² a permis d'identifier deux peptides, mais leur activité inhibitrice n'a pas été évaluée. Les quatre régions d'HES1 semblent n'avoir aucun effet sur la liaison entre HES1 et le complexe FA. Le criblage de la banque d'ADNc n'a pas permis d'identifier de nouveaux partenaires à FANCE. Des études approfondies sont nécessaires pour confirmer les effets des peptides sur la liaison entre HES1 et le complexe FA.

Titre de l'écran-titre (visionné le 23 octobre 2023) / Les études d'association pangénomique (genome-wide association studies (GWAS)) ont permis de trouver des associations entre des variants et des maladies. Certains sites de variants ont été observés comme associés avec plusieurs maladies simultanément. Ce phénomène se nomme la pléiotropie. Ce phénomène est d'importance pour les problèmes psychiatriques (P. H. Lee et al., 2020). Également, les associations spécifiques à un sexe entre une maladie et un variant sont un sujet d'importance dans les études récentes. Plusieurs méthodes ont été proposées pour identifier les effets pléiotropiques de sites de variants communs. Pour les sites de variants rares, la méthode MTAR de Luo et al. (2020) s'est montré plus efficace que les méthodes existantes. MTAR teste l'effet pléiotropique de gènes sur un ensemble de traits. Cette méthode permet de savoir si un site de variants rares, tel qu'un gène, est associé à plusieurs traits simultanément. Toutefois, MTAR ne permet pas de déterminer quel sous-ensemble de traits est associé avec ce variant. MTAR ne permet également pas de découvrir des effets spécifiques à un sexe. Nous proposons donc une nouvelle méthode statistique permettant de répondre à ces deux failles, soit 1) déterminer le sous-ensemble de traits ou maladies associées à un site de variants rares et 2) déterminer les effets spécifiques à un sexe pour un site de variants rares. Une analyse de simulation a été réalisée pour évaluer la sensibilité et la spécificité. Les résultats sont acceptables. Une étude avec des données réelles a été réalisée. Il s'agit de données cas-témoins génétiques avec des personnes atteintes de la schizophrénie, des personnes atteintes de la bipolarité et des personnes n'étant pas atteinte de l'une ou l'autre de ces maladies. Pour chacune des deux maladies, nous étudions les effets spécifiques selon le sexe des gènes composés de variants rares sur la probabilité d'avoir la maladie. Pour la schizophrénie, 113 gènes composés de SNPs rares sont significativement associés à cette maladie. Aucune association spécifique au sexe n'a été détecté. Pour la bipolarité, 171 gènes composés de SNPs rares sont associés significativement à cette maladie. Des associations spécifiques selon le sexe ont été détectées. 21 gènes sont associés à la bipolarité spécifiquement chez les individus de sexe féminin et 24 gènes, spécifiquement chez ceux de sexe masculin. / Genome-wide association studies (GWAS) have discovered associations between variants and diseases. Some variant sites have been observed to be associated with multiple diseases. This phenomenon is called pleiotropy. This phenomenon is of importance for psychiatric problems (P. H. Lee et al., 2020). Also, associations between a disease and a variant for a particular sex are a subject of importance in recent studies. Several statistical methods have been proposed to identify pleiotropic effects of common sites. For rare variant sites, the MTAR method of Luo et al. (2020) has been shown to be more efficient than existing methods. MTAR tests the pleiotropic effect of genes on multiple traits. MTAR allows us to know if a rare variant site, such as a gene, is associated with multiple trait simultaneously. However, MTAR does not allow us to determine which subset of traits is associated with this variant. MTAR also does not reveal gender specific effects. We therefore propose a new statistical method making it possible to respond to these two flaws, either 1) determining the subset of traits or diseases associated with a rare variant sites and 2) determining the sex-specific effect for rare variant sites on a disease or a trait. A simulation analysis was performed to assess sensitivity and specificity. The results are reasonable. A study with real data have been realised. These are case-control data with people with schizophrenia, people with bipolar disorder, and people without either of these conditions. For each of the two diseases, we studied the specific effects by sex of genes with rare SNPs on the probability to have the disease. For schizophrenia, 113 genes with rare SNPs are significantly associated with this disease. No gender specific association was detected. For bipolarity, 171 genes with rare SNPs are significantly associated with this disease. Specific associations by sex have been detected. 21 genes are associated with bipolarity specifically for female genders and 24 genes specifically for male genders.

L’évaluation de la sténose aortique (SA) par échocardiographie Doppler aboutit à une classification discordante de la sévérité chez environ 30 % des patients. La tomodensitométrie qui mesure la calcification valvulaire aortique, un indice de sévérité anatomique, peut alors être utile pour corroborer la sévérité de la SA. De précédentes études ont montré une bonne corrélation entre la sévérité hémodynamique mesurée par échocardiographie Doppler et la sévérité anatomique définie par la calcification valvulaire aortique mesurée par tomodensitométrie. Cependant, l’impact du phénotype de la valve aortique (bicuspide versus tricuspide) et de l’âge sur cette relation entre sévérité hémodynamique et sévérité anatomique reste inconnu. Or, ces deux facteurs sont hautement impliqués dans le développement de la SA. En effet, les patients ayant une valve aortique bicuspide ont une prédisposition à développer une SA, et ce, généralement plus tôt que les patients avec une valve aortique tricuspide. L’hypothèse principale de l’étude est que le phénotype de la valve aortique et l’âge influencent la relation entre la sévérité hémodynamique et la calcification valvulaire aortique de la SA. L’objectif principal de l’étude est d’évaluer l’impact du phénotype de la valve aortique et de l’âge sur la relation entre la sévérité hémodynamique et la calcification valvulaire aortique de la SA. / Assessment of aortic stenosis (AS) by Doppler echocardiography leads to discordant severity grading in around 30% of patients. Computed tomography which measures aortic valve calcification, an indication of anatomic severity, can then be useful to corroborate AS severity. Previous studies have shown a good correlation between hemodynamic severity measured by Doppler echocardiography and anatomic severity defined by aortic valve calcification measured by computed tomography. However, the impact of aortic valve phenotype (bicuspid versus tricuspid) and age on this relation between hemodynamic severity and anatomic severity remains unknown. Yet, these two factors are highly implicated in AS development. Indeed, patients with a bicuspid aortic valve have a predisposition to develop AS, and this, generally earlier than patients with a tricuspid aortic valve. The main hypothesis of the study is that aortic valve phenotype and age influence the relationship between haemodynamic severity and aortic valve calcification of AS. The main objective of the study is to assess the impact of aortic valve phenotype and age on the relationship between haemodynamic severity and aortic valve calcification of AS.

Pseudomonas aeruginosa est un agent pathogène opportuniste ubiquitaire. Les souches LES (Liverpool Epidemic Strain), associées à des infections pulmonaires chroniques, ont initialement été isolées en 1988 des expectorations de patients souffrant de fibrose kystique. Leurs nombreux facteurs de virulence, comme l'importante production de biofilm, rendent ces bactéries particulièrement difficiles à éradiquer. Des mutants de la souche LESB58, une souche LES, ont été obtenus grâce à la mutagenèse par étiquette. Trois mutants sélectionnés suite à leur avirulence chez le rat, l'amibe et la drosophile ont été obtenus: L70T18G, L138T21T et L155T7T. L'objectif de cette maîtrise est d'établir un lien entre la perte de virulence et les gènes mutés via l'analyse phénotypique des mutants. Une caractérisation des mutants a été réalisée par analyse du biofilm en microfluidique, des tests de détection des lipases, de pigmentation et de prédation en utilisant l'amibe. L'effet de l'ion magnésium (Mg²⁺) sur certains facteurs de virulence a également été mesuré. En microfluidique, la morphologie générale du biofilm attaché varie peu d'une souche à l'autre. L155T7T ne semble pas être capable de produire du biofilm en condition de microfluidique tandis que L138T21T s'établit plus rapidement que la souche sauvage. Un défaut de pigmentation chez la souche L138T21T est observable sur les différents milieux utilisés. Les mutants ne semblent pas présenter de défaut au niveau de leur sécrétion de lipases. De plus, suite à l'ajout de l'ion Mg²⁺, L70T18G, voit sa résistance à la prédation amibienne augmenter tandis que la souche sauvage perd de sa résistance. Chaque mutant présente un profil phénotypique distinct qui suggère que la virulence de la souche LESB58 est une combinaison de différents facteurs. Pour compléter la caractérisation et mieux jauger l'importance relative des différents facteurs de virulence, il serait intéressant d'effectuer d'autres tests comme l'ajout d'ions en microfluidique. / Pseudomonas aeruginosa is a ubiquitous opportunistic pathogen. The LES (Liverpool Epidemic Strain) strains, associated with chronic pulmonary infections, were initially isolated in 1988 from the sputum of patients suffering from cystic fibrosis. Their many virulence factors, such as the high production of biofilm, make these bacteria particularly difficult to eradicate. Mutants of the LESB58 strain, a LES strain, were obtained by signature-tagged mutagenesis. Three mutants selected for their avirulence in rats, amoeba and drosophila were obtained: L70T18G, L138T21T and L155T7T. In order to establish a link between these genes and the loss of virulence of the corresponding mutants, a phenotypic analysis of the mutants constitutes the objective of this project. Characterization of the mutants was performed by microfluidic biofilm analysis as well as lipase detection, pigmentation and amoeba-based predation tests. The effect of the magnesium ion (Mg²⁺) on some virulence factors was also measured. In microfluidics, the general morphology of the attached biofilm slightly varies from one strain to another. L155T7T does not appear to be able to produce biofilm under microfluidic conditions while L138T21T establishes a biofilm faster than the wild strain inside the channels. A pigmentation defect in the L138T21T strain is observable on the various media used. The mutants do not seem to present any defect in their secretion of lipases. Moreover, following the addition of the Mg²⁺ ion, L70T18G sees its resistance to predation by amoebae increased while the wild strain loses resistance. Each mutant exhibits a distinct phenotypic profile which suggests that the virulence of strain LESB58 is a combination of different factors. To complete the characterization and better gauge the relative importance of the different virulence factors, it would be interesting to perform othertests such as the addition of ions in microfluidics.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2018-2019 / La compréhension du lien entre les caractéristiques génomiques d’un individu, le génotype, et son état biologique, le phénotype, est un élément essentiel au développement d’une médecine personnalisée où les traitements sont adaptés à chacun. Elle permet notamment d’anticiper des maladies, d’estimer la réponse à des traitements et même d’identifier de nouvelles cibles pharmaceutiques. L’apprentissage automatique est une science visant à développer des algorithmes capables d’apprendre à partir d’exemples. Ces algorithmes peuvent être utilisés pour produire des modèles qui estiment des phénotypes à partir de génotypes, lesquels peuvent ensuite être étudiés pour élucider les mécanismes biologiques sous-jacents aux phénotypes. Toutefois, l’utilisation d’algorithmes d’apprentissage dans ce contexte pose d’importants défis algorithmiques et théoriques. La haute dimensionnalité des données génomiques et la petite taille des échantillons de données peuvent mener au surapprentissage; le volume des données requiert des algorithmes adaptés qui limitent leur utilisation des ressources computationnelles; et finalement, les modèles obtenus doivent pouvoir être interprétés par des experts du domaine, ce qui n’est pas toujours possible. Cette thèse présente des algorithmes d’apprentissage produisant des modèles interprétables pour la prédiction de phénotypes à partir de génotypes. En premier lieu, nous explorons la prédiction de phénotypes discrets à l’aide d’algorithmes à base de règles. Nous proposons de nouvelles implémentations hautement optimisées et des garanties de généralisation adaptées aux données génomiques. En second lieu, nous nous intéressons à un problème plus théorique, soit la régression par intervalles, et nous proposons deux nouveaux algorithmes d’apprentissage, dont un à base de règles. Finalement, nous montrons que ce type de régression peut être utilisé pour prédire des phénotypes continus et que ceci mène à des modèles plus précis que ceux des méthodes conventionnelles en présence de données censurées ou bruitées. Le thème applicatif de cette thèse est la prédiction de la résistance aux antibiotiques, un problème de santé publique d’envergure mondiale. Nous démontrons que nos algorithmes peuvent servir à prédire, de façon très précise, des phénotypes de résistance, tout en contribuant à en améliorer la compréhension. Ultimement, nos algorithmes pourront servir au développement d’outils permettant une meilleure utilisation des antibiotiques et un meilleur suivi épidémiologique, un élément clé de la solution à ce problème. / A thorough understanding of the relationship between the genomic characteristics of an individual (the genotype) and its biological state (the phenotype) is essential to personalized medicine, where treatments are tailored to each individual. This notably allows to anticipate diseases, estimate response to treatments, and even identify new pharmaceutical targets. Machine learning is a science that aims to develop algorithms that learn from examples. Such algorithms can be used to learn models that estimate phenotypes based on genotypes, which can then be studied to elucidate the biological mechanisms that underlie the phenotypes. Nonetheless, the application of machine learning in this context poses significant algorithmic and theoretical challenges. The high dimensionality of genomic data and the small size of data samples can lead to overfitting; the large volume of genomic data requires adapted algorithms that limit their use of computational resources; and importantly, the learned models must be interpretable by domain experts, which is not always possible. This thesis presents learning algorithms that produce interpretable models for the prediction of phenotypes based on genotypes. Firstly, we explore the prediction of discrete phenotypes using rule-based learning algorithms. We propose new implementations that are highly optimized and generalization guarantees that are adapted to genomic data. Secondly, we study a more theoretical problem, namely interval regression. We propose two new learning algorithms, one which is rule-based. Finally, we show that this type of regression can be used to predict continuous phenotypes and that this leads to models that are more accurate than those of conventional approaches in the presence of censored or noisy data. The overarching theme of this thesis is an application to the prediction of antibiotic resistance, a global public health problem of high significance. We demonstrate that our algorithms can be used to accurately predict resistance phenotypes and contribute to the improvement of their understanding. Ultimately, we expect that our algorithms will take part in the development of tools that will allow a better use of antibiotics and improved epidemiological surveillance, a key component of the solution to this problem.