La fibrose kystique est une maladie autosomale récessive multisystémique se manifestant principalement au niveau du système respiratoire et digestif. En raison d’une altération de la protéine régulatrice CFTR, l’équilibre ionique chez les cellules de l’hôte est déficient. Il en résulte, entre autres, une sécrétion et une accumulation d’un mucus pulmonaire très consistant. L’évacuation du mucus étant très fastidieuse chez les patients atteints de fibrose kystique, l’élimination des particules et bactéries des voies respiratoires est inadéquate. Cet aspect de la maladie participe grandement à sa progression, car l’établissement d’infections bactériennes chroniques contribue principalement à l’effet délétère sur la santé respiratoire des patients atteints de fibrose kystique. La colonisation du mucus pulmonaire par les bactéries pathogènes est le sujet de nombreuses recherches extensives dans le contexte de la fibrose kystique. La présence d’une diversité microbienne dans les voies respiratoires est connue depuis longtemps, mais avec les techniques récentes d’analyse moléculaire, il a été constaté que celle-ci peut présenter une très grande richesse qui était préalablement non détectée par les méthodes d’isolement classiques. Les interactions et comportements adoptés par les populations polymicrobiennes du microbiome FK dans la progression de la maladie sont maintenant de grand intérêt. La virulence des principaux pathogènes en FK a préalablement et exhaustivement été décrite de façon spécifique. Parmi les plus notoires, comme Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa et Burkholderia cepacia, certains utilisent des systèmes de communication cellulaire élaborés («quorum sensing») dans le but de réguler leur virulence. De nouvelles voies de recherche sont construites sur la suggestion qu’une population polymicrobienne peut être perçue comme un seul agent infectieux. Notre étude a été conduite afin de documenter les possibles réponses interespèces entre S. aureus et P. aeruginosa suite à l’échange de molécules sécrétées dans le cadre du «quorum sensing». Pour ce faire, nous avons caractérisé un éventail d’interactions existantes entre des isolats cliniques des deux pathogènes d’intérêt. Nous avons également développé un modèle nous permettant de mieux comprendre l’impact de la coexistence sur leur pathogenèse. Inévitablement, l’étude vise à définir l’instance de la présence simultanée des deux bactéries dans l’établissement d’infections chroniques chez les patients atteints de fibrose kystique ainsi que sur leur santé respiratoire. Cette étude tente ultimement de contribuer à l’effort visant à comprendre l’importance des interactions polymicrobiennes dans un contexte infectieux dans le but de trouver de nouveaux indices quant à l’élaboration de stratégies thérapeutiques.

Introduction : La fibrose kystique (FK) est une maladie génétique mortelle qui touche principalement les poumons et l’appareil digestif. Elle est causée par des mutations sur le gène codant la protéine du CFTR, un canal chlore exprimé à la surface des organes à sécrétions exocrines. Les fonctions principales du CFTR sont les suivantes: 1) la régulation de l’homéostasie ionique des sécrétions; 2) le maintien de la fluidité des sécrétions et; 3) le transport du glutathion. Le dysfonctionnement de la protéine du CFTR rend les sécrétions visqueuses et épaisses, avec des phénomènes obstructifs qui sont responsables de l’apparition de fibrose au sein des divers organes. Dans le poumon, l’accumulation du mucus épais rend difficile l’élimination des bactéries inhalées, ces dernières établissent alors des cycles d’infection qui endommagent les tissus pulmonaires à travers des processus inflammatoires. Dans le tube digestif, le mucus épais entrave l’absorption d’une quantité suffisante d’éléments nutritifs incluant les principaux antioxydants. L’infection et l’inflammation des poumons favorisent l’apparition d’un stress oxydant qui détruit davantage le tissu pulmonaire. Le déficit en glutathion, probablement lié au dysfonctionnement de la proteine du CFTR, et la malabsorption des antioxydants favorisent l’augmentation du stress oxydant. Une augmentation du stress oxydant a été démontrée au cours du diabète et les produits dérivés du stress oxydant ont été mis en évidence dans la pathogenèse des complications associées au diabète. Une augmentation du stress oxydant a également été montrée durant la FK, mais sans pour autant expliquer la survenue du diabète secondaire à la FK dont la prévalence augmente sans cesse. Objectifs : Notre étude consiste à évaluer l’impact du stress oxydant dans les anomalies du métabolisme du glucose durant la FK, et à étudier son rôle dans les mécanismes de sécrétion d’insuline induite par le glucose. Pour ce faire, nous avons déterminé l’impact de la peroxydation lipidique sur la tolérance au glucose et la défense antioxydante globale, in vivo, chez des patients FK présentant une altération du métabolisme du glucose. De plus, nous avons évalué le rôle du stress oxydatif sur la synthèse et la sécrétion d’insuline, in vitro, dans les cellules pancréatiques βTC-tet. Résultats : Dans l’étude in vivo, nous avons démontré que l’intolérance au glucose et le diabète étaient associés à une augmentation de la peroxydation lipidique, traduite par la hausse des niveaux sanguins de 4-hydroxynonenal lié aux protéines (HNE-P). La défense antioxydante évaluée par la mesure du glutathion sanguin démontre que les niveaux de glutathion oxydé restent également élevés avec l’intolérance au glucose. Dans l’étude in vitro, nos résultats ont mis en évidence que l’exposition de la cellule βTC-tet au stress oxydant: 1) induit un processus de peroxydation lipidique; 2) augmente la sécrétion basale d’insuline; 3) diminue la réponse de la sécrétion d’insuline induite par le glucose; et 4) n’affecte que légèrement la synthèse de novo de l’insuline. Nous avons aussi démontré que les cellules pancréatiques βTC-tet résistaient au stress oxydant en augmentant leur synthèse en glutathion tandis que la présence d’un antioxydant exogène pouvait restaurer la fonction sécrétoire de ces cellules. Conclusion : Le stress oxydant affecte le fonctionnement de la cellule pancréatique β de plusieurs manières : 1) il inhibe le métabolisme du glucose dont les dérivés sont nécessaires à la sécrétion d’insuline; 2) il active la voie de signalisation impliquant les gènes pro-inflammatoires et; 3) il affecte l’intégrité membranaire en induisant le processus de peroxydation lipidique. / Introduction: Cystic fibrosis (CF) is the most prevalent lethal genetic disorder affecting mostly lungs and the gastro-intestinal tract. CF is caused by mutations in the gene encoding the CFTR protein, a chloride channel expressed in organs with exocrine secretions. The main functions of the CFTR channel are the following: 1) regulation of electrolyte composition of secretions; 2) maintenance of fluid secretions and; 3) transport of glutathione. The CFTR protein dysfunction leads to thick and viscous secretions with obstructive phenomena responsible for fibrosis occurence in various organs. In the lungs, accumulation of the thick mucus reduces their capacity to eliminate inhaled bacteria responsible for repeated infections and pulmonary tissue damage through inflammatory processes. In the gastro-intestinal tract, the thicknened micus leads to nutritive elements and the major antioxidants malabsorption. Increased oxidative stress has been associated with the onset of diabetes and oxidative stress by-products have been involved in the pathogenesis of diabetic complications. Increased oxidative stress has also been shown in CF but the relationship between oxidative stress and the occurrence of CF-related diabetes (CFRD) remains unclear. Objectives: Our study aims to investigate the role of oxidative stress in the impaired glucose metabolism in CF patients and its relation with the altered glucose-stimulated insulin secretion process. We first determined the impact of lipid peroxidation on glucose tolerance and the antioxidant status in CF patients with altered glucose tolerance. Secondly, we evaluated the role of oxidative stress on insulin synthesis and secretion in the murine pancreatic β-cell line βTC-tet. Results: In CF patients, we demonstrated that conditions of glucose intolerance and diabetes are associated with increased lipid peroxidation as seen with increased blood levels of 4-hydroxynonenal bound to proteins (HNE-P). The antioxidant status evaluated with blood levels of glutathione showed a strong correlation between levels of oxidized glutathione and glucose intolerance. Acute exposure of βTC-tet to oxidative stress led to: 1) increased lipid peroxidation marker levels; 2) increased insulin release in basal conditions; 3) altered glucose-stimulated insulin secretion process and; 4) no effect on the insulin synthessis pathway. We also demonstrated that pancreatic βTC-tet cells can fight against oxidative stress by upregulating their glutathione synthesis whereas the presence of an exogenous antioxidant can restore their secretory function. Conclusion: Oxidative stress can induce β-cell dysfunction through many pathways: 1) it inhibits the glucose metabolism and its by-products which are required for insulin secretion, 2) it activates the signalling pathway involving the pro-inflammatory genes and; 3) it damages the cell structure by inducting the lipid peroxidation process.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Introduction : La fibrose kystique (FK) est une maladie génétique mortelle qui touche principalement les poumons et l’appareil digestif. Elle est causée par des mutations sur le gène codant la protéine du CFTR, un canal chlore exprimé à la surface des organes à sécrétions exocrines. Les fonctions principales du CFTR sont les suivantes: 1) la régulation de l’homéostasie ionique des sécrétions; 2) le maintien de la fluidité des sécrétions et; 3) le transport du glutathion. Le dysfonctionnement de la protéine du CFTR rend les sécrétions visqueuses et épaisses, avec des phénomènes obstructifs qui sont responsables de l’apparition de fibrose au sein des divers organes. Dans le poumon, l’accumulation du mucus épais rend difficile l’élimination des bactéries inhalées, ces dernières établissent alors des cycles d’infection qui endommagent les tissus pulmonaires à travers des processus inflammatoires. Dans le tube digestif, le mucus épais entrave l’absorption d’une quantité suffisante d’éléments nutritifs incluant les principaux antioxydants. L’infection et l’inflammation des poumons favorisent l’apparition d’un stress oxydant qui détruit davantage le tissu pulmonaire. Le déficit en glutathion, probablement lié au dysfonctionnement de la proteine du CFTR, et la malabsorption des antioxydants favorisent l’augmentation du stress oxydant. Une augmentation du stress oxydant a été démontrée au cours du diabète et les produits dérivés du stress oxydant ont été mis en évidence dans la pathogenèse des complications associées au diabète. Une augmentation du stress oxydant a également été montrée durant la FK, mais sans pour autant expliquer la survenue du diabète secondaire à la FK dont la prévalence augmente sans cesse. Objectifs : Notre étude consiste à évaluer l’impact du stress oxydant dans les anomalies du métabolisme du glucose durant la FK, et à étudier son rôle dans les mécanismes de sécrétion d’insuline induite par le glucose. Pour ce faire, nous avons déterminé l’impact de la peroxydation lipidique sur la tolérance au glucose et la défense antioxydante globale, in vivo, chez des patients FK présentant une altération du métabolisme du glucose. De plus, nous avons évalué le rôle du stress oxydatif sur la synthèse et la sécrétion d’insuline, in vitro, dans les cellules pancréatiques βTC-tet. Résultats : Dans l’étude in vivo, nous avons démontré que l’intolérance au glucose et le diabète étaient associés à une augmentation de la peroxydation lipidique, traduite par la hausse des niveaux sanguins de 4-hydroxynonenal lié aux protéines (HNE-P). La défense antioxydante évaluée par la mesure du glutathion sanguin démontre que les niveaux de glutathion oxydé restent également élevés avec l’intolérance au glucose. Dans l’étude in vitro, nos résultats ont mis en évidence que l’exposition de la cellule βTC-tet au stress oxydant: 1) induit un processus de peroxydation lipidique; 2) augmente la sécrétion basale d’insuline; 3) diminue la réponse de la sécrétion d’insuline induite par le glucose; et 4) n’affecte que légèrement la synthèse de novo de l’insuline. Nous avons aussi démontré que les cellules pancréatiques βTC-tet résistaient au stress oxydant en augmentant leur synthèse en glutathion tandis que la présence d’un antioxydant exogène pouvait restaurer la fonction sécrétoire de ces cellules. Conclusion : Le stress oxydant affecte le fonctionnement de la cellule pancréatique β de plusieurs manières : 1) il inhibe le métabolisme du glucose dont les dérivés sont nécessaires à la sécrétion d’insuline; 2) il active la voie de signalisation impliquant les gènes pro-inflammatoires et; 3) il affecte l’intégrité membranaire en induisant le processus de peroxydation lipidique. / Introduction: Cystic fibrosis (CF) is the most prevalent lethal genetic disorder affecting mostly lungs and the gastro-intestinal tract. CF is caused by mutations in the gene encoding the CFTR protein, a chloride channel expressed in organs with exocrine secretions. The main functions of the CFTR channel are the following: 1) regulation of electrolyte composition of secretions; 2) maintenance of fluid secretions and; 3) transport of glutathione. The CFTR protein dysfunction leads to thick and viscous secretions with obstructive phenomena responsible for fibrosis occurence in various organs. In the lungs, accumulation of the thick mucus reduces their capacity to eliminate inhaled bacteria responsible for repeated infections and pulmonary tissue damage through inflammatory processes. In the gastro-intestinal tract, the thicknened micus leads to nutritive elements and the major antioxidants malabsorption. Increased oxidative stress has been associated with the onset of diabetes and oxidative stress by-products have been involved in the pathogenesis of diabetic complications. Increased oxidative stress has also been shown in CF but the relationship between oxidative stress and the occurrence of CF-related diabetes (CFRD) remains unclear. Objectives: Our study aims to investigate the role of oxidative stress in the impaired glucose metabolism in CF patients and its relation with the altered glucose-stimulated insulin secretion process. We first determined the impact of lipid peroxidation on glucose tolerance and the antioxidant status in CF patients with altered glucose tolerance. Secondly, we evaluated the role of oxidative stress on insulin synthesis and secretion in the murine pancreatic β-cell line βTC-tet. Results: In CF patients, we demonstrated that conditions of glucose intolerance and diabetes are associated with increased lipid peroxidation as seen with increased blood levels of 4-hydroxynonenal bound to proteins (HNE-P). The antioxidant status evaluated with blood levels of glutathione showed a strong correlation between levels of oxidized glutathione and glucose intolerance. Acute exposure of βTC-tet to oxidative stress led to: 1) increased lipid peroxidation marker levels; 2) increased insulin release in basal conditions; 3) altered glucose-stimulated insulin secretion process and; 4) no effect on the insulin synthessis pathway. We also demonstrated that pancreatic βTC-tet cells can fight against oxidative stress by upregulating their glutathione synthesis whereas the presence of an exogenous antioxidant can restore their secretory function. Conclusion: Oxidative stress can induce β-cell dysfunction through many pathways: 1) it inhibits the glucose metabolism and its by-products which are required for insulin secretion, 2) it activates the signalling pathway involving the pro-inflammatory genes and; 3) it damages the cell structure by inducting the lipid peroxidation process.

La fibrose kystique est une maladie autosomale récessive multisystémique se manifestant principalement au niveau du système respiratoire et digestif. En raison d’une altération de la protéine régulatrice CFTR, l’équilibre ionique chez les cellules de l’hôte est déficient. Il en résulte, entre autres, une sécrétion et une accumulation d’un mucus pulmonaire très consistant. L’évacuation du mucus étant très fastidieuse chez les patients atteints de fibrose kystique, l’élimination des particules et bactéries des voies respiratoires est inadéquate. Cet aspect de la maladie participe grandement à sa progression, car l’établissement d’infections bactériennes chroniques contribue principalement à l’effet délétère sur la santé respiratoire des patients atteints de fibrose kystique. La colonisation du mucus pulmonaire par les bactéries pathogènes est le sujet de nombreuses recherches extensives dans le contexte de la fibrose kystique. La présence d’une diversité microbienne dans les voies respiratoires est connue depuis longtemps, mais avec les techniques récentes d’analyse moléculaire, il a été constaté que celle-ci peut présenter une très grande richesse qui était préalablement non détectée par les méthodes d’isolement classiques. Les interactions et comportements adoptés par les populations polymicrobiennes du microbiome FK dans la progression de la maladie sont maintenant de grand intérêt. La virulence des principaux pathogènes en FK a préalablement et exhaustivement été décrite de façon spécifique. Parmi les plus notoires, comme Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa et Burkholderia cepacia, certains utilisent des systèmes de communication cellulaire élaborés («quorum sensing») dans le but de réguler leur virulence. De nouvelles voies de recherche sont construites sur la suggestion qu’une population polymicrobienne peut être perçue comme un seul agent infectieux. Notre étude a été conduite afin de documenter les possibles réponses interespèces entre S. aureus et P. aeruginosa suite à l’échange de molécules sécrétées dans le cadre du «quorum sensing». Pour ce faire, nous avons caractérisé un éventail d’interactions existantes entre des isolats cliniques des deux pathogènes d’intérêt. Nous avons également développé un modèle nous permettant de mieux comprendre l’impact de la coexistence sur leur pathogenèse. Inévitablement, l’étude vise à définir l’instance de la présence simultanée des deux bactéries dans l’établissement d’infections chroniques chez les patients atteints de fibrose kystique ainsi que sur leur santé respiratoire. Cette étude tente ultimement de contribuer à l’effort visant à comprendre l’importance des interactions polymicrobiennes dans un contexte infectieux dans le but de trouver de nouveaux indices quant à l’élaboration de stratégies thérapeutiques.

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Les progrès spectaculaires réalisés dans le traitement de la fibrose kystique font en sorte qu'un nombre de plus en plus élevé de familles comptant un adolescent atteint de ce problème de santé, peut maintenant envisager d'effectuer la transition depuis l'adolescent vers l'âge adulte. À ce jour, les recherches à ce sujet demeurent peu nombreuses, principalement en ce qui a trait à la nature des interations entre les adolescents, leurs parents et les professionnels de la santé qui préparent ces familles en vue du transfert, depuis un établissement pédiatrique vers un établissement adulte. L'appréhension de ce phénomène s'est réalisée dans une perspective constructiviste et systémique, ce qui a permis de mettre en relief certaines des multiples facettes du phénomène et de jeter un éclairage novateur sur des dynamiques entre les membres de la famille et entre ces derniers et les professionnels de la santé. Le but de cette étude de cas, de type qualitavive, était de modéliser de manière systémique, le processus de transtion pour des familles ayant un adolescent atteint de la fibrose kystique qui est en phase pré transfert, depuis l'établissement pédiatrique vers le milieu adulte. Des entretiens semi-dirigés ont été réalisés avec sept familles comptant un adolescent atteint de la fibrose kystique. De plus, un entretien de groupe a également été effectué avec une équipe interprofessionnelle oeuvrant dans une clinique qui traite des adolescents atteints de la fibrose kysitque. L'analyse qualitative des données a mené au développement d'un modèle systémique de la transition pour ces familles. Ce modèle souligne qu'en évoluant de façon parallèle, les familles et les professionnels de la santé poursuivent la même finalité de favoriser le développement de l'autonomie de l'adolescent. Ce processus de transition chez ces familles s'inscrit, par ailleurs, dans un espace-temps signifié par le transfert inter-établissements, avec peu de considération pour la souffrance parentale liée au pronostic de la maladie. Ainsi, le développement de l'autonomie est marqué par la confiance qui doit s'établir entre l'adolescent et son parent, en passant par la surveillance du parent envers l'adolescent et par la responsabilisation graduelle chez ce dernier. Cette étude propose donc une modélisation systémique de ce processus de transition qui contribue non seulement au développement du concept de la transition en sciences de la santé, mais aussi de la pratique clinique et de la recherche dans le domaine des soins à la famille aux prises avec un adolescent atteint de la fibrose kystique. / Given the spectacular progress that has been made in the treatment of cystic fibrosis, a growing number of families with an adolescent who has cystic fibrosis can now envisage their child making the transition from adolescence to adulthood. To date, little research has been conducted on the subject, particularly with regard to the nature of the interactions between adolescents, their parents and the healthcare professionals preparing the families for transfer from a paediatric to an adult setting. A systemic, constructivist approach was adopted to help grasp the phenomenon, enabling us to highlight some of its many facets and to cast new light on the dynamics among family members and between them and healthcare professionals. The goal of this qualitative case study was to develop a systemic model of the transition process in families with an adolescent who has cystic fibrosis and is at the pre-transfer stage, as he or she is about to move from a paediatric clinic to adult care. Semi-directed interviews were conducted with seven families with an adolescent who has cystic fibrosis. In addition, a group discussion was held with an inter-professional team working in a clinic that treats adolescents with cystic fibrosis. Qualitative data analysis led to the development of a systemic model of the transition for these families. The model underscores the point that while they evolve in parallel, families and healthcare professionals have the same project: fostering the development of the adolescent's autonomy. Moreover, the transition process in the families takes place in a space-time signified by the transfer between clinics, with little consideration for parental suffering experience over the prognosis of the disease. Features of the development of autonomy are the confidence that must be established between the adolescent and the parent, the parent's supervision of the adolescent and the adolescent's gradual increase of responsibility. This study thus puts forward a systemic model for a transition process that contributes to the development not only of the concept of transition in health sciences, but also of clinical practice and research in the area of care for families that have to cope with an adolescent with cystic fibrosis.