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

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Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

INTRODUCTION Des réponses thérapeutiques variables aux glucocorticoïdes (GCs) sont observées parmi les patients atteints de la leucémie lymphoblastique aiguë (LLA). Les protéines Bax et Bim ont déjà montré un rôle important dans l’apoptose des cellules leucémiques. L’expression de Bax était plus basse chez les patients leucémiques résistants au médicament, de même une sensibilité diminuée aux GCs a été associée avec une expression réduite de Bim. La différence dans l’expression pourrait être due à des polymorphismes présents dans ces gènes et donc être associés avec la résistance aux GCs. MÉTHODE Dix-huit polymorphismes en régions régulatrices, 2 polymorphismes exoniques et 7 polymorphismes en région 3’UTR de ces gènes ont été analysés chez les témoins (n=50) et ont permis de déterminer un nombre minimal de polymorphismes suffisants pour définir les haplotypes (tagSNPs). Ces 8 polymorphismes ont ensuite été génotypés chez 286 enfants atteints de la LLA et ont été testés pour l’issue de la maladie par l’analyse de survie. RÉSULTATS Une survie sans évènement et une survie sans rechute diminuées ont été observées pour l’haplotype 3 (p=0,03 et p=0,02). Une survie globale diminuée a été associée avec l’homozygotie pour l’allèle exonique T298C>T (p=0,03), de même que pour les haplotypes 1 et 4 (p=0,04 et p=0,02) du gène Bim. CONCLUSION Les polymorphismes ont été associés avec une survie diminuée chez des enfants atteints de LLA. Il reste à tester d’autres polymorphismes présents dans ces deux gènes ainsi qu’à définir leurs fonctions afin de comprendre leurs rôles dans la réponse aux GCs. / INTRODUCTION Variable therapeutic responses to glucocorticoids (GCs) are observed for acute lymphoblastic leukemia (ALL) patients. Proteins Bax and Bim have already shown to play a major role in mediating GC-induced apoptosis in leukemia cells. Bax expression was lower in drug-resistant leukemia samples; likewise lower sensitivity to GC was associated with reduced Bim expression. The difference in the expression can be due to polymorphisms in these genes and therefore associated to GC resistance. METHOD Eighteen polymorphisms in the regulatory region, two exonic polymorphisms and seven polymorphisms in 3’UTR of these genes were analysed in controls (n=50) and have permitted to determine a minimal number of polymorphisms sufficient to define haplotypes (tagSNPs). These 8 single nucleotide polymorphisms (SNPs) were then genotyped in 286 LLA children and were tested for disease outcome by survival analysis. RESULTS A diminished event free survival and a diminished relapse free survival were observed for haplotype 3 (p=0,03 and p=0,02). A diminished overall survival was associated with the exonic T298C>T allele (p=0,03) and with haplotypes 1 and 4 (p=004 and p=0,02) of Bim gene. CONCLUSION Bax and Bim were associated with a diminished survival in LLA children. We still have to test other polymorphisms located in these genes and to define their functions in order to understand their roles in GC response.

INTRODUCTION Des réponses thérapeutiques variables aux glucocorticoïdes (GCs) sont observées parmi les patients atteints de la leucémie lymphoblastique aiguë (LLA). Les protéines Bax et Bim ont déjà montré un rôle important dans l’apoptose des cellules leucémiques. L’expression de Bax était plus basse chez les patients leucémiques résistants au médicament, de même une sensibilité diminuée aux GCs a été associée avec une expression réduite de Bim. La différence dans l’expression pourrait être due à des polymorphismes présents dans ces gènes et donc être associés avec la résistance aux GCs. MÉTHODE Dix-huit polymorphismes en régions régulatrices, 2 polymorphismes exoniques et 7 polymorphismes en région 3’UTR de ces gènes ont été analysés chez les témoins (n=50) et ont permis de déterminer un nombre minimal de polymorphismes suffisants pour définir les haplotypes (tagSNPs). Ces 8 polymorphismes ont ensuite été génotypés chez 286 enfants atteints de la LLA et ont été testés pour l’issue de la maladie par l’analyse de survie. RÉSULTATS Une survie sans évènement et une survie sans rechute diminuées ont été observées pour l’haplotype 3 (p=0,03 et p=0,02). Une survie globale diminuée a été associée avec l’homozygotie pour l’allèle exonique T298C>T (p=0,03), de même que pour les haplotypes 1 et 4 (p=0,04 et p=0,02) du gène Bim. CONCLUSION Les polymorphismes ont été associés avec une survie diminuée chez des enfants atteints de LLA. Il reste à tester d’autres polymorphismes présents dans ces deux gènes ainsi qu’à définir leurs fonctions afin de comprendre leurs rôles dans la réponse aux GCs. / INTRODUCTION Variable therapeutic responses to glucocorticoids (GCs) are observed for acute lymphoblastic leukemia (ALL) patients. Proteins Bax and Bim have already shown to play a major role in mediating GC-induced apoptosis in leukemia cells. Bax expression was lower in drug-resistant leukemia samples; likewise lower sensitivity to GC was associated with reduced Bim expression. The difference in the expression can be due to polymorphisms in these genes and therefore associated to GC resistance. METHOD Eighteen polymorphisms in the regulatory region, two exonic polymorphisms and seven polymorphisms in 3’UTR of these genes were analysed in controls (n=50) and have permitted to determine a minimal number of polymorphisms sufficient to define haplotypes (tagSNPs). These 8 single nucleotide polymorphisms (SNPs) were then genotyped in 286 LLA children and were tested for disease outcome by survival analysis. RESULTS A diminished event free survival and a diminished relapse free survival were observed for haplotype 3 (p=0,03 and p=0,02). A diminished overall survival was associated with the exonic T298C>T allele (p=0,03) and with haplotypes 1 and 4 (p=004 and p=0,02) of Bim gene. CONCLUSION Bax and Bim were associated with a diminished survival in LLA children. We still have to test other polymorphisms located in these genes and to define their functions in order to understand their roles in GC response.

Cette étude s’intéresse au lien entre les dynamiques cérébrales et les capacités cognitives, cette problématique a déjà été explorée auparavant en imagerie cérébrale, notamment à l’aide de tâches effectuées pendant l’imagerie. Cependant la caractérisation de l’activité spontanée a principalement été faite soit avec une faible précision spatiale (capteur EEG/MEG), soit en IRMf qui a une faible résolution temporelle. L’objectif de cette thèse est de caractériser l’activité spontanée au repos au niveau cortical associée à différents processus cognitifs et leur performance. Le second chapitre cherche à établir les corrélats neuronaux de la performance de la mémoire au repos à l’aide des puissances spectrales localisées au niveau des sources corticales. Le troisième chapitre cherche à répliquer les méthodes utilisées dans l’article 1 avec les mêmes participants, mais dans un autre domaine cognitif afin d’établir les corrélats neuronaux de la fluence verbale ainsi que de discriminer une composante verbale et exécutive. Ces deux composantes ont été mises en évidence en utilisant une factorisation avec un test purement exécutif (Trail making test- condition 4) et un autre purement verbal (richesse du vocabulaire). Dans le quatrième chapitre, nous répliquons encore la méthode de l’article 1 avec les mêmes sujets, mais sur un test d’apprentissage verbal. Lors de l’apprentissage verbal, deux stratégies d’apprentissage (sériel et sémantique) possibles sont utilisées de manière concurrente, nous avons cherché à établir si des différences comportementales se traduisaient par des patrons d’activation différents. Dans le cinquième chapitre, nous avons cherché à établir des différences fonctionnelles entre les survivants de la leucémie et des sujets contrôles, puis à établir un lien entre la neurotoxicité et le déficit cognitif rencontré chez cette population, finalement nous avons établi un modèle intégrant neurotoxicité, performance cognitive et marqueur neurophysiologique fonctionnel cérébral. Cette recherche aura approfondi les connaissances sur l’état de repos et principalement fourni les premiers travaux qui mettent en lien l’activité cérébrale spontanée au repos au niveau des sources corticales avec plusieurs tests neuropsychologiques comportementaux. Les résultats ont amené des patrons d’activation spatio-fréquentielle différents, démontrant des spécificités reliées à certains tests comportementaux ou des traitements de l’information (sériel ou sémantique). Finalement les travaux sur les survivants de la leucémie ont montré que l’état de repos pouvait caractériser le fonctionnement des déficits cognitifs à long terme et être un marqueur de remédiation pour de futurs traitements. / This study is interested in the link between brain dynamics and cognitive abilities. This problem has already been explored before in brain imaging, notably with the help of task performed during imaging. However, the characterization of spontaneous activity has mainly been done either with weak spatial resolution (EEG/MEG sensor) or in fMRI which has a low temporal resolution. The objective of this thesis is to characterize the spontaneous activity at rest at the cortical level associated with different cognitive processes and their performance. The second chapter seeks to establish the neural correlates of resting memory performance using spectral powers localized at cortical sources. The third chapter seeks to replicate the methods used in article 1 with the same participants but in another cognitive domain in order to establish the neural correlates of verbal fluency as well as to discriminate a verbal and an executive component. These two components were highlighted using a factorization with a purely executive test (Trail making test-condition 4) and another purely verbal one (vocabulary richness). In the fourth chapter, we replicate the method of article 1 with the same subjects, but on a verbal learning test. During verbal learning, two possible learning strategies (serial and semantic) are used concurrently, we sought to establish whether behavioural differences translate into different activation patterns. In the fifth chapter, we sought to establish functional differences between leukemia survivors and control subjects, then to search for a link between neurotoxicity and the cognitive deficit encountered in this population; finally we established a model integrating neurotoxicity, cognitive performance and functional neurophysiological brain markers. This research will have deepened the knowledge on the resting state and mainly provided the first works that link the spontaneous brain activity at rest at the level of cortical sources with several behavioural neuropsychological tests. The results led to different spatio-frequential activation patterns, showing specificities related to certain behavioural tests or information processing (serial or semantic). Finally, work on leukemia survivors has shown that resting states could characterize the functioning of long-term cognitive deficits and be a remediation marker for future treatments.

Le dihydrofolate réductase (DHFR) est la principale cible du méthotrexate, un important composant du traitement de la leucémie lymphoblastique aiguë (LLA). Une association des polymorphismes du promoteur de DHFR avec l’issue de la LLA a été mise en évidence au laboratoire. Une survie sans événement (EFS) réduite corrélait avec les allèles A -317 et C -1610, et l’haplotype *1, défini par ces allèles. L’haplotype *1 était aussi associé à une expression élevée du DHFR. Dans cette étude, nous étendons l’analyse à la région régulatrice adjacente, d’environ 400 pb, correspondant au transcrit mineur non-codant du DHFR, qui joue un rôle essentiel dans la régulation de la transcription au niveau du promoteur majeur. Six polymorphismes ont été identifiés, parmi lesquels 5 étaient des SNPs et un polymorphisme de longueur composé d’un nombre variable d’éléments de 9 pb et d’une insertion/délétion de 9 pb. L’analyse d’haplotype, incluant tous les polymorphismes promoteurs, a révélé une diversification de l’haploytpe *1 en 5 sous-types (*1a à *1e). Les variations du promoteur majeur et les sous-types de l’haplotype *1 ont été par la suite analysés pour l’association avec l’issue de LLA. Un EFS réduit corrélait avec l’allèle A du polymorphisme G308A (p=0,02) et avec l’haplotype *1 (p=0,01). Des niveaux élevées d’ARNm étaient trouvés chez les porteurs de l’haplotype *1b (p=0,005) et pas pour les autres sous-types de l’haplotype *1. Alors, la mauvaise issue de LLA associée avec l'haplotype *1 est en effet déterminée par le sous-type *1b. Cette étude donne un nouvel aperçu des polymorphismes régulateurs du DHFR définissant plus précisément les variations du DHFR prédisposant un événement. / Dihydrofolate reductase (DHFR) is the major target of methotrexate, a key component in childhood acute lymphoblastic leukemia (ALL) treatment. We recently reported an association of DHFR promoter polymorphisms with ALL outcome. Lower event free survival (EFS) correlated with the alleles A -317 and C -1610, and with haplotype *1, defined by these alleles. Haplotype*1 was also associated higher DHFR expression. Here we extended the analysis to adjacent 400bp regulatory region corresponding to non-coding minor DHFR transcript which plays an essential role in the regulation of transcription from the major promoter. Six polymorphisms were identified, of which 5 were SNPs and one length polymorphism composed of variable number of 9bp elements and 9bp insertion/deletion. Haplotype analysis including all promoter polymorphisms revealed diversification of haplotype *1 into 5 subtypes (*1a to *1e). Major promoter variations and haplotype *1 subtypes were subsequently analyzed for the association with ALL outcome. Lower EFS correlated with an A allele of G308A polymorphism (p=0.02) and with *1b haplotype (p=0.01). Higher mRNA levels were found in the carriers of *1b haplotype (p=0.005) and not for remaining haplotype *1 subtypes. So, the worse ALL outcome associated with haplotype *1 is actually determined by the subtype *1b. The study provides a new insight into DHFR regulatory polymorphisms defining more precisely event–predisposing DHFR variations.

Les améliorations dans les protocoles de traitement pour la majorité des cancers pédiatriques ont augmenté de façon marquée les taux de survie. Cependant, des risques élevés de multiples problèmes de santé chez les survivants sont bien documentés. En ce qui concerne spécifiquement les problèmes neuropsychologiques, les principaux facteurs de risque individuels connus à ce jour (l’âge au diagnostic, le genre du patient, l’exposition aux radiations) demeurent insuffisants pour cibler efficacement et prévenir les séquelles à long terme. Les objectifs généraux de cette thèse étaient : 1) la caractérisation des trajectoires individuelles de problèmes de comportement chez une population de patients pédiatriques atteints de leucémie lymphoblastique aiguë; 2) l’identification des principaux déterminants génétiques, médicaux et psychosociaux associés aux problèmes de comportements. Les hypothèses étaient : 1) Il existe une association entre les trajectoires individuelles de problèmes de comportement et a - des facteurs psychosociaux liés au fonctionnement familial, b - des polymorphismes dans les gènes modérateurs des effets thérapeutiques du méthotrexate et des glucocorticoïdes, c - des variables liées aux traitements oncologiques. 2) L'utilisation de modèles statistiques multi-niveaux peut permettre d’effectuer cette caractérisation des trajectoires individuelles et l’identification des facteurs de risque associés. 138 patients pédiatriques (0-18 ans) ayant reçu un diagnostic de leucémie lymphoblastique aiguë entre 1993 et 1999 au CHU Ste-Justine ont participé à une étude longitudinale d’une durée de 4 ans. Un instrument validé et standardisés, le Child Behavior Checklist, a été utilisé pour obtenir un indice de problèmes de comportement, tel que rapporté par la mère, au moment du diagnostic, puis 1, 2, 3 et 4 ans post-diagnostic. Des données génétiques, psychosociales et médicales ont aussi été collectées au cours de cette même étude longitudinale, puis ont été exploitées dans les modélisations statistiques effectuées. Les résultats obtenus suggèrent que les problèmes de comportement de type internalisés et externalisés possèdent des trajectoires et des facteurs de risque distincts. Les problèmes internalisés sont des manifestations de troubles affectifs chez le patient, tels que des symptômes dépressifs ou anxieux, par exemple. Ceux-ci sont très prévalents tôt après le diagnostic et se normalisent par la suite, indiquant des difficultés significatives, mais temporaires. Des facteurs médicaux exacerbant l'expérience de stress, soit le risque de rechute associé au diagnostic et les complications médicales affectant la durée de l'hospitalisation, ralentissent cette normalisation. Les problèmes externalisés se manifestent dans le contact avec autrui; des démonstrations d’agression ou de violence font partie des symptômes. Les problèmes externalisés sont plus stables dans le temps relativement aux problèmes internalisés. Des variables pharmacologiques et génétiques contribuent aux différences individuelles : l'administration d’un glucocorticoïde plus puissant du point de vue des effets pharmacologiques et toxicologiques, ainsi que l’homozygotie pour l’haplotype -786C844T du gène NOS3 sont liés à la modulation des scores de problèmes externalisés au fil du temps. Finalement, le niveau de stress familial perçu au diagnostic est positivement corrélé avec le niveau initial de problèmes externalisés chez le patient, tandis que peu après la fin de la période d’induction, le niveau de stress familial est en lien avec le niveau initial de problèmes internalisés. Ces résultats supportent l'idée qu'une approche holistique est essentielle pour espérer mettre en place des interventions préventives efficaces dans cette population. À long terme, ces connaissances pourraient contribuer significativement à l'amélioration de la qualité de vie des patients. Ces travaux enrichissent les connaissances actuelles en soulignant les bénéfices des suivis longitudinaux et multidisciplinaires pour comprendre la dynamique de changement opérant chez les patients. Le décloisonnement des savoirs semble devenir incontournable pour aspirer dépasser le cadre descriptif et atteindre un certain niveau de compréhension des phénomènes observés. Malgré des défis méthodologiques et logistiques évidents, ce type d’approche est non seulement souhaitable pour étudier des processus dynamiques, mais les travaux présentés dans cette thèse indiquent que cela est possible avec les moyens analytiques actuels. / Recent improvements in pediatric cancers treatment have led to marked increases in patient survival rate. However, it has been well documented that pediatric cancer survivors are at elevated risk for various other health problems. With respect specifically to neuropsychological side effects, known predictors (mainly: age at diagnosis, patient gender, exposure to radiation therapy) remain insufficient so far to target, and prevent efficiently, long term sequelae in this population. General objectives related to this thesis were: 1) characterization of individual trajectories of behavioral problems in pediatric patients with acute lymphoblastic leukemia; 2) the identification of genetic, medical and psychosocial determinants of behavioral problems in this population. This research program was based on the following hypotheses: 1) there is an association between the trajectories of individual behavioral problems and a – familial well-being-related psychosocial factors, b – gene polymorphisms involved in the therapeutic responses to methotrexate and glucocorticoids, c – anti-cancer treatments-related variables. 2) Multilevel statistical modeling can be used to characterize patient groups according to their individual behavioral problem trajectories, and can also identify predictive factors. 138 pediatric patients (0-18 years old) who received an acute lymphoblastic leukemia diagnosis between 1993 and 1999 at CHU Ste-Justine participated in this 4 years-long longitudinal study. A standardized and validated instrument, the Child Behavior Checklist, was used to measure behavior problems, as reported by the mother, at diagnosis, and then 1, 2, 3 and 4 years post-diagnosis. Genetic, psychosocial and medical data were also collected during this longitudinal study; these data were exploited in the context of the statistical modeling performed. Results obtained suggest that internalized and externalized behavioral problems have distinct trajectories and have different predictive factors. Internalized problems are affective issues presented by the patient, such as depressive or anxious symptoms. They are highly prevalent post-diagnosis and normalize over the following years, suggestive of temporary yet significant problems. Stress-enhancing medical variables such as a higher relapse risk at diagnosis and medical complications requiring a longer hospitalization slow down the normalization process. Externalized problems need interpersonal contact to occur; violence or aggressiveness manifestations are some examples. Compared to internalized problems, externalized problems are much more stable across time. However, pharmacological and genetic variables do contribute to individual differences in trajectories. In particular, administration of a more potent glucocorticoid (from pharmacological and toxicological perspectives) and being homozygous for NOS3 gene -786C844T haplotype are linked to modulation of externalized problems in time. Finally, the level of perceived family stress at time of diagnosis is positively correlated with initial externalized problems, while shortly after the induction period, the level of familial stress is linked with the initial internalized problems. Together, these results support the idea that a holistic care strategy is essential to develop efficient, preventive interventions in this population, due to the multifactorial nature of these behavioral problems. The knowledge generated in the present studies could contribute to better quality of life for these patients. This thesis also brings a more holistic contribution to our current knowledge of behavioral problems in this population, by highlighting the need for individual, multidisciplinary follow-ups, with particular emphasis on repeated measurements and appropriate statistical analyses. More than ever, knowledge de-compartmentalization appears essential in reaching a certain comprehension level of observed phenomena, rather than adhering to descriptive settings. It indicates that, despite obvious methodological and logistic challenges, this type of research is not only desirable in studying dynamic processes, but is certainly achievable with current analytical tools.

Le dihydrofolate réductase (DHFR) est la principale cible du méthotrexate, un important composant du traitement de la leucémie lymphoblastique aiguë (LLA). Une association des polymorphismes du promoteur de DHFR avec l’issue de la LLA a été mise en évidence au laboratoire. Une survie sans événement (EFS) réduite corrélait avec les allèles A -317 et C -1610, et l’haplotype *1, défini par ces allèles. L’haplotype *1 était aussi associé à une expression élevée du DHFR. Dans cette étude, nous étendons l’analyse à la région régulatrice adjacente, d’environ 400 pb, correspondant au transcrit mineur non-codant du DHFR, qui joue un rôle essentiel dans la régulation de la transcription au niveau du promoteur majeur. Six polymorphismes ont été identifiés, parmi lesquels 5 étaient des SNPs et un polymorphisme de longueur composé d’un nombre variable d’éléments de 9 pb et d’une insertion/délétion de 9 pb. L’analyse d’haplotype, incluant tous les polymorphismes promoteurs, a révélé une diversification de l’haploytpe *1 en 5 sous-types (*1a à *1e). Les variations du promoteur majeur et les sous-types de l’haplotype *1 ont été par la suite analysés pour l’association avec l’issue de LLA. Un EFS réduit corrélait avec l’allèle A du polymorphisme G308A (p=0,02) et avec l’haplotype *1 (p=0,01). Des niveaux élevées d’ARNm étaient trouvés chez les porteurs de l’haplotype *1b (p=0,005) et pas pour les autres sous-types de l’haplotype *1. Alors, la mauvaise issue de LLA associée avec l'haplotype *1 est en effet déterminée par le sous-type *1b. Cette étude donne un nouvel aperçu des polymorphismes régulateurs du DHFR définissant plus précisément les variations du DHFR prédisposant un événement. / Dihydrofolate reductase (DHFR) is the major target of methotrexate, a key component in childhood acute lymphoblastic leukemia (ALL) treatment. We recently reported an association of DHFR promoter polymorphisms with ALL outcome. Lower event free survival (EFS) correlated with the alleles A -317 and C -1610, and with haplotype *1, defined by these alleles. Haplotype*1 was also associated higher DHFR expression. Here we extended the analysis to adjacent 400bp regulatory region corresponding to non-coding minor DHFR transcript which plays an essential role in the regulation of transcription from the major promoter. Six polymorphisms were identified, of which 5 were SNPs and one length polymorphism composed of variable number of 9bp elements and 9bp insertion/deletion. Haplotype analysis including all promoter polymorphisms revealed diversification of haplotype *1 into 5 subtypes (*1a to *1e). Major promoter variations and haplotype *1 subtypes were subsequently analyzed for the association with ALL outcome. Lower EFS correlated with an A allele of G308A polymorphism (p=0.02) and with *1b haplotype (p=0.01). Higher mRNA levels were found in the carriers of *1b haplotype (p=0.005) and not for remaining haplotype *1 subtypes. So, the worse ALL outcome associated with haplotype *1 is actually determined by the subtype *1b. The study provides a new insight into DHFR regulatory polymorphisms defining more precisely event–predisposing DHFR variations.