La maladie osseuse de Paget (MOP) est la deuxième maladie osseuse la plus fréquente après l'ostéoporose. Elle touche environ 3% de la population caucasienne après l'âge de 55 ans. La mutation p.Pro392Leu dans le gène appelé SQSTM1, liée à la MOP a été identifiée chez la moitié des formes familiales dans la population canadienne-française avec une transmission selon un mode autosomique dominant. Toutefois cette mutation n'explique pas complètement la maladie, notamment le phénotype cellulaire des ostéoclastes. Les objectifs de cette thèse étaient de mieux comprendre l'hétérogénéité clinique et moléculaire de la MOP, en étudiant les facteurs précoces contribuant au développement des phénotypes clinique et cellulaire de la MOP chez les apparentés porteurs de la mutation p.Pro392Leu, en recherchant un second gène modificateur de la mutation p.Pro392Leu dans certaines familles de notre cohorte et en étudiant l'effet modulateur de miR-16 sur l'expression du gène SQSTM1. Nous avons examiné les données des descendants adultes porteurs de la mutation p.Pro392Leu âgés de <90 ans et leurs parents atteints. Les caractéristiques cliniques des parents comprenaient le sexe, l'âge au diagnostic, le nombre d'os affectés, les taux de phosphatase alcaline totale sérique (tALPs). L'évaluation du phénotype pagétique chez les descendants à l'inclusion entre 1996 et 2009 comprenait le dosage des tALPs, la scintigraphie osseuse et les radiographies du crâne et du bassin. Une réévaluation approfondie du phénotype de ces descendants par imagerie osseuse et dosage des marqueurs biochimiques a été effectuée entre 2016 et 2018. Le séquençage de l'exome entier a été effectué en utilisant un HiSeq 2500 chez quatre patients de deux familles différentes avec la MOP non porteurs d'aucune mutation dans le gène SQSTM1. Le phénotype clinique a été défini par l'âge au diagnostic, le taux de tALPs, le nombre d'os atteints chez les patients porteurs de la mutation p. Pro392Leu et / ou du variant p.Val45Ile dans deux familles (n = 14 participants). Les quantifications de miR-16 et de SQSTM1 ont été effectuées respectivement dans le plasma (97 participants) et dans le sang total (83 participants) par RT-PCR quantitative chez des patients pagétiques avec ou sans la mutation p.Pro392Leu, des porteurs sains de cette mutation et des témoins sains non mutés. L'expression de miR-16 a été corrélée avec l'expression de SQSTM1 et des associations avec l'âge au diagnostic, le sexe, le taux de tALPs ainsi que le nombre d'os atteints ont été recherchées. L'impact du variant p.Val45Ile sur le phénotype ostéoclastique (ostéoclastogenèse, nombre de noyaux par ostéoclaste et résorption osseuse) a été évalué par différenciation in vitro des monocytes du sang périphérique en ostéoclastes matures avec du RANKL et hMCSF pendant 21 jours, chez des patients atteints de MOP porteurs d'un et/ou l'autre variant génétique, des porteurs sains de ces variants, des patients pagétiques non mutés et des témoins sains non mutés. Le phénotypage clinique complet pour rechercher une MOP asymptomatique chez 36 descendants sains porteurs de la mutation p.Pro392Leu a montré que parmi les 36 descendants avec un phénotype mis à jour, quatre d'entre eux ont développé un phénotype clinique de la MOP caractérisé par une hyperfixation monostotique ou polyostotique associée à des lésions radiographiques typiques dans les sites affectés, représentant une incidence de 1,83 par 1000 personnes-année. De plus, l'âge au diagnostic de la MOP a été retardé de 10 ans en moyenne chez les descendants adultes porteurs de la mutation p.Pro392Leu par rapport à leurs parents affectés. Nos résultats soutiennent l'utilité d'une surveillance régulière des adultes porteurs de cette mutation. L'effet modulateur de miR-16 sur l'expression du gène SQSTM1 par quantification de l'expression génique a conduit à une une corrélation négative non significative de l'expression du gène SQSTM1 par miR-16 chez les participants porteurs de la mutation p.Pro392Leu, chez les patients mutés et non mutés mais pas chez les contrôles sains (-0.17103, -0.11583 vs 0.05624, NS). Ce résultat suggère un rôle possible de miR-16 comme modificateur épigénétique dans la MOP. Une analyse de l'exome entier chez deux de nos grandes familles avec hérédité digénique a permis d'identifier un nouveau variant p.Val45Ile dans le gène DOCK6 qui pourrait être un gène modificateur de la mutation p.Pro392Leu. Ce variant rare p.Val45Ile pourrait atténuer la sévérité du phénotype clinique de la MOP causée par la mutation du gène SQSTM1 lorsque les deux variants sont portés parle même patient. Par contre, ce nouveau variant seul est suffisant pour donner lieu à un phénotype ostéoclastique pagétique mais ce dernier est moins sévère que celui observé avec la mutation p.Pro392Leu seule. Ce projet de thèse contribue ainsi à une meilleure compréhension des mécanismes physiopathologiques de la MOP qui pourraient conduire à une meilleure prise en charge clinique des patients avec la MOP et à l'identification de nouvelles possibilités diagnostiques ou thérapeutiques, notamment pour réguler le remodelage osseux. / Paget's disease of bone (PDB) is the second most common bone disease after osteoporosis. It affects approximately 3% of the Caucasian population after the age of 55 years old. The p.Pro392Leu mutation in the gene called SQSTM1, linked to PDB has been identified in half of the familial forms in the French-Canadian population with an autosomal dominant mode of inheritance. However, this mutation does not fully explain the disease, in particular the cellular phenotype of osteoclasts. The objectives of this study were to better understand the clinical and molecular heterogeneity of PDB, by studying the early factors contributing to the development of the clinical phenotype of PDB in relative carriers of the p.Pro392Leu mutation, by looking for a second modifier gene of p.Pro392Leu mutation in some families in our cohort and by studying the modulating effect of miR-16 on the expression of the SQSTM1 gene. We reviewed research records from adult offspring carriers of the p.Pro392Leu mutation aged <90 years and their affected parent. In parents, we collected data on sex, age at diagnosis, number of affected bones, total serum alkaline phosphatase levels (tALPs). PDB extended phenotype assessment relying on tALPs, total body bone scan and skull and pelvis radiographs, was performed in offspring at inclusion in 1996 to 2009. An extended phenotype reassessment of these offspring by bone imaging and biochemical markers assay was carried out between 2016 and 2018. The quantification of miR-16 and SQSTM1 was carried out respectively in plasma (97 participants) and in whole blood (83 participants) by quantitative RT-PCR in carriers of the p.Pro392Leu mutation (patients with PDB or healthy carriers), in not mutated patients with PDB and healthy controls not mutated. MiR-16 expression was correlated with SQSTM1 gene expression and associations with age at diagnosis, sex, tALPs and the number of affected bones were searched. Whole exome sequencing was performed using a HiSeq 2500 with the Agilent XT protocol on four patients from two different families with PDB not carriers of any SQSTM1 mutation in which at least one other sibling with PDB was carrier of the p.Pro392Leu mutation. The clinical phenotype was defined by the age at diagnosis, tALPs level, number of affected bones in patients carrying the p.Pro392Leu and/or p.Val45Ile variant in two families (n=14 participants). The impact of the p.Val45Ile variant on the osteoclastic phenotype (osteoclastogenesis, number of nuclei per osteoclast and bone resorption) was evaluated by in vitro differentiation of monocytes from peripheral blood into mature osteoclasts with RANKL and hMCSF for 21 days, in pagetic patient carriers of one and/or two variants, healthy carriers of these variants, pagetic patients not mutated and healthy controls not mutated. The complete clinical phenotyping to search for asymptomatic PDB in 36 healthy offspring carriers of the p.Pro392Leu mutation showed that among the 36 offspring with an updated phenotype, four of them developed a clinical phenotype of PDB characterized by monostotic or polyostotic increased bone uptake associated with typical radiographic lesions in the affected sites, representing an incidence of 1.83 per 1000 person-years. Moreover, the age at PDB diagnosis was delayed by 10 years in average in the adult offspring carriers the p.Pro392Leu mutation versus their affected parents. Our findings support the utility of a regular monitoring of the adult healthy offspring carriers of this mutation. The modulating effect of miR-16 on the expression of the SQSTM1 gene by gene expression quantification led a non significant negative correlation of the expression of the SQSTM1 gene by miR-16 in participant carriers of the p.Pro392Leu mutation, in patients mutated and not mutated but not in healthy controls (-0.17103, -0.11583 vs 0.05624, NS). This result suggests a possible role for miR-16 as an epigenetic modifier in PDB. An analysis of the whole exome in two of our large families with digenic inheritance allowed us to identify a new variant p.Val45Ile in the DOCK6 gene which could be a modifier gene for the p.Pro392Leu mutation. This rare variant p.Val45Ile could reduce the severity of the clinical phenotype of PDB caused by the mutation in the SQSTM1 gene when the two variants are carried by the same patient. On the other hand, this new variant alone gives rise to a pagetic osteoclastic phenotype but less severe than the one observed with the p.Pro392Leu mutation alone. This thesis project thus provided a better understanding of the pathophysiological mechanisms of PDB which could lead to better clinical management of patients with PDB and to the identification of new diagnostic or therapeutic possibilities, to regulate bone remodeling.

No description available.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2009-2010 / L'anémie de Fanconi est une maladie génétique récessive rare se manifestant par des troubles développementaux, sanguins, et une prédisposition à certains cancers. Les cellules de patients montrent une sensibilité élevée aux agents causant des ponts interbrins dans l'ADN, dont la réparation implique l'activation de la recombinaison homologue. La présence de PALB2, mutée dans l'anémie de Fanconi, est nécessaire pour la localisation chromatinienne de BRCA2 et RAD51, en réponse aux dommages à l'ADN. Comme BRCA2, PALB2 est un gène de prédisposition au cancer du sein. Il devient important de mieux comprendre le rôle de PALB2/FANCN dans la recombinaison homologue. Nous avons entrepris la caractérisation de l'activité biochimique de PALB2 en la purifiant, de même qu'un mutant associé au cancer du sein, PALB2Q775X, afin de clarifier son rôle dans la réparation de l'ADN. Les données obtenues suggèrent que PALB2 possède les caractéristiques d'un médiateur de la recombinaison homologue, ce qui en fait une cible privilégiée dans le développement de thérapies anticancéreuses dans le futur.

L’échec des différents essais cliniques souligne la nécessité de développer des nouvelles thérapies pour la maladie d'Alzheimer (MA), la cause la plus commune de démence. Les microARNs (miARNs) sont les ARNs non-codants les plus étudiés et ils jouent un rôle important dans la modulation de l'expression des gènes et de multiples voies de signalisation. Des études antérieures, dont celles de mon laboratoire d’accueil, ont permis de développer l’hypothèse que certains membres de la famille miR-15/107 (c.-à-d. miR-15ab, miR-16, miR-195, miR-424, and miR-497) pourraient être utilisés comme agents thérapeutiques dans MA. En effet, cette famille avait le potentiel de réguler de multiples gènes associés à MA, tels que la protéine précurseur de l'amyloïde (APP), la β-secrétase (BACE1), et la protéine Tau. Tel que démontré dans ce projet de thèse, j’ai choisi miR-16 comme cible thérapeutique potentielle pour MA parmi tous les membres de la famille. L’essai luciférase dans ce projet confirme que miR-16 peut réguler simultanément APP et BACE1, directement par une interaction avec la région non-codante en 3’ de l’ARNm). Notamment, nous observons aussi une réduction de la production des peptides amyloïdes et de la phosphorylation de Tau après une augmentation de miR-16 en cellule. J’ai ensuite validé mes résultats in vivo dans la souris en utilisant une méthode de livraison de miR-16 via une pompe osmotique implanté dans le cerveau. Dans ce cas, l'expression des protéines d’intérêts (APP, BACE1, Tau) a été mesurée par immunobuvardage et PCR à temps réel. Après validation, ces résultats ont été complémentés par une étude protéomique (iTRAQ) du tronc cérébral et de l'hippocampe, deux régions associées à la maladie. Ces données m’ont permis d’identifier d'autres protéines régulées par miR-16 in vivo, incluant α-Synucléine, Transferrine receptor1, et SRm300. Une autre observation intéressante : les voies régulées par miR-16 in vivo sont directement en lien avec le stress oxydatif et la neurodégénération. En résumé, ce travail démontre l’efficacité et la faisabilité d’utiliser un miARN comme outil thérapeutique pour la maladie d’Alzheimer. Ces résultats rentrent dans un cadre plus vaste de découvrir de nouvelles cibles pour MA, et en particulier la forme sporadique de la maladie qui représente plus de 95% de tous les cas. Évidemment, la découverte d’une molécule pouvant cibler simultanément les deux pathologies de la maladie (plaques amyloïdes et hyper phosphorylation de tau) est nouvelle et intéressante, et ce domaine de recherche ouvre la porte aux autres petits ARNs non-codants dans MA et les maladies neurodégénératives connexes. / Failure at different clinical trials emphasizes the need for developing new therapeutics for Alzheimer disease (AD) as the most common cause of dementia. MicroRNAs (miRNA) are the most studied groups of non-coding RNAs and have a critical role in modulating multiple signaling pathways and fine-tuning gene expression. Supporting evidence from other studies, including host lab, suggest that multiple members of the miR-15/107 family (miR-15ab, miR-16, miR-195, miR-424, and miR-497) could be used as therapeutic agents in AD. The potential ability of this miRNA family to modify disease pathway by multiple targeting of AD-associated genes such as Amyloid precursor protein (APP), β-site amyloid-β precursor protein cleaving enzyme (BACE1) and microtubule-associated protein Tau is of attention. Based on documented results in this study I chose miR-16 as candidate therapeutic miRNA in AD. This choice is based on data obtain from cells and in vitro luciferase assay indicating the role of this miRNA in the simultaneous regulation of APP, BACE1 (directly by targeting 3’UTR of these genes). Decrease in Tau phosphorylation and amyloid beta peptides were further observed following increased miR-16 levels. Furthermore, I validated these results in vivo by delivering miR-16 oligos using Osmotic pumps implanted subcutaneously to deliver oligos to lateral ventricles of mouse brain also providing a wide distribution of these oligos. Expression of desired protein targets was measured by western blot and qPCR in different brain regions. Results demonstrated a context-dependent action of delivered miR-16 increase on the potential AD involved targets in mouse brain. These results were complemented by proteomics study of Brainstem and Hippocampus regions. Data indicated the potential regulation of other proteins by miR-16 in vivo such as α-Synuclein in Brainstem and Transferrin receptor1 and SRm300 in Hippocampus. The increase in miR-16 levels in vivo and in vitro was sufficient to downregulate the protein product of these genes confirmed by western blot. Enrichment study predicted oxidative stress and neurodegeneration as top terms in close connection with miR-16. This work provided a proof-of-principle for possibility and efficiency of miRNA replacement based therapeutics delivered to CNS using miR-16 a member of the miR-15/107 family. Understanding the molecular mechanisms involved in the regulation of AD-related genes could have important implications for sporadic AD, which accounts for more than 95% of all cases with no effective therapy available. Multi-target therapy by non-coding RNA in AD is an emerging concept that would have the potential to change the way that therapeutics is developed for AD and other neurodegenerative diseases with complex nature and no effective therapy available.

La maladie d’Alzheimer (MA) représente aujourd’hui la forme de démence la plus commune pour laquelle il n’existe toujours pas de traitement curatif. Dans le cerveau, elle se caractérise par la présence de deux agrégats protéiques majeurs : les plaques amyloïdes qui résultent de l’accumulation extracellulaire d’un peptide nommé peptide amyloïde, et les enchevêtrements neurofibrillaires correspondant à l’agrégation intra-neuronale d’une protéine nommée Tau qui se trouve dans un état anormalement hyperphosphorylé. La pathologie Tau est importante puisque son étendue corrèle avec le degré du déficit cognitif retrouvé dans la MA. Seule une petite proportion des cas de la MA est causée par des mutations génétiques. En revanche, l’étiologie de la majorité des cas (~99%), qui est d’origine sporadique et à apparition tardive, semble être multifactorielle, avec des facteurs externes pouvant interagir avec des susceptibilités biologiques ou génétiques afin d’accélérer la manifestation de la maladie. Au cours de la dernière décennie, des données cliniques et précliniques émergentes suggèrent que le diabète sucré et la dysfonction de l’insuline qui l’accompagne pourrait représenter l’un de ces facteurs. En plus de son rôle métabolique, l’insuline a été rapportée pour avoir un rôle neurotrophique et régulateur dans le cerveau humain. Plus particulièrement, des études in vitro ont montré que l’insuline est capable de moduler la phosphorylation de Tau dans les cellules neuronales. Cette hypothèse a été par la suite renforcée par les observations d’hyperphosphorylation de Tau dans les cerveaux de souris montrant des anomalies au niveau de la signalisation de l’insuline. Malgré toutes ces données, on connaît très peu concernant l’impact du diabète sur la pathologie Tau in vivo. Le but global de ce projet de doctorat a été donc de clarifier l’impact du diabète sur la pathogenèse de la protéine Tau, dans deux modèles génétiques de diabète de type 1 (DT1) et diabète de type 2 (DT2), qui sont les souris NOD (non-obese-diabetic) et les souris ob/ob, respectivement. Nos résultats montrent que le DT1 entraine une hyperphosphorylation progressive de Tau qui commence à être détectée même en absence de toute dérégulation dans le métabolisme du glucose. De plus, cette hyperphosphorylation est plus prononcée en présence des caractéristiques du DT1 (hyperglycémie et glycosurie) et encore plus amplifiée en présence de l’hypothermie. D’une manière intéressante, nos résultats suggèrent que l’hyperphosphorylation de Tau chez ces souris corrèle avec une dérégulation de PP2A (protein phosphatase 2A), l’une des phosphatases les plus importantes de Tau in vivo. Quant au DT2, nos résultats montrent une hyperphosphorylation de Tau chez les souris ob/ob à 4 et 26 semaines, au niveau de plusieurs sites spécifiques. De plus, ces souris développent une hypothermie modérée, mais le rétablissement de la normothermie ne restaure pas les niveaux de phosphorylation de Tau, ce qui suggère que cette hyperphosphorylation serait plutôt la conséquence des composantes du DT2, et non pas de l’hypothermie qui en résulte. D’une manière intéressante, nos résultats ne montrent pas de dérégulation au niveau des protéines impliquées dans la voie de signalisation de l’insuline, suggérant par conséquent que, d’autres facteurs, probablement associés à l’obésité, pourraient contribuer à l’hyperphosphorylation de Tau dans le DT2. La compréhension des mécanismes qui sous-tendent la corrélation entre la dysfonction de l’insuline et la pathologie Tau aidera par la suite à trouver de nouvelles cibles thérapeutiques visant à contrôler la progression de la maladie. / Alzheimer’s disease (AD) is the leading form of dementia. There is actually no cure for AD, but even a treatment that would slow down the progression of the disease by 5 or 10 years will have a tremendous socio-economic impact for Canada. The neuropathological hallmarks of Alzheimer's disease include senile plaques of -amyloid (A) peptides (a cleavage product of the amyloid precursor protein, or APP), and neurofibrillary tangles (NFT) of hyperphosphorylated Tau protein assembled in paired helical filaments (PHF). NFT pathology is important since it correlates with the degree of cognitive impairment in AD. Only a small proportion of AD is due to genetic variants, the large majority of cases (~99%) is late onset and sporadic in origin. The cause of sporadic AD is likely to be multifactorial, with external factors interacting with biological or genetic susceptibilities to accelerate the manifestation of the disease. Diabetes mellitus (DM) might be such factor, as there is extensive data from epidemiological studies suggesting that DM is associated with an increased relative risk for AD. Type 1 diabetes (T1DM) and type 2 diabetes (T2DM) are known to affect multiple cognitive functions in patients. However, the consequences of both type of diabetes on AD pathology are not well understood. The challenge is therefore to better understand the mechanisms of AD pathology and how they are affected by factors such as diabetes. The overall goal of this project is therefore to clarify the impacts that diabetes have on Tau protein pathogenesis, in two well-characterized mouse models of T1DM and T2DM: NOD (non-obese diabetic) and ob/ob mice, respectively. Our data suggest that spontaneous T1DM provokes a progressive Tau hyperphosphorylation that begin to be detectable in adult mice even during the non-diabetic stage, where there is no apparent deregulation of glucose metabolism. We further show that Tau phosphorylation is greatly exacerbated in the presence of principal T1DM features, notably hyperglycemia and glycosuria, and further amplified by hypothermia. Finally, we demonstrate that Tau hyperphosphorylation during T1DM is likely attributable to a deregulation in PP2A (protein phosphatase 2A), the major Tau phosphatase in vivo. Furthermore, we show that ob/ob male mice aged 4 and 26 weeks present Tau hyperphosphorylation at specific sites, but also have mild hypothermia. However, restoring normothermia did not rescue Tau hyperphosphorylation to control levels. These data indicate that Tau hyperphosphorylation accompanies major features of T2DM. Interestingly, we did not observe any deregulation in the proteins implicated in the insulin-signaling pathway, suggesting that other obesity-associated factors, contribute to Tau phosphorylation in ob/ob mice. In turn, this understanding will help the development of treatments or life-style strategies destined to check the advance of the disease.

Le rôle de la sérotonine (5-hydroxytryptamine, 5-HT) dans la maladie de Parkinson (MP), et dans des complications motrices induites par son traitement pharmacologique appelées dyskinésies induites par la lévodopa (DIL)s n'est pas bien compris. Cette thèse traite principalement de l'implication des récepteurs 5-HT dans la MP et les DILs chez l'homme et chez le singe MPTP, le meilleur modèle animal de la MP, afin de développer de meilleurs traitements pharmacologiques. Ces recherches peuvent être divisées en quatre parties: 1) Evaluation du récepteur 5-HT₂A par autoradiographie avec la [³H] kétansérine chez des singes contrôles, chez des singes lésés avec le MPTP, chez des singes dyskinétiques traités avec la lévodopa et chez des singes nondyskinétiques traités avec la Lévodopa + cabergoline, un agoniste de récepteur D₂ de longue durée d'action, ou avec CI- 1041, un antagoniste glutamatergique des sous-unité NR₁A/₂B de l'acide N-méthyle-Daspartate (NMDA). 2) Évaluation du récepteur 5-HT₁A par autoradiographie avec le radioligand [³H] 8-OH-DPAT chez des singes lésés avec le MPTP, chez des singes dyskinétiques traités avec la lévodopa et chez des singes faiblement dyskinétiques traités avec la Lévodopa + Ro 61-8048, un inhibiteur de la kynurénine hydroxylase. 3) Évaluation des récepteurs 5-HT₁B par autoradiographie avec le radioligand [³H] GR 125743 chez les mêmes groupes d'animaux que ceux utilisés dans la partie 2. 4) Évaluation des axones 5- HT et de leurs varicosités visualisées par immunohistochimie avec un anticorps dirigé contre le transporteur de 5-HT (SERT) dans le noyau sous-thalamique (NST) chez des patients parkinsoniens et leurs contrôles afin de caractériser l'altération de la distribution régionale de l'innervation 5-HT de cette composante clé des ganglions de la base chez les patients parkinsoniens. Nos résultats ont démontré que le traitement à la Lévodopa augmente la liaison spécifique du récepteur 5-HT₂A dans le noyau caudé et le gyrus antérieur du cortex cingulaire (AcgG), la liaison spécifique du récepteur 5-HT₁A dans le cortex et l'hippocampe et la liaison spécifique du récepteurs 5-HT₁B dans la substance noire pars reticulata, le noyau caudé, le putamen antérieur et le globus pallidus tandis que cette augmentation n'est pas présente chez des singes nondyskinétiques traités à la lévodopa et à la cabergoline ou avec CI-1041 ou avec Ro 61-8048. Une diminution de la liaison spécifique du récepteur 5-HT₁A dans le cortex frontal et une augmentation la liaison spécifique du récepteur 5-HT₁B dans la substance noire pars reticulata chez des singes 11 MPTP ont été observées par rapport aux contrôles. Par ailleurs, une diminution du nombre de varicosités SERT + a été observée dans le NST chez les patients parkinsoniens par rapport aux contrôles et dans le NST chez le patient dyskinétique par rapport à un patient nondyskinétique. Dans l'ensemble, ces résultats fournissent la première description détaillée de l'altération du système sérotoninergique associée à la MP et à la prévention des DILs chez les primates humains et non-humains, en soutenant fortement son implication dans la MP et les DILs.

Objectifs : Comparer l’efficacité et l'aspect sécuritaire de la rivastigmine sous forme orale et transdermique destinée au traitement des symptômes liés aux instabilités posturales de patients atteints de la démence de la maladie de Parkinson (PDD) et qui sont des candidats pour un inhibiteur de l’acétylcholinestérase. La principale variable de l'étude était le changement de vitesse moyenne du centre de pression (CoP) en position debout après 6 mois de traitement. Les variables secondaires étaient les paramètres structuraux de posturographie dynamique, des échelles d’évaluation cliniques et les effets secondaires nécessitant une réduction de la dose. Méthodes: Des patients avec PDD ont été randomisé dans un ratio de 1 :1 impliquant une prise de rivastigmine orale ou transdermique avec des doses cibles de 6 mg deux fois par jour et 9,5 mg/10 cm2 par jour, respectivement. Les variables dépendantes ont été comparées au départ de l’étude et après 6 mois (comparaisons intra-groupes), de même qu'entre les groupes. Résultats: Dix-neuf patients ont complété l’étude (n=8 orale; n=11 transdermique). Des doses quotidiennes moyennes de 9,4 mg (± 1,5 mg) et 16,4 mg (± 3,6 mg) ont été administrées aux groupes oral et transdermique, respectivement. Le groupe transdermique a démontré une réduction significative de la vitesse moyenne du CoP de 15.8% (timbre: p=0,02; orale: réduction de 10,0%, p=0,16) lors de la condition d'équilibre la plus difficile (yeux fermés en maintenant l'équilibre sur une plateforme mobile synchronisée avec les déplacements du corps). Aucune différence n’a été trouvée entre les groupes (p=0,27). Concernant les paramètres structuraux, des améliorations significatives ont été observées au niveau de la durée moyenne des pics de stabilité de l'équilibre (timbre) et de la distance entre les pics de stabilité (orale) dans la condition d'équilibre la plus difficile. Aucun changement n’a été observé par rapport aux échelles cliniques. Six patients ont eu des effets secondaires mineurs nécessitant une réduction de dose (n=5 orale; n=1 transdermique). Conclusions: La rivastigmine pourrait améliorer certains éléments du contrôle postural de patients atteints de PDD, notamment la vitesse moyenne du CoP en position debout. Les bienfaits sont plus évidents sous les conditions qui challengent davantage l'équilibre. / Objectives: To compare the efficacy and safety of oral and transdermal rivastigmine for postural instability in patients with Parkinson’s disease dementia (PDD) who were candidates for a cholinesterase inhibitor. The primary outcome was the change in mean velocity of the centre of pressure (CoP) after 6 months. Secondary outcomes included structural parameters of dynamic posturography, clinical rating scales and adverse events requiring dose reduction. Methods: Patients with PDD were randomized in a 1:1 ratio to oral or transdermal rivastigmine with target doses of 6 mg twice daily and 9.5 mg/10 cm2 daily, respectively. Outcomes were assessed at baseline and 6 months. Results were compared within and between groups. Results: Nineteen patients completed the study (n=8 oral, n=11 transdermal). Mean daily doses of 9.4 mg (± 1.5 mg) and 16.4 mg (± 3.6 mg) were achieved in the oral and transdermal groups, respectively. The transdermal group demonstrated a significant 15.8% decrease in mean velocity of CoP (patch: p <0.05; oral: 10.0% decrease, p=0.16) in the most difficult scenario (eyes closed with sway-referenced support). There was no difference between groups (p=0.27). For structural parameters, significant improvements were seen in the mean duration of peaks (patch) and inter-peak distance (oral) in the most difficult condition. No changes were observed in clinical rating scales. Six patients experienced non-serious adverse events requiring dose reduction (n= 5 oral; n=1 transdermal). Conclusions: Rivastigmine may improve certain elements of postural control, notably the mean velocity of CoP. Benefits appear to be more obvious under more taxing sensory conditions.

L’Ataxie de Friedreich est une maladie génétique rare et grave, associant une neurodégénérescence, une cardiomyopathie et un diabète. Elle est causée par une réduction drastique d’une protéine mitochondriale appelée frataxine. L’approche de notre laboratoire sera donc de développer sur des cellules en culture et dans un modèle animal une thérapie moléculaire qui aura pour but de fournir aux cellules une protéine frataxine recombinante et réduire si possible les symptômes de la maladie. Afin de permettre la transduction de la frataxine, nous l'avons fusionné à un domaine de transduction protéique (Cell Penetrating Peptides, CPP) comme Tat ou Pep-1. Ces peptides sont bien connus pour leur capacité d’acheminer, dans les cellules, les protéines auxquelles ils sont fusionnés par des vésicules d’endocytose, mais également d’être libérées de ces derniers pour participer au métabolisme de la cellule. Des observations préliminaires obtenues, nous concluons que les protéines Tat-Frataxine et Pep-1-Frataxine assurent in vitro et in vivo la viabilité des cellules déficientes en frataxine endogène. / Friedreich Ataxia is a rare and serious genetic disease involving neurodegeneration, cardiomyopathy and diabetes. It is caused by a drastic reduction of a mitochondrial protein called frataxin. The approach of the laboratory will be to develop on in vitro cells and in vivo mice models, a molecular therapy that will aim to provide the cells with a recombinant protein frataxin and if possible reduce the symptoms of the disease. To enable transduction of frataxin, we fused it to a protein transduction domain (Cell Penetrating Peptides, CPP), Tat or Pep-1. These peptides are well known for their ability to allow the penetration into the cells of the proteins to which they are fused through endocytosis vesicles, but also to be released from these vesicles to take part in the cell metabolism. Preliminary observations led us to conclude that the Tat-Frataxin and Pep-1-Frataxin protein enhance in vitro and in vivo the viability of cells deficient in endogenous frataxin.

La maladie osseuse de Paget (MOP) est la deuxième maladie osseuse la plus fréquente après l'ostéoporose. Elle touche environ 3% de la population caucasienne après l'âge de 55 ans. La mutation p.Pro392Leu dans le gène appelé SQSTM1, liée à la MOP a été identifiée chez la moitié des formes familiales dans la population canadienne-française avec une transmission selon un mode autosomique dominant. Toutefois cette mutation n'explique pas complètement la maladie, notamment le phénotype cellulaire des ostéoclastes. Les objectifs de cette thèse étaient de mieux comprendre l'hétérogénéité clinique et moléculaire de la MOP, en étudiant les facteurs précoces contribuant au développement des phénotypes clinique et cellulaire de la MOP chez les apparentés porteurs de la mutation p.Pro392Leu, en recherchant un second gène modificateur de la mutation p.Pro392Leu dans certaines familles de notre cohorte et en étudiant l'effet modulateur de miR-16 sur l'expression du gène SQSTM1. Nous avons examiné les données des descendants adultes porteurs de la mutation p.Pro392Leu âgés de <90 ans et leurs parents atteints. Les caractéristiques cliniques des parents comprenaient le sexe, l'âge au diagnostic, le nombre d'os affectés, les taux de phosphatase alcaline totale sérique (tALPs). L'évaluation du phénotype pagétique chez les descendants à l'inclusion entre 1996 et 2009 comprenait le dosage des tALPs, la scintigraphie osseuse et les radiographies du crâne et du bassin. Une réévaluation approfondie du phénotype de ces descendants par imagerie osseuse et dosage des marqueurs biochimiques a été effectuée entre 2016 et 2018. Le séquençage de l'exome entier a été effectué en utilisant un HiSeq 2500 chez quatre patients de deux familles différentes avec la MOP non porteurs d'aucune mutation dans le gène SQSTM1. Le phénotype clinique a été défini par l'âge au diagnostic, le taux de tALPs, le nombre d'os atteints chez les patients porteurs de la mutation p. Pro392Leu et / ou du variant p.Val45Ile dans deux familles (n = 14 participants). Les quantifications de miR-16 et de SQSTM1 ont été effectuées respectivement dans le plasma (97 participants) et dans le sang total (83 participants) par RT-PCR quantitative chez des patients pagétiques avec ou sans la mutation p.Pro392Leu, des porteurs sains de cette mutation et des témoins sains non mutés. L'expression de miR-16 a été corrélée avec l'expression de SQSTM1 et des associations avec l'âge au diagnostic, le sexe, le taux de tALPs ainsi que le nombre d'os atteints ont été recherchées. L'impact du variant p.Val45Ile sur le phénotype ostéoclastique (ostéoclastogenèse, nombre de noyaux par ostéoclaste et résorption osseuse) a été évalué par différenciation in vitro des monocytes du sang périphérique en ostéoclastes matures avec du RANKL et hMCSF pendant 21 jours, chez des patients atteints de MOP porteurs d'un et/ou l'autre variant génétique, des porteurs sains de ces variants, des patients pagétiques non mutés et des témoins sains non mutés. Le phénotypage clinique complet pour rechercher une MOP asymptomatique chez 36 descendants sains porteurs de la mutation p.Pro392Leu a montré que parmi les 36 descendants avec un phénotype mis à jour, quatre d'entre eux ont développé un phénotype clinique de la MOP caractérisé par une hyperfixation monostotique ou polyostotique associée à des lésions radiographiques typiques dans les sites affectés, représentant une incidence de 1,83 par 1000 personnes-année. De plus, l'âge au diagnostic de la MOP a été retardé de 10 ans en moyenne chez les descendants adultes porteurs de la mutation p.Pro392Leu par rapport à leurs parents affectés. Nos résultats soutiennent l'utilité d'une surveillance régulière des adultes porteurs de cette mutation. L'effet modulateur de miR-16 sur l'expression du gène SQSTM1 par quantification de l'expression génique a conduit à une une corrélation négative non significative de l'expression du gène SQSTM1 par miR-16 chez les participants porteurs de la mutation p.Pro392Leu, chez les patients mutés et non mutés mais pas chez les contrôles sains (-0.17103, -0.11583 vs 0.05624, NS). Ce résultat suggère un rôle possible de miR-16 comme modificateur épigénétique dans la MOP. Une analyse de l'exome entier chez deux de nos grandes familles avec hérédité digénique a permis d'identifier un nouveau variant p.Val45Ile dans le gène DOCK6 qui pourrait être un gène modificateur de la mutation p.Pro392Leu. Ce variant rare p.Val45Ile pourrait atténuer la sévérité du phénotype clinique de la MOP causée par la mutation du gène SQSTM1 lorsque les deux variants sont portés parle même patient. Par contre, ce nouveau variant seul est suffisant pour donner lieu à un phénotype ostéoclastique pagétique mais ce dernier est moins sévère que celui observé avec la mutation p.Pro392Leu seule. Ce projet de thèse contribue ainsi à une meilleure compréhension des mécanismes physiopathologiques de la MOP qui pourraient conduire à une meilleure prise en charge clinique des patients avec la MOP et à l'identification de nouvelles possibilités diagnostiques ou thérapeutiques, notamment pour réguler le remodelage osseux. / Paget's disease of bone (PDB) is the second most common bone disease after osteoporosis. It affects approximately 3% of the Caucasian population after the age of 55 years old. The p.Pro392Leu mutation in the gene called SQSTM1, linked to PDB has been identified in half of the familial forms in the French-Canadian population with an autosomal dominant mode of inheritance. However, this mutation does not fully explain the disease, in particular the cellular phenotype of osteoclasts. The objectives of this study were to better understand the clinical and molecular heterogeneity of PDB, by studying the early factors contributing to the development of the clinical phenotype of PDB in relative carriers of the p.Pro392Leu mutation, by looking for a second modifier gene of p.Pro392Leu mutation in some families in our cohort and by studying the modulating effect of miR-16 on the expression of the SQSTM1 gene. We reviewed research records from adult offspring carriers of the p.Pro392Leu mutation aged <90 years and their affected parent. In parents, we collected data on sex, age at diagnosis, number of affected bones, total serum alkaline phosphatase levels (tALPs). PDB extended phenotype assessment relying on tALPs, total body bone scan and skull and pelvis radiographs, was performed in offspring at inclusion in 1996 to 2009. An extended phenotype reassessment of these offspring by bone imaging and biochemical markers assay was carried out between 2016 and 2018. The quantification of miR-16 and SQSTM1 was carried out respectively in plasma (97 participants) and in whole blood (83 participants) by quantitative RT-PCR in carriers of the p.Pro392Leu mutation (patients with PDB or healthy carriers), in not mutated patients with PDB and healthy controls not mutated. MiR-16 expression was correlated with SQSTM1 gene expression and associations with age at diagnosis, sex, tALPs and the number of affected bones were searched. Whole exome sequencing was performed using a HiSeq 2500 with the Agilent XT protocol on four patients from two different families with PDB not carriers of any SQSTM1 mutation in which at least one other sibling with PDB was carrier of the p.Pro392Leu mutation. The clinical phenotype was defined by the age at diagnosis, tALPs level, number of affected bones in patients carrying the p.Pro392Leu and/or p.Val45Ile variant in two families (n=14 participants). The impact of the p.Val45Ile variant on the osteoclastic phenotype (osteoclastogenesis, number of nuclei per osteoclast and bone resorption) was evaluated by in vitro differentiation of monocytes from peripheral blood into mature osteoclasts with RANKL and hMCSF for 21 days, in pagetic patient carriers of one and/or two variants, healthy carriers of these variants, pagetic patients not mutated and healthy controls not mutated. The complete clinical phenotyping to search for asymptomatic PDB in 36 healthy offspring carriers of the p.Pro392Leu mutation showed that among the 36 offspring with an updated phenotype, four of them developed a clinical phenotype of PDB characterized by monostotic or polyostotic increased bone uptake associated with typical radiographic lesions in the affected sites, representing an incidence of 1.83 per 1000 person-years. Moreover, the age at PDB diagnosis was delayed by 10 years in average in the adult offspring carriers the p.Pro392Leu mutation versus their affected parents. Our findings support the utility of a regular monitoring of the adult healthy offspring carriers of this mutation. The modulating effect of miR-16 on the expression of the SQSTM1 gene by gene expression quantification led a non significant negative correlation of the expression of the SQSTM1 gene by miR-16 in participant carriers of the p.Pro392Leu mutation, in patients mutated and not mutated but not in healthy controls (-0.17103, -0.11583 vs 0.05624, NS). This result suggests a possible role for miR-16 as an epigenetic modifier in PDB. An analysis of the whole exome in two of our large families with digenic inheritance allowed us to identify a new variant p.Val45Ile in the DOCK6 gene which could be a modifier gene for the p.Pro392Leu mutation. This rare variant p.Val45Ile could reduce the severity of the clinical phenotype of PDB caused by the mutation in the SQSTM1 gene when the two variants are carried by the same patient. On the other hand, this new variant alone gives rise to a pagetic osteoclastic phenotype but less severe than the one observed with the p.Pro392Leu mutation alone. This thesis project thus provided a better understanding of the pathophysiological mechanisms of PDB which could lead to better clinical management of patients with PDB and to the identification of new diagnostic or therapeutic possibilities, to regulate bone remodeling.

Montréal Trigonix inc. 2018