L’obstruction nasale chronique (ONC) est un symptôme banal qui révèle de nombreuses pathologies rhinologiques ostéo-cartilagineuses et/ou muqueuses. Les explorations de l’ONC aident à la démarche diagnostique et permettent d’évaluer le retentissement de l’ONC sur la muqueuse nasale.Afin de répondre aux problèmes que je rencontre dans ma pratique clinique en rhinologie, j’ai orienté mes travaux de recherche vers le développement de nouveaux outils d’exploration des pathologies nasales obstructives :1. A l’échelle tissulaire, dans le cadre des rhinites chroniques, en particulier le dysfonctionnement nasal neurovégétatif qui restait un diagnostic d’élimination. J’ai montré que la compliance nasale, mesurée par rhinométrie acoustique, est perturbée dans les deux causes les plus fréquentes de rhinite chronique, d’une part, et est utile au diagnostic de dysfonctionnement nasal neurovégétatif, d’autre part.2. A l’échelle cellulaire, en m’intéressant à la cellule ciliée de l’épithélium respiratoire. J’ai étudié les avantages et les limites de l’étude ciliaire par microscopie électronique à transmission pour le diagnostic de dyskinésie ciliaire primitive. A l’aide de la vidéomicroscopie numérique à haute vitesse, j’ai développé des paramètres objectifs permettant de caractériser précisément le battement ciliaire. J’ai montré que ces paramètres étaient utiles pour le diagnostic de dyskinésie ciliaire primitive, pour étudier les cils respiratoires au cours de l’amaurose congénitale de Leber ou pour étudier le rôle de la protéine BUG22 dans le battement ciliaire de la paramécie. / Chronic nasal obstruction (CNO) is a common symptom and corresponds to diseases affecting bones, cartilages and/or mucosa of the nose. Objective monitoring of nasal patency is useful for identifying the etiology of CNO and for evaluating its effects on the mucosa.My research is guided by the numerous challenges encountered through my clinical practice of rhinology. I have developed new objective tools for exploring obstructive nasal diseases:1. At tissue level, I focused on chronic rhinitis, especially the neurovegetative nasal dysfunction which remained a diagnosis of exclusion so far. Using acoustic rhinometry, I have shown that the nasal compliance was abnormal in the two most common causes of chronic rhinitis and was a useful measure for the diagnosis of neurovegetative nasal dysfunction.2. At cell level, I focused on the ciliated cell of the respiratory epithelium. I studied the advantages and limits of transmission electron microscopy analysis of cilia for the diagnosis of primary ciliary dyskinesia. Using digital high-speed videomicroscopy, I have established objective parameters that precisely characterize ciliary beating. I have shown that these parameters were useful for diagnosing primary ciliary dyskinesia, for studying respiratory cilia of patients affected by Leber congenital amaurosis or for studying the role of BUG22 protein in ciliary beating of paramecia.

Le syndrome de Joubert est une maladie récessive caractérisée par une malformation congénitale distincte du tronc cérébral et du cervelet, associée à une anomalie des mouvements oculaires (apraxie oculomotrice), une respiration irrégulière, un retard de développement, et une ataxie à la démarche. Au cours de la dernière décennie, plus de 20 gènes responsables ont été identifiés, tous ayant un rôle important dans la structure et la fonction des cils primaires. Ainsi, le syndrome de Joubert est considéré une ciliopathie. Bien que le Syndrome de Joubert ait été décrit pour la première fois dans une famille canadienne-française en 1969, le(s) gène(s) causal demeurait inconnu dans presque tous les cas de syndrome de Joubert recensés en 2010 dans la population canadienne-française, soit début de mon projet doctoral. Nous avons identifié un total de 43 individus canadiens-français (35 familles) atteints du syndrome de Joubert. Il y avait un regroupement de familles dans la région du Bas-Saint-Laurent de la province de Québec, suggérant la présence d'un effet fondateur. L’objectif de ce projet était de caractériser la génétique du syndrome de Joubert dans la population canadienne-française. Notre hypothèse était qu’il existait un effet fondateur impliquant au moins un nouveau gène JBTS. Ainsi, dans un premier temps, nous avons utilisé une approche de cartographie par homozygotie. Cependant, nous n’avons pas identifié de région d’homozygotie partagée parmi les individus atteints, suggérant la présence d’une hétérogénéité génétique ou allélique. Nous avons donc utilisé le séquençage exomique chez nos patients, ce qui représente une approche plus puissante pour l’étude de conditions génétiquement hétérogènes. Nos travaux ont permis l’identification de deux nouveaux gènes responsables du syndrome de Joubert: C5orf42 et TMEM231. Bien que la localisation cellulaire et la fonction de C5orf42 soient inconnus au moment de cette découverte, nos résultats génétiques combinés avec des études ultérieures ont établi un rôle important de C5orf42 dans la structure et la fonction ciliaire, en particulier dans la zone de transition, qui est une zone de transition entre le cil et le reste de la cellule. TMEM231 avait déjà un rôle établi dans la zone de transition ciliaire et son interaction avec d’autres protéines impliquées dans le syndrome de Joubert était connu. Nos études ont également identifié des variants rares délétères chez un patient JBTS dans le gène ciliaire CEP104. Nous proposons donc CEP104 comme un gène candidat JBTS. Nous avons identifié des mutations causales dans 10 gènes, y compris des mutations dans CC2D2A dans 9 familles et NPHP1 dans 3 familles. Au total, nous avons identifié les mutations causales définitives chez 32 des 35 familles étudiées (91% des cas). Nous avons documenté un effet fondateur complexe dans la population canadienne-française avec de multiples mutations récurrentes dans quatre gènes différents (C5orf42, CC2D2A, TMEM231, NPHP1). Au début de ce projet de recherche, l’étiologie génétique était inconnue chez les 35 familles touchées du syndrome de Joubert. Maintenant, un diagnostique moléculaire définitif est identifié chez 32 familles, et probable chez les 3 autres. Nos travaux ont abouti à la caractérisation génétique du syndrome de Joubert dans la population canadienne-française grâce au séquençage exomique, et révèlent la présence d'un effet fondateur complexe avec une l'hétérogénéité allélique et intralocus importante. Ces découvertes ont éclairé la physiologie de cette maladie. Finalement, l’identification des gènes responsables ouvre de nouvelles perspectives diagnostiques ante-natales, et de conseils génétique, très précieuses pour les familles. / Joubert syndrome (JBTS) is a primarily autosomal recessive disorder characterized by a distinctive mid-hindbrain/cerebellum malformation, eye movement abnormalities (oculomotor apraxia), irregular breathing, developmental delay, and ataxia. Over the past decade, over 20 causal genes have been identified, all of which have an important role in the structure and function of the primary cilia. Thus, JBTS joins an expanding category of diseases termed “ciliopathies”. Though JBTS was first described in affected siblings of a French Canadian (FC) family in 1969, the underlying genesis basis of the disorder was unknown in the overwhelming majority of FC cases at the onset of this doctoral project in 2010. We identified a total of 43 FC individuals with JBTS from 35 families. We observed a clustering of the affected families in the Lower Saint-Lawrence region of the province of Quebec, suggesting the presence of a founder effect. The aim of this doctoral project was to characterize the genetic landscape of JBTS in the FC population, and we hypothesized the presence of a founder effect in novel JBTS gene(s). Therefore, we initially used a homozygosity mapping approach. However, we did not identify any shared regions of homozygosity amongst affected individuals, suggesting the presence of genetic and/or allelic heterogeneity. We therefore primarily used a whole exome sequencing approach in our JBTS patients, a strategy that is better suited for the study of genetically heterogeneous conditions. Our work has resulted in the identification of two novel JBTS genes: C5orf42 and TMEM231. In total, we have identified causal mutations in C5orf42 in 14 families (including the original JBTS family described in 1969), and TMEM231 in 2 families. Though the function and cellular localization of C5orf42 was not known at the time of the publication of our manuscript, our genetic findings combined with subsequent animal and cellular work establish the important role of C5orf42 in ciliary structure and function, particularly at the ciliary transition zone. TMEM231 had been previously shown to localize to the ciliary transition zone and interact with several JBTS gene products. We also identified deleterious rare variants in one JBTS patient in the ciliary gene CEP104, implicating CEP104 as a strong candidate JBTS gene. We identified causal mutations in 10 JBTS genes, including CC2D2A in 9 families and NPHP1 in 3 families. Definite causal mutations were identified in 32 of 35 families (91% of cases). We documented a complex founder effect in the FC population with multiple recurrent mutations in 4 different genes (C5orf42, CC2D2A, TMEM231, NPHP1). Prior to the start of this research endeavor, the underlying genetic etiology of Joubert syndrome was unknown in all 35 families. Now, a definite molecular diagnosis has been identified in 32 families, and a probable molecular diagnosis in the remaining 3. Therefore, our work has resulted in the unraveling of the genetic basis of JBTS in the French-Canadian population using WES, and reveals the presence of a complex founder effect with substantial locus and allelic heterogeneity.

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

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L’interleukine 6 (IL-6) est une cytokine qui joue un rôle essentiel dans l’inflammation. Son récepteur (IL-6R) est composé de la chaîne non signalétique IL-6Rα et de la chaîne transductrice du signal gp130, commune aux cytokines de la famille IL-6. La liaison de l’IL-6 à son récepteur permet l’activation de plusieurs voies de signalisation, notamment des voies Jak/STAT1 et préférentiellement Jak/STAT3. De façon complémentaire, nous avons démontré que l’IL-6 est capable d’activer la voie Jak/STAT5 dans les lymphocytes T CD4. L’activation de cette voie de signalisation pourrait être impliquée dans le rétrocontrôle des effets pro-inflammatoires de l’IL-6 sur les cellules T CD4. Le facteur neurotrophique ciliaire (CNTF) et la « cardiotrophin-like cytokine/cytokine-like factor 1 » (CLC/CLF) sont deux cytokines de la famille de l’IL-6 qui signalent à travers un récepteur commun, le récepteur au CNTF (CNTFR), composé du CNTFRα, « leukaemia inhibitory factor receptor β » (LIFRβ) et gp130. Toutes deux exercent des actions au niveau du système immunitaire, or la chaîne CNTFRα de leur récepteur n’y est pas exprimée. Il a été montré que le CNTFR humain peut également activer un récepteur formé des sous-unités IL-6Rα, LIFRβ et gp130. Nous avons comparé les effets du CNTF et du CLC/CLF de souris sur des transfectants exprimant LIFRβ et gp130 et les chaines α connues de la famille IL-6 (IL-6Rα, IL-11Rβ et CNTFRα). Nos résultats indiquent que le CNTF de souris, comme le CNTF humain est capable d’activer un récepteur formé de l’IL-6Rα, LIFRβ et gp130. Toutefois cette propriété n’est pas partagée par CLC/CLF et le récepteur impliqué dans les effets de cette cytokine sur le système immunitaire reste donc à identifier. L’IL-27 appartient à la famille de l’IL-6 composée d’une sous-unité cytokinique, p28, associée à un récepteur soluble « l’Epstein-Barr virus-induced gene 3» (EBI3). La sous-unité p28 peut s’associer avec le récepteur soluble CLF pour former une cytokine capable d’activer les lymphocytes T. Dans le but de caractériser cette cytokine, nous avons montré que p28/CLF agit aussi sur les lymphocytes B et permet leur différenciation en plasmocytes. Le partage de l’IL-6R par l’IL-6 et p28/CLF semble être à l’origine de la similarité des effets de ces deux cytokines. De plus, nous avons observé des effets semblables à ceux de l’IL-6 suite à l’association de la sous-unité p28 seule avec la chaîne IL-6Rα. En effet, afin de mieux caractériser la cytokine p28/CLF, nous avons étudié les effets dus au recrutement de la chaîne IL-6Rα par la sous-unité p28. Les cytokines de la famille de l’IL-6 sont composées de quatre hélices α disposées de façon anti-parallèle deux à deux. La sous-unité p28 possède, au niveau d’une boucle reliant deux hélices α, un motif de plusieurs acides glutamiques consécutifs (motif polyE) qui n’est retrouvé dans aucune autre cytokine de cette famille. Nous avons démontré que ce motif est impliqué dans la liaison de cette sous-unité avec l’hydroxyapatite et l’os. Cette caractéristique de p28 pourrait permettre un ciblage de l’IL-27 (p28/EBI3) et de p28/CLF préférentiellement vers la niche endostéale des cellules souches et des cellules immunitaires. / Interleukin 6 (IL-6) is a well known cytokine, characterized for its essential function in inflammation. IL-6 receptor (IL-6R) is composed of IL-6Rα, an unsignalling chain, associated with the signaling transducing chain gp130. This glycoprotein is shared by all IL-6 family cytokines. After binding with its receptor, IL-6 preferentially induces the activation of the Jak/STAT3 pathway but can also activate the Jak/STAT1 pathway. Unexpectedly we demonstrated that IL-6 can activate the Jak/STAT5 pathway in CD4 T cells. This STAT5 could act as negative feedback mechanism in response to the pro-inflammatory effects induced by an excess of IL-6. Ciliary neurotrophic factor (CNTF) and cardiotrophin-like cytokine (CLC/CLF) both belong to the IL-6 cytokine family and share the same receptor, the CNTF receptor (CNTFR). CNTFR is composed of CNTFRα, leukaemia inhibitory factor receptor β (LIFRβ) and the glycoprotein gp130. Interestingly, the CNTFRα chain is not expressed by immune cells even though CNTF and CLC/CLF are active on these cells. These effects can be due to the formation of a complex between cytokine and CNTFRα, which can be shedded. This complex can then activate cells expressing only gp130 and LIFRβ. In human, it has been demonstrated that the CNTFRα chain can be substitute with IL-6Rα. Here, we compare mouse CNTF- and CLC/CLF-induced effects in transfected cells expressing LIFRβ, gp130 and different α chains belonging to the IL-6 family (IL-6Rα, IL-11Rα or CNTFRα). Our data demonstrate that like human CNTF, mouse CNTF is able to activate a receptor comprising of IL-6Rα, gp130 and LIFRβ. However, this property is not shared with CLC/CLF. Therefore, second receptor for this cytokine within the immune system still remains to be identify. Interleukin 27 (IL-27) belongs to the IL-6 cytokine family and is composed of the cytokine subunit p28 associated with a soluble receptor chain Epstein-Barr virus-induced gene 3 (EBI3). We demonstrate that the p28 subunit can bind the soluble receptor CLF to form a new dimeric cytokine named p28/CLF. This cytokine is active on T cells and our study demonstrates its activity on B cells. Our results show that p28/CLF sustains plasma cell differentiation. Those IL-6-like properties can be explained by the use of a common receptor, IL-6R. Moreover, our findings demonstrate that p28 has IL-6-like properties when associated with IL-6Rα. In order to better characterize p28/CLF, we next studied effects of to the recruitment of the IL-6Rα chain by p28 subunit. Cytokines belonging to the IL-6 family share a structural particularity by forming a four helix bundle cytokines family. The p28 subunit uniquely expresses a motif composed of a dozen of glutamic acids (polyE motif). We demonstrate that this motif permits p28 binding to hydroxyapatite and bone matrix. This observation could allow a preferential targeting to bone of IL-27 (p28/EBI3) and p28/CLF, and specifically a targeting of stem or immune cells to endosteal niches.

L’interleukine 6 (IL-6) est une cytokine qui joue un rôle essentiel dans l’inflammation. Son récepteur (IL-6R) est composé de la chaîne non signalétique IL-6Rα et de la chaîne transductrice du signal gp130, commune aux cytokines de la famille IL-6. La liaison de l’IL-6 à son récepteur permet l’activation de plusieurs voies de signalisation, notamment des voies Jak/STAT1 et préférentiellement Jak/STAT3. De façon complémentaire, nous avons démontré que l’IL-6 est capable d’activer la voie Jak/STAT5 dans les lymphocytes T CD4. L’activation de cette voie de signalisation pourrait être impliquée dans le rétrocontrôle des effets pro-inflammatoires de l’IL-6 sur les cellules T CD4. Le facteur neurotrophique ciliaire (CNTF) et la « cardiotrophin-like cytokine/cytokine-like factor 1 » (CLC/CLF) sont deux cytokines de la famille de l’IL-6 qui signalent à travers un récepteur commun, le récepteur au CNTF (CNTFR), composé du CNTFRα, « leukaemia inhibitory factor receptor β » (LIFRβ) et gp130. Toutes deux exercent des actions au niveau du système immunitaire, or la chaîne CNTFRα de leur récepteur n’y est pas exprimée. Il a été montré que le CNTFR humain peut également activer un récepteur formé des sous-unités IL-6Rα, LIFRβ et gp130. Nous avons comparé les effets du CNTF et du CLC/CLF de souris sur des transfectants exprimant LIFRβ et gp130 et les chaines α connues de la famille IL-6 (IL-6Rα, IL-11Rβ et CNTFRα). Nos résultats indiquent que le CNTF de souris, comme le CNTF humain est capable d’activer un récepteur formé de l’IL-6Rα, LIFRβ et gp130. Toutefois cette propriété n’est pas partagée par CLC/CLF et le récepteur impliqué dans les effets de cette cytokine sur le système immunitaire reste donc à identifier. L’IL-27 appartient à la famille de l’IL-6 composée d’une sous-unité cytokinique, p28, associée à un récepteur soluble « l’Epstein-Barr virus-induced gene 3» (EBI3). La sous-unité p28 peut s’associer avec le récepteur soluble CLF pour former une cytokine capable d’activer les lymphocytes T. Dans le but de caractériser cette cytokine, nous avons montré que p28/CLF agit aussi sur les lymphocytes B et permet leur différenciation en plasmocytes. Le partage de l’IL-6R par l’IL-6 et p28/CLF semble être à l’origine de la similarité des effets de ces deux cytokines. De plus, nous avons observé des effets semblables à ceux de l’IL-6 suite à l’association de la sous-unité p28 seule avec la chaîne IL-6Rα. En effet, afin de mieux caractériser la cytokine p28/CLF, nous avons étudié les effets dus au recrutement de la chaîne IL-6Rα par la sous-unité p28. Les cytokines de la famille de l’IL-6 sont composées de quatre hélices α disposées de façon anti-parallèle deux à deux. La sous-unité p28 possède, au niveau d’une boucle reliant deux hélices α, un motif de plusieurs acides glutamiques consécutifs (motif polyE) qui n’est retrouvé dans aucune autre cytokine de cette famille. Nous avons démontré que ce motif est impliqué dans la liaison de cette sous-unité avec l’hydroxyapatite et l’os. Cette caractéristique de p28 pourrait permettre un ciblage de l’IL-27 (p28/EBI3) et de p28/CLF préférentiellement vers la niche endostéale des cellules souches et des cellules immunitaires. / Interleukin 6 (IL-6) is a well known cytokine, characterized for its essential function in inflammation. IL-6 receptor (IL-6R) is composed of IL-6Rα, an unsignalling chain, associated with the signaling transducing chain gp130. This glycoprotein is shared by all IL-6 family cytokines. After binding with its receptor, IL-6 preferentially induces the activation of the Jak/STAT3 pathway but can also activate the Jak/STAT1 pathway. Unexpectedly we demonstrated that IL-6 can activate the Jak/STAT5 pathway in CD4 T cells. This STAT5 could act as negative feedback mechanism in response to the pro-inflammatory effects induced by an excess of IL-6. Ciliary neurotrophic factor (CNTF) and cardiotrophin-like cytokine (CLC/CLF) both belong to the IL-6 cytokine family and share the same receptor, the CNTF receptor (CNTFR). CNTFR is composed of CNTFRα, leukaemia inhibitory factor receptor β (LIFRβ) and the glycoprotein gp130. Interestingly, the CNTFRα chain is not expressed by immune cells even though CNTF and CLC/CLF are active on these cells. These effects can be due to the formation of a complex between cytokine and CNTFRα, which can be shedded. This complex can then activate cells expressing only gp130 and LIFRβ. In human, it has been demonstrated that the CNTFRα chain can be substitute with IL-6Rα. Here, we compare mouse CNTF- and CLC/CLF-induced effects in transfected cells expressing LIFRβ, gp130 and different α chains belonging to the IL-6 family (IL-6Rα, IL-11Rα or CNTFRα). Our data demonstrate that like human CNTF, mouse CNTF is able to activate a receptor comprising of IL-6Rα, gp130 and LIFRβ. However, this property is not shared with CLC/CLF. Therefore, second receptor for this cytokine within the immune system still remains to be identify. Interleukin 27 (IL-27) belongs to the IL-6 cytokine family and is composed of the cytokine subunit p28 associated with a soluble receptor chain Epstein-Barr virus-induced gene 3 (EBI3). We demonstrate that the p28 subunit can bind the soluble receptor CLF to form a new dimeric cytokine named p28/CLF. This cytokine is active on T cells and our study demonstrates its activity on B cells. Our results show that p28/CLF sustains plasma cell differentiation. Those IL-6-like properties can be explained by the use of a common receptor, IL-6R. Moreover, our findings demonstrate that p28 has IL-6-like properties when associated with IL-6Rα. In order to better characterize p28/CLF, we next studied effects of to the recruitment of the IL-6Rα chain by p28 subunit. Cytokines belonging to the IL-6 family share a structural particularity by forming a four helix bundle cytokines family. The p28 subunit uniquely expresses a motif composed of a dozen of glutamic acids (polyE motif). We demonstrate that this motif permits p28 binding to hydroxyapatite and bone matrix. This observation could allow a preferential targeting to bone of IL-27 (p28/EBI3) and p28/CLF, and specifically a targeting of stem or immune cells to endosteal niches.

Ciliary neurotrophic factor (CNTF) is produced by astrocytes which have been implicated in regulating stress responses. We found that CNTF in the medial amygdala (MeA) promotes despair or passive coping, i.e., immobility in an acute forced swim stress, in female mice, while having no effect in males. Neutralizing CNTF antibody injected into the MeA of wildtype females reduced activation of downstream STAT3 (Y705) 24 and 48 h later. In concert, the antibody reduced immobility in the swim test in females and only after MeA injection, but not when injected in the central or basolateral amygdala. Antibody injected into the male MeA did not affect immobility. These data reveal a unique role of CNTF in female MeA in promoting despair or passive coping behavior. Moreover, 4 weeks of chronic unpredictable stress (CUS) increased immobility in the swim test and reduced sucrose preference in wildtype CNTF+/+, but not CNTF-/- littermate, females. Following CUS, 10 min of restraint stress increased plasma corticosterone levels only in CNTF+/+ females. In males, the CUS effects were present in both genotypes. Further, CUS increased CNTF expression in the MeA of female, but not male, mice. CUS did not alter CNTF in the female hippocampus, hypothalamus and bed nucleus of stria terminalis. This suggests that MeA CNTF has a female-specific role in promoting CUS-induced despair or passive coping, behavioral anhedonia and neuroendocrine responses. Compared to CNTF+/+ mice, CNTF-/- mice did not show differences in CUS-induced anxiety-like behavior and sensorimotor gating function as measured by elevated T-Maze, open field and pre-pulse inhibition of the acoustic startle response. Together, this study reveals a novel CNTF-mediated female-specific mechanism in stress responses and points to opportunities for developing treatments for stress-related disorders in women.