L’hypercholestérolémie familiale (FH) est un désordre lipidique associé aux maladies cardiovasculaires les plus fréquentes. La FH est causée par des mutations dans les gènes LDLR, APOB et PCSK9. Toutefois, chez 20% des patients souffrant de FH, aucune mutation dans ces gènes n'a été détectée et ceci suggère que d’autres gènes seraient à l’origine de la FH. Actuellement, le seul traitement de la FH est une thérapie aux statines. En général les statines sont bien tolérées, cependant, une monothérapie ne permet pas d’atteindre des niveaux thérapeutiques acceptables et dans bien des cas, une thérapie combinée devient nécessaire. De plus, l’intolérance aux statines est présente dans environ 12% des patients. Dans les trois dernières décennies, la survie des patients avec la FH a augmentée de façon notoire mais on observe aussi l’apparition d’une calcification vasculaire sévère chez certains d’entre eux. Il est donc primordial de développer des nouvelles approches thérapeutiques afin de prévenir ces complications tardives. Dans cette thèse doctorat, nous présentons l’étude d’une famille avec un phénotype de FH sévère non causé par des mutations dans les gènes LDLR, APOB et PCSK9. Par des études biochimiques et par séquençage d’ADN utilisant les technologies de nouvelle génération (NextGenSeq), nous avons découvert une mutation dans le gène de l’APOE (Leu167del). Ceci nous permet de proposer le gène codant pour l’APOE comme le 4e locus responsable de la FH (FH4). Par la suite, nous avons effectué deux études de cohortes chez les patients atteints de FH. Premièrement, dans l’étude JUPITER, nous avons démontré que la rosuvastatin augmente les niveaux sanguins de la protéine PCSK9 et ceci limiterait l’efficacité du traitement aux statines. Nous avons aussi étudié l’influence du mutant naturel R46L (perte de fonction de la PCSK9) dans la réponse aux statines. Deuxièmement, nous avons examiné les effets de la perte de fonction de la PCSK9 sur le profil cardiométabolique au sein d’une population pédiatrique. Nous avons déterminé que le génotype de l’APOE est déterminant dans ce profil cardiométabolique. Enfin, nous avons étudié la calcification vasculaire chez les patients atteints de FH. Cette calcification vasculaire progresse de façon indépendante des niveaux de cholestérol sérique et n’est pas associée aux anomalies de l’homéostasie du calcium. En utilisant des modèles murins, nous avons démontré que les souris Ldlr-/- et Tg(Pcsk9) développent des calcifications vasculaires semblables à celles observées chez l’homme. De plus, nous avons confirmé l’implication de la voie de signalisation LRP5/Wnt dans la pathophysiologie de la calcification artérielle. Avec une étude interventionnelle, nous avons trouvé que l’inhibition de l’interleukine 1β (IL-1β) diminue fortement l’apparition de calcifications vasculaire dans notre modèle murin. En conclusion, nos études ont permis l’identification d’un nouveau gène impliqué dans la FH, ont démontré aussi que les statines augmentent les niveaux sériques de PCSK9 et que la perte de fonction de la PCSK9 altère le profil cardiométabolique. Enfin, nous avons établi que la calcification vasculaire représente une complication tardive chez les patients atteints de FH et que, dans notre modèle murin, la calcification vasculaire peut être retardée par l’inhibition d’IL-1β. Ces découvertes peuvent avoir d’importantes répercussions cliniques chez l’humain. / Familial Hypercholesterolemia (FH) is the most common lipoprotein disorder associated with premature cardiovascular disease. Mutations in the LDLR, APOB and PCSK9 genes cause the FH phenotype, but in 20% of FH patients, no mutations in these genes are identified, suggesting that mutations in other genes cause FH. Treatment with statins has been the cornerstone of therapy. While statins are generally well tolerated, statin intolerance is found in approximately 12% of patients. Furthermore, statin use may not allow reaching LDL-C goals and combination therapy is often required. Nevertheless, survival of FH patients over the past 3 decades has improved significantly. As FH patients live longer, severe vascular calcifications have been described as a late complication in these patients. Given the increased survival rate and late complications, novel approaches and therapies are needed. In the present thesis we examined a kindred with a severe FH phenotype, where sequencing of candidate genes failed to identify a causal mutation. Through biochemical analysis and next-generation exome sequencing we report a mutation (Leu167del) within the APOE gene that identifies the 4th locus causing FH (FH4). Next, we performed two cohort-based studies. Firstly, in the JUPITER trial we report that 20mg rosuvastatin treatment increases PCSK9 levels by 30%, thereby possibly limiting the efficacy of statin therapy. Then we show the effect of a loss-of-function (LOF) mutation of PCSK9, p.R46L, on the response to rosuvastatin. Secondly, we report that two PCSK9 gene variants, p.R46L and insLEU, were more frequent in French Canadian individuals. We also report that the APOE genotype determine the metabolic risk profile in these mutations. Finally, we studied vascular calcifications in FH individuals. These calcifications appear to progress independently of cholesterol levels and are not associated with disturbances in calcium homeostasis. Using mouse models, we show that Ldlr-/- and Tg(Pcsk9) mice develop aortic calcifications similar to that observed in humans. Furthermore, the involvement of the LRP5/Wnt pathway in the pathogenesis of calcification is illustrated. In a proof-of-concept experiment, inhibiting the upstream pro-inflammatory cytokine IL-1β attenuates calcification in mice. In conclusion, we have contributed to the identification of a novel locus responsible for FH, reported the increase in PCSK9 levels with a statins treatment and the associated altered cardiometabolic profile in PCSK9 LOF. Finally, we demonstrated that vascular calcifications represent a severe complication of FH that can be prevented by inhibiting IL-1β in a mouse model. The latter novel approach may have an important translational application in human.

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

Proprotein convertase subtilisin / kexin type 9 (PCSK9) is a negative regulator of the low-density lipoprotein receptor, and PCSK9 inhibition has become an important cholesterol-lowering therapeutic strategy. PCSK9 also associates with LDL particles, and evidence suggests that the activity of PCSK9 may be regulated by LDL binding. We have investigated the biochemistry of the interaction between PCSK9 and lipoproteins. Through mutagenesis and in-vitro binding assays, we found conserved motifs in the PCSK9 N-terminus that play a role in LDL binding. Through secondary structure studies using circular dichroism and computational modelling, we determined that the N-terminal region of the PCSK9 prodomain undergoes an environment-dependent structural shift that affects the ability of PCSK9 to bind LDL. We also found that the commonly found loss-of-function polymorphism R46L is capable of modulating this structural shift. Importantly, we found a surface-exposed region of the PCSK9 prodomain that maps a cluster of gain-of-function mutations (L108R, S127R, and D129G) that severely disrupt LDL binding. Through gel shift assays and density gradient centrifugation, we observed that PCSK9 shows remodeling-dependent ability to bind different classes of lipoprotein particles in vitro, binding strongly to LDL and IDL but showing barely detectable association to VLDL. Further, in human plasma, we found that lipoprotein-bound populations of PCSK9 shifted in response to differences in lipoprotein profiles between normolipidemic and hypercholesterolemic or hypertriglyceridemic subjects. Overall, elucidation of how lipoproteins regulate PCSK9 activity will reveal new targets for designing cholesterol-lowering therapeutics.

L’hypercholestérolémie familiale (FH) est un désordre lipidique associé aux maladies cardiovasculaires les plus fréquentes. La FH est causée par des mutations dans les gènes LDLR, APOB et PCSK9. Toutefois, chez 20% des patients souffrant de FH, aucune mutation dans ces gènes n'a été détectée et ceci suggère que d’autres gènes seraient à l’origine de la FH. Actuellement, le seul traitement de la FH est une thérapie aux statines. En général les statines sont bien tolérées, cependant, une monothérapie ne permet pas d’atteindre des niveaux thérapeutiques acceptables et dans bien des cas, une thérapie combinée devient nécessaire. De plus, l’intolérance aux statines est présente dans environ 12% des patients. Dans les trois dernières décennies, la survie des patients avec la FH a augmentée de façon notoire mais on observe aussi l’apparition d’une calcification vasculaire sévère chez certains d’entre eux. Il est donc primordial de développer des nouvelles approches thérapeutiques afin de prévenir ces complications tardives. Dans cette thèse doctorat, nous présentons l’étude d’une famille avec un phénotype de FH sévère non causé par des mutations dans les gènes LDLR, APOB et PCSK9. Par des études biochimiques et par séquençage d’ADN utilisant les technologies de nouvelle génération (NextGenSeq), nous avons découvert une mutation dans le gène de l’APOE (Leu167del). Ceci nous permet de proposer le gène codant pour l’APOE comme le 4e locus responsable de la FH (FH4). Par la suite, nous avons effectué deux études de cohortes chez les patients atteints de FH. Premièrement, dans l’étude JUPITER, nous avons démontré que la rosuvastatin augmente les niveaux sanguins de la protéine PCSK9 et ceci limiterait l’efficacité du traitement aux statines. Nous avons aussi étudié l’influence du mutant naturel R46L (perte de fonction de la PCSK9) dans la réponse aux statines. Deuxièmement, nous avons examiné les effets de la perte de fonction de la PCSK9 sur le profil cardiométabolique au sein d’une population pédiatrique. Nous avons déterminé que le génotype de l’APOE est déterminant dans ce profil cardiométabolique. Enfin, nous avons étudié la calcification vasculaire chez les patients atteints de FH. Cette calcification vasculaire progresse de façon indépendante des niveaux de cholestérol sérique et n’est pas associée aux anomalies de l’homéostasie du calcium. En utilisant des modèles murins, nous avons démontré que les souris Ldlr-/- et Tg(Pcsk9) développent des calcifications vasculaires semblables à celles observées chez l’homme. De plus, nous avons confirmé l’implication de la voie de signalisation LRP5/Wnt dans la pathophysiologie de la calcification artérielle. Avec une étude interventionnelle, nous avons trouvé que l’inhibition de l’interleukine 1β (IL-1β) diminue fortement l’apparition de calcifications vasculaire dans notre modèle murin. En conclusion, nos études ont permis l’identification d’un nouveau gène impliqué dans la FH, ont démontré aussi que les statines augmentent les niveaux sériques de PCSK9 et que la perte de fonction de la PCSK9 altère le profil cardiométabolique. Enfin, nous avons établi que la calcification vasculaire représente une complication tardive chez les patients atteints de FH et que, dans notre modèle murin, la calcification vasculaire peut être retardée par l’inhibition d’IL-1β. Ces découvertes peuvent avoir d’importantes répercussions cliniques chez l’humain. / Familial Hypercholesterolemia (FH) is the most common lipoprotein disorder associated with premature cardiovascular disease. Mutations in the LDLR, APOB and PCSK9 genes cause the FH phenotype, but in 20% of FH patients, no mutations in these genes are identified, suggesting that mutations in other genes cause FH. Treatment with statins has been the cornerstone of therapy. While statins are generally well tolerated, statin intolerance is found in approximately 12% of patients. Furthermore, statin use may not allow reaching LDL-C goals and combination therapy is often required. Nevertheless, survival of FH patients over the past 3 decades has improved significantly. As FH patients live longer, severe vascular calcifications have been described as a late complication in these patients. Given the increased survival rate and late complications, novel approaches and therapies are needed. In the present thesis we examined a kindred with a severe FH phenotype, where sequencing of candidate genes failed to identify a causal mutation. Through biochemical analysis and next-generation exome sequencing we report a mutation (Leu167del) within the APOE gene that identifies the 4th locus causing FH (FH4). Next, we performed two cohort-based studies. Firstly, in the JUPITER trial we report that 20mg rosuvastatin treatment increases PCSK9 levels by 30%, thereby possibly limiting the efficacy of statin therapy. Then we show the effect of a loss-of-function (LOF) mutation of PCSK9, p.R46L, on the response to rosuvastatin. Secondly, we report that two PCSK9 gene variants, p.R46L and insLEU, were more frequent in French Canadian individuals. We also report that the APOE genotype determine the metabolic risk profile in these mutations. Finally, we studied vascular calcifications in FH individuals. These calcifications appear to progress independently of cholesterol levels and are not associated with disturbances in calcium homeostasis. Using mouse models, we show that Ldlr-/- and Tg(Pcsk9) mice develop aortic calcifications similar to that observed in humans. Furthermore, the involvement of the LRP5/Wnt pathway in the pathogenesis of calcification is illustrated. In a proof-of-concept experiment, inhibiting the upstream pro-inflammatory cytokine IL-1β attenuates calcification in mice. In conclusion, we have contributed to the identification of a novel locus responsible for FH, reported the increase in PCSK9 levels with a statins treatment and the associated altered cardiometabolic profile in PCSK9 LOF. Finally, we demonstrated that vascular calcifications represent a severe complication of FH that can be prevented by inhibiting IL-1β in a mouse model. The latter novel approach may have an important translational application in human.

L'hypercholestérolémie familiale autosomique dominante (ADH) est un trouble génétique caractérisé par des taux élevés de lipoprotéine de basse densité (LDL) plasmatique. Un niveau élevé de LDL plasmatique est connu pour contribuer au développement de l’athérosclérose, une cause majeure des crises cardiaques et des accidents vasculaires cérébraux. Le récepteur des LDL (LDLR) est la principale voie d’élimination des particules de LDL. En revanche, la proprotéine convertase subtilisine/kexine de type 9 (PCSK9), une glycoprotéine sécrétée par le foie, se lie au LDLR et augmente sa dégradation dans les lysosomes, ce qui entraîne une augmentation de LDL plasmatique et un risque plus élevé de maladie cardiovasculaire. En outre, des mutations de-perte-de fonction de PCSK9 peuvent considérablement réduire les niveaux de LDL plasmatiques et réduire le risque de maladie coronarienne jusqu'à ~ 88%. Toutes ces découvertes ont fait de PCSK9 une cible importante pour le traitement de l'hypercholestérolémie. Des anomalies génétiques du LDLR, de PCSK9 ou de l’apolipoprotéine B (apoB), le ligand du LDLR, peuvent provoquer l'ADH, mais dans certaines familles ADH il n'a pas été possible d'identifier de mutation de ces gènes, suggérant que d'autres anomalies génétiques pourraient également être impliquées dans la maladie. Dans la présente thèse, qui repose sur deux études (articles), nous avons étudié les protéines d’interaction de PCSK9 (premier article, chapitre 2) et l'effet de PCSK9 sur l'athérosclérose (deuxième article, chapitre 3). Dans notre première étude, l'analyse par spectrométrie de masse des protéines interagissant avec PCSK9 a révélé que la Golgi glycoprotéine 1 (GLG1) est une nouvelle protéine d’interaction de PCSK9. Leur co-immunoprécipitation révélée par immunobuvardage et leur co-localisation par microscopie confocale par immunofluorescence ont confirmé que GLG1 est un partenaire de PCSK9. De plus, nos résultats ont montré que GLG1 interagit aussi avec le LDLR et l'apoB. En utilisant un modèle murin, nous avons montré des taux sanguins plus faibles de PCSK9, de cholestérol et de triglycérides chez les souris knockdown GLG1. De plus, le déficit en GLG1 a réduit l'activité de la protéine de transfert des triglycérides microsomales (MTP) et induit l'agrégation périnucléaire de l'apoB, réduisant ainsi la sécrétion d'apoB. Dans notre deuxième étude, nous avons développé un modèle d'athérosclérose chez la souris pour étudier l'effet de l'absence de PCSK9 sur les plaques d’athérosclérose. Nous avons montré que la surexpression d'un mutant gain-de-fonction de PCSK9 dans le foie de souris a accéléré le développement de plaques d'athérosclérose dans la racine aortique et que celles-ci ont ensuite été réduites en induisant la régulation négative de PCSK9 en utilisant le système Tet-on. En conclusion, nous avons contribué à l'identification d'une nouvelle protéine interagissant avec PCSK9, GLG1, qui régule le taux plasmatique de cholestérol et représente une cible potentielle pour le traitement de l'hypercholestérolémie. Nous avons également démontré que la modulation du gène PCSK9 régule directement le niveau de plaques d'athérosclérose dans la racine de l'aorte. Ces études aideront à développer des thérapies efficaces pour réduire l'hypercholestérolémie et le risque de maladie cardiovasculaire / Autosomal dominant hypercholesterolemia (ADH) is a genetic disorder characterized by high plasma low-density lipoprotein (LDL) cholesterol levels. Elevated plasma LDL level is known to contribute to the development of atherosclerosis, a leading cause of heart attack and stroke. Liver LDL receptor (LDLR) acts as a primary pathway for endocytosis and clearance of LDL particles. In contrast, PCSK9, a liver-secreted glycoprotein, binds to LDLR and enhances its lysosomal degradation, resulting in increased plasma LDL concentrations and a higher risk of cardiovascular disease. Genetic defects in LDLR, PCSK9, and apolipoprotein B (apoB), the ligand of LDLR, can cause ADH, but in some ADH-families no mutations can be found in these genes, suggesting that other gene defects may also be involved in ADH. Furthermore, loss-of-function mutations in PCSK9 can greatly reduce plasma LDL levels and lower risk of coronary heart disease by up to ~88%. All these findings have made PCSK9 an attractive target for the treatment of hypercholesterolemia. In the present thesis, which is based on two studies (articles), we investigated protein interactors of PCSK9 (first article, chapter 2) and the effect of PCSK9 on atherosclerosis (Second article, chapter 3). In our first study, mass spectrometry analysis of PCSK9 interacting proteins revealed that Golgi glycoprotein 1 (GLG1) is a novel PCSK9 interactor. Co-immunoprecipitation, Western blotting, and colocalization by confocal immunofluorescence microscopy confirmed that GLG1 is an endogenous PCSK9 binding partner. We also demonstrated that LDLR and apoB interact with GLG1. Using a mouse model, we found lower levels of circulating PCSK9, cholesterol, and triglycerides in Glg1 knockdown mice. Moreover, GLG1 deficiency reduced microsomal triglyceride transfer protein (MTP) activity and induced perinuclear aggregation of apoB, thereby, reducing apoB secretion. In our second study, we developed a mouse model of atherosclerosis to investigate the effect of PCSK9 modulation on the regression of atherosclerotic plaques. We showed that overexpression of a PCSK9 gain-of-function in mouse liver accelerated the development of atherosclerotic lesions in the aortic root, which were then reduced by inducing PCSK9 downregulation using a Tet-on system. In conclusion, we have contributed to the identification of a novel PCSK9 interacting protein, GLG1, which regulates plasma level of cholesterol and represents a potential target for hypercholesterolemia treatment. We also demonstrated that PCSK9 gene modulation directly regulates the level of atherosclerotic plaques in the aortic root. We showed in our study that the wild-type mice, overexpressing PCSK9-D377Y in an inducible manner, is a useful mouse model for understanding the molecular role of PCSK9 on atherosclerotic plaques development. These studies will help to develop effective therapies to reduce hypercholesterolemia and the risk of cardiovascular disease.

Objective: Atherosclerosis, the main pathology underlying cardiovascular diseases is accelerated in diabetic patients. Genetic mouse models require breeding efforts which are time-consuming and costly. Our aim was to establish a new nongenetic model of inducible metabolic risk factors that mimics hyperlipidemia, hyperglycemia, or both and allows the detection of phenotypic differences dependent on the metabolic stressor(s). Methods and Results: Wild-typemice were injected with gain-of-function PCSK9D377Y (proprotein convertase subtilisin/kexin type 9) mutant adeno-associated viral particles (AAV) and streptozotocin and fed either a high-fat diet (HFD) for 12 or 20 weeks or a high-cholesterol/high-fat diet (Paigen diet, PD) for 8 weeks. To evaluate atherosclerosis, two different vascular sites (aortic sinus and the truncus of the brachiocephalic artery) were examined in the mice. Combined hyperlipidemic and hyperglycemic (HGHCi) mice fed a HFD or PD displayed characteristic features of aggravated atherosclerosis when compared to hyperlipidemia (HCi HFD or PD) mice alone. Atherosclerotic plaques of HGHCi HFD animals were larger, showed a less stable phenotype (measured by the increased necrotic core area, reduced fibrous cap thickness, and less a-SMA-positive area) and had more inflammation (increased plasma IL-1b level, aortic pro-inflammatory gene expression, and MOMA-2-positive cells in the BCA) after 20 weeks of HFD. Differences between the HGHCi and HCi HFD models were confirmed using RNA-seq analysis of aortic tissue, revealing that significantly more genes were dysregulated in mice with combined hyperlipidemia and hyperglycemia than in the hyperlipidemia-only group. The HGHCi-associated genes were related to pathways regulating inflammation (increased Cd68, iNos, and Tnfa expression) and extracellular matrix degradation (Adamts4 and Mmp14). When comparing HFD with PD, the PD aggravated atherosclerosis to a greater extent in mice and showed plaque formation after 8 weeks. Hyperlipidemic and hyperglycemicmice fed a PD (HGHCi PD) showed less collagen (Sirius red) and increased inflammation (CD68-positive cells) within aortic plaques than hyperlipidemic mice (HCi PD). HGHCi-PD mice represent a directly inducible hyperglycemic atherosclerosis model compared with HFD-fed mice, in which atherosclerosis is severe by 8 weeks. Conclusion: We established a nongenetically inducible mouse model allowing comparative analyses of atherosclerosis in HCi and HGHCi conditions and its modification by diet, allowing analyses of multiple metabolic hits in mice.

The global prevalence of chronic kidney disease (CKD) has risen at an accelerating rate, increasing the global healthcare burden for long-term and chronic care costs. Multiple risk factors including hypertension, diabetes, and dyslipidemia synergistically induce the progression of CKD. Chief among these factors are dyslipidemia and obesity; increased free fatty acid uptake due to excess consumption of lipid-rich diets has been shown to promote intra-renal lipid accumulation in several in vivo models and in patients in various stages of CKD. Furthermore, patients with renal disease are also at a substantially higher risk for atherosclerotic cardiovascular disease (CVD). In the general population, as well as in patients with renal disease, circulating low-density lipoprotein cholesterol (LDLc) is a well-established driver of atherosclerotic lesion development and CVD progression. In 2003, the proprotein convertase subtilisin/kexin type-9 (PCSK9) was identified as the third locus of familial hypercholesterolemia and was further characterized for its ability to enhance the degradation of the low-density lipoprotein receptor (LDLR). Since this seminal discovery, the development of monoclonal antibodies targeted against PCSK9 demonstrated a significant reduction in LDLc and subsequent CVD risk, establishing the remarkable ‘bench to bedside’ transition. However, the inherent role of PCSK9 in regulating lipid homeostasis remained unknown in different pathological conditions. In the first chapter of my thesis, I demonstrate that PCSK9 regulates the LDLR as a feedback mechanism to protect against non-alcoholic steatohepatitis (NASH) progression induced by a high-fat diet (HFD) challenge. Since its seminal discovery, PCSK9 was also characterized to modulate a wide variety of receptors known to play a crucial role in lipid metabolism including the cluster of differentiation 36 (CD36), the very low-density lipoprotein receptor (VLDLR), and the apolipoprotein E receptor 2 (ApoER2). Previously, we have demonstrated that the absence of PCSK9 promotes diet-induced non-alcoholic steatohepatitis and liver injury through increased surface expression of CD36. Given that these same receptors are well-expressed on renal epithelia, the second chapter of my thesis demonstrates that PCSK9 is also able to modulate renal lipid metabolism by attenuating tubular lipid accumulation and subsequent renal injury. Furthermore, when PCSK9 was first characterized by Seidah and colleagues in 2003, in situ hybridization of murine PCSK9 demonstrated that it was primarily expressed in the liver, but also well-expressed in the kidney cortex, cerebellum, and small intestines. Despite its expression in a wide range of tissues, the secretion of PCSK9 was exclusive to the liver, thus, questioning what the intracellular role of PCSK9 may be. Hence, my last chapter of my masters studies lies in establishing the role of intracellular PCSK9 expression in a cellular process known as endoplasmic reticulum (ER) stress in the kidney. ER stress is a phenomena which primarily occurs due to increased accumulation of misfolded polypeptides, and has been implicated in numerous metabolic diseases including hepatic steatosis, CKD, and neurodegenerative pathologies. Previously, we have demonstrated that overexpressing wild-type and variants of PCSK9 in a Pcsk9-/- mouse does not induce the activation of the unfolded protein response (UPR) and attenuates hepatic ER stress. Using a well-established CKD model, I show that Pcsk9-/- mice exhibit increased renal ER stress and injury relative to wild-type controls. Overall, my findings demonstrate for the first time that both extracellular and intracellular PCSK9 has the ability to modulate renal injury using two distinct mechanism to protect against CKD progression. / Thesis / Master of Health Sciences (MSc)

Les maladies cardiovasculaires (MCV) ont une prévalence élevée dans le monde et sont considérées comme la deuxième cause de mortalité chez la population canadienne. Les statines sont reconnues comme le traitement par excellence dans la prévention des MCV. Toutefois, les statines ne conviennent pas à tous les patients, potentiellement, en raison de la survenue d’effets secondaires et du manque d’efficacité. Avec l’avancement de la science, de nouvelles thérapies voient le jour dans le milieu cardiovasculaire. Les inhibiteurs de la proprotéine convertase subtilisine-kexine de type 9 PCSK9 (iPCSK9) constituent un traitement efficace pour réduire les évènements cardiovasculaires. Cependant, ces thérapies sont dispendieuses pour le système de santé. Cette thèse a pour but d’explorer la pharmacoéconomie des thérapies dispendieuses ayant démontrées une efficacité clinique importante dans le traitement préventif des MCV. La pharmacoéconomie est un outil d’évaluation destiné aux décideurs ayant comme objectif d’optimiser l’utilisation des ressources humaines et financières. Tout d’abord, dans un premier article, nous avons évalué l’efficacité maximale d’une thérapie hypolipémiante à partir des grilles de risque cardiovasculaires. Selon les résultats obtenus, l’efficacité maximale qu’il est raisonnable d’espérer a correspondu à une diminution du risque relatif variant entre 0,46 et 0,66. Ensuite, dans un deuxième article, nous avons estimé l’efficacité d’une thérapie dispendieuse dans un contexte différent puisque les études cliniques étaient en cours. Avec l’aide d’un modèle de Markov, la propension à payer a été fixée à deux seuils distincts, alors que le coût d’acquisition de la thérapie est demeuré fixe. Nos résultats ont estimé que pour atteindre les seuils de propension à payer de 50 000 $ et 100 000 $ par année de vie ajustée pour la qualité, l’efficacité devrait être de 0,58 et 0,78 respectivement. Finalement, l’étude randomisée contrôlée établissant l’efficacité clinique des iPCSK9 a été publiée. Nous avons donc pu évaluer le coût-utilité réel des iPCSK9 avec une nouvelle méthode de simulation, nommée Conditions et évènements discrètement intégrés. Cette étude est l’objet 2 de mon troisième article. Les résultats de cet article ont estimé que l’iPCSK9 n’est pas coût-efficace selon l’efficacité obtenue dans les études cliniques. En conclusion, suite aux résultats présentés dans cette thèse rédigée par articles, il serait envisageable d’intégrer dans le modèle pharmacoéconomique l’option d’un test génétique afin d’individualiser le traitement de chaque patient. / Cardiovascular diseases (CVD) have a high prevalence worldwide and are considered the second leading cause of death in the Canadian population. Statins are recognized to be the gold standard treatment in the prevention of CVD. However, statins are not suitable for all patients, potentially because of side effects and lack of efficacy. With the advancement of science, new therapies are emerging in the cardiovascular field. Inhibitors of proprotein convertase subtilisin-kexin type 9 (iPCSK9) have been shown to be effective in reducing cardiovascular events. However, these therapies are expensive. This article-based thesis aims to explore the pharmacoeconomics of expensive therapies that have demonstrated significant clinical efficacy in the preventive treatment of CVD. Pharmacoeconomics is an evaluation tool for decision-makers with the objective of optimizing the use of human and financial resources. In the first publication, we evaluated the maximum effectiveness of lipid-lowering therapy from cardiovascular risk grids. According to our results, this maximum expected benefit fluctuates between 0.46 and 0.66. In the second publication, we estimated the effectiveness of an expensive therapy. At the time of our second publication, the results of the randomized controlled trial evaluating the clinical efficacy of iPCSK9 had not been published yet. Therefore, we used a Markov model to estimate the necessary clinical efficacy of PCSK9 inhibitors to reach two arbitrarily selected willingness-to-pay (WTP) thresholds. Our results showed that an efficacy of 0.58 and 0.78 were necessary to reach WTP thresholds of $50,000 and $100,000 per quality-adjusted life years respectively. Once the clinical efficacy of iPCSK9 was published, we evaluated their cost-utility. This was the object of our third article and a new simulation method named Discretely Integrated Condition was used. Our results suggested that at the current price, the PCSK9 inhibitors were not cost-effective. Following the results presented in this article-based thesis, it would be of interest to integrate the option of a hypothetical genetic test into the pharmacoeconomic model. This genetic test would be able to identify good responders in order to optimize the treatment of each individual patient.

La proprotéine convertase subtilisine/kexine type 9 (PCSK9) favorise la dégradation post-transcriptionnelle du récepteur des lipoprotéines de faible densité (LDLr) dans les hépatocytes et augmente le LDL-cholestérol dans le plasma. Cependant, il n’est pas clair si la PCSK9 joue un rôle dans l’intestin. Dans cette étude, nous caractérisons les variations de la PCSK9 et du LDLr dans les cellules Caco-2/15 différentiées en fonction d’une variété d’effecteurs potentiels. Le cholestérol (100 µM) lié à l’albumine ou présenté en micelles a réduit de façon significative l’expression génique (30%, p<0,05) et l’expression protéique (50%, p<0,05) de la PCSK9. Étonnamment, une diminution similaire dans le LDLr protéique a été enregistrée (45%, p<0,05). Les cellules traitées avec le 25-hydroxycholestérol (50 µM) présentent également des réductions significatives dans l’ARNm (37%, p<0,01) et la protéine (75%, p<0,001) de la PCSK9. Une baisse des expressions génique (30%, p<0,05) et protéique (57%, p<0,01) a également été constatée dans le LDLr. Des diminutions ont aussi été observées pour la HMG CoA réductase et la protéine liant l’élément de réponse aux stérols SREBP-2. Il a été démontré que le SREBP-2 peut activer transcriptionnellement la PCSK9 par le biais de la liaison de SREBP-2 à son élément de réponse aux stérols situé dans la région proximale du promoteur de la PCSK9. Inversement, la déplétion du contenu cellulaire en cholestérol par l’hydroxypropyl-β-cyclodextrine a augmenté l’expression génique de la PCSK9 (20%, p<0,05) et son contenu protéique (540%, p<0,001), en parallèle avec les niveaux protéiques de SREBP-2. L’ajout des acides biliaires taurocholate et déoxycholate dans le milieu apical des cellules intestinales Caco-2/15 a provoqué une baisse d’expression génique (30%, p<0,01) et une hausse d’expression protéique (43%, p<0,01) de la PCSK9 respectivement, probablement via la modulation du FXR (farnesoid X receptor). Ces données combinées semblent donc indiquer que la PCSK9 fonctionne comme un senseur de stérols dans le petit intestin. / Proprotein convertase subtilisin/kexin type 9 (PCSK9) posttranslationally promotes the degradation of the low-density lipoprotein receptor (LDLr) in hepatocytes and increases plasma LDL cholesterol. It is not clear, however, whether PCSK9 plays a role in the small intestine. Here, we characterized the patterns of variations of PCSK9 and LDLr in fully differentiated Caco-2/15 cells as a function of various potential effectors. Cholesterol (100 µM) solubilised in albumin or micelles significantly down-regulated PCSK9 gene (30%, p<0,05) and protein expression (50%, p<0,05), surprisingly in concert with a decrease in LDLr protein levels (45%, p<0,05). 25-hydroxycholesterol (50 µM) treated cells also displayed significant reduction in PCSK9 gene (37 %, p<0,01) and protein (75% p<0,001) expression, while LDLr showed a decrease at the gene (30%, p< 0,05) and protein (57%, p<0,01) levels, respectively. The amounts of PCSK9 mRNA and protein in Caco-2/15 cells were associated to the regulation of HMG-CoA reductase and sterol regulatory element binding protein-2 (SREBP-2) that can transcriptionally activate PCSK9 via sterol-regulatory elements located in its proximal promoter region. On the other hand, depletion of cholesterol content by hydroxypropyl-β-cyclodextrine up-regulated PCSK9 transcripts (20%, p<0,05) and protein mass (540%, p<0,001), in parallel with SREBP-2 protein levels. The addition of bile acids, taurocholate and deoxycholate, to the apical culture medium lowered PCSK9 gene expression (30%, p<0,01) and raised PCSK9 protein expression (43%, p<0,01) respectively, probably via the modulation of farnesoid X receptor. Combined, these data indicate that PCSK9 functions as a sensor of sterol in the small intestine.

La proprotéine convertase subtilisine/kexine type 9 (PCSK9) favorise la dégradation post-transcriptionnelle du récepteur des lipoprotéines de faible densité (LDLr) dans les hépatocytes et augmente le LDL-cholestérol dans le plasma. Cependant, il n’est pas clair si la PCSK9 joue un rôle dans l’intestin. Dans cette étude, nous caractérisons les variations de la PCSK9 et du LDLr dans les cellules Caco-2/15 différentiées en fonction d’une variété d’effecteurs potentiels. Le cholestérol (100 µM) lié à l’albumine ou présenté en micelles a réduit de façon significative l’expression génique (30%, p<0,05) et l’expression protéique (50%, p<0,05) de la PCSK9. Étonnamment, une diminution similaire dans le LDLr protéique a été enregistrée (45%, p<0,05). Les cellules traitées avec le 25-hydroxycholestérol (50 µM) présentent également des réductions significatives dans l’ARNm (37%, p<0,01) et la protéine (75%, p<0,001) de la PCSK9. Une baisse des expressions génique (30%, p<0,05) et protéique (57%, p<0,01) a également été constatée dans le LDLr. Des diminutions ont aussi été observées pour la HMG CoA réductase et la protéine liant l’élément de réponse aux stérols SREBP-2. Il a été démontré que le SREBP-2 peut activer transcriptionnellement la PCSK9 par le biais de la liaison de SREBP-2 à son élément de réponse aux stérols situé dans la région proximale du promoteur de la PCSK9. Inversement, la déplétion du contenu cellulaire en cholestérol par l’hydroxypropyl-β-cyclodextrine a augmenté l’expression génique de la PCSK9 (20%, p<0,05) et son contenu protéique (540%, p<0,001), en parallèle avec les niveaux protéiques de SREBP-2. L’ajout des acides biliaires taurocholate et déoxycholate dans le milieu apical des cellules intestinales Caco-2/15 a provoqué une baisse d’expression génique (30%, p<0,01) et une hausse d’expression protéique (43%, p<0,01) de la PCSK9 respectivement, probablement via la modulation du FXR (farnesoid X receptor). Ces données combinées semblent donc indiquer que la PCSK9 fonctionne comme un senseur de stérols dans le petit intestin. / Proprotein convertase subtilisin/kexin type 9 (PCSK9) posttranslationally promotes the degradation of the low-density lipoprotein receptor (LDLr) in hepatocytes and increases plasma LDL cholesterol. It is not clear, however, whether PCSK9 plays a role in the small intestine. Here, we characterized the patterns of variations of PCSK9 and LDLr in fully differentiated Caco-2/15 cells as a function of various potential effectors. Cholesterol (100 µM) solubilised in albumin or micelles significantly down-regulated PCSK9 gene (30%, p<0,05) and protein expression (50%, p<0,05), surprisingly in concert with a decrease in LDLr protein levels (45%, p<0,05). 25-hydroxycholesterol (50 µM) treated cells also displayed significant reduction in PCSK9 gene (37 %, p<0,01) and protein (75% p<0,001) expression, while LDLr showed a decrease at the gene (30%, p< 0,05) and protein (57%, p<0,01) levels, respectively. The amounts of PCSK9 mRNA and protein in Caco-2/15 cells were associated to the regulation of HMG-CoA reductase and sterol regulatory element binding protein-2 (SREBP-2) that can transcriptionally activate PCSK9 via sterol-regulatory elements located in its proximal promoter region. On the other hand, depletion of cholesterol content by hydroxypropyl-β-cyclodextrine up-regulated PCSK9 transcripts (20%, p<0,05) and protein mass (540%, p<0,001), in parallel with SREBP-2 protein levels. The addition of bile acids, taurocholate and deoxycholate, to the apical culture medium lowered PCSK9 gene expression (30%, p<0,01) and raised PCSK9 protein expression (43%, p<0,01) respectively, probably via the modulation of farnesoid X receptor. Combined, these data indicate that PCSK9 functions as a sensor of sterol in the small intestine.