Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Le but de cette étude est d'évaluer les caractéristiques associées à la mobilité de la colonne vertébrale chez les patients ayant une scoliose idiopathique. Selon les études antérieures, une augmentation de la flexibilité et de la mobilité de la colonne vertébrale serait reliée à une courbure scoliotique. Une meilleure compréhension de ce phénomène serait utile à révolution et au traitement de cette maladie. De plus, la caractérisation des mouvements normaux pourrait servir d'indicateur complémentaire au pronostique. Cette étude porte sur l'évaluation de la mobilité de la colonne vertébrale chez les patients scoliotiques. Les résultats ont été comparés à ceux de sujets témoins normaux afin d'établir s'il existe une relation entre la mobilité de la colonne vertébrale et certaines variables biodémographiques. Soixante-cinq adolescents ayant une scoliose idiopathique ont constitué le groupe patient alors que des sujets (13 garçons et 7 filles) d'âge comparable formaient le groupe témoin. Les patients avaient un âge moyen de 14 ans et n avaient pas été opères' à la colonne vertébrale bien qu' une scoliose était présente. Tous les sujets ont été mesurés et évalués à la clinique de scoliose de l' hôpital Sainte-Justine. L'âge, la hauteur et le poids ont été mesurés. Les mesures de la mobilité ont été effectuées dans les trois plans à l'aide d'un inclinomètre. Un test-t de Student et une analyse de régression multiple ont été utilisées pour déterminer la présence de différences significatives entre les deux groupes et l'importance relative des variables biodémographiques sur la mobilité de la colonne vertébrale. Une valeur de p < 0.001 pour le test-t et de p < 0.05 pour les corrélations et les régressions multiples ont été arbitrairement choisies. La mobilité de la colonne vertébrale du groupe sujets était significativement différente de celle du groupe témoin. Elle était plus petite chez les 'atients dans les plans sagittal et transverse, un résultat qui n'appuie pas l'hypothèse d'une flexibilité excessive chez les patients scoliotiques. Très peu de corrélation a été trouvée entre les différentes variables biodémographiques et plus particulièrement avec l'angle de Cobb qui indique la sévérité des courbures. L'implication clinique de ce travail porte sur l'importance possible de maintenir une amplitude normale de mouvement dans les régions thoraco-lombaire. / The primary purpose of this study was to evaluate the characteristics of spinal mobility in adolescent idiopathic scoliosis. Earlier studies have indicated that an increase in flexibility and spinal mobility may be of importance in producing deviation of spine. Knowledge of the effect of adolescent idiopathic scoliosis on spinal mobility could be useful in the evaluation and treatment of the disease. Furthermore, characterization of the abnormal motion may be of prognostic value. This study focused on the assessment of spinal mobility in adolescent idiopathic scoliosis as compared to that of normal subjects and tried to establish a relationship between the likely spinal mobility differences and some biodemographic variables. Sixty five girls with progressive adolescent idiopathic scoliosis formed the patient group while 20 age-matched controls (13 boys and 7 girls) with normal spine comprised the able-bodied group. The scoliofcic patients were girls with a mean age of 14 years, and all had combined thoracic and lumbar nonoperated curves. All subjects were measured and evaluated in the scoliosis clinic of Sainte-Justine Hospital. Age, height, and weight were determined. Measurements of the mobility were done in three planes with an inclinometer. Student t-test technique and multivariate regression analysis were used to determine the significant differences between the two groups and the relative importance of the biodemographic variables on spinal mobility with a p value of 0.001 for t-test and 0.05 for correlation and mutivariate regression. Spinal mobility of the patient group was found to be significantly different from those of normals. Spinal mobility was more restricted among scoliotic patients in the sagittal and transverse planes, a finding which does not support the hypothesis of excessive flexibility of the spine in idiopathic scoliosis. Very little correlation could be detected between biodemographic variables, and specially the Cobb angle which measured severity of curves even though the spinal mobility was reduced in scoliotic patients. The clinical implication of this work may be that preservation of a normal range of motion in the thoracolumbar spine should be one of the aims of treatment.

Plusieurs éléments de la pathogenèse de la scoliose idiopathique de l’adolescent indiquent que les estrogènes pourraient intervenir dans le développement et la progression de cette maladie. Ce projet avait donc pour but d’explorer l’expression et la fonctionnalité des récepteurs aux estrogènes ERα et ERβ ainsi que leurs isoformes dans les ostéoblastes de patients scoliotiques et sains. L’induction des gènes de facteurs influençant la minéralisation et la différenciation des ostéoblastes par les estrogènes a également été étudié. Par immunofluorescence, nous avons remarqué une augmentation de la présence protéique de ERβ dans les ostéoblastes de patients SIA comparé aux sujets contrôles. Les récepteurs aux estrogènes provenant des ostéoblastes des patients sont fonctionnels tout comme ceux des contrôles et aucune différence dans l'interaction ADN-protéine n’a été observée. Il y a également une augmentation de l’expression génique de l’ostéopontine, l’ostéocalcine, le collagène de type I, la phosphatase alkaline et BMP2 dans les ostéoblastes des patients SIA. Un début de minéralisation in vitro a été observé dans les ostéoblastes de patients SIA et contrôles. ERα et ERβ sont présents et fonctionnels dans les ostéoblastes des patients SIA et sains. Leur expression est variable, mais ces variations existent chez les patients SIA et les contrôles. L’implication des estrogènes dans la SIA ne serait donc pas au niveau des récepteurs aux estrogènes mais au niveau de l’interactions des estrogènes avec d’autres facteurs étiologiques tels que la mélatonine, la formation/résorption osseuse ou autres facteurs neuro-endocriniens. / Recent developments in the research on pathogenesis of Adolescent Idiopathic Scoliosis indicate that estrogens could intervene in the development and progression of this disease. Therefore, this project focussed on the expression and functionality of estrogen receptors ERα and ERβ and their isoforms in osteoblasts of scoliotic patients and controls. The induction by estrogens of the expression of factors influencing mineralization and osteoblast differentiation was also studied. We observed by immunofluorescence, an increase of the presence of ERβ in osteoblasts of AIS patients compared to controls. A higher level of expression of osteopontin, osteocalcin, type I collagen, alkaline phosphatase and BMP2 was found in osteoblasts of AIS patients compared to controls. Estrogen receptors in osteoblasts from AIS patients are functional, as they were in controls and no difference in DNA-binding activity was observed. ERα et ERβ are present and functional in osteoblasts from AIS patients and controls. Their expression is variable, but these variations exist in both populations. The implication of estrogens in AIS would therefore be in the interaction between these hormones and other factors influencing the aetiology of AIS like melatonin, bone formation and resorption and neuro-endocrin factors, rather than in a default in the estrogens receptors themselves.

La scoliose idiopathique de l’adolescent (SIA) est une déformation tridimensionnelle (3D) de la colonne vertébrale. Pour la plupart des patients atteints de SIA, aucun traitement chirurgical n’est nécessaire. Lorsque la déformation devient sévère, un traitement chirurgical visant à réduire la déformation est recommandé. Pour déterminer la sévérité de la SIA, l’imagerie la plus utilisée est une radiographie postéroantérieure (PA) ou antéro-postérieure (AP) du rachis. Plusieurs indices sont disponibles à partir de cette modalité d’imagerie afin de quantifier la déformation de la SIA, dont l’angle de Cobb. La conduite thérapeutique est généralement basée sur cet indice. Cependant, les indices disponibles à cette modalité d’imagerie sont de nature bidimensionnelle (2D). Celles-ci ne décrivent donc pas entièrement la déformation dans la SIA dû à sa nature tridimensionnelle (3D). Conséquemment, les classifications basées sur les indices 2D souffrent des mêmes limitations. Dans le but décrire la SIA en 3D, la torsion géométrique a été étudiée et proposée par Poncet et al. Celle-ci mesure la tendance d’une courbe tridimensionnelle à changer de direction. Cependant, la méthode proposée est susceptible aux erreurs de reconstructions 3D et elle est calculée localement au niveau vertébral. L’objectif de cette étude est d’évaluer une nouvelle méthode d’estimation de la torsion géométrique par l’approximation de longueurs d’arcs locaux et par paramétrisation de courbes dans la SIA. Une première étude visera à étudier la sensibilité de la nouvelle méthode présentée face aux erreurs de reconstructions 3D du rachis. Par la suite, deux études cliniques vont présenter la iv torsion géométrique comme indice global et viseront à démontrer l’existence de sous-groupes non-identifiés dans les classifications actuelles et que ceux-ci ont une pertinence clinique. La première étude a évalué la robustesse de la nouvelle méthode d’estimation de la torsion géométrique chez un groupe de patient atteint de la SIA. Elle a démontré que la nouvelle technique est robuste face aux erreurs de reconstructions 3D du rachis. La deuxième étude a évalué la torsion géométrique utilisant cette nouvelle méthode dans une cohorte de patient avec des déformations de type Lenke 1. Elle a démontré qu’il existe deux sous-groupes, une avec des valeurs de torsion élevées et l’autre avec des valeurs basses. Ces deux sous-groupes possèdent des différences statistiquement significatives, notamment au niveau du rachis lombaire avec le groupe de torsion élevée ayant des valeurs d’orientation des plans de déformation maximales (PMC) en thoraco-lombaire (TLL) plus élevées. La dernière étude a évalué les résultats chirurgicaux de patients ayant une déformation Lenke 1 sous-classifiées selon les valeurs de torsion préalablement. Cette étude a pu démontrer des différences au niveau du PMC au niveau thoraco-lombaire avec des valeurs plus élevées en postopératoire chez les patients ayant une haute torsion. Ces études présentent une nouvelle méthode d’estimation de la torsion géométrique et présentent cet indice quantitativement. Elles ont démontré l’existence de sous-groupes 3D basés sur cet indice ayant une pertinence clinique dans la SIA, qui n’étaient pas identifiés auparavant. Ce projet contribue dans la tendance actuelle vers le développement d’indices 3D et de classifications 3D pour la scoliose idiopathique de l’adolescent. / Adolescent idiopathic scoliosis (AIS) is a three dimensional (3D) deformity of the spine. For most patients, no surgical intervention is required. However, for patients with severe deformities, surgery is often recommended. Postero-anterior (PA) and antero-posterior (AP) x-rays are the most common modality for viewing and evaluating this deformity. From this imaging modality, clinical indices such as the Cobb angle can quantify and evaluate the severity of AIS. Clinical decision making is often based on this descriptor. However, the descriptors based on spinal radiographies are two- dimensional (2D) by nature. Therefore, they do not fully describe the deformity in AIS due to its three-dimensional (3D) nature. Poncet et al. have studied and presented geometric torsion as a 3D descriptor of AIS. This index measures a curve’s tendency to twist out of a plane. However, the method presented in their study is susceptible to errors from an imperfect 3D spinal reconstruction due to the local approach taken and is presented in a qualitative fashion. Hence, the objective of this study is to evaluate a new method of estimating geometric torsion in AIS employing parametric curve fitting techniques based on local arc-length approximations. The first study attempts to evaluate the sensitivity of the presented method of estimating geometric torsion against noisy data or 3D reconstruction errors. Two clinical studies will then present this descriptor as a quantitative measurement of AIS and will attempt to identify potential new sub-groups and demonstrate the clinical relevance of these new sub-groups. vi The first study evaluated the robustness of the new method in estimating geometric torsion in the presence of reconstruction errors. This study demonstrated that the new method is robust to 3D spinal reconstruction errors and achieves quantitative measures in a global fashion. The second study evaluated this new method of estimating geometric torsion in patients with Lenke type 1 deformities. This study identified two sub-groups based on torsion values, a high torsion and a low torsion group. These two sub-groups showed differences in the orientation of the planes of maximum deformity (PMC) in the thoraco-lumbar segment of the spine with the high torsion group having greater values. The last study evaluated the surgical results of patients with Lenke type 1 deformities having been sub-classified in high and low torsion groups. This study showed differences in TLL PMC with the high torsion group of patients having higher values pre and post-operatively, These studies present a novel method of estimating geometric torsion in AIS and present this 3D descriptor quantitatively. They have demonstrated the existence of new sub-groups within current classification systems that were previously undetected and have shown the clinical relevance of this new method of estimating geometric torsion in AIS. This project contributes towards the development of new 3D indices for AIS and opens the door to potential new 3D classifications.

Plusieurs éléments de la pathogenèse de la scoliose idiopathique de l’adolescent indiquent que les estrogènes pourraient intervenir dans le développement et la progression de cette maladie. Ce projet avait donc pour but d’explorer l’expression et la fonctionnalité des récepteurs aux estrogènes ERα et ERβ ainsi que leurs isoformes dans les ostéoblastes de patients scoliotiques et sains. L’induction des gènes de facteurs influençant la minéralisation et la différenciation des ostéoblastes par les estrogènes a également été étudié. Par immunofluorescence, nous avons remarqué une augmentation de la présence protéique de ERβ dans les ostéoblastes de patients SIA comparé aux sujets contrôles. Les récepteurs aux estrogènes provenant des ostéoblastes des patients sont fonctionnels tout comme ceux des contrôles et aucune différence dans l'interaction ADN-protéine n’a été observée. Il y a également une augmentation de l’expression génique de l’ostéopontine, l’ostéocalcine, le collagène de type I, la phosphatase alkaline et BMP2 dans les ostéoblastes des patients SIA. Un début de minéralisation in vitro a été observé dans les ostéoblastes de patients SIA et contrôles. ERα et ERβ sont présents et fonctionnels dans les ostéoblastes des patients SIA et sains. Leur expression est variable, mais ces variations existent chez les patients SIA et les contrôles. L’implication des estrogènes dans la SIA ne serait donc pas au niveau des récepteurs aux estrogènes mais au niveau de l’interactions des estrogènes avec d’autres facteurs étiologiques tels que la mélatonine, la formation/résorption osseuse ou autres facteurs neuro-endocriniens. / Recent developments in the research on pathogenesis of Adolescent Idiopathic Scoliosis indicate that estrogens could intervene in the development and progression of this disease. Therefore, this project focussed on the expression and functionality of estrogen receptors ERα and ERβ and their isoforms in osteoblasts of scoliotic patients and controls. The induction by estrogens of the expression of factors influencing mineralization and osteoblast differentiation was also studied. We observed by immunofluorescence, an increase of the presence of ERβ in osteoblasts of AIS patients compared to controls. A higher level of expression of osteopontin, osteocalcin, type I collagen, alkaline phosphatase and BMP2 was found in osteoblasts of AIS patients compared to controls. Estrogen receptors in osteoblasts from AIS patients are functional, as they were in controls and no difference in DNA-binding activity was observed. ERα et ERβ are present and functional in osteoblasts from AIS patients and controls. Their expression is variable, but these variations exist in both populations. The implication of estrogens in AIS would therefore be in the interaction between these hormones and other factors influencing the aetiology of AIS like melatonin, bone formation and resorption and neuro-endocrin factors, rather than in a default in the estrogens receptors themselves.

L’évaluation classique de la posture rachidienne chez les patients porteurs d’une scoliose idiopathique de l’adolescent (SIA) se fait habituellement dans une position contrainte et statique en radiographie standard. Les conséquences sur la fonction rachidienne dynamique de ces déformations sont mal connues. Par ailleurs, les changements de la posture rachidienne au cours de la croissance et avec l’acquisition d’une marche stable n’ont encore jamais été explorés. L’analyse quantifiée du mouvement (AQM) d’une cohorte d’enfants sains a permis de mettre en évidence des modifications de la posture rachidienne dynamique au cours de la croissance, avec une augmentation de la gîte du tronc vers l’avant. Ces modifications s’accompagnaient de modifications anatomiques, en particulier au niveau des facettes articulaires cervicales. En AQM, les patients porteurs d’une SIA avaient des modifications du schéma de marche avec un décalage de phase à la marche entre la rotation des épaules et du bassin chez les patients scoliotiques. Il n’y avait pas de différence dans le schéma de marche entre les patients ayant une courbure thoracique droite et ceux ayant une courbure lombaire gauche. L’analyse de ces patients à 11 mois postopératoire a montré une restauration de certains paramètres grâce à la fusion vertébrale. Notamment, l’arthrodèse rachidienne postérieure de la courbure scoliotique a pour effet de faire disparaître le décalage de phase dans le plan transversal. L’AQM permet de mettre en évidence des modifications de la posture rachidienne chez ces patients et apparait comme un outil d’évaluation fondamental, qui pourrait nous permettre de mieux évaluer les traitements de la SIA. / In adolescent idiopathic scoliosis (AIS) patients, spinal posture is usually assessed in a constraint position with radiographic evaluation. However, the consequences of spinal deformity in these patients on the daily functioning of the spine remains unclear. On the other hand, spinal posture changes with normal growth and mature gait achievement have never been explored.A gait analysis was performed on a cohort of healthy children and highlighted changes in dynamic spinal posture with growth, showing that the trunk was increasingly leaning forward with mature gait achievement. These modifications were associated with anatomical changes, especially in the cervical spine.Changes in gait pattern were also observed in AIS patients thanks to gait analysis. In particular, there was a modification of upper trunk and pelvic rotation during gait. There was no difference in gait pattern according to major curve location. Eleven month postoperatively, our results showed that spinal fusion allowed restoration of a normal gait pattern, especially in the transversal plane.Gait analysis was able to highlight changes in dynamic spinal posture that occur in AIS patients, and thus appears as a major tool for spinal posture assessment in these patients. It could help us to improve the evaluation of the treatments that are proposed for spinal deformity correction.

La scoliose idiopathique de l'adolescent (SIA) est une déformation tridimensionnelle de la colonne vertébrale qui se développe entre l’âge de 10 et 18 ans et dont la cause est inconnue. Cette maladie touche 2-3 % des adolescents et majoritairement les jeunes filles. Certaines études ont révélé des différences au niveau des paramètres anthropométriques chez les jeunes filles atteintes de la SIA par rapport à des sujets contrôles du même âge, tels qu’un poids, un indice de masse corporelle (IMC) et une densité minérale osseuse (DMO) plus faibles. Les raisons de ces différences demeurent inexpliquées, mais des anomalies au niveau du métabolisme énergétique pourraient y contribuer. En ce sens, certaines hormones impliquées dans le métabolisme énergétique ont été sommairement étudiées dans la SIA, mais cela de manière individuelle alors que ces processus nécessitent l'interaction d'une panoplie d'autres hormones. L’hypothèse centrale de cette thèse est que le métabolisme énergétique est altéré dans la SIA. Les objectifs de nos travaux sont de : (1) Étudier l’association entre la mutation A316T du gène du récepteur de l’incrétine glucagon-like peptide 1 (GLP1-R A316T) et la SIA; (2) Dans des ostéoblastes de patients atteints de la SIA et de contrôles, examiner la régulation de protéines impliquées dans le métabolisme énergétique à l’état basal et suite à des traitements par des effecteurs métaboliques; (3) Étudier le profil métabolique des jeunes filles atteintes de la SIA comparativement à des contrôles du même âge; (4) Étudier la composition et la diversité du microbiote intestinal ainsi que ses métabolites dans la SIA et les comparer à des contrôles. Pour ce faire, nous avons génotypé la mutation GLP1R A316T chez des patients avec SIA et des contrôles. Ensuite, des ostéoblastes ont été incubés avec divers effecteurs métaboliques pour étudier leurs effets sur l’expression de protéines impliquées dans le métabolisme énergétique. Aussi, une étude clinique pilote a été réalisée auprès de 20 patientes adolescentes avec la SIA et 20 contrôles appariées pour l’âge. Nous avons évalué le profil métabolique et anthropométrique des participantes, ainsi que leur alimentation et leur niveau d’activité physique. Un échantillon de selle a également été collecté sur une base volontaire afin d’étudier le microbiote intestinal des patientes et des contrôles. Pour l’étude génétique, dans notre cohorte, la présence de la mutation GLP1R A316T augmentait de 3,4 fois le risque de développer la maladie. Au niveau cellulaire, les ostéoblastes dérivés de patients avec SIA présentaient une expression génique et protéique de la dipeptidyl peptidase-4 (DPP-4) inférieure à celle des contrôles. De plus, les traitements avec les effecteurs métaboliques n’ont pas régulé l’expression de la DPP-4 de la même manière dans les ostéoblastes de sujets avec SIA que dans ceux des contrôles. L’étude clinique pilote a montré que les patientes atteintes de la SIA avaient des niveaux moyens d’adiponectine supérieurs aux contrôles, et un ratio leptine/adiponectine inférieur. De plus, les participantes qui avaient un angle de Cobb supérieur à 25° présentaient des taux plus élevés de résistine comparativement aux contrôles. L’étude du microbiote intestinal a révélé des tendances, telles qu’une plus faible alpha-diversité et abondance relative de Lachnospira et de Bacteroides, ainsi qu’une plus grande abondance relative de Blautia dans le groupe avec SIA. En conclusion, les résultats de nos études génétique, cellulaire et clinique démontrent la présence d’altérations du métabolisme énergétique dans la SIA. Ces travaux soutiennent que les mécanismes possibles peuvent inclurent la mutation d’un gène impliqué dans le métabolisme énergétique, une régulation différente des adipokines et des incrétines ainsi que différentes réponses à des effecteurs métaboliques et une altération du microbiote intestinal et de ses métabolites. / Adolescent idiopathic scoliosis (AIS) is a three-dimensional deformity of the spine that develops between the ages of 10 and 18, the cause of which is unknown. The disease affects 2-3% of adolescents, mostly girls. Some studies have revealed differences in anthropometric parameters in girls with AIS compared to control subjects of the same age, such as lower weight, body mass index (BMI) and bone mineral density (BMD). The reasons for these differences remain unexplained, but abnormalities in energy metabolism may contribute. In this regard, certain hormones involved in energy metabolism have been briefly studied in SIA, but only individually, whereas these processes require the interaction of a panoply of other hormones. The central hypothesis of this thesis is that energy metabolism is altered in AIS. The aims of our work are to: (1) Investigate the association between the A316T mutation in the incretin glucagon-like peptide 1 receptor gene (GLP1-R A316T) and AIS; (2) In osteoblasts from AIS patients and controls, examine the regulation of proteins involved in energy metabolism in the basal state and following treatment with metabolic effectors; (3) To study the metabolic profile of girls with AIS compared with controls of the same age; (4) To study the composition and diversity of the intestinal microbiota and its metabolites in AIS and compare them with controls. To this end, we genotyped the GLP1R A316T mutation in AIS patients and controls. Then, osteoblasts were incubated with various metabolic effectors to study their effects on the expression of proteins involved in energy metabolism. Also, a clinical pilot study was carried out in 20 adolescent female patients with AIS and 20 age-matched controls. We assessed the participants' metabolic and anthropometric profile, as well as their diet and level of physical activity. A stool sample was also collected on a voluntary basis to study the intestinal microbiota of patients and controls. For the genetic study, in our cohort, the presence of the GLP1R A316T mutation increased the risk of developing the disease by 3.4-fold. At the cellular level, osteoblasts derived from patients with AIS showed lower gene and protein expression of dipeptidyl peptidase-4 (DPP-4) than controls. Furthermore, treatments with metabolic effectors did not regulate DPP-4 expression in the same way in osteoblasts from subjects with AIS as in controls. The clinical pilot study showed that AIS patients had higher mean adiponectin levels than controls, and a lower leptin/adiponectin ratio. In addition, participants with a Cobb angle greater than 25° had higher levels of resistin compared with controls. Study of the intestinal microbiota revealed trends such as lower alpha-diversity and relative abundance of Lachnospira and Bacteroides, and greater relative abundance of Blautia in the AIS group. In conclusion, the results of our genetic, cellular, and clinical studies support the presence of alterations in energy metabolism in AIS. Possible mechanisms may include mutation of a gene involved in energy metabolism, different regulation of adipokines and incretins, different responses to metabolic effectors, and alteration of the gut microbiota and its metabolites.

La scoliose idiopathique de l’adolescent est une déformation 3D du rachis. La littérature comporte une multitude d’études sur la prédiction de l’évolution et l’identification de facteurs de risque de progression. Pour l’instant les facteurs de risque établis sont l’amplitude de la déformation, la maturité squelettique et le type de courbure. Plusieurs autres champs ont été explorés comme les aspects génétiques, biochimiques, mécaniques, posturaux et topographiques, sans vraiment apporter beaucoup de précision à la prédiction de l’évolution. L’avancement de la technologie permet maintenant de générer des reconstructions 3D du rachis à l’aide des radiographies standard et d’obtenir des mesures de paramètres 3D. L’intégration de ces paramètres 3D dans un modèle prédictif représente une avenue encore inexplorée qui est tout à fait logique dans le contexte de cette déformation 3D du rachis. L’objectif général de cette thèse est de développer un modèle de prédiction de l’angle de Cobb à maturité squelettique à partir de l’information disponible au moment de la première visite, soit l’angle de Cobb initial, le type de courbure, l’âge osseux et des paramètres 3D du rachis. Dans une première étude, un indice d’âge osseux a été développé basé sur l’ossification de l’apophyse iliaque et sur le statut du cartilage triradié. Cet indice comporte 3 stades et le second stade, qui est défini par un cartilage triradié fermé avec maximum 1/3 d’ossification de l’apophyse iliaque, représente le moment pendant lequel la progression de la scoliose idiopathique de l’adolescent est la plus rapide. Une seconde étude rétrospective a permis de mettre en évidence le potentiel des paramètres 3D pour améliorer la prédiction de l’évolution. Il a été démontré qu’à la première visite il existe des différences pour 5 paramètres 3D du rachis entre un groupe de patients qui sera éventuellement opéré et un groupe qui ne progressera pas. Ces paramètres sont : la moyenne da la cunéiformisation 3D des disques apicaux, la rotation intervertébrale à la jonction inférieure de la courbure, la torsion, le ratio hauteur/largeur du corps vertébral de T6 et de la colonne complète. Les deux dernières études sont basées sur une cohorte prospective de 133 patients avec une scoliose idiopathique de l’adolescent suivi dès leur première visite à l’hôpital jusqu’à maturité squelettique. Une première étude a permis de mettre en évidence les différences morphologiques à la première visite entre les patients ayant progresser de plus ou moins de 6°. Des différences ont été mise en évidence pour la cyphose, l’angle de plan de déformation maximal, la rotation ntervertébrale l’apex, la torsion et plusieurs paramètres de «slenderness». Ensuite une seconde étude a permis de développer un modèle prédictif basé sur un modèle linéaire général en incluant l’indice d’âge osseux développé dans la première étude, le type de courbure, l’amplitude de l’angle de Cobb à la première visite, l’angle de déformation du plan maximale, la cunéiformisation 3D des disques T3-T4, T8-­T9, T11-­T12 et la somme des cunéiformisation 3D de tous les disques thoraciques et lombaires. Le coefficient de détermination multiple pour cette modélisation est de 0.715. Le modèle prédictif développé renforce l’importance de considérer la scoliose idiopathique dans les trois dimensions et il permettra d’optimiser la prédiction de l’évolution au moment de la première visite. / Prediction of curve progression remains a challenge for the clinicians at the first visit for a patient with adolescent idiopathic scoliosis. Prediction of progression is based on curve type, curve magnitude and skeletal or chronological age. The failure to accurately predict the risk of progression can lead to inadequate treatment, as well as unnecessary medical visits and radiographs. Three-­dimensional evaluation is currently more popular in the scoliosis research community either for classification or treatment planning. The global objective of this thesis was to develop a predictive model of the final Cobb angle in adolescent idiopathic scoliosis based on 3D spine parameters and on skeletal age, curve type and curve magnitude. The first study was to develop a skeletal maturity system based on ossification of iliac apophysis and triradiate cartilage status, two details available on routine radiographs. A 3 stages system was develop with the second stage being associated to the rapid acceleration phase of the deformation. The second stage corresponds to a closed triradiate cartilage and a maximum of 1/3 of the iliac apophysis ossification. The second study was a retrospective case control study. It showed the potential for 3D parameters to help predict the evolution. 3D spinal parameters at first visit of a group of patient eventually treated with surgery and a group who had no progression revealed statistical differences for: mean 3D wedging of the apical disks, lower junctional vertebral axial rotation, torsion and T6 and whole spine height/width ratio were all significantly affected. The last study was a prospective cohort study based on an adolescent idiopathic scoliosis group followed from first visit to skeletal maturity. A general linear model was developed based on 3D spinal parameters and on curve type, Cobb angle at first visit and with the 3 stages skeletal maturity system developed in the first study. The predictive model obtained has a determination coefficient of 0,715. Included 3D parameters predictors were: the angle of the plane of maximal curvature, the 3D wedging of T3-­T4, T8-­T9 and T11-­T12 disks, and the sum of 3D wedging of all thoracic and lumbar disks. The predictive model developed reinforced the importance of considering adolescent idiopathic scoliosis in a three-­‐dimensional point of view. This model will also optimise the prediction of evolution at first visit.

La scoliose idiopathique de l’adolescent est une déformation 3D du rachis. La littérature comporte une multitude d’études sur la prédiction de l’évolution et l’identification de facteurs de risque de progression. Pour l’instant les facteurs de risque établis sont l’amplitude de la déformation, la maturité squelettique et le type de courbure. Plusieurs autres champs ont été explorés comme les aspects génétiques, biochimiques, mécaniques, posturaux et topographiques, sans vraiment apporter beaucoup de précision à la prédiction de l’évolution. L’avancement de la technologie permet maintenant de générer des reconstructions 3D du rachis à l’aide des radiographies standard et d’obtenir des mesures de paramètres 3D. L’intégration de ces paramètres 3D dans un modèle prédictif représente une avenue encore inexplorée qui est tout à fait logique dans le contexte de cette déformation 3D du rachis. L’objectif général de cette thèse est de développer un modèle de prédiction de l’angle de Cobb à maturité squelettique à partir de l’information disponible au moment de la première visite, soit l’angle de Cobb initial, le type de courbure, l’âge osseux et des paramètres 3D du rachis. Dans une première étude, un indice d’âge osseux a été développé basé sur l’ossification de l’apophyse iliaque et sur le statut du cartilage triradié. Cet indice comporte 3 stades et le second stade, qui est défini par un cartilage triradié fermé avec maximum 1/3 d’ossification de l’apophyse iliaque, représente le moment pendant lequel la progression de la scoliose idiopathique de l’adolescent est la plus rapide. Une seconde étude rétrospective a permis de mettre en évidence le potentiel des paramètres 3D pour améliorer la prédiction de l’évolution. Il a été démontré qu’à la première visite il existe des différences pour 5 paramètres 3D du rachis entre un groupe de patients qui sera éventuellement opéré et un groupe qui ne progressera pas. Ces paramètres sont : la moyenne da la cunéiformisation 3D des disques apicaux, la rotation intervertébrale à la jonction inférieure de la courbure, la torsion, le ratio hauteur/largeur du corps vertébral de T6 et de la colonne complète. Les deux dernières études sont basées sur une cohorte prospective de 133 patients avec une scoliose idiopathique de l’adolescent suivi dès leur première visite à l’hôpital jusqu’à maturité squelettique. Une première étude a permis de mettre en évidence les différences morphologiques à la première visite entre les patients ayant progresser de plus ou moins de 6°. Des différences ont été mise en évidence pour la cyphose, l’angle de plan de déformation maximal, la rotation ntervertébrale l’apex, la torsion et plusieurs paramètres de «slenderness». Ensuite une seconde étude a permis de développer un modèle prédictif basé sur un modèle linéaire général en incluant l’indice d’âge osseux développé dans la première étude, le type de courbure, l’amplitude de l’angle de Cobb à la première visite, l’angle de déformation du plan maximale, la cunéiformisation 3D des disques T3-T4, T8-­T9, T11-­T12 et la somme des cunéiformisation 3D de tous les disques thoraciques et lombaires. Le coefficient de détermination multiple pour cette modélisation est de 0.715. Le modèle prédictif développé renforce l’importance de considérer la scoliose idiopathique dans les trois dimensions et il permettra d’optimiser la prédiction de l’évolution au moment de la première visite. / Prediction of curve progression remains a challenge for the clinicians at the first visit for a patient with adolescent idiopathic scoliosis. Prediction of progression is based on curve type, curve magnitude and skeletal or chronological age. The failure to accurately predict the risk of progression can lead to inadequate treatment, as well as unnecessary medical visits and radiographs. Three-­dimensional evaluation is currently more popular in the scoliosis research community either for classification or treatment planning. The global objective of this thesis was to develop a predictive model of the final Cobb angle in adolescent idiopathic scoliosis based on 3D spine parameters and on skeletal age, curve type and curve magnitude. The first study was to develop a skeletal maturity system based on ossification of iliac apophysis and triradiate cartilage status, two details available on routine radiographs. A 3 stages system was develop with the second stage being associated to the rapid acceleration phase of the deformation. The second stage corresponds to a closed triradiate cartilage and a maximum of 1/3 of the iliac apophysis ossification. The second study was a retrospective case control study. It showed the potential for 3D parameters to help predict the evolution. 3D spinal parameters at first visit of a group of patient eventually treated with surgery and a group who had no progression revealed statistical differences for: mean 3D wedging of the apical disks, lower junctional vertebral axial rotation, torsion and T6 and whole spine height/width ratio were all significantly affected. The last study was a prospective cohort study based on an adolescent idiopathic scoliosis group followed from first visit to skeletal maturity. A general linear model was developed based on 3D spinal parameters and on curve type, Cobb angle at first visit and with the 3 stages skeletal maturity system developed in the first study. The predictive model obtained has a determination coefficient of 0,715. Included 3D parameters predictors were: the angle of the plane of maximal curvature, the 3D wedging of T3-­T4, T8-­T9 and T11-­T12 disks, and the sum of 3D wedging of all thoracic and lumbar disks. The predictive model developed reinforced the importance of considering adolescent idiopathic scoliosis in a three-­‐dimensional point of view. This model will also optimise the prediction of evolution at first visit.

La scoliose idiopathique est une déformation tridimensionnelle de la colonne vertébrale dont la pathogenèse reste obscure. Cette maladie affecte 2-4% des adolescents de 10-18 ans parmi les garçons et les filles. Il est à noter que les filles sont plus sévèrement affectées et ce en plus grand nombre que les garçons. Les études de jumeaux ont montré que les facteurs génétiques jouent un rôle important dans la scoliose idiopathique de l'adolescent (SIA). Depuis 2010, les études d'association pan génomiques ont été multipliées dans les recherches, visant à trouver des gènes candidats impliqués dans la SIA à travers des examens des polymorphismes nucléotidiques (SNPs). Un test génétique nommé "ScoliScore" a été publié pour essayer de prédire la progression de courbure dans la population caucasienne. Cependant, l'association n'a pas été reproduite dans une grande étude japonaise, soulignant l'importance d'une étude de réplication dans une population caucasienne indépendante. Dans ce contexte, mon projet de maîtrise a permis de génotyper plus de 1,4 millions de SNPs dans une cohorte canadienne-française dans le but: 1) de valider l'association de ScoliScoreTM; et 2) d’identifier les variants génomiques associées à la SIA dans la population québécoise. Notre étude a montré qu’aucun des variants constituant le test ScoliScoreTM n’était associé à la SIA. Ceci suggère que l'absence d'association dans une cohorte japonaise n'est pas due à l'appartenance ethnique. Aussi, nous avons identifié des variants génomiques associés significativement à l’initiation et/ou la progression de SIA dans la population québécoise, suggérant des gènes candidats impliqués dans la pathogenèse de SIA. / Idiopathic scoliosis is a common spinal deformation occurring without clear reason. This disease affects 2-4% adolescents aging from 10-18 years old in both genders. Of note, girls are more affected in number and severity than boys. Twin studies demonstrated that genetic factors play an important role in adolescent idiopathic scoliosis (AIS). Since 2010, Genome-wide association studies (GWAS) have been multiplied in AIS researches, aiming to find out candidate genes involved in the disease by an examination of single nucleotide polymorphisms (SNPs) throughout the entire genome. A genetic test named “ScoliScore” was released for the prediction of curvature progression in Caucasian AIS population using 53 SNPs. However, such association was not replicated in a larger Japanese-population study. Such a discrepancy could be explained by ethnicity, raising the importance of a replication study in an independent Caucasian population of European descent. In that context, we genotyped over 1.4 million SNPs in a French-Canadian cohort: 1) to validate the association in ScoliScoreTM test; and 2) to identify genomic variants associated with AIS in the population of Quebec. As a result, the association of ScoliScoreTM genomic markers could not be reproduced in French-Canadian AIS patients, suggesting that the lack of association of these SNPs in a Japanese cohort is not due to ethnicity. Meanwhile, we identified genome-wide significant variants associated with spinal curve initiation and/or progression in French-Canadian population, suggesting candidate genes involved in AIS pathogenesis.