Thesis (M.Tech.)(Nuclear Medicine) -- Central University of Technology, free State, 2007 / In the South African Health Services (SAHS) it is each health worker’s responsibility to find ways to reduce health care cost and improve health service to the public. The measurement of radioactive iodine uptake (RAIU) by the thyroid gland for diagnostic purposes has been used as early as the 1940s. The 24-hour (hr) iodine-131 (131I) uptake measurement is traditionally used for the calculation of the 131I administered activity for therapy dosage. This entails that the patient’s hospitalisation is prolonged, which increases the costs. The literature also indicates that the 24-hr 131I uptake value can be discarded and only the 6-hr 131I uptake measurement is needed to calculate administered activity for therapeutic dosages for Graves’ patients. Therefore, if it can be confirmed that the 6-hr 131I uptake measurement alone is needed, the SAHS could decrease hospitalisation costs. The overall goal of the investigation was to analyse the 6-hr and 24-hr 131I uptake measurements of patients with Graves’ disease at the Universitas Hospital. The aim was to determine the relationship between the 6-hr and 24- hr RAIU values to establish the therapeutic dosage for Graves’ disease. To achieve the aim, three objectives were set. First, to serve as a background to the investigation, a literature survey relating to the RAIU measurements of patients with Graves’ disease was made. Second, a retrospective analysis was performed by collecting the 6-hr and 24-hr 131I uptake measurements of patients with proven Graves’ disease at the Universitas Nuclear Medicine Department (UNMD). Finally, the data obtained from the retrospective analysis was analysed, summarised and compared to answer the investigation questions. The investigation group included patients with confirmed Graves’ disease who had undergone both the 6- and 24-hr 131I RAIU at the Universitas Hospital from the beginning of 2004 to the end of 2005. Graves’ disease is confirmed by the following factors at the UNMD, namely: Suppressed TSH, elevated T4 and T3 values, an increased uptake on the 99mTc-pertechnetate scan and increased 6- and 24-hr 131I RAIU values. The UNMD statistics show that 178 patients were diagnosed with Graves’ disease during this period. The patients of the investigation group included both male and female patients from different races, ranging from 15-75 years. In order to increase the validity of the investigation, all factors that could influence the accuracy of the 131I thyroid uptake test were excluded. After the exclusion and inclusion criteria had been applied, the final investigation group was made up of 124 Graves’ disease patients. The data obtained from the patient files was noted on the different data sheets (see Appendix A) for further analysis. The information from these data sheets was then used to obtain the investigation results. The Department of Biostatistics of the University of the Free State (UFS) was consulted for recommendations regarding the management of data and the processing of results. All values were summarised by means and Standard Deviations (SD) or percentiles. Mean or median differences were calculated with a 95% Confidence Interval (CI). A regression analysis was made between the 6-hr and 24-hr 131I RAIU values. The highest RAIU value is the best to calculate the therapeutic dosage, as this gives a true reflection of the thyroid function of a Graves’ disease patient. In the investigation group the median of the 24-hr 131I RAIU values was higher than the 6-hr 131I RAIU values. The findings showed that the 24-hr 131I RAIU in most of the investigation group was the highest value and most effective to calculate the 131I therapeutic dosage. At a time when research-based practice is taking on an increasingly important role, it is essential for nuclear medicine departments to make evidence-based recommendations. This investigation found that the correlation between the 6-hr and 24-hr RAIU clearly justified the cost spent on Graves’ disease patients who must stay overnight for the 24-hr 131I RAIU procedure.

L’hypothyroïdie congénitale (HC) est une maladie relativement fréquente, touchant un nouveau-né sur 3000-4000, et dont la majorité des cas sont causés par un défaut dans le développement embryonnaire de la glande. Il existe plusieurs arguments en faveur d’une cause génétique dans une minorité de ces dysgénésies thyroïdiennes mais, à ce jour, seuls quelques cas ont put être reliés à une mutation dans l’un ou l’autre de trois gènes codant pour des facteurs de transcription impliqués dans le développement de la thyroïde (TITF1, PAX8 et FOXE1).<p>Au cours de notre travail de thèse, nous avons caractérisé la 6ème mutation du gène PAX8 à l’état hétérozygote, dans un cas familial d’HC. Nous avons étudié l’impact fonctionnel de cette altération qui entraîne une perte de liaison de la protéine mutée à une séquence cible spécifique, ainsi qu’une diminution drastique de la synergie de transactivation en association avec Titf1. Le phénotype des patients est également intéressant à plus d’un titre. En effet, nous avons pu observer que les mutations de PAX8 sont compatibles avec le développement d’une thyroïde en place et de taille normale à la naissance, pouvant conduire à un diagnostic erroné de dyshormonogenèse. De plus, un des trois patients présente un phénotype rénal qu’il est tentant de relier à la mutation de PAX8 étant donné que ce gène est exprimé durant le développement de cet organe, tout comme dans la thyroïde.<p>Notre travail a également consisté en l’élaboration d’une librairie SAGE du bourgeon thyroïdien en développement, afin de rechercher de nouveaux gènes candidats impliqués dans le développement de la glande thyroïde. Grâce à une technique d’amplification d’ARN, nous avons obtenu une librairie d’environ 94.000 étiquettes à partir de bourgeons thyroïdiens provenant d’embryons de souris au 11ème jour de développement. Cette librairie nous a permis d’identifier une nouvelle isoforme du transcrit de Titf1 modifiant l’extrémité 3’-non codante du messager, ainsi qu’un gène de fonction inconnue mais dont le profil d’expression ainsi que sa grande conservation au cours de l’évolution laissent suggérer un rôle important, tant dans les tissus embryonnaires que dans les tissus adultes.<p>Ces deux découvertes valident le caractère prédictif de notre librairie qui constitue un outil de choix pour l’identification de nouveaux gènes de développement thyroïdien et donc de nouveaux candidats pour l’étude des mécanismes étiopathogéniques à la base des dysgénésies thyroïdiennes.<p>/<p>Congenital hypothyroidism (CH) is a relatively frequent disease affecting 1 every 3000-4000 newborns. The majority of CH cases are caused by a defect in the embryonic development of the gland. There exists several arguments in favor of a genetic cause for a minority of these thyroid dysgeneses but, to this day, only a few cases have been related to a mutation in one of three genes coding for transcription factors implicated in thyroid development (TITF1, PAX8 and FOXE1).<p>In the course of this work, we have caracterized the 6th mutation of the PAX8 gene, in the heterozygous state, in a familial case of CH. We have studied the functional impact of this modification which leads to a loss of the protein’s DNA-binding properties and to a severe reduction in the transactivation synergy in association with Titf1. The phenotype of the patients presents also interesting features. Indeed we have observed that the PAX8 mutations are compatible with the development of an in-place, normal-sized thyroid at birth, which could lead to an erroneous diagnostic of dyshormonogenesis. Moreover, one of the three patients presents with a renal phenotype (unilateral kidney agenesis) which is tempting to relate to the PAX8 mutation, given this gene is expressed during kidney development.<p>Our work also consisted in the generation of an embryonic thyroid bud SAGE library, which we used to search for new candidate genes implicated in thyroid development. With the help of a RNA amplification technique, we obtained a library of roughly 94.000 tags starting from mous thyroid buds at E11. This library allowed us to identify a new Titf1 splicing variant modifying the 3’-UTR of the transcript, and a gene of unknown function. The latter’s expression profile and high conservation throughout evolution suggest a crucial role in embryonic as well as adult tissues.<p>These two findings validate the predictive character of our library which constitutes a powerful tool to identify new thyroid developmental genes and new candidate genes for the study of the etiopathogenic mecanisms responsible for CH.<p><p> / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La technologie des microarrays est une technique d’analyse d’expression génique à grande échelle qui permet d’analyser simultanément l’expression de milliers de gènes dans différentes cellules et différentes conditions physiologiques, pathologiques ou toxicologiques (Shena et al, 2000). Dans notre étude nous avons employé cette technique pour mieux comprendre deux pathologies thyroïdiennes: les carcinomes papillaires (PTC) et les adénomes autonomes hyperfonctionnels.<p>L’étude des profils d’expression génique de 9 carcinomes papillaires thyroïdiens sporadiques et de 13 carcinomes papillaires post-Chernobyl a été effectuée en utilisant les lames commerciales de Perkin-Elmer (comportant 2400 cDNA) et en les comparant à leurs tissus normaux adjacents. Les PTC post-Tchernobyl constituent une population de cancers à cause bien définie puisqu’ils sont directement reliés à l’exposition du même agent mutagène, pendant une même période. L’étude des profils d’expression indique qu’il n’y a pas de signature génique spécifique permettant de distinguer les carcinomes papillaires sporadiques des post-Tchernobyl. La comparaison de ces profils d’expression à celui obtenu avec 13 adénomes autonomes a permis de mettre en évidence une signature de 6 gènes (créatine kinase B, annexine A1, clusterine, métallothionéine 1x, Fc fragment of IgG binding protein et tissue inhibitor of metalloproteinase 1) séparant les carcinomes papillaires malins des adénomes autonomes bénins. <p>Nous avons également analysé l’expression génique sur des mélanges de tumeurs et de leurs contrôles respectifs sur des lames à 17000 cDNA fabriquées au MAF (VIB Microarray Facility, Leuven). Un mélange de 14 cancers papillaires sporadiques, un mélange de 20 cancers papillaires provenant de la région de Tchernobyl et un mélange de 5 adénomes autonomes ont été analysés par microarray et comparés aux études existantes comme celles effectuées sur les lames Perkin-Elmer ou par d’autres groupes (Huang et al, 2001 ;Wasenius et al, 2003 ;Jarzab et al, 2005 ;Eszlinger et al, 2004). <p>De ces données microarray ont résulté des listes de gènes sur- et sous-exprimés dans les tumeurs comparées à leurs tissus normaux adjacents. Plusieurs gènes différentiellement exprimés ont déjà été confirmés dans différentes études réalisées aussi bien dans notre laboratoire que dans d’autres. Nous avons confirmé la modulation de plusieurs gènes intéressants par RT-PCR en temps réel (Taqman) ainsi que certaines modulations au niveau protéique (par Western Blot ou immunohistochimie). L’étude immunohistochimique nous a donné également des informations sur la distribution cellulaire et tissulaire de ces protéines. <p>La modulation d’expression génique dans ces tumeurs reflète des caractéristiques physiopathologiques connues (comme l’hyperactivité fonctionnelle, la faible augmentation de l’AMPc ou encore la diminution de l’apoptose dans les adénomes autonomes et la dédifférenciation ou l’invasivité dans les carcinomes papillaires), mais elle nous a également permis d’identifier des caractéristiques physiopathologiques jusqu’ici encore inconnues de ces tumeurs (comme la surexpression de la N-cadhérine et la diminution de la cavéoline1, deux marqueurs présumés de malignité, dans les tumeurs bénignes et un changement de population cellulaire aussi bien dans les adénomes autonomes que dans les carcinomes papillaires). Ces études nous ont donc permis de définir des gènes potentiellement importants dans la pathologie des différentes tumeurs étudiées, mais également des nouveaux marqueurs diagnostiques potentiels. Ainsi, l’étude immunohistochimique sur des tissu-arrays nous a permis de confirmer la surexpression de l’annexine A1 dans les carcinomes papillaires et de la créatine kinase B dans les adénomes autonomes et pas dans les autres tumeurs thyroïdiennes étudiées. L’immunomarquage de ces protéines nous a également aidé à définir la malignité d’une série d’adénomes atypiques. L’annexine A1 est un marqueur potentiel particulièrement intéressant car cette protéine n’est fortement exprimée que dans les carcinomes papillaires. Une hypothèse, encore à confirmer, sur sa fonction dans cette pathologie est décrite dans ce travail. Finalement, nous avons émis une hypothèse expliquant la raison pour laquelle les réarrangements Ret/PTC mènent à la formation de carcinomes papillaires, tandis qu’une mutation activatrice de Ras, l’effecteur directe du récepteur à activité tyrosine kinase Ret, mène à la formation de tumeurs folliculaires. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La thèse s’inscrit dans un projet de recherche global visant à caractériser les tumeurs thyroïdiennes sur le plan moléculaire, afin de mieux comprendre leur physiopathologie et afin d’identifier des biomarqueurs (signatures moléculaires) qui pourront être utilisés pour le diagnostic, le pronostic et leur traitement. Parmi celles-ci, nous distinguons les adénomes autonomes (AA) et folliculaires (FTA) tumeurs bénignes encapsulées, et les carcinomes, tumeurs malignes. Ceux-ci sont eux-mêmes subdivisés en carcinomes différenciés, folliculaires (FTC) ou papillaires (PTC), et peuvent évoluer en carcinomes anaplasiques (ATC), totalement dédifférenciés. Un autre type de tumeurs bénignes différenciées, très rares, existe: l’hyperthyroïdie non auto-immune familiale (FNAH). Ces tumeurs sont causées pour la plupart par des mutations qui activent de manière constitutive des cascades de signalisation, essentiellement la cascade de l’AMPc et la cascade des MAPK. Le but de notre thèse était de valider un système expérimental in vitro des PTC, d’étudier les profils d’expression génique des FNAH et de les comparer avec ceux des AA, et de définir les profils ARNm et miRNA des ATC pour les comparer à ceux des PTC pour identifier de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles. Pour réaliser ces objectifs, nous avons utilisé la technologie des microarrays qui permet d’analyser simultanément l’expression de milliers de gènes dans différentes conditions. Nous avons donc utilisé une approche multidisciplinaire alliant une partie expérimentale et une partie bioinformatique.<p><p>La première partie du travail a consisté à réaliser un modèle d’étude in vitro pour caractériser les PTC au niveau moléculaire. A cet effet, des cultures primaires de thyrocytes ont été traitées avec de l’EGF et du sérum pendant différents temps (1,5h, 3h, 16h, 24h et 48h) ce qui stimule la cascade des MAPK, activée constitutivement dans les PTC. Nous avons hybridé sur des lames microarrays maison les différents échantillons et nous avons montré que les cultures primaires stimulées pendant des temps longs (24h et 48h) ont des profils d’expression génique qui ressemblent à ceux des PTC et constituent donc un bon modèle d’étude de cette tumeur. <p><p>La seconde partie a pour objectif de définir les phénotypes moléculaires et fonctionnels des FNAH et de les comparer aux AA. Ces deux pathologies résultent d’une mutation dans le récepteur de la TSH (TSHR) activant de manière constitutive la cascade de l’AMPc. Dans le cas des FNAH, la mutation est héréditaire et toute la glande est affectée contrairement aux AA où la mutation survient plus tard, généralement à l’âge adulte, et où seule une partie de la glande est affectée. Nous avons comparé le profil d’expression génique des FNAH avec celui des AA, par hybridation sur des lames microarrays HEEBO. L’intégration de ces différentes données montre que les AA et les FNAH sont deux sous-types différents de la même maladie: l’hyperthyroïdie génétique. Les caractéristiques de chacun de ces sous-types dépendent de l’intensité de la mutation, du nombre de cellules initialement affectées et du stade de développement au moment duquel la mutation survient.<p><p>Dans la dernière partie de ce travail, nous avons caractérisé les ATC au niveau du profil d’expression des ARNm et des miRNA par hybridation respectivement sur lames Affymetrix ou sur lames miRNA maison et au niveau de leur état mutationnel du gène p53. Le profil d’expression génique des ATC a été comparé avec celui des PTC afin de mettre en évidence des gènes différentiellement exprimés entre les 2 types de cancers, que nous avons ensuite tenté d’invalider par siRNA, dans un modèle in vitro de lignée cellulaire thyroïdienne dérivée d’un ATC (8505C). Les résultats obtenus jusqu’ici ne sont malheureusement pas prometteurs. Le profil d’expression des miRNA nous a permis d’identifier une signature de 34 miRNA caractéristique des ATC.<p> / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

New technologies to probe the global output of the normal and cancer genomes have recently reached widespread use. The resulting genomewide gene expression profiles, e.g, a gene expression measurement per gene and per tissue sample, remain challenging to analyze and interpret, but have already provided new insights into the pathophysiology of cancer and towards personalized care.<p><p><p>In vitro cell culture-based experimental models are used to elucidate cancer onset and progression because experimentation in humans is difficult practically and ethically unacceptable, and because they provide simplified, reproducible and controlled systems to test hypotheses. The thyroid tumors and their in vitro experimental models are particularly suited to compare the molecular phenotypes of experimental models and tumors. From one type of cell, the thyrocyte, at least five distinct benign and malignant tumors can arise. In addition, many immortalized tumor-derived cell lines and primary cultures models of these cells exist.<p><p><p>This thesis has focused on the bioinformatic comparison of these in vitro models to the in vivo tumors, from the point of view of their gene expression profiles, to gain insight into the pathogenesis of thyroid tumors, and of tumors in general.<p><p><p>In a first study, we showed that primary cultures of freshly isolated normal thyroid cells where proliferation and differentiation through the TSHR/cAMP pathway was chronically activated experimentally resemble specifically the autonomous thyroid adenomas, a type of benign thyroid tumor, and provide insight into a general mechanism of tumor progression: the suppression of negative feedbacks that normally restrain excessive cell division.<p><p><p>Subsequently, we found that immortalized thyroid tumor-derived cell lines have converged to a common phenotype regardless of their tumor subtype of origin. A TSHR/cAMP thyroid cell differentiation signature, derived from data obtained for the first study, was used to show that the cell lines were dedifferentiated. Accordingly, we showed that the cell lines resemble most the phenotype of the more dedifferentiated, clinically aggressive anaplastic thyroid cancers.<p><p><p>Finally, using large databases of gene expression profiles publicly available, we extended the comparison of cell lines and tumors to cancers of five other organs: breast, colon, kidney, ovary and lung. We discuss the correct use of these models and advance an hypothesis regarding the nature of the state to which these cells have converged: they could represent a surviving subpopulation of tumors cells, cancer stem cells, capable of initiating and maintaining tumor growth.<p><p><p>As other technologies designed to perturb the genome in experimental models are emerging, careful characterization and validation of the experimental models are needed to extrapolate the results in vivo.<p> / Doctorat en sciences biomédicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les tumeurs thyroïdiennes constituent les tumeurs endocrines les plus fréquentes. Parmi celles-ci, on distingue les adénomes, tumeurs bénignes et encapsulées, et les carcinomes, tumeurs malignes. Ceux-ci sont eux-mêmes subdivisés, principalement sur base histologique, en carcinomes papillaires ou folliculaires, qui conservent certaines caractéristiques de différenciation des cellules thyroïdiennes initiales dont ils dérivent, et qui peuvent évoluer en carcinomes anaplasiques, totalement dédifférenciés. Les carcinomes différenciés de la thyroïde sont généralement de bon pronostic, contrairement aux cancers anaplasiques qui sont nettement plus agressifs, avec un taux de survie à 5 ans inférieur à 5%. <p>La technologie des microarrays permet d’analyser simultanément l’expression de milliers de gènes dans différentes cellules et différentes conditions physiologiques, pathologiques ou toxicologiques. Au cours de cette thèse de doctorat, nous avons déterminé le profil d’expression génique des carcinomes papillaires de la thyroïde à l’aide de la technique des microarrays en utilisant une plateforme contenant plus de 8000 gènes. Douze des 26 cancers papillaires étudiés étaient issus de patients habitant la région de Tchernobyl lors de l’explosion de la centrale nucléaire de 1986 et sont considérés comme des cancers radio-induits. Les 14 tumeurs restantes proviennent de patients habitant la France. Leur étiologie n’étant pas connue, ils sont considérés comme des cancers sporadiques. <p>La réalisation de ces expériences nous a permis d’identifier des signatures moléculaires entre des sous-types de cancers papillaires. Premièrement, nous avons montré que malgré un profil d’expression génique global similaire entre les cancers papillaires sporadiques et radio-induits, une signature multigénique permet de les séparer, indiquant que des subtiles différences existent entre les deux types de tumeurs. Deux autres signatures indépendantes, l’une liée aux agents étiologiques présumés de ces tumeurs (radiation vs. H2O2), l’autre liée aux mécanismes de recombinaison homologue de l’ADN, permettent également de séparer les cancers post-Tchernobyl des cancers sporadiques. Nous avons interprété ces résultats comme une différence de susceptibilité à l’irradiation entre ces deux types de tumeurs. D’autre part, nous avons pu identifier une liste de gènes permettant de séparer les cancers papillaires à variante classique des autres sous-types de cancers papillaires. L’analyse de cette liste de gènes a permis de mettre en relation cette signature avec l’important remodelage de cette variante histologique par rapport aux autres. <p>Ces expériences ont aussi abouti à l’obtention d’une liste de gènes différentiellement exprimés entre les cancers papillaires et leur tissu normal adjacent. Une analyse minutieuse de cette liste à l’aide d’outils statistiques a permis de mieux comprendre la physiopathologie de ces tumeurs et d’aboutir à différentes conclusions :(1) un changement de population cellulaire est observé, avec une surexpression de gènes liés à la réponse immune, reflétant l’infiltration lymphocytaire de ces tumeurs par rapport au tissu normal adjacent (2) la voie de signalisation JNK est activée par surexpression de ses composants (3) la voie de signalisation de l’EGF, également par une surexpression de ses composants, complémente les altérations génétiques des cancers papillaires pour l’activation constitutive de la voie ERK1/2 (4) une sousexpression des gènes de réponse précoce est observée (5) une surexpression de nombreuses protéases, d’inhibiteurs de protéases et de protéines de la matrice extracellulaire permet d’expliquer l’important remodelage des cancers papillaires (6) le profil d’expression génique des cancers papillaires peut être corrélé avec un mode de migration collectif de ces tumeurs. <p>Finalement, dans la dernière partie de la thèse, nous avons déterminé le profil d’expression génique des cancers anaplasiques de la thyroïde et l’avons comparé à celui des cancers papillaires. Nous avons montré que les deux types de tumeurs présentent des profils moléculaires globaux distincts, reflétant leur comportement tumoral très différent. <p> / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished