Une des pathologies les plus répandues dans les pays développés est la dégénérescence maculaire liée à l’âge (DMLA). Elle se présente sous différentes formes dont la plus sévère est caractérisée par la présence de formation de néo-vascularisation provenant de la choroïde (CNV) migrant vers la rétine. Malheureusement, le diagnostic peut être seulement posé une fois que les symptômes apparaissent et que la vision est déjà affectée. Récemment, un vif engouement s’est porté sur les microARN (miARN), devenus des molécules d’intérêt pour le développement de biomarqueurs et représentant également un important potentiel thérapeutique. Nous avons donc émis l’hypothèse que l’identification de miRNA dans un contexte de DMLA avec CNV permettrait de caractériser leurs rôles, tant au niveau de l’identification de biomarqueurs que de nouvelles cibles thérapeutiques. Le premier objectif de notre projet était d’identifier chez l’humain une signature de miARN spécifique à la forme humide de la DMLA. Pour ce faire, nous avons réalisé un criblage des miARN dans l’humeur vitrée de patients. Nous avons observé une augmentation des niveaux de miR-146a et une diminution de miR-106b et miR-152 spécifique à la DMLA. Cette signature fut confirmée dans le plasma de cette même cohorte de patients. D’autre part, l’exploration de bases de données AMD Gene Consortium (AGC) et Ingenuity Pathway Analysis (IPA) a démontré une relation entre les miARN détectés et des mutations génétiques associées à la forme DMLA avec CNV. En effet, nous avons identifié un SNP (single-nucleotide polymorphism ou SNP) (rs1063320) dans un site de liaison de miR-152 du gène HLA-G. Le second objectif était d’explorer la possibilité d’utiliser, du point de vue thérapeutique, un des miARN identifiés au 1er objectif. Nous avons, tout d’abord, quantifié l’expression de miR-146a, miR-106b et miR152 dans un des modèles classiques de la DMLA avec CNV chez la souris (brûlures par laser). Le candidat retenu fut miR-106b, puisqu’en plus d’être impliqué dans l’angiogenèse, son expression dans le modèle animal reflétait de plus près celle obtenue chez les patients. Suite à ces résultats, nous avons: exploré A) le mécanisme influençant la diminution de l’expression de miR-106b et B) l’effet de sa surexpression sur l’angiogenèse. D’abord en A), nous avons observé une activation de la voie de PERK dans notre modèle animal de CNV induite par laser menant à une diminution de l’expression de MCM7 et du polycistron miR-106b~25. . Ensuite en B), nous avons pu observer l’effet anti-angiogénique de miR-106b sur la migration des cellules endothéliales in vitro et sur la formation de NV in vivo. L’action anti-angiogénique de miR-106b pourrait ainsi avoir un potentiel thérapeutique important sur la formation de la CNV dans la DMLA. / Age-related macular degeneration (AMD) is a leading cause of blindness worldwide affecting individuals over the age of 60. The neovascular form (NV AMD) is characterized by choroidal neovascularization (CNV) and is responsible for the majority of central vision impairment. Unfortunately, diagnostic of AMD can only be done after symptoms have appeared and loss of visual field occurred. Recently, there is a growing interest in microRNAs (miRNAs) for their eventual use in the development of new biomarkers or new therapeutic strategies. Our hypothesis is that wet AMD is associated with specific signature of several miRNAs that can be used as biomarkers for the disease. These miRNAs can be harnessed for therapeutic interventions. Our first objective was to identify a specific signature of miRNAs for wet AMD by using non-biased microRNA arrays and individual TaqMan qPCRs. We profiled miRNAs in the vitreous humour and plasma of patients with NV AMD. We identified a disease-associated increase in miR-146a and a decrease in miR-106b and miR-152 in the vitreous humour, which was reproducible in plasma. Moreover, miR-146a/miR-106b ratios discriminated patients with NV AMD with an area under the Receiver Operating Characteristic curve (ROC AUC) of 0,977 in vitreous humour and 0,915 in plasma, suggesting potential for a blood-based diagnostic. Furthermore, using the AGC and IPA database, we mapped a NV AMD-associated single nucleotide polymorphism (SNP) (rs1063320) in a binding site for miR-152-3p in the HLA-G gene. Our second objective was to explore the therapeutic potential of a specific miRNA (identified in objective 1). First, we explored the expression levels of miR-146a, miR-106b and miR-152 in the laser burn mouse model. We demonstrated that levels of miR-106b were significantly decreased in this mouse model of CNV. We divided this objective in two parts: Part A, explore mechanisms causing miR-106b downregulation and part B, study the therapeutic potential of miR-106b on the inhibition of angiogenesis and CNV formation. First, we showed that expression of the miR-106b-25 cluster is negatively regulated by the ER stress pathway of protein kinase RNA-like ER kinase (PERK) and a reduction in levels of MCM7, the host gene of miR-106b. �����Second, we demonstrated that therapeutic delivery of miR-106b to the retina with lentiviral vectors protects against aberrant retinal neovascularization in two distinct mouse models of pathological neo-vascularization. Results from this study suggest that miRNAs, such as miR-106b, have the potential to be used as multitarget therapeutics for conditions characterized by aberrant retinal neovascularization.

L’objectif de ce travail était de comprendre l’état moléculaire des cellules dendritiques (CD) dans le microenvironnement tumoral. En intégrant l’analyse de tumeurs humaines par cytométrie en flux, de transcriptome, de secretome tumoral et l’analyse d’une base de données d’interaction CD-lymphocyte T générées in vitro, j’ai obtenus 2 résultats majeurs. Tout d’abord, nous proposons une nouvelle classification de CD activées humaines, qui sont soit « secrétantes », c’est-à-dire spécialisées dans la production de cytokines et chemokines, soit « aidantes » c’est-à-dire spécialisées dans l’induction de la sécrétion de nombreuses cytokines T helper après co-culture. Les CD infiltrant les tumeurs ORL inflammées correspondaient au type « sécrétantes ». Au-delà du nouveau concept biologique, cette classification est base théorique importante pour l’immunothérapie à base d’adjuvants. Deuxièmement, nous avons montré que l’inflammation tumorale n’était pas un facteur pronostic majeur des cancers ORL, mais que MMP2 et l’effraction extra-capsulaire étaient des facteurs pronostiques indépendants de la survie liée à la maladie. Nous avons pu classer les patients en 4 niveaux de risque et montré qu’ils avaient des chances équivalentes de réponse à l’immunothérapie. Nos données sont une base pour un essai clinique dirigé par biomarqueur, proposant de la chimiothérapie ou de l’immunothérapie néoadjuvantes, dans le but de diminuer le pourcentage de patients présentant des récidives sévères et précoces / The objective of the thesis was to decipher the molecular state of tumor infiltrating dendritic cell (DC) and their relation to the tumor microenvironment. By combining the analysis of human tumor samples by flow cytometry and RNA sequencing, of tumor secretome and of a large dataset of in vitro DC-Tcell interactions I obtained 2 main findings. First, we reported a novel classification of human activated DC, that are either “secretory” that is specialized in secreting cytokines and chemokines, or “helper” that is specialized at inducing the secretion of a broad range of T helper cytokines after cell co-culture. DC infiltrating inflamed human head and neck cancer matched the “secretory” phenotypic and transcriptomic signatures. Beyond this novel biological concept, this classification is of importance as a theoretical basis for adjuvant-based immunotherapy. Secondly, we showed that tumor inflammation was not the main prognostic factor for oral cavity cancer (OCC) patients, but that MMP2 and the presence of extra-nodal extension were independent predictors of reduced disease-specific survival. We could stratify OCC into 4 prognostic groups and showed that they had similar expected rates of response to immunotherapy. Our data may serve to design a biomarker-driven clinical trial proposing neoadjuvant chemotherapy or immunotherapy to high-risk patients, with the goal of reducing the percentage of OCC patients that will present with early and severe recurrences.

Chez l’homme, les erreurs innées du métabolisme des lipides sont dues à des déficits enzymatiques, entraînant une accumulation intracellulaire de substrats lipidiques. Il en résulte un large éventail de symptômes tels que des atteintes viscérales, osseuses et dans certains cas neurologiques. En outre, de nombreux patients atteints de ce type de maladie présentent des anomalies hématologiques et vasculaires attribuées à des anomalies rhéologiques du globule rouge (GR). Ces observations ont conduit à l’hypothèse de l’existence d’un lien entre les propriétés anormales du GR et sa composition lipidique. Or actuellement, le profil lipidique du GR normal reste méconnu. Cependant, le diagnostic précoce de ces troubles est d’une importance capitale pour la prise en charge des patients, notamment dans les cas où un traitement correctif est disponible. La maladie de Gaucher (MG) de type 1, qui est une maladie lysosomale caractérisée par un déficit en β-glucocérébrosidase et pour laquelle un traitement enzymatique substitutif (ERT) est proposé, en est le meilleur exemple. D’où l’intérêt de disposer d’un outil simple et rapide de diagnostic de ce type de maladie.Dans le cas de la MG, le diagnostic repose encore sur la mise en évidence, laborieuse, du déficit enzymatique. Néanmoins, des travaux récents suggèrent que les anomalies rhéologiques du GR pourraient être dues à l’accumulation de quatre sphingolipides, le glucosylcéramide, la glucosylsphingosine, la sphingosine et la sphingosine-1-phosphate, qui seraient de bons candidats biomarqueurs. Or, les méthodes actuelles de dosage de ces sphingolipides nécessitent au moins deux étapes chromatographiques, avec pour chacune une étape longue et fastidieuse de préparation de l’échantillon, ce qui ne facilite guère une approche lipidomique de ce sujet. En outre, seul le glucosylcéramide a été dosé dans le GR tandis que les trois autres sphingolipides n’ont été dosés que dans le plasma. Ces candidats biomarqueurs restent donc à valider.Dans cette thèse, nous avons développé et validé une méthode simple et rapide, par UHPLC-MS/MS, de dosage simultané des 4 sphingolipides impliqués dans la MG. L’application de cette méthode à des GR provenant de patients atteints de la MG, en collaboration avec l’Institut National de Transfusion Sanguine et la société Shire, nous a permis de : 1- valider un biomarqueur parmi les quatre proposés et de montrer que les trois autres n’étaient pas suffisamment spécifiques ; 2- vérifier l’efficacité du traitement ERT actuellement proposé et 3- confirmer l’hypothèse de départ reliant les anomalies rhéologiques du GR à sa composition lipidique.De même, une étude systématique des conditions opératoires nous a permis de généraliser la méthode proposée à l’identification et au dosage de l’ensemble des sphingolipides présents dans un GR ainsi que des phospholipides, constituants majoritaires de sa membrane. Appliquée à la quantification simultanée d’une trentaine de sphingolipides et de phospholipides dans le GR normal et celui de la MG, cette méthode nous a permis de mettre en évidence l’implication d’autres lipides polaires dans la maladie de Gaucher, outre les 4 sphingolipides jusqu’alors proposés. De même, il est prévu de l’adapter à moyen terme pour le profilage total, par classe, de tous les lipides présents dans le GR.Enfin, nous avons évalué d’autres techniques de SM telles que la haute résolution et la mobilité ionique (TWIMS et DIMS) dans le but d’affiner la recherche de nouveaux biomarqueurs, notamment par l’identification des lipides isomères non discriminables par les techniques de MS conventionnelles. Grâce à une collaboration avec le Laboratoire de Chimie Physique (LCP, CNRS UMR 8000) nous avons montré la faisabilité de cette approche en séparant en DIMS deux isomères : la galactosylsphingosine 18:1 et la glucosylsphingosine 18:1 et nous poursuivons actuellement cette étude pour séparer d’autres couples d’isomères. / In humans, hereditary disorders of lipid metabolism are due to enzyme deficiencies, resulting in intracellular accumulation of lipid substrates. This results in a wide range of symptoms such as visceral, bone and in some cases neurological disorders. Furthermore, many patients suffering such diseases have hematologic and vascular symptoms attributed to red blood cell (RBC) rheological abnormalities. These observations led to a hypothesis linking RBC abnormal properties to its lipid composition. However, the lipid profile of normal RBC remains unknown to date. Early diagnosis of these conditions is of importance notably when a therapy is available. This is the case for Gaucher disease (GD) type 1, a lysosomal disorder characterized by β-glucocerebrosidase deficiency, where an enzyme replacement therapy (ERT) is proposed. Hence, the availability of a simple and rapid tool of diagnosis of such a disorder is of great importance, notably for a better patient care and monitoring.To the best of our knowledge, standard diagnosis procedures and monitoring of GD patients are still based on the tedious evaluation of enzyme deficiency. Nevertheless, recent works suggest that these rheological disorders may be due to the accumulation of four sphingolipids, glucosylceramide, glucosylsphingosine, sphingosine and sphingosine-1-phosphate, which could be considered as relevant biomarkers. However, most of current determination methods of these sphingolipids require at least two liquid chromatographic runs, each with a time-consuming sample preparation step that does not facilitate a lipidomic approach. In addition, only glucosylceramide was quantified in RBC while the other three sphingolipids were quantified only in plasma. Thus, these biomarker candidates remain to be validated.In this PhD, we describe a simple and rapid UHPLC-MS/MS method of simultaneous determination of the 4 sphingolipids involved in GD in both plasma and RBC. The application of this method to RBC from GD patients, in collaboration with the Institut National de Transfusion Sanguine and Shire (USA), allowed us: 1- to validate one biomarker among the four proposed candidates and to show that the other three candidates are not specific; 2- to check the efficiency of the proposed ERT and 3- to confirm the initial hypothesis linking the RBC rheological abnormalities to its lipid composition.Also, a systematic study of the operating conditions allowed us to generalize the proposed method to the determination of not only all the sphingolipids present in RBC but also all phospholipids, which are the major constituents of its membrane. The application of the later method to the simultaneous quantification of thirty sphingolipids and phospholipids in normal and GD RBCs, allowed us to validate it and to unravel the involvement of other candidate biomarkers of GD, different from the 4 previous sphingolipids. Providing appropriate modifications, this method is intended to be used for the profiling of all lipid classes in plasma and RBC. This is our main objective in the medium-term.Finally, we evaluated other modern MS techniques such as high resolution (HRMS) and ion mobility (TWIMS and DIMS) in order to refine the investigation of new biomarker candidates, including the separation of lipid isomers that cannot be discriminated by conventional MS techniques. Indeed, in collaboration with the Laboratoire de Chimie Physique (LCP, CNRS UMR 8000), we here show the feasibility of this approach by achieving the separation of two isomers, by the DIMS technique: galactosylsphingosine 18:1 and glucosylsphingosine 18:1, which cannot be separated by conventional methods. We are currently pursuing these investigations in order to separate other isomers.

La présente thèse propose des méthodes pour l'estimation du mouvement des organes d'un patient autravers de l'imagerie tomographique. Le but est la correction du mouvement spatio-temporel sur les imagesmédicales tomographiques. En tant que paradigme expérimental, nous considérons le problème de l'estimation dumouvement dans l'imagerie IRM de diffusion, une modalité d'imagerie sensible à la diffusion des molécules d'eaudans le corps. Le but de ces travaux de thèse est l'évaluation des patients atteints de lymphome, car l'eau diffusedifféremment dans les tissus biologiques sains et dans les lésions. L'effet de la diffusion de l'eau peut être mieuxreprésenté par une image paramétrique, grâce au coefficient de diffusion apparente (image à ADC), créé sur la based'une série d'images DWI du même patient (séquence d'images 3D), acquises au moment de la numérisation. Unetelle image paramétrique a la possibilité de devenir un biomarqueur d'imagerie d’IRM et de fournir aux médecinsdes informations complémentaires concernantl'image de FDG-PET qui est la méthode d'imagerie de base pour lelymphome et qui montre la quantité de glucose métabolisée.Nos principales contributions sont au nombre de trois. Tout d'abord, nous proposons une méthode de recalaged'image déformable en groupe spécialement conçue pour la correction de mouvement dans l’IRM de diffusion, carelle est guidée par un modèle physiologique décrivant le processus de diffusion qui se déroule lors de l'acquisitionde l'image. Notre méthode détermine une image à ADC de plus grande précision en termes de représentation dugradient de la diffusion des molécules d'eau par rapport à l` image correspondante obtenue par pratique couranteou par d'autres méthodes de recalage d'image non basé sur un modèle. Deuxièmement, nous montrons qu'enimposant des contraintes spatiales sur le calcul de l'image à ADC, les tumeurs de l'image peuvent être encore mieuxcaractérisées en les classant dans les différentes catégories liées à la maladie. Troisièmement, nous montronsqu'une corrélation entre DWI et FDG-PET doit exister en examinant la corrélation entre les caractéristiquesstatistiques extraites par l'image à ADC lisse découlant de notre méthode du recalage d’image déformable et lesscores de recommandation sur la malignité des lésions, donnés par des experts basés sur une évaluation des imagesFDG-PET correspondantes du patient. / This doctoral thesis develops methods to estimate patient's motion, voluntary and involuntary (organs'motion), in order to correct for motion in spatiotemporal tomographic medical images. As an experimentalparadigm we consider the problem of motion estimation in Diffusion-Weighted Magnetic Resonance Imaging (DWI),an imaging modality sensitive to the diffusion of water molecules in the body. DWI is used for the evaluation oflymphoma patients, since water diffuses differently in healthy tissues and in lesions. The effect of water diffusioncan be better depicted through a parametric map, the so-called apparent diffusion coefficient (ADC map), createdbased on a series of DW images of the same patient (3D image sequence), acquired in time during scanning. Such aparametric map has the potentiality to become an imaging biomarker in DWI and provide physicians withcomplementary information to current state-of-the-art FDG-PET imaging reflecting quantitatively glycosemetaboslism.Our contributions are three fold. First, we propose a group-wise deformable image registration methodespecially designed for motion correction in DWI, as it is guided by a physiological model describing the diffusionprocess taking place during image acquisition. Our method derives an ADC map of higher accuracy in terms ofdepicting the gradient of the water molecules' diffusion in comparison to the corresponding map derived bycommon practice or by other model-free group-wise image registration methods. Second, we show that by imposingspatial constraints on the computation of the ADC map, the tumours in the image can be even better characterized interms of classifying them into the different types of the disease. Third, we show that a correlation between DWI andFDG-PET should exist by examining the correlation between statistical features extracted by the smooth ADC mapderived by our deformable registration method, and recommendation scores on the malignancy of the lesions, givenby experts based on an evaluation of the corresponding FDG-PET images of the patient.

La mesure du bisphénol-S (BPS) et de son glucurono-conjugué (BPSG) dans l’urine peut être utilisée pour la biosurveillance de l’exposition dans les populations. Cependant, cela nécessite une connaissance approfondie de la toxicocinétique de ces composés alors qu’à ce jour, il existe peu de données à cet effet chez l’humain. L’évolution dans le temps du BPS et du BPSG a été évaluée dans des matrices biologiques accessibles et représentatives comme l`urine et le sang de volontaires exposés par voie orale et cutanée. Suite à l’approbation du comité d’éthique de la recherche de l’Université de Montréal, six volontaires ont été exposés par voie orale à une dose deutérée de BPS-d8 de 0,1 mg/kg de poids corporel. Un mois plus tard, 1 mg/kg pc de BPS-d8 ont été appliqués sur 40 cm2 de l’avant-bras puis lavés 6 h après l’application. Des échantillons de sang ont été prélevés avant le dosage et à des intervalles de temps fixes sur une période de 48 h après traitement ; des collectes urinaires complètes ont été recueillies avant l’exposition et à des intervalles préétablis sur 72 h après dosage. Après exposition par voie orale, les profils temporels des concentrations plasmatiques de BPS-d8 et de BPSG-d8 évoluaient en parallèle et ont montré une apparition et une élimination rapides. Les valeurs maximales de BPS-d8 et BPSG-d8 dans le plasma ont été atteintes en moyenne (± écart-type [ET]) à 0,7 ± 0,1 et 1,1 ± 0,4 h après le dosage et les demi-vies d’élimination apparentes (moyenne ± ET) (t ½) de 7,9 ± 1,1 et 9,3 ± 7,0 h ont été calculées à partir de la phase terminale, respectivement. La fraction de BPS-d8 atteignant la circulation systémique inchangée (c’est-à-dire la biodisponibilité) a en outre été estimée à 62 ± 5 % en moyenne (± ET) et la clairance plasmatique systémique à 0,57 ± 0,07 L/kg pc/h. Toujours après exposition orale, les profils temporels des taux d’excrétion urinaire évoluaient aussi de manière parallèle aux concentrations plasmatiques et étaient similaires pour tant pour le composé parent que le métabolite. Le pourcentage moyen (± ET) de la dose administrée récupérée dans l’urine sous forme de BPS-d8 et BPSG-d8 au cours de la période de 72 h après le dosage était de 1,72 ± 1,3 et 54 ± 10 %. Après application cutanée, les niveaux plasmatiques étaient inférieurs à la limite inférieure de quantification (LLOQ) à la plupart des points dans le temps. Cependant, les valeurs maximales étaient atteintes entre 5 et 8 h selon les individus, suggérant un taux d’absorption plus lent par rapport à l’exposition orale. De même, des quantités limitées de BPS-d8 et de son conjugué, estimées en pourcentage de dose, de l’ordre 0,004 ± 0,003 et 0,09 ± 0,07 %. En somme, cette étude a fourni une plus grande précision sur la cinétique du BPS chez l’humain. Ces données seront utiles pour développer un modèle toxicocinétique pour une meilleure interprétation des données de biosurveillance. Pour la voie orale, le taux d’absorption apparent similaire du BPS-d8 et BPSG-d8 après une exposition par voie orale suggère que les formes libres et conjuguées du BPS atteignent la circulation sanguine systémique à peu près dans le même intervalle de temps. Ceci indique un effet de premier passage hépatique, c’est-à-dire une conjugaison du BPS-d8 dans le foie avant d’atteindre la circulation systémique. Néanmoins, malgré l’effet de premier passage, la biodisponibilité du BPS-d8 et donc la forme active non conjuguée du BPS dans le sang est relativement élevée. Celle-ci est en fait largement plus importante que celle du BPA. Le BPS libre s’est aussi avéré avoir a un temps de résidence plasmatique plus long que le BPA. Pour la voie cutanée, les données ont montré que le BPS atteignait rapidement la circulation sanguine systémique et était donc rapidement absorbé par peau. Par contre, son élimination du corps semble être plus lente après exposition cutanée comparativement à son élimination après exposition orale. Par ailleurs, malgré le fait que le BPS serait rapidement absorbé au niveau de la peau, la fraction d’absorption cutanée était très faible par rapport à la fraction d’absorption orale. / The measurement of bisphenol-S (BPS) and its glucurono-conjugate (BPSG) in urine may be used for the biomonitoring of exposure in populations. However, this requires a thorough knowledge of their toxicokinetics. The time courses of BPS and BPSG were assessed in accessible biological matrices of orally and dermally exposed volunteers. Under the approval of the Research Ethics Committee of the University of Montreal, six volunteers were orally exposed to a BPS-d8 deuterated dose of 0.1 mg/kg body weight (bw). One month later, 1 mg/kg bw of BPS-d8 were applied on 40 cm2 of the forearm and then washed 6 h after application. Blood samples were taken prior to dosing and at fixed time periods over 48 h after treatment; complete urine voids were collected pre-exposure and at pre-established intervals over 72 h postdosing. Following oral exposure, the plasma concentration–time courses of BPS-d8 and BPSG-d8 over 48 h evolved in parallel and showed a rapid appearance and elimination. Average peak values (±SD) were reached at 0.7 ± 0.1 and 1.1 ± 0.4 h postdosing and mean (±SD) apparent elimination half-lives (t½) of 7.9 ± 1.1 and 9.3 ± 7.0 h were calculated from the terminal phase of BPS-d8 and BPSG-d8 in plasma, respectively. The fraction of BPS-d8 reaching the systemic circulation unchanged (i.e. bioavailability) was further estimated at 62 ± 5% on average (±SD) and the systemic plasma clearance at 0.57 ± 0.07 L/kg bw/h. Plasma concentration–time courses and urinary excretion rate profiles roughly evolved in parallel for both substances, as expected. The average percent (±SD) of the administered dose recovered in urine as BPS-d8 and BPSG-d8 over the 0–72 h period postdosing was 1.72 ± 1.3 and 54 ± 10%. Following dermal application, plasma levels were under the lower limit of quantification (LLOQ) at most time points. However, peak values were reached between 5 and 8 h depending on individuals, suggesting a slower absorption rate compared to oral exposure. Similarly, limited amounts of BPS-d8 and its conjugate were recovered in urine and peak excretion rates were reached between 5 and 11 h postdosing. The average percent (±SD) of the administered dose recovered in urine as BPS-d8 and BPSG-d8 was about 0.004 ± 0.003 and 0.09 ± 0.07%, respectively. This study provided greater precision on the kinetics of this contaminant in humans and, in particular, evidenced major differences between BPA and BPS kinetics with much higher systemic levels of active BPS than BPA, an observation explained by a higher oral bioavailability of BPS than BPA. These data should also be useful in developing a toxicokinetic model for a better interpretation of biomonitoring data. Overall, this study provided greater precision on the kinetics of this contaminant in humans. These data will be useful in developing a toxicokinetic model for a better interpretation of biomonitoring data. For the oral route of exposure, the apparent similar absorption rate of BPS-d8 and BPSG-d8 after oral exposure suggests that free and conjugated forms of BPS reach the systemic blood circulation at about the same time interval. This indicates a first-pass effect in the liver, i.e. a conjugation of BPS-d8 in the liver before reaching the systemic circulation. Nevertheless, despite the first-pass effect, the bioavailability of BPS-d8 and therefore the proportion of unconjugated active form of BPS reaching the systemic bloodstream is relatively high. It is actually much higher than that of BPA. Free BPS was also found to have a longer plasma residence time than BPA. For the dermal route of exposure, data show that BPS quickly reaches systemic blood circulation and is therefore rapidly absorbed by skin. On the other hand, its elimination from the body appears to be slower after dermal exposure compared to its elimination after oral exposure. Furthermore, despite the fact that BPS is rapidly absorbed through the skin, the dermal absorption fraction was very small compared to the oral absorption fraction.

Contexte & objectifs: L’avènement de biomarqueurs in vivo pour la maladie d’Alzheimer a révolutionné la recherche clinique dans ce domaine. Nous avons comparé le taux de positivité pour le biomarqueur tau (statut-T) dérivé de l’interprétation visuelle des études TEP au [18F]flortaucipir (FTP), de l’analyse quantitative du FTP et de la mesure de la protéine Tau phosphorylée en position 281 (PTau181) dans le liquide céphalorachidien (LCR). Méthodologie: Nous avons inclus 351 participants avec divers diagnostics cliniques provenant de trois cohortes ayant subi une étude TEP au FTP ainsi qu’une mesure du PTau181 dans un délai de 18 mois. Le statut-T a été dérivé de : (1) l’interprétation visuelle à l’aveugle du FTP par deux observateurs; (2) la quantification SUVR (standardized uptake value ratio) du FTP d’une région d’intérêt composite temporale (seuil : SUVR ≥ 1.27) ; (3) la concentration dans le LCR de Elecsys® Phospho-Tau (181P) (Roche Diagnostics) (seuil : PTau181 ≥ 24.5 pg/ml). Résultats: L’interprétation visuelle du FTP a entraîné le plus haut taux de T+, alors que les T+ par quantification SUVR augmentaient progressivement des sujets cognitivement normaux (CN) vers les sujets avec troubles cognitifs légers (TCL) et ceux avec démence de type Alzheimer (DA). Le taux de T+ par PTau181 était intermédiaire à ceux de l’analyse visuelle et quantitative du FTP pour les CN, similaire à la quantification SUVR pour les TCL et plus faible chez les DA. La concordance entre le statut-T par paire de modalité fluctuait de 68% à 76% et variait selon le diagnostic, étant plus élevé chez les DA. L’interprétation visuelle du FTP offrait la plus haute sensibilité (0.96) pour discriminer entre les sujets avec TCL ou DA amyloïde-positifs des sujets CN et non-Alzheimer, mais une spécificité plus faible (0.60). La spécificité était la plus élevée avec la quantification SUVR (0.91) avec une sensibilité de 0.89, alors que la sensibilité (0.73) et la spécificité (0.72) étaient de même niveau pour le PTau181 dans le LCR. Conclusion: Le choix d’un biomarqueur tau pourrait varier selon le stade de la maladie et les objectifs de recherche visant à maximiser la sensibilité ou la spécificité. L’interprétation visuelle des TEP tau augmente la sensibilité en comparaison avec la quantification seule, en particulier dans les stades précoces de la maladie. / Background & purpose: The advent of in vivo biomarkers for Alzheimer’s disease (AD) pathology has transformed clinical research in this field. The purpose of this study is to compare rates of tau biomarker positivity (T-status) per the 2018 AD Research Framework derived from [18F]flortaucipir (FTP) PET visual assessment, FTP quantification, and cerebrospinal fluid (CSF) phosphorylated Tau-181 (PTau181) concentration. Methods: We included 351 subjects with varying clinical diagnoses from three cohorts with available FTP PET and CSF PTau181 within 18 months. T-status was derived from: (1) FTP blinded visual assessment by two raters; (2) FTP standardized uptake value ratio (SUVR) quantification from a temporal meta-ROI (threshold: SUVR ≥ 1.27); (3) Elecsys® Phospho-Tau (181P) CSF (Roche Diagnostics) concentrations (threshold: PTau181 ≥ 24.5 pg/ml). Results: FTP visual reads yielded the highest rates of T+, while T+ by SUVR increased progressively from cognitively normal (CN) through mild cognitive impairment (MCI) and to AD dementia. T+ designation by CSF PTau181 was intermediate between FTP visual reads and SUVR values in CN, similar to SUVR in MCI, and lower in AD dementia. Concordance in T- status between modality pairs ranged from 68% to 76% and varied by clinical diagnosis, being highest in patients with AD dementia. In discriminating Aβ+ MCI and AD subjects from healthy controls and non-AD participants, FTP visual assessment was the most sensitive (0.96) but the least specific (0.60) approach. Specificity was highest with FTP SUVR (0.91) with a sensitivity of 0.89. Sensitivity (0.73) and specificity (0.72) were balanced for PTau181. Conclusion: The choice of a tau biomarker may differ by disease stage and research goals that seek to maximize sensitivity or specificity. Visual interpretations of tau PET enhance sensitivity compared to quantification alone, particularly in early disease stages.

La surveillance biologique de l’exposition est reconnue comme approche privilégiée pour évaluer l’exposition aux pesticides pyréthrinoïdes en milieu de travail. Néanmoins, les niveaux d’exposition peuvent être influencés par plusieurs facteurs, dont la coexposition. L’objectif général du projet de thèse était d’évaluer l’impact de la coexposition sur les biomarqueurs d’exposition aux pyréthrinoïdes, par une étude animal in vivo, d’une part, et chez les travailleurs agricoles, d’autre part. En utilisant le pyréthrinoïde lambda-cyhalothrine (LCT) et le fongicide captane comme pesticides sentinelles pour l’étude de cette coexposition, trois objectifs spécifiques ont été établis et ont fait l’objet de trois articles. Dans le premier article, des groupes de rats ont été exposés par gavage à la LCT seule (2,5 ou 12,5 mg/kg p.c.) ou à un mélange binaire de LCT et de captane (2,5/2,5 ou 2,5/12,5 ou 12,5/12,5 mg/kg p.c.). Des collectes de sang et d’excrétas (urine et fèces) ont été effectuées à des intervalles prédéterminés jusqu'à 48 heures après dosage, afin d'établir les profils temporels des principaux métabolites de la LCT (CFMP, 3-PBA et 4-OH3-PBA). Les profils temporels du CFMP et 3-PBA dans le plasma, l'urine et les fèces étaient similaires après exposition à la dose de 2.5 mg/kg pc de LCT seule ou en combinaison avec le captan. Cependant, les niveaux plasmatiques de 3-PBA étaient plus faibles dans le groupe coexposés à la dose élevée. L'excrétion urinaire du 4-OH3PBA était également plus elevée dans le groupe coexposé à cette dose. Dans le deuxième article, les profils temporels individuels des biomarqueurs d'exposition à la LCT chez des travailleurs appliquant des pesticides dans des champs de fraises ont été comparés après un épisode d'application de la LCT seule ou en coexposition avec le captane. Les participants ont fourni toutes leurs urines sur une période de trois jours suivant une application d'une formulation de pesticide contenant de la LCT seule (E1) ou de la LCT mélangée à du captane (E2), et dans certains cas après être retournés dans le champ traité (E3). Les métabolites de pyréthrinoïdes ont été mesurés dans tous les échantillons d'urine, en particulier le CFMP, 3-PBA et 4-OH3BPA. Il n'y avait pas de différences évidentes, attribuables à la coexposition, dans les profils individuels des concentrations en fonction du temps et dans l'excrétion cumulative des métabolites (CFMP, 3-PBA, 4-OH3BPA) après une exposition à la LCT seule ou en combinaison avec le captane. Dans le troisième article, une étude a été menée sur 87 travailleurs agricoles affectés à différentes tâches agricoles (application, désherbage, cueillette). Ces travailleurs ont fourni des échantillons d'urine avant et après l'application de LCT seule ou en combinaison avec du captane, ainsi qu'après des tâches dans les champs traités, avec également un échantillon de contrôle. Les concentrations des métabolites CFMP et le 3-PBA ont été mesurées dans les échantillons. À l'aide d'un questionnaire, les déterminants potentiels d'exposition incluant la tâche effectuée et les facteurs personnels ont également été documentés. Les analyses statistiques ont montré que la coexposition au captane n’induisait pas de changement dans les concentrations urinaires observés de 3-PBA et de CFMP. Seule la tâche professionnelle principale montrait une association avec les niveaux urinaires de ces métabolites. Comparativement aux tâches de désherbage ou de cueillette, la tâche d'application de pesticides était associée à des concentrations urinaires plus élevées de 3-PBA et de CFMP. En résumé, bien qu’un impact de la coexposition LCT-captan a été démontré expérimentalement à de fortes doses, l’étude chez les travailleurs a révélé que la coexposition ne contribuait pas significativement aux variations dans les concentrations des biomarqueurs d'exposition, aux niveaux d'exposition observés chez les travailleurs de la culture de la fraise par rapport aux autres facteurs qui contribuent à cette variabilité. Cette étude a également confirmé les données antérieures suggérant que les applicateurs étaient plus exposés que les travailleurs affectés à des tâches telles que le désherbage et la cueillette. Cette recherche a le potentiel d'améliorer la compréhension de l'impact de la coexposition par rapport à d’autres facteurs sur les niveaux de biomarqueurs d’exposition aux pyréthrinoïdes ; elle contribue ainsi à mieux interpréter les données de biosurveillance. / Biological exposure monitoring is recognized as the preferred approach for assessing exposure to pyrethroid pesticides in the workplace. Nevertheless, exposure levels can be influenced by several factors, including coexposure. The overall aim of the thesis project was to assess the impact of coexposure on biomarkers of exposure to pyrethroids, through an in vivo animal study on the one hand, and in agricultural workers on the other. Using the pyrethroid lambda-cyhalothrin (LCT) and the fungicide captan as sentinel pesticides for the study of this coexposure, three specific objectives were established and were the subject of three published articles. In the first paper, groups of rats were exposed by gavage to LCT alone (2.5 or 12.5 mg/kg bw) or to a binary mixture of LCT and captan (2.5/2.5 or 2.5/12.5 or 12.5/12.5 mg/kg bw). Blood and excreta (urine and faeces) were collected at predetermined intervals up to 48 hours after dosing, to establish the temporal profiles of the main LCT metabolites (CFMP, 3-PBA and 4-OH3-PBA). The temporal profiles of CFMP and 3-PBA in plasma, urine and feces were similar after exposure to 2.5 mg/kg bw of LCT alone or in combination with captan. However, plasma levels of 3-PBA were lower in the high-dose co-exposure group. Urinary excretion of 4-OH3PBA was also higher in the high-dose coexposure group. In the second paper, individual temporal profiles of LCT exposure biomarkers in workers applying pesticides in strawberry fields were compared after an episode of LCT application alone or in coexposure with captan. Participants provided all their urine over a three-day period following application of a pesticide formulation containing LCT alone (E1) or LCT mixed with captan (E2), and in some cases after returning to the treated field (E3). Pyrethroid metabolites were measured in all urine samples, in particular CFMP, 3-PBA and 4-OH3BPA. No differences were observed in individual concentration-time profiles or in the cumulative excretion of metabolites (CFMP, 3-PBA, 4-OH3BPA) after exposure to LCT alone or in combination with captan. In the third article, a study was carried out on 87 farm workers assigned to different agricultural tasks (application, weeding, picking). These workers provided urine samples before and after the application of LCT alone or in combination with captan, as well as after tasks in treated fields, with also a control sample. Concentrations of the metabolites CFMP and 3-PBA were measured in the samples. Using a questionnaire, potential determinants of exposure including the task performed and personal factors were also documented. Statistical analyses showed that coexposure to captan did not lead to any change in the observed urinary concentrations of 3-PBA and CFMP. Only the main occupational task showed an association with urinary levels of these metabolites. Compared with weeding or picking tasks, the pesticide application task was associated with higher urinary concentrations of 3-PBA and CFMP. In summary, although an impact of LCT-captan coexposure has been demonstrated experimentally at high LCT doses, the field study revealed that coexposure did not contribute significantly to variations in exposure biomarker concentrations, at the exposure levels observed in strawberry crop workers compared to other factors contributing to this variability. This study also confirmed previous data suggesting that applicators were more exposed than workers assigned to tasks such as weeding and picking. This research has the potential to improve understanding of the impact of coexposure versus other factors on pyrethroid exposure biomarker levels, and thus contribute to better interpretation of biomonitoring data.

L’émergence des Mégadonnées (« Big Data ») en biologie moléculaire, surtout à travers la transcriptomique, a révolutionné la façon dont nous étudions diverses disciplines telles que le processus de développement du médicament ou la recherche sur le cancer. Ceci fut associé à un nouveau concept, la médecine de précision, dont le principal but est de comprendre les mécanismes moléculaires entraînant une meilleure réponse thérapeutique chez le patient. Cette thèse est à mi-chemin entre les études pharmaco — et toxicogénomiques expérimentales, et les études cliniques et translationnelles. Le but de cette thèse est surtout de montrer le potentiel et les limites de ces jeux de données et leur pertinence pour la découverte de biomarqueurs de réponse ainsi que la compréhension des mécanismes d’action/toxicité de médicaments, en vue d’utiliser ces informations à des fins thérapeutiques. L’originalité de cette thèse réside dans son approche globale pour analyser les plus larges jeux de données pharmaco/toxicogénomiques publiés à ce jour et ceci pour : 1) Aborder la notion de biomarqueurs de réponse aux médicaments en pharmacogénomique du cancer, en étudiant les facteurs discordants entre deux grandes études publiées en 2012; 2) Comprendre le mécanisme d’action des médicaments et construire une taxonomie performante en utilisant une approche intégrative; et 3) Créer un répertoire toxicogénomique à partir des hépatocytes humains, exposés à différentes classes de médicaments et composés chimiques. Mes contributions principales sont les suivantes : • J’ai développé une approche bioinformatique pour étudier les facteurs discordants entre deux grandes études pharmacogénomiques et suggérées que les différences observées émergeaient plutôt de l’absence de standardisation des mesures pharmacologiques qui pourrait limiter la validation de biomarqueurs de réponse aux médicaments. • J’ai implémenté une approche bioinformatique qui montre la supériorité de l’intégration tenant en compte des différents paramètres pour les médicaments (structure, cytotoxicité, perturbation du transcriptome) afin d’élucider leur mécanisme d’action (MoA). • J’ai développé un pipeline bioinformatique pour étudier le niveau de conservation des mécanismes moléculaires entre les études toxicogénomiques in vivo et in vitro démontrant que les hépatocytes humains sont un modèle fiable pour détecter les produits toxiques hépatocarcinogènes. Au total, nos études ont permis de fournir un cadre de travail original pour l’exploitation de différents types de données transcriptomiques pour comprendre l’impact des produits chimiques sur la biologie cellulaire. / The emergence of Big Data in molecular biology, especially through the study of transcriptomics, has revolutionized the way we look at various disciplines, such as drug development and cancer research. Big data analysis is an important part of the concept of precision medicine, which primary purpose is to understand the molecular mechanisms leading to better therapeutic response in patients. This thesis is halfway between pharmaco-toxicogenomics experimental studies, and clinical and translational studies. The aim of this thesis is mainly to show the potential and limitations of these studies and their relevance, especially for the discovery of drug response biomarkers and understanding the drug mechanisms (targets, toxicities). This thesis is an original work since it proposes a global approach to analyzing the largest pharmaco-toxicogenomic datasets available to date. The key aims were: 1) Addressing the challenge of reproducibility for biomarker discovery in cancer pharmacogenomics, by comparing two large pharmacogenomics studies published in 2012; 2) Understanding drugs mechanism of action using an integrative approach to generate a superior drug-taxonomy; and 3) Evaluating the conservation of toxicogenomic responses in primary hepatocytes vs. in vivo liver samples in order to check the feasability of cell models in toxicology studies. My main contributions can be summarized as follow: - I developed a bioinformatics pipeline to study the factors that trigger (in)consistency between two major pharmacogenomic studies. I suggested that the observed differences emerged from the non-standardization of pharmacological measurements, which could limit the validation of drug response biomarker. - I implemented a bioinformatics pipeline that demonstrated the superiority of the integrative approach, since it takes into account different parameters for the drug (structure, cytotoxicity, transcriptional perturbation) to elucidate the mechanism of action (MoA). - I developed a bioinformatics pipeline to study the level of conservation of toxicity mechanisms between the in vivo and in vitro system, showing that human hepatocytes is a reliable model for hepatocarcinogens testing. Overall, our studies have provided a unique framework to leverage various types of transcriptomic data in order to understand the impact of chemicals on cell biology.

Objectif: Évaluer l'efficacité du dépistage de l’hypertension gestationnelle par les caractéristiques démographiques maternelles, les biomarqueurs sériques et le Doppler de l'artère utérine au premier et au deuxième trimestre de grossesse. Élaborer des modèles prédictifs de l’hypertension gestationnelle fondées sur ces paramètres. Methods: Il s'agit d'une étude prospective de cohorte incluant 598 femmes nullipares. Le Doppler utérin a été étudié par échographie transabdominale entre 11 +0 à 13 +6 semaines (1er trimestre) et entre 17 +0 à 21 +6 semaines (2e trimestre). Tous les échantillons de sérum pour la mesure de plusieurs biomarqueurs placentaires ont été recueillis au 1er trimestre. Les caractéristiques démographiques maternelles ont été enregistrées en même temps. Des courbes ROC et les valeurs prédictives ont été utilisés pour analyser la puissance prédictive des paramètres ci-dessus. Différentes combinaisons et leurs modèles de régression logistique ont été également analysés. Résultats: Parmi 598 femmes, on a observé 20 pré-éclampsies (3,3%), 7 pré-éclampsies précoces (1,2%), 52 cas d’hypertension gestationnelle (8,7%) , 10 cas d’hypertension gestationnelle avant 37 semaines (1,7%). L’index de pulsatilité des artères utérines au 2e trimestre est le meilleur prédicteur. En analyse de régression logistique multivariée, la meilleure valeur prédictive au 1er et au 2e trimestre a été obtenue pour la prévision de la pré-éclampsie précoce. Le dépistage combiné a montré des résultats nettement meilleurs comparés avec les paramètres maternels ou Doppler seuls. Conclusion: Comme seul marqueur, le Doppler utérin du deuxième trimestre a la meilleure prédictive pour l'hypertension, la naissance prématurée et la restriction de croissance. La combinaison des caractéristiques démographiques maternelles, des biomarqueurs sériques maternels et du Doppler utérin améliore l'efficacité du dépistage, en particulier pour la pré-éclampsie nécessitant un accouchement prématuré. / Objective: To evaluate the screening efficacy of maternal demographic characteristics, serum biomarkers and uterine artery Doppler (uaD) during the first and the second trimester for the hypertensive disorders of pregnancy. To elaborate prediction models of these diseases based on the combination of selected maternal demographic characteristics, maternal serum biomarkers and uaD indexes. Methods: This is a prospective pregnant cohort study of 598 singleton nulliparous consecutive women. UaD investigation was performed by transabdominal sonography between 11+0 and 13+6 weeks, and between 17+0 and 21+6 weeks. All the serum samples for measurement of several placental biomarkers were collected at the first trimester. Maternal demographic characteristics were recorded at the same time. Receiver operating characteristic curves and predictive values were used to analyze the predictive powers of the above parameters. Different combinations and their logistic regression predictive models were analyzed. Results: Among 598 women, 20 developed preeclampsia (3.3%), 7 developed early-onset preeclampsia (1.2%), 52 developed gestational hypertension (8.7%), 10 developed gestational hypertension with delivery before 37 weeks (1.7%). Second trimester uterine artery pulsatility index was the best predictor with statistical significance for all the outcomes. In the multivariable logistic regression analysis, the best predictive value in the first and second trimester was obtained for the prediction of early onset preeclampsia. The combined screening showed significantly better results compared to either maternal parameters or Doppler alone. Conclusion: As a single marker, second trimester Doppler has the highest predictive value for hypertensive disorders, preterm birth and SGA. Combination of the maternal demographic characteristics, maternal serum biomarker and uaD improves the screening efficacy, especially when this necessitates early delivery.

Introduction: Les mutations du gène RAS sont présentes dans plusieurs types de cancers et ont une influence sur la réponse à la chimiothérapie. Excision repair cross- complementation group 1 (ERCC1) est un gène impliqué dans la réparation de l’acide désoxyribonucléique (ADN), et son polymorphisme au codon 118 est également associé à la réponse au traitement. Le peu d’études pronostiques portant sur ces deux gènes dans les cancers oto-rhino-laryngologiques (ORL) ne permet de tirer des conclusions claires. Objectifs: Déterminer l’influence des mutations de K-RAS codons 12 et 13 et du polymorphisme de ERCC1 codon 118 dans le traitement des cancers épidermoïdes avancés tête et cou traités par chimioradiothérapie concomitante à base de sels de platine. Méthode: Extraction de l’ADN provenant de spécimens de biopsie de patients traités par chimioradiothérapie concomitante pour des cancers avancés tête et cou, et ayant un suivi prospectif d’au moins deux ans. Identification des mutations de K-RAS codons 12 et 13 et du polymorphisme de ERCC1 au codon 118 dans les spécimens et corrélation de ces marqueurs avec la réponse au traitement. Résultats: Les mutations de K-RAS codon 12 sont associées à un moins bon contrôle loco-régional par rapport aux tumeurs ne démontrant pas la mutation (32% vs 83% p=0.03), sans affecter pour autant la survie globale. Aucune mutation de K-RAS codon 13 n’a été identifiée. Les différents polymorphismes de ERCC1 n’ont pas eu d’impact sur la réponse au traitement. Conclusion: Les mutations de K-RAS codons 12 et 13 et le polymorphisme de ERCC1 au codon 118 ne semblent pas mettre en évidence les patients qui bénéficieraient d’une autre modalité thérapeutique. / Background: RAS gene mutations have been shown to occur in certain malignancies and have an impact treatment response and overall prognosis. Excision repair cross- complementation group 1 (ERCC1) is a gene implicated in deoxyribonucleic acid (DNA) repair, whose polymorphism at codon 118 has been linked to treatment response. Studies of these two genes in head and neck oncology literature have shown inconsistent results. Objectives: Determine the influence of K-RAS mutations (codons 12 and 13) and the polymorphism of ERCC1 codon 118 in patients with locally advanced head and neck cancer treated with concomitant platinum-based chemoradiation therapy. Methods: DNA extraction from paraffin-embedded biopsy specimens of patients with advanced head and neck squamous cell carcinoma treated with concomitant chemoradiation and followed prospectively for at least two years. Identification of K- RAS mutations (codons 12 and 13) and ERCC1 codon 118 polymorphism in the extracted DNA. Correlation of these markers with treatment response. Results: K-RAS codon 12 mutations were associated with a worse locoregional control than tumors without any mutations (32% vs 83% p=0.03); however, mutational status did not influence overall survival. No K-RAS codon 13 mutation was identified in our specimens. The different ERCC1 polymorphisms did not have an impact on treatment response. Conclusion: K-RAS mutational status (codon 12 and 13) and ERCC1 codon 118 polymorphism does not seem to discriminate between patients for whom another treatment option should be sought in patients with locally advanced head and neck squamous cell carcinoma.