Trois cent soixante-sept individus originaires du Saguenay-Lac-Saint-Jean atteints d'anévrisme intracrânien constituent une population cible dans laquelle plusieurs paramètres ont été évalués ainsi que comparés à ceux de trois populations témoins. Cette analyse nous permet de conclure que les coefficients d'apparentement et de consanguinité ne sont pas plus élevés dans le groupe anévrisme. Par contre les couples qui apparaissent dans de nombreuses ascendances distinctes dans le groupe cible sont différents de ceux retrouvés dans les groupes témoins. Cela nous permet de présumer de la présence d'un ou de plusieurs gènes amenant le développement d'un anévrisme intracrânien. De plus, l'incidence des anévrismes intracrâniens familiaux au Saguenay-Lac-Saint-Jean semble être plus élevée que dans d'autres populations. La population cible semble constituée d'un ensemble d'individus dont l'anévrisme est dit sporadique et de d'autres individus dont l'anévrisme est dit familial.

Ce travail a été réalisé à partir des calculs des coefficients moyens de consanguinité et de parenté dans 17 maladies autosomales récessives ayant une fréquence élevée au Saguenay-Lac-St-Jean. Pour les besoins, les résultats ont été comparés à ceux obtenus dans trois groupes témoins associés à chacune des maladies. Les coefficients moyens de consanguinité des groupes malades étaient marginalement élevés par rapport aux groupes témoins, mais sans excès de consanguinité proche. En général, les coefficients moyens de parenté étaient de 2 à 5 fois plus élevés dans les groupes malades que dans les groupes témoins. Dès lors, un grand nombre de porteurs ont dû amener ces gènes au Saguenay-Lac-St-Jean et ainsi contribuer à leur multiplication dans cette population. Nous retenons donc l'hypothèse de l'effet fondateur comme étant la plus plausible pour expliquer la présence des maladies héréditaires autosomales récessives au Saguenay-Lac-St-Jean.

La tyrosinémie héréditaire de type 1 est une maladie autosomale récessive qui affecte principalement le nouveau-né et l'enfant. Cette maladie est due à une déficience de l'enzyme fumarylacétoacétase principalement au foie, enzyme faisant partie du sentier de dégradation de la tyrosine. Cette maladie est fréquente au Québec et particulièrement dans la région du Saguenay-Lac-St-Jean. Le présent mémoire comporte deux parties. La première est la recherche d'un effet fondateur de la tyrosinémie par la reconstitution généalogique de 90 familles de porteurs obligatoires. La deuxième partie de l'étude consiste en l'évaluation de trois tests de dépistage de porteurs, deux tests s'effectuant sur les globules rouges et un sur les globules blancs. La reconstitution généalogique a permis d'identifier 30 individus communs (20 fondateurs et 10 ancêtres communs). L'évaluation des tests de dépistage a permis de mettre en évidence l'utilité du test sur les globules blancs dans le cadre d'un dépistage intra-familial afin de rassurer les individus et de diminuer le nombre d'amniocentèses dans la région du Saguenay-Lac-St-Jean.

L'ataxie spastique de Charlevoix-Saguenay est une maladie héréditaire autosomale récessive qui se rencontre presque exclusivement au Saguenay-Lac-St-Jean et dans Charlevoix. Cette recherche étudie 1'épidémiologie génétique de la maladie dans le nord-est du Québec et plus particulièrement au Saguenay-Lac-St-Jean. A partir de 234 proposants issus de 140 couples à forte majorité du Saguenay-Lac-St-Jean, l'étude révèle pour cette région, une incidence de 1/1932, un taux de porteurs de 1/22, un coefficient moyen de consanguinité deux fois plus élevé que celui des groupes témoins et un coefficient moyen de parenté trois fois plus élevé que celui des trois groupes témoins, ce qui confirme un fort apparentement dans le groupe ataxique. L'endogamie et 1'exogamie sont similaires aux groupes contrôles. La distribution spatiale des porteurs montre que St-Fulgence est une zone à forte concentration de porteurs. Sur un ensemble de 266 ascendances, une recherche d'un effet fondateur précise 13 fondateurs communs à la grande majorité des porteurs.

Notre travail constitue une contribution au développement de méthodes statistiques pouvant aider à la compréhension de deux phénomènes biologiques quantifiables au travers de données provenant d’examens médicaux. Le premier de ces deux phénomènes biologiques est la microcirculation dans le système de circulation sanguine générale, le deuxième est la sensibilité de souches de parasite, liés au paludisme, pour une molécule thérapeutique. L’objectif est d’extraire des informations, à partir des observations, pour aider les praticiens à interpréter de manière plus objective les données issues d’examens médicaux. Le dispositif médical qui existe aujourd’hui pour visualiser la microcirculation est composé d’un outil d’imagerie dynamique et d’une injection de produit de contraste. Les données recueillies sont des séries spacio-temporelles d’images volumiques. Pour un volume donné, et une unité de l’image, nous avons accès à des observations dépendant des temps de l’examen médical. Une telle série de nombre est couramment appelée rehaussements tissulaires. Le premier objectif de cette thèse fut de modéliser une série de rehaussements tissulaires à l’aide d’un modèle de convolution non paramétrique. Le produit de convolution dépend d’une constante inconnue, d’une fonction de survie inconnue et du rehaussement tissulaire observée dans l’artère afférente au voxel étudié. Nous avons modélisé le produit entre, la constante et la fonction de survie, à l’aide d’un mélange de lois Gamma à poids positifs. L’estimation des paramètres des lois Gamma ainsi que des poids positifs est réalisée à l’aide d’un algorithme itératif que nous avons développé qui visent à minimiser le critère des moindres carrés associé. Cet algorithme est basé sur un test de positivité et de négativité qui avait été développé par Yannick Baraud, Sylvie Huet et Béatrice Laurent. Un des moyens de surveiller la résistance des souches de parasite aux molécules thérapeutiques est d’étudier l’activité ex-vivo du parasite pour différentes concentrations de molécule. Pour un patient et une molécule thérapeutique donnée, l’activité du parasite est mesurée à l’aide de tests isotopiques, les observations associées à ses mesures sont généralement appelées effets et elles dépendent des concentrations de la molécule testée. La mesure de référence pour la surveillance est la concentration de molécule permettant d’inhiber 50% de l’activité du parasite. L’hypothèse généralement établie est qu’un patient est infecté par une souche détectable de parasite. Certains biologistes émettent l’hypothèse que des patients sont infectés par plus d’une souche de parasite. Nous avons modélisé les effets d’une molécule thérapeutique pour un échantillon de sang contenant deux souches de parasites de sensibilité différentes à l’aide d’un modèle de régression non-linéaire admettant quatre paramètres et mis en place un algorithme d’estimation des paramètres. Dans un deuxième temps nous nous sommes intéressés à établir un critère de sélection permettant d’établir, à partir des données observées, si un patient est infecté par une souche détectable de parasite ou deux souches de parasites ayant une sensibilité différente pour la molécule thérapeutique. / Our work is a contribution to the development of statistical methods to assist in the understanding of two biological quantifiable phenomena through data from medical examinations. The first of these two biological phenomena is microcirculation in the general bloodstream system, the second is the sensitivity of parasite strains associated with malaria, for a therapeutic molecule. The goal is to collect information, extract from observations, to help physician to interpret more objectively/accurately the data collected from medical examinations. The medical device that exists today to display microcirculation is composed of a dynamic range imaging tool and injection of a contrast agent. The data collected are space-time series of volume images. For a given volume, and a unit of the image, we have access to observations dependant of medical examination times. Such a series of number is commonly known as « tissue enhancements ». The first objective of this thesis was to model a series of tissue enhancements using a non-parametric convolution model. The convolution product depends on an unknown constant, an unknown survival function and tissue enhancement observed in the artery afferent to the studied voxel. We have modeled the product between the constant and survival function, using a mixture of Gamma survival function with positive weight. The estimate of the parameters of Gamma and positive weight is performed using an iterative algorithm that we developed that aim to minimize the criterion of least squares associated. This algorithm is based on a non negativity test and non positivity that had been developed by Yannick Baraud, Sylvie Huet and Béatrice Laurent. One way to monitor the resistance of the parasite strains to the therapeutic molecules is to study the ex-vivo activity of the parasite for different concentrations of molecules. For a patient and a given therapeutic molecule, the activity of the parasite is measured using isotopic tests, observations related to these measures are generally reffered to as effects and are dependant of the concentrations of the tested molecule. The reference measurement for monitoring is the molecule concentration enabling to inhibit 50 % of the activity of the parasite. The assumption is generally established that a patient is infected with a detectable strain of parasite. Some biologists are making assumptions that patients are infected with more than one strain of parasite. We have modeled the effects of a therapeutic molecule in a sample of blood containing two different sensitivity of parasite strains using a nonlinear regression model assuming four parameters and set up a parameter estimation algorithm. In a second step we have been interested in developing a selection criteria for establishing, from observed data, if a patient is infected with a detectable strain of parasite or two parasite strains that have different sensitivity to the therapeutic molecule.

Les méthodes et modèles statistiques destinés aux données de survie furent, dans leur grande majorité, développés sous l'hypothèse implicite d'indépendance statistique des observations individuelles. Bien que l'imposition d'une telle hypothèse soit raisonnable pour un grand nombre d'applications, il s'avère évident que dans bon nombre d'autres -- et non des moins courantes --, cette hypothèse est violée. Par exemple, en science vétérinaire, de telles données corrélées apparaissent lorsque les observations individuelles sont regroupées au sein d'élevages.<br />Nous étudions les deux principales classes de modèles pour données de survie corrélées : les modèles de fragilité (ou conditionnels) et les modèles marginaux. Nous nous proposons une large comparaison de ces deux approches, d'une part au travers d'une étude de données vétérinaires, d'autre part au moyen de simulations.<br />Notre objectif est d'évaluer la sensibilité de tels modèles vis-à-vis de la structure des jeux de données qu'ils sont appelés à traiter -- et plus particulièrement vis-à-vis de la taille des groupes.

Nous désirons savoir quelles sont les variations génétiques qui sont associées à une tension artérielle élevée. Pour ce faire, nous avons des données provenant de plusieurs familles, c’est-à-dire qu’il y a des personnes de la même famille qui se retrouvent dans cet échantillon. Dans cette base de données, il y a de l’information sur quelques caractéristiques démographique (âge, sexe, fumeur/non fumeur), il y a aussi la pression diastolique et systolique ainsi qu’un grand nombre de variations génétiques distribuées sur tout le génome. Pour pouvoir analyser des observations qui ne sont pas indépendantes, nous devons utiliser un modèle qui diffère un peu de la régression classique. En effet, nous ne pouvons pas utiliser la régression classique, car notre échantillon ne respecte pas toutes les hypothèses du modèle. Le modèle que nous allons utiliser prend en compte la covariance entre les individus de même famille. Nous allons donc présenter la théorie du modèle linéaire à effets mixtes simple ainsi que sa généralisation pour des données génétiques provenant de familles. Nous allons terminer par une application de ce modèle généralisé à notre base de données sur la tension artérielle pour déterminer quelles parties du génome (quelles variations génétiques) expliquent le mieux la tension artérielle de cet échantillon.

À la demande du Réseau du sport étudiant du Québec, la batterie de tests « En forme au secondaire » a été développée. Un total de 1626 élèves de niveau secondaire à Montréal et Saguenay ont été testés par une série d’épreuves d’évaluation de la condition physique : la course navette de 20 mètres avec palier de 1 minute, le test anaérobie RSEQ, le sprint 2 x 15 mètres, le saut vertical, les pompes et semi-redressement assis sur rythme imposé et le V-test. Des analyses multivariées avec distinctions des disparités sexuelles et régionales ont permis de dresser un portrait de la condition physique. Il y a corroboration que les garçons ont des résultats supérieurs aux tests musculaires et que les filles ont des résultats supérieurs à la flexibilité. Quarante-quatre pour cent (44 %) des participants ont un bilan de santé à risque relié à l’obésité. Entre 1981 et 2014, les jeunes sont plus grands (♀ +1,67 cm, ♂ +2,25 cm), sont plus lourds (♀ +5,8 kg, ♂ +5,6 kg) et leur VO2max a chuté de 13 % (♀ -5 ml min-1 kg-1, ♂ -7 ml min-1 kg-1). Le VO2max régresse entre 12 et 17 ans chez les Québécois. Des normes préliminaires ont été bâties avec la méthode LMS pour l’ensemble des tests. La recherche démontre que la batterie du RSEQ évalue et suit l’évolution de la condition physique au secondaire. Notre étude démontre également que la condition physique des jeunes est vraisemblablement affectée par l'épidémie mondiale d'obésité et que des changements importants à leurs habitudes de vie seront nécessaires afin de renverser la situation. At the request of the “Réseau du Sport étudiant du Québec”, the “En forme au secondaire” fitness test (BEFAS) was developed. A total of 1626 high school students in Montreal and Saguenay were tested through a series of physical fitness tests : the 20-metre shuttle run test with 1 minute stage, the RSEQ anaerobic test, the fifteen-metre sprint round trip, the vertical jump, the paced push-ups, the paced sit-ups and the V-test. Multivariate analysis with distinctions of sexual and regional disparities was used to obtain a portrait of fitness. It is corroborated that boys get higher score at muscular tests and that girls perform better in flexibility. Fortyfour percent (44%) of participants have obesity-related health risk. Between 1981 and 2014, the young were taller (♀ +1.67 cm, ♂ +2.25 cm), heavier (♀ +5.8 kg, ♂ + 5.6 kg) and their VO2max fell 13% (♀ -5 ml min-1 kg-1, ♂ -7 ml min-1 kg-1). The VO2max regresses between the ages of 12 and 17 among Quebeckers. Preliminary norms were built using LMS methods for all tests. Our research demonstrate that the RSEQ battery is evaluating and monitoring the progress of fitness at the High School level. Our study also shows that the physical condition of young people is likely to be affected by the global obesity epidemic and that significant changes in their lifestyle will be needed in order to reverse the situation.

L'interférence par l'ARN est un processus selon lequel un petit ARN non codant se lie à un ARN messager cible dans la cellule pour moduler son expression. Ce mécanisme a été conservé au cours de l'évolution : il est retrouvé aussi bien chez les animaux que chez les végétaux. Nous savons aujourd'hui que le rôle de l'interférence par l'ARN est fondamental, dans le développement embryonnaire comme dans la progression tumorale. Les microARN (miARN) sont des ARN non codant endogènes dont l'une des particularités est leur capacité à réguler tout un ensemble de gènes par interférence avec les ARN messagers. Il est ainsi prédit qu'un seul miARN serait capable de réguler plusieurs centaines de gènes différents. La thèse a consisté en l'analyse de la corégulation médiée par les miARN grâce à l'inférence de réseau basée sur le partage de gènes cibles. La corégulation est un phénomène où plusieurs miARN différents interviennent sur les mêmes familles de gènes et donc sur les mêmes processus biologiques. Le travail a plus spécifiquement consisté en la mise en place d'un réseau de miARN, en son analyse topologique mais également en son interprétation biologique. Le but final était de proposer de nouvelles hypothèses biologiques à tester afin de mieux comprendre la corégulation des processus biologiques par les miARN. Au travers de ces travaux, deux groupes de miARN ont pu être mis en évidence, dont l'un impliqué dans la régulation de la signalisation par les petites GTPases – hypothèse par la suite validée par plusieurs expériences in vitro. Dans un second temps, une communauté de miARN impliquée dans le maintien de la pluripotence des cellules souches a pu également être mise en évidence. Pour compléter ces analyses, une étude systémique de la topologie des réseaux de miARN a été menée afin de mieux comprendre leur intégration dans les réseaux biologiques et leur rôle dans le devenir cellulaire. / RNA interference is a process in which a small non-coding RNA will bind to a specific messenger RNA and regulate its expression. This evolutionary conserved mechanism is found in all superior eukaryotes from plants to mammals. Nowadays, we know that RNA interference is a major regulatory process involved in developmental biology and tumor progression. MicroRNAs (miRNAs) are endogenous (coded in and produced by the cell) non-coding RNAs which are able to regulate a whole set of genes, typically hundreds of genes. This doctoral thesis consisted in the analysis of the miRNA mediated coregulation through a network approach based on target sharing. Coregulation is the process where many different miRNAs will regulate the same set of genes and thus the same biological process. In particular, the work consisted in the inference of a miRNA network, in its topological analysis and also its biological interpretation. Indeed, the final aim of the work was to generate new biological hypothesis. As such, two different groups of miRNAs were first retrieved. One of them was predicted to be involved in the small GTPase signaling and was further validated in vitro. Moreover, a miRNA community involved in the maintenance of stem cells pluripotency was also discovered. Finally, a systemic analysis of the target-based miRNAs network was conducted to better understand their integration with biologic networks and their role in cell fate.

Les études d'association pangénomiques (GWAS) ont permis l'identification de plusieurs dizaines de gènes et de polymorphismes nucléotidiques (SNPs) contribuant au risque de diabète de type 2.Plus généralement, les GWAS ont permis d'identifier des milliers de SNPs contribuant à des maladies complexes chez l'Homme.Cependant, la caractérisation fonctionnelle et les mécanismes biologiques impliquant ces SNPs et ces gènes restent en grande partie à explorer.En effet, les conséquences de ces polymorphismes sont complexes et peu connues. Une conséquence directe est l'altération de la protéine codée par un gène, voire une extinction complète de la transcription du gène (p.ex. via l’introduction d’un codon stop dans la séquence).Par ailleurs, ces polymorphismes peuvent avoir un rôle de régulation dans l'expression des gènes, par exemple, en perturbant la liaison de facteurs de transcription et d'enzymes impliqués dans la méthylation de l'ADN.Malgré des associations fortes des SNPS identifiés, ils ne peuvent expliquer la totalité de l'héritabilité du diabète de type 2, suggérant par le fait même des mécanismes d'interactions entre les différentes couches que représentent la génomique, la transcriptomique et l'épigénomique.Le changement de paradigme en statistique génétique et la disponibilité de données transcriptomiques et épigénomiques sont responsables de l'évolution du domaine, passant des analyses d'associations à des analyses transversales de type multi-omique, et permettant de fournir des éléments de réponse sur l’aspect fonctionnel des SNPs ou des gènes impliqués, et dans certains cas, permettant d'évaluer le lien causal de ces variants sur la pathologie.Les développements et applications méthodologiques proposés dans cette thèse sont variés, allant d’une approche similaire aux GWAS, mettant à profit les données longitudinales disponibles dans certaines cohortes (p.ex. D.E.S.I.R.), au moyen d'un modèle joint; de la caractérisation fonctionnelle de gènes candidats, identifiés par GWAS, dans la sécrétion d'insuline par une étude transcriptomique multi tissu et dans un modèle cellulaire; de l'identification d'un nouveau gène candidat (PDGFA) impliqué dans la dérégulation de la voie de l'insuline dans le diabète de type 2 via des mécanismes épigénétiques et transcriptomiques; et enfin de la caractérisation de l'effet sur le transcriptome de deux substituts du bisphénol A dans un modèle d’adipocyte primaire.L'augmentation des connaissances des processus biologiques dans lesquels sont impliqués les SNPs et gènes identifiés par GWAS pourrait permettre l'élaboration de stratégies diagnostiques plus efficaces, ainsi que l'identification de cibles thérapeutiques pour le traitement du diabète de type 2 et des complications associées (p.ex. insulinorésistance, NAFLD, cancer, etc.). Plus généralement, ces études multi-omiques ouvrent la voie à l'approche émergente que représente la médecine de précision, permettant le traitement et la prévention des pathologies tout en prenant en compte ce qui fait la spécificité d'un individu, à savoir son génome et son environnement, tous deux interagissant sur son transcriptome et son épigénome. / Genome-wide association studies (GWAS) have resulted in the identification of several dozen of genes and single nucleotide polymorphisms (SNPs) contributing to type 2 diabetes.More generally, GWAS have identified thousands of SNPs contributing to complex diseases in humans.However, the functional characterization and biological mechanisms involving these SNPs and genes remain largely to be explored. Indeed, the consequences of these polymorphisms are complex and little known.One direct consequence of the SNPs is the alteration of the protein encoded by a gene, or even a complete transcriptional gene silencing (e.g. codon stop in the sequence). Furthermore, these polymorphisms may have a regulatory role in gene expression, for example, by interfering with the binding of transcription factors and enzymes involved in DNA methylation.Despite the strong associations of identified SNPs, they cannot explain the full heritability of type 2 diabetes, suggesting interactions mechanisms between the different layers of -omics, such as genomics, transcriptomics and Epigenomics.The shift of paradigm in statistical genetics and the availability of transcriptomic and epigenomic data are responsible for the evolution of the discipline, moving from association studies to multi-omics, and providing insights on the functional aspect of the SNPs or genes involved, and in some cases allowing to evaluate the causal link of these variants on the pathology.The methodological developments and their applications proposed in this thesis are various, ranging from a similar approach to GWAS, leveraging the longitudinal data available in some cohorts (e.g. D.E.S.I.R.), using an joint model approach; the functional characterisation of candidate genes in insulin secretion by a multi tissue transcriptomic study and transcriptomic study in a cell model; the identification of a new candidate gene (PDGFA) involved in the deregulation of the insulin\\\'s pathway in type 2 diabetes through epigenetic and transcriptomic mechanisms; and finally, the characterisation of the effect on the transcriptome of two substitutes of bisphenol A in a primary adipocyte model.The increase of knowledge in biological processes involving SNPs and genes identified by GWAS could enable the development of more effective diagnostic strategies, and the identification of therapeutic targets for the treatment of type 2 diabetes and associated complications (e.g., insulin resistance, NAFLD, cancer, etc.).More generally, these multi-omics studies pave the way for the emerging approach of precision medicine, allowing the treatment and prevention of pathologies while taking into account what makes the specificity of an individual, namely his genome and his environment, both interacting on his transcriptome and his epigenome.