La maladie de Crohn (MC) et la colite ulcéreuse (CU) sont des maladies inflammatoires de l’intestin (MII) caractérisées par une inflammation chronique du tube digestif. Ces maladies à traits complexes sont le résultat d’un dérèglement du système immunitaire. Les études d’association pangénomique ont identifié au total 99 loci de susceptibilité aux MII. La région 1q32 du chromosome 1 a été identifiée comme locus de susceptibilité à la MC, la CU et la sclérose en plaque. La région autour du marqueur génétique (rs11584383) contient quatre gènes : Chromosome 1 open reading frame 106 (C1orf106), Kinesin family member 21B (KIF21B), Calcium channel, voltage-dependant, L type, alpha 1S subunit (CACNA1S) et Chromosome 1 open reading frame 81 (C1orf81). L’objectif de l’étude est de mettre ces quatres gènes dans un contexte biologique et de déterminer leur rôle potentiel dans les MII. Par réaction de polymérisation en chaîne quantitatif (qPCR), nous avons déterminé le profil d’expression de ces gènes dans des tissus murins et des lignées cellulaires humaines. KIF21B et C1orf106 sont exprimés dans les tissus gastrointestinal et immunitaire. Par la suite, nous avons testé l’implication de KIF21B et C1orf106 dans les voies biologiques connues pour leur rôle dans les MII comme l’activité NF-kB et le stress du réticulum endoplasmique (RE). Nos résultats montrent que la surexpression de KIF21B dans les cellules HEK293T diminue l’activité de NF-kB et la surexpression de C1orf106 augmente le stress du RE et l’activité de la voie Wnt. Globalement, ces résultats suggèrent que KIF21B et C1orf106, dans la région 1q32, sont des gènes candidats prometteurs puisqu’ils interviennent dans des voies biologiques connues des maladies inflammatoire de l’intestin. / Crohn’s disease (CD) and ulcerative colitis (UC) are inflammatory bowel diseases (IBD) characterized by chronic inflammation along the gastrointestinal tract. These complex diseases appear to be the result of an immune system dysregulation. Genome-wide association studies have identified 99 loci that contribute to IBD susceptibility. Region 1q32 of chromosome 1 has been identified as a CD, UC and multiple sclerosis susceptibility locus and the region around this marker (rs11584383) contains four genes: Chromosome 1 open reading frame 106 (C1orf106), Kinesin family member 21B (KIF21B), Calcium channel, voltage-dependant, L type, alpha 1S subunit (CACNA1S) and Chromosome 1 open reading frame 81 (C1orf81). The goal of the present study is to place these genes in a biological context and to determine their possible involvement in IBD. By using quantitative PCR (qPCR), we determined the expression profile of these genes in murine tissues and human cell lines and we observed that KIF21B and C1orf106 were expressed in immune as well as gastrointestinal tissues. Next, we tested the involvement of KIF21B and C1orf106 in biological pathways previously implicated in IBD, more specifically NF-kB activity and endoplasmic reticulum (ER) stress. We found that overexpression of KIF21B in HEK293T cells decreased the activity of NF-kB whereas C1orf106 overexpression increased ER stress and Wnt activity. Taken together, these results suggest that KIF21B and C1orf106 are good candidate causal genes in the 1q32 region.

Les maladies inflammatoires de l’intestin (MIIs, [MIM 266600]) sont caractérisées par une inflammation chronique au niveau du tube gastro-intestinal. Les deux principales formes sont la maladie de Crohn (MC) et la colite ulcéreuse (CU). Les MIIs résulteraient d’un défaut du système immunitaire et de l’épithélium intestinal. Ce dernier forme une barrière physique et biochimique qui sépare notre système immunitaire des microorganismes commensaux et pathogènes de la microflore intestinale. Un défaut dans la barrière épithéliale intestinale pourrait donc mener à une réponse immunitaire soutenue contre notre microflore intestinale. Les études d’association pangénomiques (GWAS) ont permis d’identifier 201 régions de susceptibilité aux MIIs. Parmi celles-ci, la région 1q32 associée à la MC (p<2x10-11) et à la CU (p<6x10-7) contient 4 gènes, dont C1orf106, un gène codant pour une protéine de fonction inconnue. Le re-séquençage de la région 1q32 a permis d’identifier une variante génétique rare de C1orf106 (MAF˂1%) associée aux MIIs (p=0,009), Y333F. Nous avons démontré que la substitution de la tyr333 par une phénylalanine semble avoir un effet sur la stabilité protéique de C1orf106 tel que démontré lors de l’inhibition de la synthèse protéique induite par le cycloheximide. Nous avons déterminé que C1orf106 est exprimé dans le côlon et l’intestin grêle. De plus, son expression est augmentée lors de la différenciation des cellules épithéliales Caco-2 en épithélium intestinal polarisé. Son profil d’expression correspond aux types cellulaires et tissulaires affectés dans les MIIs. De plus, C1orf106 est partiellement co-localisée avec le marqueur des jonctions serrées, ZO-1. Toutefois, son marquage reproduit parfaitement celui du marqueur des jonctions adhérentes, E-cadhérine. Les jonctions serrées et adhérentes sont localisées du côté apical de la jonction intercellulaire et sont toutes deux impliquées dans l’établissement de la barrière épithéliale. Nous avons donc testé l’impact de C1orf106 sur la perméabilité de l’épithélium intestinal. Nous avons observé une augmentation de la perméabilité épithéliale chez un épithélium intestinal formé par des cellules Caco-2 sous-exprimant C1orf106. Nos résultats suggèrent que C1orf106 pourrait être le gène causal de la région 1q32. / The Inflammatory bowel diseases (IBD, [MIM 266600]) involve chronic inflammation of the digestive tract and include ulcerative colitis (UC) and Crohn’s disease (CD). IBD may result from defects in the homeostasis of immune system and intestinal epithelium. The latter forms a physical and biochemical barrier to commensal and pathogenic microorganisms. A dysfunction in the epithelial barrier may lead to a sustained immune response against the gut flora. Genome wide association studies (GWAS) have identified 200 susceptibility regions in IBD. Among these, the 1q32 region associated with risk of both CD (p<2x10-11) and UC (p<6x10-7), contains the gene C1orf106. Our targeted re-sequencing study has identified a low-frequency variant, Y333F (p=0.009) in C1orf106, a protein of unknown function and in which tyrosine333 is predicted to be phosphorylated. We demonstrated that its substitution by a phenylalanine may have an effect on C1orf106 protein stability as shown by cycloheximide treatment experiments. Our RNA expression analyses of human tissues and cell lines demonstrated that C1orf106 is mostly expressed in the small intestine and colon. It is also detectable in monocytic cell lines but more highly expressed in colonic epithelial cell lines. Furthermore, its expression is increased by 40% during differentiation of colonic epithelial Caco-2 cells into polarized epithelium. To provide further biological context, we generated colorectal LS174T cells that stably overexpress the Y333F alleles and demonstrated that it is partially localized with ZO-1, used as a tight junction (TJ) marker. We did observe tighter colocalization with E-cadherin, a canonical marker for adherens junctions (AJ), typically located below the TJ complex. AJ and TJ play an essential role in the establishment of epithelial barrier. The localization of C1orf106 at these regions suggests its possible implication in epithelial barrier homeostasis. Using trans-epithelial measurement of ions movement across epithelium, we demonstrated an increased in permeability of an epithelium formed by C1orf106 knock-down Caco-2 cells. Our results suggest that C1orf106 could be the causal gene of the 1q32 susceptibility region.

La maladie de Crohn (MC) et la colite ulcéreuse (CU) sont des maladies inflammatoires de l’intestin (MII) caractérisées par une inflammation chronique du tube digestif. Ces maladies à traits complexes sont le résultat d’un dérèglement du système immunitaire. Les études d’association pangénomique ont identifié au total 99 loci de susceptibilité aux MII. La région 1q32 du chromosome 1 a été identifiée comme locus de susceptibilité à la MC, la CU et la sclérose en plaque. La région autour du marqueur génétique (rs11584383) contient quatre gènes : Chromosome 1 open reading frame 106 (C1orf106), Kinesin family member 21B (KIF21B), Calcium channel, voltage-dependant, L type, alpha 1S subunit (CACNA1S) et Chromosome 1 open reading frame 81 (C1orf81). L’objectif de l’étude est de mettre ces quatres gènes dans un contexte biologique et de déterminer leur rôle potentiel dans les MII. Par réaction de polymérisation en chaîne quantitatif (qPCR), nous avons déterminé le profil d’expression de ces gènes dans des tissus murins et des lignées cellulaires humaines. KIF21B et C1orf106 sont exprimés dans les tissus gastrointestinal et immunitaire. Par la suite, nous avons testé l’implication de KIF21B et C1orf106 dans les voies biologiques connues pour leur rôle dans les MII comme l’activité NF-kB et le stress du réticulum endoplasmique (RE). Nos résultats montrent que la surexpression de KIF21B dans les cellules HEK293T diminue l’activité de NF-kB et la surexpression de C1orf106 augmente le stress du RE et l’activité de la voie Wnt. Globalement, ces résultats suggèrent que KIF21B et C1orf106, dans la région 1q32, sont des gènes candidats prometteurs puisqu’ils interviennent dans des voies biologiques connues des maladies inflammatoire de l’intestin. / Crohn’s disease (CD) and ulcerative colitis (UC) are inflammatory bowel diseases (IBD) characterized by chronic inflammation along the gastrointestinal tract. These complex diseases appear to be the result of an immune system dysregulation. Genome-wide association studies have identified 99 loci that contribute to IBD susceptibility. Region 1q32 of chromosome 1 has been identified as a CD, UC and multiple sclerosis susceptibility locus and the region around this marker (rs11584383) contains four genes: Chromosome 1 open reading frame 106 (C1orf106), Kinesin family member 21B (KIF21B), Calcium channel, voltage-dependant, L type, alpha 1S subunit (CACNA1S) and Chromosome 1 open reading frame 81 (C1orf81). The goal of the present study is to place these genes in a biological context and to determine their possible involvement in IBD. By using quantitative PCR (qPCR), we determined the expression profile of these genes in murine tissues and human cell lines and we observed that KIF21B and C1orf106 were expressed in immune as well as gastrointestinal tissues. Next, we tested the involvement of KIF21B and C1orf106 in biological pathways previously implicated in IBD, more specifically NF-kB activity and endoplasmic reticulum (ER) stress. We found that overexpression of KIF21B in HEK293T cells decreased the activity of NF-kB whereas C1orf106 overexpression increased ER stress and Wnt activity. Taken together, these results suggest that KIF21B and C1orf106 are good candidate causal genes in the 1q32 region.

Les maladies inflammatoires de l’intestin (MICIs) incluent la maladie de Crohn et la colite ulcéreuse et affectent plus de 270 000 personnes au Canada. L’origine des MICIs est associée à des facteurs génétiques, des facteurs environnementaux et à une perturbation du microbiome intestinal. Plus de 200 régions génomiques ont précédemment été associées aux MICIs. Des études subséquentes ont permis d’identifier le gène causal de plusieurs de ces régions et les voies de signalisation cellulaires associées telles que l’autophagie, la réponse aux molécules bactériennes et la production de cytokines. Toutefois, dans la plupart des cas, les gènes causaux des régions génomiques ne sont pas identifiés. L’identification de ces gènes et des voies cellulaires qu’ils régulent permettrait d’identifier de nouvelles cibles pharmaceutiques qui renforceraient l’éventail de traitements disponibles contre les MICIs et augmenteraient la proportion de patients qui répondent aux traitements. Mon projet de doctorat se divise en deux parties, dans un premier temps, j’ai étudié le rôle de C1ORF106 et de son variant codant rare Y333F, tous deux associés aux MICIs, dans l’épithélium intestinal. Pour ce faire, nous avons utilisé un modèle Knock-Down de C1ORF106 dans des cellules Caco-2, dans lequel nous avons diminué l’expression de C1ORF106 de 88%. Lorsque différenciées, les cellules Caco-2 forment une monocouche épithéliale étanche idéale pour l’étude de fonctions cellulaires épithéliales. Ce modèle nous a permis d’identifier les voies cellulaires régulées par C1ORF106 telles que la formation des jonctions serrées, la régulation du cytosquelette d’actine et l’établissement de la polarité cellulaire. Nous avons ensuite utilisé un modèle de cellules épithéliales dérivées de cellules souches pluripotentes induites (CSPi) provenant de patients hétérozygotes pour le variant Y333F et d’individus sains porteurs de l’allèle Y333 pour identifier l’effet du variant Y333F sur ces fonctions cellulaires. La deuxième partie de mon projet visait à déterminer quels gènes associés aux MICIs devraient être priorisés pour l’identification de nouveaux gènes causaux, et plus spécifiquement, de nouveaux gènes causaux régulant la barrière épithéliale. Pour ce faire, nous avons déterminé une liste de gènes candidats basée sur les régions génomiques précédemment associées aux MICIs, puis nous avons établi un classement basé sur la présence d’un variant génétique associé aux MICIs, sur la proximité du gène au SNP utilisé dans le GWAS et sur la connaissance de fonctions cellulaires précédemment associée aux MICIs. Nous avons ensuite établi un classement épithélial basé sur le profil d’expression cellulaire et sur l’effet que le SNP du GWAS a sur l’expression des gènes inclus dans l’étude (eQTL). Parmi les gènes les mieux classés dans ces deux classements, plusieurs gènes (IRF8, IRF6, GSDMB) sont connus pour réguler, dans d’autres types cellulaires, l’inflammasome, une voie activée par différentes molécules microbiennes. Nous avons démontré qu’IRF8 est également impliqué dans la régulation de l’inflammasome dans les cellules épithéliales intestinales. Globalement, ce projet aura identifié de nouvelles fonctions cellulaires épithéliales associées aux MICIs telles que la régulation de la polarité cellulaire et de l’inflammasome épithélial en plus d’identifier de nombreux gènes à prioriser lors de futures études génétiques. / Inflammatory bowel disease (IBD) includes Crohn disease and ulcerative colitis and affects over 270 000 people in Canada. The origin of IBD is associated with genetic factors, environmental factors and with the perturbation of the intestinal microbiota. Over 200 genomic regions have previously been associated with IBD. Subsequent studies successfully identified the causal gene of some of these regions and the associated cellular mechanisms like autophagy, response to microorganism and cytokine production. However, in most cases, the causal gene of the region have not been identified. The identification of these genes and of the cellular mechanism they are regulating would facilitate the identification of new therapeutic targets to treat IBD and increase the proportion of patients that respond to IBD treatment. My doctoral project is separated in two parts. In the first part, I studied the function of C1ORF106 and its Y333F variant, both associated with IBD, on the intestinal epithelium. We used a C1ORF106 Knock-Down model in Caco-2 cells, in which we decreased C1orf106 expression by 88%. When differentiated, Caco-2 cells form a tight epithelial monolayer ideal for the study of the epithelial barrier. Using this model, we identified the molecular pathways regulated by C1ORF106, including the regulation of junction formation, of the actin cytoskeleton and of cell polarity establishment. We then used epithelial cells derived from human induced pluripotent stem cells (hiPSC) from heterozygous patient for the Y333F variant and from healthy controls carrying the Y333 allele to study the impact of the Y333F variant on these pathways. The second part of my project aimed at identifying which genes located in the genomic region associated with IBD should be prioritized for future causal gene studies, and more specifically, on studies of genes regulating the epithelial barrier. Based on the genomic regions associated with IBD, we determined a list of candidate genes. We then ranked them based on the presence of an IBD-associated variant, on the proximity of the gene from the GWAS SNP, and on the knowledge of an IBD-associated function. We next realized an epithelial ranking based on the expression profiles of these genes and on the impact that the GWAS SNP has on each gene in the region (eQTL). Multiple genes (IRF8, IRF6, GSDMB) that were highly ranked in both of these rankings were associated with the regulation, in other cell types, of the inflammasome pathway, which is activated in response to microbial products. We demonstrated that IRF8 was also implicated in the regulation of the inflammasome in intestinal epithelial cells. Globally, this project identified multiple epithelial pathways associated with IBD like the regulation of cell polarity establishment and of the epithelial inflammasome. Moreover, we identified multiple genes that could be prioritized in future genetic studies.