Thèse doctorat : Aspects Moléculaires et Cellulaires de la Biologie : Strasbourg 1 : 2006. / Thèse soutenue sur un ensemble de travaux. Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 26 p.

Thesis (Doctoral)--Göteborg University, 2006. / "1101-718X"--T.p. verso. Includes bibliographical references.

L’endothélium cornéen est responsable de la déturgescence, un processus de déshydratation nécessaire à la transparence de la cornée. La dystrophie endothéliale cornéenne de Fuchs (FECD) est la principale cause de dysfonction endothéliale chez l’humain. C’est une maladie multifactorielle associée à (1) une plus grande apoptose dépendante du stress oxydatif des cellules endothéliales cornéennes, (2) un dépôt accru de protéine matricielle causant un épaississement de la membrane basale, et finalement (3) une perte de la capacité des cellules à assurer la déturgescence cornéenne. Actuellement, les modèles d’étude de la FECD montrent une capacité limitée à caractériser l’étiologie de la maladie, ce qui restreint notre capacité à développer des traitements pharmacologiques appropriés. Le seul traitement pour cette pathologie est la greffe de cornée. Afin d’étudier cette pathologie, mon laboratoire a développé des techniques de culture et de reconstruction par génie tissulaire d’endothélia FECD. Mes travaux ont utilisé ces modèles afin de comparer, par profilage génique, PCR quantitatif, immunofluorescence, résistance transendothéliale et essai de perméabilité, l’expression, la distribution et les capacités fonctionnelles des molécules impliquées dans la déturgescence et la sécrétion matricielle. Les résultats de mes études ont montré que les protéines associées à la fonction des cellules FECD (familles de transporteurs ioniques et de jonctions intercellulaires) n’avaient aucune différence d’expression suivant la mise en culture lorsque comparées à des équivalents non pathologiques. De plus, aucune différence fonctionnelle n’a été déterminée par résistance transendothéliale et essai de perméabilité. Toutefois, une plus grande quantité de fibronectine était déposée sous les cellules. Ce faisant, ces études suggèrent que la perte de fonction dans la FECD n’aurait pas un rôle primaire dans la pathologie et serait secondaire à un dépôt anormal de fibronectine. Des recherches antérieures du laboratoire avaient démontré une amélioration dans l’expression des marqueurs de fonctionnalité suite à des greffes in vivo. Le 3e objectif présenté dans cette thèse était de déterminer si les conditions environnementales in vivo (telle que la pression intraoculaire) étaient impliquées dans cette amélioration. Pour ce faire, nous avons utilisé un système de chambre antérieure artificielle permettant d’exercer une pression sur l’endothélium dans un circuit fermé. Cette étude a montré une plus grande expression de ZO-1 à la périphérie des cellules endothéliales, une protéine associée aux jonctions serrées, par la pression. Ce résultat met en perspective l’importance de l’environnement sur la fonctionnalité de l’endothélium cornéen. / The role of the corneal endothelium is to maintain the corneal transparency by a partial dehydration process named deturgescence. Fuchs endothelial corneal dystrophy (FECD) is the main cause of human endothelial dysfunction. It is a multifactorial disease associated with an increased oxidative-related cell death, a thickened basal lamina and a loss in the endothelial pump function resulting in a corneal opacification. Due to the lack of appropriate models, the exact cause of the pathology remains unknown, which restrains our ability to develop appropriate pharmacological treatments. As of now, the only cure is the transplantation of a healthy endothelium from a deceased donor. My laboratory has previoulsly developed in vitro cell and tissue models of FECD. My research projects used these models and analyzed, by gene profiling, quantitative PCR, immunofluorescence, trans-endothelial resistance and permeability assay, the expression, the distribution and the functional capacity of molecules engaged in deturgescence and extracellular matrix (ECM) deposition. Results show no difference between FECD and healthy cells for genes and proteins related to deturgescence (ion transporters and intercellular jonctions). However, an increased deposition of fibronectin was observed. These studies therefore suggest that the endothelial dysfunction would not be a primary aspect of the pathology and would rather be secondary to an aberrant deposition of fibronectin. A previous in vivo study showed an amelioration of the endothelial phenotype upon transplantation in an animal model. It suggested a beneficial effect from the environment, such as the intraocular pressure (IOP). The effect of pressure on the endothelium was investigated by placing tissue-engineered endothelia in an artificial anterior chamber that mimicked the natural IOP. Increased ZO-1, a protein associated with tight junctions, was observed at the cell periphery. This result suggest that the in vivo environment influences the functionality of the corneal endothelium.

Die Zielstellung der vorliegenden Arbeit bestand in der Reflektion möglicher Einflüsse intrauteriner Wachstumsretardierungen auf die temporalen Vokalisationseigenschaften von Neugeborenen in den ersten fünf Lebenstagen. Unter der Annahme, dass das Gehirn des Neugeborenen das Schreiverhalten steuert, können die spezifischen Merkmale des Schreiens Aufschluss über die zugrunde liegende neuronale Integrität des Säuglings und eine eventuelle Prädisposition für Sprachanomalien geben. Zusätzlich wurden mögliche Einflüsse des Geburtsmodus, des Geschlechts und des Probanden- und Gestationsalters auf die temporalen Vokalisationseigenschaften untersucht. Dazu wurden spontane Lautäußerungen von 55 reifgeborenen, gesunden, neurologisch unbeeinträchtigten Neugeborenen mit einem Gestationsalter von 36-41 Wochen untersucht. Der Atemzyklus wurde gesamt und spezifisch für jedes Intervall betrachtet. 1605 Lautaufnahmen wurden vermessen und analysiert. Anhand standardisierter Wachstumskurven des Geburtsgewichtes erfolgte die somatische Klassifikation in SGA und AGA. Die Analysen ergaben signifikant verlängerte Zeitwerte der SGA-Neugeborenen für die Inspirationslänge, die Exspirationslänge und das Messintervall. Die hier berichteten Ergebnisse zeigen, dass signifikante Unterschiede bezüglich der Dauer einzelner zeitlicher Intervalle spontaner Vokalisationen zwischen SGA- und AGA-Neugeborenen bestehen. Das Verhältnis zwischen Inspirationslänge und Exspirationslänge hingegen erweist sich als robuste Größe, die sich nicht signifikant unterschied. Ein signifikanter Einfluss des Geburtsmodus auf die zeitliche Organisation von spontanen Lauten konnte in den Analysen nicht festgestellt werden. Jedoch waren die Zeitwerte der Messgrößen bei per Sectionem entbundenen Neugeborenen im Vergleich zu Spontangeburten tendenziell erhöht. Auch ein Einfluss des Geschlechts, des Probanden- oder Gestationsalters wurde für die temporalen Charakteristika nicht beobachtet. / The aim of this dissertation was to reflect on possible influences of intrauterine growth retardation on the temporal vocalization features of newborns in the first five days of life. Assuming that the newborns brain controls crying behavior, the specific characteristics of crying may provide insight into the infants underlying neuronal integrity and possible predisposition to developmental language disorders. In addition, possible influences of mode of birth, gender, and subject, as well as gestational age on temporal vocalization features were examined. For this purpose, spontaneous vocalizations of 55 full-term, healthy, neurologically unimpaired newborns with a gestational age of 36-41 weeks were examined. The breathing cycle was considered overall and specific to each interval. 1605 sound recordings were measured and analyzed. The classification of the developing case into SGA and AGA was carried out using standardized birth weight growth curves. The analysis revealed significantly longer time values/figures of the SGA newborns’ inspiratory length, expiratory length and the measuring interval. The results reported show significant differences in the duration of individual temporal intervals of spontaneous vocalizations between SGA and AGA newborns. The ratio between inspiratory length and expiratory length turns out to be a robust variable that did not differ significantly. A significant influence of the mode of birth on the temporal organization of spontaneous vocalizations could not be determined in this analysis. However, the time figures of the measured variables tended to be increased in newborns delivered by caesarean section compared to spontaneous delivery. An influence of gender, subject age or gestational age was also not observed for the temporal characteristics.

Actuellement, plus de soixante-dix dystrophies musculaires différentes ont été caractérisées cliniquement. La pathogenèse des différents types de dystrophies musculaire implique de nombreuses voies biologiques et s'accompagne d'une grande variabilité de signes cliniques, mais toutes ces dystrophies ont une caractéristique commune : la perte progressive des fibres musculaires. Pour les formes plus communes de ces dystrophies musculaires, les stratégies thérapeutiques visent principalement à restaurer la fonction du gène altéré. Bien que ces stratégies soient encourageantes pour un grand nombre de patients, elles ne peuvent être retenues comme traitement universel pour l'ensemble des dystrophies musculaires. L'identification de voies biologiques et de défauts secondaires communs à des dystrophies musculaires représente un intérêt majeur pour le développement de traitements palliatifs généralistes applicables à un large éventail de dystrophies musculaires. Pendant mes travaux de doctorat, j'ai initié une étude comparative approfondie sur dix-sept mutants différents chez le nématode Caenorhabditis elegans présentant une dégénérescence musculaire progressive, dont sept sont des modèles de dystrophies musculaires chez le nématode. La recherche de voies biologiques et de défauts secondaires communs, nous a permis d'établir différentes classes de dégénérescence musculaire chez le nématode et de révéler l'existence d'au moins deux mécanismes subcellulaires différents. De plus, nos résultats démontrent que des perturbations de la voie autophagique semblent systématiquement associées à la dégénérescence musculaire. Enfin, ce travail aboutit sur l'établissement d'un modèle proposant une chronologie des évènements sub-cellulaires menant à la dégénérescence progressive dystrophine-dépendante / Currently, more than sevently different muscular dystrophies have been clinically characterized. The pathogenesis of these different types of muscular dystrophies involves numerous cellular pathways and leads to a large variability of the clinical features. However, all the muscular dystrophies share a common feature: the progressive muscle cell loss. For the most common forms of muscular dystrophies, therapeutic strategies consist in restoring the function of the affected gene. Even if these strategies are encouraging for a lot of patients, they cannot be used as a universal treatment for all the muscular dystrophies. The identification if common pathways or common secondary defects to different muscular dystrophies is of great interest for the discovery of new palliative treatment, able to decrease the pathology of a large panel of muscular dystrophies. I have initiated a comparative analysis of seventeen C. elegans mutants presenting with muscle degeneration. Seven these mutants are considered as models for muscular dystrophies. Thanks to these comparative analysis, we were able to define different classes of muscle degeneration in C. elegans and to reveal the existence of at leats two different pathways. Moreover, our results show that perturbations in the autophagic pathway are systematically associated with muscle degeneration. This study leads to the establishment of a putative chronology of events occurring before the muscle cell loss, during the dystrophin-dependent degeneration process

Les dystrophies musculaires de Duchenne (DMD) et de Becker (BMD) sont dues à des mutations dans le gène DMD codant la Dystrophine. De nombreux aspects des mécanismes pathophysiologiques de ces maladies ne sont pas encore expliqués. Nous nous sommes intéressés à l'étude d'ARN non-codants pouvant participer à ces processus. Une première étude a été centrée sur l’identification de micro-ARNs (miARNs) impliqués dans la régulation de l’oxyde nitrique synthase neuronale (nNOS) une protéine partenaire de la Dystrophine et associée à des caractéristiques de ces pathologies telles que la fatigabilité musculaire. 617 miARNs ont été criblés par Taqman Low Density Array dans des muscles de sujets sains et de patients BMDdel45-55. 4 miARNs candidats ont été sélectionnés de cette étude pour leur surexpression chez les patients BMDdel45-55 et leur capacité théorique à cibler nNOS. Des expériences de modulation de l’expression de ces miARNs dans des myoblastes humains sains ou dystrophiques nous ont permis d’identifier que le miR-708-5p et le miR-34-5p pouvaient cibler nNOS et moduler son expression.Un deuxième axe a été mené sur l’étude des longs ARNs non-codants (lncARNs). Les introns 44 et 55, qui bornent les exons 45 à 55 délétés chez les patients BMDdel45-55, sont de grandes régions contenant des lncARNs décrits comme régulant la Dystrophine. Les points de cassure introniques des mutations de ces patients n’étant pas décrites, nous avons supposé l’existence de profils de lncARNs différents. L’analyse de l’ADN de ces patients montre en effet des profils de lncARNs différents, révélant ainsi l’importance d’une étude plus précise des zones de délétion des patients BMDdel45-55. / Duchenne (DMD) and Becker (BMD) muscular dystrophies are due to mutations in DMD gene, encoding Dystrophin. Many aspects of pathophysiological mechanisms of these diseases are not yet well understood. We were interested in the study of non-coding RNAs that could be involved in these pathological processes. A first study focused on micro-RNAs (miRNAs) that could modulate expression of the neuronal nitric oxide synthase (nNOS), a partner of Dystrophin which is linked to pathological features as muscular fatigability. 617 miRNAs were screened by Taqman Low Density Array in muscle biopsies of healthy subjects or BMDdel45-55 patients. 4 candidate miRNAs were selected from this study since they were overexpressed in BMDdel45-55 patients and for their theoretical ability to target nNOS. Experiments modulating the expression of these miRNAs in healthy or dystrophic human myoblasts enabled us to identify that miR-708-5p and miR-34-5p could target nNOS and modulate its expression.A second axis was conducted on long non-coding RNA (lncRNA). Introns 44 and 55, which bound exons 45-55 deleted in BMDdel45-55 patients, are large regions containing lncRNAs described as regulating Dystrophin. Since intronic breakpoints of DMD mutations of these pateints were not described, we have assumed the existence of different profiles of lncRNAs. DNA analysis of these patients actually showed different lncRNAs profiles, thus revealing the significance of a more precise analysis of deletion areas in DMD gene of BMDdel45-55 patients.

L'objectif de ce travail est de développer la partie clinique de la banque de données du gène DMD, afin d'étudier l'histoire naturelle des dystrophinopathies et les corrélations génotype–phénotype, et de faciliter la sélection des patients pour les futurs essais thérapeutiques. La méthodologie créée pour le gène DMD peut être généralisée et utilisée pour d'autres banques de données dédiées à des maladies génétiques. La collecte de 70 000 données cliniques chez 600 patients avec un suivi longitudinal moyen de 12 ans permet de décrire l'histoire naturelle des dystrophies musculaires de Duchenne et de Becker et des formes symptomatiques chez les femmes. Nous avons pu préciser l'hétérogénéité phénotypique sur le plan moteur, orthopédique et respiratoire (forme sévère et forme intermédiaire de la dystrophie musculaire de Duchenne), sur le plan cardiaque (absence de corrélation entre les atteintes motrice et cardiaque, variabilité de l'atteinte cardiaque), et sur le plan cérébral (atteinte intellectuelle chez les patients avec dystrophie musculaire de Becker, troubles psychologiques des dystrophinopathies). L'utilisation de cet outil par les cliniciens et les généticiens devrait faciliter le travail de recherche clinique et la réalisation des futurs essais cliniques. Ceci nécessite maintenant de développer l'accessibilité de la banque de données et d'envisager sa pérennisation. / The objective of this work is to develop the clinical part of the French dystrophinopathy data-base, in order to study the natural history and the genotype-phenotype correlations, and to facilitate the selection of the patients for the future therapeutic trials. The methodology developed for the DMD gene can be generalized and used for the other databases dedicated to genetic diseases. The collection of 70 000 clinical data for 600 patients with an average lon-gitudinal follow-up of 12 years allows to clarify the natural history of the muscular dystrophies of Duchenne and Becker and in symptomatic females. We were able to specify the pheno-typic heterogeneity of the motor, orthopaedic and respiratory involvements (severe form and intermediary form of the Duchenne muscular dystrophy), of the cardiac disorder (absence of correlation between motor and cardiac involvements, variability of the cardiomyopathy), and of the brain function (mental deficiency in the patients with Becker muscular dystrophy, psychological disorders in dystrophinopathies). The use of this tool by the clinicians and the ge-neticists should facilitate their clinical research work and the realization of the future clinical trials. This requires now to develop the accessibility of the database and to ensure its continued existence.

L'adaptation à la maladie chronique et évolutive est un phénomène complexe mettant en jeu des facteurs physiologiques, psychologiques et sociaux. L'évaluation d'un tel processus chez un sujet, ou au sein d'une population donnée, requiert une approche intégrative. Nous pensons que la dystrophie myotonique de Steinert (DM1) constitue un modèle pertinent pour aborder l'approche biopsychosociale de l'ajustement à l'adversité, car cette pathologie neuromusculaire d'origine génétique a des conséquences sur ces trois dimensions. Sur la base des données de la littérature, nous avons posé l'hypothèse que le trouble de l'humeur dépressive, dans la DM1, était un phénomène réactionnel à la maladie progressivement invalidante, en raison de l'utilisation de stratégies de « coping » inopérantes. De plus, nous avons postulé que les sujets atteints de DM1 présenteraient une altération significative, sur le plan intellectuel et au niveau des fonctions exécutives, que des sujets atteints d'une autre maladie neuromusculaire sans atteinte connue du système nerveux central (la myopathie facio-scapulo-humérale, FSH), et que des sujets contrôles issus de la population générale. Enfin, considérant l'impact des troubles thymiques et des altérations cognitives sur les capacités d'adaptation des sujets DM1, nous avons fait l'hypothèse que les sujets DM1 estimeraient que leur qualité de vie est diminuée, autant sur la sphère physique que la sphère psychologique. Nous avons donc analysé le rôle des facteurs génétiques, cliniques, cognitifs, émotionnels, affectifs et sociaux, et leur influence sur la qualité de vie, auprès de 41 sujets atteints de dystrophie myotonique de Steinert, et de 19 sujets atteints de myopathie facio-scapulo-humérale. Nous avons comparé ces évaluations avec les résultats d'un groupe contrôle, constitué de 20 sujets sans maladie chronique, issu de la population générale. Nos résultats mettent en avant, d'une part, que les sujets DM1 ont, en moyenne, un niveau intellectuel global qui se situe dans la norme inférieure, et qui est significativement inférieur à celui de la population générale et du groupe témoin FSH ; ainsi que des altérations spécifiques des capacités d'attention/concentration. De plus, les sujets DM1 adultes présentent une apathie plus fréquente et plus intense que les deux autres groupes. Nos résultats permettent de faire l'hypothèse que l'apathie, caractéristique spécifique des sujets DM1, serait d'origine organique dans cette pathologie. Il s'agit d'une piste de réflexion qui mérite d'être approfondie dans de prochains travaux, notamment en y associant l'utilisation de techniques modernes d'imagerie. D'autre part, nous observons, dans la DM1, que la dépression est un symptôme fréquent. Près de 22% des sujets DM1 de notre étude remplissent les critères d'un épisode dépressif majeur actuel. L'humeur y est le plus souvent modifiée, et certains sujets présentent même des idées suicidaires. Néanmoins, l'intensité de cette symptomatologie est, si nous considérons l'ensemble du groupe DM1, légère à modérée. On retrouve des modifications émotionnelles de type « émoussement affectif » et « dyscontrôle et hyper-émotionnalité ». L'intensité dépressive est corrélée à l'augmentation du handicap fonctionnel. Elle est indépendante, statistiquement, des facteurs génétiques et neuropsychologiques. Enfin, elle est associée à l'utilisation de stratégies de coping « centrées sur l'émotion ». Ce type de coping est connu, par ailleurs, pour être peu opérant dans l'adaptation aux maladies chroniques. Inversement, le coping « centré sur le problème » est corrélé à une meilleure estime de soi et à des degrés moindres de dépression. Ces résultats sont en faveur de l'hypothèse que les troubles thymiques sont, dans la DM1, la conséquence secondaire d'une affection chronique incurable et évolutive, en raison de l'utilisation de stratégies d'adaptation non opérantes. Dans la DM1, les troubles anxieux et dépressifs, la diminution de l'estime de soi et l'augmentation de la fatigue subjective sont des facteurs inter-corrélés et associés à une moins bonne adaptation sociale et une moins bonne qualité de vie dans les domaines physique et psychologique. Enfin, au-delà de l'opposition classique entre facteurs primaires et secondaires, ou celle d'une origine neurologique versus origine psychique, nous observons, à travers nos résultats, les interactions entre émotions, cognition et adaptation au stress causé par une maladie évolutive. En effet, alors que les sujets atteints de FSH modifient leur utilisation du coping, au fur et à mesure que la maladie évolue, les sujets DM1, eux, utilisent toujours les mêmes types de stratégies, quelle que soit l'étape de leur maladie. Au sein de ce groupe de sujets atteints de DM1, ce sont les personnes qui présentent une altération cognitive significative (intellectuelle et exécutive) qui utilisent préférentiellement un coping de type émotionnel, associé à des perturbations thymiques. Ainsi, nous pensons que lorsque les substrats cognitifs, qui sous-tendent les capacités d'appréciation et de flexibilité des ressources nécessaires à un ajustement opérant sont altérés, les sujets présentent une plus grande vulnérabilité au développement de troubles affectifs. Les résultats de notre étude soulignent l'importance d'un travail de remédiation sur les stratégies de coping et les modes de réactivité au stress, selon les déterminants propres au sujet (comme par exemple l'anxiété-trait). Ils témoignent aussi de la nécessité d'être attentif, dans la prise en charge des patients DM1, aux périodes critiques d'évolution de la maladie. Il est important, aussi bien pour les aidants et les familles, que pour les cliniciens, d'apporter, dans ces périodes, d'autant plus de présence, d'écoute et d'attention.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.