UGT1A1 est responsable de l’inactivation du SN-38, métabolite actif de l’irinotécan utilisé en première intention dans le traitement du cancer colorectal métastatique. Certains facteurs génétiques du gène UGT1A1 sont en partie responsables des variations dans la réponse à cette thérapie. Parallèlement, nous avons émis l’hypothèse qu’un mécanisme épigénétique module les niveaux intratumoraux d'UGT1A1 ainsi que les taux d’inactivation du SN-38 à son site d’action. Nos données démontrent que la méthylation d’îlots CpG spécifiques dans le promoteur et l’exon 1 d’UGT1A1 est associée à la répression de son expression, à la diminution du taux de protéine et d’inactivation du SN-38 dans les cellules tumorales de côlon in vitro. De plus, l’hyperméthylation de ces régions corrèle avec la faible expression du gène dans les tumeurs primaires du côlon de patients. Ces données soulèvent la possibilité que le profil de méthylation du gène UGT1A1 pourrait déterminer la concentration tumorale du métabolite actif et ainsi aider à prédire l’efficacité de la thérapie. / UGT1A1 is the main enzyme involved in the hepatic and tumoral inactivation of SN-38, an anticancer agent used in first line treatment of metastasic colorectal cancer. UGT1A1 genetic factors determine response to irinotecan therapy. We hypothesised that an epigenetic mechanism, more specifically methylation, is involved in tumoral regulation of UGT1A1 levels. Specific CpG islands in the UGT1A1 gene are hypermethylated and linked to the repression of gene expression and to lower levels of SN-38 glucuronidation in colon tumor cells in vitro. In addition, methylation of specific CpG was linked to lower expression of UGT1A1 gene in primary colon tumors from patients. Our data support that methylation profile of the UGT1A1 gene determine SN-38 tumoral concentration and may help to predict tumoral response to irinotecan.

Les androgènes contrôlent la prolifération des cellules de prostate en activant le récepteur des androgènes (AR). Une exposition prolongée à des concentrations élevées de ces hormones sexuelles mâles favorise toutefois un cancer de la prostate (PCa). La suppression des hormones consiste en un traitement fort utilisé, concrétisé entre autres par l'utilisation d'anti-androgènes, tel le Casodex. De nombreuses études sur des lignées cellulaires de PCa en culture montrent que l'homéostasie des androgènes dépend entre autres des UDP-glucuronosyltransférases (UGT) 2B15 et 2B17. Ce projet de maîtrise s'intéresse d'une part à préciser la régulation des UGT2B15 et 2B17 par le traitement hormonal, représenté par le Casodex, et, d'autre part, à valider in vivo ces observations. Le traitement des lignées cellulaires de PCa AR+ LNCaP et LAPC-4 avec du Casodex dans du milieu avec sérum a induit les UGT2B15/2B17 de façon dose- et temps-dépendantes, tel que déterminé aux niveaux transcriptionnel, protéique et activité avec des PCR en temps réel, des immunobuvardages avec des anticorps spécifiques et des essais enzymatiques de glucuronidation. L'utilisation d'une lignée cellulaire LNCaP contenant un ARN interfèrent inductible contre l'AR a révélé que l'induction des UGT2B15 et 2B17 est AR-dépendante, mais que leur régulation par le Casodex implique AR uniquement pour TUGT2B15. En parallèle, deux types de souris transgéniques pour YUGT2B15 humaine ont été créés en utilisant la portion codante ainsi que l'intron 1 du gène humain, dont l'expression est contrôlée soit par le promoteur de 2,4kb d, UGT2B15 (Tg-p2B15), résultant en une distribution tissulaire similaire à l'humain, soit par le promoteur prostate-spécifique de la probasin (Tg-pProba), confinant l'expression du transgène à la prostate. La caractérisation de ces modèles est présentement en cours. En somme, l'utilisation du Casodex démontre une régulation fine des UGT par les androgènes, qui pourra être approfondie ultérieurement in vivo avec les souris transgéniques.

Les UDP-glucuronosyltransférases (UOT) sont des enzymes microsomales spécialisées dans l'élimination de certains composés alimentaires, polluants environnementaux et substances endogènes (bilirubine, hormones stéroïdiennes et thyroïdiennes, acides rétinoïques et biliaires). De plus, ils constituent un des déterminants majeurs du métabolisme de phase II des médicaments, 35% de toutes les drogues utilisant le sentier de phase II étant éliminé par la glucuronidation. Ces activités essentielles pour l'homéostasie de l'organisme supportent leur importance physiologique et pharmacologique. Le locus UGTl , situé sur le chromosome 2q37, est composé de neuf exons 1 fonctionnels (chacun précédé par un promoteur unique en 5') et cinq exons communs (2, 3, 4 et les ex ons épissés alternativement 5a et 5b). Dans le cadre du projet de recherche, nous avons caractérisé l'architecture génétique et haplotypique du gène UGT 1 dans une large cohorte Canadienne-Française. Nous avons génotypé 99 polymorphismes des régions régulatrices, exoniques et introniques du locus UGTl chez 254 individus. Nous avons établi leurs fréquences, quantifier le déséquilibre de liaison entre ceux-ci et inféré les haplotypes, les blocs d'haplotypes et les polymorphismes-marqueurs (htSNP). Enfin, les résultats obtenus furent comparés avec ceux des 3 populations du projet HapMap. Les données démontrent que le niveau de déséquilibre de liaison est élevé dans la cohorte d'étude, produisant un nombre faible d'haplotypes très commUns du locus UGTl. Quatre blocs d'haplotypes sont présents, soit les blocs 9/6 (UGT1A9, UGT1A7 et UGT1A6), 4 (UGT1A4), 3/1 (UGT1A3 et UGT1A1) et C (comprenant les variations du 3'UTR). De plus, il existe un niveau de liaison élevé entre les blocs 9/6 et 3/1, alors que le bloc C est génétiquement isolé des autres variations du locus. L'haplotype le plus fréquent (16.5% des chromosomes) est caractérisé par la présence concomitante de multiples variations délétères, soit 1A1*28, 1A1*60, 1A3*2, 1A6*2 et 1A7*4. Le travail présente une carte détaillée du déséquilibre de liaison, outil qui pourrait être subséquemment utilisé afin de caractériser le locus UGT1 plus en profondeur, mais qui décrit également la cooccurrence de variations génétiques ayant été associées à un phénotype variant de glucuronidation. Cette étude a de plus permis la mise au jour d'importantes divergences entre les populations ethniques dans les fréquences des variations, les niveaux de liaison et la diversité haplotypique.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2005-2006 / Les acides biliaires sont des détergents naturels jouant un rôle crucial dans le maintien de l'homéostasie du cholestérol. Cependant, leur cytotoxicité rend nécessaire un contrôle strict de leurs concentrations intracellulaires, afin d'éviter diverses pathologies comme la cholestase. La glucuronidation hépatique, catalysée par les enzymes UDPglucuronosyltransférases (UGT), permet l'excrétion urinaire des acides biliaires. Dans la présente étude, nous avons identifiée 11JGT1A3 comme l'enzyme majeure pour l'inactivation de l'acide chenodeoxycholique sous forme de dérivés glucuronides (CDCA-G). D'autre part nous avons pu démontrer que l'activation de différents récepteurs nucléaires comme le « pregnane-X-receptor » (PXR) ou le « Liver X-receptor » (LXR)a induisait l'expression et l'activité de TUGT1A3, en stimulant l'activité transcriptionnelle du gène codant pour cette enzyme. Ces observations indiquent que les activateurs synthétiques des récepteurs PXR et LXRa peuvent être considérés comme des molécules ayant un potentiel pharmacologique pour stimuler l'expression hépatique de 1TJGT1A3 et ainsi favoriser l'élimination des acides biliaires chez le patient choie statique.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2007-2008. / La cholestase intrahépatique est la cause la plus importante de transplantation hépatique au Canada. La cholestase est caractérisée par une obstruction des conduits biliaires qui cause une augmentation accrue des niveaux hépatiques d'acides biliaires. Les acides biliaires sont des détergents naturels impliqués dans l'absorption et l'élimination du cholestérol en condition physiologique et sont toxiques lorsque leur concentration devient trop élevée. Jusqu'à maintenant une seule molécule, l'acide ursodéoxycholique, est approuvée pour le traitement de la cholestase. Comme celle-ci ne permet que de retarder les effets de la pathologie, l'identification de nouvelles cibles thérapeutiques qui favoriseraient l'élimination de ces détergents pourrait s'avérer importante pour le traitement de la cholestase. Un des mécanismes naturels important d'élimination des acides biliaires est la glucuronidation qui est effectuée par les UDP-glucuronosyltransférases (UGT). Cependant, cette voie métabolique est peu étudiée. L'identification et la caractérisation des enzymes impliquées dans cette réaction permettront de déterminer si ces enzymes peuvent être stimulées par des agents pharmacologiques présentant un fort potentiel pour le traitement de la cholestase.

Le gène du métabolisme des médicaments UDP-glucuronosyltransférase UGT1A est épissé alternativement entraînant la production d’enzymes actives nommées isoformes 1 ainsi que de protéines régulatrices (i2) plus courtes. Mon objectif principal était de développer un modèle cellulaire permettant de mieux caractériser l’impact des isoformes 2 sur l’activité de conjugaison des médicaments et sur la réponse cellulaire à un traitement pharmacologique, plus particulièrement à l’agent anticancéreux SN-38, un substrat des UGT1A utilisé dans le traitement du cancer colorectal. Par une approche d ’interférence à l’ARN (shRNA), nous avons réprimé significativement les formes endogènes i2 dans la lignée humaine dérivée d’une tumeur de côlon, HT115. La répression des isoformes i2 entraîne une augmentation significative de la formation de SN-38-glucuronide. De plus, la répression des i2 entraîne une augmentation significative de la viabilité cellulaire ainsi qu’une modification significative de l’expression génique de processus cellulaires tels que la prolifération et certains microARN, à la suite d ’une exposition au SN-38. Les résultats obtenus supportent que les isoformes i2 ont le potentiel de moduler la réponse pharmacologique à un médicament dont le métabolisme de phase II est effectué principalement par les enzymes UGT1A.

Le cancer de la prostate constitue une cause de morbidité et mortalité importante dans les pays industrialisés, incluant le Canada. La thérapie de première ligne du cancer avancé consiste en un blocage de la formation et/ou de l'action des androgènes (thérapie hormonale), les hormones mâles, qui jouent un rôle primordial dans la prolifération des cellules cancéreuses de prostate. Cependant, cette approche pharmacologique efficace dans un premier temps favorise l'apparition de tumeurs réfractaires au traitement. À ce stade, il n'existe pas de thérapies efficaces permettant l'élimination des cellules cancéreuses. Dans ce contexte, le projet de recherche présenté ici avait pour but d'identifier de nouvelles approches thérapeutiques ciblant, non pas la formation des hormones, mais leur élimination par la voie de glucurono-conjugaison. Nos travaux ont identifiés les activateurs des récepteurs nucléaires FXR et VDR comme des inhibiteurs de l'expression et de l'activité des enzymes humaines UDP-glucuronosyltransférases (UGT)2B15 et UGT2B17, qui sont responsables de F inactivation des androgènes dans la prostate humaine. Ces résultats suggéraient que l'activation de ces 2 récepteurs dans la prostate provoquait une diminution du métabolisme des androgènes et favorisait donc l'effet pro-prolifératif de ces hormones. L'inverse ayant été démontré dans le cas des activateurs du VDR, nous avons voulu vérifier cette hypothèse pour les activateurs de FXR, un récepteur dont le rôle dans la prostate n'avait jamais été étudié. Nous avons observé que ses agonistes provoquaient une diminution significative de la croissance des cellules cancéreuses de la prostate androgéno-dépendantes et indépendantes. Comme mécanismes sous-jacents, nos résultats suggèrent que FXR inhibait la progression du cycle cellulaire et induisait l'apoptose. Nous avons identifié le récepteur des androgènes, une cible prioritaire pour le traitement du cancer androgéno-indépendant, comme étant un important gène négativement régulé par FXR. En conclusion, nos travaux ont démontré que les activateurs des récepteurs VDR et FXR diminuent le métabolisme glucurono-conjugué des androgènes dans les cellules de prostate, mais conservent des effets anti-prolifératifs importants. Par ailleurs, nous avons identifié FXR comme une cible pharmacologique prometteuse pour traiter le cancer de la prostate. Des tests in vivo seront nécessaires afin de vérifier la sécurité et l'efficacité de cette approche.

Les UDP-glucuronosyltransférases (UGT), enzymes catalysant la réaction de glucuronidation, sont impliquées dans le métabolisme de nombreux substrats endogènes (p. ex. bilirubine et hormones stéroïdiennes) et exogènes (p. ex. agents anticancéreux et médicaments d’autres classes) grâce à leur expression, entre autres, dans les tissus du métabolisme des médicaments tels que le foie, les reins et le tractus gastro-intestinal. Ainsi, une vue d’ensemble et détaillée du transcriptome des UGT humaines apparait comme une condition importante à l’établissement de la signature métabolique d’un individu. Dans le cadre de mon projet de recherche de doctorat, nous avons mis à jour le transcriptome des dix gènes UGT humains dans des tissus normaux et tumoraux du métabolisme par séquençage de nouvelle génération d’ARN ciblés (Capture-Seq). Pour cela, des tissus de foie, de rein, d’intestin et de côlon ainsi que des tissus d’endomètre, de sein et de prostate ont été analysés. Après alignement sur le génome de référence humain (hg19), 234 nouveaux évènements d’épissage ont été identifiés. Tous les transcrits codants pour les enzymes UGT1 et UGT2 déjà connues ont été observés, ainsi que plus de 130 nouveaux transcrits présentant des structures variables et des fonctions biologiques potentiellement diverses. Ainsi, nos travaux révèlent que l’ensemble des gènes UGT est sujet à l’épissage alternatif. Ces résultats ont permis de proposer une structure génomique révisée des locus UGT ainsi que d’établir le vaste répertoire des transcrits pour chaque gène UGT dans les tissus étudiés. Enfin, l’ensemble du transcriptome des gènes UGT a été quantifié dans les principaux tissus du métabolisme des médicaments. Les résultats indiquent que les transcrits alternatifs représentent une part non négligeable et très variable du transcriptome UGT, c’est-à-dire de 6 à 100 % de l’expression génique, et qu’ils sont exprimés de façon tissu spécifique. De plus, ces données suggèrent un remodelage du transcriptome UGT en présence de néoplasie pouvant affecter la capacité de glucuronidation tumorale comparativement au tissu sain. Le programme complexe d’épissage alternatif régulant l’expression et la fonction des protéines alternatives UGT jouerait un rôle important dans la détermination de la capacité de détoxification d’un organe, affectant potentiellement la réponse aux médicaments et à d’autres composés éliminés par cette voie métabolique. La connaissance approfondie du transcriptome des UGT est cruciale afin de mieux comprendre les éléments fonctionnels des locus UGT et d’établir leur rôle dans le métabolisme des médicaments et dans la réponse à divers composés endogènes. / UDP-glucuronosyltransferases (UGT) catalyze the reaction of glucuronidation. These enzymes are involved in the metabolism of many endogenous (e.g. bilirubin and steroid hormones) and exogenous substrates (e.g. many anticancer agents and drugs of other classes). They are expressed, among others, in the tissues of drug metabolism of such as the liver, kidneys and gastrointestinal tract tissues. A comprehensive and detailed view of the human UGT transcriptome emerges as a key condition for the establishment of the metabolic signature of an individual. As part of my PhD research project, we uncover the transcriptome landscape of the 10 human UGT gene loci in normal and tumoral metabolic tissues by targeted RNA next-generation sequencing (Capture-Seq). For this, liver tissues, kidney, small intestine and colon as well as endometrial tissues, breast and prostate were analyzed. Alignment on the human hg19 reference genome identifies 234 novel exon-exon junctions. We recover all previously known UGT1 and UGT2 enzyme-coding transcripts and identify over 130 structurally and functionally diverse novel UGT variants. Our work establish for the first time that all UGT genes are subject to alternative splicing. We further expose a revised genomic structure of UGT loci and provide a comprehensive repertoire of transcripts for each UGT gene. Finally, the entire transcriptome of UGT genes was quantified in the major drugs metabolism tissues (liver, kidney and intestine). The results indicate that alternative transcripts represent a significant part of the UGT transcriptome varying from 6-100% of UGT gene expression. Data also uncover a remodelling of the UGT transcriptome occurring in a tissue- and tumor-specific manner. The complex alternative splicing program regulating UGT expression and protein functions is likely critical in determining detoxification capacity of an organ and stress-related responses, with significant impact on drug responses and diseases.

La souris est un modèle animal souvent utilisé lors d’études du métabolisme et de la toxicité de molécules, c’est pourquoi nous avons voulu identifier les principaux tissus et enzymes impliquées au niveau de la glucuronidation chez cet animal. Le foie et le rein des souris mâles, ainsi que le foie des souris femelles ont démontré une forte activité de conjugaison des androgènes, tout comme le foie, la vésicule biliaire et les tissus du système digestif pour le BPA. Les Ugt2b1 et 2b5 sont les principales enzymes responsables de la conjugaison des androgènes, tandis que ce sont les Ugt2b1 et Ugt2b34 pour le BPA. La représentativité des mécanismes chez la souris par rapport à l’homme comme modèle dans le contexte de la glucuronidation des androgènes et du BPA sera discuté à la lumière de ces expériences tout au long de ce mémoire. / Mice are frequently used as a model in studies of metabolism and molecules toxicities. Therefore, we wanted to identify the tissues and enzymes involved in the glucuronidation process in this animal. The liver and kidney in the case of males and liver only in females were the tissues with the highest conjugation activity for androgens and the liver, gallblader and intestinal tissues for BPA. Ugt2b1 and 2b5 were the principal enzymes responsible for the conjugation of androgens, whereas Ugt2b1 and 2b34 were involved in the conjugation of BPA. The transposition of glucuronidation mecanisms from mice to human will be discussed in the light of these results throughout the text.

L’enzyme uridine glucuronosyltransférase 2B17 (UGT2B17) participe à l’inactivation des androgènes et régule l’exposition de la prostate à ces hormones. Ainsi, les variabilités génétiques de l’UGT2B17 peuvent modifier son activité, changer l’exposition de la prostate aux hormones et possiblement avoir un impact dans l’évolution du CaP. Nous avons étudié l’association des polymorphismes d’UGT2B17 liés à un gain de fonction (rs59678213C>T et rs6817882T>C) avec les niveaux circulants d’hormones et le risque de récidive biochimique chez 526 patients atteints d’un CaP localisé. L’effet de la surexpression d’UGT2B17 par tissue microarray (TMA) sur le phénotype du cancer de la prostate a aussi été évalué dans 239 tumeurs primaires. De plus, les profils hormonaux ont été établis chez 48 patients ayant un CaP localisé et présentant une déficience complète du gène UGT2B17. Comparativement aux nonporteurs, les patients avec le génotype rs59678213TT présentent une réduction de 14% (p = 0.002) des niveaux circulants d’androstérone (ADT). En lien avec un gain de fonction de l’enzyme UGT2B17, ces patients présentent des niveaux plus élevés des métabolites d’androgènes glucuronides, l’ADT-G (16%; p = 0.002) et le 3α-diol-17-G (18 %; p = 0.005). Cette variante génétique est également associée à un risque accru de récidive biochimique (HR = 1.80; 95% IC: 1.23 – 2.64; p = 0.002). Par ailleurs, les patients déficients en UGT2B17 présentent une accumulation des précurseurs surrénaliens (≥ 33 %; p < 0.006). Les patients surexprimant UGT2B17 au niveau tumoral présentent des niveaux abaissés d’antigène prostatique spécifique, des tumeurs plus petites et un taux plus faible de positivité des marges chirurgicales. L’expression des hauts niveaux tumoraux d’UGT2B17 semble être un facteur additionnel de mauvais pronostique (HR = 2.05; 95% IC: 1.04–4.37; p = 0.047). En conclusion, les variations génétiques d’UGT2B17 ainsi que la de surexpression tumorale de la protéine UGT2B17 engendrent des changements significatifs des taux d’hormones androgéniques et semblent avoir un impact sur la progression du CaP / The enzyme uridine glucuronyltransferase 2B17 (UGT2B17) inactivates androgens and influences androgen exposure in the prostate. Thus, UGT2B17 genetic variability can change its activity as well as hormone levels and might have an impact in PCa progression. We have studied the association between UGT2B17 gain-of-function polymorphisms (rs59678213C>T and rs6817882T>C) with hormone levels and the risk of biochemical recurrence in 526 patients who had localized PCa after radical prostatectomy. The effect of UGT2B17 overexpression on PCa phenotype was also analysed in 239 primary tumours by tissue microarray (TMA). Besides, we have determined the hormonal profile of 48 patients with both localized PCa and UGT2B17 complete deletion. When compared to non-carriers, patients having rs59678213TT genotype presented a 14% reduction in androsterone (ADT) levels (p = 0.002). They also had increased levels of glucuronide metabolites such as ADT-G (16% reduction; p = 0.002) and 3α-diol-17-G (18 %; p = 0.005), which is in keeping with greater UGT2B17 activity. Carriers of this genetic variant were also at increased risk of biochemical recurrence (HR = 1.80; 95% CI: 1.23 – 2.64; p = 0.002). Furthermore, patients carrying UGT2B17 complete deletion had increased levels of adrenal precursors (≥ 33 %; p < 0.006). Tumoral overexpression of UGT2B17 was associated with decreased levels of PSA, smaller tumours and lower rates of positive margins. It was also an independent marker for biochemical recurrence (HR = 2.05; 95% CI: 1.04–4.37; p = 0.047). In summary, UGT2B17 genetic variants and tumoral overexpression of UGT2B17 significantly modify androgenic levels and seem to influence PCa progression.