La scoliose est la déformation de la colonne vertébrale la plus répandue. Elle atteint 3 à 4% de la population pédiatrique et dans 85% des cas, aucune cause n’a été identifiée. Ces cas sont appelés idiopathiques et les symptômes apparaissent durant la puberté; d’où le terme de ‘scoliose idiopathique de l’adolescent (SIA). Cette pathologie atteint le plus souvent les jeunes filles, en nombre et en sévérité. Ces dernières années, plusieurs hypothèses ont été proposées afin d’élucider l’étiologie de cette pathologie. Celles-ci ont mis de l’avant différents facteurs génétiques, biochimiques, mécaniques, neurologiques, musculaires ou hormonaux. Plusieurs études ont rapporté des formes familiales de scoliose, soutenant la thèse d’une prédisposition génétique. Nous avons démontré que les patients souffrant de SIA présentent un défaut de signalisation cellulaire médiée par les protéines Gi et un taux élevé d’ostéopontine (OPN) circulante. En utilisant une approche de type ‘gène candidat’, nous avons montré que la protéine tyrosine phosphatase μ (PTPμ) régule l’activité du complexe d’intégrines α5/β1 (récepteur de l’OPN) via la protéine kinase PIPKIγ. Dans ce but, nous avons utilisé des cultures primaires d’ostéoblastes issues de biopsies de patients et de cas traumatiques comme sujets contrôles. Les biopsies osseuses de patients ont été obtenues lors de l’intervention chirurgicale à partir des vertèbres T3 à L4, selon les différentes procédures. Les biopsies issues de cas traumatiques proviennent d’autres types d’os (tibia, crête iliaque, fémur). Les profils d’expression du gène PTPRM (codant pour la protéine PTPμ) ont été étudiés par PCR quantitative (qPCR). Les taux de protéines PTPμ ont été analysés par immunoprécipitation suivi d’un western blot. Pour évaluer le rôle de cette protéine, nous avons bénéficié d’un modèle murin. Machida et al. ont démontré qu’il existe un taux plus élevé de scoliose parmi les souris C57Bl/6 bipèdes obtenues suite à l’amputation des membres supérieurs, sous anesthésie, cinq semaines après la naissance. Nous avons utilisé des cultures primaires d’ostéoblastes issues de la colonne ii vertébrale de souris C57Bl/6 bipèdes, délétées du gène PTPRM (souris dites ‘KO’), afin d’évaluer le niveau de signalisation cellulaire spécifique des protéines Gi par un test fonctionnel: la technique de spectroscopie cellulaire di-électrique (SCD). Selon nos données, 85% des souris bipédales ‘KO’ pour le géne PTPRM développent une scoliose (modérée à sévère) contre 55% des souris contrôles C57Bl6 bipèdes. De plus, les niveaux de PTPμ exprimée par les ostéoblastes de 34 patients SIA se trouvent diminués par comparaison à 17 sujets contrôles. Nos études de souris bipèdes ont montré que l’inactivation du gène PTPRM augmente l’incidence et la sévérité de la scoliose, sans pour autant affecter les taux circulant d’OPN ou l’expression de ses récepteurs. Par ailleurs, dans ce même contexte, nous avons remarqué une augmentation de l’interaction entre l’OPN et l’intégrine β1 en l’absence du gène PTPRM. Les cellules issues de ces souris bipèdes KO montrent une réduction dans leurs niveaux de signalisation cellulaire médiée par les protéines Gi après stimulation par l’OPN. Cette diminution est en grande partie récupérée après traitement des cellules par un siRNA spécifique de la protéine PIPK1γ, substrat de PTPμ qui favorise la fixation de ligands aux intégrines. Ces études apportent les premières indications que la perte d’expression de PTPμ est impliquée dans le développement de la SIA, en amplifiant probablement l’effet inhibiteur de l’OPN sur la signalisation cellulaire médiée par les protéines Gi. Ces études permettent une meilleure compréhension de l’étiologie de la SIA. Elles pourraient avoir une contribution importante dans le développement futur de méthodes diagnostique et thérapeuthique dans le but d'arrete l’apparition et l’évolution de la maladie chez les enfants atteints. / Adolescent idiopathic scoliosis (AIS) is the most common form of scoliosis that affects 3-4% of the global pediatric population. In more than 85% of cases, no specific cause can be identified. Such cases are called idiopathic and occur mostly during adolescence. AIS affects mainly females in number and severity. Over the past years, many hypotheses were proposed to explain the etiology of AIS, including genetic, biochemical, mechanics, neurological, muscular and hormonal factors. Several studies have reported a high incidence of scoliosis in some families, which argues for a genetic cause of this disease. We demonstrated that AIS patients have a Gi protein signaling defect and exhibit high levels of circulating Osteopontin (OPN). The goal of this thesis is to identify the mechanisms regulating OPN signaling activity in AIS patients. We have used a candidate gene driven approach and discovered that protein tyrosine phosphatase μ (PTP μ) regulates α5β1 integrin (a known OPN receptor) through phosphate kinase type 1 gamma (PIPK1γ). To achieve our goal, we have used primary osteoblast cell cultures derived from AIS patients and biopsies from control subjects. Bone specimens were obtained intraoperatively from vertebras (varying from T3 to L4 according to the surgical procedure performed) while with trauma cases used as non-scoliotic controls, bone specimens were obtained from other anatomical sites (tibia, femur or iliac crest). Expression profiles of the RPTPM gene (encoding for PTPμ) were studied by qPCR. On the other hand, PTPμ protein levels were determined by immunoprecipitation followed by western blot. To evaluate the role of this protein in AIS etiopathogenesis, we took advantage of an animal model exhibiting a higher scoliosis incidence when maintained in a bipedal state. [1], [2] Bipedal surgeries were performed on C57Bl/6 mice after weaning (5-weeks after birth) by amputation of the forelimbs and tail under anesthesia as reported by Oyama et al. (2006). [1] We used the same approach with PTPμ knockout mice and primary osteoblast culture were derived from the spine of these mice to assess Gi protein signaling through a functional assay termed Cellular Dielectric Spectroscopy (CDS). Bipedal PTPμ knockout mice develop scoliosis more often (85%) in number and severity, than control C57Bl/6 bipedal mice (55%). Interestingly, functional analysis of osteoblasts derived from PTPμ KO mice by CDS method showed a flaw in the transmission of Gi protein coupled receptor signaling similar to a specific AIS patient subgroup. Furthermore, the clinical relevance of PTPμ was strengthened by the fact that a decrease in the gene expression level of PTPμ was observed in 34 AIS patients when compared to 17 control subjects. Such a decrease was also confirmed at the protein level. We demonstrated that genetic deletion of PTPμ enhances the incidence and severity of scoliosis without affecting plasma levels of OPN or the expression of its receptors. In contrast, increased interaction of OPN with β1 integrin was noticed in cells depleted of PTPμ. Furthermore, reduction of Gi- protein coupled receptor GiPCR signaling by OPN was also enhanced in these cells, while their response to GiPCR stimulation was improved with siRNA of phosphatidylinositol-phosphate kinase type 1 gamma (PIPK1γ), a PTPμ substrate that favours ligand binding to integrins. These studies provide the first indication that the loss of PTPμ influences the nature of idiopathic scoliosis, possibly by amplifying the inhibitory effect of OPN on GiPCR signaling. This study allows a better understanding of AIS etiology and could have an impact for the future development of innovative diagnostic methods and eventual pharmacological approaches in order to prevent AIS and stop its progression in affected children.

La scoliose idiopathique de l’adolescent (SIA) est une déformation tri-dimensionelle du rachis. Son traitement comprend l’observation, l’utilisation de corsets pour limiter sa progression ou la chirurgie pour corriger la déformation squelettique et cesser sa progression. Le traitement chirurgical reste controversé au niveau des indications, mais aussi de la chirurgie à entreprendre. Malgré la présence de classifications pour guider le traitement de la SIA, une variabilité dans la stratégie opératoire intra et inter-observateur a été décrite dans la littérature. Cette variabilité s’accentue d’autant plus avec l’évolution des techniques chirurgicales et de l’instrumentation disponible. L’avancement de la technologie et son intégration dans le milieu médical a mené à l’utilisation d’algorithmes d’intelligence artificielle informatiques pour aider la classification et l’évaluation tridimensionnelle de la scoliose. Certains algorithmes ont démontré être efficace pour diminuer la variabilité dans la classification de la scoliose et pour guider le traitement. L’objectif général de cette thèse est de développer une application utilisant des outils d’intelligence artificielle pour intégrer les données d’un nouveau patient et les évidences disponibles dans la littérature pour guider le traitement chirurgical de la SIA. Pour cela une revue de la littérature sur les applications existantes dans l’évaluation de la SIA fut entreprise pour rassembler les éléments qui permettraient la mise en place d’une application efficace et acceptée dans le milieu clinique. Cette revue de la littérature nous a permis de réaliser que l’existence de “black box” dans les applications développées est une limitation pour l’intégration clinique ou la justification basée sur les évidence est essentielle. Dans une première étude nous avons développé un arbre décisionnel de classification de la scoliose idiopathique basé sur la classification de Lenke qui est la plus communément utilisée de nos jours mais a été critiquée pour sa complexité et la variabilité inter et intra-observateur. Cet arbre décisionnel a démontré qu’il permet d’augmenter la précision de classification proportionnellement au temps passé à classifier et ce indépendamment du niveau de connaissance sur la SIA. Dans une deuxième étude, un algorithme de stratégies chirurgicales basé sur des règles extraites de la littérature a été développé pour guider les chirurgiens dans la sélection de l’approche et les niveaux de fusion pour la SIA. Lorsque cet algorithme est appliqué à une large base de donnée de 1556 cas de SIA, il est capable de proposer une stratégie opératoire similaire à celle d’un chirurgien expert dans prêt de 70% des cas. Cette étude a confirmé la possibilité d’extraire des stratégies opératoires valides à l’aide d’un arbre décisionnel utilisant des règles extraites de la littérature. Dans une troisième étude, la classification de 1776 patients avec la SIA à l’aide d’une carte de Kohonen, un type de réseaux de neurone a permis de démontrer qu’il existe des scoliose typiques (scoliose à courbes uniques ou double thoracique) pour lesquelles la variabilité dans le traitement chirurgical varie peu des recommandations par la classification de Lenke tandis que les scolioses a courbes multiples ou tangentielles à deux groupes de courbes typiques étaient celles avec le plus de variation dans la stratégie opératoire. Finalement, une plateforme logicielle a été développée intégrant chacune des études ci-dessus. Cette interface logicielle permet l’entrée de données radiologiques pour un patient scoliotique, classifie la SIA à l’aide de l’arbre décisionnel de classification et suggère une approche chirurgicale basée sur l’arbre décisionnel de stratégies opératoires. Une analyse de la correction post-opératoire obtenue démontre une tendance, bien que non-statistiquement significative, à une meilleure balance chez les patients opérés suivant la stratégie recommandée par la plateforme logicielle que ceux aillant un traitement différent. Les études exposées dans cette thèse soulignent que l’utilisation d’algorithmes d’intelligence artificielle dans la classification et l’élaboration de stratégies opératoires de la SIA peuvent être intégrées dans une plateforme logicielle et pourraient assister les chirurgiens dans leur planification préopératoire. / Adolescent idiopathic scoliosis (AIS) is a three-dimensional deformity of the spine. Management of AIS includes conservative treatment with observation, the use of braces to limit its progression or surgery to correct the deformity and cease its progression. Surgical treatment of AIS remains controversial with respect to not only indications but also surgical strategy. Despite the existence of classifications to guide AIS treatment, intra- and inter-observer variability in surgical strategy has been described in the literature. Technological advances and their integration into the medical field have led to the use of artificial intelligence (AI) algorithms to assist with AIS classification and three-dimensional evaluation. With the evolution of surgical techniques and instrumentation, it is probable that the intra- and inter-observer variability could increase. However, some AI algorithms have shown the potential to lower variability in classification and guide treatment. The overall objective of this thesis was to develop software using AI tools that has the capacity to integrate AIS patient data and available evidence from the literature to guide AIS surgical treatment. To do so, a literature review on existing computer applications developed with regards to AIS evaluation and management was undertaken to gather all the elements that would lead to usable software in the clinical setting. This review highlighted the fact that many applications use a non-descript “black box” between input and output, which limits clinical integration where management based on evidence is essential. In the first study, we developed a decision tree to classify AIS based on the Lenke scheme. The Lenke scheme was popular in the past, but has recently been criticized for its complexity leading to intra and inter-observer variability. The resultant decision tree demonstrated an ability to increase classification accuracy in proportion to the time spent classifying. Importantly, this increase in accuracy was independently of previous knowledge about AIS. In the second study, a surgical strategy rule-based algorithm was developed using rules extracted from the literature to guide surgeons in the selection of the approach and levels of fusion for AIS. When this rule-based algorithm was tested against a database of 1,556 AIS cases, it was able to output a surgical strategy similar to the one undertaken by an expert surgeon in 70% of cases. This study confirmed the ability of a rule-based algorithm based on the literature to output valid surgical strategies. In the third study, classification of 1,776 AIS patients was undertaken using Kohonen Self-Organizing-Maps (SOM), which is a kind of neural network that demonstrates there are typical AIS curve types (i.e: single curves and double thoracic curves) for which there is little variability in surgical treatment when compared to the recommendations from the Lenke scheme. Other curve types (i.e: multiple curves or in transition zones between typical curves) have much greater variability in surgical strategy. Finally, a software platform integrating all the above studies was developed. The interface of this software platform allows for: 1) the input of AIS patient radiographic measurements; 2) classification of the curve type using the decision tree; 3) output of surgical strategy options based on rules extracted from the literature. A comparison of surgical correction obtained by patients receiving surgical treatment suggested by the software showed a tendency to obtain better balance -though non-statistically significant - than those who were treated differently from the surgical strategies outputted by the software. Overall, studies from this thesis suggest that the use of AI algorithms in the classification and selection of surgical strategies for AIS can be integrated in a software platform that could assist the surgeon in the planning of appropriate surgical treatment.

L'obtention des données a été subventionnée par CIORA (Canadian Initiative for Outcomes in Rheumatology Care). CIORA a aussi financé l'analyse des données effectuées par Justine Zehr. L'Initiative Canadienne Pour Des Resultats En Soins Rhumatologiques (ICORA) a financé l'obtention des données et une partie de l'analyse statistique présentée dans ce mémoire. / La plupart des femmes ayant été atteintes d’arthrite juvénile idiopathique (AJI) continuent de souffrir d’arthrite à l’âge adulte. Certains des médicaments utilisés dans le traitement de l’arthrite tels que les corticostéroïdes et les antiinflammatoires non stéroïdiens (AINS) ne sont pas recommandés durant la grossesse. Le but de ce mémoire est d’estimer l’impact de la prise de ces médicaments sur les événements néfastes à l’accouchement chez ces femmes et leur bébé. Des données administratives sur les prescriptions de médicaments et les hospitalisations d’une cohorte de 1756 femmes ayant souffert d’AJI sont utilisées. Elles ont permis de reconstruire l’historique de consommation de médicaments contre l’arthrite chez les femmes durant la grossesse et l’année précédente. Pour ce faire, deux sous-cohortes de femmes ayant souffert d’AJI ont été formées : une pour la période grossesse et une autre pour la grossesse et l’année précédant celle-ci. Les événements d’intérêt étaient : malformations congénitales, complications néonatales, complications maternelles et petit poids pour l’âge gestationnel. Les proportions de cas présentant l’un de ces événements variaient entre 11,52% et 37,08%. Les médicaments ont été modélisés en terme d’utilisation ou de durée totale de consommation durant la période d’étude. Pour chaque événement, des modèles logistiques ont été estimés pour mesurer l’association entre la prise de médicaments et l’événement, en ajustant pour des variables de confusion potentielles : hypertension avant la grossesse, âge à l’accouchement et obtention du diplôme de secondaire. La consommation de corticostéroïdes semble augmenter statistiquement significativement le risque de présenter des malformations congénitales mais n’avoir aucun impact sur les autres événements. Aucun lien statistiquement significatif n’a été observé entre la consommation de AINS et les événements d’intérêt. / Most women diagnosed with juvenile idiopathic arthritis (JIA) continue to suffer from arthritis in adulthood. Some of the drugs used to treat arthritis such as corticosteroids and non-steroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs) are not recommended during pregnancy. The objective of this thesis is to estimate the impact of these drugs on adverse birth outcomes in women previously diagnosed with JIA and their baby. Administrative data on drug prescriptions and hospitalizations in a cohort of 1756 women with a history of JIA were used to determine individual histories of drug use for the treatment of arthritis during pregnancy and during the year leading to the pregnancy. Two sub-cohorts of women who suffered from JIA were created : one corresponding to the pregnancy and the other to the pregnancy and the year leading to the pregnancy. The events of interest were : congenital anomalies, neonatal adverse outcomes, maternal adverse outcomes and small for gestational age babies. Proportions of the events ranged between 11,52% and 37,08%. Drugs were modelled in terms of use or duration of use during each of the study periods. Logistic regression models were fitted to measure the association between drugs and each of the events, adjusting for the following potential confounding variables : hypertension before pregnancy, maternal age and graduating from high school. The consumption of corticosteroids was associated with a statistically significant increased risk of congenital anomalies but had no impact on the other adverse events. No statistically significant associations were observed between consumption of NSAIDs and the adverse events of interest.

Le syndrome néphrotique idiopathique (SNI) est une néphropathie glomérulaire définie par une protéinurie massive associée à une hypoalbuminémie, sans lésions inflammatoires rénales, ni dépôts de complexes immuns circulants. Les travaux réalisés au cours de ma thèse concernent l’étude du rôle potentiel du gène c-mip dans la physiopathologie du SNI.Dans un premier temps, nous avons étudié la physiopathologie moléculaire de l’association maladie de Hodgkin et SNI. Nous avons démontré que cette association était liée à une forte induction de c-mip à la fois dans les cellules de Reed Sternberg (dont la présence signe le lymphome hodgkinien) et les podocytes qui sont des cellules spécialisées du glomérule rénal (Audard, et al. 2010). Nous avons montré que l’induction de c-mip résultait d’un défaut quantitatif et/ou qualitatif du gène Fyn, à la fois chez les patients et dans un modèle de souris déficiente en Fyn. Nous avons trouvé que c-mip était fortement induit dans les podocytes au cours du SNI ainsi que dans la glomérulopathie extramemenbraneuse (GEM). La surexpression de c-mip par transgénèse chez la souris déclenche une protéinurie néphrotique dont le mécanisme implique une rupture, médiée par c-mip, de la voie de signalisation de la néphrine (Science Signaling, 2010 co-auteur). L’étude de la néphrite de Heyman, le modèle expérimental de la GEM humaine, a permis de montrer que l’induction de c-mip coincidait avec l’apparition de la protéinurie et était associée à l’inhibition de l’activité RhoA, à une perte de la synaptopodine, à une diminution du VEGF tandis que l’expression de la DAPK (death-associated protein kinase) est fortement augmentée (Audard et al, manuscrit soumis 1). Nous avons recherché si l’hypogammaglobulinémie au cours du SNI était associée à des anomalies fonctionnelles des lymphocytes B (LB). Nous avons trouvé que c-mip interagit avec la sous unité régulatrice de la PI3 kinase et empêche la dissociation de la sous unité catalytique, p110, nécessaire à l’activation de la PI3 kinase. Enfin, l’expression de l’IL 21, une cytokine–clé secrétée par les lymphocytes T et intervenant dans la commutation isotypique, était fortement réduite dans le SNI (Audard et al, manuscrit en préparation 2). Ces résultats donnent un éclairage nouveau sur la physiopathologie moléculaire du SNI et suggèrent un rôle crucial de c-mip dans les anomalies lymphocytaires et podocytaires observées chez les patients / Idiopathic nephrotic syndrome comprises several podocyte diseases of unknown origin, affecting the glomerular podocyte, which plays a key role in controlling the permeability of the kidney filter to proteins. It is characterized by massive proteinuria and hypoalbuminemia, with no inflammatory lesions or cell infiltration. This works focused on the potential role of c-mip in the pathogenesis of INS. We showed that occurrence of minimal change nephrotic syndrome in the course of Hodgkin lymphoma (cHL-MCNS) is closely related to the induction of c-mip in both Hodgkin-Reed Sternberg cells and podocytes (Audard, et al. 2010), which is caused by a qualitative and/or quantitative defect in Fyn in both HRS and podocytes cells. We found that c-mip is upregulated in podocytes of patients with membranous nephropathy (MN). Transgenic mice overproducing c-mip in the podocytes developed heavy proteinuria without morphological alterations, inflammatory lesions or cell infiltrations. We showed that c-mip turned off podocyte proximal signaling by preventing the interaction between Fyn and nephrin, resulting in the inhibition of nephrin signaling pathway (Science signaling, 2010 coauthor). Moreover, the induction of c-mip in passive type Heymann nephritis (the experimental model of MN) was concomitant to proteinuria occurrence and is associated with reduction of RhoA activity, downregulation of synaptopodin and VEGF expression whereas DAPK expression is significantly increased (Audard et al manuscript submitted 1).We demonstrated that hypogammaglobulinemia, a common feature in INS patients, may result from a defect in B lymphocytes. We found that c-mip interacts with p85 regulatory subunit and prevent its dissociation from p110 catalytic subunit, resulting in inactivation of PI3 kinase. Finally, the expression of IL21, a key cytokine involved in class switching recombination, is repressed in active phases of INS, which may contribute for immunoglobulin disorders commonly observed in these patients (Audard et al manuscript in progress 2).Altogether, these results suggest that c-mip is a major player of lymphocyte and podocytes dysfunction observed in patients with INS

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L’hypertension artérielle pulmonaire idiopathique (HTAPi) se caractérise par une une augmentation des résistances vasculaire, une augmentation de la PAPm et à long terme une insuffisance ventriculaire droite. La dysfonction endothéliale est l’événement initial de la maladie. Elle résulte d’un déséquilibre de synthèse des molécules vasoactives, d’un défaut de production de facteurs de croissance. Ces perturbations affectent directement le muscle lisse adjacent qui en réponse produit une vasoconstriction et une prolifération excessive. Le muscle lisse possède également ses propres anomalies intrinsèques contribuant à amplifier son phénotype vasoconstrictif et prolifératif. Actuellement, les thérapeutiques de l’HTAP ne permettent pas de corriger le remodelage vasculaire et les données cliniques soulignent leur manque d’efficacité en ce qui concerne la survie des patients. Ces travaux de doctorat ont visé à proposer de nouvelles approches thérapeutiques. Dans cette optique, nous nous sommes intéressés à l’implication de la kinase Src dans la pathogenèse de l’HTAP. Nous avons montré que l’augmentation du niveau de Src dans les CML-AP été associée au développement de l’HTAPi. Aussi, nous avons montré que l’inhibition de Src, avec des molécules spécifiques, prévient la prolifération des CML-AP in vitro et réverse l’HTAP dans un modèle expérimental induit par la monocrotaline. Dans un second temps, nous nous sommes intéressés à l’inhibition des récepteurs adrénergiques dans l’HTAP. Nous avons comparé les effets du nébivolol, un β-bloquant de troisième génération qui possède des propriétés vasodilatatrices, aux effets du métoprolol, un β-bloquant de deuxième génération. Nous avons montré que le nébivolol, contrairement au métoprolol, a des effets positifs sur la dysfonction endothéliale, la relaxation des artères pulmonaires et sur le modèle expérimental de l’HP induite par la monocrotaline. Ainsi au cours de ce doctorat, nous avons caractérisé deux stratégies thérapeutiques différentes qui ont montré toutes deux un potentiel intéressant pour le traitement de l’HTAP. / Idiopathic Pulmonary Arterial Hypertension (iPAH) is characterized by an increased vascular resistance, increase pulmonary artery pressure, and at long term, a right ventricular failure. Endothelial dysfunction is the initial event of this pathology. It is a result of altered vasoactive molecules synthesis, altered growth factors production. These alterations directly affect the neighboring smooth muscle which produces an important vasoconstriction and a significant proliferation. Also, the smooth muscle has its own intrinsic abnormalities that participate in its vasoconstriction and proliferation phenotypes.It is to note that to date, PAH treatment strategies do not improve the vascular remodeling. Moreover, clinical results show no efficiency of these treatments on patient survival. Accordingly, this thesis studies have targeted new and better therapeutic approaches. To this aim, we have fist oriented our research toward the involvement of Src kinase in PAH pathology. We found that increased Src level in the Pulmonary Artery Smooth Muscle Cells (PA-SMC) was associated with PAH development. Also, we have showed that, in vitro, Src inhibition, with specific molecules, prevent PA-SMC proliferation and revert PAH in a monocrotaline-induced experimental model. The second aim of this thesis work was oriented toward beta-adrenergic receptor inhibition in PAH. We have compared the effect of both the nebivolol, which is a third generation of b-blockers that has a vasodilation proterties, and metoprolol, which is a second generation of -blockers. Our results show that, as opposite to metoprolol, nebivolol has positive effects on endothelial dysfunctions, pulmonary artery relaxation, and on monocrotaline-induced PH in rats.Therefore, during this thesis, we have characterized two different therapeutic strategies that both show interesting potential in PAH treatment.

La fibrose pulmonaire idiopathique (FPI) et le syndrome de détresse respiratoire aiguë (SDRA) de l’adulte constituent des affections sévères du poumon distal, avec un pronostic sombre pour les patients. A ce jour, aucun traitement n’est réellement efficace. De manière intéressante, une hypoxie alvéolaire est retrouvée dans ces pathologies.La thérapie cellulaire utilisant des cellules souches mésenchymateuses humaines (CSMh) pourrait représenter un intérêt thérapeutique chez l’Homme. Cependant, leurs mécanismes d’action sont multiples et encore mal définis. Aussi, nous avons testé in vitro l’hypothèse selon laquelle les CSMh pourraient exercer un effet cytoprotecteur paracrine sur les cellules épithéliales alvéolaires (CEA) soumises à l’hypoxie.Dans une première étude, nous avons montré qu’une exposition prolongée à l’hypoxie telle que celle rencontrée au cours de la FPI induisait des modifications phénotypiques des CEA primaires de rat, évocatrices d’une transition épithélio-mésenchymateuse (TEM). On observe une perte progressive d’expression des marqueurs épithéliaux (TTF1, AQP5, ZO-1 et E-Cadhérine), couplée à l’apparition tardive de marqueurs mésenchymateux (α-SMA et Vimentine). Ces modifications phénotypiques s’accompagnent de l’expression dès les premières heures d’hypoxie de facteurs de transcription impliqués dans la TEM (SNAI1, TWIST1 et ZEB1) ou induits par l’hypoxie (HIF-1α et HIF-2α), et de protéines induisant la TEM (TGF-β1 et CTGF). La co-culture des CEA avec des CSMh en fond de puits prévient les modifications phénotypiques induites par l’hypoxie ainsi que l’expression des facteurs pro-TEM TWIST1, ZEB1, TGF-β1 et CTGF. Cet effet bénéfique des CSM est en partie expliqué par la sécrétion d’un facteur de croissance épithélial, le KGF.Dans une deuxième étude, nous avons confirmé que les CEA entraient en apoptose en condition hypoxique, via l’induction de deux voies de signalisations hypoxiques pro-apoptotiques. D’une part, les facteurs de transcription induits par l’hypoxie HIF sont stabilisés, et une cible pro-apoptotique, Bnip3, est induite. D’autre part, l’hypoxie induit une accumulation d’espèces réactives à l’oxygène délétère pour la cellule, perturbant l’équilibre redox de la cellule, endommageant l’ADN, et conduisant à l’apoptose. Cette accumulation pourrait résulter notamment d’une diminution de l’activité des enzymes anti-oxydantes SOD, en hypoxie. Le manque d’oxygène entraine également l’expression de CHOP, facteur de transcription pro-apoptotique impliqué dans le stress du réticulum endoplasmique, qui va13inhiber l’expression de la protéine anti-apoptotique Bcl-2. Nous avons montré que la culture des CEA en présence de milieu conditionné de CSMh (mc-CSMh) permet de prévenir partiellement l’apoptose des CEA en hypoxie, en modulant la voie de signalisation HIF, et en prévenant l’accumulation et les effets délétères des ROS. L’effet protecteur des CSM impliquerait le KGF comme observé lors de la première étude, mais également le HGF.Ces deux études indiquent que les CSMh sont susceptibles d’exercer des effets cytoprotecteurs paracrines vis-à-vis des CEA soumises à l’hypoxie aiguë ou prolongée, en limitant d’une part les modifications phénotypiques évocatrices de TEM, et d’autre part l’apoptose des CEA via la modulation des voies de signalisations hypoxiques. La sécrétion par les CSMh de KGF et de HGF, facteurs de croissance épithéliaux connus pour leurs effets bénéfiques sur les CEA, explique en partie les effets protecteurs paracrines des CSMh. Nos résultats suggèrent que les effets cytoprotecteurs des CSMh vis-à-vis des CEA pourraient contribuer aux effets bénéfiques des CSMh observés in vivo dans différents modèles animaux de fibrose induite, ou lors d’agressions alvéolaires aiguës. / Acute or chronic alveolar injuries provoke massive apoptosis of alveolar epithelial cells (AEC) that compromises an efficient repair of the alveolar epithelium and leads to lung diseases such as ARDS or IPF. These disorders are commonly associated with local alveolar hypoxia aggravating their progression through the stimulation of AEC apoptosis. Administration of allogenic mesenchymal stem cells (MSCs) has been shown to limit lung inflammation and fibrosis in murine models of alveolar injury, through a still poorly understood paracrine mechanism. In a first study, we showed that long term exposure of AEC in hypoxia leads to phenotypic alterations which looks like epithelio-mesenchymal transition (EMT). Co-culture with MSCs prevent hypoxia-induced EMT.In a second work, we studied whether MSC could protect AEC from hypoxia-induced apoptosis and the mechanisms involved. hMSC-conditioned media (hMSC-CM) significantly reduced hypoxia-induced apoptosis of AEC. Such a anti-apoptotic effect was also obtained with ROS scavenger N-acetylcystein or HIF1a inhibitor YC-1. hMSC-CM decreased the protein expression of HIF1α and HIF2α and of their pro-apoptotic target Bnip3 in hypoxic AEC. hMSC-CM also reduced ROS accumulation in hypoxic AEC by enhancing the activity of anti-oxidant enzymes and prevented the induction of CHOP, a pro-apoptotic factor induced by ROS signaling. The paracrine effect of hMSC was partly dependent on KGF and HGF secretion. hMSC prevent via a paracrine effect hypoxia-induced apoptosis of AEC by modulating hypoxic and ROS signaling.These two studies show that MSCs exert cytoprotective effects in vitro against hypoxia-induced apoptosis and EMT in AEC

La scoliose idiopathique de l’adolescent est une déformation 3D du rachis. La littérature comporte une multitude d’études sur la prédiction de l’évolution et l’identification de facteurs de risque de progression. Pour l’instant les facteurs de risque établis sont l’amplitude de la déformation, la maturité squelettique et le type de courbure. Plusieurs autres champs ont été explorés comme les aspects génétiques, biochimiques, mécaniques, posturaux et topographiques, sans vraiment apporter beaucoup de précision à la prédiction de l’évolution. L’avancement de la technologie permet maintenant de générer des reconstructions 3D du rachis à l’aide des radiographies standard et d’obtenir des mesures de paramètres 3D. L’intégration de ces paramètres 3D dans un modèle prédictif représente une avenue encore inexplorée qui est tout à fait logique dans le contexte de cette déformation 3D du rachis. L’objectif général de cette thèse est de développer un modèle de prédiction de l’angle de Cobb à maturité squelettique à partir de l’information disponible au moment de la première visite, soit l’angle de Cobb initial, le type de courbure, l’âge osseux et des paramètres 3D du rachis. Dans une première étude, un indice d’âge osseux a été développé basé sur l’ossification de l’apophyse iliaque et sur le statut du cartilage triradié. Cet indice comporte 3 stades et le second stade, qui est défini par un cartilage triradié fermé avec maximum 1/3 d’ossification de l’apophyse iliaque, représente le moment pendant lequel la progression de la scoliose idiopathique de l’adolescent est la plus rapide. Une seconde étude rétrospective a permis de mettre en évidence le potentiel des paramètres 3D pour améliorer la prédiction de l’évolution. Il a été démontré qu’à la première visite il existe des différences pour 5 paramètres 3D du rachis entre un groupe de patients qui sera éventuellement opéré et un groupe qui ne progressera pas. Ces paramètres sont : la moyenne da la cunéiformisation 3D des disques apicaux, la rotation intervertébrale à la jonction inférieure de la courbure, la torsion, le ratio hauteur/largeur du corps vertébral de T6 et de la colonne complète. Les deux dernières études sont basées sur une cohorte prospective de 133 patients avec une scoliose idiopathique de l’adolescent suivi dès leur première visite à l’hôpital jusqu’à maturité squelettique. Une première étude a permis de mettre en évidence les différences morphologiques à la première visite entre les patients ayant progresser de plus ou moins de 6°. Des différences ont été mise en évidence pour la cyphose, l’angle de plan de déformation maximal, la rotation ntervertébrale l’apex, la torsion et plusieurs paramètres de «slenderness». Ensuite une seconde étude a permis de développer un modèle prédictif basé sur un modèle linéaire général en incluant l’indice d’âge osseux développé dans la première étude, le type de courbure, l’amplitude de l’angle de Cobb à la première visite, l’angle de déformation du plan maximale, la cunéiformisation 3D des disques T3-T4, T8-­T9, T11-­T12 et la somme des cunéiformisation 3D de tous les disques thoraciques et lombaires. Le coefficient de détermination multiple pour cette modélisation est de 0.715. Le modèle prédictif développé renforce l’importance de considérer la scoliose idiopathique dans les trois dimensions et il permettra d’optimiser la prédiction de l’évolution au moment de la première visite. / Prediction of curve progression remains a challenge for the clinicians at the first visit for a patient with adolescent idiopathic scoliosis. Prediction of progression is based on curve type, curve magnitude and skeletal or chronological age. The failure to accurately predict the risk of progression can lead to inadequate treatment, as well as unnecessary medical visits and radiographs. Three-­dimensional evaluation is currently more popular in the scoliosis research community either for classification or treatment planning. The global objective of this thesis was to develop a predictive model of the final Cobb angle in adolescent idiopathic scoliosis based on 3D spine parameters and on skeletal age, curve type and curve magnitude. The first study was to develop a skeletal maturity system based on ossification of iliac apophysis and triradiate cartilage status, two details available on routine radiographs. A 3 stages system was develop with the second stage being associated to the rapid acceleration phase of the deformation. The second stage corresponds to a closed triradiate cartilage and a maximum of 1/3 of the iliac apophysis ossification. The second study was a retrospective case control study. It showed the potential for 3D parameters to help predict the evolution. 3D spinal parameters at first visit of a group of patient eventually treated with surgery and a group who had no progression revealed statistical differences for: mean 3D wedging of the apical disks, lower junctional vertebral axial rotation, torsion and T6 and whole spine height/width ratio were all significantly affected. The last study was a prospective cohort study based on an adolescent idiopathic scoliosis group followed from first visit to skeletal maturity. A general linear model was developed based on 3D spinal parameters and on curve type, Cobb angle at first visit and with the 3 stages skeletal maturity system developed in the first study. The predictive model obtained has a determination coefficient of 0,715. Included 3D parameters predictors were: the angle of the plane of maximal curvature, the 3D wedging of T3-­T4, T8-­T9 and T11-­T12 disks, and the sum of 3D wedging of all thoracic and lumbar disks. The predictive model developed reinforced the importance of considering adolescent idiopathic scoliosis in a three-­‐dimensional point of view. This model will also optimise the prediction of evolution at first visit.

Les médecins de famille, les pédiatres, les chiropraticiens et les physiothérapeutes sont parmi les professionnels de la santé les plus susceptibles de rencontrer des patients atteints d’une scoliose idiopathique adolescente. Les recherches démontrent que certaines lacunes existent à l’égard des connaissances acquises, par ces professionnels, dans le domaine musculosquelettique, incluant la scoliose. De plus, il ne semble pas exister d’informations sur le niveau de connaissances et la démarche clinique de ces professionnels en matière de scoliose, bien que les bonnes pratiques actuelles dictent une détection hâtive de cette condition pour en optimiser la gestion thérapeutique. Les objectifs de notre étude visaient donc à évaluer les connaissances ainsi que les aptitudes en matière de démarche clinique des professionnels les plus susceptibles à traiter des patients atteints d’une scoliose idiopathique adolescente. À l’aide d’un questionnaire semi-structuré, 51 professionnels de la santé ont été interviewés. Parmi ces professionnels recrutés par l'entremise de leur ordre professionnel respectif, on retrouvait 21 médecins de famille, 10 pédiatres, 10 chiropraticiens et 10 physiothérapeutes. Les entrevues évaluaient les connaissances en matière de signes cliniques, de facteurs de risque, de démarche clinique et de processus référentiel vers les soins spécialisés. De plus, les préférences des professionnels à l’égard des guides de bonne pratique ont été abordées. Parmi les professionnels interviewés, 59 % étaient des femmes, 43 % étaient âgés de moins de 40 ans et la moyenne d’années de pratique était de 20,3 ans. Les résultats démontrent qu’il existe des lacunes à l’égard des connaissances des signes cliniques et des facteurs de risque : moins du tiers des professionnels interviewés pouvaient mentionner au moins 2 signes cliniques et 31 % d’entre eux ne pouvaient se souvenir des facteurs de risque associés à la scoliose idiopathique adolescente; les médecins de famille étaient les moins connaissants dans ces domaines. De plus, en présence d’une mise en contexte nécessitant une référence urgente en soins spécialisés, 70 à 90 % des professionnels auraient référé le patient en dépit du fait que seulement 38 à 60 % d’entre eux considéraient cette situation comme urgente. Près de 40 % des professionnels mentionnaient qu’ils seraient inconfortables à gérer un patient atteint d’une scoliose. Néanmoins, la majorité d’entre eux reconnaissaient qu’il existe un problème en ce qui a trait à l’accessibilité aux soins spécialisés en orthopédiatrie. Presque la totalité c’est-à-dire, 98 % étaient favorables à la production de guides de bonne pratique et les accueilleraient positivement dans leur pratique quotidienne. Les conclusions de cette étude ont montré qu’il existe des vides en matière de connaissances de signes cliniques et de facteurs de risque de progression de la scoliose idiopathique adolescente; ces lacunes ont particulièrement été remarquées chez les médecins de famille. La majorité des professionnels reconnaissent l’importance de référer les conditions urgentes en soins spécialisés. Néanmoins, tous semblent souligner des difficultés dans ce processus référentiel. Une meilleure collaboration interprofessionnelle semble prometteuse en ce qui concerne la gestion de patients atteints d’une scoliose idiopathique adolescente. / Family physicians, peadiatricians, chiropractors and physical therapists are among health professionals most likely to encounter and treat patients with adolescent idiopathic scoliosis. Research shows that there are gaps in musculoskeletal knowledge among professionals but no studies assess knowledge of scoliosis among professionals most likely to treat patients with scoliosis. Best current practice dictates that early detection of adolescent idiopathic scoliosis leads to better decision-making regarding optimal course of management. The objectives of our study were to evaluate basic knowledge and the management skills of professionals most likely to encounter adolescent idiopathic scoliosis. We developed a semi-structured questionnaire and interviewed 51 health professionals. Among these professionals, who were recruited through their professional regulatory board registries, were 21 family physicians, 10 peadiatricians, 10 chiropractors and 10 physical therapists. The interview assessed knowledge of clinical signs and risk factors, management options, including referral to specialized care. We also discussed preferences and acceptability of clinical guidelines in regard to scoliosis. Among interviewed professionals, 59 % were female, 43 % were under 40 and mean years of practice was 20.3. Our results demonstrated gaps in knowledge with respect to clinical signs and risk factors. Less than a third of professionals were able to mention at least 2 clinical signs and 31 % were unaware of any risk factors associated with scoliosis progression. Family physicians appeared least knowledgeable in these areas. When presented with a situation where urgent referral was indicated, 70 – 90 % said that they would refer the patient although only 38 – 60 % rated this case as urgent. Close to 40 % of professionals indicated that they would not be comfortable doing the follow-up of a patient with a scoliosis. Nevertheless, the majority felt that accessibility to specialized care was a problem. Almost all (98 %) mentioned that the development of clinical guidelines would positively affect their daily practice. In conclusion, our study shows that knowledge gaps exist among professionals regarding clinical signs and risk factors of curve progression in adolescent idiopathic scoliosis. Most professionals recognize the importance of referring urgent cases to specialized care although there may be problems with access to peadiatric orthopedic specialists. Interprofessional collaboration may be a promising approach to improve management of patients with adolescent idiopathic scoliosis.

La scoliose idiopathique de l’adolescence (SIA) est une pathologie de cause inconnue impliquant une déformation tridimensionnelle de la colonne vertébrale et de la cage thoracique. Cette pathologie affecte, entre autres, les vertèbres ainsi que les muscles paraspinaux. Ces composantes de la colonne vertébrale jouent un rôle important lors de la marche. Dix sujets témoins et neuf sujets SIA ont effectué dix essais de marche à vitesse normale sur un corridor de marche de dix mètres dans lequel était inséré deux plates-formes de force. De plus, un système de huit caméras (VICON) a permis de calculer les coordonnées tridimensionnelles des 30 marqueurs utilisés afin d’analyser la cinématique des sujets. Les variables faisant l’objet de cette étude sont les amplitudes totales, minimales et maximales des rotations des ceintures pelvienne et scapulaire dans les plans transverse et frontal de même que les coefficients de corrélation et de variation de ces segments. Des tests de Student ont été utilisés pour l’analyse statistique. Malgré le fait qu’aucune différence significative n’a été observée, dans aucun des plans, entre les amplitudes des rotations des ceintures pelvienne et scapulaire entre les groupes témoin et SIA, une différence significative en ce qui a trait aux minimums de rotations pelviennes et scapulaires, dans le plan transverse, a été observée. Cette différence suggère une asymétrie dans les rotations effectuées par ces segments à la marche à vitesse naturelle chez une population atteinte de SIA. / Idiopathic scoliosis is a tridimensional deformation of the spine and of the rib cage. The cause of this pathology is still unknown but its consequences affected different structures including vertebras and spinal muscles. These structures are essential in locomotion activities and this is why it is important to understand well consequences of having a scoliosis on walking. Ten control subjects and nine scoliotic subjects were asked to do ten walking trials at natural speed on a ten-meter walkway with two embedded force-plates. A 3D system (VICON) was also used to record kinematics of 30 body markers. Total, minimal and maximal range of motion (ROM) of pelvic and shoulder rotations, coefficients of variation and correlation were points of interest of this study. Student tests were used to compare groups. No statistically significant difference was observed between group’s total ROM in any planes but some differences were noticed between minimal ROM in coronal plane for pelvis and shoulders. That suggests an asymmetric rotation during natural speed walking in scoliotic group.