Les patients fibrose kystique (FK) souffrent de complications digestives qui incluent une inflammation intestinale modérée dont l’étiologie est méconnue. Les personnes atteintes de FK présentent également une malabsorption des vitamines liposolubles, telles la vitamine D. Or, la vitamine D possède des propriétés immunomodulatrices et anti-inflammatoires. Le présent projet vise à investiguer le rôle du CFTR, dont le gène est muté dans la FK, dans l’étiologie de cette inflammation intestinale et à étudier le potentiel anti-inflammatoire de la vitamine D sur celle-ci. Le CFTR a été invalidé génétiquement par la méthode des ARN interférents (shRNAi) et/ou inhibé pharmacologiquement par l’utilisation d’un antagoniste inhibiteur spécifique (CFTRinh-172). Un état inflammatoire a été induit par les cytokines pro-inflammatoires TNF-α et IL-1β. Afin d’évaluer le rôle anti-inflammatoire de la vitamine D, les cellules ont été pré-traitées avec la forme bioactive de la vitamine D, la 1,25(OH)2D3. La sécrétion et l’expression génique d’interleukine-8, ainsi que l’activation de la voie de signalisation p38MAPK et du facteur de transcription NFκB ont été évaluées. Pour explorer la voie par laquelle la vitamine D exerce ses actions anti-inflammatoires, les cellules ont été pré-incubées avec le BIRB796 pour inhiber la voie p38MAPK. Finalement l’expression génique du récepteur nucléaire de la vitamine D et des hydroxylases intestinales impliquées dans son métabolisme a été déterminée. Nos résultats suggèrent que le CFTR a un rôle dans l’étiologie de l’inflammation intestinale associée à la FK. De plus, la vitamine D semble moduler à la baisse la réponse inflammatoire de la cellule intestinale dont le CFTR a été génétiquement invalidé. / Cystic fibrosis (CF) patients suffer from various digestive complications including moderate intestinal inflammation which etiology is unknown. Individuals with CF also display malabsorption of fat-soluble vitamins; including vitamin D. Vitamin D is a hormone that has immunomodulatory and anti-inflammatory properties. This project aims to investigate the role of CFTR, the mutated gene in CF, in the etiology of CF-related intestinal inflammation and to study the anti-inflammatory potential of vitamin D at this level. CFTR was genetically depleted by means of short hairpin RNA interference (shRNAi) and/or pharmacologically inhibited by the use of a specific inhibitor (CFTRinh-172). An inflammatory state was induced by pro-inflammatory cytokines TNF-α and IL-1β. To evaluate the anti-inflammatory role of vitamin D, cells have been pre-treated with the bioactive form of vitamin D, 1,25(OH)2D3. The secretion and gene expression of interleukin-8, as well as the activation of the p38MAPK signaling pathway and the NFκB transcription factor were assessed. To explore how vitamin D exerts its anti-inflammatory actions, cells were incubated with the BIRB796 to inhibit the p38MAPK pathway. Finally, gene expression of the vitamin D nuclear receptor and the intestinal hydroxylases involved in vitamin D metabolism were assessed. Our results suggest that CFTR plays a role in the etiology of intestinal inflammation associated with CF and that vitamin D reduces the inflammatory responses of CFTR knockdown cells.

La Fibrose kystique (FK), causée par des mutations du canal Cl- CFTR, entraîne une dysfonction de la sécrétion de Cl- et un débalancement dans la sécrétion des fluides. La diminution de la clairance mucociliaire qui s’en suit occasionne une accumulation du mucus. Cet environnement est alors favorable à l’installation d’infections et d’inflammation chroniques, responsables de lésions au niveau de l’épithélium respiratoire. Le vieillissement de la population FK, suite à la prise en charge plus appropriée de la maladie, est accompagné par l’émergence de pathologies associées, telles que le diabète. Celui-ci, ainsi que plusieurs autres facteurs comme l’infection à Pseudomonas aeruginosa, contribuent au déclin progressif de la fonction pulmonaire, principale cause de mortalité et de morbidité des patients FK. Le maintien de la fonction pulmonaire est dépendant notamment du transport ionique et liquidien régulant la clairance mucociliaire ainsi que de la réparation épithéliale nécessaire à la génération d’un épithélium fonctionnel en réponse aux agressions. Nous avons donc évalué l’impact de l’hyperglycémie et des exoproduits de P. aeruginosa sur ces deux mécanismes. Nos résultats ont tout d’abord montré qu’un niveau de glucose élevé diminue les courants Cl- CFTR et potassique et altère la réparation de l’épithélium bronchique FK et non FK. Nous avons aussi observé que l’hyperglycémie limite l’impact bénéfique de la correction de CFTR sur la réparation épithéliale. Dans un second temps, nous avons évalué l’impact de l’infection à Pseudomonas aeruginosa sur le CFTR, qui tient un rôle important dans la fonctionnalité de l’épithélium des voies aériennes non-FK. Nous avons noté que l’expression du CFTR ainsi que sa fonction sont réduites par l’exposition aux produits bactériens dans les cellules non-FK. De plus, ces exoproduits compromettent la maturation du CFTR muté par les correcteurs ainsi que leur bénéfice sur la réparation de l’épithélium FK. Finalement, nous avons testé différentes combinaisons de composés correcteurs et potentiateurs de CFTR afin de déterminer quelle stratégie serait la plus efficace afin de favoriser la réparation épithéliale bronchique FK malgré la présence d’infection. / Cystic fibrosis (CF), caused by mutations in the CFTR gene, is characterized by dysfunctional Cl- secretion and an imbalance in ion/fluid transport resulting in a decrease in mucociliary clearance. Accumulation of mucus then occurs and this favors bacterial infection in the airways. Chronic infection and inflammation is then responsible for progressive injuries to the lung epithelium. These mechanisms are associated with a decline in lung function, the main cause of morbidity and mortality in CF. The recent improvement in clinical care of patients with CF has led to an increase in median life expectancy, which allows the emergence of comorbidities, such as CF-related diabetes (CFRD). Because Pseudomonas aeruginosa infection and CFRD have been associated with decreased lung function, we investigated their impact on ion transports and epithelial repair, two main functions of airway epithelia. First, our results showed a reduction in Cl- secretion by CFTR and total K+ currents through CF and non-CF airway epithelial cells in hyperglycemic conditions. Moreover, our data indicated a decrease in wound closure rates of airway cell monolayers after exposure to high glucose. We also demonstrated an impairment of the beneficial effect of CFTR correctors on repair rates. The second part of our studies reveals a deleterious impact of Pseudomonas aeruginosa diffusible material (PsaDM) on CFTR expression and function in non-CF airways cells. Importantly, we showed, for the first time, that the presence of PsaDM altered the functional rescue of mutated CFTR by correctors and dampened their beneficial effect on CF wound repair. Finally, we tested several different combinations of corrector and potentiators in order to identify the most efficient compounds to improve the repair rates of CF monolayers despite the presence of PsaDM. Overall, our research demonstrated a deleterious impact of CFRD and PsaDM on ion transports and wound closure. Moreover, the new therapies with correctors may also be impacted by these two components.

Les patients atteints de la fibrose kystique (FK) ont désormais un âge médian de survie dépassant la cinquantaine. Par contre, avec ce vieillissement surviennent de nouvelles complications dont l'une des plus prévalente est la maladie osseuse associée à la FK. Les souris dont le Cftr est invalidé génétiquement présentent une densité osseuse amoindrie qui découle d’un débalancement du remodelage osseux caractérisé par une diminution de la formation et une augmentation de la résorption osseuse. L'observation que plusieurs modèles murins FK ont un phénotype ostéopénique et ce, même en absence de certains facteurs étiologiques (inflammation chronique, prise de glucocorticoïdes, insuffisance pancréatique etc.) laisse croire que le Cftr, le gène muté dans la FK, joue un rôle non-négligeable dans le métabolisme osseux. Le présent projet étudiera l’impact de l’absence du CFTR, sur les ostéoblastes (Ob) et ostéoclastes (Oc) dans un modèle murin de FK, soit les souris Cftr-/- de souche BALB/c. De plus, les Ob, sont reconnus comme ayant un effet modulateur sur le microenvironnement leucocytaire de la moelle osseuse (MO). Ce projet visera également à investiguer l’impact de l’absence du CFTR sur la niche leucocytaire de la MO. Nos résultats de densitométrie osseuse et de microtomographie à rayons X ont confirmé que les souris Cftr -/- ont une densité osseuse et un contenu minéral osseux abaissé, une diminution du volume osseux trabéculaire, un nombre amoindri de travées osseuses et une plus grande séparation entre les travées comparé aux souris Cftr+/+. Afin de mieux comprendre ce phénotype osseux, nous avons vérifié et confirmé que l’expression génique et protéique du CFTR est présente chez des Ob dérivés de la MO, mais est absent au niveau des Oc dérivés de la MO. Ces observations corroborent nos résultats portant sur la différenciation des cellules osseuses où nous avons démontré que seule la différenciation et fonction ostéoblastique sont affectées par l'absence du CFTR. Ce défaut ostéoblastique semble influencer négativement la leucopoïèse puisque nous observons une quantité moindre de cellules T, de macrophages et de cellules dendritiques chez les souris Cftr -/- vs. Cftr +/+. À la lumière de ces résultats, l'absence du CFTR semble avoir un impact important sur les ostéoblastes et la moelle osseuse. / With cystic fibrosis (CF) patients now being able to live past fifty years of age come a multitude of secondary complications; one of the most important being cystic fibrosis-related bone disease (CFBD). In Cftr-null mice, this disease is caracterized by a low bone mineral density caused by an uncoupled bone remodeling. However, the observation that various models of CF mice display a bone phenotype despite the absence of the usual human confounders (i.e. inflammation, steroid hormone use, pancreatic insufficiency, etc.) led us to propose that CFTR, itself, plays a non-negligible role in the regulation of bone metabolism. This project will study the impact of the absence of CFTR on the osteoblasts (Ob) and osteoclasts (Oc) in a CF mouse model, namely the BALB/c Cftr-/- mice. In addition, Ob are recognized as having a modulating effect on the leukocyte microenvironment of the bone marrow (BM). This project will also investigate the impact of the absence of CFTR on the leukocyte niche in the BM. Our bone densitometry and X-ray microtomography results showed that Cftr -/- mice have lower bone density and bone mineral content vs. Cftr +/+ mice as well as a decrease in trabecular bone volume and trabecular number, and a greater trabecular separation. To further understand this bone phenotype, we confirmed that BM- derived Ob expressed CFTR at the gene and protein level, but not BM-derived osteoclasts. Such observations support our findings showing that only Ob differenciation and function were affected by the absence of CFTR. The osteoblastic defect appears to adversely affect the BM leukopoiesis as decreased numbers of T cells, macrophages and dendritic cells were observed in Cftr -/- mice vs. Cftr +/+. In light of these findings, we believe that the absence of CFTR has an important impact on the Ob and the bone marrow.

La fibrose kystique (FK) est une des maladies rares la plus fréquente au Canada avec un âge médian de survie de 50.9 ans. Toutefois, l'amélioration de l’espérance de vie est associée à l'émergence de complications secondaires telles que le diabète associé à la FK (DAFK). Présent chez 25 à 40% des adultes, il augmente de 6 fois le risque de morbidité et de mortalité. Plusieurs études sur des populations atteintes de diabète de type 2 ont démontrés les bienfaits de programmes d’exercices combinés (aérobie et résistance) sur l’amélioration du contrôle glycémique. L’objectif de l’étude visait à déterminer si un programme d’exercices combinés permettait d’améliorer les anomalies de la tolérance au glucose et le contrôle glycémique chez les patients atteints de FK. Méthodologie: 18 adultes atteints de FK, sédentaires avec une intolérance au glucose ont été recrutés pour cette étude (8 hommes, 10 femmes, âge: 33 ± 9.4 ans, FEV1 71.5% pred ± 12.5, IMC 23.57 kg/m2 ± 3,4). Les participants ont été assignés au hasard à un groupe contrôle ou exercice. Les tests suivants ont été réalisés avant et après l’intervention : VO2max, HGPO, mesure de l'endurance et de la force musculaire, ainsi qu’un questionnaire sur la qualité de vie. Résultats: 14 participants ont complété le protocole. Les participants du groupe exercice ont amélioré leur valeur de glycémie plasmatique à la 2e heure de l’HGPO (-2.34 +/- 0.87 mmol/L; p <0.01; CI 99.22%), à la 1re heure de l’HGPO (-2.0 mmol/L; p<0.05) et ont présenté une réduction de 17.2% (p<0.05) de l’aire sous la courbe de glucose. Conclusion: Un programme d'exercices combinés améliore le contrôle glycémique chez les patients atteints de FK. Cette approche thérapeutique non-pharmacologique pourrait offrir une intervention ayant le potentiel de retarder l'apparition de DAFK. / Cystic fibrosis (CF) is one of the most common rare diseases in Canada with a median age of survival of 50.9 years. However, the improvement in life expectancy is associated with the emergence of secondary complications such as CF related diabetes (CFRD). Present in 25 to 40 % of adults, CFRD is associated with decreased lung function and weight as well as a 6 times increase in risk of morbidity and mortality. CFRD is primarily caused by insulinopenia, however, insulin resistance contribution remains controversial in CF. Recent studies in type 2 diabetes described an improvement of glycemic control in patients undertaking combined exercise program (aerobic & resistance). In CF, an improvement in insulin sensitivity may result in improved glucose tolerance. There is currently no study demonstrating that exercise improves glucose tolerance in patients with CF. The aim of this study is to determine, in CF patients, if a combined exercise program is beneficial to improve glucose values at the 2nd hour of the OGTT. Method: 18 sedentary adults with CF and with abnormal glucose tolerance were recruited for this study (8 men, 10 women, age: 33 ± 9.4 years, FEV1 71.5% pred ± 12.5, BMI 23.57 kg/m2 ± 3.4). Participants were randomly assigned to a control or exercise group. VO2max, OGTT, muscular endurance and strength, and quality of life were measured pre and post intervention. Results: 14 participants completed the protocol. Participants from exercise group improved their plasmatic glucose at the 2nd hour of OGTT (-2.34 +/- 0.87 mmol/L; p < 0.01; CI 99.22%), at 1st hour of OGTT (-2.0 mmol/L; p<0.05) and presented a reduction of 17.2% (p<0.05) in the total glucose area under the curve. Conclusion: Combined exercise program improves glycemic control in CF patients. This non pharmacological approach could have the potential to delay the onset of CFRD.

La pathologie de la fibrose kystique (FK) est causée par des mutations du gène codant pour le canal Cl- CFTR. Au niveau respiratoire, cette dysfonction du transport transépithélial de Cl- occasionne une altération de la composition et du volume du liquide de surface des voies aériennes. Une accumulation de mucus déshydraté favorise alors la colonisation bactérienne et une réponse inflammatoire chronique, entraînant des lésions épithéliales sévères au niveau des voies aériennes et des alvéoles pouvant culminer en défaillance respiratoire. Le principal objectif de mon projet de maîtrise était d’étudier les processus de réparation de l’épithélium alvéolaire sain, l’épithélium bronchique sain et FK à l’aide d’un modèle in vitro de plaies mécaniques. Nos résultats démontrent la présence d’une boucle autocrine EGF/EGFR contrôlant les processus de migration cellulaire et de réparation des lésions mécaniques. D’autre part, nos expériences montrent que l’EGF stimule l’activité et l’expression des canaux K+ KATP, KvLQT1 et KCa3.1 des cellules épithéliales respiratoires. L’activation de ces canaux est cruciale pour les processus de réparation puisque la majeure partie de la réparation stimulée à l’EGF est abolie en présence d’inhibiteurs de ces canaux. Nous avons également observé que les cellules FK présentent un délai de réparation, probablement causé par un défaut de la réponse EGF/EGFR et une activité/expression réduite des canaux K+. Nos résultats permettent de mieux comprendre les mécanismes de régulation des processus de réparation de l’épithélium sain et FK. De plus, ils ouvrent de nouvelles options thérapeutiques visant à promouvoir, à l’aide d’activateurs de canaux K+ et de facteurs de croissance, la régénération de l’épithélium respiratoire chez les patients atteints de FK. / The cystic fibrosis pathology (CF) is caused by mutations of the gene coding for the Cl- channel, CFTR. In the lungs, the dysfunction of transepithelial ion transport leads to an alteration of airway surface liquid volume and composition. Dehydrated mucus accumulation then favors chronic bacterial colonisation and inflammatory response, inducing severe epithelial injuries in the airways and the alveoli and then, respiratory failure. The main objective of my master degree project was to study normal alveolar, normal and CF bronchial epithelia repair processes using an in vitro model of mechanical wound-healing. Our results reveal the presence of an EGF/EGFR autocrine loop that controls cell migration and wound-healing. Our results show also that EGF signaling stimulate KATP, KvLQT1 and KCa3.1 K+ channel activity and expression in epithelial cells. K+ channel activation is crucial for repair processes since K+ channel inhibitors prevent most of EGF-stimulated wound-healing. We also observed that CF cells present delayed repair processes, probably caused by an EGF signaling defect and reduced K+ channel activity and expression. Our results allow us to better understand the regulatory mechanisms of normal and CF epithelial repair processes. Futhermore, our results open to new therapeutic options that promote, with K+ channel activators and growth factors, respiratory epithelium regeneration in CF patients.

Les cellules épithéliales des voies aériennes respiratoires sécrètent du Cl- via le canal CFTR. La fibrose kystique est une maladie génétique fatale causée par des mutations de ce canal. La mutation la plus fréquente en Amérique du Nord, ∆F508, met en péril la maturation de la protéine et affecte les mécanismes d’activation du canal. Au cours des dernières années, plusieurs molécules ont été identifiées par criblage à haut débit qui peuvent rétablir l’activation de protéines CFTR mutées. Ces molécules sont nommées potentiateurs. Les canaux K+ basolatéraux, dont KCa3.1, jouent un rôle bien documenté dans l’établissement d’une force électromotrice favorable à la sécrétion de Cl- par CFTR dans les cellules épithéliales des voies aériennes respiratoires. Il a par exemple été démontré que l’application de 1-EBIO, un activateur de KCa3.1, sur des monocouches T84 résulte en une augmentation soutenue de la sécrétion de Cl- et que cette augmentation était réversible suite à l’application de CTX, un inhibiteur de KCa3.1(Devor et al., 1996). Dans le cadre d’une recherche de potentiateurs efficaces en conditions physiologiques et dans un contexte global de transport trans-cellulaire, il devient essentiel de considérer les effets des potentiateurs de CFTR sur KCa3.1. Une caractérisation électrophysiologique par la méthode du patch clamp et structurelle via l’utilisation de canaux modifiés par mutagenèse dirigée de différents potentiateurs de CFTR sur KCa3.1 fut donc entreprise afin de déterminer l’action de ces molécules sur l’activité de KCa3.1 et d’en établir les mécanismes. Nous présentons ici des résultats portant sur les effets sur KCa3.1 de quelques potentiateurs de CFTR possédant différentes structures. Un criblage des effets de ces molécules sur KCa3.1 a révélé que la genisteine, le SF-03, la curcumine et le VRT-532 ont des effets inhibiteurs sur KCa3.1. Nos résultats suggèrent que le SF-03 pourrait agir sur une protéine accessoire et avoir un effet indirect sur KCa3.1. La curcumine aurait aussi une action inhibitrice indirecte, probablement via la membrane cellulaire. Nos recherches sur les effets du VRT-532 ont montré que l’accessibilité au site d’action de cette v molécule est indépendante de l’état d’ouverture de KCa3.1. L’absence d’effets inhibiteurs de VRT-532 sur le mutant constitutivement actif V282G indique que cette molécule pourrait agir via l’interaction CaM-KCa3.1 et nécessiter la présence de Ca2+ pour agir. Par ailleurs, un autre potentiateur de CFTR, le CBIQ, a des effets potentiateurs sur KCa3.1. Nos résultats en canal unitaire indiquent qu’il déstabilise un état fermé du canal. Nos travaux montrent aussi que CBIQ augmente la probabilité d’ouverture de KCa3.1 en conditions sursaturantes de Ca2+, ainsi que son affinité apparente pour le Ca2+. Des expériences où CBIQ est appliqué en présence ou en absence de Ca2+ ont indiqué que l’accessibilité à son site d’action est indépendante de l’état d’ouverture de KCa3.1, mais que la présence de Ca2+ est nécessaire à son action. Ces résultats sont compatibles avec une action de CBIQ déstabilisant un état fermé du canal. Finalement, des expériences en Ba2+ nous ont permis d’investiguer la région du filtre de sélectivité de KCa3.1 lors de l’action de CBIQ et nos résultats pointent vers une action de CBIQ dans cette région. Sur la base de nos résultats nous concluons que CBIQ, un potentiateur de CFTR, aurait un effet activateur sur KCa3.1 via la déstabilisation d’un état fermé du canal à travers une action sur sa ‘gate’ au niveau du filtre de sélectivité. De plus, les potentiateurs de CFTR ayant montré des effets inhibiteurs sur KCa3.1 pourraient agir via la membrane ou via une protéine accessoire du canal ou sur l’interaction CaM-KCa3.1. Dans l’optique de traitements potentiels de la fibrose kystique, nos résultats indiquent que le CBIQ pourrait être un potentiateur efficace pusiqu’il est capable de trimuler à la fois KCa3.1 et CFTR. Par contre, dans les cas du VRT-532 et du SF-03, une inhibition de KCa3.1 pourraient en faire des potentiateurs moins efficaces. / Airway epithelial cells are the site of Cl- secretion through CFTR. Cystic fibrosis is a fatal genetic disease caused by mutations in CFTR. The most frequent mutation in North America (∆F508) results in impaired maturation and altered channel gating of the protein. In the last years, several small molecules were identified by high throughput screening that could restore mutated CFTR function. Compounds addressing CFTR gating defects are referred to as potentiators. The basolateral K+ channel KCa3.1 has been documented to play a prominent role in establishing a suitable driving force for CFTR-mediated Clsecretion in airway epithelial cells. It has been shown, for example, that the application of 1-EBIO on T84 monolayers results in a sustained increase of Clsecretion and that this current can be reversed by application of CTX, a KCa3.1 inhibitor (Devor et al., 1996). Thus, in a global approach of transepithelial transport, the research for physiologically relevant CFTR potentiators should also consider their effects on the KCa3.1 channel. Electrophysiological patch clamp measurements and channel structural modification by site directed mutagenesis were used to characterize the action of CFTR potentiators on KCa3.1 and study their molecular mode of action. In this work we present results on the effects on KCa3.1 of several CFTR potentiators of different structures. We observed that the CFTR potentiators genistein, curcumin, SF-03 and VRT-532 could inhibit KCa3.1 activity at concentrations known to activate CFTR. Our results suggest that SF- 03 could act indirectly on KCa3.1 through a mechanism involving an accessory protein. Curcumin would also have an indirect inhibitory effect, probably mediated by the plasma membrane, as documented for other ion channels. A detailed study of VRT-532 revealed that this molecule has access to its binding site in a state independent manner, and is poorly effective on the V282G mutant of KCa3.1, which is constitutively active. These results suggest that VRT-532 could act through the CaM/KCa3.1 complex and require the presence of Ca2+ to inhibit channel activity. In contrast, CBIQ, another CFTR potentiator, succeeded to activate KCa3.1. Our results in single channel show that CBIQ vii destabilizes a non conducting state of the channel. We also showed that this molecule increases the apparent Ca2+ affinity as well as the channel open probability, even in saturating Ca2+ conditions. Experiences in which Ba2+ was used as a probe were also performed to determine if the action mechanism of CBIQ involves an effect on the selectivity filter. Our results showed that Ba2+ could displace CBIQ from its interacting site, suggesting that the increases in channel activity induced by CBIQ could result from a change in the energetics of the channel at the level of the selectivity filter. On the basis of our results, we conclude that CBIQ, a CFTR potentiator, could activate KCa3.1 by destabilizing a non conducting state of the channel, probably through an action near the selectivity filter region. Also, CFTR potentiators having an inhibitory effect on KCa3.1 are likely to act through the plasmic membrane, the CaM/KCa3.1 interaction or an accessory protein of the channel. In a perspective of future treatments for CF, our results indicate that CBIQ could be an efficient potentiator since this product stimulates KCa3.1 as well as CFTR. Conversly, the VRT-532 and SF-03 could be less efficient than on CFTR alone, due to their inhibition of KCa3.1.

Les avancées en biotechnologie ont permis l’identification d’un grand nombre de mécanismes moléculaires, soulignant également la complexité de la régulation génique. Néanmoins, avoir une vision globale de l’homéostasie cellulaire, nous est pour l’instant inaccessible et nous ne sommes en mesure que d’en avoir qu’une vue fractionnée. Étant donné l’avancement des connaissances des dysfonctionnements moléculaires observés dans les maladies génétiques telles que la fibrose kystique, il est encore difficile de produire des thérapies efficaces. La fibrose kystique est causée par la mutation de gène CFTR (cystic fibrosis transmembrane conductance regulator), qui code pour un canal chlorique transmembranaire. La mutation la plus fréquente (ΔF508) induit un repliement incorrect de la protéine et sa rétention dans le réticulum endoplasmique. L’absence de CFTR fonctionnel à la membrane a un impact sur l’homéostasie ionique et sur l’hydratation de la muqueuse respiratoire. Ceci a pour conséquence un défaut dans la clairance mucocilliaire, induisant infection chronique et inflammation excessive, deux facteurs fondamentaux de la physiopathologie. L’inflammation joue un rôle très important dans l’évolution de la maladie et malgré le nombre important d’études sur le sujet, la régulation du processus inflammatoire est encore très mal comprise et la place qu’y occupe le CFTR n’est pas établie. Toutefois, plusieurs autres facteurs, tels que le stress oxydatif participent à la physiopathologie de la maladie, et considérer leurs impacts est important pour permettre une vision globale des acteurs impliqués. Dans notre étude, nous exploitons la technologie des puces à ADN, pour évaluer l’état transcriptionnel d’une cellule épithéliale pulmonaire humaine fibro-kystique. Dans un premier temps, l’analyse de notre expérience identifie 128 gènes inflammatoires sur-exprimés dans les cellules FK par rapport aux cellules non FK où apparaissent plusieurs familles de gènes inflammatoires comme les cytokines ou les calgranulines. L’analyse de la littérature et des annotations suggèrent que la modulation de ces transcripts dépend de la cascade de NF-κB et/ou des voies de signalisation associées aux interférons (IFN). En outre, leurs modulations pourraient être associées à des modifications épigénétiques de leurs loci chromosomiques. Dans un second temps, nous étudions l’activité transcriptionnelle d’une cellule épithéliale pulmonaire humaine FK en présence de DMNQ, une molécule cytotoxique. Notre but est d’identifier les processus biologiques perturbés par la mutation du gène CFTR en présence du stress oxydatif. Fondé sur une analyse canonique de redondance, nous identifions 60 gènes associés à la mort cellulaire et leur variance, observée dans notre expérience, s’explique par un effet conjoint de la mutation et du stress oxydatif. La mesure de l’activité des caspases 3/7, des effecteurs de l’apoptose (la mort cellulaire programmée), montre que les cellules porteuses de la mutation ΔF508, dans des conditions de stress oxydatif, seraient moins apoptotiques que les cellules saines. Nos données transcriptomiques suggèrent que la sous-activité de la cascade des MAPK et la sur-expression des gènes anti-apoptotiques pourraient être impliquées dans le déséquilibre de la balance apoptotique. / Biotechnical advances have allowed a large number of molecular mechanisms to be identified, and have also underlined the complexity of gene regulation. Nonetheless, we still only have a partial understanding of cellular homeostasis. Even with our current knowledge, molecular dysfunctionality observed in genetic illnesses such as cystic fibrosis remain largely misunderstood, prohibiting us from developing efficient treatments. Cystic fibrosis is caused by a mutation of the CFTR (cystic fibrosis transmembrane conductance regulator) gene which codes for a chloric transmembrane channel. The most frequent mutation (ΔF508) causes the unfolding of the protein and its retention in the endoplasmic reticulum. This absence of a functional CFTR to the membrane has an impact on the ionic homeostasis and the hydration of the respiratory mucus. Consequently, the mucociliary clearance is disrupted, which leads to chronic infection and excessive inflammation - two fundamental factors of CF’s physiopathology. Inflammation plays a key role in the evolution of the illness and despite many studies on this subject, the regulation of the inflammatory process remains a mystery and CFTR’s role is not well established. Additionally, since the physiopathology cannot be explained by mutation alone, several authors suggest the importance of other factors (genetic and/or environmental) which are factors in the clinical picture of the illness. In our study, we use microarray technology to evaluate the transcriptional state of an epithelial lung cell issued from a human with cystic fibrosis. Initially, our analysis identifies 128 inflammatory genes which are over-expressed in the cystic fibrosis cells versus non-cystic fibrosis cells, showing several inflammatory gene families such as cytokines or calgranulins. An analysis of the publications and annotations of these transcripts suggests that their modulations depend upon the cascade of NF-κB and/or signalling pathways associated with interferons (IFN). In other words, their modulations could be associated with epigenetic modifications of their chromosomal loci. Secondly, we study the transcriptional activity of an epithelial lung cell issued from a human with cystic fibrosis in the presence of DMNQ, a cytotoxic molecule. Our goal is to identify the biological processus which are disturbed by the mutation of the CFTR gene in the presence of oxidative stress. Based on a canonical redundancy analysis, we identify 60 genes associated with cell death and their modulation in our study explained by the combined effect of mutation and oxidative stress. By measuring the activity of caspase 3/7, an effector of apoptosis (programmed cell death), we see that the cells containing the mutation ΔF508 could present a problem with apoptosis. Our transcriptomic data suggest that decreased activity of the MAPK cascade and over-expression of anti-apoptotic genes would be a factor in apoptotic imbalance.

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Le grasset est l’une des articulations les plus complexes chez le cheval et est le siège d’une part importante des boiteries affectant le membre pelvien. Plus précisément, la majorité des chevaux présentant des signes de douleur localisée au grasset présenteraient une boiterie localisée dans l’articulation fémoro-tibiale médiale. Cette articulation peut être affectée par de nombreuses lésions comme de l’ostéoarthrose chez les chevaux âgés ou des lésions sous-chondrales d’apparence kystique, fréquemment diagnostiquées sur le condyle fémoral médial du grasset des jeunes chevaux sportifs mais également des poulains de manière précoce. En médecine humaine, des recherches se sont intéressées à l’évolution morphologique du genou avec l’âge et à sa maturation, mais également aux corrélations pouvant exister entre les caractéristiques morphologiques et la prévalence de pathologies telles que les ruptures de ligament croisé, l’ostéoarthrose ou l’ostéochondrite disséquante. Il a ainsi été montré que des corrélations existent entre l’étroitesse de l’espace intercondylaire fémoral et la prévalence de lésions d’ostéochondrite disséquante ou de rupture de ligament croisé antérieur. L’origine des lésions sous chondrales d’apparence kystique du condyle fémoral médial demeure, à ce jour, mal expliquée, notamment lorsque celles-ci surviennent très précocement, chez les très jeunes individus. L’évolution de la forme des os de l’articulation fémoro-tibiale avec l’âge et son impact biomécanique sur le développement de ces lésions doivent être évalués. Les objectifs de cette étude ont été de mesurer les paramètres morphologiques radiographiques du fémur distal et du tibia proximal de chevaux Thoroughbred en croissance, d’évaluer les variations de forme de l’espace intercondylaire du fémur avec l’âge, de confronter les paramètres morphologiques des individus sains avec ceux atteints de lésions sous-chondrales d’apparence kystique du condyle fémoral médial et de mesurer ces paramètres morphologiques prospectivement chez des jeunes poulains. Dans notre étude, des radiographies caudo-crâniales de grasset de jeunes Thoroughbreds (ie 3-20 mois), avec (n=53) et sans (n=183) lésions sous chondrales d’apparence kystique, provenant d'une banque de radiographies, ont été analysées; la forme de l’espace intercondylaire fémoral a été évaluée qualitativement sur des radiographies post-mortem de Thoroughbreds (n=53, âge 1-9 mois) provenant d'une étude antérieure ; finalement, des radiographies caudo-crâniales (n=94) ont été réalisées prospectivement sur des poulains Thoroughbreds âgés de 1 mois et analysées. Treize paramètres morphologiques portant sur l’aspect distal du fémur distal et l’aspect proximal du tibia ont été mesurés sur les radiographies réalisées in vivo, dont certains au niveau de la ligne articulaire fémorale (al) et de la fosse poplitée (pf). Chez les poulains sans lésion, la largeur et la hauteur des condyles fémoraux ont augmenté avec la maturation (p<0,0001), tandis que la largeur de l’espace intercondylaire a diminué (p<0,0001) au niveau articulaire. L'analyse qualitative de la forme a également révélé que l’espace intercondylaire rétrécissait distalement avec l'âge pour prendre une forme de Ω. Pour les poulains avec lésions la largeur des condyles fémoraux et la hauteur du condyle fémoral latéral ont aussi augmenté avec la maturation (p<0,003), mais aucun changement significatif n'a été observé pour la largeur du condyle fémoral médial au niveau de la fosse poplitée (pf), ou pour la hauteur ou la largeur de l’espace intercondylaire (al) avec la maturation. Dans les deux groupes, la largeur du plateau tibial a augmenté avec la maturation (p<0,0001), sans qu’aucun des autres paramètres tibiaux n’évolue. La largeur bicondylaire et la largeur de l’espace intercondylaire étaient plus grandes pour le membre gauche chez les poulains sains à tous les âges (p<0,01). Chez les poulains de 1 mois, le condyle fémoral médial était plus large à gauche (p<0,05). Cependant, la largeur du condyle fémoral médial à hauteur de l’articulation était plus grande du côté droit chez les poulains avec lésions, étant significatif chez les femelles âgées de 7 mois ou plus (p=0,004). Ces résultats suggèrent une relation possible entre la morphologie du condyle fémoral médial et le développement de lésions sous chondrales d’apparence kystique, peut-être en créant des cinématiques/contraintes anormales au niveau du condyle fémoral médial en sa région axiale. Ces résultats justifient des études plus approfondies, par exemple au moyen de modalités d’imagerie tel que CT ou IRM en 3 dimensions qui permettraient de préciser et de multiplier les mesures. / The stifle is one of the most complex equine joints and is the site of a significant portion of hindlimb lameness. Many horses with stifle lameness have pain localized in the medial femorotibial joint compartment. The medial femoral condyle is the site most commonly affected by subchondral bone cysts in the stifle in young sport horses and the medial femorotibial joint compartment with osteoarthritis in older horses. Investigations of maturation and morphological evolution of the shape of the human knee with age and correlation with pathology has revealed shape associations with cruciate ligament rupture, osteoarthritis or osteochondritis dissecans. Specifically, the narrowness of the femoral intercondylar notch is associated with the occurrence of osteochondritis dissecans or anterior cruciate ligament rupture. It is now known that medial femoral condyle subchondral cyst-like lesions occur in foals as young as 2 months of age and their exact cause remains unknown. The modelling of the shape of the bones of the femorotibial joint during postpartum maturation may have biomechanical impact and affect development of these lesions. Our objective was to measure shape changes during the first 20 months of age in the distal femur and proximal tibia of Thoroughbred foals and determine if there was an association or difference in those with medial femoral condyle cysts. Caudocranial stifle radiographs retrieved from a radiographic bank of young Thoroughbreds (3-20 months), with (n=53) and without (n=183) subchondral cyst-like lesions were analyzed. In addition, caudocranial radiographs (n=94) were also taken prospectively in 1-month old Thoroughbred foals. Thirteen morphological parameters of the distal femur and proximal tibia were measured on these radiographs, including at the femoral articular line (al) and popliteal fossa (pf). The shape of the femoral intercondylar notch was also qualitatively assessed on post-mortem radiographs of Thoroughbred foals (n=53, age 1-9 months), acquired for a prior study. In foals without medial femoral condyle subchondral cyst-like lesions, femoral condyle width and height increased with maturation (p<0.0001), whereas the width of the intercondylar notch decreased (p<0.0001) at the articular level. The qualitative shape analysis also revealed that the intercondylar notch narrowed with age to an Ω shape. In foals with medial femoral condyle subchondral-cyst lesions, femoral condyle width and lateral femoral condyle height increased with maturation (p<0.003) but no significant changes were observed for the width of the medial femoral condyle at the popliteal fossa, its height, or the intercondylar notch width at the articular line level with maturation. In both groups, the tibial plateau width increased with maturation (p<0.0001), in contrast to other tibial parameters. The bicondylar width and intercondylar notch width were larger for the left limb of healthy foals in all ages (p<0.01). In one-month-old foals, the medial femoral condyle was larger on the left (p<0.05). However, the medial femoral condyle at the articular line was larger on the right side in foals with lesions, more specifically, in females older ≥ 7 months (p=0.004). These results suggest a possible relationship between the morphology of the medial femoral condyle and the development of lesions, possibly by creating abnormal kinematics/stresses in the axial region of the medial femoral condyle. Three-dimensional imaging modalities may allow for more precise and extensive measurements of the condyles with for instance evaluation of the curvature or of the thickness.