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

Le trou maculaire (TM) est un défaut dans la rétine au niveau de la zone centrale de la macula (fovéa). Typiquement, les patients atteints de cette pathologie auront une diminution de leur acuité visuelle (AV) et de la métamorphopsie. Le traitement pour ces patients consistera en une vitrectomie par la pars plana (VPP) dans laquelle le vitré est retiré et remplacé par une tamponnade (SF6, C3F8, air ou huile de silicone). Après cette chirurgie, le succès chirurgical, soit de fermeture anatomique du TM, est très élevé. Toutefois, plus récemment, on s'aperçoit que malgré un taux de fermeture anatomique élevé, les résultats visuels après l'intervention chirurgicale ne sont pas aussi importants, d'où la nécessité d'identifier les facteurs pronostiques liés à la VPP dans les TM qui ont fermé chirurgicalement et de tenter de prédire les résultats visuels suivant la VPP. En ce qui concerne les TM qui n'ont pas fermé lors d'une première VPP, il est intéressant d'évaluer les résultats fonctionnels et anatomiques à la suite d'une VPP de reprise. Nos travaux ont démontré que les yeux avec une durée du TM plus courte, une taille du TM plus petite et une AV préopératoire plus élevée ont obtenu de meilleurs résultats visuels après une première chirurgie réussie. Nous avons par la suite produit un modèle hybride basé sur des données cliniques et des tomographies par cohérence optique haute définition (HD-OCT) préopératoires de TM, et ce, à l'aide de l'intelligence artificielle, afin de tenter de mieux prédire les résultats visuels. Les modèles basés sur les données cliniques ou les HD-OCT ont obtenu de bonnes performances discriminantes individuellement. Toutefois, la combinaison des deux modèles dans un modèle hybride n'a pas significativement amélioré les performances. Enfin, les TM qui subissaient une VPP de révision (non-fermeture chirurgicale à la première VPP) montraient une fermeture anatomique dans 85% des cas et avaient une amélioration de l'AV au fil du temps. / Idiopathic full thickness macular hole (MH) is a defect of all layers of the fovea. Typically, patients with this condition will experiment decreased visual acuity (VA) and metamorphopsia. Treatment for these patients will consist in a pars plana vitrectomy in which the vitreous is removed and replaced by a tamponade (SF6, C3F8, air or silicone oil). After this surgery, the surgical success, or anatomical closure of the MH, is very high. However, more recently, it has been noticed that despite a high anatomical closure rate, the visual results after the surgery are not quite as important, hence the need to identify the prognostic factors related to vitrectomy in patients with closed MH and to predict visual results following vitrectomy. For MH that did not close during the primary vitrectomy, it is interesting to assess the functional and anatomical results following a revision vitrectomy. Our works provided that eyes with shorter MH duration, smaller MH size and higher preoperative VA achieved better visual outcomes after successful MH surgery. We then produced a hybrid model based on clinical data and preoperative MH high-definition optical coherence tomography (HD-OCT), using artificial intelligence to try to better predict visual results. Both the clinical data and HD-OCT models had good discriminative performances. Combining both into a hybrid model did not significantly improve performance. Finally, MH that underwent revision vitrectomy (nonsurgical closure at primary vitrectomy) showed anatomical closure in 85% of cases and had VA improvement over the time.

Depuis ces vingt dernières années et la démocratisation des technologies de séquençage haut débit de l'ADN, l'accessibilité des données génomiques a permis le développement de nouveaux outils analytiques, notamment dans l'étude des maladies complexes. Au-delà de la simple perspective descriptive, il y a un intérêt croissant des chercheurs à étudier les phénomènes biologiques menant à l'émergence ou au développement de maladies chez l'humain. En effet, la vaste majorité des troubles complexes sont la résultante de la combinaison de variations rares et communes situées dans des régions non codantes du génome, rendant l'interprétation des mécanismes biologiques en jeu difficile. Ce dernier point a été l'occasion pour les chercheurs de caractériser, à travers de nouvelles technologies, certaines régions du génome selon leur profil épigénétique et d'intégrer cette information dans de nouveaux outils statistiques dans une optique de détection de variants impliqués dans les maladies. Premièrement, à l'heure actuelle les modèles existant pour caractériser les régions non codantes et les lier à leur(s) gènes cibles n'intègrent pas la notion de réseaux d'interaction. Ainsi il devient critique de proposer un modèle computationnel, valide biologiquement, capable de capturer les contacts entre gènes et éléments de régulation à travers des réseaux, afin de mettre en lumière les mécanismes biologiques impliqués dans les maladies complexes. D'un autre côté, bien que des modèles permettant de tenir compte de la rareté des variants et de leur implication fonctionnelle dans les maladies ont déjà été proposés, ces derniers ne se limitent qu'aux devis cas-témoins d'individus non apparentés, pouvant nécessiter des tailles d'échantillon souvent élevées pour détecter des associations. Il y a alors un réel besoin méthodologique d'étendre ces approches aux études familiales, lorsque ces dernières sont plus performantes pour identifier des variants rares impliqués dans les maladies. Ainsi, dans cette perspective, nous proposons un nouveau modèle de réseaux intégrant l'information épigénétique au travers des contacts physiques entre gènes et enhancers, appelé pôles de régulation cis. Aussi, parce que cette information peut être exploiter afin de mettre en lumière de nouvelles régions associées avec des maladies, nous proposons un nouveau test d'association de variants rares, appelé RetroFun-RVS, exploitant la structure familiale et permettant l'intégration des annotations fonctionnelles sous forme de réseaux. Enfin, nous avons démontré que notre modèle de pôles de régulation cis en plus d'être biologiquement valide est capable de mieux cerner les mécanismes épigénétiques impliqués dans l'étiologie de maladies complexes. Par ailleurs, RetroFun-RVS en incorporant les pôles de régulation cis, en tant qu'annotations fonctionnelles et l'information familiale, a été démontré une approche puissante pour détecter de nouveaux variants causaux. Dans une perspective mécanistique, proposer des modèles unifiant approches familiales et information fonctionnelle ouvre alors de nouvelles voies dans l'étude des maladies complexes, notamment en permettant de cibler plus précisément les phénomènes de régulation impliqués. / Over the past few years, with the development of whole-genome sequencing technologies, improvements have been made in the understanding of complex diseases. Indeed, most phenotypes are characterized by a combination of common and rare variants, mainly located within noncoding regions, making the underlying biological mechanisms difficult to interpret. The increased availability of genomics data has provided opportunities for researchers to characterize noncoding regions and assess their roles in diseases, by incorporating this information in analytical tools to detect new causal variants involved in diseases. On the one side, to date, methods to detect enhancers and link to their target genes do not integrate complex networks of interactions. Indeed, no network-based model integrating physical contacts between genes and enhancers has been proposed. Thus, it remains crucial to provide a computational model which is biologically relevant and able to capture complex regulatory interactions, in order to gain insights in epigenetics mechanisms involved in the etiology of complex diseases. On the other side, although rare-variant association tests integrating functional information have already been proposed, models currently available suffer from two major limitations. Firstly, they are restricted to case-control designs of unrelated people, where tens or hundreds thousand of individuals are often required to reach sufficient power, limiting their applicability in practice. Secondly, these approaches have been mainly evaluated using continuous scores. Indeed, no functional annotations corresponding to regions with regulatory impacts have been assessed. To overcome these limitations, there is an important need to provide family-based rare-variant association tests, incorporating functional annotations through active noncoding regions. Hence, in this thesis, we are firstly proposing Cis-Regulatory Hubs (CRHs), a new 3D-based model integrating contacts between genes and enhancers within networks of complex interactions. Also, we argue that this information can be used to highlight new risk variants involved in complex diseases. Thus, we have developed a new family-based rare variant association test, called RetroFun-RVS, integrating 3D-based functional annotations, such as CRHs. We have demonstrated that CRHs represent biological relevant structures to gain insights into complex disease etiology, such as schizophrenia. Moreover, RetroFun-RVS incorporating CRHs as functional annotations has been shown to be powerful in detecting new risk variants. We argue that these aspects are crucial to highlighting epigenetics mechanisms involved in complex traits. Finally, by proposing an unified framework combining both family-based studies and functional annotations, progress is made in the understanding of the etiology of complex diseases.

Introduction : La glucuronidation a pour effet de rediriger l’élimination des acides biliaires (AB) vers l’urine. En état cholestatique, caractérisé par une interruption du flux biliaire, ce métabolisme pourrait représenter une cible pharmacologique car il peut être stimulé par certains agonistes de récepteurs nucléaires. Le rein exprime aussi toutes les protéines œuvrant cette voie biologique, donc, cet organe est suspecté comme étant un joueur prédominant dans l’homéostasie des AB lors de cholestase. Objectif 1 : Évaluer l’effet de la glucuronidation sur la toxicité des AB. Après avoir déterminé la toxicité différentielle des AB dans le modèle cellulaire hépatique HepG2 en utilisant des tests moléculaires classiques (mesure de l’activité de la caspase 3, évaluation de la nécrose et de l’apoptose par FACS et mesure de la prolifération cellulaire par MTS et BCA), nous avons démontré que la glucuronidation des AB diminuait leurs propriétés pro-nécrotique et pro-apoptotique, ainsi que leur toxicité générale. Objectif 2 : Caractériser la glucuronidation hépatique et rénale des AB. L’expression (protéine et ARNm) des UGT a été quantifiée dans le foie et le rein humain. Ensuite, les constantes cinétiques de la glucuronidation rénale et hépatique des AB ont été déterminées, ce qui a mené à l’exposition des propriétés allostériques de ces réactions. Objectif 3 : Caractériser la glucuronidation des AB effectuées par les membres de la famille des UGT2A. Des microsomes surexprimant soit l’UGT2A1, l’UGT2A2 ou l’UGT2A3 ont été utilisés en essais enzymatiques afin d’extrapoler leurs constantes cinétiques de la glucuronidation des AB. Les enzymes UGT2A1 et UGT2A2 ont démontrées une excellente activité de glucuronidation des AB. Conclusion : La glucuronidation des AB diminue leur toxicité et semble être effectuée par un complexe oligomérique. Le mécanisme enzymatique catalysant la glucuronidation des AB dans le foie et le rein présente des différences majeures, mais offre un rendement similaire en état physiologique normal. Cependant, le rein possède une meilleure capacité d’adaptation à une surcharge d’AB. En somme, les résultats présentés indiquent que la glucuronidation rénale et hépatique des AB est une cible thérapeutique pour le traitement de la cholestase, cependant, elle doit être mieux caractérisée afin d’être optimisée et utilisée. / Introduction: Glucuronidation redirect bile acids (BA) elimination toward the urine. During cholestasis, a condition characterized by a bile flow interruption, this metabolism may represent a pharmacological target, because it can be stimulated by numerous nuclear receptor agonists. The kidney also expresses all proteins involved in this biological pathway, therefore, this organ is suspected as a predominant player in BA homeostasis during cholestasis. Objective 1: Evaluate the effect of glucuronidation on BA toxicity. After determining the differential BAs toxicity in the selected liver model cell (HepG2) using molecular tests (caspase 3 activity measurement, necrosis and apoptosis evaluation by FACS and proliferation assessment using MTS reduction and total protein content evaluated by BCA), we have demonstrated that BA glucuronidation decreased their pro-necrotic and pro-apoptotic properties, and, therefore, their general toxicity. Objective 2: Characterizing the hepatic and renal BA glucuronidation. The expression (protein and mRNA) of various UGT was quantified in human liver and kidney. Then, the kinetic constants for BA glucuronidation in human kidney and liver extracts were determined, which led to the exposure of the allosteric properties of these reactions. Objective 3: Characterizing BA glucuronidation carried out by UGT2As. Microsomes over-expressing either UGT2A1, UGT2A2 or UGT2A3 have been used in enzyme assays to extrapolate the kinetic constants for BA glucuronidation by these enzymes. UGT2A1 and UGT2A2 Glucuronidation decreases BAs toxicity and seems to be performed by a oligomeric enzyme complex. Major differences have been observed between the liver and kidney enzymatic mechanism of BA glucuronidation, but they offers similar performance in normal physiological state. However, the kidney has a better ability to adapt to an overload of BA. In sum, the results presented in this thesis indicate that renal and hepatic BA glucuronidation is a therapeutic target for the treatment of cholestasis, however, it must be better characterized and optimized in order to be used.

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En Amérique du Nord, les maladies chroniques sont en croissance exponentielle et constituent la première cause de décès, suivies de très loin par les accidents et les maladies infectieuses. La littérature s'entend pour affirmer que le stress oxydatif y joue un rôle majeur, ce stress résultant d'un apport insuffisant en antioxydants et/ou d'une exposition trop importante à des facteurs oxydants, deux réalités d'aujourd'hui. Mon projet consistait à vérifier l'impact sur les niveaux de stress oxydatif de sujets obèses d'une supplémentation en micronutriments dont les quantités se situent près des apports nutritionnels recommandés. Les résultats non significatifs obtenus s' ajoutent à de nombreux arguments pour revoir à la hausse les recommandations actuelles en antioxydants et autres micronutriments. Alors que plusieurs auteurs n'y voient aucun bienfait, d'autres sont d' avis que la supplémentation peut significativement diminuer le risque de développer une maladie chronique et critiquent les devis expérimentaux qui mènent à des résultats défavorables.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2010-2011 / La maladie de Stargardt est la dégénérescence maculaire la plus fréquente chez les enfants de 6 à 12 ans. La maladie se caractérise par une perte graduelle et irréversible de la vision centrale. La forme récessive du Stargardt (90% des cas) est causée par le gène ABCA4. Le but de notre étude était d'identifier la nature et la prévalence des mutations retrouvées dans ABC A4 chez la population canadienne-française souffrant de Stargardt. Parmi les 19 familles recrutées, 29 patients souffraient de Stargardt et se partageaient 39 haplotypes distincts. Sur les 20 variations détectées, 15 étaient de réelles mutations alors que les cinq autres étaient des polymorphismes sans conséquence sur la maladie. 45% des 58 chromosomes étudiés ont été associés à une mutation. Sept nouvelles mutations ont été confirmées, mais aucun effet fondateur n'a été observé. Ceci est dû au gène ABCA4 qui est extrêmement polymorphique et sujet aux réarrangements géniques.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2005-2006 / L'hypertension artérielle (HTA) associée à l'insuffisance rénale chronique (IRC) est une cause importante de morbidité-mortalité chez les patients dialysés. La physiopathologie de cette HTA est encore imprécise et implique un ensemble de désordres hémodynamiques incluant une expansion volémique et un changement de l'activité du système nerveux autonome et du système rénine-angiotensine. La dysfonction endothéliale constitue un facteur majeur de maintien et de progression de cette HTA. La diminution de la relâche endothéliale du monoxyde d'azote (NO) apparaît comme l'un des déterminants les plus importants de cette dysfonction endothéliale. En plus d'avoir un puissant effet vasodilatateur, le NO inhibe la production d'endothéline-1 (ET-1), module le taux de filtration glomérulaire (GFR) et est impliqué dans le processus de stress oxydatif. Cette étude vise à déterminer l'effet de la surexpression de l'enzyme NO synthase endothéliale (eNOS) sur la progression de l'HTA et de l'IRC chez le rat urémique. Un adénovirus codant pour la eNOS est administré par voie intraveineuse à des rats en urémie induite par néphrectomie sub-totale 5/6. Le transfert du gène est observé uniquement dans l'endothélium des vaisseaux. Après quatre semaines de suivi, le traitement avec l'AdeNOS/GFP a freiné l'élévation de la pression artérielle systolique (PAS), préservé la fonction rénale et prévenu l'apparition des dommages tissulaires rénaux. Ces effets protecteurs sont associés à une augmentation de la concentration circulante et urinaire de nitrites et de nitrates (NO2-/NO3-) indiquant une augmentation de la relâche de NO. Ainsi, la surexpression de la eNOS entraîne une augmentation de la biodisponibilité du NO et atténue le développement de l'HTA chez le rat urémique en plus de ralentir la progression de l'IRC, probablement en prévenant la dysfonction endothéliale.

L'hypertension artérielle et la sténose aortique (SA) font partie des maladies cardiovasculaires qui sont le plus répandues dans les pays à revenus élevés. La SA affecte 2% des adultes de plus de 65 ans et son incidence augmente avec l'âge. L'hypertension est une comorbidité qui affecte de 30% à 80% des patients atteints de SA. Elle a un impact sur le développement et la progression de la SA. Chez les patients atteints des deux maladies, le ventricule gauche (VG) fait face à une double charge ce qui accélère son remodelage et sa perte de fonction. Ainsi, l'hypertension est associée à un mauvais pronostic chez les patients atteints de SA. Jusqu'à aujourd'hui, il n'y a pas de traitement pharmacologique pour arrêter ou réduire la progression de la SA, la dysfonction systolique du VG et le remodelage ventriculaire conséquents à la maladie. Quelques études ont montré que les bloqueurs des récepteurs de l'angiotensine (BRA), qui sont un des traitements principaux de l'hypertension, peuvent avoir un impact bénéfique sur les mécanismes physiopathologiques de la SA et aussi un effet protecteur contre la dysfonction systolique du VG. Peu d'études ont évalué l'impact des BRA sur la progression de la SA et la dysfonction systolique du VG simultanément. De plus, aucun essai clinique n'a étudié les effets des traitements hypertenseurs par les BRA sur la progression de la SA ainsi que sur la dysfonction systolique du VG causée par ces deux maladies. Par conséquent, l'hypothèse principale de ce projet de maîtrise est que les BRA réduisent la dysfonction systolique du VG chez les patients hypertendus atteints de SA. L'objectif principal est de déterminer l'impact des traitements hypertenseurs (BRA) sur la progression de la dysfonction systolique du VG chez les patients hypertendus atteints de SA. / Hypertension and aortic stenosis (AS) are two cardiovascular diseases with elevated prevalence in high-income countries. AS affects 2% of adults over 65 years old and its incidence increases with age. Hypertension is a comorbidity that affects 30% to 80% of patients with AS. It has an impact on the development and the progression of AS. In patients with both diseases, the left ventricle (LV) faces a double load, accelerating its remodeling and function impairment. Thus, hypertension is linked to worse clinical outcomes and prognosis in those patients. To date, there is no pharmacological treatment to stop or reduce the progression of AS, LV systolic dysfunction, or LV remodeling produced by this disease. Some previous studies have shown that angiotensin receptor blockers (ARBs), one of the first-line treatments of hypertension, may have a beneficial impact on the physiopathological mechanism of AS and a protective effect on LV systolic function as well. Few studies have evaluated the impact of ARBs on AS progression and LV systolic dysfunction at the same time. Moreover, no clinical trial has studied the effect of antihypertensive treatment by ARBs on the AS progression and the LV systolic dysfunction caused by both diseases. Therefore, the principal hypothesis of this master project is that the ARBs reduce the LV systolic dysfunction in hypertensive patients with AS. The principal objective of this pilot study is to determine the impact of antihypertensive treatment with ARBs on the progression of LV systolic dysfunction in hypertensive patients with AS.

De nos jours, les maladies auto-immunes concernent une part grandissante de la population mondiale et s’accompagnent d’une comorbidité importante, mais aussi d’un lourd fardeau économique. Parmi ces maladies les plus courantes, on distingue l'arthrite rhumatoïde et le psoriasis affectant respectivement les articulations et la peau et qui ne possèdent toujours pas de traitements curatifs. Dans la pathogenèse de ces maladies, une forte réponse inflammatoire est notamment générée et entretenue, contribuant ainsi à la dégradation des tissus ciblés. De nombreux marqueurs de l’inflammation sont sécrétés dans ces tissus, dont les protéines S100A8 et S100A9 qui sont deux motifs moléculaires associés aux dommages cellulaires. Ces deux protéines sont majoritairement exprimées par les neutrophiles et les cellules myéloïdes activées ainsi que les kératinocytes. Plusieurs études démontrent des propriétés pro-inflammatoires pour S100A8 et S100A9. S100A9 stimule la sécrétion de cytokines pro-inflammatoires par les neutrophiles et les monocytes. La protéineS100A8 est chimiotactique pour les neutrophiles et les monocytes et sa neutralisation in vivo diminue le recrutement de leucocytes dans l’inflammation aiguë. En revanche, des études suggèrent des fonctions anti inflammatoires pour S100A8. Son expression est notamment induite par l’interleukine 10 et les glucocorticoïdes. De plus, S100A8 est sensible à l’oxydation et sa forme oxydée possède des fonctions anti inflammatoires. Cependant, les fonctions de ces deux protéines dans le développement de l’inflammation associées aux maladies auto-immunes sont peu connues. Nous avons effectué la première caractérisation des souris déficientes pour S100a8 et démontré que la protéine S100A8 contrôle la différenciation des cellules myéloïdes et leur capacité à moduler la réponse inflammatoire. À l’aide du modèle d’arthrite induite par le collagène, nous avons démontré que S100A8 est anti-inflammatoire. Elle diminue l’infiltration de neutrophiles et la sécrétion de cytokines pro-inflammatoires dans les pattes. Également, nous avons démontré que S100A8 atténue l’activité des ostéoclastes in vitro et invivo. Le traitement avec un anticorps contre la protéine S100A8 nous a permis de démontrer que les fonctions anti-inflammatoires de S100A8 sont principalement extra cellulaires. En comparant les souris déficientes pour S100a8 et S100a9, nous avons étudié le rôle de S100A8 et S100A9 dans le psoriasis induit par l’imiquimod chez la souris. Dans ce modèle, S100A8 et S100A9 amoindrissent l’hyperplasie et l’inflammation de la peau. Ces travaux ont montré que S100A8 contrôle la différenciation et la prolifération des kératinocytes. Aussi, S100A8 et S100A9 contrôlent l’infiltration de neutrophiles dans le derme ainsi que la réponse des lymphocytes T producteurs d’IL-17 dans les ganglions lymphatiques et le derme.Les travaux de cette thèse démontrent que S100A8 est anti-inflammatoire dans l’arthrite et le psoriasis, mais que S100A9 possède des fonctions différentes dans l’inflammation dépendamment du type de réaction inflammatoire. Par ailleurs, nous avons révélé que deux alarmines peuvent étonnamment exercer des fonctions anti-inflammatoires. La compréhension de ces nouveaux rôles de modulation de l’inflammation pourrait contribuer au développement de nouvelles thérapies.