La maladie de Crohn (MC) et la colite ulcéreuse (CU) sont des maladies inflammatoires chroniques du tube digestif qu’on regroupe sous le terme maladies inflammatoires de l’intestin (MII). Les mécanismes moléculaires menant au développement des MII ne sont pas entièrement connus, mais des études génétiques et fonctionnelles ont permis de mettre en évidence des interactions entre des prédispositions génétiques et des facteurs environnementaux - notamment la flore intestinale – qui contribuent au développement d’une dérégulation de la réponse immunitaire menant à l’inflammation de la muqueuse intestinale. Des études d’association pangénomiques et ciblées ont permis d’identifier plusieurs gènes de susceptibilité aux MII mais les estimations de la contribution de ces gènes à l’héritabilité suggèrent que plusieurs gènes restent à découvrir. Certains d’entre eux peuvent se trouver dans les régions identifiées par des études de liaison génétique. L’objectif de mon projet de doctorat était d’identifier un ou des facteurs de risque génétique dans la région chromosomale 19p (identifiée comme région de liaison IBD6) et de le/les caractériser au niveau fonctionnel. Nous avons d’abord entrepris une cartographie d’association de la région 19p. À la suite du génotypage successif de deux cohortes indépendantes, nous avons identifié un SNP intronique et quatre SNP codants dont un non-synonyme, rs8108738, tous localisés dans le gène microtubule associated serine threonine kinase gene-3 (MAST3) et associés aux MII. Peu d’information fonctionnelle sur MAST3 était disponible. Par contre MAST2, une protéine encodée par un gène de la même famille, régule l’activité du facteur de transcription inflammatoire NF-kappaB. Nous avons confirmé l’implication de MAST3 dans l’activité de NF-kappaB via un knockdown de MAST3 et des essais gène-rapporteur. Pour poursuivre la caractérisation fonctionnelle de MAST3, nous avons choisi une approche non ciblée pour étudier les effets de la variation des niveaux d’expression de MAST3 sur la cellule. C’est-à-dire que nous avons créé un 1er modèle cellulaire de surexpression du gène MAST3 dans les cellules HEK293 et analysé l’expression pangénomique endogène. La validation de l’expression génique dans un 2e modèle cellulaire de knockdown et de type cellulaire différent (THP1), nous a permis d’identifier et de contrer les effets non-spécifiques dus aux niveaux non-physiologiques. Notre étude d’expression a mené à l’identification d’un groupe de gènes dont l’expression est régulée par MAST3. Ces gènes sont majoritairement impliqués dans des fonctions immunitaires (cytokines pro-inflammatoires, régulateurs de NF-kappaB, migration cellulaire, etc.) et une forte proportion est régulée par NF-kappaB. Nous avons évalué l’importance du groupe de gènes régulés par MAST3 dans la présentation clinique des MII à travers des études d’expression dans des biopsies intestinales de patients atteints de CU. Nous avons constaté que l’expression de ces gènes est significativement supérieure dans les régions enflammées par rapport aux régions saines de la muqueuse intestinale des patients atteints de CU. Globalement, les résultats de nos études suggèrent que le facteur de risque aux MII MAST3 agit via la voie du facteur de transcription NF-kappaB pour influencer l’expression d’un groupe de gènes impliqués dans l’inflammation intestinale typique des MII. Chaque étude génétique sur les MII a le potentiel d’orienter les recherches fonctionnelles vers de nouvelles voies biologiques causales. Le dévoilement des mécanismes moléculaires sous-jacents à ces voies permet d’augmenter les connaissances sur le développement de ces maladies vers une compréhension plus complète de la pathogenèse qui permettra d’optimiser le diagnostic et le traitement de ces maladies. / Inflammatory bowel diseases (IBD) refer to different chronic inflammatory diseases of the digestive tract mainly Crohn’s disease (CD) and ulcerative colitis (UC). Mechanisms leading to the pathogenesis of IBD are not completely understood, but genetic and functional studies have highlighted interactions between genetic predispositions and environmental factors, such as the intestinal microbiota, as contributors to the deregulation of the immune response that leads to inflammation of the intestinal mucosa. Genome-wide and targeted association studies have identified several IBD susceptibility genes. However, estimations of the contribution of these genes to heritability of the disease suggest that more are to be discovered. Some of these genes may be in previously identified IBD linkage regions. The objective of my doctoral project was first, to identify risk factors in the 19p chromosomal region (IBD6), previously identified following a genome-wide linkage study, then to characterise them functionally. We first performed a comprehensive association mapping study of the 19p region. Our two-stage genotyping strategy led to the identification of one intronic SNP and four coding SNP –including one non-synonymous SNP, rs8108738 – all located in the microtubule associated serine threonine kinase gene 3 (MAST3) and associated to IBD. Very limited functional information on MAST3 was available at that time. However MAST2 (a gene in the same family as MAST3), is involved in the regulation of inflammation master switch, transcription factor NF-B. We confirmed the involvement of MAST3 in the modulation of NF-B via a knockdown of MAST3 and gene reporter assays. In order to further characterize the function of MAST3, we chose a non-targeted approach to study the effects of the modulation of MAST3 levels on the cell. More specifically, we created a 1st cell model of MAST3 overexpression in HEK293 cells and analysed the resulting genome-wide endogenous gene expression. Validation in a 2nd cell model consisting of a knockdown of MAST3 in THP1 cells, allowed to identify non-specific gene expression due to non-physiological MAST3 levels. Our expression study led to the identification of a group of genes whose expression is modulated by MAST3. These genes are mainly involved in immune functions (pro-inflammatory cytokines, NF-B regulation, cellular migration, etc) and a majority is regulated by transcription factor NF-B. We evaluated the importance of this MAST3-regulated gene set in the clinical manifestation of IBD through an expression study on biopsies of UC patients. We found that the expression the MAST3-regulated gene set was significantly enriched in inflamed region of the intestinal mucosa of UC patients compared to healthy region. Taken together, the results of our study suggest that IBD risk factor MAST3 acts on the NF-B pathway to influence the expression of a group of genes involved in intestinal inflammation typical of IBD. Every genetic study on IBD has the potential to lead functional research towards new causal biological pathways. The unravelling of the molecular mechanisms underlying these pathways aims to improve the comprehension of the pathogenesis of IBD and hopefully will allow for optimization of diagnostic and treatment of these diseases.

La maladie de Crohn (MC) et la colite ulcéreuse (CU) sont des maladies inflammatoires chroniques du tube digestif qu’on regroupe sous le terme maladies inflammatoires de l’intestin (MII). Les mécanismes moléculaires menant au développement des MII ne sont pas entièrement connus, mais des études génétiques et fonctionnelles ont permis de mettre en évidence des interactions entre des prédispositions génétiques et des facteurs environnementaux - notamment la flore intestinale – qui contribuent au développement d’une dérégulation de la réponse immunitaire menant à l’inflammation de la muqueuse intestinale. Des études d’association pangénomiques et ciblées ont permis d’identifier plusieurs gènes de susceptibilité aux MII mais les estimations de la contribution de ces gènes à l’héritabilité suggèrent que plusieurs gènes restent à découvrir. Certains d’entre eux peuvent se trouver dans les régions identifiées par des études de liaison génétique. L’objectif de mon projet de doctorat était d’identifier un ou des facteurs de risque génétique dans la région chromosomale 19p (identifiée comme région de liaison IBD6) et de le/les caractériser au niveau fonctionnel. Nous avons d’abord entrepris une cartographie d’association de la région 19p. À la suite du génotypage successif de deux cohortes indépendantes, nous avons identifié un SNP intronique et quatre SNP codants dont un non-synonyme, rs8108738, tous localisés dans le gène microtubule associated serine threonine kinase gene-3 (MAST3) et associés aux MII. Peu d’information fonctionnelle sur MAST3 était disponible. Par contre MAST2, une protéine encodée par un gène de la même famille, régule l’activité du facteur de transcription inflammatoire NF-kappaB. Nous avons confirmé l’implication de MAST3 dans l’activité de NF-kappaB via un knockdown de MAST3 et des essais gène-rapporteur. Pour poursuivre la caractérisation fonctionnelle de MAST3, nous avons choisi une approche non ciblée pour étudier les effets de la variation des niveaux d’expression de MAST3 sur la cellule. C’est-à-dire que nous avons créé un 1er modèle cellulaire de surexpression du gène MAST3 dans les cellules HEK293 et analysé l’expression pangénomique endogène. La validation de l’expression génique dans un 2e modèle cellulaire de knockdown et de type cellulaire différent (THP1), nous a permis d’identifier et de contrer les effets non-spécifiques dus aux niveaux non-physiologiques. Notre étude d’expression a mené à l’identification d’un groupe de gènes dont l’expression est régulée par MAST3. Ces gènes sont majoritairement impliqués dans des fonctions immunitaires (cytokines pro-inflammatoires, régulateurs de NF-kappaB, migration cellulaire, etc.) et une forte proportion est régulée par NF-kappaB. Nous avons évalué l’importance du groupe de gènes régulés par MAST3 dans la présentation clinique des MII à travers des études d’expression dans des biopsies intestinales de patients atteints de CU. Nous avons constaté que l’expression de ces gènes est significativement supérieure dans les régions enflammées par rapport aux régions saines de la muqueuse intestinale des patients atteints de CU. Globalement, les résultats de nos études suggèrent que le facteur de risque aux MII MAST3 agit via la voie du facteur de transcription NF-kappaB pour influencer l’expression d’un groupe de gènes impliqués dans l’inflammation intestinale typique des MII. Chaque étude génétique sur les MII a le potentiel d’orienter les recherches fonctionnelles vers de nouvelles voies biologiques causales. Le dévoilement des mécanismes moléculaires sous-jacents à ces voies permet d’augmenter les connaissances sur le développement de ces maladies vers une compréhension plus complète de la pathogenèse qui permettra d’optimiser le diagnostic et le traitement de ces maladies. / Inflammatory bowel diseases (IBD) refer to different chronic inflammatory diseases of the digestive tract mainly Crohn’s disease (CD) and ulcerative colitis (UC). Mechanisms leading to the pathogenesis of IBD are not completely understood, but genetic and functional studies have highlighted interactions between genetic predispositions and environmental factors, such as the intestinal microbiota, as contributors to the deregulation of the immune response that leads to inflammation of the intestinal mucosa. Genome-wide and targeted association studies have identified several IBD susceptibility genes. However, estimations of the contribution of these genes to heritability of the disease suggest that more are to be discovered. Some of these genes may be in previously identified IBD linkage regions. The objective of my doctoral project was first, to identify risk factors in the 19p chromosomal region (IBD6), previously identified following a genome-wide linkage study, then to characterise them functionally. We first performed a comprehensive association mapping study of the 19p region. Our two-stage genotyping strategy led to the identification of one intronic SNP and four coding SNP –including one non-synonymous SNP, rs8108738 – all located in the microtubule associated serine threonine kinase gene 3 (MAST3) and associated to IBD. Very limited functional information on MAST3 was available at that time. However MAST2 (a gene in the same family as MAST3), is involved in the regulation of inflammation master switch, transcription factor NF-B. We confirmed the involvement of MAST3 in the modulation of NF-B via a knockdown of MAST3 and gene reporter assays. In order to further characterize the function of MAST3, we chose a non-targeted approach to study the effects of the modulation of MAST3 levels on the cell. More specifically, we created a 1st cell model of MAST3 overexpression in HEK293 cells and analysed the resulting genome-wide endogenous gene expression. Validation in a 2nd cell model consisting of a knockdown of MAST3 in THP1 cells, allowed to identify non-specific gene expression due to non-physiological MAST3 levels. Our expression study led to the identification of a group of genes whose expression is modulated by MAST3. These genes are mainly involved in immune functions (pro-inflammatory cytokines, NF-B regulation, cellular migration, etc) and a majority is regulated by transcription factor NF-B. We evaluated the importance of this MAST3-regulated gene set in the clinical manifestation of IBD through an expression study on biopsies of UC patients. We found that the expression the MAST3-regulated gene set was significantly enriched in inflamed region of the intestinal mucosa of UC patients compared to healthy region. Taken together, the results of our study suggest that IBD risk factor MAST3 acts on the NF-B pathway to influence the expression of a group of genes involved in intestinal inflammation typical of IBD. Every genetic study on IBD has the potential to lead functional research towards new causal biological pathways. The unravelling of the molecular mechanisms underlying these pathways aims to improve the comprehension of the pathogenesis of IBD and hopefully will allow for optimization of diagnostic and treatment of these diseases.

Les maladies inflammatoires de l’intestin (MII), incluant la maladie de Crohn et la colite ulcéreuse, sont des maladies chroniques qui résultent d’un dérèglement de la réponse immunitaire aux microorganismes de la lumière intestinale. Des études de séquençages réalisées par le laboratoire du Dr. Rioux, avec ses collègues du International IBD Genetics Consortium ont identifié quatre variants rares, indépendants et causals pour les MII, dans le gène IFIH1. La protéine d’IFIH1 (MDA5) interagit avec certains virus à ARN, afin de déclencher une réponse antivirale de l’immunité innée. Nous avions émis l’hypothèse que ces variants dans IFIH1 diminuaient la réponse antivirale de l’épithélium intestinal, suite à une infection. Nous avons d’abord travaillé avec des lignées cellulaires lymphoblastoïdes (LCLs) obtenues à partir d’individus atteints de MII et qui sont homozygotes ou hétérozygotes composés pour ces variants, ainsi qu’à partir d’individus contrôles (IFIH1 wt). Ces LCLs ont été reprogrammées en cellules souches pluripotentes induites humaines, avant d’être différenciées en cultures épithéliales intestinales. Nos résultats ont d’abord confirmé l’impact des variants sur la structure génique et protéique (IFIH1/MDA5), dans ces modèles cellulaires. Puis, la réponse antivirale a été induite, grâce à la stimulation avec des agents (moléculaire et viral) connus pour stimulés la protéine MDA5. Nous avons démontré que ces variants dans IFIH1 induisaient effectivement une moins grande réponse antivirale, caractérisée par une plus faible expression d’IFNs, comparativement aux contrôles. Finalement, la modulation des IFNs constituerait une avenue potentiellement intéressante pour le traitement des patients atteints des MII et porteurs des variants causals. / Inflammatory Bowel Disease (IBD), including Cronh’s disease and ulcerative colitis, are chronic inflammatory diseases of the gastro-intestinal tract. IBD is associated with a disturbance of the immune response to the microorganisms of the intestinal lumen. Sequencing studies conducted by the laboratory of Dr. John Rioux, in collaboration with his colleagues of the International IBD Genetics Consortium, identified four rare and independent variants in IFIH1, associated to IBD. The protein of IFIH1 (MDA5) interacts with certain RNA viruses to trigger the innate mechanism of antiviral defense. Our hypothesis was that these IFIH1 variants decreased the intestinal epithelial antiviral response, following an infection. We first worked with lymphoblastoid cell lines (LCLs) obtained from IBD patients who are homozygotes or compound heterozygotes for the different variants, as well as from control individuals (IFIH1 wt). These LCLs were reprogrammed into human induced Pluripotent Stem Cells (hiPSCs), before being differentiated into intestinal epithelial cultures. Our results first confirmed the impact the variants on the genetic and protein structure for these models. Then, the antiviral response was triggered by the stimulation of LCLs and intestinal epithelial cells, with agents (molecular and viral) known to stimulate MDA5. We have demonstrated that these IFIH1 variants did indeed induce a lower antiviral response, characterized by lower IFNs expression, compared to control cell lines. Finally, modulation of IFNs could be an interesting avenue for the treatment of IBD patients with the causal variants.

Les maladies inflammatoires de l’intestin (MIIs) comprennent la colite ulcéreuse (CU) et la maladie de Crohn (MC). Elles résultent en l’inflammation chronique du tractus gastro-intestinal. Des études d’association pan-génomiques ont associé le locus 14q31, incluant les gènes galactosylceramidase (GALC) et G protein-coupled receptor 65 (GPR65), à ces pathologies. Nous avons déterminé que le variant le plus associé aux MIIs de cette région (rs8005161; p=2,35x10-14) est parfaitement corrélé (r2=1) à un variant codant dans le gène GPR65 (rs3742704: Ile231Leu). GPR65 code pour un récepteur couplé à des protéines G (RCPG) senseur de pH. Nous avons observé que GPR65 est exprimé dans les tissus lymphoïdes et mucoïdes en plus des lignées cellulaires immunitaires et des cellules immunes primaires humaines. Son expression augmente significativement dans les biopsies inflammées de patients atteints de la CU comparativement à des biopsies non-inflammées ou à des biopsies d’individus sains. GPR65, lorsqu’activée par un pH acide, stimule l’accumulation d’AMPc, la formation de fibres de stress et l’activation de la voie RhoA. GPR65 semble donc être un bon candidat pour l’étude de l’étiologie des MIIs. Nos objectifs étaient donc de définir les voies découlant de l’activation de GPR65 et d’évaluer l’impact de GPR65*231Leu sur ces voies. Nous avons utilisé des HEK293 exprimant de façon stable l’une ou l’autre des deux allèles de GPR65 et déficientes pour Gαs/olf, Gαq/11 ou Gα12/13 puisqu’il est connu que Gαs/olf activent l’adénylate cyclase, Gαq/11 mènent au relâchement de Ca2+ intracellulaire et peuvent activer certaines isoformes de l’adénylate cyclase et Gα12/13 régulent le remodelage du cytosquelette d’actine. Nous avons démontré que l’accumulation d’AMPc dépendante de l’activation de GPR65 par un pH acide est causée, au moins en partie, aux voies Gαs/olf et peu ou pas aux voies Gαq/11. Il ne semble pas y avoir un effet du variant GPR65*231Leu sur ces voies. Cependant, nous avons observé que le variant GPR65*231Leu réduit la formation de fibres de stress et inhibe l’accumulation d’actine filamenteuse (F-actine) dépendantes de l’activation de GPR65 par un pH acide. Des données préliminaires nous montrent que la formation de fibres de stress est causée, au moins en partie, aux voies G12/13. En conclusion, nous avons démontré que GPR65 active les voies Gαs/olf et Gα12/13 et que le variant codant associé aux MIIs altère le remodelage de l’actine. GPR65 pourrait donc potentiellement avoir un rôle dans la pathologie des MIIs. / Inflammatory bowel diseases, mainly comprising of ulcerative colitis (UC) and Crohn’s disease (CD), result in the chronic inflammation of the gastrointestinal tract. Genome-wide association studies have associated the 14q31 locus, including the genes galactosylceramidase (GALC) and G protein-coupled receptor 65 (GPR65), to those phenotypes. The most associated variant in this region for IBD (rs8005161; p=2,35x10-14) is correlated (r2=1) to a missense coding variant of GPR65 (rs3742704: Ile231Leu). GPR65 encodes a pH-sensing G protein-coupled receptor (GPCR). We observed that GPR65 is expressed in lymphoid and mucosal tissues as well as in immune cell lines and human primary immune cells. We also found that its expression is significantly increased in inflamed biopsies from UC patients compared to non-inflamed biopsies and biopsies from healthy controls. Upon activation by low pH, GPR65 stimulates accumulation of cAMP, formation of stress fibers and activation of the RhoA pathway. Thus GPR65 is a good candidate causal gene for the IBD pathology. Our objective, therefore, was to define pathways downstream of activation of GPR65 and to evaluate the impact GPR65*231Leu on these pathways. We used HEK 293 cells stably expressing one or the other allele of GPR65 and deficient for either Gαs/olf, Gαq/11 or Gα12/13 as it is known that Gαs/olf activates adenylyl cyclase, Gαq/11 leads to the release of intracellular Ca2+, which can also activate certain isoforms of adenylyl cyclase, and that Gα12/13 regulates actin cytoskeletal remodeling. We demonstrated that cAMP accumulation upon activation of GPR65 is, at least partly, due to the Gαs/olf pathway and only slightly or not at all to the Gαq/11 pathway. The coding variant, however, does not appear to have an effect on that pathway. In contrast, we observed that GPR65*231Leu variant reduces the GPR65-dependent stress fiber formation and inhibits the increase of filamentous actin (F-actin) content versus free globular-actin (G-actin) upon activation by low pH. Also, preliminary data showed that the stress fiber formation in HEK293 cells is due to the G12/13 pathways. In conclusion, we demonstrate that GPR65 activates both Gαs and Gα12/13, the coding variant alters the actin remodeling pathway and that GPR65 potentially has a causal role in IBD.

Les patients atteints de maladies inflammatoires de l'intestin (MII) ont un risque accru de développer un cancer colorectal dû aux lésions épithéliales secondaires à l’inflammation chronique. La vitamine D (vD) régule NOD2, gène impliqué dans la réponse inflammatoire et dans la susceptibilité aux MII, et induit son expression dans les monocytes et dans l’épithélium intestinal. Dans ce projet, nous avons d’abord induit le cancer colorectal associé à la colite ulcéreuse (CAC) en administrant un traitement combiné d’azoxyméthane (AOM) et de dextran de sulfate de sodium (DSS) aux souris C57BL/6J. Par la suite, nous avons étudié l'effet d’une carence en vD3 sur le développement du CAC et évalué la capacité préventive d’une supplémentation en vD3 sur la tumorigenèse, et vérifié si cet effet est médié par NOD2, en utilisant les souris Nod2-/-. Les C57BL/6J et les Nod2-/-, ayant reçu une diète déficiente en vD3, étaient moins résistantes au CAC par rapport aux souris supplémentées. Le pourcentage de perte de poids, l’indice d’activation de la maladie (DAI), le taux de mortalité et le poids relatif du côlon (mg/cm) chez les souris déficientes en vD3 étaient plus élevés en comparaison avec celles supplémentées en vD3. Une augmentation du score d'inflammation et de la multiplicité tumorale corrélait avec une expression accentuée de l’Il6 dans les colonocytes des souris déficientes en vD3. La vD3 régulait l’expression génétique de Cyp24, Vdr et de gènes pro-inflammatoires chez les C57BL/6, comme chez les Nod2-/-. En conclusion, la supplémentation en vD3 peut prévenir le développement du CAC indépendamment de NOD2. / Patients with inflammatory bowel disease (IBD) have an increased risk of developing colorectal cancer due to continuing epithelial cell injury from the chronic inflammatory process. Vitamin D (vD) regulates NOD2, a gene involved in the inflammatory response and in IBD susceptibility, and induces its expression in monocytes and intestinal epithelial cells. In this project, we first established an azoxymethane (AOM)/dextran sodium sulfate (DSS) murine model of colitis-associated colorectal cancer (CAC) using C57Bl/6J. We then investigated the effect of vD3 deficiency on CAC development, and evaluated the ability of vD3 supplementation to prevent tumorigenesis. Lastly, we assessed whether the preventive benefits of vD3 on colon carcinogenesis are mediated via NOD2 using Nod2 knockout mice (Nod2-/-). vD3 deficient C57Bl/6J and Nod2-/- mice displayed increased severity of AOM/DSS-induced CAC compared to mice given vD3 supplemented diets. In vD3 deficient mice, body weight loss, Disease Activity Index (DAI), mortality rate and the colon weight/length ratio were higher compared to vD3-supplemented mice. An increased inflammation score was observed in the mucosa of vD3 deficient mice along with augmentation in the expression level of IL-6. Higher tumour multiplicity was also observed in vD3 deficient groups compared to vD3-supplemented groups. In both C57Bl/6J and Nod2-/- mice, vD3 regulated Cyp24, Vdr and pro-inflammatory genes. In conclusion, vD3 supplementation can prevent CAC independently of NOD2.

L’objectif de la thèse: À ce jour, il est admis que la TSPO joue un rôle important dans le processus inflammatoire, et qu’il est possible de suivre sa présence à l’aide d’une variété de radiotraceurs adaptés. Les impacts de l’inflammation touchent un grand nombre de personnes à travers le monde pour diverses raisons ; c’est pourquoi, quoique le [ ¹ ⁸F]DPA-714 est très prometteur, il est nécessaire d’aller plus loin pour explorer ses capacités et ses applications possibles. L’inflammation a une forte incidence sur différentes maladies, par conséquent, à impact social élevé (comme la maladie inflammatoire de l’intestin (IBD), la neuroinflammation, et le choc septique). Dans ces modèles nous analyserons et quantifierons les niveaux de d’expression de TSPO 18kDa par imagerie TEP que nous comparerons au niveau exprimé trouvés chez des sujets contrôles. L’objectif étant de déterminer si la TSPO peut constituer une cible biologique d’intérêt pour l’évaluation et la quantification d’un état inflammatoire chez l’individu en utilisant l’imagerie TEP avec le radioligand [ ¹ ⁸F]DPA-714.Aperçu sur le travail de recherche : L’étude entreprise dans cette thèse a fourni des informations conduisant à la conclusion suivante : la TSPO 18kDa peut en effet être utile comme biomarqueur pour l’évaluation d’un état inflammatoire dans plusieurs maladies. Nous avons pu illustrer par l’intermédiaire de deux modèles de la maladie inflammatoire de l’intestin, un modèle de la neuroinflammation et un modèle de choc septique, que la TSPO est un indicateur du niveau de l’inflammation dans la zone affectée. De plus, nous avons pu suivre, mesurer et quantifier l’évolution d’une zone inflammée en fonction du temps.Bien que le [ ¹ ⁸F]DPA-714 est le traceur utilisé pour déterminer la présence et le niveau de l’inflammation, d’autres traceurs sont constamment en cours de développement. Cela est démontré par le travail de collaboration effectuée avec l’équipe de radiochimie, dans lequel nous avons illustré le potentiel d’un nouveau radioligand de TSPO, le [ ¹ ⁸F]DPA-C5yne. / Purpose : The purpose of this study was to determine the in vivo potential of the TSPO 18 kDa as a biomarker of inflammation, with the use of its radioligand [ ¹ ⁸F]DPA-714, to non-invasively quantify the inflammatory state within the scope of various pathologies. Procedure : Multiple animal models of various inflammatory diseases, to include : inflammatory bowel disease, neuroinflammation, and septic shock, were developed and put in place by adapted measures. The animals well-being and the subsequent inflammation was evaluated. The inflammatory state was measured using quantitative PET imaging with the TSPO radioligand [ ¹ ⁸F]DPA-714 and correlated to the expression of conventional inflammatory markers using microscopy. Results : Based on the observed data, we were able to distinguish control groups from treated groups when using [ ¹ ⁸F]DPA-714. This TSPO radioligand permitted us to quantify the inflammatory level and to observe evolutionary changes in the inflammatory state of the disease in multiple models. The PET results, using the [ ¹ ⁸F]DPA-714 signal was correlated with an increased TSPO expression at cellular level. Conclusion : Results indicate that [ ¹ ⁸F]DPA-714 is a suitable tracer for studying inflammation of multiple diseases.[ ¹ ⁸F]DPA-714 could be a good molecular probe to non-invasively evaluate the level and localization of inflammation. Moreover, in vivo imaging using this TSPO ligand is potentially a powerful tool to stage and certainly to follow the evolution and therapeutic efficiency at molecular level in inflammatory diseases.

Objectifs : La maladie de Crohn (MC) et la colite ulcéreuse (CU) sont associées à un fardeau socio-économique important. Au Canada, les analyses de coûts-utilité (ACU) sont privilégiées afin d’assurer l’allocation optimale des ressources. La mesure d’utilité est essentielle pour réaliser une ACU. L’objectif de ce projet visait à identifier les mesures d’utilité et d’estimer l’impact de ces mesures sur le ratio coût-utilité incrémental (RCUI) des traitements indiqués pour la MC. Méthodes : Un arbre décisionnel a été développé pour mesurer l’impact des valeurs d’utilité du EQ-5D, de l’échelle visuelle analogue (VAS), de l’arbitrage temporel (TTO) et du pari standard (SG), sur le RCUI d’Infliximab (IFX) + Traitements standards (TS) (prednisone, mesalazine (MZ), azathioprine (AZA), 6-mercaptopurine (6-MP)) vs Placébo + TS. Le modèle a porté sur un horizon temporel d’un an, selon les perspectives du système de soins et sociétale. Les moyennes pondérées des mesures d’utilité ont été estimées à partir d’une revue systématique de la littérature. Des analyses de sensibilités déterministes et probabilistes ont également été effectuées. Résultats : L’ensemble des RCUIs, variaient entre 67 068 $/QALY (TTO) et 268 385 $/QALY (EQ-5D). À un seuil de propension à payer de 50 000 $/QALY, la probabilité qu’IFX + TS soit coût efficace était nulle pour l’ensemble des analyses, à l’exception de celle du TTO (4,0%). Conclusion : La variabilité des mesures d’utilité a un impact considérable sur les RCUIs et nécessite une attention particulière de la part des preneurs de décisions, plus précisément au niveau des analyses de sensibilité. / Objectives: Crohn’s disease (CD) and ulcerative colitis are both associated with a high socioeconomic burden. In Canada, cost-utility analyses (CUA) are privileged in order to allocate healthcare spending efficiently. Since utility measures are essential for CUA, the objective of this study was to assess the impact utility values on the incremental cost-utility ratio (ICUR) of CD treatments. Methods: A decision-tree model was developed to assess the impact of utility values derived from the EQ-5D, the visual analogue scale (VAS), the time trade off (TTO) and the standard gamble (SG), on the resulted ICUR of Infliximab (IFX) + Standard of Care (SoC) (prednisone, mesalazine (MZ), azathioprine (AZA), 6-mercaptopurine (6-MP)) versus Placebo (Pbo) + SoC. The model was conducted over a one-year time horizon from the Canadian healthcare and societal perspectives. The weighted averages of utility values were estimated based on a systematic literature evaluation. Both deterministic and probabilistic sensitivity analyses were also conducted. Results: The ICURs ranged from $67,068/QALY (TTO) to $268,385/QALY (EQ-5D). At a $50,000/QALY threshold, the probability of IFX + SoC of being cost-effective was of 0% in most analyses except for the TTO method (4.0%). Conclusion: The variability of utility measures has a considerable impact on the ICURs and requires a special attention from decision-makers, in regards of sensitivity analyses.

Les maladies inflammatoires de l’intestin (MICIs) incluent la maladie de Crohn et la colite ulcéreuse et affectent plus de 270 000 personnes au Canada. L’origine des MICIs est associée à des facteurs génétiques, des facteurs environnementaux et à une perturbation du microbiome intestinal. Plus de 200 régions génomiques ont précédemment été associées aux MICIs. Des études subséquentes ont permis d’identifier le gène causal de plusieurs de ces régions et les voies de signalisation cellulaires associées telles que l’autophagie, la réponse aux molécules bactériennes et la production de cytokines. Toutefois, dans la plupart des cas, les gènes causaux des régions génomiques ne sont pas identifiés. L’identification de ces gènes et des voies cellulaires qu’ils régulent permettrait d’identifier de nouvelles cibles pharmaceutiques qui renforceraient l’éventail de traitements disponibles contre les MICIs et augmenteraient la proportion de patients qui répondent aux traitements. Mon projet de doctorat se divise en deux parties, dans un premier temps, j’ai étudié le rôle de C1ORF106 et de son variant codant rare Y333F, tous deux associés aux MICIs, dans l’épithélium intestinal. Pour ce faire, nous avons utilisé un modèle Knock-Down de C1ORF106 dans des cellules Caco-2, dans lequel nous avons diminué l’expression de C1ORF106 de 88%. Lorsque différenciées, les cellules Caco-2 forment une monocouche épithéliale étanche idéale pour l’étude de fonctions cellulaires épithéliales. Ce modèle nous a permis d’identifier les voies cellulaires régulées par C1ORF106 telles que la formation des jonctions serrées, la régulation du cytosquelette d’actine et l’établissement de la polarité cellulaire. Nous avons ensuite utilisé un modèle de cellules épithéliales dérivées de cellules souches pluripotentes induites (CSPi) provenant de patients hétérozygotes pour le variant Y333F et d’individus sains porteurs de l’allèle Y333 pour identifier l’effet du variant Y333F sur ces fonctions cellulaires. La deuxième partie de mon projet visait à déterminer quels gènes associés aux MICIs devraient être priorisés pour l’identification de nouveaux gènes causaux, et plus spécifiquement, de nouveaux gènes causaux régulant la barrière épithéliale. Pour ce faire, nous avons déterminé une liste de gènes candidats basée sur les régions génomiques précédemment associées aux MICIs, puis nous avons établi un classement basé sur la présence d’un variant génétique associé aux MICIs, sur la proximité du gène au SNP utilisé dans le GWAS et sur la connaissance de fonctions cellulaires précédemment associée aux MICIs. Nous avons ensuite établi un classement épithélial basé sur le profil d’expression cellulaire et sur l’effet que le SNP du GWAS a sur l’expression des gènes inclus dans l’étude (eQTL). Parmi les gènes les mieux classés dans ces deux classements, plusieurs gènes (IRF8, IRF6, GSDMB) sont connus pour réguler, dans d’autres types cellulaires, l’inflammasome, une voie activée par différentes molécules microbiennes. Nous avons démontré qu’IRF8 est également impliqué dans la régulation de l’inflammasome dans les cellules épithéliales intestinales. Globalement, ce projet aura identifié de nouvelles fonctions cellulaires épithéliales associées aux MICIs telles que la régulation de la polarité cellulaire et de l’inflammasome épithélial en plus d’identifier de nombreux gènes à prioriser lors de futures études génétiques. / Inflammatory bowel disease (IBD) includes Crohn disease and ulcerative colitis and affects over 270 000 people in Canada. The origin of IBD is associated with genetic factors, environmental factors and with the perturbation of the intestinal microbiota. Over 200 genomic regions have previously been associated with IBD. Subsequent studies successfully identified the causal gene of some of these regions and the associated cellular mechanisms like autophagy, response to microorganism and cytokine production. However, in most cases, the causal gene of the region have not been identified. The identification of these genes and of the cellular mechanism they are regulating would facilitate the identification of new therapeutic targets to treat IBD and increase the proportion of patients that respond to IBD treatment. My doctoral project is separated in two parts. In the first part, I studied the function of C1ORF106 and its Y333F variant, both associated with IBD, on the intestinal epithelium. We used a C1ORF106 Knock-Down model in Caco-2 cells, in which we decreased C1orf106 expression by 88%. When differentiated, Caco-2 cells form a tight epithelial monolayer ideal for the study of the epithelial barrier. Using this model, we identified the molecular pathways regulated by C1ORF106, including the regulation of junction formation, of the actin cytoskeleton and of cell polarity establishment. We then used epithelial cells derived from human induced pluripotent stem cells (hiPSC) from heterozygous patient for the Y333F variant and from healthy controls carrying the Y333 allele to study the impact of the Y333F variant on these pathways. The second part of my project aimed at identifying which genes located in the genomic region associated with IBD should be prioritized for future causal gene studies, and more specifically, on studies of genes regulating the epithelial barrier. Based on the genomic regions associated with IBD, we determined a list of candidate genes. We then ranked them based on the presence of an IBD-associated variant, on the proximity of the gene from the GWAS SNP, and on the knowledge of an IBD-associated function. We next realized an epithelial ranking based on the expression profiles of these genes and on the impact that the GWAS SNP has on each gene in the region (eQTL). Multiple genes (IRF8, IRF6, GSDMB) that were highly ranked in both of these rankings were associated with the regulation, in other cell types, of the inflammasome pathway, which is activated in response to microbial products. We demonstrated that IRF8 was also implicated in the regulation of the inflammasome in intestinal epithelial cells. Globally, this project identified multiple epithelial pathways associated with IBD like the regulation of cell polarity establishment and of the epithelial inflammasome. Moreover, we identified multiple genes that could be prioritized in future genetic studies.