Une mutation du gène SYN1 a récemment été découverte chez plusieurs membres d'une grande famille canadienne-française ségréguant troubles du langage, épilepsie focale, et troubles du spectre autistique (TSA). Bien qu'aucune anomalie macroscopique apparente n'ait pu être identifiée dans les données d’imagerie par résonance magnétique (IRM) cérébrales, nous avons émis l'hypothèse que des modalités d'IRM quantitatives sensibles à la microstructure et à la composition des tissus permettraient l’identification d’anomalies subtiles. Nous avons fait l’acquisition de données IRM multimodale chez 13 sujets porteurs de la mutation SYN1_Q555x et 13 sujets contrôles appareillés pour l’âge et le sexe. Une analyse statistique de groupe a été effectuée sur les cartes paramétriques corticales surfaciques afin de caractériser l’effet de la mutation sur plusieurs paramètres physiques quantitatifs. En résumé, des altérations ont été observées dans le réseau langagier, de même qu’une latéralisation anormale de celui-ci sur l’hémisphère droit. Les changements les plus significatifs dans ces régions sont une diminution de la diffusivité moyenne et une augmentation de l’anisotropie fractionnelle. Un modèle biophysique est proposé pour expliquer ces résultats, qui suggèrent une augmentation de la densité ou de la fraction volumique du neuropile. Cette étude est, à notre connaissance, la première à utiliser avec succès l'imagerie de diffusion et multiparamétrique conjointement à une méthodologie de cartographie surfacique pour détecter des anomalies corticales chez un groupe de sujets avec un génotype bien défini lié aux troubles du langage, à l'épilepsie et aux TSA. Cette étude démontre également que l'IRM de diffusion, bien que traditionnellement considérée comme une modalité spécifique à la matière blanche, peut effectivement être utilisée conjointement à une cartographie de surface pour caractériser une pathologie corticale subtile non détectable autrement, même si seul un groupe relativement restreint de sujets est disponible. / A mutation of the SYN1 gene has recently been discovered in several members of a large French-Canadian family segregating language disorders, focal epilepsy, and autism spectrum disorders (ASD). Although no apparent macroscopic abnormality could be identified in brain magnetic resonance imaging (MRI) data, we hypothesized that quantitative MRI modalities sensitive to tissue microstructure and composition could allow the identification of subtle anomalies. We acquired multimodal MRI data from 13 SYN1_Q555x mutation carriers and 13 healthy controls matched for age and sex. A surface-based group statistical analysis was performed on the cortical parametric maps to characterize the effect of the mutation on several quantitative physical parameters. In summary, alterations were found in the language network, as well as abnormal lateralization of the latter over the right hemisphere. The most significant changes in these regions are a decrease in mean diffusivity and an increase in fractional anisotropy. A biophysical model is proposed to explain these results, which suggest an increase in neuropil density or volume fraction. This study is, to our knowledge, the first to successfully use diffusion imaging and multiparametric mapping in a surface-based approach to detect cortical anomalies in a group of subjects with a well-defined genotype linked to language impairments, epilepsy and ASD. Importantly, this study also shows that diffusion MRI, although traditionally seen as a white matter modality, can effectively be used in a surface-based approach to characterize subtle cortical pathology not detectable otherwise, even when only a relatively small group of subjects is available.

La cytométrie de masse CMM) a révolutionné l'étude de la diversité cellulaire et phénotypique, en augmentant de manière significative le nombre de marqueurs pouvant être analysés simultanément (41 à ce jour). En permettant de définir précisément l'état des populations de lymphocytes, notamment en ce qui concerne leur différenciation, activation et leur entrée dans le cycle cellulaire, la CMM a mis au jour de petits sous-ensembles jusqu'ici inconnus. Dans cette étude, la CMM a été utilisée pour tenter de mieux caractériser les réservoirs du VIH. Avec l'introduction de la thérapie antirétrovirale combinée (ART) en 1996, l'infection par le VIH est passée d'un destin fatal à une maladie chronique gérable avec une durée de vie normale grâce à une réduction de la réplication virale active (la quantité de virus est en deçà des limites de détection optimales). Cependant, si le traitement est interrompu, la charge virale chez le patient augmente à nouveau du fait des réservoirs de provirus viables localisés dans des populations de cellules à longue durée de vie et qui ne peuvent pas être éliminées par les traitements actuels. Ces cellules infectées réservoirs constituent un obstacle majeur à l'éradication du VIH. Le réservoir le mieux caractérisé est celui des lymphocytes T CD4+ et est principalement hébergé dans les TCM, les TTM, les TSCM et les Tfh. Une première étude nous a permis d’évaluer les stades du cycle cellulaire en association à des marqueurs de différenciation, d'activation et d'épuisement, pour aboutir à une évaluation poussée de l'état de quiescence des lymphocytes T CD4 susceptibles d’abriter les réservoirs latents de VIH. Cette large analyse multiplexe démontre que certains sous-ensembles des LTCD4+CD25-HLA-DR- classiquement considérés "au repos"- contiennent en fait des quantités notables de cellules en cycle ou exprimant des récepteurs inhibiteurs, ouvrant de nouvelles voies pour une redéfinition des cellules T CD4 quiescentes du sang périphérique. Une deuxième étude avait pour but de définir les populations de LT CD4 produisant du VIH in vivo. Nous avons développé une analyse multiparamétrique sur des cellules de patients VIH+ sous ART et en phase d’interruption thérapeutique (ATI). Cette étude met en évidence que les cellules CD3+CD4+CD32high expriment un fort taux de marqueurs d’activation et reçoivent d’importants signaux d’activation via des cytokines, à l'inverse des cellules CD32a-. D'autre part, l'analyse des LTCD4+ producteurs de VIH (exprimant la protéine de capside p24), nous a permis de détecter un très faible nombre de cellules positives p24+ (inférieur à 0,004% en phase d’ATI mais aucun avant). Le phénotype des cellules productrices a ensuite été mis en évidence. Il s’agit de lymphocytes T n’exprimant pas de CD8, enrichis d’un facteur 4 en cellules TSCM, et d'un facteur 2 en TFH. Ces populations sont très enrichies en cellules activées co-exprimant 3 marqueurs d’activation (augmentés d’un facteur 20) et sont en cycle (Ki67+) et/ou sur-expriment des molécules de contrôle immunitaire (ICP) avec un enrichissement d’un facteur 500. Ceci nous permet de détecter des cellules productrices avec des fréquences beaucoup plus élevées dans ces populations TCD3+CD8- en cycle à hauteur de 0,08%, et en phase G2 (2,46%), mais également dans les cellules présentant une poly-expression des 4 immune-checkpoints (2,27%). L’avènement de la cytométrie de masse a augmenté de façon exponentielle les informations que nous pouvions obtenir sur une cellule. Grâce à cet outil, l’identification du cycle cellulaire, en corrélation avec différents marqueurs phénotypiques, permet d’explorer des informations jusque-là inaccessibles, entre autre l’analyse des réservoirs latents et productif du VIH. Ce travail permet ainsi de caractériser le plus précisément possible ces cellules productrices de VIH, mais aussi les cellules latentes, et potentiellement réservoirs du virus. / Mass cytometry (CMM) has revolutionized the study of cell and phenotypic diversity, significantly increasing the number of markers that can be analyzed simultaneously (41 to date). By making it possible to precisely define the state of the lymphocyte populations, particularly regarding their differentiation, activation and entry into the cell cycle, the CMM has revealed small subsets so far unknown. In this study, the CMM was used to try to better characterize the HIV’s reservoirs. With the introduction in 1996 of Combined Antiretroviral Therapy (ART), HIV infection has shifted from a fatal destiny to a manageable chronic disease with a normal life span through a reduction in active viral replication (the amount of virus is below optimal detection limits). However, if treatment is interrupted, the viral load increases again in the patient due to viable provirus reservoirs located in long-lived cell populations that cannot be eliminated by current treatments. These reservoirs constitute a major obstacle to the eradication of HIV. The best characterized reservoir is that of CD4+ T cells and is mainly hosted in TCM, TTM, TSCM and Tfh. A first study allowed us to evaluate the stages of the cell cycle in association with markers of differentiation, activation and exhaustion, leading to a thorough assessment of the quiescent state of CD4 T cells likely to harbour latent reservoirs of HIV. This broad multiplex analysis demonstrates that some subsets of LTCD4+CD25-HLA-DR- classically considered "at rest" – do actually contain significant amounts of cells in cycling or expressing inhibitory receptors, opening new pathways for redefining CD4 T quiescent cells from peripheral blood. A second study aimed to define CD4+ T Cells populations producing HIV in vivo. We have developed a multiparametric analysis on cells of HIV+ patients under ART and in therapeutic interruption phase (ATI). This study shows that CD3+CD4+CD32high cells express a high level of activation markers and receive important activation signals via cytokines, unlike CD32a- cells. On the other hand, the analysis of HIV-producing LTCD4+ (expressing the p24 capsid protein), allowed us to detect a very small number of p24+ positive cells (less than 0.004% in ATI phase but none before). The phenotype of the producing cells was then highlighted. These are T lymphocytes that do not express CD8, enriched with a factor 4 in TSCM cells, and a factor 2 in TFH. These populations are highly enriched in activated cells co-expressing 3 activation markers (increased by a factor of 20) and are in cycle (Ki67+) and/or over-express immune control molecules (ICPs) with an enrichment of a factor of 500. This allows us to detect producing cells with much higher frequencies in these TCD3+CD8- populations in cycles up to 0.08%, and in G2 phase (2.46%), but also in cells with poly-expression of 4 immune-checkpoints (2.27%). The advent of mass cytometry has exponentially increased the information we could get on a cell. Thanks to this tool, cell cycle identification, in correlation with different phenotypic markers, makes possible the exploration of previously inaccessible information, including the analysis of latent and productive reservoirs of HIV. This work enables us to characterize as precisely as possible these HIV-producing cells, but also the latent cells, and potentially reservoirs of the virus.

L'objectif de cette thèse est de développer et d'évaluer des paramètres quantitatifs de l'IRM de la prostate en discriminant les cancers de score de Gleason (GS) ≥7. Nous supposons que les paramètres quantitatifs de l'IRM pourraient aider à standardiser le diagnostic, et à diminuer la variation inter-lecteur et/ou inter-institution du diagnostic du cancer de la prostate. Cette thèse est divisée en trois chapitres. Le premier chapitre, intitulé « IRM T2 quantitatif de la prostate », est une étude rétrospective sur une base de données des patients avant prostatectomie radicale. Le deuxième chapitre, intitulé « IRM multiparamétrique quantitative de la prostate », est aussi une étude rétrospective avant prostatectomie radicale. Le troisième chapitre, intitulé « Élastographie IRM de la prostate par voie trans-périnéale» est une étude expérimentale. Notre première étude montre que le T2 est robuste sur les machines de constructeurs différents. Le T2 est un prédicteur significatif, mais de faible performance, d'agressivité du cancer de la prostate à 3T. Notre deuxième étude montre que la combinaison du 10ème centile de l'ADC avec le Time-topeak (TTP) améliore la performance du diagnostic, et ce modèle est lui aussi robuste entre des machines de constructeurs différents. Notre troisième étude montre les résultats préliminaires sur l'élasticité de la prostate. Ces résultats montrent que l'élastographie IRM de la prostate en haute fréquence d'excitation (>100 Hz) par voie trans-périnéale est faisable. L'élastographie pourrait à l'avenir être intégrée à l'IRM multiparamétrique quantitative pour améliorer la performance de diagnostic / The purpose of this thesis is to develop and evaluate the quantitative methods of multiparametric MRI of prostate in discriminating Gleason score (GS) ≥7 cancers. We suppose that the quantitative parameter of MRI could help standardizer the diagnostic, reduce the inter-lecture and/ or inter-institution variation in diagnostic of prostate cancer. This thesis is divided into three chapters. The firs chapter, entilted « Quantitative T2 MRI of prostate » is a retrospective study on a database of prostate cancer patients before radical prostatectomy. The second chapter, entilted « Multi-parametric Quantitative MRI of prostate » is also a retrospective study before radical prostatectomy. The third chapter, entitled « MR elastography of prostate by transperineal approach », is an experimental study. Our first study shows that T2 value is robust between machines of different constructors. T2 value is significant predictor, but of weak performance, of aggressively cancer of prostate at 3T. Our second study shows that the combination of ADC_10th percentile with Time-to-peak (TTP) improved the diagnosis performance, and this model is also robust between two machines of different constructors. Our third study shows the initial results on elasticity of the prostate. These results show that MRI elastography of prostate at high excitation frequency (>100 Hz) by trans-perineale approach was feasible. The elastography may, in the future, be integrated in quantitative multi-parametric MRI to improve the diagnosis performance

La réponse immunitaire est régulée spatialement et temporellement. Les cellules immunitaires font partie d’une plus grande communauté de populations cellulaires interconnectées qui coordonnent leurs actions par la signalisation intercellulaire. Suivant une blessure hépatique, la distribution et la composition du compartiment immunitaire évoluent rapidement au fil du temps. Par conséquent, l’information sur la position des cellules immunitaires dans le tissu hépatique est essentielle à la bonne compréhension de leurs fonctions dans la santé et la maladie. Cependant, l’organisation spatiale des cellules immunitaires en réponse à une atteinte hépatique aiguë, ainsi que les conséquences fonctionnelles de leur distribution topographique spécifique, restent mal comprises. Les macrophages hépatiques sont des cellules effectrices clés pendant l’homéostasie et en réponse à des blessures, et sont impliqués dans la pathogenèse de plusieurs maladies du foie. L’hétérogénéité et plasticité des macrophages dans le foie a été exposée avec l’émergence du séquençage de l’ARN, la cytométrie en flux et la cytométrie de masse. Ces techniques ont sensiblement contribué à la compréhension de l’origine, et fonctions des macrophages dans le foie. Cependant, ces technologies impliquent la destruction du tissu pour la préparation de suspension cellulaires ce qui entraîne une perte d’information spatiale et de contexte tissulaire. Par conséquent, la caractérisation spatiale et temporelle des macrophages dans le tissu hépatique pendant l’homéostasie tissulaire, et en réponse à une blessure, fournit une nouvelle information sur la façon dont les macrophages se rapportent aux cellules voisines et leur comportement pendant les réponses immunitaires. Dans la première partie de cette étude, nous avons conçu une stratégie pour le phénotypage spatial des cellules immunitaires hépatiques dans des échantillons de tissus. Cette stratégie combine techniques d'imagerie et l’alignement numérique des images pour surmonter les limitations actuelles du nombre de marqueurs pouvant être visualisés simultanément. En outre, nous avons généré des protocoles pour la quantification automatisée des cellules d’intérêt dans des sections de tissus pour réduire la subjectivité associée à la quantification par inspection visuelle, et pour augmenter la surface et la vitesse de l’analyse. Par conséquent, un plus grand nombre de populations de cellules immunitaires ont été visualisées, quantifiées et cartographiées, et leurs relations spatiales ont été déterminées. Dans la deuxième partie de l’étude, nous avons déterminé la cinétique et la dynamique spatiale des cellules de Kupffer (KCs) et des macrophages dérivés de monocytes (MoMFs) en réponse à une atteinte hépatique aiguë au CCl4, afin de mieux comprendre leurs rôles fonctionnels, et la répartition du travail entre eux. Nous avons constaté que les KC et les MoMFs présentent des différences au niveau de la distribution tissulaire, la morphologie, et la cinétique. En plus, seulement les KCs ont proliféré pour repeupler la population de macrophages résidents pendant la réparation tissulaire. Finalement, nous avons montré que le degré de colocalization de KCs et des MoMFs avec les cellules stellaires est différent. En plus, cette colocalisation varie avec la progression de la réponse immunitaire. Dans l’ensemble, nous avons montré que les KCs et les MoMFs ont des profils spatiaux et temporels différents en réponse à une atteinte hépatique aiguë. Dans l’ensemble, les observations faites dans cette étude suggèrent que le comportement spatial et temporel d’une sous-population donnée de cellules immunitaires est distinct et sous-tend sa capacité à remplir ses fonctions spécifiques pendant la réponse immunitaire. / The immune response is spatially and temporally regulated. Immune cells are part of a larger community of interconnected immune and non-immune cell populations that coordinate their actions mostly through cell-cell intercellular signaling. In the liver, the distribution pattern, and the composition of the immune compartment evolve during an immune response to injury influencing disease pathology, progression, and response to treatment. Hence, information on the location and interacting partners of immune cells in the hepatic tissue is critical for the proper understanding of their functions in health and disease. However, the spatial organization of hepatic resident and infiltrating immune cells in response to acute injury, and the functional consequences of their specific topographical distribution, remain poorly defined. Hepatic macrophages are key effector cells during homeostasis and in response to injury and are involved in the pathogenesis of several liver diseases. The heterogeneity and plasticity of the macrophage compartment in the liver have only recently started to be appreciated with the emergence of RNA sequencing, flow cytometry, and mass cytometry. Detailed transcriptomic and phenotypic profiling have deeply expanded our understanding of macrophage biology. However, these technologies involve tissue disruption with loss of spatial information and tissue context. Therefore, the spatial and temporal profiling of liver macrophages in tissue samples during the steady state, and in response to injury, provide novel information on how the macrophages relate to neighboring cells and their behavior during immune responses. In the first part of this study, we designed a strategy for the spatial phenotyping of hepatic immune cells in tissue samples. This strategy combined serial and sequential labeling, and digital tissue alignment to overcome current limitations in the number of markers that can be simultaneously visualized. In addition, we generated protocols for automated quantification of cells of interest in whole tissue sections which removed the subjectivity associated with quantification by visual inspection and greatly increased the area and the speed of the analysis. As a result, a larger number of immune cell populations were visualized, quantified, and mapped, and their spatial relations were determined in an unbiased manner. In the second part of this study, we monitored the kinetics, and spatial dynamics of resident Kupffer cells (KCs) and infiltrating monocyte-derived macrophages (MoMFs) in response to acute liver injury with CCl4, to gain insight into their functional roles, and the distribution of labor between them. KCs and MoMFs exhibited different tissue distribution patterns and cell morphology, different kinetics, and occupied neighboring but unique microanatomical tissue locations. KCs and MoMFs displayed a different capacity to replenish the macrophage pool upon acute injury, and were differentially related to hepatic stellate cells. Different kinetics and spatial profiles revealed that KCs and MoMFs have distinct spatial signatures and suggest that they perform distinct functions during the wound-healing response to acute liver injury. In summary, we optimized techniques and put together a strategy for the spatial profiling of hepatic immune cells. Then, we used this methodology to profile resident and infiltrating macrophage subpopulations to gain insight into their biology and distinct contribution to healing in response to acute liver injury. Overall, the observations made in this study suggest that the spatial and temporal behavior of a given subpopulation of immune cells underlie its ability to perform its specific functions during the immune response.