Le protozoaire Leishmania est à l’origine d’une maladie tropicale négligée qui peut s’avérer mortelle si elle n’est pas traitée adéquatement. Dans les dernières années, l’efficacité des médicaments utilisés dans le combat de la leishmaniose a grandement diminué en raison de la résistance du parasite à ceux-ci. Bien que le Topotecan (TPT), présentement utilisé comme antitumoral, ait démontré une activité antileishmaniale puissante (EC50 de l’ordre des nanomolaires), son efficacité pourrait être compromise par l’émergence de la résistance du parasite d’autant plus que des résistances tumorales cliniques au TPT ont déjà été rapportées. Dans cette étude, les mécanismes de résistance au TPT par Leishmania infantum ont été caractérisés d’un point de vue moléculaire. Le génome complet des parasites sélectionnés résistants au TPT (16 x EC50) (TPT700.1, TPT700.2, TPT700.3) a été séquencé. Le rôle dans la résistance des différents éléments génétiques identifiés a été confirmé à l’aide d’une complémentation par nucléofection épisomale dans le parasite sauvage et a été étudié avec des simulations computationnelles. Aucune amplification ni délétion n’a été identifiée et seulement une variation mineure du nombre de chromosomes a été observée. Cependant, un polymorphisme d’un seul nucléotide non synonyme a été identifié dans le gène de la grande sous-unité de la topoisomérase IB (TOP IB), la cible du TPT, chez chacun des parasites mutants résistants conférant des niveaux de résistance variables (TPT700.1 F187Y > TPT700.3 W232R > TPT700.2 G191A > sauvage). De plus, des modélisations in sillico ont permis d’illustrer la proximité de ces substitutions d’acides aminés au site catalytique de TOP IB ainsi qu’au site de liaison du TPT. En conclusion, ces résultats suggèrent qu’une mutation ponctuelle dans la grande sous-unité TOP IB est suffisante pour engendrer des hauts niveaux de résistance (environ 24 x EC50) chez TPT700.1F187Y, TPT700.2G191A et TPT700.3 W232R. TPT pourrait être considéré comme un modèle pharmacologique pour l’étude de la résistance chez Leishmania. / Leishmania, a protozoan parasite, causes a neglected tropical disease that is fatal if left untreated. In recent years, the effectiveness of the drugs used to tackle leishmaniasis has decreased dramatically due to the emergence of drug resistant parasites. Even though Topetecan (TPT), currently employed as an anti-tumoral drug, has shown strong anti-leishmanial activity (its EC50 being measured in nanomoles), its efficiency may be compromised by the resistance developped by the parasites, similarly to the resistance already recorded by tumoral cells to the drug. In this study, the mecanisms of resistance to TPT by Leishmania infantum were caracterised at the molecular level. The whole genome of parasites resistant to TPT (16 x EC50) (TPT700.1, TPT700.2, TPT700.3) was sequenced. The role of various genetic elements in the resistance mecanisms was confirmed via a complementation by episomal nucleofection in the wild type and was studied with the help of computational models. Neither amplications nor deletions were identified and only a minor variation in the chromosome number was observed. However, a non-synonymous single nucleotide polymorphism was identified in the gene coding the large subunit of topoisomerase IB, TPT’s target, within each of the resistant mutant parasites confering variable levels of resistance (TPT700.1 F187Y > TPT700.3 W232R > TPT700.2 G191A > wild type). Furthermore, in sillico models highlighted the proximity of these amino acid substitutions to the catalytic site of topoisomerase IB and also to the binding pockets of TPT. In conclusion, these results suggest that a point mutation in the large subunit of TOP IB is sufficient to confer high levels of resistance (about 24 x EC50) to TPT700.1F187Y, TPT700.2G191A and TPT700.3 W232R. Therefore, TPT can be considered a pharmacological tool to study resistance in Leishmania.

Les variations en nombre de copies (CNV) sont des gains ou pertes d’une séquence d’ADN et peuvent avoir un rôle dans la susceptibilité à certaines maladies. Les CNVs peuvent être détectés par les puces de SNPs de haute résolution en analysant les intensités des allèles avec des algorithmes de détection des CNVs tels que CNV partition, PennCNV et QuantiSNP. Dans cette thèse, nous avons évalué les performances de ces outils pour la détection des CNVs au niveau pangénomique et pour les tests d'association. Nous avons également étudié des stratégies d'association combinant les informations de l'allèle et du nombre de copies pour des SNP situés dans des CNV. Nous avons appliqué ces outils pour mener une étude d’association pan-génomique avec les CNV en utilisant les données de l'étude espagnole du cancer de lavessie (SBC)/EPICURO générées par la puce Illumina 1M.Nos résultats montrent une faible fiabilité et une faible sensibilité des algorithmes de détection des CNV. Dans la région du gène GSTM1 où un CNV très fréquent existe qui est associé au risque de cancer de la vessie, nous avons constaté que les algorithmes de détection des CNV ont de faibles performances. Néanmoins, l’utilisation de la mesure d'intensité des allèles dans les tests d'association peut alors être une alternative intéressante car cela nous a permis de détecter cette association connue. Pour les SNPs situés dans des CNVs, nous avons étudié plusieurs stratégies de tests d'association et nous avons montré que la plus puissante était d’utiliser un modèle avec deux termes correspondant respectivement à la somme et à la différence du nombre de copies des deux allèles. Finalement, en appliquant ces stratégies à l'étude (SBC)/EPICURO, nous avons identifié des CNVs potentiellement associés au risque de cancer de la vessie, ainsi que des SNP dont l'allèle et le nombre de copies pourraient être impliqués dans le risque de cancer de la vessie. / Copy number variations (CNVs) are losses or gains of DNA sequences that may play a role in specific disease susceptibility. CNVs can be detected by high-resolution SNP-arrays through the analysis of allele intensities with CNV calling algorithms such as CNVpartition, PennCNV and QuantiSNP. In this thesis, we identified and assessed the performances of available tools for CNV calling and for association testing, at the genome-wide level. We also investigatedassociation strategies that combine information on both the allele and the number of copies for SNPs located in CNV regions. We applied these tools to conduct a genome-wide association study with CNV using data from the Spanish Bladder Cancer (SBC)/EPICURO Study generated by the Illumina 1M SNP-array. Our results showed a low reliability and a low sensitivity of the investigated CNV calling algorithms applied to SNP-array data. The GSTM1 locus shows a very frequent CNV that is associated with bladder cancer (BC) risk. We reported that the calling algorithms performed very poorly in identifying this CNV. We proposed using allele intensity measures (LRR) as a screening step to assess association as it allowed the detection of the GSTM1 CNV association with BC. To combine the allele and the number of copies for SNPs located in CNV regions, we investigated several strategies of association testing and we showed that the more powerfulone used a two-term model with the sum and the difference of the number of copies of both alleles. Finally, by applying these strategies to the (SBC)/EPICURO Study, we identified CNV regions potentially associated with BC risk, as well as SNPs for which both the allele and the number of copies could be involved in BC risk.

Les transporteurs membranaires sont des éléments importants dans le devenir, l’efficacité, et la toxicité du médicament. Ils influencent la pharmacocinétique et la pharmacodynamie de ces derniers. Plusieurs interactions médicamenteuses observées cliniquement sont attribuables à la fois aux enzymes responsables du métabolisme des médicaments et aux transporteurs membranaires. Il est connu qu’une variabilité existe entre différents individus dans la réponse à un médicament et les polymorphismes génétiques retrouvés dans les gènes codant pour les transporteurs membranaires peuvent partiellement expliquer cette variabilité. OATP1A2 est un transporteur membranaire exprimé sur des organes importants, comme le cerveau et le rein. Plusieurs médicaments utilisés en clinique sont des substrats d’OATP1A2 et l’expression localisée de ce transporteur suggère un rôle important dans le devenir du médicament. Donc, mon projet de doctorat consistait à caractériser l’activité d’OATP1A2 en relation avec ses substrats et inhibiteurs, et de plus, à évaluer l’impact de différents variants génétiques d’OATP1A2 sur leur transport. Dans le premier article, la rosuvastatine a été utilisée comme substrat-type pour étudier le transport d’OATP1A2. Les expériences ont été menées en introduisant la rosuvastatine en compétition avec différent β-bloqueurs, une classe de médicaments rapportée dans la littérature comme substrats d’OATP1A2. Parmi les β-bloqueurs évalués, le carvédilol était l’inhibiteur le plus puissant. Dans la deuxième partie de l’étude, des médicaments ayant une structure similaire au carvédilol, tels que les antidépresseurs tricycliques, ont été évalués quant à leur potentiel d’inhibition sur OATP1A2. Une relation structure-activité a été définie à l’aide de ces données. Nous avons démontré que des composés tricycliques avec une courte chaîne aliphatique pouvaient inhiber OATP1A2. Dans le deuxième article, OATP1A2 a été étudié en considérant son expression et son rôle au sein de la barrière hémato-encéphalique (BHE). Des études précédentes ont démontré qu’OATP1A2 est exprimé sur la membrane luminale des cellules endothéliales formant la BHE. Nos données démontrent que les triptans, une classe de médicaments couramment utilisées pour traiter la crise migraineuse, sont des substrats d’OATP1A2 et que les composés tricycliques identifiés comme inhibiteurs d’OATP1A2 dans nos études précédentes peuvent inhiber le transport des triptans par OATP1A2. Ces résultats sont importants puisque: 1) il a été suggéré que les triptans peuvent agir au niveau du système nerveux central en se liant aux récepteurs trouvés sur les neurones centraux; 2) comme les triptans sont des molécules hydrophiles, un mécanisme de transport facilité est nécessaire pour qu’ils pénètrent la BHE et OATP1A2 pourrait être l’élément clé; 3) l’inhibition d’OATP1A2 par les composés tricycliques pourrait limiter l’accès des triptans à leur site d’action. Le troisième article caractérise l’activité associée à deux variants génétiques d’OATP1A2 (OATP1A2*2 et *3). Leur capacité à transporter les triptans et leur potentiel d’inhibition par les médicaments tricycliques ont été évalués. Des résultats supplémentaires caractérisant OATP1A2, mais sans liens directs avec les trois articles, seront présentés en annexe. Dans l’ensemble, les résultats présentés dans cette thèse servent à caractériser le transporteur membranaire OATP1A2 en relation avec ses substrats et inhibiteurs, et en fonction de ses variants génétiques. / Drug transporters are important determinants in drug disposition, efficacy, and toxicity. They influence the pharmacokinetics and pharmacodynamics of drugs. Several clinically-observed drug-drug interactions are mediated through drug metabolizing enzymes and drug transporters. It is well known that there is an interindividual variability in the response to medications and polymorphisms found in genes encoding for drug transporters partially account for it. OATP1A2 is a membrane drug transporter expressed on important organs, such as the brain and the kidney. A wide spectrum of drugs used in the clinic are substrates of OATP1A2. Its localisation suggests an essential role in drug disposition. Thus, my PhD project consisted of characterizing the activity of OATP1A2 in regards to its substrates, inhibitors, and different protein variants due to genetic polymorphisms. In the first article, rosuvastatin was used as the probe substrate to study OATP1A2 transport activity. Experiments were conducted by putting rosuvastatin in competition with different β-blockers, a class of drugs known in the literature to be transported by OATP1A2. One of the drugs evaluated, carvedilol, inhibited OATP1A2 with much more potency than the others. In the second part of the study, drugs with a structure similar to carvedilol, such as tricyclic antidepressants, were tested for their potential to inhibit OATP1A2. A structure-activity relationship was defined using the data. It was demonstrated that drugs composed of a tricyclic ring with a short aliphatic amine chain were potent OATP1A2 inhibitors. In the second article presented, OATP1A2 was studied in the context of its localization at the blood-brain barrier (BBB). OATP1A2 expression at the luminal membrane of the endothelial cells making up the BBB was demonstrated in the literature. Our article showed that triptans, a class of commonly used anti-migraine drugs, were OATP1A2 substrates. The tricyclic drugs previously evaluated were shown to potently inhibit triptan transport through OATP1A2. These findings are important for three reasons: 1) it has been postulated that triptans may act at the central nervous system by binding to receptors found on central neurons; 2) as triptans are hydrophilic molecules, a facilitated transport mechanism is required for them to penetrate the BBB and OATP1A2 may be the key player; and 3) the inhibition of OATP1A2 by the tricyclic drugs may limit the entrance of triptans to their site of action. The third article characterized the transport activity of two OATP1A2 protein variants (OATP1A2*2 and *3). Their capacities to transport triptans and their potential of being inhibited by tricyclic drugs were evaluated. Additional data characterizing OATP1A2 but considered out of the scope of the three articles will be presented in appendices. In overall, the central theme of this thesis looks into the characterization of the OATP1A2 membrane drug transporter in regards to its substrates, inhibitors, and proteins variants.