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

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les maladies rénales ont un impact important sur l'économie de tout système de santé dans le monde. En outre, le nombre de patients augmente régulièrement au cours des dernières décennies avec une prévalence de plus de 500 000 nouveaux cas de maladie rénale en phase terminale (ESRD) dans le monde entier chaque année. L'ESRD est l'étape finale de la maladie rénale chronique (CKD) qui a comme principales causes le diabète et l'hypertension, ainsi que la glomérulonéphrite, urolithiasis, la polykystose rénale autosomique dominante (ADPKD) et la progression de la lésion rénale aiguë (LRA), entre autres. Cependant, dans de nombreux cas, les mécanismes de ces maladies affectant le rein et sa fonction sont mal connus ou difficiles à diagnostiquer. Dans le cadre de cette étude, nous avons utilisé des technologies plus récentes, des méthodologies et des approches d'analyse de données pour jeter un peu de lumière dans les pathomécanismes de la CKD et de l'AKI. En outre, l'amélioration potentielle de la valeur diagnostique des tests diagnostiques déjà existants (par exemple ADPKD). Au cours des dernières années, les progrès dans les technologies de séquençage de l'ADN ont révolutionné le domaine de la recherche clinique et du diagnostic. Le séquençage à haut débit tel que le séquençage de prochaine génération (NG) est utilisé en raison de sa haute qualité et de précision lors que l'analyse des échantillons d'ADN. D'autres technologies de séquençage ont également montré leur valeur, comme le séquençage à longue lecture qui est utilisé en raison de ses longues lectures de séquençage et de la précision de résolution de séquençages de faible complexité, telles que les régions répétitives ou des régions de GC-pourcentage élevé. Dans le cadre de cette thèse, nous avons utilisé plusieurs méthodes de pointe de séquençage appliquées à la recherche clinique sur la maladie rénale afin de: 1. Améliorer la valeur diagnostique des tests diagnostiques déjà existants pour l'ADPKD. ADPKD est une maladie héréditaire qui représente de 5% à 10% de l'ESRD. Cependant, le criblage du principal gène ADPKD PKD1 est difficile en raison de sa structure multi-exon, de son hétérogénéité allélique et de son homologie élevée avec six pseudogènes PKD1, ainsi que d'une teneur en GC extrêmement élevée. En utilisant le séquençage direct à longue lecture, nous avons montré que le diagnostic ADPKD sans interférence des séquences homologues PKD1 est possible. 2. Caractériser le profil d'expression de l'IRA et des mécanismes sous-jacents en utilisant le séquençage de l'ARN. Les patients qui subissent une chirurgie majeure peuvent développer une IRA qui a été associée à un risque de mortalité plus élevé et une fonctionnalité rénale réduite, et un risque élevé de progression de la CKD. Certaines preuves indiquent que le système tubulaire est au milieu de cette pathophysiologie et de la récupération ultérieure. Cependant, les facteurs impliqués dans cette reprise sont encore mal compris. / Renal diseases have a high impact on the economy of any health care system worldwide. In addition, patient numbers are steadily increasing over the past decades with a prevalence of over 500.000 new end stage renal disease (ESRD) worldwide cases every year. ESRD is the final stage of chronic kidney disease (CKD) that has as the leading causes diabetes and hypertension, as well as glomerulonephritis, urolithiasis, autosomal dominant polycystic kidney disease (ADPKD), and progression of acute kidney injury (AKI), among others. However, in many cases, the mechanisms of these diseases affecting kidney and its function are poorly understood, or difficult to diagnose. Within this study, we used newer technologies, methodologies, and data analysis approaches to throw some light into the pathomechanisms of CKD and AKI. Moreover, potentially improving the diagnostic value for already existing diagnostic assays (e.g. ADPKD). In the past years, advances in DNA sequencing technologies have revolutionized the field of clinical research and diagnostics. High throughput sequencing such as next-generation sequencing (NGs) is being used because of its high quality and accuracy when analysing DNA samples. Other sequencing technologies have also shown their value such as long-read sequencing which is used because of its longer sequencing reads and accuracy resolving low-complexity sequences, such as repetitive regions or high GC-percent regions. Within the scope of this thesis we used several cutting-edge sequencing approaches applied to renal disease's clinical research to: 1. Improve the diagnostic value of already existing diagnostic assays for ADPKD. ADPKD is an inherited disease that accounts for 5% to 10% of ESRD. However, the screening of the main ADPKD gene PKD1 is challenging because of its multi-exon structure, allelic heterogeneity, and high homology with six PKD1 pseudogenes, as well as extremely high GC content. Using direct long-read sequencing we showed that ADPKD diagnostics without interference of PKD1 homologous sequences is possible. 2. Characterize the expression profile of AKI and the underlying mechanisms using RNA sequencing. Patients undergoing major surgery may develop AKI which has been associated with higher mortality risk and reduced renal functionality, and high risk of progression of CKD. Some evidences pointed out to the tubular system being at the middle of this pathophysiology and further recovery.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

L’insuffisance rénale chronique (IRC) cause des anomalies biochimiques, osseuses et vasculaires. L’association entre IRC et fractures reste controversée, alors que les travaux antérieurs ont été restreints à l’étude de certains sites fracturaires et aux patients âgés. En outre, la performance de modalités d’imagerie ou scores de prédiction pour prédire les fractures en IRC fut peu étudiée. Les objectifs de ce mémoire sont donc d’évaluer l’impact de l’IRC légère à modérée sur : 1) la prévalence du statut fracturaire ; 2) l’incidence des fractures selon l’âge et le sexe; 3) la prédiction des fractures par l’échographie calcanéale (QUS); et 4) la performance de scores de prédiction clinique (FRAX, Garvan, QFracture). Nous avons analysé la cohorte CARTaGENE, incluant 19 990 Québécois âgés entre 40 et 69 ans. La fonction rénale fut estimée au recrutement. Les fractures furent identifiées de façon prévalente (autorapportées par questionnaire) et incidente (données médico-administratives). Nous n’avons pas observé d’association entre l’IRC et la prévalence du statut fracturaire après ajustement. Nous avons toutefois observé que l’IRC légère à modérée est associée à une augmentation de l’incidence des fractures à tous sites durant un suivi médian de 70 mois, particulièrement chez les jeunes et les hommes. Nous avons constaté que le QUS discrimine les fractures similairement en IRC et non-IRC, mais les sous-estime en IRC stade 3. Enfin, nous avons observé que la discrimination et la calibration des fractures par FRAX et QFracture étaient similaires en non-IRC et IRC, mais que le score Garvan menait à une discrimination plus faible et une sous-estimation en IRC stade 3. Ces travaux suggèrent un impact de l’IRC sur l’incidence fracturaire et la performance des outils prédictifs. Ils sensibilisent donc les cliniciens à l’impact fracturaire précoce de l’IRC et aux limites de certains outils prédictifs dans cette population. / Chronic Kidney Disease (CKD) causes biochemical, bone and vascular abnormalities. The association of nonterminal CKD with fracture remains controversial as previous studies focused on select fracture sites and were restricted to older patients. Furthermore, the fracture predictive performance of imaging methods and prediction tools has not been thoroughly studied. Thus, our objectives were to assess the impact of non-terminal CKD on : 1) fracture status prevalence; 2) fracture incidence by age and sex; 3) the performance of calcaneal quantitative ultrasonography (QUS) to predict fracture risk and; 4) the performance of three fracture prediction tools (FRAX, Garvan, QFracture). We analyzed the CARTaGENE cohort, which includes 19,990 participants aged 40 to 69 years from the province of Quebec, Canada. Renal function was estimated at baseline. Fractures were assessed at baseline (selfreported by health questionnaire) and during a follow-up of 70 months (medico-administrative data). We did not observe an association between non-terminal CKD and prevalent fracture status after adjustment for potential confounders. In contrast, we found that non-terminal CKD was associated with increased fracture incidence at any site, especially in younger patients and in men. Additionally, we observed that non-terminal CKD did not modify significantly the discriminative ability of QUS for fracture incidence but did lead to an underestimation of fracture incidence in patients with CKD stage 3. Finally, we found that FRAX and QFracture had similar discrimination and calibration for fractures in patients with and without non-terminal CKD while Garvan had lower discrimination and led to fracture underestimation in CKD stage 3. These findings suggest that non-terminal CKD is associated with increased fracture incidence and decreased performance of some fracture prediction tools. They therefore highlight the early effect of CKD on fracture risk and the limitations of some fracture prediction tools in this population.

MUC1 est une mucine membranaire dont l'expression est augmentée et altérée dans le cancer et l'ischémie rénale. La transition épithélium-mésenchyme (TEM) est un processus dynamique de plasticité cellulaire impliqué dans la progression métastatique et la réparation tissulaire. Nos travaux montraient l'implication de MUC1 dans la plasticité épithéliale rénale à travers l'action de MUC1 dans des lignées cancéreuses rénales et dans des modèles murin et humain de régénération rénale. Dans le carcinome rénal, nous démontrions que (i) MUC1 et SNAIL, facteur de transcription de la TEM, étaient surexprimés dans une série de carcinomes sarcomatoïdes, (ii) SNAIL augmentait indirectement l'expression MUC1, (iii) la surexpression de MUC1 induisait la TEM, (iv) le domaine C-terminal de MUC1 (MUC1-C) augmentait l'interaction de la beta-caténine avec le promoteur de SNAIL favorisant l'activité transcriptionnelle de SNAIL, et (v) le blocage de la localisation nucléaire de MUC1-C diminuait l'activation de la voie Wnt /beta caténine et celle de SNAIL. Au total, nos résultats démontraient que MUC1 est un acteur de la TEM rénale associé au cancer et apparaît comme une nouvelle cible thérapeutique.Dans la régénération rénale, nous montrions que (i) la régénération rénale s'accompagnait d'une plasticité épithéliale transitoire compatible avec une TEM dans un modèle murin et sur des biopsies de greffon humain, (ii) MUC1 était induite au cours de la TEM associée à la régénération, (iii) l'absence de MUC1 (souris Ko Muc1)s'associait à des lésions tubulaires rénales plus sévères, et (iv) l'induction de MUC1 était inversement corrélée au degré de fibrose rénale. Au total, nos résultats suggèrent un rôle de néphroprotection conféré par MUC1 aux cellules épithéliales rénales au cours de la régénération. / MUC1 is overexpressed in renal carcinoma and ischemia. The epithelial-mesenchymal transition (EMT) is a dynamic process consisted of cellular plasticity involved in tumoral progression and tissue repair. Our work showed the involvement of MUC1 in renal epithelial plasticity through the action of MUC1 in renal cancer cell lines and in mouse and human kidney regeneration models.MUC1 is overexpressed in human carcinomas. The transcription factor SNAIL can activate epithelial-mesenchymal transition (EMT) in cancer cells. In this study, in renal carcinoma, we demonstrate that (i) MUC1 and SNAIL were overexpressed in human sarcomatoid carcinomas, (ii) SNAIL increased indirectly MUC1 expression, (iii) MUC1 overexpression induced EMT, (iv) MUC1 C-terminal domain (MUC1-C) and beta-catenin increased SNAIL transcriptional activity by interaction with its promoter and (v) blocking MUC1-C nuclear localization decreased Wnt/beta-catenin signaling pathway activation and SNAIL expression. Altogether, our findings demonstrate that MUC1 is an actor in EMT and appears as a new therapeutic target.In renal regeneration, we demonstrated that (i) regeneration was characterized by a transient EMT in mouse model and human biopsies allograft, (ii) MUC1 was induced during EMT-regeneration associated, (iii) the lack of MUC1 (Muc1 KO mouse) was associated with more severe renal tubular damage, and (iv) MUC1 induction was inversely correlated with renal fibrosis. Altogether, our results suggest MUC1 mitigates renal ischemic damage through EMT activation during regeneration.

La sténose aortique (SA) constitue la valvulopathie la plus prévalente dans les pays à revenu élevé. Elle est caractérisée par des remaniements fibrocalciques conduisant à un épaississement et une diminution de la mobilité des feuillets de la valve aortique. Dernièrement, le déséquilibre du métabolisme minéral et osseux en insuffisance rénale chronique (IRC) a été identifié comme un contributeur clé au développement de la SA. Toutefois, le fardeau de la SA n'a jamais été spécifiquement étudié en contexte d'IRC. Ainsi, l'objectif de ce mémoire est donc de décrire les tendances temporelles du statut et de la sévérité de l'IRC, dans la population adulte québécoise hospitalisée pour une SA incidente au Québec, et de les comparer à celle d'une population témoin appariée. Nous avons réalisé une étude cas-témoins incluant 108 780 patients hospitalisés pour une SA incidente et 543 900 patients appariés selon l'âge, le sexe et l'année fiscale de 2000 à 2016 dans la province de Québec. D'après nos travaux, la présence d'une maladie rénale chronique est systématiquement plus élevée chez les patients avec SA que chez les patients non atteints de SA. De plus, la proportion de patients atteints d'IRC a augmenté chez les personnes atteintes d'une SA incidente, alors qu'elle a diminué chez les personnes non atteintes de SA entre 2000 et 2016. Ces résultats suggèrent que la SA est étroitement liée à l'IRC et que le contrôle des facteurs de risque de l'IRC est probablement inadéquat dans la population à risque de développer une SA. Du point de vue de la santé publique, nos résultats sont essentiels pour planifier les besoins de santé locaux et orienter les interventions futures dans le but d'améliorer la prestation des soins, car la SA et l'IRC ont le potentiel de devenir des problèmes de santé majeurs dans les années à venir. / Aortic stenosis (AS) is the most prevalent valvular heart disease in developed countries. AS is characterized by progressive fibro-calcific remodelling and thickening of the aortic valve leaflets. In the past years, mineral and bone disorders of chronic kidney disease (CKD) have been identified as key contributors to the development of AS. However, the burden of AS has never been studied in CKD context. Thus, the objective of this master thesis is to describe the temporal trends of AS, according to CKD status and severity, in the Quebec adult population hospitalized for an incident AS, and to compare them to that of a matched control population. We performed a population-based case-control study including 108,780 patients hospitalized for an incident AS and 543,900 age-, sex- and fiscal year-matched patients from 2000 to 2016 in the province of Quebec, Canada. Our results suggested that presence of comorbid CKD is consistently higher in AS compared to non-AS patients. Furthermore, proportion of patients with CKD increased among AS individuals, while it decreased among non-AS individuals between 2000 and 2016. These results suggest that AS is closely related to CKD and that these trends likely reflect inadequate risk factor control in this complex population. From a public health perspective, our results are essential for planning the local health needs and guiding future interventions, and there by improving care delivery, as AS and CKD have the potential to become major health issues over the coming years.

La sténose aortique (SA) constitue la valvulopathie la plus prévalente dans les pays à revenu élevé. Elle est caractérisée par des remaniements fibrocalciques conduisant à un épaississement et une diminution de la mobilité des feuillets de la valve aortique. Dernièrement, le déséquilibre du métabolisme minéral et osseux en insuffisance rénale chronique (IRC) a été identifié comme un contributeur clé au développement de la SA. Toutefois, le fardeau de la SA n'a jamais été spécifiquement étudié en contexte d'IRC. Ainsi, l'objectif de ce mémoire est donc de décrire les tendances temporelles du statut et de la sévérité de l'IRC, dans la population adulte québécoise hospitalisée pour une SA incidente au Québec, et de les comparer à celle d'une population témoin appariée. Nous avons réalisé une étude cas-témoins incluant 108 780 patients hospitalisés pour une SA incidente et 543 900 patients appariés selon l'âge, le sexe et l'année fiscale de 2000 à 2016 dans la province de Québec. D'après nos travaux, la présence d'une maladie rénale chronique est systématiquement plus élevée chez les patients avec SA que chez les patients non atteints de SA. De plus, la proportion de patients atteints d'IRC a augmenté chez les personnes atteintes d'une SA incidente, alors qu'elle a diminué chez les personnes non atteintes de SA entre 2000 et 2016. Ces résultats suggèrent que la SA est étroitement liée à l'IRC et que le contrôle des facteurs de risque de l'IRC est probablement inadéquat dans la population à risque de développer une SA. Du point de vue de la santé publique, nos résultats sont essentiels pour planifier les besoins de santé locaux et orienter les interventions futures dans le but d'améliorer la prestation des soins, car la SA et l'IRC ont le potentiel de devenir des problèmes de santé majeurs dans les années à venir. / Aortic stenosis (AS) is the most prevalent valvular heart disease in developed countries. AS is characterized by progressive fibro-calcific remodelling and thickening of the aortic valve leaflets. In the past years, mineral and bone disorders of chronic kidney disease (CKD) have been identified as key contributors to the development of AS. However, the burden of AS has never been studied in CKD context. Thus, the objective of this master thesis is to describe the temporal trends of AS, according to CKD status and severity, in the Quebec adult population hospitalized for an incident AS, and to compare them to that of a matched control population. We performed a population-based case-control study including 108,780 patients hospitalized for an incident AS and 543,900 age-, sex- and fiscal year-matched patients from 2000 to 2016 in the province of Quebec, Canada. Our results suggested that presence of comorbid CKD is consistently higher in AS compared to non-AS patients. Furthermore, proportion of patients with CKD increased among AS individuals, while it decreased among non-AS individuals between 2000 and 2016. These results suggest that AS is closely related to CKD and that these trends likely reflect inadequate risk factor control in this complex population. From a public health perspective, our results are essential for planning the local health needs and guiding future interventions, and there by improving care delivery, as AS and CKD have the potential to become major health issues over the coming years.

La dégradation des protéines, appelée protéolyse, est un mécanisme essentiel pour le fonctionnement et la survie cellulaire. Elle se fait en grande partie grâce à l’ubiquitination des protéines qui permet au protéasome de les reconnaître et de les cliver. Dans le cadre de ce projet, et ce, à partir de deux cas cliniques, j’ai étudié le rôle la protéine F-box/WD repeat-containing protein 4 (FBXW4) dans ce processus de dégradation. Les patients étaient tous deux atteints d’un syndrome polymalformatif caractérisé par une ectrodactylie appelé split hand/split foot malformation de type 3 (SHFM3) et par une insuffisance rénale chronique. Ils étaient aussi tous deux porteurs d’une mutation P376Q dans FBXW4. Comme on suspectait déjà que FBXW4 appartienne à un complexe d’ubiquitination, nous avons émis l’hypothèse que la mutation affectait l’assemblage de ce complexe et causait ainsi les désordres cliniques identifiés. J’ai donc reproduit cette mutation in vitro ainsi que d’autres à cette position pour en étudier les effets dans le système d’expression des ovocytes de Xenopus laevis. J’ai constaté que FBXW4 était organisé en homomères et que la nature du résidu 376 jouait un rôle dans cet assemblage. J’ai aussi observé que la nature du résidu 376 affectait aussi la liaison de FBXW4 avec Skp1, une autre protéine qui se retrouve dans le complexe. Ces travaux ont ainsi permis d’en arriver aux conclusions suivantes : 1) la mutation des patients affecte l’assemblage oligomérique de FBXW4, 2) elle est donc fort possiblement causale, et 3) elle entraînerait la maladie dû à un désordre de l’ubiquitination de certaines protéines durant le développement. / Protein degradation, also known as proteolysis, is essential for cell function and survival. It is most often achieved through the ubiquitination of proteins, a process that allows the proteasome to recognize and cleave such proteins. In this project, I studied two clinical cases in which the protein F-box/WD repeat-containing protein 4 (FBXW4) was believed to play a role. Both patients suffered from a polymalformative syndrome characterized by an ectrodactyly called type 3 split hand/split foot malformation (SHFM3) and chronic renal failure. Both patients also bore a P376Q mutation in FBXW4. As previous studies was consistent with the possibility that FBXW4 was part of an ubiquitination complex, we hypothesized that the mutation affected the assembly of this complex and resulted in the observed clinical disorders. I therefore reproduced the mutation in vitro among others at this location and characterized the effects of such mutations in Xenopus laevis oocyte expression system. I found that FBXW4 was organized in homooligomers and that the nature of the residue of position 376 played a role in assembly of the FBXW4 containing complex. I also found that the nature of residue 376 affected the binding of FBXW4 to another protein in the complex, that is, to Skp1. These results allow us to draw the following conclusions: 1) the mutation identified affects the oligomeric assembly of FBXW4, 2) it is thus very likely to be causative, and 3) it could cause an ubiquitination disorder in which certain proteins are not properly degraded during development

La maladie rénale chronique (MRC) est caractérisée par une fréquence élevée de complications cardiovasculaires (CV). La rigidité artérielle est un marqueur de la maladie CV, corrélé avec la morbi-mortalité des patients en dialyse chronique. Notre équipe a déjà observé que des modifications structurelles et fonctionnelles des gros troncs artériels apparaissent néanmoins dès les stades précoces de la MRC.Le suivi prospectif d’une large cohorte de patients insuffisants rénaux non dialysés, nous a permis de démontrer que le remodelage artériel s’accentue avec la progression de la MRC, avec notamment une augmentation de la rigidité carotidienne, une diminution de l’épaisseur intima-média, une augmentation du diamètre interne de la carotide et du stress circomférentiel. Notre étude prospective a permis de montrer que le stress circonférentiel est prédictif de la vitesse de dégradation de la fonction rénale, même après ajustement sur les autres facteurs de risque CV et de progression de la MRC. Nous avons également étudié la morbi-mortalité globale et CV en fonction des paramètres artériels mesurés lors de l’inclusion. Après analyse multivariée, il apparaît que la rigidité aortique est corrélée au risque de décès ou de survenue d’un événement CV, alors que le diamètre interne de la carotide est associé à la mortalité globale, même après ajustement sur les facteurs CV classiques. La transplantation rénale permet une amélioration du pronostic CV des patients insuffisants rénaux. Nos études, réalisées sur 2 cohortes prospectives de patients transplantés rénaux ont permis d’objectiver une nette amélioration de la rigidité aortique dans les mois qui suivent la greffe. Nous démontrons par ailleurs que le remodelage artériel est également réversible, avec diminution du diamètre interne, augmentation de l’épaisseur intima-média et correction partielle du stress circonférentiel au niveau de la carotide interne. Cette réversibilité de la rigidité est particulièrement importante chez les receveurs bénéficiant d’une transplantation avec un donneur jeune, et ceci indépendamment du degré d’amélioration la fonction rénale observée dans la période post-greffe.Elle est aussi beaucoup plus marquée chez les patients recevant un greffon rénal provenant d’un donneur vivant.La qualité du greffon, déterminée par l’âge du donneur ou son origine (donneur vivant vs donneur décédé) est donc capitale pour prédire l’amélioration des paramètres artériels chez le receveur et indirectement son pronostic CV à moyen terme. / Chronic Kidney Disease (CKD) is associated with frequent cardiovascular complications. Arterialstiffness is a marker of cardiovascular (CV) disease and is associated with mortality in patients with end-stagerenal disease (ESRD). Our group has previously suggested that a maladaptative arterial remodeling occurs earlyduring CKD, even in patients with mild kidney dysfunction. Our first prospective study was based on a large CKD cohort. Our data confirm that the large arteries modifications, which include increase of carotid stiffness, decrease of intima-media thickness, carotid arterydilatation with enhancement of circumferential wall stress (CWS), worsen during CKD progression. We also showthat initial CWS is associated with the rate of kidney function deterioration, even after adjustment for other CV andCKD risk factors. In addition, we found that aortic stiffness was associated with both the overall survival and therisk of cardiovascular events. The internal carotid diameter is predictive of the overall mortality, after multivariateanalysis. Kidney transplantation reduces the CV risk of ESRD patients. Our 2 prospective studies demonstratethat aortic stiffness can improve during the first year after transplantation. The maladaptative arterial remodelingcan also reverse after transplantation, with a significant reduction of the carotide diameter, an increase of theintima-media thickness and a partial correction of the CWS. The improvement of the aortic stiffness and thereversal of this maladaptative arterial remodeling is particularily important in patients receiving a kidney allograftform a young allograft donor, independently of the post-transplant renal function. The kidney recipients with aliving donor experience a major improvement of their arterial parameters when compared with recipients withdeceased donors, and this difference remains significant after adjustment for other confounding factors. Inconclusion, the quality of the kidney allograft (age and source) may play an important role in the cardiovascularoutcome of the recipient. This advantage could be mediated a beneficial effect of transplantation on centralarteries structure and function.