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

La neuroplasticité (NP), définie comme la capacité du système nerveux à s’adapter aux changements environnementaux, est un phénomène intrinsèque au fonctionnement cérébral et essentiel à son homéostasie. La NP est par définition impliquée dans toutes les maladies du cerveau dont les troubles psychiatriques. Différents troubles psychiatriques peuvent être utilisés comme autant de modèles pour étudier les différentes facettes de la NP de façon translationnelle : du moléculaire au comportemental permettant alors d'améliorer la compréhension de la régulation de la NP et de son implication dans l'étiopathogénie des troubles psychiatriques et de leurs traitements.La neuroplasticité individu-dépendante−La NP individu-dépendante permet de concevoir les gènes impliqués dans les troubles psychiatriques comme des gènes de sensibilité à l’environnement plutôt que comme des gènes de vulnérabilité aux maladies. Ainsi, tous les sujets n’ont pas la même sensibilité à l’environnement. Si l'on considère les gènes de vulnérabilité aux maladies comme des gènes de sensibilité à l’environnement, également appelés gènes de plasticité, les individus qui les portent présentent logiquement une susceptibilité plus grande à l'environnement qu'il soit "négatif" (ex.: maltraitance infantile) ou "positif" (ex.: environnement enrichissant). Ce concept a été proposé dans un modèle intégratif d'un trouble psychiatrique très fréquent: le trouble de personnalité borderline.La neuroplasticité âge-dépendante−La NP opère tout au long de la vie mais est régulée différemment selon les périodes de développement. Ces modifications liées à l’âge sont non seulement quantitatives (nombre de neurones impliqués) mais également qualitatives (type de modification). La régulation neuroplastique est donc dépendante de l'âge et entraine des conséquences comportementales différentes selon l'âge de survenue d'un évènement ou d'une expérience. La dimension âge-dépendante de la NP permet d'apporter un nouveau regard sur l'étiopathogénie des troubles psychiatriques, notamment sur les liens entre le trouble de personnalité borderline (TPB) et l’état de stress post-traumatique. Nous avons réalisé une étude génétique d'association, avec réplication interne, sur des gènes impliqués dans la régulation de l'axe du stress dans le TPB d'après l'hypothèse que le TPB et le PTSD constitueraient une seule et même entité dont la principale différence étiologique serait l'âge de survenue du traumatisme.La neuroplasticité symptôme dépendante−Les modifications neuroplastiques chez des sujets adultes sains ont été mises en évidence dans plusieurs types de situations. L'aspect adaptatif de la NP peut également être impliqué dans la pathogenèse d'un trouble, on parle d'adaptation plastique à la pathologie. Cet aspect a été étudié dans un symptôme psychiatrique fréquent : l'hallucination, définie comme une perception sans objet et nous avons proposé la première étude de neuroimagerie multimodale chez des patients souffrant de schizophrénie présentant des hallucinations visuelles. L'objectif de cette étude était d'étudier la connectivité du complexe hippocampique (HC) selon la modalité hallucinatoire, i.e. auditive ou visuelle dans deux groupes de patients souffrant de schizophrénie: un groupe avec uniquement des hallucinations auditives (AH) et un groupe avec des hallucinations audio-visuelles. Des différences de connectivité ont été mises en évidence sur la voie mésolimbique et entre aires visuelles et complexe hippocampique. La présence d’hallucinations visuelles est également associée à des modifications plastiques du volume et de la forme de l’hippocampe et nos résultats sont compatibles avec des modifications symptômes-dépendantes de cette structure. [...] / The study of the neuroplasticity (NP) has been emphasized to improve the comprehension of pathophysiology of psychiatric disorders, including biomarkers for predicting and monitoring treatment response. NP can be defined as the ability of the nervous system to respond to intrinsic or extrinsic stimuli by reorganizing its structure, function and connections and can be described from a translational perspective at many levels, from molecular to cellular to systems to behaviour. Psychiatric disorders are characterized by a high degree of heterogeneity (pathophysiological, etiologic and clinical levels) which can be conceived as an advantage when examined from the perspective of the NP. In fact, psychiatric disorders can be used as models to study the different aspects of the NP.Individual-dependent plasticity−The lack of susceptibility genes related to several psychiatric disorders may be due to tendency to look for genetic effects on disease rather than genetic effects on vulnerability to environmental causes of disease. In fact, \\\"vulnerability genes\\\" may function more like \\\"plasticity genes\\\", resulting in greater susceptibility of individuals to both positive (e.g., environmental support and enrichment) and negative (e.g., childhood maltreatment) facets of environmental experiences. This concept has been proposed in an integrative model of a frequent psychiatric disorder : the borderline personality disorder (BPD). Age-dependent plasticity−There are qualitatively and quantitatively different changes in the brain in re¬sponse to what appears to be the same experience at dif¬ferent ages. This aspect of NP has been studied by using the \\\"Borderline Personality or Complex Posttraumatic Stress Disorder controversy\\\" with a genetic association study, with independent replication, on genes associated with the physiological response to stress in the hypothalamic–pituitary–adrenal (HPA) axis. Symptom-dependent plasticity−Adaptative neuroplastic modifications in the structure and function of the human brain in response to environmental demands have been showed in numerous situations in healthy controls. Interestingly, NP have also been associated to adaptation to pathology in several psychiatric disorders. A recent example has been provided by the study of visual hallucinations in schizophrenia patients. Hallucinations can be defined as perceptions in the absence of external stimuli. In schizophrenia, hallucinations constitute the most typical and disabling symptoms of the disorder and may manifest in all sensory modalities. Several MRI findings support the hypothesis that distinct patterns of connectivity, particularly within networks involving the hippocampal complex (HC), could be associated with different hallucinatory modalities. The aim of our study was to investigate HC connectivity as a function of the hallucinatory modality, i.e., auditory or visual in two carefully selected subgroups of schizophrenia patients with only auditory hallucinations (AH) or with audio-visual hallucinations (A+VH). Hippocampal volume and shape analysis showed localized hippocampal hypertrophy in the A+VH group. These structural findings indicate that plastic changes are associated with hallucinations. Indeed, the hippocampus is capable of plastic deformation, and the present findings are consistent with experience-dependent shape modifications of the hippocampus that involve mechanical tension along the axon.This PhD thesis highlights several arguments that the NP perspective provide new insights to the pathophysiology, to improve and emphasize therapeutic innovation of psychiatric disorders.

Les structures protéiques sont de nature hautement dynamique contrairement à leur représentation dans les structures cristallines. Une composante majeure de la dynamique structurelle est la flexibilité des protéines inhérentes. L'objectif principal de cette thèse est de comprendre le rôle de la dynamique inhérente dans les structures protéiques et leur propagation. La flexibilité des protéines est analysée à différents niveaux de complexité structurelle, du niveau d'organisation primaire au niveau quaternaire. Chacun des cinq premiers chapitres traite un niveau différent d'organisation structurelle locale avec le premier chapitre traitant des structures secondaires classiques tandis que le second analyse la même chose en utilisant un alphabet structurel - les blocs protéiques. Le troisième chapitre se concentre sur l'impact d'événements physiologiques spéciaux comme les modifications post-traductionnelles et le désordre sur les transitions d'ordre sur la flexibilité des protéines. Ces trois chapitres indiquent une mise en œuvre dépendante du contexte de la flexibilité structurelle dans leur environnement local. Dans les chapitres suivants, des structures plus complexes sont prises en compte. Le chapitre 4 traite de l'intégrine αIIbβ3 impliquée dans des troubles génétiques rares. L'impact des mutations pathologiques sur la flexibilité locale est étudié dans deux domaines rigides de l'intégrine αIIbβ3 ectodomaine. La flexibilité inhérente dans ces domaines est montrée pour moduler l'impact des mutations vers les boucles. Le chapitre 5 traite de la modélisation structurelle et de la dynamique d'une structure protéique plus complexe du récepteur des chimiokines des antigènes du groupe Duffy incorporé dans un système de membrane mimétique érythrocytaire. Le modèle est soutenu par l'analyse phylogénétique la plus complète sur les récepteurs de chimiokines jusqu'à ce jour, comme expliqué dans le dernier chapitre de la thèse. / Protein structures are highly dynamic in nature contrary to their depiction in crystal structures. A major component of structural dynamics is the inherent protein flexibility. The prime objective of this thesis is to understand the role of the inherent dynamics in protein structures and its propagation. Protein flexibility is analyzed at various levels of structural complexity, from primary to quaternary levels of organization. Each of the first five chapters’ deal with a different level of local structural organization with first chapter dealing with classical secondary structures while the second one analysis the same using a structural alphabet - Protein Blocks. The third chapter focuses on the impact of special physiological events like post-translational modifications and disorder to order transitions on protein flexibility. These three chapters indicate towards a context dependent implementation of structural flexibility in their local environment. In subsequent chapters, more complex structures are taken under investigation. Chapter 4 deals with integrin αIIbβ3 that is involved in rare genetic disorders. Impact of the pathological mutations on the local flexibility is studied in two rigid domains of integrin αIIbβ3 ectodomain. Inherent flexibility in these domains is shown to modulate the impact of mutations towards the loops. Chapter 5 deals with the structural modelling and dynamics of a more complex protein structure of Duffy Antigen Chemokine Receptor embedded in an erythrocyte mimic membrane system. The model is supported by the most comprehensive phylogenetic analysis on chemokine receptors till date as explained in the last chapter of the thesis.

Ce projet de maîtrise vise à décrire les phénotypes cliniques des patientes diagnostiquées pour un cancer de l'ovaire de type épithélial afin de soutenir la génomique fonctionnelle. Pour réaliser ce projet de recherche, quatre objectifs ont été réalisés : 1) proposer un modèle conceptuel décrivant les phénotypes cliniques des patientes à partir de données médicales enregistrées dans un entrepôt de données cliniques ; 2) à partir du modèle conceptuel, créer deux outils informatiques, dont l'un, le Master Specimen File (MSF) qui extrait des variables du modèle conceptuel issues des rapports de chirurgie et de pathologie des patientes (p. ex. histologie, stade, grade, etc.) afin de confirmer leurs diagnostics et de décrire leurs tissus de recherche selon des caractéristiques tissulaires, cellulaires et moléculaires. L'autre, le Clinical Response Database (CRD) , permet de visualiser d'autres variables (p. ex. traitements, résultats d'imagerie médicale et marqueurs tumoraux) pour déterminer l'ordre des traitements, les réponses aux traitements ainsi que les survies des patientes; 3) utiliser les deux outils informatiques au Centre hospitalier universitaire de Sherbrooke (CHUS) pour décrire les phénotypes cliniques de patientes recrutées pour le Laboratoire de génomique fonctionnelle de l'Université de Sherbrooke (LGFUS) ; et 4) réanalyser les résultats d'une étude publiée en 2009 par le LGFUS en effectuant un nouveau regroupement des patientes selon leurs phénotypes cliniques. L'utilisation des outils informatiques au CHUS a permis de décrire les phénotypes cliniques de 106 patientes diagnostiquées pour un cancer de l'ovaire de type épithélial. Ces outils ont permis de sélectionner les patientes dont les phénotypes cliniques correspondent à des critères de sélection établis par le LGFUS. Cette sélection a permis d'effectuer la réanalyse des résultats d'une étude génomique et de constater que les patientes ayant des phénotypes cliniques hétérogènes ont des moyennes de ratio d'événements d'épissage alternatif de gènes statistiquement différentes. De plus, cette reanalyse a permis d'obtenir de nouveaux résultats statistiquement significatifs et d'apporter de nouvelles hypothèses concernant le gène CDCA1 dans le cadre du cancer de l'ovaire de type épithélial.

Le complexe Scc2-Scc4 est essentiel pour l’association du complexe cohésine sur l’ADN. Les proteines Cohésine génèrent la cohésion entre les chromatides sœurs, ce qui est essentiel pour la ségrégation des chromosomes. Scc2 (également connu sous le nom NIPBL) est muté chez les patients atteints du syndrome de Cornelia de Lange, une maladie multi-organique caractérisée par des anomalies du développement du visage, de la developpement mental cardiaque et du tractus gastro-intestinal. Comment les mutations localisées au niveau du gène codant pour la proteine Scc2 conduisent à des anomalies du développement chez les patients n’a pas encore été élucidé. Une des hypothèses est que la liaison de Scc2 / cohésine à différentes régions du génome a une incidence sur la transcription. Chez la levure de bière, il a été montre que Scc2 se lie aux genes transcrits par l'ARN Pol III (les ARNt et spliceosomals) , ainsi qu‘aux gènes transcrits par l'ARN Pol II codant pour des petits ARN nucléolaires et nucléaires (snARN et snoARNs ) et des gènes de protéines ribosomiques. Nous rapportons ici que Scc2 est important pour l'expression de ces gènes. Scc2 et le régulateur transcriptionnel Paf1 collaborent pour promouvoir la production de Box H / ACA snoARNs qui guident la pseudouridylation des ARN y compris l'ARN ribosomal. Une mutation de Scc2 a été associée à des défauts dans la production d'ARN ribosomal, la biogenèse des ribosomes, et del’épissage. Alors que le mutant Scc2 n'a pas de défaut général de la synthèse protéique, il montre un déphasage accrue et une réduction de l’utilisation du site interne d'entrée ribosomale (IRES)/ coiffe-indépendante. Ces résultats suggèrent que Scc2 favorise normalement un programme d'expression génétique qui prend en charge la fidélité de la traduction. Nous émettons l'hypothèse que le dysfonctionnement de traduction peut contribuer au syndrome de Cornelia de Lange, qui est causé par des mutations dans Scc2. / The Scc2-Scc4 complex is essential for loading the cohesin complex onto DNA. Cohesin generates cohesion between sister chromatids, which is critical for chromosome segregation. Scc2 (also known as NIPBL) is mutated in patients with Cornelia de Lange syndrome, a multi-organ disease characterized by developmental defects in head, limb, cognition, heart, and the gastrointestinal tract. How mutations in Scc2 lead to developmental defects in patients is yet to be elucidated. One hypothesis is that the binding of Scc2/cohesin to different regions of the genome will affect transcription. In budding yeast, Scc2 has been shown to bind to RNA Pol III transcribed genes (tRNAs, and spliceosomal), as well as RNA Pol II-transcribed genes encoding small nuclear and nucleolar RNAs (snRNAs and snoRNAs) and ribosomal protein genes. Here, we report that Scc2 is important for gene expression. Scc2 and the transcriptional regulator Paf1 collaborate to promote the production of Box H/ACA snoRNAs which guide pseudouridylation of RNAs including ribosomal RNA. Mutation of Scc2 was associated with defects in the production of ribosomal RNA, ribosome biogenesis, and splicing. While the scc2 mutant does not have a general defect in protein synthesis, it shows increased frameshifting and reduced internal ribosomal entry site (IRES) usage/cap-independent translation. These findings suggest Scc2 normally promotes a gene expression program that supports translational fidelity. We hypothesize that translational dysfunction may contribute to the human disorder Cornelia de Lange syndrome, which is caused by mutations in Scc2.

Les systèmes de santé "apprenants" (SSA) présentent une approche complémentaire et émergente aux problèmes de la recherche translationnelle en couplant de près les soins de santé, la recherche et le transfert de connaissances. Afin de permettre un flot d’informations cohérent et optimisé, le système doit se doter d’une plateforme intégrée de partage de données. Le travail présenté ici vise à proposer une approche de partage de données unifiée pour les SSA. Les grandes approches d’intégration de données sont analysées en fonction du SSA. La sémantique des informations cliniques disponibles dans les sources biomédicales est la résultante des connaissances des modèles structurelles des sources mais aussi des connaissances des modèles terminologiques utilisés pour coder l’information. Les mécanismes de la plateforme unifiée qui prennent en compte cette interdépendance sont décrits. La plateforme a été implémentée et testée dans le cadre du projet TRANSFoRm, un projet européen qui vise à développer un SSA. L’instanciation du modèle de médiation pour le projet TRANSFoRm, le Clinical Data Integration Model est analysée. Sont aussi présentés ici les résultats d’un des cas d’utilisation de TRANSFoRm pour supporter la recherche afin de donner un aperçu concret de l’impact de la plateforme sur le fonctionnement du SSA. Au final, la plateforme unifiée d’intégration proposée ici permet un niveau d’expressivité suffisant pour les besoins de TRANSFoRm. Le système est flexible et modulaire et le modèle de médiation CDIM couvre les besoins exprimés pour le support des activités d’un SSA comme TRANSFoRm. / Learning health systems (LHS) are gradually emerging and propose a complimentary approach to translational research challenges by implementing close coupling of health care delivery, research and knowledge translation. To support coherent knowledge sharing, the system needs to rely on an integrated and efficient data integration platform. The framework and its theoretical foundations presented here aim at addressing this challenge. Data integration approaches are analysed in light of the requirements derived from LHS activities and data mediation emerges as the one most adapted for a LHS. The semantics of clinical data found in biomedical sources can only be fully derived by taking into account, not only information from the structural models (field X of table Y), but also terminological information (e.g. International Classification of Disease 10th revision) used to encode facts. The unified framework proposed here takes this into account. The platform has been implemented and tested in context of the TRANSFoRm endeavour, a European project funded by the European commission. It aims at developing a LHS including clinical activities in primary care. The mediation model developed for the TRANSFoRm project, the Clinical Data Integration Model, is presented and discussed. Results from TRANSFoRm use-cases are presented. They illustrate how a unified data sharing platform can support and enhance prospective research activities in context of a LHS. In the end, the unified mediation framework presented here allows sufficient expressiveness for the TRANSFoRm needs. It is flexible, modular and the CDIM mediation model supports the requirements of a primary care LHS.

Nous proposons dans ce travail une analyse multidimensionnelle du vieillissement langagier normal et du vieillissement pathologique de type Alzheimer. Une analyse comparative du discours oral spontané a été réalisée à travers trois niveaux linguistiques : 1) le niveau phonético-phonologique ; 2) le niveau lexico-sémantique ; 3) le niveau syntaxique. Nos résultats révèlent que le discours produit par les patients atteints de la maladie d’Alzheimer se distingue de celui des personnes âgées saines par une parole disfluente, une réduction significative de la diversité du vocabulaire et de l’informativité du discours, et enfin, par une réduction remarquable de la complexité syntaxique. L’ensemble de nos résultats entend contribuer à améliorer notre connaissance de la sémiologie linguistique de la maladie d’Alzheimer. Nous montrons ainsi qu’une meilleure connaissance des troubles du langage associés à cette pathologie pourrait contribuer de façon pertinente à améliorer le diagnostic précoce et/ou différentiel de la maladie d’Alzheimer. Du point de vue applicatif, l’enjeu de cette recherche translationnelle vise l’élaboration d’un outil d’évaluation du langage adapté à la personne âgée démente. A travers ce travail de thèse, nous espérons avoir contribué au développement futur d’une prise en charge non médicamenteuse de type orthophonique visant le maintien, voire l’amélioration, de la capacité communicative des patients souffrant de la maladie d’Alzheimer. / This study deals with a multidimensional analysis of language attrition in normal aging and in Alzheimer’s disease. A comparative analysis of spontaneous speech was conducted through three linguistic levels : 1) the phonetic-phonological level ; 2) the lexical-semantic level ; 3) the syntactic level. Our results show that the discourse produced by Alzheimer patients differs significantly from that produced by healthy elderly by a more disfluent speech, a significant reduction of the vocabulary diversity and discourse informativeness, and finally, by a remarkable reduction in syntactic complexity. Our results contribute to understand better the linguistic profile of Alzheimer’s patients. We show that a better understanding of language disorders associated with this pathology may contribute in a meaningful way to improve early and / or differential diagnosis of Alzheimer’s disease. In term of application, the goal of this research is to develop a language assessment tool adapted to the demented elderly. Through this work we hope to have contributed to the further development of speech therapy (i.e. non-pharmacological treatment) useful for the maintenance or improvement of the communicative capacity of patients suffering from Alzheimer’ disease.

Nous proposons dans ce travail une analyse multidimensionnelle du vieillissement langagier normal et du vieillissement pathologique de type Alzheimer. Une analyse comparative du discours oral spontané a été réalisée à travers trois niveaux linguistiques : 1) le niveau phonético-phonologique ; 2) le niveau lexico-sémantique ; 3) le niveau syntaxique. Nos résultats révèlent que le discours produit par les patients atteints de la maladie d'Alzheimer se distingue de celui des personnes âgées saines par une parole disfluente, une réduction significative de la diversité du vocabulaire et de l'informativité du discours, et enfin, par une réduction remarquable de la complexité syntaxique. L'ensemble de nos résultats entend contribuer à améliorer notre connaissance de la sémiologie linguistique de la maladie d'Alzheimer. Nous montrons ainsi qu'une meilleure connaissance des troubles du langage associés à cette pathologie pourrait contribuer de façon pertinente à améliorer le diagnostic précoce et/ou différentiel de la maladie d'Alzheimer. Du point de vue applicatif, l'enjeu de cette recherche translationnelle vise l'élaboration d'un outil d'évaluation du langage adapté à la personne âgée démente. A travers ce travail de thèse, nous espérons avoir contribué au développement futur d'une prise en charge non médicamenteuse de type orthophonique visant le maintien, voire l'amélioration, de la capacité communicative des patients souffrant de la maladie d'Alzheimer.

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L’amélioration du développement du médicament est un véritable défi et ceci encore plus dans le domaine de l’oncologie dans lequel le besoin d’avoir de nouvelles alternatives thérapeutiques est primordial. De plus, on note que le taux d’approbation des nouveaux anticancéreux après leur entrée en phase 1 fait partie des plus bas taux de toutes les aires thérapeutiques. De ce fait, ce processus doit être amélioré et l’utilisation de nouvelles approches faisant le lien entre développement préclinique et clinique par anticipation des propriétés pharmacocinétiques et d’efficacité pourrait être une perspective intéressante.L’objectif de ce travail est l’élaboration de stratégies basées sur la modélisation mathématique de données précliniques in vivo et in vitro afin d’anticiper le comportement chez l’homme d’un nouvel inhibiteur de bcl-2 développé par les Laboratoires Servier pour soutenir le développement clinique. Ce projet a été mené suivant différentes étapes :Premièrement, un modèle semi-mécanistique décrivant le mode d’action de la molécule a été établi chez la souris.Une stratégie d’extrapolation inter-espèces des caractéristiques PK utilisant la modélisation PBPK a été effectuée afin d’anticiper les profils temps-concentration chez l’homme.Des stratégies d’extrapolation de la partie PD basées sur différentes hypothèses ont été proposées pour prédire une efficacité chez l’homme et des doses à tester lors de l’étude clinique.Les prédictions obtenues ont ainsi été comparées aux résultats cliniques issus de la première étude réalisée chez l’homme confirmant le caractère utile de telles approches et la supériorité des stratégies bâties à l’aide de concepts semi-mécanistiques par rapport aux approches plus empiriques.Ce projet souligne donc le grand intérêt d’élaborer des approches translationnelles inter-espèces durant le développement du médicament et pourrait favoriser leur utilisation afin d’accélérer le développement de nouvelles entités, diminuant ainsi les risques d’échecs ainsi que les coûts financiers / Improvement of drug development is a very challenging question and even more in the field of oncology wherein the need for new medicines is crucial. In addition, the rate of approval for anticancer drugs after entry in phase I clinical trial was reported as one of the lowest of all therapeutic areas. Thereby, this process has to be improved, and the use of new approaches fulfilling the gap between preclinical and clinical settings by anticipating human pharmacokinetics and efficacy could be an interesting solution.The work is focused on the building of strategies based on mathematical modeling of in vivo and in vitro preclinical data to anticipate the behavior of a new bcl-2 inhibitor developed by Servier laboratories in human to support clinical development. This project was elaborated following different steps:Firstly, a semi-mechanistic relationship was established in mice to describe the mechanism of action of the compound.PK extrapolation strategy using PBPK modeling was performed to anticipate human concentration-time profiles.PD extrapolation strategies based on different assumptions were proposed to predict human efficacy and doses to be tested in clinical trial.Predictions obtained were consequently compared to clinical results from a First in Human study confirming the usefulness of such approaches and the superiority of mechanism-based strategies compared to more empirical approaches.Therefore, this project highlights the large interest of elaborating interspecies translational approaches during drug development and could promote their use to accelerate new entities development, decreasing the risks of failure and financial costs.