La vitamine D (D3 ou cholécalciférol du règne animal et D2 ou ergostérol du règne végétal) est une hormone pléiotrope qui possède de nombreux effets biologiques incluant la régulation du métabolisme du calcium et du phosphate. Chez l’Homme, ce composé est synthétisé au niveau cutané sous forme inactive. On décrit ainsi le métabolisme de la vitamine D qui conduit à la production de métabolites actifs (par les vitamine D 25- et 1α-hydroxylases codées par les gènes CYP2R1 et CYP27B1) et à leur dégradation par la vitamine D 24-hydroxylase (gène CYP24A1). L’expression des vitamine 1α- et 24-hydroxylases est finement et inversement régulée afin de maintenir l’homéostasie phosphocalcique, grâce à plusieurs boucles de rétrocontrôle impliquant entre autres la forme 1,25-dihydroxylée de la vitamine D et son récepteur VDR, la calcémie et la parathormone, la phosphatémie et le FGF23. La carence en vitamine D et les défauts de son activation sont associés à un phénotype de rachitisme, tandis que les excès en vitamine D sont associés à un phénotype d’hypercalcémie-hypercalciurie par intoxication (surdosage) ou hypersensibilité à la vitamine D (excès d’activation ou défaut de dégradation).L’objectif de ce travail de thèse est d’identifier des causes génétiques de dérégulation du métabolisme de la vitamine D et de préciser leurs mécanismes physiopathologiques par une description précise du phénotype associé. Pour ce faire, nous avons utilisé de façon conjointe les outils de la génétique (séquençage nouvelle génération et Sanger) et de la biochimie (dosage des métabolites) dans une cohorte de patients recrutés grâce au centre de référence maladies rares du métabolisme du calcium et du phosphate.Ce travail a permis de préciser le rôle de deux gènes dans les maladies liées à la dérégulation métabolisme de la vitamine D, CYP2R1 et CYP24A1, par la mise en évidence de mutations perte de fonction chez des patients avec un phénotype de rachitisme à 25-hydroxyvitamine D basse et d’hypersensibilité à la vitamine D respectivement. Notre étude a permis aussi de préciser le phénotype de ces affections. Dans la cohorte des patients étudiés, l’identification de mutations de gènes impactant le métabolisme du phosphate (SLC34A1 et SLC34A3), souligne l’intérêt de l’étude des facteurs régulateurs des activités vitamine D 1α- et 24-hydroxylases.Aucune variation significative dans les régions promotrices proximales de CYP27B1 et CYP24A1 n’a été identifiée. Le peu de connaissances sur l’ensemble des éléments régulateurs chez l’Homme n’a pas permis d’approfondir notre étude. L’identification et l’étude de ces éléments régulateurs distaux permettra de déterminer leur implication dans les maladies rares du métabolisme de la vitamine D. / The vitamin D (D3 or cholecalciferol from animal kingdom and D2 or ergosterol from plan kingdom) is a pleiotropic hormone who has numerous biological effects including the regulation of calcium and phosphate metabolism. In humans, this compound is synthetized in skin in an inactive form. Thus, we call vitamin D metabolism the biological process which leads to the production of active metabolites (by enzymes 25- and 1α-hydroxylases encoded by CYP2R1 and CYP27B1 genes) and its degradation by vitamin D 24-hydroxylase (gene CYP24A1). The expression of 1α- and 24-hydroxylases is tightly and inversely regulated to maintain calcium and phosphate homeostasis, thanks to several feedback loops including 1,25-dihydroxyvitamin D and its receptor VDR, serum calcium and parathormone, serum phosphate and FGF23. Vitamin D deficiency and vitamin D activation deficiency are associated with rickets, while vitamin D excess are associated with hypercalcemia-hypercalciuria due to vitamin D intoxication (overdose) or hypersensitivity to vitamin D (activation excess or degradation deficiency).Our aim is to identify genetic causes of vitamin D metabolism deregulation and to specify pathophysiologic mechanisms describing phenotype. Thus, we jointly used the tools of genetics (next-generation and Sanger sequencing) and biochemistry (vitamin D metabolites assay) in a cohort of human patients ascertained thanks to the national center for rare diseases of calcium and phosphate metabolism.This work allowed us to specify the role of two genes in diseases of vitamin D metabolism, CYP2R1 and CYP24A1, showing loss of function mutations in patients with rickets and low 25-hydroxyvitamin D and hypersensitivity to vitamin D, respectively. Our study brought new phenotypic elements in these affections. In our cohort of patients, the identification of mutations leading to phosphate deregulation (in SLC34A1 and SLC34A3) highlights the putative role of regulators of vitamin D 1α- and 24-hydroxylases activities in pathophysiology.No significant variation have been identified in the proximal promoting regions of CYP27B1 and CYP24A1. We could not go further considering the lack of knowledge in regulating regions and factors in humans. Identifying distal regulators will allow to study their implication in rare diseases of vitamin D metabolism.

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

Les objectifs de ce travail étaient d'évaluer les effets de l'uranium appauvri (UA) ou enrichi (UE) et du césium 137 (137Cs) sur le métabolisme de la vitamine D au niveau du foie, du rein et du système nerveux central chez le rat. Une exposition chronique à de faibles doses d'UA ou de 137Cs diminue le taux de vitamines D active (1,25(OH)2D3) et entraîne des modifications moléculaires des enzymes de types cytochromes P450 (CYPs) impliqués dans ce métabolisme et des récepteurs nucléaires associés. Nous avons démontré qu'une contamination à l'UA et à l'UE affectent de la même manière l'expression de VDR (vitamin D receptor) et de RXRalpha (retinoic X receptor alpha) et par conséquent peuvent moduler l'expression des gènes cibles de la vitamine D impliqués dans le transport du calcium au niveau rénal (ecac 1, Epithelials Ca2+ channel 1 et cabp-d28k, Calbindin-D28K). Ces résultats suggèrent que ces effets sont dus à la toxicité chimique de l'uranium. A l'inverse, les principales cibles moléculaires du 137Cs sont les CYPs qui sont impliquées dans la biosynthèse de la vitamine D (CYP2R1, CYP27B1) au niveau du foie et du système nerveux

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Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

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Les leucémies aiguës myéloblastiques (LAM) sont un groupe hétérogène de pathologies malignes représentant environ 70% des leucémies aiguës. Il existe une prolifération, dans le cadre des LAM de cellules immatures appartenant à la lignée myéloïde appelées myéloblastes ou communément blastes. Les traitements actuels reposent essentiellement sur la chimiothérapie antimitotique. L’homéostasie du fer est une cible dans le traitement des LAM en induisant la différentiation des blastes. Le mécanisme implique la modulation des ROS. Leur action est synergique avec celle de la Vitamine D (VD) au travers de l’activation de la voie des MAPK. Cette association a été utilisée chez plusieurs patients avec succès permettant un doublement de leur espérance de vie. Nous avons ensuite montré que l’expression du récepteur expression vitamine D (VD) est altérée dans les états indifférenciés / immatures sous-types de LAM et que la diminution de l'expression du VDR et de ces gènes cibles est corrélée à un mauvais pronostic chez les patients. Le mécanisme moléculaire entraînant le blocage de l'expression VDR implique la méthylation de son promoteur. Les souris invalidées pour le VDR ont une expansion du compartiment des cellules souches hématopoïétiques demeurant à un état quiescent ainsi qu’une diminution des niveaux du stress oxydatif en leur sein. En outre, la transformation maligne des cellules déficientes en VDR a abouti à une différenciation myéloïde limitée, à l'augmentation du nombre de progéniteurs hématopoïétiques précoces et ces cellules présentaient un potentiel d'auto-renouvellement accru et étaient résistantes aux inhibiteurs de la méthyltransférase et à la chimiothérapie. Enfin, l'induction de l'expression du VDR dans les modèles de LAM par un traitement combinant des agents de déméthylation et les agonistes de VDR a permis de diminuer la séminalité, de promouvoir la différenciation cellulaire, de bloquer la croissance tumorale et de restaurer la sensibilité à la chimiothérapie. Par conséquent, nous proposons que le VDR est un gène maître contrôlant la séminalité et la prolifération / différenciation cellulaire des cellules souches hématopoïétiques normales et leucémiques. Ainsi, la combinaison d'agents déméthylants et d’agonistes de VDR pourrait à l’avenir être proposée en thérapeutique pour traiter les LAM. / Acute myeloid leukemia (AML) is a heterogeneous group of malignancies representing approximately 70% of acute leukemias. There is a proliferation of immature cells belonging to the myeloid lineage commonly called myeloblasts or blasts. Current treatments are mainly based on antimitotic chemotherapy. Iron homeostasis is a target for the treatment of AML blasts inducing cell differentiation. The mechanism involves the modulation of ROS. Their action is synergistic with that of Vitamin D (VD) through the activation of MAPK. This association has been used successfully in several patients for a doubling of life expectancy. Then, we show that Vitamin D receptor (VDR) expression was impaired in undifferentiated/immature AML subtypes and that decreased expression of VDR and VDR-targeted genes was correlated with a negative prognosis of patients. Molecular mechanism resulting in the blockade of VDR expression involved VDR promoter methylation. VDR-deficient mice showed an expansion of the hematopoietic stem cell compartment which presented an improved quiescent status and decreased ROS levels that have been shown to be involved in both AML differentiation and stem cells longevity. Moreover, malignant transformation of VDR-deficient cells resulted in limited myeloid differentiation, increased numbers of early hematopoietic progenitors and those cells presented an enhanced self-renewal potential and were resistant to DNA methyltransferase inhibitors and to chemotherapy. Finally, induction of VDR expression in AML models by combined treatment of demethylating agents and VDR agonists decreased stemness, promoted cell differentiation, blocked tumor propagation and restored sensitivity to chemotherapy. Therefore, we propose that VDR is a master gene controlling stemness and proliferation/cell differentiation of normal hematopoietic stem cells and leukemic cells. Thus, combination of demethylation agents and VDR agonists may be used therapeutically to treat AML.

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Doctorat en sciences médicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished