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Detecting genetic variants in radiation-induced lung disease

Thoracic radiotherapy, a common treatment modality for thoracic cancers, has pulmonary side-effects of either excessive inflammation (alveolitis), or pulmonary fibrosis consisting of uncontrolled deposition of collagen in the lungs, for which no cure exists. Prior knowledge, before radiotherapy, of patients genetically predisposed to fibrosis would improve cancer treatments. Based on the known similarities between human and mouse responses to lung irradiation, we used a murine model to detect molecular pathways, immune mechanisms and genetic variants associated with the development of fibrosis. Through a gene expression study in the lungs of fibrosis-prone C57Bl/6J and alveolitis-prone A/J and C3H/HeJ mice we found that several inflammatory pathways are significantly altered and differentiate between alveolitis- and fibrosis-prone mice and that Cell Adhesion Molecule signaling is the most significantly perturbed pathway in all strains. The differences in fibrosis between inbred mice led us to perform a genome-wide association analysis in a panel of 27 strains. We found several variants in immune genes associated with fibrosis, among which several SNPs upstream of Cell adhesion molecule 1 (Cadm1), a promising potential candidate gene for susceptibility to fibrosis. The role of immunity in lung disease prompted the investigation of mice lacking Tlr2 and/or Tlr4 receptors in response to thoracic irradiation. While Tlr2-/- and Tlr4-/- mice did not differ from C57Bl/6J wildtype, Tlr2,4-/- mice have decreased survival and more severe fibrosis compared to irradiated wildtype animals. Subsequent analyses of lymphocytes infiltrating the lungs after thoracic irradiation revealed the more severe fibrosis in the Tlr2,4-/- strain to be due to increased production of Il6, Tgfβ and Il17 and lack of protective Ifnγ. These studies also showed the pro-fibrotic role of Il17, as Il17-/- mice do not develop the disease. To summarize, in this thesis we identified immune pathways and several candidate genes associated with the presence of fibrosis following thoracic radiation. We also showed that disease development is dictated, in part, by Tlr signaling and disequilibrium between pro- and anti-fibrotic cytokines. / La radiothérapie thoracique, un traitement commun pour les cancers de la cavité thoracique, a des effets secondaires au niveau des poumons: l'inflammation excessive (alvéolite) ou la fibrose pulmonaire qui consiste d'un dépôt incontrôlable de collagène dans les poumons, et pour laquelle aucun traitement n'existe. La connaissance a priori, avant l'administration de la radiothérapie, des patients susceptibles au développement de la fibrose, améliorerait considérablement les traitements du cancer. Étant données les similarités des réponses à la radiation entre l'homme et la souris, nous avons utilisé un modèle murin pour la détection des voies moléculaires, mécanismes immunitaires et des variantes génétiques associés avec le développement de la fibrose pulmonaire. A travers une étude d'expression des gènes sur les poumons des souris susceptibles à la fibrose, C57Bl/6J et à l'alvéolite, A/J and C3H/HeJ, nous avons identifié certaines voies inflammatoires significativement impactées par le traitement et différentient entre les souches susceptibles à la fibrose, et celles succombant à l'alvéolite. Parmi celles-ci, la voie de Signalisation des Molécules d'Adhésion Cellulaire est la plus perturbée dans toutes les souches. Pour déterminer la composante génétique qui détermine les différences en degré de fibrose parmi les souches des souris consanguines, nous avons fait une analyse d'association pan-génomique sur un groupe de 27 souches de souris. Nous avons identifiés plusieurs variants associés à la fibrose, situés dans des gènes immunitaires, parmi lesquels, plusieurs SNPs dans le gène Cadm1 (Cell Adhesion Molecule 1). Étant donné le rôle de l'immunité dans la maladie pulmonaire, nous avons testé la réponse des souris manquant les récepteurs Tlr2 et/ou Tlr4 à la radiation thoracique. Tandis que les souris Tlr2-/- et Tlr4-/- ne diffèrent pas dans leur phénotype de la souche sauvage C57Bl/6J, les souris Tlr2,4-/- succombent plus tôt, a une fibrose plus sévère que les souris sauvages. Des analyses ultérieures sur les lymphocytes qui s'infiltrent dans les poumons à la suite de la radiation, ont démontré que la fibrose plus sévère chez les souris Tlr2,4-/- est due à une production augmentée des cytokines Il6, Il17 et Tgfβ et à l'absence du Ifnγ qui a un rôle protecteur. Ces études ont aussi montré le rôle pro-fibrotique du Il17, étant donné que les souris Il17-/- ne développent pas la maladie. Pour conclure, dans cette thèse nous avons identifié des voies de signalisation immunitaires et plusieurs gènes candidats associés avec la présence de la fibrose suivant la radiation thoracique. Nous avons aussi montré que le développement de la maladie est dicté, en partie, par la voie de signalisation des récepteurs Tlr et aussi par un déséquilibre entre les cytokines pro- et anti-fibrotiques.

Identiferoai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.119560
Date January 2013
CreatorsPaun, Mihaela
ContributorsChristina Haston (Supervisor)
PublisherMcGill University
Source SetsLibrary and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada
LanguageEnglish
Detected LanguageFrench
TypeElectronic Thesis or Dissertation
Formatapplication/pdf
CoverageDoctor of Philosophy (Department of Human Genetics)
RightsAll items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated.
RelationElectronically-submitted theses.

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