Markers of iron metabolism and metabolic syndrome in Swiss adults

Plusieurs études populationnelles ont montré l'existence d'une association entre des taux sanguins élevés de transferrine et le syndrome métabolique (SM). Bien que cette association soit bien établie, restent encore à être décrites les associations entre le SM et les autres marqueurs sanguins du métabolisme du fer, tels que le fer, la transferrine (Tsf), la capacité totale de fixation de la transferrine (CTF) ou la saturation de la transferrine (SaTsf) sanguins. Le but de notre étude a été d'identifier les associations entre les différents marqueurs du métabolisme du fer (fer, ferritine, Tsf, CTF et SaTsf) et le SM. Les données de l'étude CoLaus, récoltées entre 2003 et 2006, ont été utilisées. Le SM était défini selon les critères du National Cholesterol Education Program Adult Panel III. L'analyse statistique a été faite en stratifiant selon le genre ainsi que le status ménopausal chez les femmes. Des 6733 participants, 1235 (18%) ont été exclus de fait d'absence de données concernant les variables qui nous intéressaient, ou chez qui nous avons soupçonné une possible hémochromatose non diagnostiquée (SaTsf> 50%). Des 5498 participants restant (âge moyen ± écart-type: 53 ± 11 ans), 2596 étaient des hommes, 1285 des femmes pré- et 1617 des femmes postménopausées. La prévalence du SM était de 29,4% chez les hommes, 8,3% et 25,5% chez les femmes pré- et postménopausées, respectivement. Dans les trois groupes, la prévalence du SM était la plus haute dans les quartiles les plus élevés de ferritine, Tsf et CTF, ainsi que dans le quartile le plus bas de SaTsf. Après ajustement sur l'âge, l'indice de masse corporelle, la protéine C réactive, la consommation de tabac et/ou d'alcool, la prise de suppléments en fer et les marqueurs hépatiques, l'appartenance au quartile le plus élevé de ferritine, Tsf ou CTF était associée à un risque plus important de SM chez les hommes et les femmes postménopausées : Odds ratio (OR) et [intervalle de confiance à 95%] pour la ferritine 1.44 [1.07-1.94] et 1.47 [0.99-2.17]; pour la Tsf et la CTF, OR=1.43 [1.06-1.91] et 2.13 [1.44-3.15] pour les hommes et les femmes postménopausées, respectivement. Au contraire, l'appartenance au quartile le plus élevé de la SaTsf était associé à un risque moins important de SM: OR=0.77 [0.57-1.05] et 0.59 [0.39-0.90] pour les hommes et les femmes postménopausées, respectivement. Il n'y avait aucune association entre les marqueurs sanguins du métabolisme du fer et le SM chez les femmes préménopausées, ni entre le fer sanguin et le SM chez les trois groupes. En conclusion, la majorité des marqueurs sanguins du métabolisme du fer, mais pas le fer lui-même, sont associés de manière indépendante au SM chez les hommes et les femmes postménopausées. -- Context: Excessive iron storage has been associated with metabolic syndrome (MS). Objective: To assess the association between markers of iron metabolism and MS in a healthy population. Design: Cross-sectional study conducted between 2003 and 2006. Setting: Population-based study in Lausanne, Switzerland. Patients: 5,498 participants aged 35-75 years, stratified by sex and menopausal status. Participants with transferrin saturation (TSAT) >50% were excluded. Intervention: None. Main Outcome Measures: serum iron, ferritin, transferrin, total iron binding capacity (TIBC) and TSAT. MS was defined according to ATP-III criteria. Results: Prevalence of MS was 29.4% in men, 8.3% in premenopausal and 25.5% in postmenopausal women. On bivariate analysis, the highest prevalence of MS occurred in the highest quartiles of serum ferritin, transferrin and TIBC, and in the lowest quartile of TSAT. After multivariate adjustment for age, body mass index, C-reactive protein, smoking, alcohol, liver markers and iron supplementation, men and postmenopausal women in the highest quartile of serum ferritin, transferrin and TIBC had a higher risk of presenting with MS: for ferritin, Odds ratio and [95% CI]=1.44 [1.07-1.94] for men and 1.47 [0.99-2.17] for postmenopausal women; for transferrin and TIBC, OR=1.43 [1.06-1.91] and 2.13 [1.44-3.15], Participants in the highest quartile of TSAT had a lower risk of MS: OR=0.77 [0.57-1.05] for men and 0.59 [0.39-0.90] for postmenopausal women. No association was found between iron and MS and between markers of iron metabolism and MS in premenopausal women. Conclusion: Ferritin, transferrin, TIBC are positively and TSAT is negatively associated with MS in men and postmenopausal women.

Functional impact of genetic variation on gene expression

Numerous links between genetic variants and phenotypes are known and genome-wide association studies dramatically increased the number of genetic variants associated with traits during the last decade. However, how changes in the DNA perturb the molecular mechanisms and impact on the phenotype of an organism remains elusive. Studies suggest that many traitassociated variants are in the non-coding region of the genome and probably act through regulation of gene expression. During my thesis I investigated how genetic variants affect gene expression through gene regulatory mechanisms. The first chapter was a collaborative project with a pharmaceutical company, where we investigated genome-wide copy number variation (CNVs) among Cynomolgus monkeys (Macaca fascicularis) used in pharmaceutical studies, and associated them to changes in gene expression. We found substantial copy number variation and identified CNVs linked to tissue-specific expression changes of proximal genes. The second and third chapters focus on genetic variation in humans and its effects on gene regulatory mechanisms and gene expression. The second chapter studies two human trios, where the allelic effects of genetic variation on genome-wide gene expression, protein-DNA binding and chromatin modifications were investigated. We found abundant allele specific activity across all measured molecular phenotypes and show extended coordinated behavior among them. In the third chapter, we investigated the impact of genetic variation on these phenotypes in 47 unrelated individuals. We found that chromatin phenotypes are organized into local variable modules, often linked to genetic variation and gene expression. Our results suggest that chromatin variation emerges as a result of perturbations of cis-regulatory elements by genetic variants, leading to gene expression changes. The work of this thesis provides novel insights into how genetic variation impacts gene expression by perturbing regulatory mechanisms. -- De nombreux liens entre variations génétiques et phénotypes sont connus. Les études d'association pangénomique ont considérablement permis d'augmenter le nombre de variations génétiques associées à des phénotypes au cours de la dernière décennie. Cependant, comprendre comment ces changements perturbent les mécanismes moléculaires et affectent le phénotype d'un organisme nous échappe encore. Des études suggèrent que de nombreuses variations, associées à des phénotypes, sont situées dans les régions non codantes du génome et sont susceptibles d'agir en modifiant la régulation d'expression des gènes. Au cours de ma thèse, j'ai étudié comment les variations génétiques affectent les niveaux d'expression des gènes en perturbant les mécanismes de régulation de leur expression. Le travail présenté dans le premier chapitre est un projet en collaboration avec une société pharmaceutique. Nous avons étudié les variations en nombre de copies (CNV) présentes chez le macaque crabier (Macaca fascicularis) qui est utilisé dans les études pharmaceutiques, et nous les avons associées avec des changements d'expression des gènes. Nous avons découvert qu'il existe une variabilité substantielle du nombre de copies et nous avons identifié des CNVs liées aux changements d'expression des gènes situés dans leur voisinage. Ces associations sont présentes ou absentes de manière spécifique dans certains tissus. Les deuxième et troisième chapitres se concentrent sur les variations génétiques dans les populations humaines et leurs effets sur les mécanismes de régulation des gènes et leur expression. Le premier se penche sur deux trios humains, père, mère, enfant, au sein duquel nous avons étudié les effets alléliques des variations génétiques sur l'expression des gènes, les liaisons protéine-ADN et les modifications de la chromatine. Nous avons découvert que l'activité spécifique des allèles est abondante abonde dans tous ces phénotypes moléculaires et nous avons démontré que ces derniers ont un comportement coordonné entre eux. Dans le second, nous avons examiné l'impact des variations génétiques de ces phénotypes moléculaires chez 47 individus, sans lien de parenté. Nous avons observé que les phénotypes de la chromatine sont organisés en modules locaux, qui sont liés aux variations génétiques et à l'expression des gènes. Nos résultats suggèrent que la variabilité de la chromatine est due à des variations génétiques qui perturbent des éléments cis-régulateurs, et peut conduire à des changements dans l'expression des gènes. Le travail présenté dans cette thèse fournit de nouvelles pistes pour comprendre l'impact des différentes variations génétiques sur l'expression des gènes à travers les mécanismes de régulation.

Redox dysregulation in schizophrenia : effect on myelination of cortical structures and connectivity

Cette thèse traite du rôle qu'un facteur de risque génétique développé chez les patients souffrant de schizophrénie, à savoir un déficit de la synthèse du glutathion, peut jouer dans les anomalies de la connectivité cérébrale trouvées chez ces patients. L'essentiel du travail a été consacré à évaluer la structure de la substance blanche dans l'ensemble du cerveau chez un modèle animal par une méthode similaire à celle utilisée en recherche clinique avec l'imagerie par résonance magnétique (IRM). Cette approche de translation inverse chez la souris knock-out de glutamate-cystéine ligase modulateur sous-unité (Gclm KO), avait l'objectif d'étudier l'effet des défenses redox déficientes sur le développement des connexions cérébrales, tout en excluant celui des facteurs non liés au génotype. Après avoir établi le protocole de recherche, l'influence d'une manipulation environnementale a également été étudiée. Pour effectuer une analyse statistique fiable des données d'IRM obtenues, nous .avons d'abord créé un atlas du cerveau de la souris afin de l'utiliser comme modèle pour une segmentation précise des différentes régions du cerveau sur les images IRM obtenues in vivo. Les données provenant de chaque région d'intérêt ont ensuite été étudiées séparément. La qualité de cette méthode a été évaluée dans une expérience de simulation pour déduire la puissance statistique réalisable dans chaque région en fonction du nombre d'animaux utilisés. Ces outils d'analyse nous ont permis d'évaluer l'intégrité de la substance blanche dans le cerveau des souris durant le développement grâce à une expérience longitudinale, en utilisant l'imagerie du tenseur de diffusion (DTI). Nous avons ainsi observé des anomalies dans les paramètres dérivés du tenseur (diffusivité et anisotropie) dans la Commissure Antérieure et le Fimbria/Fornix des souris Gclm KO, par rapport aux animaux contrôles. Ces résultats suggèrent une substance blanche endommagée dans ces régions. Dans une expérience électrophysiologique, Pascal Steullet a montré que ces anomalies ont des conséquences fonctionnelles caractérisées par une réduction de la vitesse de conduction dans les fibres nerveuses. Ces données renforcent les conclusions des analyses d'imagerie. Le mécanisme par lequel une dérégulation redox affecte la structure de la substance blanche reste encore à définir, car une analyse immunohistochimique des protéines constituantes de la couche de myéline des fibres concernées n'a pas donné de résultats concluants. Nous avons également constaté un élargissement des ventricules dans les jeunes souris Gclm KO, mais pas chez les adultes et des anomalies neurochimiques déjà connues chez ces animaux (Duarte et al. 2011), à savoir une réduction du Glutathion et une augmentation de l'acide N-acétylaspartique, de l'Alanine et du ratio Glutamine/Glutamate. Nous avons ensuite testé l'effet d'un stress environnemental supplémentaire, l'élevage en isolement social, sur le phénotype. Ce stress n'a eu aucun effet sur la structure de la substance blanche évaluée par DTI, mais a réduit la concentration de myo-Inositol et augmenté le ratio de Glutamine/Glutamate dans le cortex frontal. Nous avons aussi reproduit dans ce groupe indépendant d'animaux les effets du génotype sur le profil neurochimique, sur la taille des ventricules et aussi sur les paramètres dérivés du tenseur de diffusion dans le Fimbria/Fornix, mais pas dans la Commissure Antérieure. Nos résultats montrent qu'une dérégulation redox d'origine génétique perturbe la structure et la fonction de la substance blanche dans des régions spécifiques, causant ainsi l'élargissement des ventricules. Ces phénotypes rassemblent certaines caractéristiques neuro-anatomiques de la schizophrénie, mais les mécanismes qui en sont responsables demeurent encore inconnus. L'isolement social n'a pas d'effet sur la structure de la substance blanche évaluée par DTI, alors qu'il est prouvé qu'il affecte la maturation des oligodendrocytes. La neurochimie corticale et en particulier le rapport Glutamine/Glutamate a été affecté par le dérèglement redox ainsi que par l'isolement social. En conséquence, ce ratio représente un indice prometteur dans la recherche sur l'interaction du stress environnemental avec le déséquilibre redox dans le domaine de la schizophrénie. -- The present doctoral thesis is concerned with the role that a genetic risk factor for the development of schizophrenia, namely a deficit in Glutathione synthesis, may play in the anomalies of brain connectivity found in patients. Most of the effort was devoted to perform a whole-brain assessment of white matter structure in the Glutamate-Cysteine ligase modulatory knockout mouse model (Gclm KO) using Magnetic Resonance Imaging (MRI) techniques similar to those used in state-of-the-art clinical research. Such reverse translational approach taking brain imaging from the bedside to the bench aimed to investigate the role that deficient redox defenses may play in the development of brain connections while excluding all influencing factors beside the genotype. After establishing the protocol, the influence of further environmental manipulations was also studied. Analysis of MRI images acquired in vivo was one of the main challenges of the project. Our strategy consisted in creating an atlas of the mouse brain to use as segmentation guide and then analyze the data from each region of interest separately. The quality of the method was assessed in a simulation experiment by calculating the statistical power achievable in each brain region at different sample sizes. This analysis tool enabled us to assess white matter integrity in the mouse brain along development in a longitudinal experiment using Diffusion Tensor Imaging (DTI). We discovered anomalies in diffusivity parameters derived from the tensor in the Anterior Commissure and Fimbria/Fornix of Gclm KO mice when compared to wild-type animals, which suggest that the structure of these tracts is compromised in the KO mice. In an elegant electrophysiological experiment, Pascal Steullet has provided evidence that these anomalies have functional consequences in form of reduced conduction velocity in the concerned tracts, thus supporting the DTI findings. The mechanism by which redox dysregulation affects WM structure remains unknown, for the immunohistochemical analysis of myelin constituent proteins in the concerned tracts produced inconclusive results. Our experiments also detected an enlargement of the lateral ventricles in young but not adult Gclm KO mice and confirmed neurochemical anomalies already known to affect this animals (Duarte et al. 2011), namely a reduction in Glutathione and an increase in Glutamine/Glutamate ratio, N-acetylaspartate and Alanine. Using the same methods, we tested the effect of an additional environmental stress on the observed phenotype: rearing in social isolation had no effect on white matter structure as assessed by DTI, but it reduced the concentration of myo-Inositol and increased the Glutamine/Glutamate ratio in the frontal cortex. We could also replicate in this separate group of animals the effects of genotype on the frontal neurochemical profile, ventricular size and diffusivity parameters in the Fimbria/Fornix but not in the Anterior Commissure. Our data show that a redox dysregulation of genetic origin may disrupt white matter structure and function in specific tracts and cause a ventricular enlargement, phenotypes that resemble some neuroanatomical features of schizophrenia. The mechanism responsible remains however unknown. We have also demonstrated that environmental stress in form of social isolation does not affect white matter structure as assessed by DTI even though it is known to affect oligodendrocyte maturation. Cortical neurochemistry, and specifically the Glutamine to Glutamate balance was affected both by redox dysregulation and social isolation, and is thus a good target for further research on the interaction of redox imbalance and environmental stress in schizophrenia.

Molecular analysis of NOTCH2 in patients with primary open-angle glaucoma

Le glaucome est la seconde cause de cécité dans le monde après la cataracte et est caractérisé par la perte progressive de cellules ganglionnaires de la rétine allant vers la dégénérescence du nerf optique. On distingue deux formes de glaucome; le glaucome à angle fermé et le glaucome à angle ouvert. L'hérédité du glaucome est souvent sporadique, parfois autosomique dominante. Une pression intraoculaire de plus de 21 mmHg représente un facteur de risque important pour son développement. Actuellement, la mutation la plus fréquente, observée dans 5% des cas de glaucome héréditaire, est retrouvée dans le gène MYOC (trabecular meshwork inducible glucocorticoide response). À ce jour, les causes et mécanismes moléculaires sous-jacent ne sont que partiellement compris. Récemment, il a été démontré qu'une souris transgénique exprimant le gène Notch2 dans luvée, développait un glaucome. Pour cette raison, nous avons analysé le gène NOTCH2 chez l'homme afin de déterminer s'il était impliqué. NOTCH2 est composé de 34 exons sur le chromosome 1 et code une protéine transmembranaire essentielle à la prolifération, l'apoptose, la différenciation cellulaire et le destin cellulaires. L'expression du gène est localisée dans le segment antérieur de l'oeil, le segment externe du corps ciliaire et le trabéculum. Les fonctions principales de ces deux tissus sont la production et le drainage de l'humeur aqueuse. Pour mémoire, une perturbation du flux peut générer une augmentation de la pression intraoculaire. Le but de cette étude était de rechercher d'éventuelles mutations du gène NOTCH2 chez des patients souffrant de glaucome. 130 patients ont été vu à l'hôpital ophtalmique Jules- Gonin et un échantillon d'ADN a été récolté afin d'identifier l'origine moléculaire de leur pathologie. L'analyse moléculaire s'est fait étape par étape. Premièrement, j'ai séquencé l'exon 3 du gène MYOC. Deuxièment, la Chromatographie en phase liquide à haute performance a été utilisée pour l'analyse des 34 exons du gène NOTCH2. Troisièment, tous les exons présentant une courbe suspecte au chromatogramme ont été séquencés selon la méthode de Sanger. Dans la première partie de l'étude, j'ai analysé l'exon 3 du gène MYOC afin de déterminer les éventuels porteurs d'une mutation dominante. Aucune mutation pathogénique n'a été mis en évidence mais 4 patients sur les 130 étaient porteurs d'un variant connu et fréquent. Dans la deuxième partie de mon étude, j'ai analysé les 34 exons du gène NOTCH2, qui n'ont révélé aucune mutation. Bien que les méthodes utilisées dans cette étude montrent quelques limitations, il est peu probable que des mutations dans les régions codantes de NOTCH2 soient un facteur de risque important dans le glaucome primaire à angle ouvert.

Leishmaniavirus : a possible target against metastatic leishmaniasis

Leishmaniasis is widely spread disease found in bath tropical and temperate regions but limited to the habitat of its sand fly vector. lt affects over 12 million people with 2 million new cases each year. As cutaneous leishmaniasis patients show varying levels of immunity to the disease after recovery, the development of a vaccine has much promise as a prevention strategy. Unfortunately however, existing anti-leishmanial vaccines are plagued by safety issues and have only ever shown limited efficacy .So, despite much effort, no effective vaccine is currently available. Recent studies suggest a correlation between the presence of Leishmania RNA virus (LRV) and the development of mucocutaneous leishmaniasis (MCL), which is characterised by the presence of secondary lesions in nasal and buccal mucosa, causing destructive and disfiguring facial lesions. Moreover, recent research has associated the viral presence to treatment fa ilure in patients. ln the first part of this work, we propose that these viral particles may serve as promising vaccine candidates due to their powerful TLR-3 antigenicity, launching an early cell-mediated attack on stimulated cells and thus eliminating their virulent complications. The second part of this work discusses a preliminary study on the lymphocyte immune response against Leishmania guyanensis infection. The lymphocyte response (and in particular, the raie of CDS+ T cells) is controversial and varies greatly between Leishmania species. Here, we illustrate the importance of a small CDS+ T cell subpopulation, expressing the CDSaa+ receptor. These intraepithelial lymphocytes are mainly present in the skin, vagina and intestinal tissue and are best known for their raie in the early immune response against pathogens. Similarly to traditional CDS+ cells, they secrete the tissue-destructive enzymes, perforin and granzyme, which can result in a hyper-inflammatory cutaneous lesion, raising a possibility for their raie in Leishmania infection. lndeed, our initial results in a murine mode( of Leishmania guyanensis infection suggest a pathogenic raie for CDSaa+ T cells. Further research into species-specific immune responses against the various Leishmania parasites is critical to realising the clinical potential of immunotherapy in the treatment and prevention of this disfiguring disease . -- La Leishmaniose est une maladie infectieuse causée par le parasite Leishmania. Elle est localisée dans les régions où son vecteur se reproduit, c'est-à-dire dans des régions tropicales ou tempérées. Cette pathologie affecte 12 millions des personnes dans le monde et 2 millions de nouveaux cas sont recensés chaque année. D'autres facteurs, tels la déforestation, les conditions d'hygiène ou encore l'accès limité aux médicaments, aggravent la pathologie et renforcent sa propagation. Les patients affectés par la leishmaniose et qui arrivent à en guérir, présentent une protection contre une réinfection. Pour cette raison, le développement d'un vaccin reste la meilleure solution pour combattre ce fléau. Mais, à ce jour, et malgré beaucoup d'efforts, aucun vaccin efficace n'a encore été développé. Un autre facteur responsable de l'aggravation de la pathologie et de la résistance de ces parasites aux drogues est un virus qui peut infecter certaines souches de Leishmania. Ce virus, appelé Leishmania RNA virus, peut induire une réponse inflammatoire exagérée, ce qui a comme résultat l'aggravation de la pathologie, la survie et la dissémination de ce parasite au sein de l'hôte infecté. Vu l'absence d'un vaccin contre ce parasite, Leishmania, nous proposons de développer un vaccin non pas contre le parasite lui- même mais contre l'agent qui provoque l'exacerbation de la pathologie, c'est-à-dire le virus. Dans cette étude, nous décrivons le développement d'un vaccin contre LRV, qui empêche le parasite d'induire des inflammations exagérées dans les souris. En d'autres mots, nous essayons de prévenir toutes les complications générées par cet hyperpathogène qu'est le LRV, en utilisant sa capside comme cible pour le développement d'un vaccin. Dans la deuxième partie de ce manuscrit, nous avons aussi étudié plus en détail la réponse immunitaire, et en particulier la réponse des lymphocytes T COB suite à l'infection du parasite Leishmania guyanensis porteur du LRV.