Development of cellular and gene therapies for b[beta]-Thalassemia and sickle cell disease

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

Genomic architecture of sickle cell disease clinical variation in children from West Africa : a case-control study design

Contexte : L’anémie falciforme ou drépanocytose est un problème de santé important, particulièrement pour les patients d’origine africaine. La variation phénotypique de l’anémie falciforme est problématique pour le suivi et le traitement des patients. L’architecture génomique responsable de cette variabilité est peu connue. Principe : Mieux saisir la contribution génétique de la variation clinique de cette maladie facilitera l’identification des patients à risque de développer des phénotypes sévères, ainsi que l’adaptation des soins. Objectifs : L’objectif général de cette thèse est de combler les lacunes relatives aux connaissances sur l’épidémiologie génomique de l’anémie falciforme à l’aide d’une cohorte issue au Bénin. Les objectifs spécifiques sont les suivants : 1) caractériser les profils d’expressions génomiques associés à la sévérité de l’anémie falciforme ; 2) identifier des biomarqueurs de la sévérité de l’anémie falciforme ; 3) identifier la régulation génétique des variations transcriptionelles ; 4) identifier des interactions statistiques entre le génotype et le niveau de sévérité associé à l’expression ; 5) identifier des cibles de médicaments pour améliorer l’état des patients atteints d’anémie falciforme. Méthode : Une étude cas-témoins de 250 patients et 61 frères et soeurs non-atteints a été menée au Centre de Prise en charge Médical Intégré du Nourrisson et de la Femme Enceinte atteints de Drépanocytose, au Bénin entre février et décembre 2010. Résultats : Notre analyse a montré que des profils d’expressions sont associés avec la sévérité de l’anémie falciforme. Ces profils sont enrichis de génes des voies biologiques qui contribuent à la progression de la maladie : l’activation plaquettaire, les lymphocytes B, le stress, l’inflammation et la prolifération cellulaire. Des biomarqueurs transcriptionnels ont permis de distinguer les patients ayant des niveaux de sévérité clinique différents. La régulation génétique de la variation de l’expression des gènes a été démontrée et des interactions ont été identifiées. Sur la base de ces résultats génétiques, des cibles de médicaments sont proposées. Conclusion: Ce travail de thèse permet de mieux comprendre l’impact de la génomique sur la sévérité de l’anémie falciforme et ouvre des perspectives de développement de traitements ciblés pour améliorer les soins offerts aux patients.

Genetic determinants of clinical heterogeneity in sickle cell disease

L’anémie falciforme est une maladie monogénique causée par une mutation dans le locus de la β-globine. Malgré le fait que l’anémie falciforme soit une maladie monogénique, cette maladie présente une grande hétérogénéité clinique. On présume que des facteurs environnementaux et génétiques contribuent à cette hétérogénéité. Il a été observé qu’un haut taux d’hémoglobine fœtale (HbF) diminuait la sévérité et la mortalité des patients atteints de l’anémie falciforme. Le but de mon projet était d’identifier des variations génétiques modifiant la sévérité clinique de l’anémie falciforme. Dans un premier temps, nous avons effectué la cartographie-fine de trois régions précédemment associées avec le taux d’hémoglobine fœtale. Nous avons ensuite effectué des études d’association pan-génomiques avec deux complications cliniques de l’anémie falciforme ainsi qu’avec le taux d’hémoglobine fœtale. Hormis les régions déjà identifiées comme étant associées au taux d’hémoglobine fœtale, aucun locus n’a atteint le niveau significatif de la puce de génotypage. Pour identifier des groupes de gènes modérément associés au taux d’hémoglobine fœtale qui seraient impliqués dans de mêmes voies biologiques, nous avons effectué une étude des processus biologiques. Finalement, nous avons effectué l’analyse de 19 exomes de patients Jamaïcains ayant des complications cliniques mineures de l’anémie falciforme. Compte tenu de la taille des cohortes de réplication disponibles, nous n’avons pas les moyens de valider statistiquement les variations identifiées par notre étude. Cependant, nos résultats fournissent de bons gènes candidats pour des études fonctionnelles et pour les réplications futures. Nos résultats suggèrent aussi que le β-hydroxybutyrate en concentration endogène pourraient influencer le taux d’hémoglobine fœtale. De plus, nous montrons que la cartographie-fine des régions associées par des études pan-génomiques peut identifier des signaux d’association additionnels et augmenter la variation héritable expliquée par cette région.

Up-regulation of NADPH oxidase components and increased production of interferon-gamma by leukocytes from sickle cell disease patients

We have previously demonstrated that mononuclear leukocytes from patients with sickle cell disease (SCD) release higher amounts of superoxide compared with normal controls. The aim of this study was to further study the NADPH oxidase system in these patients by investigating gene expression of NADPH oxidase components, phosphorylation of p47(phox) component, and the release of cytokines related to NADPH oxidase activation in mononuclear leukocytes from patients with SCD. gp91(phox) gene expression was significantly higher in monocytes from SCD patients compared with normal controls (P = 0.036). Monocytes from SCD patients showed higher levels of p47 phox phosphorylation compared with normal controls. INF-gamma release by lymphocytes from SCD patients was significantly higher compared with normal controls, after 48 h culture with phytohemagglutinin (P = 0.02). The release of TNF-alpha by monocytes from SCD patients and normal controls was similar after 24 and 48 h culture with lipopolysaccharide (P > 0.05). We conclude that monocytes from SCD patients show higher levels of gp91(phox) gene expression and p47(phox) phosphorylation, along with increased IFN-gamma release by SCD lymphocytes. These findings help to explain our previous observation showing the increased respiratory burst activity of mononuclear leukocytes from SCD patients and may contribute to inflammation and tissue damage in these patients.

Assessment of the In Vivo Genotoxicity of New Lead Compounds to Treat Sickle Cell Disease

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Mutagenicity of New Lead Compounds to Treat Sickle Cell Disease Symptoms in a Salmonella/Microsome Assay

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Design, Synthesis, and Pharmacological Evaluation of Novel Hybrid Compounds to Treat Sickle Cell Disease Symptoms. Part II: Furoxan Derivatives

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Design, Synthesis, and Pharmacological Evaluation of Novel Hybrid Compounds To Treat Sickle Cell Disease Symptoms

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Recent Insights on the Medicinal Chemistry of Sickle Cell Disease

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

The influence of hydroxyurea on oxidative stress in sickle cell anemia

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Relationship between oxidative stress, glutathione S-transferase polymorphisms and hydroxyurea treatment in sickle cell anemia

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)