Toll-like receptor-4 and insulin like growth factor pathways influence survival and intestinal homeostasis in cystic fibrosis mice

Cystic fibrosis (CF) is a common and lethal genetic disease affecting various organs such as lungs, pancreas and intestine. The intestinal disease severity widely varies among patients and plays a critical role as it regulates body weight gain, the characteristic growth deficit of these patients which is of great importance as it predicts for lung disease and survival. Modifier genes, apart from the disease causative gene, regulate the intestinal phenotype. Our objective was to use CF mice to identify genes or pathways influencing the severity of CF intestinal disease to better our understanding of the disease pathogenesis and to provide genes for clinical investigation.We made use of the CF mouse model, as they also present the low body weight phenotype and share similar intestinal alterations characteristic of CF patients, to evaluate factors contributing to the growth deficit in CF.Initially, in this thesis, we identified a negative correlation between body weight and the histological feature of crypt-villus axis (CVA) height in CF mice, thus uncovering a phenotypic response to non functional Cftr which is related to CF intestinal disease severity. We also identified specific genes of a proliferative response to be differentially expressed in the ilea of CF mice compared to non-CF controls, among these, were toll-like receptor 4 (Tlr4) and insulin-like growth factor-I (Igf-I). Based on these previous findings, we investigated the role of these candidates in the proliferative response of the CF intestine and their contribution to weight gain by i) creating and evaluating a Cftr/Tlr4 double mutant mouse and by ii) treating CF mice with an Igf-I modulatory recombinant protein. Interestingly, Tlr4 proved to be implicated in early survival due to mechanisms unrelated to the proliferative response but possibly due to immune and/or mucus secretory actions, whereas Igf-I may potentially play a critical role as an intestinal adaptive-inducing factor influencing mouse body weight.In conclusion, in this thesis we have successfully identified two candidate modifier genes implicated in the CF intestinal response which modulate survival and intestinal adaptation, and provide strong evidence for their possible evaluation as targets for CF therapy.La fibrose kystique (FK) est une maladie génétique commune et mortelle qui affecte plusieurs organes tels que le pancréas, les poumons et les intestins. Lorsque la maladie affecte les intestins, la sévérité des symptômes n'est pas la même chez tous les patients La sévérité des symptômes intestinaux joue un rôle très important car un déficit de croissance et de prise de poids sont fortement liés aux chances de survie et à la sévérité des symptômes pulmonaires. Les gènes modificateurs, en plus du gène qui cause la fibrose kystique, sont responsables de la sévérité des symptômes intestinaux. Notre objectif était d'étudier des souris qui ont la fibrose kystique afin d'identifier des gènes ou des processus qui affecteraient la sévérité des symptômes intestinaux afin d'améliorer nos connaissances des mécanismes pathogéniques et afin de suggérer des gènes qui pourraient être évalués cliniquement.Nous avons utilisé des souris qui ont la fibrose kystique pour évaluer les facteurs qui contribuent au déficit de croissance de la FK, car elles représentent bien cette maladie puisqu'elles ont un faible poids ainsi que des malformations intestinales qui sont caractéristiques des patients qui ont la FK.Premièrement, nous avons identifié une corrélation négative entre le poids de la souris et un marqueur histologique du rapport de la hauteur villosités / cryptes, ce qui est un phénotype qui indiquerait une influence du gène mutant Cftr sur la sévérité de symptômes intestinaux. Nous avons aussi identifié des gènes impliqués dans la prolifération cellulaire qui étaient exprimés de façon différente dans les iléons des souris FK que dans les iléons des souris non-FK tels que toll-like receptor 4 (Tlr4) et insulin-like growth factor-I (Igf-I).Nous avons décidé de confirmer le rôle de ces candidats dans la réponse proliférative dans les intestins des souris FK et de leur contribution à la prise de poids des souris FK en i) créant et évaluant les souris double mutantes Cftr/Tlr4 et en ii) traitant des souris FK avec une protéine recombinante qui régule Igf-I. Nous avons découvert que le gène Tlr4 était impliqué dans la survie des souris, possiblement de façon immunologique ou par la sécrétion des muqueuses, mais non de façon proliférative alors que Igf-I pourrait être un facteur d'adaptation des intestins qui influencerait le poids des souris.En conclusion, dans cette thèse nous avons identifié deux gènes modificateurs qui seraient impliqués dans la réponse intestinale de la fibrose kystique et qui sont associés à la survie et à l'adaptation à la maladie, ainsi que démontré que ces gènes seraient de bons candidats thérapeutiques