Academic literature on the topic 'Études d’association génétiques pangénomiques (GWAS)'

La narcolepsie et la cataplexie sont décrites pour la première fois à la fin du XIXe siècle en Allemagne et en France. La prévalence de la maladie est établie à 0,05 % et un modèle canin est découvert dans les années 1970. En 1983, une étude japonaise révèle que les patients narcoleptiques sont porteurs d’un marqueur génétique unique, l’antigène leucocytaire HLA-DR2, suggérant l’auto-immunité comme cause de la maladie. Il faudra attendre 1992 pour qu’il soit montré, grâce à une étude chez des patients afro-américains, que DQ0602, un autre gène HLA, est la véritable cause de cette association. Des études pharmacologiques conduites sur le modèle canin établissent que la stimulation dopaminergique est le mode d’action des stimulants sur l’éveil, tandis que les antidépresseurs suppriment la cataplexie en inhibant la recapture adrénergique. Aucune association HLA n’est cependant mise en évidence chez les chiens, suggérant une cause distincte de la maladie humaine. Une étude de liaison génétique chez les chiens, initiée en 1988, révèle en 1999 que la narcolepsie canine est causée par des mutations du récepteur 2 de l’hypocrétine (orexine). En 2000, l’hypocrétine-1/orexine A est mesurée dans le liquide céphalo-rachidien (LCR) et on découvre qu’elle est indétectable chez la plupart des patients narcoleptiques, établissant qu’un déficit hypocrétinergique est la cause de la narcolepsie humaine. La diminution de l’hypocrétine-1 dans le LCR, secondaire à la perte des 70 000 neurones hypothalamiques produisant l’hypocrétine, est démontrée, ce qui, avec l’association au locus HLA, suggère qu’une destruction immunitaire de ces cellules est la cause de la maladie. D’autres études génétiques, notamment d’association à l’échelle du génome (GWAS), révèlent l’existence de nombreux facteurs génétiques prédisposant à la narcolepsie, la plupart étant également impliqués dans d’autres maladies auto-immunes. Une association forte et unique avec les loci des récepteurs lymphocytaires T (TCR) alpha et bêta est aussi observée, suggérant un rôle prépondérant des lymphocytes T. En dépit de nombreux efforts, toutes les tentatives visant à démontrer la présence d’auto-anticorps contre les cellules à hypocrétine dans la narcolepsie échouent, et la cause auto-immune présumée de cette maladie reste à l’état d’hypothèse. À la suite de la grippe pandémique influenza A pH1N1 en 2009, de nombreux cas de narcolepsie apparaissent, suggérant un mimétisme moléculaire avec le virus de la grippe qui pourrait déclencher la maladie auto-immune. Cette hypothèse est confirmée par un criblage peptidique montrant une plus grande réactivité des lymphocytes T CD4+ à un segment spécifique de l’hypocrétine (HCRTNH2) et une réactivité croisée des TCR correspondants à un segment d’hémagglutinine de pH1N1 qui partage une homologie avec HCRTNH2. De façon remarquable, le TCR le plus fréquent dans la population et qui reconnaît ces antigènes contient des séquences TRAJ24 ou TRVB4-2, segments modulés par des polymorphismes génétiques associés à la narcolepsie dans les études GWAS. Il est probable que les lymphocytes T CD4+ autoréactifs avec HCRTNH2 recrutent par la suite des lymphocytes T CD8+ qui détruisent les cellules à hypocrétine. On peut s’attendre à ce que d’autres séquences mimiques grippales inconnues soient découvertes prochainement puisque la narcolepsie existait avant 2009. Ces découvertes démontrent enfin la cause auto-immune de la narcolepsie. Les travaux menés au cours des années sur la narcolepsie offrent une perspective unique sur la conduite de la recherche sur l’étiopathogénie d’une maladie bien identifiée.

Au cours des dernières années l’espérance de vie accrue a conduit à une augmentation majeure du nombre de nouveaux patients atteints de maladies neurologiques communes, notamment AVC et démence. Des preuves croissantes suggèrent que des déterminants précoces tout au long de la vie, y compris des facteurs génétiques, jouent un rôle crucial dans l'apparition de ces maladies. La maladie des petits vaisseaux cérébraux (MPVC) est une cause majeure d'AVC, de déclin cognitif et de démence. La MPVC est le plus souvent « occulte », détectable en imagerie cérébrale en l'absence de manifestations cliniques. Les marqueurs en IRM cérébrale de la MPVC, qui peuvent être mesurés de manière non invasive dans de grandes cohortes, peuvent fournir des informations cruciales sur les mécanismes physiopathologiques sous-tendant AVC et démences. Les hypersignaux de la substance blanche (HSB), les lacunes, les microhémorragies cérébrales et les espaces périvasculaires sont les marqueurs de MPVC les plus souvent étudiés en IRM, tandis que l'imagerie par tenseur de diffusion (DTI) offre de nouvelles opportunités pour explorer la susceptibilité à la MPVC tout au long de la vie. Déchiffrer ces facteurs de risque génétiques de la MPVC, y compris à des stades précoces de la vie, est un outil puissant pour comprendre les mécanismes moléculaires menant à cette maladie. Dans cette thèse, nous avons exploré les déterminants génétiques des marqueurs d'IRM de la MPVC dans la population générale tout au long de la vie, en réalisant de grandes métaanalyses collaboratives d'études d'association génétiques pangénomiques (GWAS), incluant jusqu'à 58,403 participants de la population générale. Tout d'abord, nous avons réalisé une GWAS des HSB stratifiée sur la présence ou absence d'hypertension artérielle. Nos résultats apportent un nouvel éclairage sur les effets modificateurs de l'hypertension artérielle sur la susceptibilité génétique aux HSB. Deuxièmement, nous avons examiné les déterminants génétiques d'un nouveau marqueur en DTI, la « peak width of skeletonized mean diffusivity » (PSMD), en réalisant une première GWAS de PSMD, tout au long de la vie. Nous avons identifié 25 nouveaux loci associés à un PSMD plus élevé, avec une bonne corrélation de la taille d’effets entre des populations européennes et asiatiques. De plus, dans une étude d'association sur l'exome entier à partir de données de séquençage panexomique, des variants rares et la combinaison de variants rares avec perte de fonction ou de variants « singleton » dans 4 gènes différents étaient associés au PSMD. Un volume d’HSB déterminé génétiquement était associé significativement à un PSMD plus élevé non seulement à tous les âges de la vie adulte mais également chez l’enfant. Par ailleurs, les variants communs associés à un PSMD élevé étaient enrichis en gènes exprimés dans les cellules endothéliales cérébrales foetales, suggérant des effets développementaux. En conclusion, ce travail fournit de nouvelles informations sur la génomique des formes complexes de MPVC, tout au long de la vie, dans différents groupes ethniques, et en tenant compte de la présence d'hypertension artérielle, le facteur de risque le plus courant de MPVC. Ces résultats sont informatifs pour le développement de stratégies préventives et thérapeutiques pour la MPVC et ses complications, un enjeu majeur de santé publique
Over the last century, life expectancy has increased dramatically, contributing to a sharp increase in the number of patients with common neurological disease, especially stroke and dementia. Mounting evidence suggests that early life factors, including genetic factors, play a crucial role in the occurrence of such diseases. Cerebral small vessel disease (cSVD) is a major cause of stroke, cognitive decline and dementia. cSVD is most often covert, detectable on brain images in the absence of clinical manifestations. Brain magnetic resonance imaging (MRI) markers of cSVD, which can be measured non-invasively in large population, can provide crucial insights into the cause of late-life neurological diseases. White matter hyperintensities (WMH), lacunes, cerebral microbleeds, and perivascular spaces are the most commonly studied MRI-markers of cSVD, while diffusion tensor imaging (DTI) offers new opportunity to explore susceptibility to cSVD across the lifespan. Deciphering these genetic risk factors of cSVD, including in early life, is a powerful tool to decipher molecular mechanisms leading to this disease. In this thesis, we explored the genetic determinants of MRI-markers of cSVD in the general population across the lifespan, by conducting large collaborative meta-analyses of genome-wide association studies (GWAS) in up to 58,403 participants from the general population. First, we conducted a GWAS of WMH stratified on hypertension status. Our results shed new light into modifying effects of high blood pressure on genetic susceptibility to WMH. Second, we examined the genetic underpinnings of an emerging DTI marker, peak width of skeletonized mean diffusivity (PSMD), by conducting the first GWAS of PSMD, across the lifespan. We identified up to 25 novel genetic risk loci for PSMD, with good effect size correlation across European and East-Asian ancestries. Additionally, in a whole-exome association study (derived from whole exome sequencing), rare variants and burden of rare loss-of-function or singleton variants in 4 different genes were associated with PSMD. Genetically determined larger volume of WMH was associated with higher PSMD from early childhood to older age. Moreover, common PSMD risk loci were enriched in genes expressed in fetal brain endothelial cells. In conclusion, this work provides new insights into complex genomics of cSVD across the lifespan, across ancestries, and in interaction with hypertension, the most common risk factor of cSVD. These results are informative for the development of efficient preventive and therapeutic strategies for cSVD and its complications, a major public health challenge

Des anomalies biochimiques de la voie sérotonine-N-acétylsérotonine-mélatonine ont été observées dans les Troubles du Spectre Autistique (TSA) et la prématurité. Cependant, les mécanismes moléculaires de régulation de cette voie et les causes des anomalies biochimiques observées dans ces maladies sont encore mal connus. Afin de mieux comprendre les bases génétiques de la voie sérotonine-N-acétylsérotonine-mélatonine, nous avons utilisé une approche de génétique quantitative au travers de deux populations d’étude indépendantes, dans lesquelles des paramètres de cette voie ont été mesurés. Ces deux cohortes, composées d’une part de plus de 250 familles avec autisme et plus de 300 témoins et d’autre part, de 183 nouveau-nés dont 93 nés très prématurés, incluent ainsi des individus présentant deux situations pathologiques différentes associées à des anomalies de cette voie. Une première étude de la voie sérotonine-N-acétylsérotonine-mélatonine dans les familles avec TSA a permis d’obtenir des estimations de l’héritabilité au sens strict, allant de 0,22 pour la mélatonine à 0,72 pour la N-acétylsérotonine (NAS). Des études d’association portant dans un premier temps sur une liste de 812 gènes candidats pour la régulation de la voie sérotonine-NAS-mélatonine et dans un second temps sur tout le génome, n’ont pas permis d’identifier des variants significativement associés aux traits biochimiques. Cependant, des études d’association par gènes ont permis d’identifier trois nouveaux gènes candidats (IL21R, JMJD7 et MAPKBP1) pour la régulation de cette voie dans les familles avec TSA ainsi qu’un nouveau gène (RAET1G) dans la cohorte de nouveau-nés prématurés et témoins. Enfin une étude biochimique des phénol-sulfotransférases (PST) dans les familles avec TSA a mis en évidence une faible activité enzymatique chez 29% des patients en comparaison avec les témoins (5ème percentile). Le séquençage et le génotypage du nombre de copies des gènes de la famille SULT1A1 n’ont pas permis d’identifier des variations génétiques associées aux TSA, à l’activité PST, ou aux taux de sérotonine et de mélatonine. En conclusion, ces résultats confirment la complexité de l’architecture génétique de la voie sérotonine-NAS-mélatonine. D’autre part, ils ont permis de mettre en évidence une héritabilité élevée de cette voie et d’identifier de nouveaux gènes candidats pour comprendre la diversité inter-individuelle de cette voie chez les personnes avec TSA, les enfants prématurés et la population générale
Biochemical abnormalities of the serotonin-N-acetylserotonin-melatonin pathway have been reported in many clinical conditions such as Autism Spectrum Disorders and preterm birth. However, molecular mechanisms underlying this pathway regulation, as well as the causes of these biochemical abnormalities remain largely unknown. The aim of this study was thus to characterize the genetic basis of the serotonin-N-acetylserotonin-melatonin pathway. To do so, we used a quantitative genetic approach in two independent populations that were previously biochemically explored for this pathway. One cohort consisted of more than 250 families with ASD and more than 300 controls and the other was composed of 183 infants including 93 very preterm newborns. Both cohorts included individuals with clinical conditions associated with disruptions of the serotonin-N-acetylserotonin-melatonin pathway. Narrow sense heritability analysis of this pathway showed relatively high estimates, ranging from 0.22 for melatonin to 0.72 for N-acetyserotonin (NAS). First, candidate-gene association studies including 812 genes related to the serotonin-NAS-melatonin pathway, then genome-wide association studies were conducted. These analyses did not identify any variant associated at the genome-wide significance level. However, a gene-based approach identified three new candidate genes (IL21R, JMJD7 and MAPKBP1) for the regulation of the pathway in families with ASD as well as one gene (RAET1G) in the cohort of preterm and term newborns. Finally, a biochemical exploration of the phenol-sulfotransferases (PST) in families with ASD revealed a decreased enzyme activity in 29% of patients compared with controls (5th percentile). SULT1A1-4 genes were then sequenced and copy number variants (CNV) were genotyped. No genetic variant could be significantly associated with PST activity, melatonin and serotonin levels, or ASD status. In conclusion, these results confirm the complexity of serotonin-NAS-melatonin pathway genetic architecture. Furthermore, this study revealed high heritability of this pathway and identified new candidate genes to understand the inter-individual variability of this pathway in ASD, preterm birth and the general population

Pour lutter contre les agents phytopathogènes, la sélection de plantes résistantes est la stratégie la plus rentable et la plus écologique. Les résistances quantitatives, basées sur des mécanismes de résistances complexes, sont connues pour être sujettes à l’érosion, en cas d’évolution de l’agressivité des agents pathogènes. L’objectif de ce travail basé sur le pathosystème peuplier – rouille du peuplier (Melampsora larici-populina) est d’évaluer le potentiel évolutif des caractères d’agressivité et morphologiques du parasite par des approches de génétique quantitative et d'identifier les bases génétiques par génétique d'association. Pour estimer la plasticité, l’héritabilité et les compromis évolutifs d’un ensemble de caractères quantitatifs, nous avons précisément mesuré leurs variations dans quatre populations contrastées du champignon. Nous avons montré que le volume des spores est un caractère héritable qui évolue rapidement. La quantité de mycélium in planta est aussi héritable mais très conservée car sous sélection stabilisante dans les populations étudiées. Le temps de latence, la taille des lésions et le taux de sporulation présentent une héritabilité faible, ce qui explique l’absence d’évolution observées au cours du temps pour ces trois caractères. Les caractères liés à la fonction de sporulation semblent être les plus plastiques le long d’un gradient de maturité foliaire. Cependant, l’absence de mise en évidence de compromis évolutifs ne nous a pas permis d’identifier des caractères d’agressivité qui seraient les meilleures cibles pour les résistances quantitatives chez le peuplier. Si aucune base génétique de ces caractères quantitatifs n’a été mise en évidence, nous avons localisé un locus d’avirulence potentiel (Avr7) sur lequel une caractérisation fonctionnelle est envisagée
To control plant pathogens, breeding resistant plants is the most cost-effective and ecological strategy. Quantitative resistances, which are based on complex plant mechanisms, are known to be exposed to erosion through an increase of pathogens aggressiveness. Through the study the poplar – poplar rust (Melampsora larici-populina) pathosystem, this work aims to estimate the evolutionary potential of aggressiveness and morphological traits using quantitative genetic approaches and to identify molecular bases through genome-wide association study. To estimate plasticity, heritability, and trade-offs for a set of quantitative traits, we precisely measured their variation in four contrasted pathogen populations. It appeared that spore volume is highly heritable and evolved rapidly. In planta mycelium quantity is also heritable but constant because of stabilizing selection occurring in the studied populations. Latent period, lesion size and sporulation rate exhibit low heritability, which explains the absence of evolution during the studied time period. Traits involved in the sporulating function seem to be the most plastic ones along a leaf maturity gradient. However, the lack of evidence of trade-offs did not allow us to identify aggressiveness traits that would be the best targets for the construction of durable resistance in poplar. No genetic underpinning has been found for quantitative traits, but we have identified a potential avirulence locus (Avr7), opening the way for its functional characterization

La lèpre, maladie infectieuse chronique causée par Mycobacterium leprae, affecte principalement la peau, les nerfs et les yeux avec des séquelles majeures en l’absence de traitement. Avec 200 000 nouveaux cas diagnostiqués chaque année (1 toutes les 2 minutes), il s’agit de la mycobactériose la plus commune après la tuberculose et requalifiée « maladie tropicale négligée » en 2017 par l’Organisation Mondiale de la Santé (OMS). Si la contribution génétique de l’hôte dans l’histoire naturelle de la maladie est maintenant bien établie, son architecture reste lacunaire. Dans cette continuité et afin de la préciser, nous avons, pour la première fois, utilisé une approche de génétique épidémiologique familiale. Plus précisément, nous avons réalisé la première étude d’association pangénomique (Genome-Wide Association Study, GWAS) familiale sur la lèpre. Ainsi, au cours des 20 dernières années, un échantillon de 481 familles nucléaires, parents et enfants, sélectionnées à partir d’un enfant atteint, a été constitué au Vietnam. Sur cet échantillon primaire de 1749 individus incluant 622 enfants atteints, nous avons testé l’association de près de 6 millions de variants bi-alléliques (Single Nucleotide Polymorphism, SNP), génotypés ou imputés, avec la lèpre. Dans un second temps, nous avons testé les signaux les plus prometteurs dans un échantillon de réplication, c’est-à-dire, indépendant et issu de la même population, constitué de 1 181 cas et 668 contrôles. Les résultats les plus significatifs ont été observés au sein de la région HLA et l’analyse multivariée a permis d’identifier trois signaux indépendants. Deux dans la région HLA classe I : rs1265048 [Odds-ratio (OR) = 0,69 ; p-val = 5,5.10⁻¹¹] et rs114598080 [OR = 1,47 ; p-val = 8,8.10⁻¹³] ; Et un dans la région HLA classe II : rs3187964 [OR = 1,67 ; p-val = 8,4.10⁻¹⁶]. Nous avons également identifié deux signaux hors HLA : un variant faux-sens dans le gène LACC1 (rs3764147 : OR = 1,52 ; p-val = 5,1.10⁻¹⁴), et un variant à proximité du gène IL12B (rs6871626 : OR = 0,73 ; p-val = 6.4.10⁻⁸). Les contraintes de coûts des études pangénomiques imposent une réduction majeure du nombre de SNPs à tester dans d’autres échantillons. Dans les études familiales, les parents sont de fait génotypés et pourraient permettre une réplication immédiate sans coûts ajoutés. Au moyen d’une large étude de simulation, nous avons montré que cette approche était pertinente. Une étude cas-contrôle chez les parents de l’échantillon primaire est une réplication valide, statistiquement indépendante de l’étude d’association familiale. C’est un argument fort en faveur des approches familiales pour l’exploration pangénomique de la contribution génétique de l’hôte dans les phénotypes complexes. La compréhension de la physiopathologie de l'infection à M. leprae est cruciale pour optimiser les approches préventives selon les profils génétiques à plus haut risque, et ouvrir de nouvelles pistes thérapeutiques en précisant les cascades fonctionnelles pertinentes. En ce sens, la dissection du contrôle génétique de l'infection par l'hôte est indispensable. Enfin, remettre la famille au cœur de la quête génétique, c’est remettre la génétique dans son milieu naturel
Leprosy is a chronic infectious disease caused by Mycobacterium leprae. It primarily affects the skin and peripheral nerves, and can cause an irreversible impairment of nerve function, often leading to severe disabilities and social stigma if left untreated. The disease, re-qualified by WHO (World Health Organization) as a “Neglected Tropical Disease” in 2017, remains a major public health problem in regions of endemic countries, with over 200,000 new cases per year (one every two minutes). It is ranked second as the most common mycobacterial infectious disease, right after tuberculosis. While it has been well established that there is a genetic contribution to this disease, the underlying genetic causes remains unknown. In our study, we sought to reveal the host´s genetic architecture of leprosy by taking of a familial epidemiological approach. We conducted the first Family-Based Genome-Wide Association Study (GWAS) of leprosy in 481 Vietnamese nuclear families (parents and children) selected based on one affected child and collected over the past 20 years. Using this sample of 1,749 individuals, including 622 affected offspring, we performed association tests between six million biallelic genetic variants (Single-Nucleotide Polymorphism, genotyped or imputed) and the binary phenotype of disease status. Following this first analysis, we conducted a replication analysis of the most promising results in an independent sample of the same ethnic origin, accounting for 1,181 cases and 668 controls. The most significant results were observed within the HLA (Human Leukocyte Antigen) region, in which 3 independent SNPs displayed genome-wide significant associations. Among these, two were for the HLA class I region and one for the HLA class II (rs1265048 [OR = 0.69; p-value = 5.5x10⁻¹¹], rs114598080 [OR = 1.47; p-value = 8.8x10⁻¹³] and rs3187964 [OR = 1.67; p-value = 8.4x10⁻¹⁶] respectively). We also identified a missense variant in the LACC1 gene (rs3764147: OR = 1.52; p-value = 5.1x10⁻¹⁴) and an intergenic variant located close to the IL12B gene (rs6871626: OR = 0.73; p-value = 6.4x10⁻⁸). LACC1 encodes a central regulator of the metabolic function and bioenergetic state of macrophages and IL12B encodes IL-12p40, which is common to two interleukins, IL-12 and IL-23. Large GWAS are expensive, strongly limiting the number of variants to test in a replication set. Here, we took advantage of the available parental phenotypic and genotypic information to perform a classical case-control study among the parents of the family-based sample. Indeed, using of extensive computer simulations, we demonstrated that this population-based parental study is a valid, powerful and costless replication strategy to confirm family-based associations. Overall, our observations add to the attractiveness of family-based designs and should provide valuable help for investigators planning to perform GWA studies. Understanding leprosy pathophysiology infection is crucial to optimize preventive approaches based on genetic profiles. Dissection of the genetic control of the infection by M. leprae by its human host, therefore, constitutes an indispensable step. Finally, repositioning the family at the heart of the genetic quest means repositioning genetics into its natural environment

Pour lutter contre les agents phytopathogènes, la sélection de plantes résistantes est la stratégie la plus rentable et la plus écologique. Les résistances quantitatives, basées sur des mécanismes de résistances complexes, sont connues pour être sujettes à l’érosion, en cas d’évolution de l’agressivité des agents pathogènes. L’objectif de ce travail basé sur le pathosystème peuplier – rouille du peuplier (Melampsora larici-populina) est d’évaluer le potentiel évolutif des caractères d’agressivité et morphologiques du parasite par des approches de génétique quantitative et d'identifier les bases génétiques par génétique d'association. Pour estimer la plasticité, l’héritabilité et les compromis évolutifs d’un ensemble de caractères quantitatifs, nous avons précisément mesuré leurs variations dans quatre populations contrastées du champignon. Nous avons montré que le volume des spores est un caractère héritable qui évolue rapidement. La quantité de mycélium in planta est aussi héritable mais très conservée car sous sélection stabilisante dans les populations étudiées. Le temps de latence, la taille des lésions et le taux de sporulation présentent une héritabilité faible, ce qui explique l’absence d’évolution observées au cours du temps pour ces trois caractères. Les caractères liés à la fonction de sporulation semblent être les plus plastiques le long d’un gradient de maturité foliaire. Cependant, l’absence de mise en évidence de compromis évolutifs ne nous a pas permis d’identifier des caractères d’agressivité qui seraient les meilleures cibles pour les résistances quantitatives chez le peuplier. Si aucune base génétique de ces caractères quantitatifs n’a été mise en évidence, nous avons localisé un locus d’avirulence potentiel (Avr7) sur lequel une caractérisation fonctionnelle est envisagée
To control plant pathogens, breeding resistant plants is the most cost-effective and ecological strategy. Quantitative resistances, which are based on complex plant mechanisms, are known to be exposed to erosion through an increase of pathogens aggressiveness. Through the study the poplar – poplar rust (Melampsora larici-populina) pathosystem, this work aims to estimate the evolutionary potential of aggressiveness and morphological traits using quantitative genetic approaches and to identify molecular bases through genome-wide association study. To estimate plasticity, heritability, and trade-offs for a set of quantitative traits, we precisely measured their variation in four contrasted pathogen populations. It appeared that spore volume is highly heritable and evolved rapidly. In planta mycelium quantity is also heritable but constant because of stabilizing selection occurring in the studied populations. Latent period, lesion size and sporulation rate exhibit low heritability, which explains the absence of evolution during the studied time period. Traits involved in the sporulating function seem to be the most plastic ones along a leaf maturity gradient. However, the lack of evidence of trade-offs did not allow us to identify aggressiveness traits that would be the best targets for the construction of durable resistance in poplar. No genetic underpinning has been found for quantitative traits, but we have identified a potential avirulence locus (Avr7), opening the way for its functional characterization

La Maladie Thrombo-Embolique Veineuse (MTEV) est une maladie dont les facteurs de risque sont à la fois environnementaux et génétiques. Les facteurs de risque génétiques bien établis sont les déficits en anti-thrombine, en protéine S, en protéine C, la mutation du Facteur V de Leiden (FVL), la mutation du Facteur (F) II G20210A, ainsi que le gène ABO dont les allèles A1 et B augmentent le risque de MTEV par rapport aux allèles A2 et O. Alors qu’une part importante de l’héritabilité de la MTEV reste inexpliquée, les études contemporaines se heurtent à un manque de puissance pour découvrir de nouveaux facteurs génétiques dont les effets sont de plus en plus faibles. En vue d’augmenter la puissance de détection de nouveaux gènes de susceptibilité à la MTEV, j’ai recherché les déterminismes génétiques de deux de ses phénotypes intermédiaires : les taux d’activité plasmatique du FVIII et les taux d’antigénémie de sa protéine de transport, le Facteur de von Willebrand (vWF). Dans un premier temps, j’ai réalisé une analyse de liaison des taux de FVIII et de vWF à partir d’un échantillon de cinq grandes familles franco-canadiennes (totalisant 255 personnes) recrutées via un cas de MTEV avec mutation FVL. Quatre régions liées aux taux de FVIII et/ou vWF ont été identifiées. L’une de ces régions correspondait au locus du gène ABO déjà connu pour influencer les taux de FVIII et vWF. La recherche de gènes candidats au sein des autres signaux de liaison s’est effectuée par l’étude in silico d’une analyse d’association pangénomique de la MTEV incluant 419 cas et 1228 témoins. Deux gènes candidats ont été identifiés : STAB2 et BAI3. J’ai ensuite réalisé des études d’associations de cinq polymorphismes de BAI3. L’un d’entre eux était d’une part associé à une élévation des taux de vWF (résultat obtenu dans un échantillon de 108 familles nucléaires en bonne santé et reproduit dans un échantillon de 916 patients non apparentés atteints de MTEV), et d’autre part associé au risque de survenue de MTEV parmi les sujets non porteurs de mutations FVL et FII de deux échantillons cas-témoins (respectivement 916 cas et 801 témoins, et 250 cas et 607 témoins). Quant à STAB2, durant le courant de ma thèse, deux de ces polymorphismes ont été décrits comme associés aux taux de FVIII et vWF au cours d’une vaste étude d’association pangénomique (GWAS) menée par le consortium CHARGE rassemblant 23 600 personnes. Dans un second temps, j’ai réalisé une méta-analyse de trois GWAS des taux de FVIII et vWF. Ces analyses avaient été conduites avec l’échantillon des cinq grandes familles franco-canadiennes et deux échantillons de 972 et 570 patients atteints de MTEV. Elles étaient ajustées sur les polymorphismes du gène ABO permettant de distinguer les allèles A1, A2, B et O, dans l’optique d’augmenter la puissance des analyses en diminuant la variance résiduelle des phénotypes. Aucun polymorphisme n’était associé ni aux taux de vWF ni à ceux de FVIII après prise en compte de la correction de Bonferroni pour tests multiples (p<10-7). Cependant, parmi les onze gènes qui présentaient des polymorphismes associés aux taux de vWF ou de FVIII avec une significativité p<10-5, de manière intéressante se trouvait STAB2. Cette étude a de plus permis de confirmer les associations nouvellement découvertes de polymorphismes situés dans les gènes VWF, STXBP5 et STX2
The Venous Thromboembolism (VTE) risk factors are environmental and genetic. The well established risk factors are anti-thrombin, protein C, protein S deficiency, Factor V Leiden and factor II mutation and ABO gene, with A1 and B allele increasing the risk of VTE. While an important part of VTE heritability remains unexplained, contemporary studies fail to discover new susceptibility genes with weaker effects. In order to increase the discovery power, I searched for genetic geterminism of two intermediary phenotypes of VTE : Factor VIII plasmatic activity (FVIII) and von Willebrand factor antigenemia (vWF)First, I performed a linkage study of FVIII and vWF from a sample of 5 large pedigrees (N=255). Four loci have been identified. One included ABO gene. I searched for candidate genes located in the others loci by studying in silico results from o Genome Wide Association Study (GWAS) of the VTE including 419 cases and and 1228 controls. témoins. Two candidate genes were identified : STAB2 et BAI3. Then I performed association studies of five SNPs in BAI3 with FVIII and vWF. One of them was associated to vWF (in a sample of 108 nuclear families and 916 VTE patients), and associated to VTE in two case-controls samples (respectively 916 cases and 801 controls, and 250 cases et 607 controls).Second, I performed a meta-analysis of three GWAS of FVIII and vWF from the same 5 pedigrees and two samples of VTE (N=972 and 570) adjusted on ABO blood group. No polymorphisms were significant after Bonferoni correction (p<10-7). Nevertheless, among 11 genes carrying polymorphisms with a p<10-5, interestingly was STAB2. Futhermore, this study allowed to confirm newly discoverd association with VWF, STXBP5 et STX2

De nos jours, le “cloud computing” permet de mutualiser et de traiter de grandes quantités de données génétiques à un coût minime et sans avoir à maintenir une infrastructure propre. Ces données sont notamment utilisées dans des études d'association pangénomiques (“Genome Wide Association Studies” ou GWAS) afin d’identifier des variants génétiques associées à certaines maladies. Cependant, leur externalisation induit de nombreux problèmes en matière de sécurité. Notamment, le génome humain représente l'unique identité biologique d’un individu et est donc par nature une information très sensible. L'objectif de ces travaux de thèse est de protéger des données génétiques lors de leur partage, stockage et traitement sur le cloud. Nous avons développé différents outils de sécurité fondés sur le tatouage, des mécanismes cryptographiques et leur combinaison. Dans un premier temps, en utilisant le chiffrement homomorphe, nous avons proposé une version originale sécurisée de l’approche GWAS fondée sur la technique dite “collapsing method” ; une technique qui s’appuie sur la régression logistique. Pour faire face aux problèmes de complexité de calcul et de mémoire liés à l’exploitation du chiffrement homomorphe, nous avons proposé un protocole qui profite de différents outils cryptographiques (PGP, fonction de hachage) pour partager entre plusieurs unités de recherche des études GWAS sur des variants rares de manière sécurisée, cela sans augmenter la complexité de calcul. En parallèle, nous avons développé une méthode de crypto-tatouage qui exploite la sécurité sémantique des schémas de chiffrement homomorphe, pour permettre à un cloud de protéger/vérifier l’intégrité de bases de données génétiques externalisées par différents utilisateurs. Ce schéma de crypto-tatouage est dynamique dans le sens où le tatouage est réactualisé au fil des mises à jour des données par leurs propriétaires sans cependant retatouer l’ensemble des jeux de données. Dans le même temps, nous avons proposé la première solution de tatouage robuste qui permet de protéger la propriété intellectuelle et le traçage de traitres pour des données génétiques utilisées dans des GWAS
Nowadays, cloud computing allows researchers and health professionals to flexibly store and process large amounts of genetic data remotely, without a need to purchase and to maintain their own infrastructures. These data are especially used in genome-wide association studies (GWAS) in order to conduct the identification of genetic variants that are associated with some diseases. However, genetic data outsourcing or sharing in the cloud induces many security issues. In addition, a human genome is very sensitive by nature and represents the unique biological identity of its owner. The objective of this thesis work is to protect genetic data during their sharing, storage and processing. We have developped new security tools that are based on watermarking and cryptographic mechanisms, as well as on the combination of them. First, we have proposed a privacy-preserving method that allows to compute the secure collapsing method based on the logistic regression model using homomorphic encryption (HE). To overcome the computational and storage overhead of HE-based solutions, we have developed a framework that allows secure performing of GWAS for rare variants without increasing complexity compared to its nonsecure version. It is based on several security mechanisms including encryption. In parallel of these works, we have exploited the semantic security of some HE schemes so as to develop a dynamic watermarking method that allows integrity control for encrypted data. At last, we have developed a robust watermarking tool for GWAS data for traitor tracing purposes

Les maladies neurodégénératives, telles que la maladie d'Alzheimer (AD) et Charcot Marie Tooth (CMT), sont des maladies complexes. Leurs mécanismes pathologiques ne sont toujours pas bien compris et les progrès dans la recherche et le développement de nouvelles thérapies potentielles modifiant la maladie sont lents. Les données catégorielles, comme les échelles de notation et les données sur les études d'association génomique (GWAS), sont largement utilisées dans les maladies neurodégénératives dans le diagnostic, la prédiction et le suivi de la progression. Il est important de comprendre et d'interpréter ces données correctement si nous voulons améliorer la recherche sur les maladies neurodégénératives. Le but de cette thèse est d'utiliser la théorie psychométrique moderne: théorie de la réponse d’item pour analyser ces données catégoriques afin de mieux comprendre les maladies neurodégénératives et de faciliter la recherche de médicaments correspondante. Tout d'abord, nous avons appliqué l'analyse de Rasch afin d'évaluer la validité du score de neuropathie Charcot-Marie-Tooth (CMTNS), un critère important d'évaluation principal pour les essais cliniques de la maladie de CMT. Nous avons ensuite adapté le modèle Rasch à l'analyse des associations génétiques pour identifier les gènes associés à la maladie d'Alzheimer. Cette méthode résume les génotypes catégoriques de plusieurs marqueurs génétiques tels que les polymorphisme nucléotidique (SNPs) en un seul score génétique. Enfin, nous avons calculé l'information mutuelle basée sur la théorie de réponse d’item pour sélectionner les items sensibles dans ADAS-cog, une mesure de fonctionnement cognitif la plus utilisées dans les études de la maladie d'Alzheimer, afin de mieux évaluer le progrès de la maladie
Neurodegenerative diseases, such as Alzheimer’s disease (AD) and Charcot Marie Tooth (CMT), are complex diseases. Their pathological mechanisms are still not well understood, and the progress in the research and development of new potential disease-modifying therapies is slow. Categorical data like rating scales and Genome-Wide Association Studies (GWAS) data are widely utilized in the neurodegenerative diseases in the diagnosis, prediction and progression monitor. It is important to understand and interpret these data correctly if we want to improve the disease research. The purpose of this thesis is to use the modern psychometric Item Response Theory to analyze these categorical data for better understanding the neurodegenerative diseases and facilitating the corresponding drug research. First, we applied the Rasch analysis in order to assess the validity of the Charcot-Marie-Tooth Neuropathy Score (CMTNS), a main endpoint for the CMT disease clinical trials. We then adapted the Rasch model to the analysis of genetic associations and used to identify genes associated with Alzheimer’s disease by summarizing the categorical genotypes of several genetic markers such as Single Nucleotide Polymorphisms (SNPs) into one genetic score. Finally, to select sensitive items in the most used psychometrical tests for Alzheimer’s disease, we calculated the mutual information based on the item response model to evaluate the sensitivity of each item on the ADAS-cog scale

Ce chapitre présente un modèle de compression de données adapté aux études d’associations pangénomiques (GWAS pour Genome-Wide association Study). La méthode présentée exploite la structure de déséquilibre de liaison du génome pour améliorer la puissance statistique des tests utilisés dans les études d’associations pangénomiques. Une étude de cas concret sur la spondylarthrite ankylosante illustre l’approche.