Tesi sul tema "Variation du nombre de copies de gène"

Les variations de nombre de copies (CNVs) sont des séquences supérieures à 1kb ayant subi une délétion, une duplication ou une inversion de fragments d'ADNs et sont présents avec une fréquence de 12% dans le génoe humain. Leur caractérisation ainsi que leur association dans les maladies complexes sont, à ce jour, en plein essor. Nous avons donc entrepris l'étude des CNVs de gènes candidats dans les familles de patients atteints de polyarthrite rhumatoïde (PR) en utilisant plusieurs outils de biologie moléculaire. Les CNVs de quatre gènes candidats (GSTMI, GSTT1, FCGR3B et CCL3L1) ont été investigués par PCR classique, qPCR ou Droplet Digital PCR (ddPCR). Mais très vite, la PCR classique a montré qu'elle n'est pas applicable à tous les gènes et que la qPCR était peu sensible et reproductible. Par contre, grâce à la ddPCR, nous avons tout d'abord pu quantifier avec précision les CNVs des gènes GSTM1, FCGR3B et CCL3L1. Par la suite, nous avons pu identifier les génotypes en nombre de copies pour le gène GSTM1 et mettre en évidence une duplication en tandem qui a été confirmée par une Lone Range PCR. La transmission des CNVs au sein des familles étudiées nous a ensuite permis d'identifier tous les génotypes en nombre de copies du gène FCGR3B et certains génotypes du gène CCL3LI. Des événements de recombinaison de novo ont été mis en évidence pour le gène FCGR3B ainsi que des duplications en tandem transmises des parents aux patients pour les trois gènes investigués par ddPCR. Aucune association n'a été mise en évidence entre la PR et les CNVs des quatre gènes candidats. Néanmoins, une transmission préférentielle de la délétion du gène GSTT1 a été mise en évidence, après stratification dans le sous-groupe de patients séropositifs pour le facteur rhumatoïde. Des tendances non significatives ont été observées dans les sous-groupes de cas index avec un âge de début de la maladie inférieur à 40 ans, avec présence de modules (pour le gêne GSTM1), et avec la présence d'auto-anticorps (pur les gènes FCGR3B et CCL3L1). En conclusion, le développement de l'utilisation d'une technologie de pointe et l'accès à des échantillons familiaux sont des atouts indispensables pour caractériser les variants génomiques de nombre de copies, facteurs de risque potentiels des maladies complexes
Copy number variations (CNVs) are sequences up to 1kb resulting from deletion, duplication and inversion of DNA regions ans are present with a frequency of 12% in the human genome. CNVs characterization and association to complex diseases are still subjects of controversies. We then enhanced the study of CNV's for candidate genes in rhemuatoid arthritis (RA) families, with different methodologies. CNVs of our candidate genes (GSTM1, GSTT1, FCGR3B et CCL3L1) were investigated with standard PCR, quantitative PCR (qPCR) or with Droplet Digital PCR (ddPCR). First we found that standard PCR was not applicable for all genes and that the qPCR was not sensitive and reproductible for CNVs quantification. Second, the ddPCR methodology allowed us to quantify CNVs of GSTM1, FCGR3B, and CCL3L1 with high resolution and to characterize copy number genotypes og GSTM1 gene, leading to the identification of tandem duplicated copies. A long range PCR confirmed this result. CNVs transmission in families allowed the identification of all copy number genotypes for FCGR3B gene and some of CCL3L1 with high resolution and to characterize copy numbers genotypes of GSTM1 gene, leading to the identification of tandem duplicated copies. A long Range PCR confirmed this result. CNVs transmission in families allowed the identification of all copy number genotypes for FCGR3B gene and some of CCL3L1 genotypes. De novo recombination events were highllighted for FCGR3B gene and transmission of the duplication from one parent to the offspring was observed for all genes characterized by ddPCR. No association between RA and candidate genes CNVs was found, but after stratification, we observed a significant preferential transmission of GSTT1 deletion in the subgroup of patients seropositive for rheumatoid factor. We also showed a non-significant tendency in the subgroups of patient with an age at onset inferior to 40 years, with presence of nodules (for GSTM1 gene), and with presence of auto-antibodies (for FCGR3B and CCL3L1 gene). In conclusion, digital PCR is currently the most adequate methodology to accurately genotype CNVs. Analysis of familial sample leads to the identification of duplication events and to the characterization of genotypes, essential for CNVs association in complex diseases

Le syndrome de Li-Fraumeni (LFS) représente l’une des formes mendéliennes de cancer les plus graves, caractérisée par une forte hétérogénéité phénotypique tant au niveau du spectre tumoral que de l’âge de survenue des tumeurs et définie au niveau moléculaire par une altération constitutionnelle du gène suppresseur de tumeurs TP53, détectée dans 15 % des familles évocatrices du LFS. Les objectifs de cette thèse étaient doubles. D’une part, afin de comprendre les bases moléculaires de l'hétérogénéité phénotypique du LFS, nous avons étudié les conséquences fonctionnelles des différentes classes de mutations de TP53, dans le contexte génétique des patients via le développement d’un essai fonctionnel ex vivo de la voie p53 basé sur la caractérisation du profil transcriptomique des lymphocytes immortalisés de patients porteurs d’une mutation hétérozygote de TP53 en réponse à un stress génotoxique. Dans les lymphocytes de 3 témoins, nous avons identifié 173 gènes dont l'expression est induite plus de 2 fois, dont 46 gènes cibles connus de p53. Dans les lymphocytes de 3 patients atteints du LFS, porteurs de mutations faux-sens canoniques (p. Arg175His, p. Arg248Trp, p. Arg273His), le nombre de gènes induits et le niveau d’induction des gènes cibles connus de p53 ont été fortement réduits par rapport aux 3 témoins et à 3 patients porteurs de mutations nulles. Ces résultats montrent que certaines mutations constitutionnelles faux-sens de TP53 associées à un effet transdominant-négatif modifient considérablement la réponse aux lésions de l’ADN, ce qui explique probablement pourquoi ces mutations sont retrouvées de façon majoritaire dans le LFS. D’autre part, nous avons étudié l'hétérogénéité génétique des patients évocateurs du LFS sans altération détectable de TP53 en recherchant de nouvelles bases moléculaires via le développement d’une puce à ADN pangénomique, hautement résolutive dans des régions génomiques d’intérêt, afin d’évaluer la contribution de variations rares du nombre de copies d’ADN (CNV) dans le déterminisme génétique du LFS. Nous avons détecté chez 15 patients, 20 nouveaux CNV touchant des régions codantes et absents chez 600 témoins. De façon remarquable, chez 4 de ces patients ayant développé une tumeur cérébrale, les CNV détectés touchent des gènes impliqués dans le remodelage de la chromatine (KDM1A, MTA3, TRRAP ou SIRT3). Nous avons focalisé nos analyses sur la duplication touchant SIRT3 et montré qu’elle entraîne une surexpression de SIRT3 chez les patients et que, in vitro, cette surexpression protège de l’apoptose, augmente la phase G2/M du cycle cellulaire et provoque un défaut d’induction de gènes induits en réponse à un stress génotoxique et une hyperméthylation de gènes impliqués dans le cancer. Ces résultats sont en faveur du rôle délétère d’altérations constitutionnelles touchant des gènes impliqués dans le remodelage de la chromatine dans les prédispositions génétiques au cancer et en particulier aux tumeurs cérébrales

Ces dix dernières années, l’investigation des maladies génétiques a été bouleversée par l’émergence des techniques de séquençage haut-débit. Celles-ci permettent désormais de ne plus séquencer les gènes un par un, mais d’avoir accès à l’intégralité de la séquence génomique ou transcriptomique d’un individu. La difficulté devient alors d’identifier les variants causaux parmi une multitude d’artefacts techniques et de variants bénins, pour ensuite comprendre la physiopathologie des gènes identifiés.L’application du séquençage haut débit est particulièrement prometteuse dans le champ de la génétique de l’infertilité masculine car il s’agit d’une pathologie dont l’étiologie est souvent génétique, qui est génétiquement très hétérogène et pour laquelle peu de gènes ont été identifiés. Mon travail de thèse est donc centré sur la l’infertilité et comporte deux parties majeures : l’analyse des données issues du séquençage haut débit d’homme infertiles et de modèles animaux et la caractérisation moléculaire d’un phénotype spécifique d’infertilité, laglobozoospermie.Le nombre de variants identifiés dans le cadre d’un séquençage exomique pouvant s’élever à plusieurs dizaines de milliers, l’utilisation d’un outil informatique performant est indispensable. Pour arriver à une liste de variants suffisamment restreinte pour pouvoir être interprétée, plusieurs traitements sont nécessaires. Ainsi, j’ai développé un pipeline d’analyse de données issues de séquençage haut-débit effectuant de manière successive l’intégralité des étapes de l’analyse bio-informatique, c’est-à-dire l’alignement des reads sur un génome de référence, l’appel des génotypes, l’annotation des variants obtenus ainsi que le filtrage de ceux considérés comme non pertinents dans le contexte de l’analyse. L’ensemble de ces étapes étant interdépendantes,les réaliser au sein du même pipeline permet de mieux les calibrer pour ainsi réduire le nombre d’erreurs générées. Ce pipeline a été utilisé dans cinq études au sein du laboratoire, et a permis l’identification de variants impactant des gènes candidats prometteurs pouvant expliquer le phénotype d’infertilité des patients.L’ensemble des variants retenus ont ensuite pu être validés expérimentalement.J’ai également pris part aux investigations génétiques et moléculaires permettant la caractérisation du gène DPY19L2, identifié au laboratoire et dont la délétion homozygote entraine une globozoospermie, caractériséepar la présence dans l’éjaculât de spermatozoïdes à tête ronde dépourvus d’acrosome. Pour cela, j’ai contribué à caractériser les mécanismes responsables de cette délétion récurrente, puis, en utilisant le modèle murin Dpy19l2 knock out (KO) mimant le phénotype humain, j’ai réalisé une étude comparative des transcriptomes testiculaires de souris sauvages et de souris KO Dpy19l2-/-. Cette étude a ainsi permis de mettre en évidence la dérégulation de 76 gènes chez la souris KO. Parmi ceux-ci, 23 sont impliqués dans la liaison d’acides nucléiques et de protéines, pouvant ainsi expliquer les défauts d’ancrage de l’acrosome au noyau chez les spermatozoïdes globozoocéphales.Mon travail a donc permis de mieux comprendre la globozoospermie et de développer un pipeline d’analyse bioinformatique qui a déjà permis l’identification de plus de 15 gènes de la gamétogenèse humaine impliqués dans différents phénotypes d’infertilité
In the last decade, the investigations of genetic diseases have been revolutionized by the rise of high throughput sequencing (HTS). Thanks to these new techniques it is now possible to analyze the totality of the coding sequences of an individual (exome sequencing) or even the sequences of his entire genome or transcriptome.The understanding of a pathology and of the genes associated with it now depends on our ability to identify causal variants within a plethora of technical artifact and benign variants.HTS is expected to be particularly useful in the field infertility as this pathology is expected to be highly genetically heterogeneous and only a few genes have so far been associated with it. My thesis focuses on male infertility and is divided into two main parts: HTS data analysis of infertile men and the molecular characterization of a specific phenotype, globozoospermia.Several thousands of distinct variants can be identified in a single exome, thereby using effective informatics is essential in order to obtain a short and actionable list of variants. It is for this purpose that I developed a HTS data analysis pipeline performing successively all bioinformatics analysis steps: 1) reads mapping along a reference genome, 2) genotype calling, 3) variant annotation and 4) the filtering of the variants considered as non-relevant for the analysis. Performing all these independent steps within a single pipeline is a good way to calibrate them and therefore to reduce the number of erroneous calls. This pipeline has been used in five studies and allowed the identification of variants impacting candidate genes that may explain the patients’ infertility phenotype. All these variants have been experimentally validated using Sanger sequencing.I also took part in the genetic and molecular investigations which permitted to demonstrate that the absence of the DPY192 gene induces male infertility due to globozoospermia, the presence in the ejaculate of only round-headed and acrosomeless spermatozoa. Most patients with globozoospermia have a homozygous deletion of the whole gene. I contributed to the characterization of the mechanisms responsible for this recurrent deletion, then, using Dpy19l2 knockout (KO) mice, I realized the comparative study of testicular transcriptome of wild type and Dpy19l2 -/- KO mice. This study highlighted a dysregulation of 76 genes in KO mice. Among them, 23 are involved in nucleic acid and protein binding, which may explain acrosome anchoring defaults observed in the sperm of globozoospermic patients.My work allowed a better understanding of globozoospermia and the development of a HTS data analysis pipeline. The latter allowed the identification of more than 15 human gametogenesis genes involved in different infertility phenotypes

Les mécanismes physiopathologiques des hypersensibilités (HS) médicamenteuses ne sont que partiellement connus. Un terrain génétique favorisant est connu de longue date, mais peu de facteurs de risques sont formellement identifiés. A l’aide d’une approche par gènes candidats, nous avons évalué l’association entre des polymorphismes des gènes NOD1 et 2 et l’HS aux bétalactamines ; l’association entre plusieurs polymorphismes cytokiniques et différentes HS médicamenteuses. Enfin, nous avons utilisé une approche pangénomique à la recherche de gènes candidats au cours d’une HS spécifique, le DRESS. Parmi 368 cas et autant de contrôles italiens ainsi que 387 cas et 326 contrôles espagnols, nous avons mis en évidence une association entre l’un des polymorphismes de NOD2 et un faible risque d’HS immédiate aux bétalactamines chez les patients italiens, tandis qu’un autre polymorphisme de NOD2 était associé à un risque augmenté d’HS immédiate aux bétalactamines chez les patients espagnols. Aucune association avec le polymorphisme de NOD1 n’était identifiée. Parmi 118 patients et 236 contrôles, nous avons identifiés l’association entre les polymorphismes de l’IL1 (IL1-RN-A2 et IL1-[bêta] -511) et de l’IL10 (-592A) avec le risque de DRESS. Enfin, parmi 18 DRESS, l’analyse de puces CNV pangénomique nous a permis d’identifier des variations comportant les gènes KLRC2 et CESP1.Au total, nous avons pu démontrer l’implication de gènes modulant l’inflammation, la réponse antivirale ou le métabolisme des médicaments dans différentes HS médicamenteuses. Une confirmation à l’étage fonctionnelle de ces résultats est nécessaire
The physiopathology of drug hypersensitivity (HS) are only partially known. A genetic background for such drug allergy is still demonstrated but only few genes are identified. Using a candidate gene approach, we tested the association of NOD1 and 2 genes with betalactam HS and the association of several cytokines genes with some drug HS. Using a whole genome approach, we tried to discover new candidate gene for DRESS. Among 368 italian cases and controls and 387 spanish cases and 326 controls, we identified one polymorphism of NOD2 gene associated with a protective effect for italians and another polymorphism associated with higher risk of druh HS for spanians. No association with NOD1 polymorphims was identified. Among 118 cases and 236 controls, we noticed that IL1 polymorphisms (IL1-RN-A2 and IL1-? -511) and IL10 polymorphism (-592A) were associated with DRESS.Ending, among 18 DRESS, a whole-genome array let us identify variations containing KLRC2 and CESP1 genes. These studies demonstrate the implication of several genes involved in inflammation, antivirus response or drug metabolism in different drug HS.Fonctionnal studies are needed to confirm these results

Les plasmides sont des fragments d'ADN extrachromosomaux largement utilisés en tant qu'outil en biologie moléculaire. Un plasmide code pour sa propre fréquence de réplication et peut être à copies multiples au sein de son hôte (e.g. la bactérie). Il peut aussi apporter à son hôte un avantage sélectif tel que la résistance à un antibiotique, ce qui confère un caractère symbiotique au système hôte-plasmide. Nous voulons explorer : 1-les variations du nombre de copies de plasmides (PCN) afin de comprendre les interactions que le plasmide peut avoir avec son hôte 2- la manière dont se fait la régulation de ce nombre de copies. Nous nous sommes fixés quelques plasmides modèles dans lesquels nous avons inséré le gène d'une protéine fluorescente (mOrange). Ces plasmides ont été injectés dans une bactérie contenant le gène d'un autre rapporteur fluorescent (eGFP) sur son chromosome ce qui nous permet d'avoir une référence au sein de chaque bactérie. Nous avons ensuite observé ces bactéries transformées à l'aide d'un dispositif microfluidique développé au la- boratoire qui nous permet des observations de bas niveau de fluorescence sur des bactéries isolées. Pour chaque plasmide étudié, nous avons pu mesurer son PCN moyen par bactérie au sein de la population. Nous avons aussi évalué son PCN moyen à l'aide de techniques usuelles de biologie moléculaire, et avons obtenu approximativement les mêmes résultats. Nous avons constaté pour certains plasmides des variations d'expression de la mOrange plus grandes que pour la eGFP. Nous attribuons cette augmentation de la variabilité d'expression à la variabilité du PCN. Cette variabilité soit d'autant plus petite que le PCN moyen est grand. Ensuite, nous avons pu extraire des données la variation du PCN au sein de la population. Par ailleurs, nous donnons aussi à l'aide d'une méthode plus approximative la distribution du PCN par bactérie. Finalement, nous avons fait croître les bactéries dans un milieu contenant plus ou moins d'antibiotique dont la résistance est portée par le plasmide. Nous n'avons pas réussi à changer les caractéristiques des plasmides, mais avons pu regarder le phénomène de perte dans un de nos plasmides.

Comme dans la plupart des maladies auto-immunes une prédominance féminine est observée dans la polyarthrite rhumatoïde (PR). Le chromosome X, présent en 2 exemplaires chez la femme, est intéressant puisque beaucoup de gènes à fonctions immunitaires y sont localisés. Dans ce travail, nous montrons que certains de ces gènes peuvent augmenter leur nombre de copies quand l'individu vieillit. En outre, cette variation est spécifique au sexe avec une augmentation chez les hommes et l'inverse chez les femmes. D’autre part, alors que généralement les femmes inactivent aléatoirement (50:50) le chromosome X d’origine maternel ou X d’origine paternel, nous montrons un biais d’inactivation (≥ 80:20) chez les femmes atteintes de PR. De plus ce biais est préférentiellement associé à celles qui portent les gènes de susceptibilité à la maladie. Ces résultats soulignent l’importance du chromosome X dans le développement de l’auto-immunité et aident à la compréhension du biais féminin dans ces maladies
As in many autoimmune diseases, a female predominance is observed in rheumatoid arthritis (RA). The X chromosome, present in 2 copies in females, is of particular interest as it contains many genes with immune functions. In this work, we show an increase with age in copy number of some X-linked genes in peripheral blood cells of men, healthy or with RA. Importantly, this increase is not observed in women. On the other hand, when in fact females generally randomly inactivate (50:50) either the paternally-derived or the maternally-derived X chromosome, we show a skewed inactivation (≥ 80:20) in women with RA. Moreover this skewing correlates preferentially with women carrying disease susceptibility genes. Altogether, our findings highlight the importance of this fascinating chromosome in the development of autoimmunity in a step forward to better understand female predilection to autoimmune diseases

Les variations du nombre de copies (CNVs) des régions chromosomiques sont une source importante de variabilité chez l’humain. Ainsi certaines altérations structurelles ont été associées à des maladies syndromiques comme les CNVs de la région 16p11.2. Les réarrangements de cette région représentent un facteur de risque important pour le diagnostic de troubles du neurodéveloppement, tels que la déficience intellectuelle et les troubles du spectre autistique (ASD). Pourtant, la grande densité en gènes de la région et la forte variabilité phénotypique rendent leur étude complexe. La modélisation chez la souris des réarrangements 16p11.2 a permis d’identifier plusieurs déficits cognitifs similaire aux traits humains afin d’identifier gènes responsables et comprendre les mécanismes moléculaires affectés. Les projets de recherche présentés dans ce manuscrit consistent en l’identification de gènes candidats à partir de la caractérisation comportementale de modèles d’inactivation génétique et le développement d’approches thérapeutiques, afin de restaurer les phénotypes associés à la délétion de la région 16p11.2 chez la souris. En outre, nous avons également engagé la création de modèles porteurs des réarrangements 16p11.2 chez le rat. Grâce à ces nouveaux modèles, nous avons retrouvé des désordres de l’interaction sociale, un phénotype associé à l’autisme, ce qui rend ces modèles très pertinents pour la compréhension de ces désordres. Finalement, la caractérisation comportementale des modèles 16p11.2 à partir de ces deux espèces a mis en évidence un dimorphisme sexuel. La similitude retrouvée entre ces modèles animaux dans nos études et le biais sexuel des cas porteurs des réarrangements 16p11.2 avec l’ASD ou la déficience intellectuelle chez l’homme ouvre des perspectives intéressantes pour le développement de traitements futurs. Ce travail s’inscrit dans une perspective plus large qui permette de comprendre le rôle des gènes de la région dans le développement neurologique et leurs effets sur le comportement afin de comprendre et améliorer la pathologie humaine associée aux CNVs 16p11.2
Variations in copy number (CNVs) of chromosomal regions are an important source of variability in humans. Thus some structural alterations have been associated with syndromic diseases such as the CNVs of the 16p11.2 region. Indeed 16p11.2 rearrangement represent an important risk factor for the diagnosis of neurodevelopmental disorders, such as intellectual disability and Autism Spectrum Disorder (ASD). However, the high gene density of the region and the high phenotypic variability make their study complex. Mouse modeling of 16p11.2 rearrangements has allowed to identify several cognitive deficits similar to human traits for the purpose of identify responsible genes and to understand the molecular mechanisms affected. The work presented in this manuscript consists of the identification of candidate genes from the behavioral characterization of genetic inactivation models and the development of therapeutic approaches to restore the phenotypes associated with the 16p11.2 deletion in the mouse. In addition, we also initiated the creation of models carrying 16p11.2 rearrangements in rats. Thanks to these models, we found disorders of social interaction, a phenotype associated with autism, which makes these models very relevant for the understanding of these disorders. Finally, the behavioral characterization of the 16p11.2 models from these two species revealed a sexual dimorphism. The similarity found between these models in our studies and the sexual bias of cases carrying 16p11.2 rearrangements with ASD or intellectual disability in humans open interesting prospects for the development of future treatments. This work is part of a wider perspective that allows to understand the role of genes of the region in neurodevelopment to understand and improve the human pathology associated with CNVs 16p11.2

Les plasmides sont des fragments d'ADN extrachromosomaux. Un plasmide code pour sa propre fréquence de réplication et peut être à copies multiples au sein de son hôte. Il peut aussi apporter à son hôte un avantage sélectif. Dans quelques plasmides modèles, nous avons inséré le gène d'une protéine fluorescente (mOrange). Ces plasmides ont été injectés dans une bactérie contenant le gène d'un autre rapporteur fluorescent (eGFP) sur son chromosome. Nous avons observé ces bactéries à l'aide d'un dispositif microfluidique qui nous permet des observations de bas niveau de fluorescence sur des bactéries isolées. Pour chaque plasmide étudié, nous avons pu mesurer son nombre de copies (PCN) moyen par bactérie au sein de la population. Ensuite, nous avons extrait des données la variation du PCN au sein de la population. Par ailleurs, nous donnons aussi à l'aide d'une méthode plus approximative la distribution du PCN par bactérie. Finalement, nous n'avons pas réussi à changer les caractéristique

Les troubles du spectre autistique (TSA) sont caractérisés par des déficits des interactions sociales et de la communication et par la présence de comportements répétitifs et stéréotypés. Les TSA sont associés à une hérédité complexe et une très importante hétérogénéité étiologique impliquant plus d'une centaine de gènes et loci. Les variants génétiques identifiés sont rares voire uniques et les mutations de novo jouent un rôle considérable. Des formes autosomiques dominantes ou récessives, liées au chromosome X, à forte pénétrance ou associées à une expressivité variable ont été rapportées. Néanmoins, nos connaissances de l'architecture génétique des TSA restent très incomplètes puisque les causes connues n'expliquent la pathologie que chez environ 25 % des cas, indiquant qu'il reste encore de nombreux gènes et loci à identifier. Ce travail de thèse a consisté en l'analyse de variations du nombre de copies de gènes (copy number variations, CNVs) afin de poursuivre la dissection de l'étiologie des TSA, d'identifier de nouveaux gènes impliqués et de mieux comprendre les mécanismes physiopathologiques sous-jacents.Grâce à la participation de notre équipe au consortium international Autism Genome Project (AGP), nous avons pris part à une analyse pangénomique avec des micropuces à ADN à très haute résolution chez près de 3 000 trios parents-enfant, répartis en deux stades. Les résultats du premier stade avaient démontré le rôle considérable des CNVs rares dans l'étiologie dans les TSA, en particulier les CNVs de novo. Dans le second stade, nous avons procédé à l'analyse de la deuxième moitié des familles et réanalysé les données combinées de l'ensemble des familles des deux s
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État de l’art : La dormance tumorale est une stratégie de résistance utilisée par les cellules cancéreuses. Elle constitue un obstacle majeur dans la thérapie du cancer, puisqu’elle mène à la maladie résiduelle minimale (MRD) et augmente le risque de rechute. Bien que cliniquement significatifs, les mécanismes derrière la dormance tumorale et la MRD ne sont pas bien compris. Nous avons utilisé deux modèles murins syngéniques de leucémie myéloïde et de mélanome élaborés par le laboratoire pour explorer les profils génétiques, épigénétiques, transcriptomiques et protéomiques liés à la dormance tumorale. Par cette approche multi-omique, nous avons cherché à découvrir les processus moléculaires conduisant à la MRD et à identifier des cibles thérapeutiques potentielles.Résultats :Nous avons réalisé une analyse multi-omique complexe incluant le séquençage de l'exome entier (WES), l'analyse des variations du nombre de copies (CNV), l'immunoprécipitation de la chromatine suivie du séquençage (ChIP-seq) et des investigations du transcriptome et du protéome. L'analyse WES a identifié un chevauchement subtil de mutations génétiques entre les modèles de dormance de mélanome et de leucémie, avec de nombreuses mutations trouvées exclusivement dans les cellules de dormance. Ces signatures génétiques spécifiques suggèrent que les pressions sélectives durant la MRD peuvent conférer une résistance au microenvironnement ou aux traitements. En combinant les données CNV, les marques d'histones et les signatures d'expression génique transcriptomique avec l'analyse d'enrichissement de Gene Ontology (GO), nous avons identifié des rôles fonctionnels potentiels de ces gènes mutés et obtenu des informations sur les voies impliquées dans la MRD. De plus, en comparant les "gènes MRD murins" avec les données correspondantes aux maladies humaines provenant de bases de données publiques,nos travaux soulignent des caractéristiques communes liées à la progression de la maladie. L'analyse protéomique, combinée aux investigations génétiques multiomiques,a révélé une signature protéique distincte dans les cellules de dormance avec une implication minimale des mécanismes génétiques. L'analyse 'enrichissement des voies a mis en évidence les processus métaboliques, de différenciation et de remodelage du cytosquelette impliqués dans la MRD. Enfin, nous avons identifié 11 protéines exprimées différemment dans les cellules de dormance de ces deux pathologies. Conclusions : Notre recherche met en évidence la nature complexe de la dormance tumorale,impliquant à la fois des éléments génétiques et non génétiques. En comparant les données génomiques, transcriptomiques, protéomiques et épigénomiques, nous fournissons un aperçu approfondi du paysage moléculaire associé à la MRD. Ces résultats posent une base solide pour de futures études et suggèrent des directions prometteuses pour le développement de thérapies ciblées pour la MRD chez les patients atteints de leucémie et de mélanome. Cela souligne la nécessité de prendre en compte à la fois des facteurs génétiques et non génétiques dans les stratégies de traitement
Background : Tumor dormancy, a resistance strategy used by cancer cells, is a major impediment in cancer therapy, leading to minimal residual disease (MRD) and increasing the risk of relapse. Although clinically significant, the mechanisms behind tumor dormancy and MRD are not well understood. In this research, we employed two syngeneic murine models of myeloid leukemia and melanoma to explore the genetic,epigenetic, transcriptomic, and proteomic profiles linked to tumor dormancy. By applying a multiomics approach, we aimed to uncover the molecular processes driving MRD and identify possible therapeutic targets. Results : We performed a comprehensive omics analysis that included whole-exome sequencing (WES), copy number variation (CNV) analysis, chromatin immunoprecipitation followed by sequencing (ChIP-seq), and investigations of the transcriptome and proteome. The WES analysis identified a limited overlap of gene mutations between the melanoma and leukemia dormancy models, with many mutations found exclusively in dormant cells. These unique genetic signatures suggest that selective pressures during MRD may provide resistance to the surrounding microenvironment or treatments. Combining CNV data, histone marks, and transcriptomic gene expression signatures with Gene Ontology enrichment analysis,we identified the potential functional roles of these mutated genes and gained insights into the pathways involved in MRD. Furthermore, by comparing "murine MRD genes"with corresponding human disease data from public databases, we identified common features related to disease progression. Proteomic analysis, integrated with multi-omics genetic investigations, revealed a distinct protein signature in dormant cells with minimal involvement of genetic mechanisms. Pathway enrichment analysis pointed to the metabolic, differentiation, and cytoskeletal remodeling processes involved in MRD. Ultimately, we identified 11 proteins that were differentially expressed in dormant cells across both types of pathology. Conclusions : Our research highlights the intricate nature of tumor dormancy, involving both genetic and non-genetic elements. Through the comparison of genomic,transcriptomic, proteomic, and epigenomic data, we deliver an extensive overview of the molecular landscape associated with minimal residual disease. These findings laya solid groundwork for future studies and suggest promising directions for developing targeted therapies for MRD in leukemia and melanoma patients. This underscores the necessity of incorporating both genetic and non-genetic factors into treatment strategies

Les variations du nombre de copies (CNVs) incluent les délétions et les duplications de régions chromosomiques d’une taille variant de 50 pb à plusieurs Mb. Depuis 2005, les études d’association pangénomiques (GWAS) ont permis d’associer certains larges CNVs à des maladies syndromiques associées à la déficience intellectuelle incluant les syndromes de DiGeorge, Williams, Angelman, etc. En fonction de la densité génique de la région d’intérêt et de la variabilité des phénotypes associés, l’étude de la physiopathologie des syndromes peut être extrêmement complexe. La modélisation murine offre de nombreux avantages pour l’identification des gènes candidats et la compréhension des mécanismes moléculaires associés à ces pathologies.Les travaux présentés dans ce manuscrit consistent en la caractérisation des modèles murins pour cinq maladies syndromiques associées aux CNVs : la monosomie 21 partielle ainsi que les réarrangements des régions 16p11.1 et 17q21.31. Les caractérisations anatomiques, métaboliques et comportementales des animaux nous ont permis d’évaluer un grand nombre de paramètres associés à la symptomatique humaine. Nous avons également réalisé des analyses électrophysiologiques et transcriptomiques en ciblant nos investigations sur l’hippocampe, structure cérébrale qui joue un rôle central dans les processus de mémoire et d’apprentissage. Ce projet de recherche s’inscrit dans une perspective plus large qui est l’identification des gènes candidats pour les phénotypes observés et le développement de premières stratégies thérapeutiques pouvant potentiellement aboutir à l’amélioration des capacités cognitives des patients
Copy number variations (CNVs) include deletions and duplications of chromosomal regions ranging in size from 50bp to several Mb. Since 2005, genome-wide association studies (GWAS) have associated some large CNVs to syndromic diseases linked to intellectual disability including DiGeorge, Williams, Angelman syndroms, etc. Depending on the gene density of the region of interest and the variability of symptoms, the study of the pathophysiology of syndromes can be extremely complex. Mouse modeling show many advantages for the identification of candidate genes and the understanding of molecular mechanisms associated with these diseases.The work presented in this manuscript consists of the characterization of mouse models of five syndromic diseases associated with CNVs: partial monosomy 21 and rearrangements of 16p11.2 and 17q21.31 regions. Anatomical, metabolic and behavioral characterizations of animals allowed us to evaluate a broad number of parameters associated with human phenotypes. We also performed electrophysiological and transcriptomic analysis focusing our investigation on the hippocampus which has a major role in learning and memory processes. This project is part of a wider perspective which is the identification of candidate genes for the different phenotypes we observe in the mouse and the development of first treatment strategies which can potentially lead to the improvement of cognitive capacity of patients

L’infertilité représente un problème majeur de santé publique en concernant 10 à 15% des couples en âge de procréer. Un facteur masculin est responsable de l’infertilité du couple dans près de la moitié des cas. Pour environ 30% d'entre eux, l'étiologie reste inexpliquée. Le premier axe du travail a concerné l’étude moléculaire d’une cohorte de patients infertiles (azoospermie non-obstructive/cryptozoospermie ou désordre du développement sexuel ou DSD) pour lesquels les analyses du caryotype standard et/ou des microdélétions des régions AZF par PCR n’ont pas permis d’expliquer le phénotype. L'impact des variations de nombre de copies de l'ADN (CNV) détectées par l'hybridation génomique comparative sur puce à ADN est peu documenté. Un design personnalisé de puce à ADN de format 400K, pangénomique et enrichi sur un large panel de 445 gènes liés à l'infertilité et à un DSD a été développé. Cette puce a permis l’identification de 171 CNV d’intérêt. Ces résultats soulignent l’intérêt de ce design comme outil diagnostic dans le cadre du bilan de l’infertilité masculine. Le second axe du travail a été de modéliser l’infertilité masculine in vitro dans un contexte d’anomalie génétique. Des cellules souches pluripotentes induites humaines (hiPS) ont été générées à partir d’érythroblastes de deux patients infertiles porteurs d’un remaniement chromosomique complexe ou d’un caryotype 46,XX-SRY négatif avec mutation du gène de l’AMH. Dans un deuxième temps, la fonctionnalité des lignées de cellules hiPS générées a été testée par différenciation in vitro en cellules germinales primordiales (CGP). Elles expriment les marqueurs clés du stade CGP dont SOX17, le déterminant germinal le plus précoce des CGP. Les perspectives de ce travail seront de poursuivre la différenciation germinale vers des stades plus matures et ainsi de pouvoir étudier le processus méiotique dans un contexte d’anomalie génétique
Infertility represents a major public health problem and concerns 10 to 15% of couples in the general population. A male factor is responsible for the infertility of the couple in about half of all cases. In approximately 30% of them, the etiology remains unexplained.The first working axis concerned the molecular study of a cohort of infertile patients (nonobstructiveazoospermia/ cryptozoospermia and disorder of the sex development or DSD) for whom analyses of standard karyotype and/or microdeletions of AZF regions were not able to explain the phenotype. The impact of copy number variations of DNA (CNVs) detected by comparative genomic hybridization (CGH-array) is poorly documented. A custom design 400K micoarray, genome-wide and enriched on a wide panel of 445 genes linked with infertility and DSD has been achieved. This array allowed the identification of 171 CNVs of interest.These results underline the potential of this design for diagnosis of male infertility. The second objective of this work was the in vitro modelisation of male infertility in a context of genetic abnormality. For that purpose, human induced pluripotent stem cells (hiPSCs) were generated from erythroblasts by means of not integrative Sendaï virus, in two patients carrying genetic abnormalities (complex chromosomal rearrangement and 46,XX-SRY negative karyotype associated with AMH gene mutation). Secondly, functionality of hiPSCs generated was tested by germ cells in vitro differentiation. Primordial germ cell (PGC) stage was successfully obtained. Cells expressed key PGC markers such as SOX17. The perspectives of this work will be to continuethe germinal differentiation towards more mature stages and so to be able studying the meiotic process in a context of genetic abnormality

Peu d’hommes sont touchés par les maladies auto-immunes (MAI), maladies où la réponse immune est très forte et attaque l’hôte. La polyarthrite rhumatoïde (PR), une maladie inflammatoire chronique, suit cette règle avec 3 femmes pour 1 homme atteint. Dans cette thèse, nous analysons les différences en fonction du sexe et les raisons d’un tel biais. D’après des observations chez l’animal, nous nous sommes demandés si les rares hommes atteints de PR ont une augmentation du nombre de copies d’un gène impliqué dans la réponse immune et porté par le chromosome (Chr) X. Contrairement aux femmes, les hommes n’ont qu’un Chr X et de ce fait qu’une copie de ce gène. Cependant, nous avons montré par différentes techniques, que ces patients avaient 10% de cellules portant 2 copies de ce gène, et que cette augmentation venait de cellules ayant 2 Chr X. Nos recherches soulignent l’importance du Chr X dans l’auto-immunité et ouvrent un nouveau champ d'investigation pour les hommes atteints de MAI
Few men are affected by autoimmune diseases (AID), diseases where the immune response is very strong and attacks the host. Rheumatoid arthritis (RA), a chronic inflammatory disease, follows this rule with 3 women affected for 1 man. In this thesis, we analyse gender differences and the reasons for such bias. Based on observations in animals, we wondered whether the rare men with RA have an increased copy number of a gene involved in the immune response and carried by the X chromosome (Chr). Unlike women, men have only one X Chr and one copy of this gene. However, we showed by different techniques that these patients had 10% of cells carrying 2 copies of this gene, and that this increase came from cells with 2 X Chr. Our research emphasizes the importance of the X Chr in autoimmunity and opens up a new field of investigation for men with AID

Comment les animations pédagogiques doivent-elles être conçues pour améliorer l'apprentissage? Quels sont les facteurs qui doivent être pris en compte lors de du design des animations? Les récents progrès dans le domaine d'enseignement assisté par ordinateur ont permis de créer des visualisations dynamiques telles que les animations pour présenter des informations dynamiques qui changent au cours du temps et dans l'espace. Cependant, plusieurs recherches ont montré que les animations imposent de lourdes demandes sur les ressources de la mémoire de travail entraînant une diminution des résultats d'apprentissage. En se basant sur une perspective de la charge cognitive, nous avons essayé de manager la charge cognitive imposée par des animations de football à travers l'utilisation de différents designs pédagogiques. Les résultats ont indiqué des interactions significatives entre ces designs et le niveau d'expertise des joueurs, conduisant au phénomène connu sous le nom d'effet du renversement de l'expertise. Selon cet effet, les designs pédagogiques qui sont efficaces pour les joueurs novices peuvent devenir inefficaces, voire même nuisibles pour les joueurs experts. Les résultats soulignent l'importance d'ajuster les designs pédagogiques aux changements du niveau d'expertise du joueur
How instructional animations should be designed in order to enhance learning? What factors need to be taken into account in the design of animations? Recent advances in computer-based instruction have made it possible to produce dynamic visualizations such as animations to depict dynamic information that change over time and space. However, there has been increasing evidence accumulated that animations often impose significant working memory demands resulting in decreased learning outcomes. Based on a cognitive load perspective, in this thesis, we tried to effectively manage cognitive load imposed by soccer animations through the use of different forms of instructional designs. The results indicated significant interactions between these instructional designs and levels of player expertise, leading to the phenomenon known as the expertise reversal effect. According to this effect, the instructional designs that are effective for novice players may become ineffective or even detrimental for expert players. The findings argue for the importance of tailoring instructional designs to changing levels of player expertise

L'autisme est un trouble du développement du système nerveux central défini par des altérations des interactions sociales et de la communication, et par des comportements restreints et répétitifs. Sa prévalence est actuellement évaluée jusqu'à 1% dans la population générale. L'autisme est caractérisé par une grande hétérogénéité sur les plans phénotypiques et génétiques. À ce jour, plus de 300 gènes candidats ont été caractérisés soit par des variations du nombre de copies (CNV) et/ou des variations nucléotidiques (SNV). Leur identification a permis de mettre en évidence une contribution significative de mutation de novo, ainsi que l'implication de voies physiopathologiques cibles, en particulier la densité post-synaptique (PSD)
Autism is a developmental disorder of the central nervous system defined by impairments in social interaction and communication, and by restricted and repetitive behavior. Its prevalence is currently estimated at around 1% in the general population. Autism is characterized by a wide heterogeneity at both phenotypic and genetic level. To date, more than 300 candidate genes were characterized either by copy number variations (CNV) and/or nucleotide variations (SNV). Their identification has highlighted a significant contribution of de novo mutations, as well as the involvement of targeted pathophysiological pathways, particularly post-synaptic density (PSD)

Les néoplasmes myéloprolifératifs (NMP) sont des maladies acquises touchant la cellule souche hématopoïétique et qui aboutissent à une hyperproduction de cellules sanguines dont le phénotype dépend du type du NMP. La mutation la plus proéminente des NMP est JAK2V617F. Elle peut être associée à différents NMP sporadiques et familiaux.Une des problématiques, non résolue, des NMP est de comprendre comment une même mutation JAK2V617F peut donner plusieurs maladies. Notre hypothèse est que le phénotype observé pourrait dépendre du nombre de copies de JAK2V617F. Une autre inconnue concerne la cause génétique des formes familiales.Pour ces raisons, nous avons modélisé des NMP sporadiques et un cas familial par les iPS. Cette approche devrait nous permettre d’une part, de comparer les effets de JAK2V617F à l’état hétérozygote et homozygote sur l’hématopoïèse et d’autre part, d’avancer dans la compréhension des effets d’une duplication de 5 gènes que nous avons identifiée, par une approche de génétique, comme un facteur de susceptibilité chez 2 familles.Dans la première partie du travail, concernant la modélisation des NMP sporadiques, nous avons montré que JAK2V617F augmente la prolifération des cellules myéloïdes obtenues à partir des iPS. D’autre part, nous avons pu mettre en évidence une différence marquée dans l’hypersensibilité à la TPO et à l’EPO entre les lignées hétérozygotes et homozygotes pour JAK2V617F permettant d’expliquer le phénotype des PV et des TE. Dans la deuxième partie concernant les NMP familiaux, nous avons pu mettre en évidence un phénotype spécifique attribuable à la seule duplication. Grace à ce modèle, nous allons pouvoir identifier le(s) gène(s) responsable(s) du phénotype. Ce travail apporte la preuve de concept que les iPS sont un bon outil pour modéliser les NMP sporadiques et familiaux et qu’elles peuvent servir comme outils de criblage de petites molécules développées à des fins thérapeutiques
Myeloproliferative neoplasms (MPN) are clonal hematologic diseases which lead to an overproduction of blood cells. The affected myeloid lineage depends on the type of MPN. JAK2V617F is the most predominant mutation in MPN and can be associated with various sporadic and familial cases.One main issue to address in MPN is to understand how a single mutation JAK2V617F can give rise to several diseases. Our hypothesis is that this phenotypic heterogeneity might be due to the JAK2V617F gene dosage. Another goal is to identify the genetic cause of familial MPN.For these reasons, we modeled sporadic and familial MPN cases with iPS technology. This approach allowed us i) to compare the impact of heterozygous and homozygous JAK2V617F mutation on hematopoiesis and ii) to get insight into the effects of a 5 genes duplication that we identified as a susceptibility locus uncovered by a genetic approach in 2 families.In the first part of the work concerning sporadic MPN modeling, we showed that JAK2V617F increases iPS myeloid potential. Furthermore, we showed a marked difference in the TPO and EPO hypersensitivity between heterozygous and homozygous JAK2V617F iPS cell lines that could be linked to the difference between PV and ET. In the second part of the work, we demonstrated a specific phenotype due to the sole duplication. This model will allow us to identify the gene(s) responsible of the phenotype. This study brings the proof of concept that iPS can be used for sporadic and familial MPN modeling and drug screening

Les variations en nombre de copies (CNV) sont des gains ou pertes d’une séquence d’ADN et peuvent avoir un rôle dans la susceptibilité à certaines maladies. Les CNVs peuvent être détectés par les puces de SNPs de haute résolution en analysant les intensités des allèles avec des algorithmes de détection des CNVs tels que CNV partition, PennCNV et QuantiSNP. Dans cette thèse, nous avons évalué les performances de ces outils pour la détection des CNVs au niveau pangénomique et pour les tests d'association. Nous avons également étudié des stratégies d'association combinant les informations de l'allèle et du nombre de copies pour des SNP situés dans des CNV. Nous avons appliqué ces outils pour mener une étude d’association pan-génomique avec les CNV en utilisant les données de l'étude espagnole du cancer de lavessie (SBC)/EPICURO générées par la puce Illumina 1M.Nos résultats montrent une faible fiabilité et une faible sensibilité des algorithmes de détection des CNV. Dans la région du gène GSTM1 où un CNV très fréquent existe qui est associé au risque de cancer de la vessie, nous avons constaté que les algorithmes de détection des CNV ont de faibles performances. Néanmoins, l’utilisation de la mesure d'intensité des allèles dans les tests d'association peut alors être une alternative intéressante car cela nous a permis de détecter cette association connue. Pour les SNPs situés dans des CNVs, nous avons étudié plusieurs stratégies de tests d'association et nous avons montré que la plus puissante était d’utiliser un modèle avec deux termes correspondant respectivement à la somme et à la différence du nombre de copies des deux allèles. Finalement, en appliquant ces stratégies à l'étude (SBC)/EPICURO, nous avons identifié des CNVs potentiellement associés au risque de cancer de la vessie, ainsi que des SNP dont l'allèle et le nombre de copies pourraient être impliqués dans le risque de cancer de la vessie
Copy number variations (CNVs) are losses or gains of DNA sequences that may play a role in specific disease susceptibility. CNVs can be detected by high-resolution SNP-arrays through the analysis of allele intensities with CNV calling algorithms such as CNVpartition, PennCNV and QuantiSNP. In this thesis, we identified and assessed the performances of available tools for CNV calling and for association testing, at the genome-wide level. We also investigatedassociation strategies that combine information on both the allele and the number of copies for SNPs located in CNV regions. We applied these tools to conduct a genome-wide association study with CNV using data from the Spanish Bladder Cancer (SBC)/EPICURO Study generated by the Illumina 1M SNP-array. Our results showed a low reliability and a low sensitivity of the investigated CNV calling algorithms applied to SNP-array data. The GSTM1 locus shows a very frequent CNV that is associated with bladder cancer (BC) risk. We reported that the calling algorithms performed very poorly in identifying this CNV. We proposed using allele intensity measures (LRR) as a screening step to assess association as it allowed the detection of the GSTM1 CNV association with BC. To combine the allele and the number of copies for SNPs located in CNV regions, we investigated several strategies of association testing and we showed that the more powerfulone used a two-term model with the sum and the difference of the number of copies of both alleles. Finally, by applying these strategies to the (SBC)/EPICURO Study, we identified CNV regions potentially associated with BC risk, as well as SNPs for which both the allele and the number of copies could be involved in BC risk

Les recherches menées pour comprendre les troubles du spectre autistique (TSA) et la schizophrénie (SZ) ont communément utilisé une approche dite descendante, partant du diagnostic clinique pour investiguer des phénotypes intermédiaires cérébraux ainsi que des variations génétiques associées. Des études transdiagnostiques récentes ont remis en question ces frontières nosologiques, et suggèrent des mécanismes étiologiques imbriqués. L’approche montante propose de composer des groupes de porteurs d’un même variant génétique afin d’investiguer leur contribution aux conditions neuropsychiatriques (NPs) associées. Les variations du nombre de copies (CNV, perte ou gain d’un fragment d’ADN) figurent parmi les facteurs biologiques les plus associés aux NPs, et sont dès lors des candidats particulièrement appropriés. Les CNVs induisant un risque pour des conditions similaires, nous posons l’hypothèse que des classes entières de CNVs convergent sur des dimensions d’altérations cérébrales qui contribuent aux NPs. L’imagerie fonctionnelle au repos (rs-fMRI) s’est révélée un outil prometteur en psychiatrie, mais presqu’aucune étude n’a été menée pour comprendre l’impact des CNVs sur la connectivité fonctionnelle cérébrale (FC). Nos objectifs étaient de: 1) Caractériser l’effet des CNVs sur la FC; 2) Rechercher la présence des motifs conférés par ces signatures biologiques dans des conditions idiopathiques; 3) Tester si la suppression de gènes intolérants à l’haploinsuffisance réorganise la FC de manière indépendante à leur localisation dans le génome. Nous avons agrégé des données de rs-fMRI chez: 502 porteurs de 8 CNVs associées aux NPs (CNVs-NP), de 4 CNVs sans association établie, ainsi que de porteurs de CNVs-NPs éparses; 756 sujets ayant un diagnostic de TSA, de SZ, ou de trouble déficitaire de l’attention/hyperactivité (TDAH), et 5377 contrôles. Les analyses du connectome entier ont montré un effet de dosage génique positif pour les CNVs 22q11.2 et 1q21.1, et négatif pour le 16p11.2. La taille de l’effet des CNVs sur la FC était corrélée au niveau de risque psychiatrique conféré par le CNV. En accord avec leurs effets sur la cognition, l’effet des délétions sur la FC était plus élevé que celui des duplications. Nous avons identifié des similarités entre les motifs cérébraux conférés par les CNVs-NP, et l’architecture fonctionnelle des individus avec NPs. Le niveau de similarité était associé à la sévérité du CNV, et était plus fort avec la SZ et les TSA qu’avec les TDAH. La comparaison des motifs conférés par les délétions les plus sévères (16p11.2, 22q11.2) à l’échelle fonctionnelle, et d’expression génique, nous a confirmé l’existence présumée de relation entre les mutations elles-mêmes. À l’aide d’une mesure d’intolérance aux mutations (pLI), nous avons pu inclure tous les porteurs de CNVs disponibles, et ainsi identifier un profil d’haploinsuffisance impliquant le thalamus, le cortex antérieur cingulaire, et le réseau somato-moteur, associé à une diminution de mesure d’intelligence générale. Enfin, une analyse d’exploration factorielle nous a permis de confirmer la contribution de ces régions cérébrales à 3 composantes latentes partagées entre les CNVs et les NPs. Nos résultats ouvrent de nouvelles perspectives dans la compréhension des mécanismes polygéniques à l’oeuvre dans les maladies mentales, ainsi que des effets pléiotropiques des CNVs.
Research on Autism Spectrum Disorder (ASD) and schizophrenia (SZ) has mainly adopted a ‘top-down’ approach, starting from psychiatric diagnosis, and moving to intermediate brain phenotypes and underlying genetic factors. Recent cross-disorder studies have raised questions about diagnostic boundaries and pleiotropic mechanisms. By contrast, the recruitment of groups based on the presence of a genetic risk factor allows for the investigation of molecular pathways related to a particular risk for neuropsychiatric conditions (NPs). Copy number variants (CNVs, loss or gain of a DNA segment), which confer high risk for NPs are natural candidates to conduct such bottom-up approaches. Because CNVs have a similar range of adverse effects on NPs, we hypothesized that entire classes of CNVs may converge upon shared connectivity dimensions contributing to mental illness. Resting-state functional MRI (rs-fMRI) studies have provided critical insight into the architecture of brain networks involved in NPs, but so far only a few studies have investigated networks modulated by CNVs. We aimed at 1) Delineating the effects of neuropsychiatric variants on functional connectivity (FC), 2) Investigating whether the alterations associated with CNVs are also found among idiopathic psychiatric populations, 3) Testing whether deletions reorganize FC along general dimensions, irrespective of their localization in the genome. We gathered rsfMRI data on 502 carriers of eight NP-CNVs (high-risk), four CNVs without prior association to NPs as well as carriers of eight scarcer NP-CNVs. We also analyzed 756 subjects with idiopathic ASD, SZ, and attention deficit hyperactivity disorder (ADHD), and 5,377 controls. Connectome-wide analyses showed a positive gene dosage effect for the 22q11.2 and 1q21.1 CNVs, and a negative association for the 16p11.2 CNV. The effect size of CNVs on relative FC (mean-connectivity adjusted) was correlated with the known level of NP-risk conferred by CNVs. Consistent with results on cognition, we also reported that deletions had a larger effect size on FC than duplications. We identified similarities between high-risk CNV profiles and the connectivity architecture of individuals with NPs. The level of similarity was associated with mutation severity and was strongest in SZ, followed by ASD, and ADHD. The similarity was driven by the thalamus, and the posterior cingulate cortex, previously identified as hubs in transdiagnostic psychiatric studies. These results raised questions about shared mechanisms across CNVs. By comparing deletions at the 16p11.2 and 22q11.2 loci, we identified similarities at the connectivity, and at the gene expression level. We extended this work by pooling all deletions available for analysis. We asked if connectivity alterations were associated with the severity of deletions scored using pLI, a measure of intolerance to haploinsufficiency. The haploinsufficiency profile involved the thalamus, anterior cingulate cortex, and somatomotor network and was correlated with lower general intelligence and higher autism severity scores in 3 unselected and disease cohorts. An exploratory factor analysis confirmed the contribution of these regions to three latent components shared across CNVs and NPs. Our results open new avenues for understanding polygenicity in psychiatric conditions, and the pleiotropic effect of CNVs on cognition and on risk for neuropsychiatric disorders.

Le caryotype moléculaire permet d’identifier un CNV chez 10-14% des individus atteints de déficience intellectuelle et/ou de malformations congénitales. C’est pourquoi il s’agit maintenant de l’analyse de première intention chez ces patients. Toutefois, le rendement diagnostique n’est pas aussi bien défini en contexte prénatal et l’identification de CNVs de signification clinique incertaine y est particulièrement problématique à cause du risque d’interruption de grossesse. Nous avons donc testé 49 fœtus avec malformations majeures et un caryotype conventionnel normal avec une micropuce CGH pangénomique, et obtenu un diagnostic dans 8,2% des cas. Par ailleurs, des micropuces à très haute résolution combinant le caryotype moléculaire et le génotypage de SNPs ont récemment été introduites sur le marché. En plus d’identifier les CNVs, ces plateformes détectent les LOHs, qui peuvent indiquer la présence d’une mutation homozygote ou de disomie uniparentale. Ces anomalies pouvant être associées à la déficience intellectuelle ou à des malformations, leur détection est particulièrement intéressante pour les patients dont le phénotype reste inexpliqué. Cependant, le rendement diagnostique de ces plateformes n’est pas confirmé, et l’utilité clinique réelle des LOHs n’est toujours pas établie. Nous avons donc testé 21 enfants atteints de déficience intellectuelle pour qui les méthodes standards d’analyse génétique n’avaient pas résulté en un diagnostic, et avons pu faire passer le rendement diagnostique de 14,3% à 28,6% grâce à l’information fournie par les LOHs. Cette étude démontre l’utilité clinique d’une micropuce CGH pangénomique chez des fœtus avec malformations, de même que celle d’une micropuce SNP chez des enfants avec déficience intellectuelle.
Molecular karyotyping identifies a CNV in 10-14% of individuals affected with intellectual disability and/or congenital abnormalities. Therefore, it is now the first-tier analysis for these patients. However, the diagnostic yield is not as clear in the prenatal context, and the risk of pregnancy termination makes the detection of variants of uncertain clinical significance particularly problematic. We tested 49 fetuses with major malformations and a normal karyotype, using a pangenomic CGH array, and obtained a diagnosis in 8.2% of cases. Furthermore, high-resolution microarrays combining molecular karyotyping and SNP genotyping were recently introduced on the market. In addition to identifying CNVs, these platforms detect LOHs, which can indicate the presence of a homozygous mutation or of uniparental disomy. Since these abnormalities can be associated with intellectual disability or congenital abnormalities, their detection is of particular interest for patients whose phenotype remains unexplained. However, the diagnostic yield obtained with these platforms is not confirmed, and the real clinical value of LOH detection is not yet established. We tested 21 children affected with intellectual disability for whom standard genetic analyses failed to provide a diagnosis, and were able to increase the diagnostic yield from 14.3% to 28.6% as a result of the information provided by LOHs. This study shows the clinical usefulness of pangenomic CGH arrays in fetuses with malformation(s), as well as that of SNP arrays in children with intellectual disability.