La déficience intellectuelle (DI) touche environ 1% de la population. La DI est très hétérogène sur le plan génétique puisque plus de 1000 gènes ont été identifiés jusqu’à présent. Le séquençage haut débit de l’ADN permet aujourd’hui d’analyser la totalité des gènes d’un individu (exome) ou la totalité de son génome. Ces approches représentent donc une opportunité pour apporter un diagnostic aux patients atteints de DI et leurs famillles et pour identifier de nouveaux gènes responsables de DI. Dans un premier temps, nous avons mis en place l’exome en diagnostic au CHU de Nantes. L’analyse d’une cohorte de 424 cas index a permis de poser un diagnostic dans 38,4% des cas. Nous avons ainsi confirmé l’efficacité de l’exome dans le diagnostic étiologique de la DI. Des analyses d’exomes en trio au sein du protocole de recherche HUGODIMS nous ont ensuite permis d’identifier 24 patients porteurs de variants faux-sens de novo dans un nouveau gène, TRRAP, avec un phénotype variable allant de la DI isolée à l’autisme avec ou sans DI jusqu’à des formes syndromiques avec malformations. Certains patients restent cependant sans diagnostic après une analyse d’exome. Nous avons donc réalisé 7 génomes en trio et nous avons identifié avec certitude la cause génétique pour 4 patients. L’étude du génome représente donc l’avenir proche du diagnostic de la DI et de la recherche de nouveaux gènes responsables de DI, mais des défis technologiques subsistent pour traiter ces données notamment en terme de stockage informatique et d’analyses bio-informatiques. / Intellectual disability (ID) as a worldwide prevalence of about 1%. Genetics causes of ID are very heterogeneous and more than 1000 genes have been identified so far. Recent advances in DNA high-throughput sequencing allow now to sequence all the genes of an individual (exome) or its whole genome. Those approaches are thus an opportunity to increase the efficiency of the diagnosis of ID and for the identification of new disease-causing genes. First, we implemented exome sequencing in a diagnostic setting at the Nantes university hospital. We analyzed 424 probands and we solved 38.4% of cases, confirming the efficiency of exome sequencing for reducing diagnostic odyssey. Trio exome analysis then allowed us to identify 24 patients carrying de novo missense variants in a new genes, TRRAP, with a phenotype ranging from isolated ID or autism to a syndromic disorder with malformations. Given that about half of the patients remain without a diagnosis after exome analysis, we sequenced 7 genomes in trio. We found the molecular cause for 4 of those patients. Genome sequencing thus represents the near future for the diagnosis of ID and to uncover new disease-causing genes, but technological challenges still need to be addressed, notably in term of informatics storage and bioinformatics analysis.

L'exploration génétique de la déficience intellectuelle (DI) a été révolutionnée par l'amélioration des technologies de séquençage depuis ces dernières années avec la caractérisation du spectre mutationnel des gènes impliqués dans la DI, ainsi que l'identification de nouveaux gènes associés. Dans notre étude, nous avons utilisé la technique d'analyse sur microréseau d'ADN (Hybridation Génomique Comparative ou CGH-array) à haute résolution, puis celle du séquençage haut débit pour rechercher une altération à l'origine de la DI inexpliquée. Le syndrome d'Aicardi est une maladie neurodéveloppementale rare et sporadique, caractérisée par la triade: spasmes infantiles, agénésie du corps calleux, et lacunes choriorétiniennes. Ce syndrome est décrit exclusivement chez les filles avec l'hypothèse la plus probable d'une mutation dominante liée au chromosome X. Nous avons d'abord analysé les ADN de 22 patientes atteintes du syndrome d'Aicardi par CGH-array, à l'aide d'un microréseau d'oligonucléotides haute résolution (1M) spécifique du chromosome X, sans identifier de remaniements ou CNV pouvant être impliqués dans la maladie. Un premier séquençage haut débit de l'exome du chromosome X, a été effectué sur l'ADN d'un trio (patiente et parents) et deux autres patientes présentant des signes typiques du syndrome d'Aicardi. Les résultats ont révélé 59 mutations dans 51 gènes. Il s'agit de 13 variants hérités de la mère, 8 hérités du père, de 36 faux positifs, et 2 SNP. Un deuxième séquençage haut débit, sur l'exome complet, a ensuite été réalisé, à partir de l'ADN de cinq trios (patientes et parents). Nous présentons et commentons les différentes stratégies d'analyses utilisées à la recherche d'un gène candidat. Les résultats obtenus pour les SNP soulignent les difficultés rencontrées en terme de profondeur du séquençage générant de nombreux contrôles et les difficultés d'alignement des séquences ne rendant pas performant l'analyse des indels. Parallèlement, dans notre cohorte de patients du centre de référence maladies rares, la CGH-array a identifié des altérations intragéniques du gène IL1RAPL1 dont deux duplications originales et une délétion. Nous analysons les corrélations génotype - phénotype au regard des données de la littérature avec notamment la variabilité d'expression clinique. Deux délétions intragéniques et une duplication intragénique du gène MBD5, survenue de novo ont été aussi détectées chez des patients atteints de DI. Cette duplication conduit à des transcrits aberrants avec codon stop prématuré. Le gène MBD5 a été séquencé sur une cohorte de 78 patients phénotypiquement sélectionnés révélant une mutation nonsens de novo détecté chez un garçon associé avec un phénotype sévère. Nos travaux témoignent des avantages de ces stratégies d'analyse pangénomiques, dont l'analyse sur microréseau, mais souligne aussi la complexité, les limites en terme d'interprétation des résultats, tout particulièrement pour le séquençage de nouvelle génération / The genetic exploration of intellectual disability (ID) has been revolutionized with the improvement in sequencing technologies during last decade with characterization of mutational spectrum of genes involved in ID as well as to identify new genes associated with it. In this study we used high resolution (comparative genomic hybridization array) CGH-array and high throughput sequencing technique to find the genetic cause in patients with unexplained ID. Aicardi syndrome is a rare sporadic neurodevelopmental syndrome, characterized by classic triad of agenesis of corpus callosum, chorioretinal lacunes and infantile spasms. This syndrome is exclusively present in females with plausible hypothesis of X linked dominant mutation. We first tested DNA of 22 patients diagnosed with Aicardi syndrome by using a high resolution oligonucleotide CGH-array 1M specifically designed for X-chromosome without identifying any pathogenic CNV or deleterious rearrangements involved in the disease. High throughput sequencing for exome of X chromosome was carried out in one trio (patient-parents) and two patients with typical Aicardi syndrome diagnosis. Sequencing results detected 59 mutations in 51 genes. 13 mutations were inherited from mother, 8 inherited from father, 36 false positive and 2 were SNP?s. Second approach was based on High throughput sequencing for complete exome of five trios (patient-parents) DNA. We presented and commented different strategies for data analysis in search of a candidate gene. These results highlighted difficulties in terms of depth and alignment of sequencing reads which generated various false positive SNP?s and indels. In second cohort from reference centre of rare diseases CGH-array has identified two intragenic rearrangements of IL1RAPL1 gene: two unique duplications and one deletion. We analyze genotype-phenotype correlations with cases described in literature which emphasizes the clinical variability of expression in these patients. Two de novo intragenic deletions and a de novo intragenic duplication were detected in MBD5 gene in patients with ID. The de novo duplication of MBD5 resulted in an aberrant transcripts leading to a premature termination codon. A selected cohort of 78 patients were sequenced for MBD5 gene which revealed a de novo nonsense mutation in a male patient associated with a much more damaging phenotype. This study highlighted the advantages of pangenomic analysis by CGH-array and at the same time it identified the complexity and limitations in interpretation of results particularly for High throughput sequencing

De nombreux gènes impliqués dans la déficience intellectuelle (DI) restent encore à découvrir. Une des voies permettant l'identification de ces nouveaux gènes est la caractérisation de micro-réarrangements chromosomiques chez des patients atteints de DI. L'hybridation génomique comparative sur microréseau permet de détecter des déséquilibres génomiques de très petite taille touchant un ou quelques gènes. Les conséquences moléculaires de ces microdélétions ou microduplications sont différentes en fonction de la position du gène par rapport à leurs bornes. Nous avons ainsi montré l'implication du gène MBD5 dans le syndrome microdélétionnel 2q23.1 et la DI grâce à la caractérisation de trois délétions partielles, une duplication partielle et la première mutation non sens décrite dans ce gène. Nous avons également décrit chez des patients avec DI sévère un nouveau syndrome associé aux délétions de la région 4q21 et deux gènes candidats : PRKG2 et RASGEF1B. Ce syndrome est associé à un phénotype clinique reconnaissable, marqué surtout par un retard de croissance majeur et un retard psychomoteur sévère prédominant sur le langage. Par ailleurs nous avons étudié chez des garçons avec DI, deux duplications situées en Xq24q25 affectant le gène GRIA3. La première touche partiellement le gène, la seconde est situé en amont du gène et est responsable d'un effet de position. Pour finir nous avons étudié une famille consanguine dans laquelle ségrége une duplication 8p22 touchant partiellement le gène TUSC3 impliqué dans la DI de transmission autosomique récessive / A lot of intellectual disability (ID) genes have to be discovered. One of the approaches to identify new ID genes is to characterize chromosomal aberrations in affected patients. Array-CGH (Comparative Genomic Hybridization) made it possible to detect small CNV (Copy Number Variations) affecting only one or a few genes. Molecular outcomes of these microdeletions and microduplications are different depending on the position of the gene relative to the breakpoints. We have thus shown the involvement of MBD5 gene in the 2q23.1 microdeletion syndrome and in ID with the characterization of three partial deletions, a partial duplication and the first nonsense mutation described in this gene. We have also described in patients with severe ID a new syndrome associated with 4q21 deletions involving two candidate genes: PRKG2 and RASGEF1B. This syndrome is associated with a recognizable clinical phenotype with marked growth restriction, severe psychomotor delay and absent or severely delayed speech. In addition, we have studied two Xq24q25 duplications affecting GRIA3 gene in boys with ID. The first one affects partially the gene, the second one is located upstream of the gene and is responsible for a position effect. Finally we have studied a consanguineous family with a 8p22 duplication affecting partially TUSC3 gene which is involved in autosomal recessive ID

Anomalies de structure du génome et Déficience Intellectuelle : Recherche des gènes candidats de Déficience intellectuelle en utilisant l'analyse chromosomique sur microréseau d'ADN pangénomique 180K et l'analyse chromosomique sur microréseau d'ADN de haute résolution 1M ciblée des gènes candidats de Déficience intellectuelle. L'analyse chromosomique sur microréseau d'ADN (ACM) de haute résolution est une innovation technologique puissante afin de détecter les aberrations chromosomiques concernant les variations du nombre de copies. En utilisant l'ACM 180K, l'ACM 1M et la PCR quantitative, nous avons identifié les 5 variations du nombre de copies (CNV) intragéniques pathogènes de novo impliquant les gènes : RUNX1T1, KIAA1468, FABP7, ZEB2 (syndrome de Mowat-Wilson) et ANKRD11 (syndrome de KBG). Les 5 patients ayant une DI et une dysmorphie faciale. L'ACM 180K a révélé une délétion d'une taille de 92 kb emportant le gène KIAA1468 candidat pour le syndrome de West chez un enfant de 3 ans présentant une DI sévère et une encéphalopathie épileptique infantile précoce. Le criblage des mutations du gène KIAA1468 a été réalisé chez 35 patients atteints de syndrome de West. Un variant intronique c.2761-7 T>C et un variant faux-sens hérité de la mère c.3547 G>A avec signification clinque inconnue ont été identifiés. En utilisant des approches par l'ACM 1M de haute résolution chez 45 patients atteints de DI idiopathique modérée à sévère, un seul CNV causal a été identifié, une délétion intragénique d'une taille de 28.37 kb du gène ZEB2. Notre étude confirme une fréquence très faible des délétions/duplications intragéniques avec la détection d'une seule aberration chromosomique (1/45). En conclusion, si la fréquence des mutations ponctuelles est élevée, nous avons également souligné l'application de la technique de séquençage à haut débit avec un rendement diagnostique jusqu'à 45%-55% des cas de DI sévère idiopathique chez lesquels aucun CNV n'a été détecté sur ACM / Chromosomal structural abnormalities and Intellectual Disability : In search of intellectual disability candidate genes by using pangenomic comparative genomic hybridization 180 K and high resolution comparative genomic hybridization 1M targeting intellectual disability candidate gene.High resolution microarray-based comparative genomic hybridization (a-CGH) has been a powerful technical innovation in order to detect submicroscopic chromosomal aberrations related to copy number variations. By using a-CGH 180K, 1M high resolution a-CGH and quantitative PCR, we have identified 5 pathogenic intragenic copy number variations (CNVs) de novo : RUNX1T1, KIAA1468, FABP7, ZEB2 (Mowat-Wilson syndrome) and ANKRD11 (KBG syndrome). All five patients had intellectual disability (ID) and facial dysmorphism. Interestingly, a-CGH 180K has revealed a 92 kb deletion of a candidate gene KIAA1468 for West syndrome in a 3 year-old boy with severe ID and early infantile epileptic encephalopathy. Mutational screening for candidate gene KIAA1468 was performed in 35 patients with West syndrome. An intronic variant c.2761-7 T>C and a non synonymous maternally inherited variant c.3547 G>A with unknown clinical significance were identified. By using 1M high-resolution a-CGH approach in 45 patients presenting moderate to severe idiopathic ID, only one causal CNV was identified, a 28.37 kb intragenic ZEB2 deletion. Our study has confirmed the low frequency of intragenic deletion/duplication with the detection of only one chromosomal aberration (1/45). In conclusion, providing that the high frequency of intragenic point mutation, we also stressed the application of next-generation sequencing technology with 45-55% diagnostic yield in patients with idiopathic severe ID in case of no apparent CNV(s) on high-resolution a-CGH