La déficience intellectuelle (DI) touche 1 à 3% de la population générale avec un excès de sujets de sexe masculin. Cette affection est caractérisée par une extrême hétérogénéité clinique et génétique rendant son élucidation complexe. La révolution technologique des outils permettant l’analyse du génome intervenue depuis les années 2000 avec l’analyse chromosomique sur microréseau et singulièrement depuis 2010 avec les applications du séquençage à haut débit a considérablement facilité l’identification de nouveaux gènes. Nous avons tiré avantage de ce phénomène pour identifier trois affections neurologiques à caractère familial Nous avons procédé selon une méthodologie structurée pour conduire, grâce à la mise en place d’un réseau de collaborations, à la découverte ou à la confirmation de l’existence de nouvelles formes de DI. 1.Séquençage de l'exome couplé à la recherche de variations du nombre de copies 2. Mise à jour d’une altération de séquence génique potentiellement causale retrouvée chez le cas index et chez les autres sujets atteints de la famille 3.Extension des résultats à d’autres familles par la constitution d’une cohorte de réplication 4.Élaboration d’une série d’études fonctionnelles venant conforter l’hypothèse de causalité par la création d’un modèle animal et/ou la réalisation d’études biochimiques spécifiquesL’application de cette méthodologie nous a permis de conduire à terme trois projets : L’individualisation d’une forme syndromique de DI récessive autosomique associée à une malformation du rachis cervical et liée aux mutations bi-alléliques de CDK10. La caractérisation d’une encéphalopathie récessive autosomique létale associée à une hypertonie sévère et à une arthrogrypose distale liée aux mutations bi-alléliques d’ATAD1. L’implication de FRMPD4 dans une nouvelle forme de DI non syndromique liée à l’X / Intellectual disability (ID) impacts 1 to 3% of the general population with an excess of affected males. This condition is characterized by an extreme clinical and genetic heterogeneity making the deciphering of its causes more complex. The technological revolution that took place in the study of the genome over the last two decades has provided a useful tool for identification of new genetic entities. This is particularly true for chromosomal micro-array analysis since early 2000s and for next generation sequencing since 2011. We took advantage of this by identifying the molecular basis of three singular conditions. We applied a structured methodology and created a network of collaborations to define or confirm these new ID syndromes. 1. Whole exome sequencing alongside with array-CGH 2.Identification of a candidate gene sequence alteration in the index case and other affected patients of the family 3.Constitution and study of a replication cohort 4.Biochemical studies and/or animal models in order to support the assumption of causalityBased on this research strategy, we were able to complete the following projects : Discovery of a syndromic form of autosomal recessive ID associated with cervical spine defects due to bi-allelic CDK10 mutations. Identification of an ATAD1-related profound and lethal autosomal recessive encephalopathy with stiffness and distal arthrogryposis. Characterization of a FRMPD4-related X-linked non-syndromic ID

Ce travail de thèse a permis, dans un premier temps, de mettre en évidence de nouveaux grandsréarrangements dans trois pathologies étudiées au laboratoire : la mucoviscidose, la pancréatitechronique et l’hémochromatose. En particulier, ces travaux ont permis de trouver de nouveaux CNVs(Copy Number Variations) pathologiques dans le gène CFTR (Cystic Fibrosis Transmembraneconductance Regulator), de mieux comprendre les mécanismes d’un remaniement complexe dansPRSS1 (Protease Serine 1) et d’aider à caractériser finement un réarrangement dans HFE(Hemochromatosis). Ces études ont donc servi de preuve de concept pour l’utilisation de puces à ADN àl’échelle d’un gène et dans des zones difficiles car riches en séquences répétées.Dans un second temps, la recherche de facteurs de susceptibilité génétiques aux infarctus cérébraux(AICs) du sujet jeune a été réalisée chez 168 cas et 200 témoins âgés de moins de 40 ans. Dans notrepopulation, l’hypertension, les migraines, le tabac, et la prise de stupéfiants sont des facteurs de risqueimportants, multipliant respectivement par 35, 3,8, 4 et 2,8 le risque d’AIC. Notre étude pangénomiquepar CGH-array (Comparative Genomic Hybridization-array) a mis en évidence 98 régionspolymorphiques dans le génome humain. Parmi elles, la délétion d’une partie du gène NOTCH2, pourraitjouer un rôle protecteur dans la survenue des AICs (OR=0,11 [0,01-0,87] ; p=0,013) mais qui ne dépassepas le seuil fixé par la correction de Bonferroni). Ce travail a également mis en évidence environ 400CNVs rares, dont deux récurrents chez les cas, l'un portant les gènes CRELD2 (cysteine-rich with EGFlikedomains 2) et AGL12 (asparagine-linked glycosylation 12, alpha-1, 6-mannosyltransferase) (p=0,02)et le deuxième situé en 5’ du gène VBP1 (von Hippel-Lindau binding protein 1) (p=0,04). Enfin, uneapproche gènes candidats a été effectuée sur les gènes NOTCH2 et ALOX5AP (5-lipoxygenaseactivating protein) sans donner de résultats significatifs. Ceci a également été réalisé sur les mutationsprincipales de trois gènes de la coagulation (Facteur II, Facteur V Leiden et MTHFR). Une associationsignificative a été mise en évidence entre la C677T du gène MTHFR (5,10-methyltetrahydrofolate) et lesinfarctus cérébraux du sujet jeune (OR=2,39, p=0,02 pour le génotype TT). Ce travail de thèse a permisde confirmer l’existence de facteurs de risque environnementaux et génétiques déjà connus mais surtoutd’émettre de nouvelles hypothèses génétiques dans la survenue des AICs du sujet jeune. / The use of locus-specific array-CGH (Comparative Genomic Hybridization) has allowed us to detect largerearrangements in three pathologies of our laboratory: cystic fibrosis, chronic pancreatitis andhemochromatosis. We successfully observed new pathological CNV (Copy Number Variations) in theCFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) gene and characterized complex eventsin PRSS1 (Protease Serine 1) and HFE (Hemochromatosis) genes, showing that the use of thistechnique is possible even in regions with high sequence homologies.We also confirmed that hypertension, migraine, tobacco and drugs are high significant risk factors forischemic strokes (IS) in young population (under 40 years) (OR=35, 3.8, 4 and 2.8, respectively). Then,we tried to identify new genetic susceptibility loci using a pangenomic approach. Among the 98 copynumber polymorphisms (CNP) observed, an interstitial NOTCH2 deletion is candidate for a protective rolein IS (OR=0.11 [0.01-0.87] ; p=0.013 before Bonferonni correction). We also observed approximately 400uncommon CNV, two of them being particularly reccurent in patients: a 22q13.31 duplication containingCRELD2 (cysteine-rich with EGF-like domains 2) and AGL12 (asparagine-linked glycosylation 12, alpha-1, 6-mannosyltransferase) genes (p=0.02) and a Xq28 deletion localised in the 5’ region of the VBP1 (vonHippel-Lindau binding protein 1) gene (p=0.04). We also applied a candidate-gene approach onNOTCH2, ALOX5AP (5-lipoxygenase activating protein) and coagulation genes (Factor II, Factor VLeiden and MTHFR). A significant association was found for the C677T in the MTHFR gene (5,10-methyltetrahydrofolate) and young ischemic strokes (OR=2.39, p=0.02 for TT genotype). In conclusion,this study confirmed the implication of environmental and genetic factors in ischemic strokes before 40years and suggests new genetic risk factors for IS.

Notre travail s’est intéressé à l’albinisme oculocutané en étudiant ses aspects clinico- moléculaires. Malgré l’analyse approfondie des gènes connus d’albinisme oculocutané, 15 % des patients restent sans mutation identifiée indiquant que les mutations sont situées dans des régions géniques non analysées par les techniques classiques de diagnostic moléculaire, ou qu’il existe d’autres gènes d’albinisme oculocutané. Nous avons établi une base de données clinico- biologiques décrivant les caractéristiques de plus de 400 patients analysés. Des outils de diagnostic moléculaire ont été développés à la recherche de mutations situées dans les introns et les régions régulatrices et de réarrangements géniques. Différentes stratégies ont également été utilisées pour rechercher des gènes candidats. La puce à façon a permis l’identification de grands réarrangements dans les gènes TYR, OCA2 et SLC45A2 et un réarrangement complexe du gène OCA2 chez 2 patients non apparentés. L'analyse de gènes candidats nous a permis d'identifier, chez 5 patients non apparentés présentant un albinisme oculocutané non syndromique, des mutations dans le gène SLC24A5, très récemment associé à l’AOC6. Le séquençage d’exome de 6 patients a mis en évidence des gènes candidats pour lesquels des analyses complémentaires sont poursuivies afin de confirmer leur implication dans la pathogenèse de l’AOC.Les résultats de ce travail permettent de redéfinir les aspects cliniques et moléculaires de l’AOC, d’identifier de nouveaux mécanismes moléculaires à l’origine de l’AOC ainsi que des gènes candidats dont la fonction dans le développement pigmentaire reste à élucider. L’identification de nouveaux gènes impliqués dans l’AOC pourrait permettre de mieux comprendre et de mieux prendre en charge les patients avec un AOC. / Our work focused on oculocutaneous albinism (OCA) by studying its clinical and molecular aspects. Despite a thorough analysis of the known genes involved in oculocutaneous albinism, 15% of patients remain without diagnostic at the molecular level indicating that mutations are located in unexplored regions and are undetected by standard techniques or that other genes are involved in albinism. We established a clinicomolecular database describing more than 400 patients and developped molecular tools in order to improve molecular diagnostic including a custom high resolution array-CGH dedicated to the four OCA genes (TYR, OCA2, TYRP1 and SLC45A2). We also used different strategies to identify new genes. Array-CGH allows us to detect large deletion in TYR, OCA2 and SLC45A2 and a complexe rearrangement in OCA2 in 2 unrelated patients. We identified, in 5 patients presenting with a non syndromic OCA, mutations in SLC24A5, recently associated with OCA6. Exome sequencing of 6 different patients allows us to identify candidate genes, for which further studies are required to confirm their involvement in OCA pathogenesis. The results of this work allowed us to delineate clinical and genetics aspects of more than 400 OCA patients and to identify new molecular mechanisms leading to OCA and candidates genes for which exact nature of their functions has to be understood. Giving the complexity of pigmentary system development and its regulation, identification of new genes leading to OCA could help to better understand OCA and take care of patients

L'épilepsie est une affection neurologique chronique qui se définit par la répétition de crises épileptiques, signe de l'hyperactivité paroxystique d'un groupe de neurones corticaux. Ces dernières années, plusieurs gènes responsables d'épilepsies monogéniques ont été mis en évidence. Notre travail avait pour objectif l'identification d'anomalies génétiques responsables ou favorisants certaines formes d'épilepsies de l'enfant. Ce travail est composé de quatre études complémentaires. La première était l'exploration pangénomique d'une cohorte de 47 patients porteurs d'épilepsie à paroxysme rolandique (EPR) par CGH array, à la recherche de variations de nombre de copies (CNV) récurrentes. Nous avons ainsi pu mettre en évidence plusieurs CNVs emportant des gènes impliqués dans l'épilepsie, dont PRRT2 et GRIN2A. La deuxième reposait sur la même approche appliquée à une cohorte de 8 patients tunisiens présentant des spasmes infantiles. Elle a permis d'identifier une délétion 9q34.3 emportant le gène EHMT1, responsable du syndrome de Kleefstra et une duplication 15q13.1, région impliquée dans des troubles du neurodéveloppement. Pour la troisième étude, nous avons comparé deux techniques de capture pour séquençage à haut débit d'un panel de gènes impliqués dans les épilepsies de l'enfant, à partir des échantillons de 24 patients épileptiques. Cette approche nous a permis de mettre au point un logiciel d'analyse de couverture, que nous avons nommé DeCovA. Lors de la dernière étude, nous avons appliqué une stratégie de séquençage d'exome en trio pour explorer 10 patients porteurs des spasmes infantiles. Nous avons ainsi pu mettre en évidence des variants pathogènes de novo chez quatre patients,impliquant les gènes KCNQ2, SCN1A, NR2F1 et ALG13. Nos résultats confirment ainsi la place importante de la génétique et l'intérêt majeur des nouvelles technologies dans l'exploration étiologique des épilepsies de l'enfant / Epilepsy is a chronic neurological disorder characterized by repeated epileptic seizures, a sign of cortical neurons paroxysmal hyperactivity. In recent years, several monogenic genes involved in epilepsy have been identified. The aim of our work is to identify new genetic abnormalities responsible for childhood epilepsies. This work is divided into four complementary studies. First, we searched copy number variation (CNV) by pangenomic exploration of a cohort of 47 patients with Rolandic epilepsy (RE) using CGH array. We identified several CNVs carrying genes involved in epilepsy, including PRRT2 and GRIN2A (genes). Secondly, the same approach was applied to a cohort of 8 Tunisian patients with infantile spasms. It allowed the identification of a 9q34.3 deletion includingEHMT1, implicated in Kleefstra syndrome and a 15q13.1 duplication, known to be involved in neurodevelopment disorders. For the third study, we compared two library-building methods for a gene-targeted panel for the diagnosis of Monogenic childhood epilepsies, in a cohort of 24 epileptic patients. This approach allowed us to develop a coverage analysis software, which we named DeCovA. In the last study, we used a trio-based exome-sequencing approach to look for de novo mutations in 10 patients with infantile spasms. We found de novo pathogenic variants in four patients, involving KCNQ2, SCN1A, NR2F1, and ALG13. Our results confirm the increasing role of genetics and the major interest of new technologies in the etiological exploration of childhood epilepsy

Les chromosomes marqueurs surnuméraires (CMS) sont définis comme des chromosomes de structure anormale qui ne peuvent pas être identifiés ni caractérisés de façon non ambigüe par les techniques de cytogénétique conventionnelle seules et qui sont de taille égale ou plus petits qu’un chromosome 20 de la même métaphase. La prévalence de cette anomalie chromosomique est estimée à 0,071% en post-natal, 0,075% en diagnostic prénatal et 0,288% chez les patients atteints de retard mental et/ou du développement. Chez les patients infertiles, la fréquence des CMS est estimée à 0,122% et varie selon le sexe. Les CMS sont sans conséquence clinique dans 70% des cas. Dans un tiers des cas, ils peuvent être responsables de nombreuses anomalies du développement et de la reproduction humaine. A ce jour, il existe très peu d’études de caractérisation des CMS permettant une cartographie précise des gènes présents. Dans ce travail, nous avons étudié une série de huit CMS par cytogénétique conventionnelle, FISH (fluorescent in situ hybridization) et CGH array (array comparative genomic hybridization). Nous avons établi une cartographie des gènes présents dans ces CMS. L’étude de la relation génotype-phénotype des patients nous a permis de proposer l’implication de certains gènes candidats dans des anomalies du développement et de la reproduction humaine. Notre étude de l’implication des CMS dans les anomalies du développement humain s’est basée sur l’étude cytogénétique de trois fœtus. Les deux premiers fœtus étaient porteurs d’un CMS(20) en anneau. Le sujet 1 présentait un retard de croissance intra-utérin (RCIU) et une dysmorphie cranio-faciale. Le sujet 2 n’avait pas d’anomalies particulières à part une obésité diagnostiquée à l’âge de quatre mois. La taille de ces CMS(20) était de 13,6 Mb pour le sujet 1 et 4,8 Mb pour le sujet 2. Le gène SSTR4 présent sur le CMS(20) du sujet 2 code pour un récepteur de la somatostatine. Cette hormone joue un rôle dans le comportement alimentaire. Le troisième fœtus présentait un hygroma kystique et un RCIU associé à un CMS(13) néocentromérique. Les explorations par CGH array ont révélé un gain chromosomique de la région 13q21.1qter de 39 Mb contenant 80 gènes dont GPC5, GPC6, SPRY2, EFNB2, SOX1 et DZIP1. La modification d’expression de ces gènes est susceptible d’être responsable du phénotype des sujets étudiés.Notre étude de l’implication des CMS dans les anomalies de la reproduction humaine s’est basée sur l’étude cytogénétique de cinq patients qui présentaient des troubles de la fertilité (anomalies de la spermatogenèse, insuffisance ovarienne prématurée, syndrome des ovaires polykystiques et fausses couches spontanées). Les CMS explorés par CGH array correspondaient aux régions chromosomiques 15q11.2 (3,6 Mb), 21p11.2 (0,266 Mb), 6p11.2q12 (9 Mb) et 20p11.21 (3,3 Mb). Le CMS d’une des patientes ne contenait pas d’euchromatine et une autre patiente était porteuse de deux CMS d’origines chromosomiques différentes. Plusieurs gènes candidats (POTE B, BAGE et THBD) ont pu être identifiés. La modification de leur expression ainsi que des effets mécaniques ou biochimiques perturbant la méiose et la maturation des gamètes pourraient être responsables des troubles de la fertilité observés chez ces patients. L’étude des CMS par CGH array nous a permis de caractériser précisément les points de cassure des CMS, leur taille et leur composition génétique afin de cartographier les gènes présents dans les CMS et d’établir des relations entre le génotype et le phénotype des patients. / Small supernumerary marker chromosomes (sSMC) are defined as structurally abnormal chromosomes which cannot be unambiguously identified or characterized by conventional banding cytogenetic techniques alone and are generally equal in size or smaller than a chromosome 20 of the same metaphase spread. sSMC frequency is estimated at 0.071% in postnatal cases, 0.075% in prenatal cases, and 0.288% for mentally and/or development retarded patients. In infertile patients cases, sSMC frequency is estimated at 0.122% and is different in male (0.165%) and female infertility (0.022%). sSMC have no clinical consequences in 70% of the cases. In one third of the cases, they can be responsible for various human development and reproduction anomalies. To date, only a few studies precisely characterizing the sSMC contents have been performed.In this study, we used conventional cytogenetics, FISH (fluorescent in situ hybridization) and array CGH (array comparative genomic hybridization) to characterize eight sSMC and to precisely localize the genes included. The study of the genotype-phenotype correlations of the patients led us to suppose the implication of some candidate genes in human development and reproduction anomalies.Our study of the implication of sSMC in human development anomalies was based on the cytogenetic study of three fetuses. The first two fetuses carried a ring sSMC(20). Case 1 presented with intrauterine growth retardation and craniofacial dysmorphism. Case 2 had a normal phenotype except for obesity diagnosed at the age of four months. The size of these sSMC(20) was approximately 13,6 Mb for case 1 and 4,8 Mb for case 2. The SSTR4 gene located on the case 2 sSMC(20) is coding for one of the somatostatin receptor. This hormone has multiple effects on variable cells and is implicated in the regulation of food behavior, which could explain the obesity of case 2. Case 3 presented with intrauterine growth retardation and a cystic hygroma associated with a neocentric sSMC(13). Array CGH investigations showed a 32.9 Mb gain from 13q31.1 to 13qter region containing 80 genes. Among these genes, six genes could be involved in the phenotype of the proband (GPC5, GPC6, SPRY2, EFNB2, SOX1 and DZIP1). The expression modification of these genes could be responsible for the phenotype observed.Our study of the implication of sSMC in human reproduction anomalies was based on the cytogenetic study of five patients presenting fertility troubles (spermatogenesis impairment, ovarian insufficiency, polycystic ovary syndrome and repeated abortions). The sSMC explored by array CGH corresponded to the 15q11.2 region (3.6 Mb), the 21p11.2 region (0.266 Mb), the 6p11.2q12 region (9 Mb) and 20p11.21 region (3.3 Mb). The sSMC of one of the patients did not contain euchromatin and one patient carried two sSMC derived from two different chromosomes. Among the genes present on the sSMC, some candidate genes (POTE B, BAGE and THBD) have been identified. The modification of their expression and mechanical or biochemical effects of the sSMC impeding meiosis could be directly responsible for the fertility trouble observed in these patients. A detailed molecular cytogenetic investigation using array CGH allowed us to precisely characterize the chromosomal breakpoints, the size and genomic constitution of sSMC. This study may be helpful to address genotype–phenotype correlations and for medical and genetic counseling.

Introduction : l’analyse histopathologique des pièces d’annexectomie prophylactique(pBSO) pour risque génétique (mutations BRCA) a pu révéler des anomalies cytologiques etarchitecturales interprétées comme potentiellement pré-cancéreuses et dénommées « dysplasieovarienne et tubaire ». Nous proposons d’étudier les aspects morphologiques,immunohistochimiques et moléculaires des dysplasies tubo-ovariennes.Matériels & Méthodes : l’analyse morphologique a été réalisée dans un premier grouped’annexectomies après stimulation de l’ovulation (protocole de Fécondation in vitro).L’évaluation morphologique et immunohistochimique (expression de Ki67, p53, Bcl2, PAX2et ALDH1) a par la suite concerné 111pBSO, 42 annexectomies exposées au Tamoxifène et116 témoins non cancéreux et spontanément fertiles (nBSO). Les analyses ont été réaliséespar deux pathologistes en aveugle. Les cellules épithéliales d’intérêt ovariennes et tubairesprovenant du groupe pBSO ont été microdisséquées par laser ; l’ADN extrait a été étudié parhybridation génomique comparative (CGH array). La longueur des télomères a été évaluéepar PCR quantitative en temps réel.Résultats : les scores moyens de dysplasie ovarienne et tubaire étaient significativement plusélevés dans les groupes stimulation de l’ovulation et génétique par rapport aux témoins. Seulle score de dysplasie tubaire était supérieur aux témoins pour le groupe Tamoxifène. Onretrouvait une surexpression de ALDH1 dans les groupes pBSO et tBSO alors que Ki67, p53,bcl2 et PAX2 étaient faiblement exprimés dans les groupes pBSO et tBSO. D’ailleurs,l’expression d’ALDH1 était faible dans l’épithélium non dysplasique, forte dans la dysplasieet constamment faible dans les carcinomes occultes. De subtiles altérations génomiques et desraccourcissements télomériques ont été mis en évidence au niveau des dysplasies génétiques.Conclusions : les scores élevés de dysplasie, la forte expression d’ALDH1 et les altérationsmoléculaires provenant du groupe à risque génétique pourraient supporter le conceptd’instabilité génétique. La dysplasie tubo-ovarienne pourrait être une étape importante etprécoce de la carcinogenèse ovarienne. Nos résultats suggèrent également qu’un certainnombre de cancers de l’ovaire pourrait avoir pour origine la trompe de Fallope. Le marqueurde cellules souches ALDH1 pourrait constituer une cible dans la prévention et le diagnosticprécoce des cancers de l’ovaire. / Background: Histopathological examination of material from prophylactic salpingooophorectomies(pBSO) performed in patients at genetic risk has revealed frequentabnormalities interpreted as possible pre-cancerous “ovarian and tubal dysplasia” lesions. Wesought to study the morphologic, immunohistochemical and molecular features in ovarian andtubal dysplasiaMaterials and methods : Morphologic analysis was evaluated in 37 oophorectomies afterovulation induction (iBSO). Morphologic features and immunohistochemical expressionpatterns of Ki-67, p53, Bcl2, PAX2 and ALDH1 (an enzyme significantly associated withearly-stage ovarian cancer) were evaluated in 111 pBSO, 42 salpingo-oophorectomiesexposed with Tamosifen (tBSO) and 116 normal salpingo-oophorectomies (nBSO).Representative slides from formalin-fixed, paraffin-embedded tissue blocks were read blindlyby two gynaecological pathologists. Tubal and ovarian epitheliums from normal anddysplastic tissues (from pBSO) were laser microdissected and studied by comparativegenomic hybridization (array CGH). Telomere length was performed using quantitative realtimePCR.Results: Mean ovarian and tubal dysplasia score were significantly higher in the ovulationinduction group and in the genetic risk group than in controls. Only tubal dysplasia score wassignificantly higher in the Tamoxifen group. Increased ALDH1 expression was observed inpBSO and tBSO compared with nBSO whereas expression patterns of Ki67, p53, bcl2 andPAX2 were low at moderate in pBSO and tBSO group. Interestingly, ALDH1 expression waslow in non dysplastic epithelium, high in dysplasia and constantly low in the carcinoma foundincidentally on pBSO. Subtle genomic alterations were found in the dysplastic ovarian andtubal epitheliums. Shortened telomeres were found in dysplastic tissues from pBSO.Conclusion: The increased dysplasia scores, the strong ALDH1 expression and the geneticalterations in ovaries and tubes from BRCA 1/2 carriers could support the genetic instabilityof dysplasia and might be consistent with progression towards neoplastic transformation andcould justify the use of the term “dysplasia”. Ovarian and tubal dysplasia may be a premalignant,non-invasive histopathological abnormalitie that could be an important step in11early ovarian neoplasia. Our results suggest that a greater percentage of ovarian cancers thanoriginally thought may actually have a fallopian origin with metastasis to the ovary. The stemcell marker ALDH1 activation in pBSO could be considered as a target for early diagnosisand prevention of ovarian cancers.

Parmi les cancers du sein, 5 à 10% serait associé à une prédisposition génétique familiale. La prise en charge des patients prédisposés nécessite une bonne définition des risques de cancer. L’identification de l’altération moléculaire causale dans chacune de ces familles est donc un enjeu essentiel dans la prise en charge médicale. Deux gènes, BRCA1 et BRCA2, sont associés à une prédisposition majeure au cancer du sein et de l’ovaire depuis le milieu des années 1990, expliquant environ 15% des formes héréditaires. L’analyse moléculaire de ces deux gènes est désormais réalisée en routine pour la recherche de variations nucléotidiques et plus récemment de remaniements géniques ce qui a permis d’améliorer le taux de détection de mutations délétères. Cependant, pour près de 85% des familles avec une agrégation familiale ou un âge anormalement jeune de cancer du sein, aucune mutation délétère n’a pu être mise en évidence. Dans ce contexte, mon travail de thèse a eu pour objectif de tester plusieurs hypothèses permettant d’expliquer les risques de cancer du sein observés chez des familles montrant l’absence de mutation des gènes BRCA1 et BRCA2. Nous avons ainsi recherché des mécanismes d’altération rarement explorés pour les gènes BRCA1 et BRCA2, et enfin analysé d’autres gènes candidats dont le gène CDH1 et huit autres gènes impliqués dans la réparation de l’ADN. Nous avons pu mieux caractériser des remaniements sur les gènes BRCA1 et BRCA2. Enfin, nous avons pu évaluer l’impact de variants de signification inconnue et des réarrangements détectés par l’étude de leurs transcrits. Dans un premier temps, nous avons mis en place et validé de nouvelles approches techniques de détection et de caractérisation : la CGH-array dédiée, la qPCR-HRM et le peignage moléculaire. Ces techniques ont ensuite été utilisées pour étudier les remaniements géniques et leur fréquence pour onze gènes candidats à la prédisposition au cancer du sein à partir de 472 familles négatives aux mutations délétères BRCA1 et BRCA2. Parmi ces 11 gènes, nous pouvons conclure que les remaniements géniques détectés concernent principalement les gènes BRCA1 et BRCA2, et à un moindre degré le gène CHEK2. En appliquant ces techniques, nous avons pu décrire de nouveaux événements, deux larges délétions et une duplication intronique, pour les gènes CDH1 et BARD1, ouvrant de nouvelles perspectives sur l’étude des transcrits alternatifs. Nous avons en particulier pu décrire la grande diversité des réarrangements délétères en 5’ du gène BRCA1. L’enjeu est ensuite l’interprétation de ces événements. Notre étude des transcrits a permis de décrire un variant exonique d’épissage entraînant une délétion de l’exon 23 au niveau du transcrit BRCA1. Nous avons aussi validé la pathogénicité d’un réarrangement en phase de l’exon 3 de BRCA2 par une étude quantitative du transcrit et une évaluation de la coségrégation. Au final, moins de 1% de nouveaux remaniements ont été mis en évidence. Ce travail est riche d’enseignement pour les nouvelles investigations à mettre en place pour les familles prédisposées. En dehors de la technique d’identification, il est nécessaire de développer des stratégies de validation basées principalement sur la quantification des effets de ces altérations au niveau de l’ARN et des protéines. Cependant, il manque encore de nombreux chaînons pour expliquer l’héritabilité des cancers du sein. Les études sur les nouveaux gènes candidats et l’avènement des techniques de séquençage pangénome à haut débit, devraient permettre d’avoir une meilleure vision des phénomènes pathobiologiques liés à la prédisposition au cancer du sein. / Five to 10% of breast cancers are linked to a genetic predisposition. The management of patients at risk requires a good definition in the risk of cancer. The identification of causal molecular alterations in each of these families is a key issue in medical care. Two genes, BRCA1 and BRCA2, are related with the greatest susceptibility to breast cancer and ovarian cancer since the mid-1990s, accounting for about 15% of hereditary forms. Molecular analysis of these two genes is now routinely performed for the detection of nucleotide variations and more recently large rearrangements which have improved the detection rate of deleterious mutations. However, for more than 85% of families, no mutation explains familial aggregation or unusual young age of breast cancer onset. In this context, my thesis aimed at testing several hypotheses to explain the risks of breast cancer observed in families without any identified mutations in the BRCA1 and BRCA2 genes. We investigated some mechanisms of genic rearrangements rarely explored for BRCA1 and BRCA2 genes, and finally investigated other candidate genes, especially CDH1 gene and eight other genes involved in double-strand DNA repair. We have better characterized some rearrangements in the BRCA1 and BRCA2 genes. Finally, we applied RNA quantitative approaches to better assess the impact from variants of unknown significance and detected rearrangements. Initially, we developed and validated new technical approaches for detection and characterization such as dedicated CGH-array, qPCR-HRM and molecular combing. Rare large germline rearrangements and their frequency in eleven candidate genes for susceptibility to breast cancer were studied among 472 families negative by routine testing for BRCA1 and BRCA2 genes. Of these 11 genes, we conclude that genic rearrangements are found then mainly in the BRCA1 and BRCA2 genes, and to a lesser extent in the CHEK2 gene. We were able to describe two large intronic deletions and one duplication for the CDH1 and BARD1 genes, opening new perspectives on the regulation of their alternative transcript. In particular, we described the wide diversity of new rearrangements involving the 5' region of the BRCA1 gene. Then, it is necessary to validate and interpret those new events. Our transcript analysis described a new exonic variant causing the splice deletion of exon 23 in BRCA1 gene. We have developed tools to validate an in-frame large rearrangement of BRCA2 exon 3 with some transcript quantitative approaches and disease cosegregation.Finally, less than 1% of new rearrangements have been identified. This work is instructive for further investigations to establish molecular etiology in those families with breast cancer predisposition. Not only by applying new technologies, it is necessary to develop other strategies based primarily on quantifying effects of these alterations on transcription and traduction. However, it still lacks many links to explain the heritability of breast cancer. The combination of new candidate genes studies and the advent of high-throughput sequencing are expected to give a better vision of pathobiological phenomena related to the breast cancer predisposition.

ObjectifLe diagnostic prénatal (DPN) a pour but de détecter des pathologies foetales in utero. L’objectif de ce travail était de mettre au point et d’appliquer les techniques d’exploration chromosomique en prénatal. Nous avons, tout d’abord, validé et évalué une plateforme de séquençage basée sur la technologie des semi-conducteurs, Ion Proton®, pour le dépistage prénatal non-invasif (DPNI) des principales aneuploïdies en routine clinique, puis évalué l’intérêt de l’Analyse Chromosomique sur Puces à ADN (ACPA) dans le diagnostic prénatal des retards de croissance intra-utérin (RCIU) foetaux. Matériel et Méthodes Nous avons inclus prospectivement 2505 patientes enceintes analysées par huit laboratoires hospitalo-universitaires de génétique : 695 grossesses à haut risque pour la trisomie 21 (risque ≥1/250 ou avec anomalie échographique) dans une étude de validation de la technique du test ADN libre circulant (ADNlc), et 1810 grossesses à risque, sans anomalie échographique, en routine clinique. Les issues de grossesses étaient toutes disponibles dans l’étude de validation et pour 521 grossesses dans l’étude en routine clinique. L’ADNlc extrait d’échantillons plasmatiques était séquencé, puis les données étaient analysées à l’aide du logiciel WISECONDOR. Les résultats des tests ADNlc étaient comparés aux caryotypes foetaux ou 7 aux données à la naissance. Nous avons aussi évalué le taux d’échec et comparé trois méthodes d’évaluation de la fraction foetale (FF) (RASSF1A, DEFRAG et SANEFALCON). Nous avons rétrospectivement inclus tous les foetus référés pour un prélèvement invasif pour RCIU et étudié les résultats de technique d’hybridation in situ en fluorescence (FISH), caryotypes et ACPA. Résultats Les résultats des deux cohortes de l’étude sur l’ADNlc étaient cohérents et les âges gestationnels n’étaient pas significativement différents ; les données ont été combinées afin d’étoffer la cohorte à analyser. Respectivement, la sensibilité et la spécificité étaient de : 98.3% (95% IC, 93.5–99.7%) et 99.9% (95% IC, 99.4–100%) pour la trisomie 21; 96.7% (95% IC, 80.9–99.8%) et 100% (95% IC, 99.6–100%) pour la trisomie 18 ; et 94.1% (95% IC, 69.2–99.7%) et 100% (95% IC, 99.6–100%) pour la trisomie 13. Le taux de non rendus était de 1.2% initialement puis après réanalyse de 0.6%. L’estimation de la FF avec les méthodes RASSF1A et DEFRAG étaient comparables, toutes deux compatibles avec une utilisation en routine clinique. Parmi les 162 foetus RCIU (78 associés et 84 isolés) inclus dans l’étude ACPA, 15 avaient une FISH pathologique : 10 RCIU associés et cinq RCIU isolés. Parmi 143 foetus étudiés par ACPA, 10 (7%) présentaient un variant du nombre de copies (CNV), tous étaient des RCIUs associés (10/65 soit 15.4%; 95 IC: 8.4%‐26.2%), versus 0/78 dans le groupe RCIUs isolés (95% IC: 0%‐5.6%). Six foetus (4.2%) ont présenté des variants de signification inconnue (VSI) (trois RCIU associés et trois RCIU isolés). Conclusion : Notre étude évaluant le test ADNlc utilisant la technologie des semi-conducteurs est la première étude clinique à rapporter les issues de grossesses dans une population aussi large. La plateforme est performante pour le DPNI des principales aneuploïdies. Notre protocole robuste est facilement applicable en routine clinique. Notre étude souligne une augmentation de rendement diagnostique de l’ACPA de 6.1% (4/65) par rapport au caryotype pour le DPN des foetus présentant un RCIU associé. Aucun CNV pathogène n’a été mis en évidence dans le groupe RCIU isolé. L’ADNlc pourrait-il supplanter l’ACPA dans cette population de RCIU isolé ? Le développement du test ADNlc a permis de limiter le nombre de prélèvements invasifs et donc leurs complications [...]. / ObjectivePrenatal diagnosis allows to detect fetal pathologies in-utero. The goal of this work was both technical development and application of the chromosomal exploration technics in prenatal diagnosis. First, we aimed to validate and evaluate the performance metrics of the highthroughput semiconductor sequencing platform, Ion Proton®, in non-invasive prenatal genetic screening (NIPS) for common fetal aneuploidies in a clinical setting and, then to evaluate the diagnostic utility of prenatal diagnosis using the chromosomal microarray analysis (CMA) for fetuses presenting with isolated or associated intrauterine growth restriction (IUGR). Methods : First, regarding NIPS, a prospective cohort study including 2505 pregnant women from eight academic genetics laboratories (695 high risk pregnancies for trisomy 21 (risk ≥1/250 or with ultrasound anomalies) in a validation study, and 1810 such pregnancies, without ultrasound anomalies, in a real-life NIPS clinical setting) was conducted. An outcome was available for all cases in the validation cohort and for 521 in the clinical cohort. Cell-free DNA from plasma samples was sequenced using the Ion Proton sequencer, and sequencing data were analyzed using the open-access software, WISECONDOR. Performance metrics for detection 10 of trisomies 21, 18 and 13 were calculated based on either fetal karyotype result or clinical data collected at birth. We also evaluated the failure rate and compared three methods of fetal fraction quantification (RASSF1A assay, and DEFRAG and SANEFALCON software). Then, regarding the CMA study, we retrospectively included all fetuses with IUGR referred for prenatal testing and studied by rapid fluorescence in situ hybridization (FISH), karyotype, and CMA. Results :In the NIPS study, results from both cohorts were consistent and their gestational age was not significantly different, so their data were combined to increase the sample size for analysis. Sensitivities and specificities, respectively, were as follows: for trisomy 21, 98.3% (95% CI, 93.5–99.7%) and 99.9% (95% CI, 99.4–100%); for trisomy 18, 96.7% (95% CI, 80.9–99.8%) and 100% (95% CI, 99.6–100%); and for trisomy 13, 94.1% (95% CI, 69.2–99.7%) and 100% (95% CI, 99.6–100%). Our failure rate was 1.2% initially and as low as 0.6% after retesting some of the failed samples. Fetal fraction estimation by the RASSF1A assay was consistent with DEFRAG results, and both were adequate for routine diagnosis. Among the 162 IUGR fetuses (78 associated and 84 isolated IUGR) included in the CMA study, 15 had an abnormal FISH result: 10 associated and five isolated fetal IUGRs. Among the 143 fetuses studied by CMA, 10 (7%) presented pathogenic copy number variations (CNVs). All 10 were in the associated fetal IUGR group (10/65 or 15.4%; 95% confidence interval [CI]: 8.4%‐26.2%) versus 0/78 in the isolated fetal IUGR group (95% CI: 0%‐5.6%). Six fetuses (4.2%) carried variants of unknown significance (VOUS) (three associated and three isolated fetal IUGRs). Conclusion: We described one of the largest studies evaluating Ion Proton-based NIPS and the first clinical study reporting pregnancy outcome in a large series of patients. This platform is highly efficient in detecting the three most common trisomies. Our protocol is robust and can be implemented easily in any medical genetics’ laboratory. Our second study highlighted the added value of CMA in the case of associated fetal IUGR with an incremental yield of 6.1% (4/65) over karyotyping. No pathogenic CNVs were reported in the isolated fetal IUGR group. Could NIPS supplant CMA in isolated fetal IUGR? The development of the NIPS test has reduced prenatal invasive testing and therefore its complications [...].