Les démences regroupent un ensemble de pathologies cérébrales affectant progressivement les fonctions cognitives et survenant plus fréquemment chez les personnes âgées. L’augmentation du nombre de cas liée au vieillissement de la population et la lourdeur de la prise en charge font des démences un problème de santé publique important.La maladie d’Alzheimer (MA) est la plus fréquente des démences. Elle apparaît généralement après 65 ans et possède une forte composante génétique. En dehors de certaines formes familiales précoces liées à des mutations dans les gènes du précurseur de la protéineamyloïde, et des présénilines 1 et 2, la grande majorité des cas résulte de l’interaction de facteurs environnementaux avec divers gènes de susceptibilité.L’approche gène candidat a permis l’identification de nombreux gènes associés au risquede MA. Cependant, en raison de problèmes techniques et méthodologiques, seul le gène de l’apoprotéine E (APOE) a pu être identifié de manière robuste par cette approche. Les études d’association pangénomiques permettent d’identifier sans a priori des variations génétiques fréquentes associées à une maladie sur l’ensemble du génome. À partir de 2009, plusieurs consortia ayant pour objectif de réaliser ce type d’étude dans le champs de la MA ont identifiéquatre nouveaux gènes d’intérêt pour la MA, CLU, PICALM, CR1 et BIN1. Cependant,ces gènes n’expliquent qu’une petite partie de la variabilité génétique de la maladie et denombreux autres variants restent à découvrir.Durant cette thèse, nous avons d’abord chercher à répliquer les résultats des principauxgènes identifiés par approche gène candidat en utilisant les données du consortium EuropeanAlzheimer’s Disease Initiative (EADI). Nous avons pu montrer qu’une grande partie deces gènes présentait un faible niveau d’association avec la MA. En utilisant l’approche pangénomique,nous avons ensuite pu identifier 19 gènes associés au risque de MA en dehorsd’APOE, dont 11 n’ayant pas été identifiés par les précédentes études, via la mise en placed’une collaboration informelle entre consortia puis au sein du International Genomics ofAlzheimer’s Disease Project (IGAP).Nous nous sommes également interessés à plusieurs phénotypes intermédiaires associésà la MA, et en particulier aux taux plasmatiques des peptides amyloïde b (Ab), en partantde l’hypothèse qu’ils pourraient permettre la recherche de variants impliqués dans des mécanismesphysiopathologiques pré-symptomatiques. Ce travail a permis l’identification d’uneassociation potentielle entre le gène CTXN3 et les taux plasmatiques d’Ab1−42.En conclusion, l’utilisation des études d’association pangénomiques a permis d’identifierde nombreux nouveaux gènes associés au risque de MA. Ces gènes ouvrent des voies derecherche intéressantes pour mieux comprendre la physiopathologie de la MA et permettrele développement de traitements efficaces qui font actuellement défaut. / Dementia is a syndrom caused by several brain diseases progressively deteriorating cognitivefunctions and occurs more frequently in the elderly. The increased number of patients withdementia due to the ageing of the general population and the high cost of care add up tomake dementia a concerning public health issue.Alzheimer’s disease (AD) is the most common form of dementia. It is often diagnosedafter 65 years old and has a strong genetic component. Familial forms exist and are mainlycaused by mutations in the amyloid-b protein precursor, presenilin 1 and presenilin 2 genes.However, the vast majority of cases result from the complex interaction of environmental factors with susceptibility genes.Using a candidate gene approach, numerous genes associated with AD risk were identified,but due to technical and methodological problems, only the apoliprotein E (APOE) genewas replicated. Genome-wide association studies (GWAS) aim to identify frequent geneticvariants associated with disease risk in a hypothesis-free manner. Starting 2009, severalconsortia aiming to perform this type of analyses in the field of AD robustly identified fournew genes associated with AD risk, CLU, PICALM, CR1 and BIN1. However, these genes puttogether only explain a small proportion of the total genetic variance of AD and the searchfor new susceptibility genes remains an important goal for AD research.In this work, we first tried to replicate the results of the top genes reported using thecandidate gene approach, using GWAS data from the European Alzheimer’s Disease Initiative(EADI). Most of these genes showed weak levels of association. Using GWAS, we were ableto identify 19 new genes associated with AD risk besides APOE, including 11 that had notbeen reported by previous studies, first through an informal collaboration between consortia,then under the name of International Genomics of Alzheimer’s Disease Project (IGAP).Assuming that use of endophenotypes related to AD would be relevant for the discoveryof genetic variants involved in the early pathophysiology of AD, we then performed aGWAS of plasma amyloid-b (Ab) concentrations. This study showed suggestive asssociationsbetween the CTXN3 gene on chromosome 5 and Ab1−42 plasma levels.To sum up, using GWAS enabled us to identify new genes associated with AD risk. Thesegenes point to interesting new research hypotheses and hopefully, to a better understandingof AD pathophysiology and development of effective drugs.

Les démences regroupent un ensemble de pathologies cérébrales affectant progressivementles fonctions cognitives et survenant plus fréquemment chez les personnes âgées. L'augmentationdu nombre de cas liée au vieillissement de la population et la lourdeur de la prise encharge font des démences un problème de santé publique important.La maladie d'Alzheimer (MA) est la plus fréquente des démences. Elle apparaît généralementaprès 65 ans et possède une forte composante génétique. En dehors de certainesformes familiales précoces liées à des mutations dans les gènes du précurseur de la protéineamyloïde, et des présénilines 1 et 2, la grande majorité des cas résulte de l'interaction defacteurs environnementaux avec divers gènes de susceptibilité.L'approche gène candidat a permis l'identification de nombreux gènes associés au risquede MA. Cependant, en raison de problèmes techniques et méthodologiques, seul le gène del'apoprotéine E (APOE) a pu être identifié de manière robuste par cette approche. Les étudesd'association pangénomiques permettent d'identifier sans a priori des variations génétiquesfréquentes associées à une maladie sur l'ensemble du génome. À partir de 2009, plusieursconsortia ayant pour objectif de réaliser ce type d'étude dans le champs de la MA ont identifiéquatre nouveaux gènes d'intérêt pour la MA, CLU, PICALM, CR1 et BIN1. Cependant,ces gènes n'expliquent qu'une petite partie de la variabilité génétique de la maladie et denombreux autres variants restent à découvrir.Durant cette thèse, nous avons d'abord chercher à répliquer les résultats des principauxgènes identifiés par approche gène candidat en utilisant les données du consortium EuropeanAlzheimer's Disease Initiative (EADI). Nous avons pu montrer qu'une grande partie deces gènes présentait un faible niveau d'association avec la MA. En utilisant l'approche pangénomique,nous avons ensuite pu identifier 19 gènes associés au risque de MA en dehorsd'APOE, dont 11 n'ayant pas été identifiés par les précédentes études, via la mise en placed'une collaboration informelle entre consortia puis au sein du International Genomics ofAlzheimer's Disease Project (IGAP).Nous nous sommes également interessés à plusieurs phénotypes intermédiaires associésà la MA, et en particulier aux taux plasmatiques des peptides amyloïde b (Ab), en partantde l'hypothèse qu'ils pourraient permettre la recherche de variants impliqués dans des mécanismesphysiopathologiques pré-symptomatiques. Ce travail a permis l'identification d'uneassociation potentielle entre le gène CTXN3 et les taux plasmatiques d'Ab1−42.En conclusion, l'utilisation des études d'association pangénomiques a permis d'identifierde nombreux nouveaux gènes associés au risque de MA. Ces gènes ouvrent des voies derecherche intéressantes pour mieux comprendre la physiopathologie de la MA et permettrele développement de traitements efficaces qui font actuellement défaut.

L’asthme est une maladie inflammatoire chronique des voies respiratoires. C’est une maladie complexe et hétérogène, présentant un large spectre de manifestations cliniques dans lequel l’âge de début joue un rôle important. L’asthme résulte de nombreux facteurs génétiques et environnementaux et des interactions entre ces facteurs.Afin d’identifier de nouveaux gènes de susceptibilité à l’asthme et aux maladies allergiques, nous avons réalisé des études d’association pan-génomiques et de clonage positionnel en prenant en compte des mécanismes complexes : 1) empreinte parentale, 2) hétérogénéité de la maladie et 3) interactions gène-environnement.Nous avons tout d’abord réalisé une étude de clonage positionnel pour le phénotype asthme-plus-rhinite dans des familles d’origine européenne de quatre études indépendantes (770 familles recensées par un asthmatique et incluant 3200 sujets) en prenant en compte l'effet de l'origine parentale. L’intégration de données génétiques et épigénétiques, nous a permis d’identifier un mécanisme de médiation de l’effet d’un variant génétique transmis par le père sur le phénotype combiné asthme-plus-rhinite, par une méthylation différentielle d’un site CpG localisé dans le gène MTNR1A.Nous avons ensuite pris en compte la variabilité de l’âge de début de l'asthme dans la modélisation de la maladie par des méthodes d’analyse de survie et avons réalisé une méta-analyse d’études d'association pan-génomiques du délai de survenue de l’asthme dans neuf populations d’origine européenne (5462 asthmatiques et 8424 non asthmatiques). Nous avons ainsi identifié un nouveau locus de susceptibilité à l’asthme localisé dans la région 16q12. Nous avons également mis en évidence que les variants génétiques des régions 9p24 et 17q12-q21 étaient associés à un asthme précoce alors que les variants en 16q12 étaient associés à un asthme plus tardif. Enfin, nous avons réalisé une méta-analyse de cinq études d’interaction pan-génomiques du délai de survenue de l’asthme avec l’exposition au tabagisme passif dans l’enfance (3643 exposés et 5275 non-exposés). Nous avons montré que l’effet des variants génétiques des régions 9p24 et 17q12-q21 sur le délai de survenue de l’asthme était augmenté par l’exposition au tabagisme parental dans l’enfance.La prise en compte de mécanismes complexes dans les études génétiques, nous a permis d’identifier de nouveaux gènes de susceptibilité à l’asthme et de mieux comprendre les mécanismes physiopathologiques à l'origine de l’asthme et de son expression variable au cours de la vie. / Asthma is a chronic airway inflammatory disease. It is a complex and heterogeneous disease with a wide spectrum of clinical manifestations in which the age of onset plays an important role. Asthma results from many genetic and environmental factors and from interactions between these factors.To identify new susceptibility genes to asthma and allergic diseases, we performed genome-wide association studies and positional cloning studies, while taking into account complex mechanisms: 1) parental imprinting, 2) heterogeneity of the disease and 3) gene-by-environment interactions.We first conducted a positional cloning study for asthma-plus-rhinitis in European families of four independent studies (770 families ascertained through an asthmatic and including 3200 subjects) while taking into account parent-of-origin effects. The integration of genetic and epigenetic data enabled us to identify that the effect of a paternally inherited genetic variant on the combined phenotype asthma-plus-rhinitis was mediated by a differentially methylated CpG site within MTNR1A gene. We then took into account the variability of age-of-asthma onset in the disease modeling using survival analysis methods and conducted a meta-analysis of genome-wide association studies of time-to-asthma onset in nine European populations (5,462 asthmatics and 8,424 non-asthmatics). We identified a new asthma susceptibility locus in 16q12. We also showed that genetic variants of 9p24 and 17q12-q21 regions were associated with early-onset asthma while 16q12 variants were associated with later-onset asthma. Finally, we performed a meta-analysis of five genome-wide interaction studies of time-to-asthma onset with early-life tobacco smoke exposure (3,643 exposed and 5,275 unexposed). We showed that the effect of genetic variants of 9p24 and 17q12-q21 regions on time-to-asthma onset was increased by early-life tobacco smoke exposure.Studying complex mechanisms in genetic studies led to identify new asthma susceptibility genes and to better understand the pathophysiological mechanisms underlying asthma and its variable expression throughout life.

L’avènement du séquençage haut débit permet actuellement d’étudier et d’analyser la part de lacomposante génétique des maladies complexes médiée par les variants rares. Cependant, leurinterprétation représente un défi majeur. En effet, le séquençage de milliers d’exomes et degénomes a révélé la complexité du polymorphisme humain et notamment la surreprésentation devariants rares. Et malgré le développement de logiciels d’analyse ainsi que de différentes bases dedonnées, la priorisation des variants rares reste difficile. Dans le cadre de cette thèse, nous avons focalisé nos analyses sur les variations génétiques rares impliquées dans la maladie d’Alzheimer (MA). D’un point de vue génétique, la MA répond dans une majorité des cas à un déterminisme multifactoriel mais une minorité des cas sont des formes précoces à transmission autosomique dominante. La caractérisation des gènes PSEN1, PSEN2 et APP responsables des formes mendéliennes de MA a permis de formuler l’hypothèse de la cascade amyloïde en plaçant le peptide amyloïde (Aβ) au centre du processus physiopathologique. Afin de détecter de nouveaux facteurs de risque génétique dans la survenue de la MA, nous avons réalisé une étude d’association à partir de données de séquençage d’exomes de 522 cas atteints de formes précoces de MA et 584 contrôles. Les premières analyses ont porté sur les variants mononucléotidiques ainsi que les courtes insertions/délétions et ont permis de mettre en évidence un enrichissement en variants rares prédits délétères dans le gène ABCA7 chez les individus malades. Notre attention s’est ensuite portée sur les variations du nombre de copies (CNVs). L’absence de récurrence à l’échelle d’un gène nous a amené à travailler sur une liste de gènes. En nous focalisant sur l’hypothèse amyloïdergique, nous avons construit une liste de 342 gènes impliqués dans le métabolisme et la toxicité du peptide Aβ. Grâce à cette stratégie, nous avons ainsi réussi à mettre en évidence un enrichissement de CNVs rares intersectant ce réseau centré sur le peptide Aβ. Le résultat majeur de cette étude de CNVs a été la mise en évidence d’une duplication du locus 17q21.31 chez 5 patients atteints d’une maladie neurodégénérative similaire à une maladie d’Alzheimer. Les patients porteurs présentent un diagnostic clinique de MA, des biomarqueurs et une imagerie métabolique en faveur d’une neurodégénérescence de type Alzheimer. En revanche, l’imagerie amyloïde et l’analyse neuropathologique n’ont pas révélé de pathologie amyloïde et sont donc en faveur d’une tauopathie pure. L’étude des CNVs a également révélé une délétion partielle du gène PSEN1, emportant les exons 9 et 10, pour laquelle nous avons pu réaliser des études fonctionnelles. Nous avons ainsi pu déterminer que la protéine mutante favorisait la production de peptides amyloïdes plus longs, ces derniers étant des médiateurs majeurs de la neurotoxicité d’Aβ. / Next-generation sequencing allows studying and analyzing the genetic component part of complexdiseases mediated by rare variants. However, their interpretation represents a major challenge.Indeed, the sequencing of thousands of exomes and genomes revealed the human polymorphismcomplexity and in particular the overrepresentation of rare variants. Despite the development ofsoftwares and variant databases, the prioritization of rare variants remains arduous. My thesis subject was focused on the involvement of rare variants in Alzheimer's disease (AD). From a genetic point of view, AD is caused, in most cases, by a multifactorial determinism, but a minority of cases are autosomal dominant early-onset forms (ADEOAD). The characterization of mutations in the PSEN1, PSEN2 and APP genes as a cause of these Mendelian forms of AD led to the formulationof the amyloid cascade hypothesis, stating that the amyloid-β peptide (Aβ) is triggering the pathophysiological process. In order to detect new genetic risk factors involved in AD, we performed an association study using exome sequencing data from 522 cases with early-onset Alzheimer Disease and 584 controls. The first analyzes focused on single nucleotide variants and short insertions / deletions, and revealed an enrichment in cases of variants that are predicted to be deleterious in the ABCA7 genes. We then then focused on copy number variations (CNVs). The lack of recurrence at the gene-level incited us to work on a gene list. By focusing on the amyloidogenic hypothesis, we built a list of 342 genes involved in the metabolism and toxicity of the Aβ peptide. Thanks to this strategy, we found an enrichment of rare CNVs intersecting this Aβ network in cases.The main result of this CNV study was the identification of a duplication of the 17q21.31 locus in 5patients with a neurodegenerative disease similar to Alzheimer's disease. These patients have aclinical diagnosis of AD, as well as biomarkers and metabolic imaging consistent with an ADneurodegeneration. However, amyloid imaging and neuropathological analysis did not reveal anyamyloid pathology, and were therefore pointing to a pure tauopathy. This CNV study also revealed a partial deletion of the PSEN1 gene, overlapping exons 9 and 10, for which we performed functional studies. We demonstrated that the mutant protein enhanced the production of longer amyloid peptides, the latter being major mediators of Aβ neurotoxicity.