GNAS est un locus soumis à empreinte parentale. Ce locus produit différents transcrits et protéines en utilisant des promoteurs distincts. Le transcrit bialléique Gsα, les transcrits soumis à empreinte maternelle GNAS-AS1, XLαs et A/B et un transcrit soumis à empreinte paternelle NESP55. L’expression de ces transcrits est contrôlée par des régions différentiellement méthylées (DMRs). Le locus GNAS est impliqué dans plusieurs maladies. La PseudoHypoParathyroïdie (PHP) également appelée inactivating PTH/PTHrP Signaling Disorder (iPPSD, pour la description de la nouvelle classification) englobe un groupe de maladies rares, très hétérogène caractérisé par la résistance des organes à l'action de la PTH. Les iPPSD2 sont dues à des mutations perte de fonctions de Gsα, les iPPSD3 à des anomalies de méthylation d’une ou plusieurs DMRs. Les tumeurs intracanalaires papillaires et mucineuses du pancréas (TIPMPs) sont des tumeurs kystiques caractérisées par une prolifération papillaire intracanalaire de l’épithélium des canaux pancréatiques. Les TIPMPs sont des précurseurs de l’adénocarcinome pancréatique comprenant trois degrés de dysplasie selon le phénotype histologique, légère, moyenne et haut grade.L’objectif de mon travail était d’étudier l’implication des transcrits non codants et des GNAS-miRNAs à l’aide de deux modèles pathologiques les iPPSD2 et 3 et les TIPMPs.Projet TIPMP :Nous avons identifié que la perte d’empreinte du locus GNAS est un événement fréquent dans les TIPMPs et semble associée à des marques d’activation de la transcription du locus. De plus, d’autres gènes soumis à l’empreinte parentale, comme MEG3 et DIRAS3, présentent également des modifications de leurs marques épigénétiques.Projet iPPSD2 et 3 :Résultat 1 : Croissance longitudinale, taille finale et IMC des patients iPPSD2 et 3. Les patients iPPSD2 naissent hypotrophiques, ont une petite taille finale et développe un surpoids. Les patients iPPSD3 naissent macrosomiques mais atteignent une taille finale normale et un IMC moyen normal. Mes résultats suggèrent un rôle majeur de Gsα et de Xlαs dans la croissance fœtale, postnatale, pubertaire et l’accumulation de la masse grasse.Résultat 2 : Cibles des GNAS-miRNAs et phénotype des patients iPPSD3. Mes données d’expression des GNAS-miRNAs dans les lymphocytes et les fibroblastes de patients matUPD20/patUPD20 montrent qu’ils sont soumis à l’empreinte parentale. In silico, les cibles de ces miRNAs sont classées en 3 groupes : signalisation de l’AMPc, signalisation du calcium et croissance. La transfection dans les cellules HEK des GNAS-miRNAs m’a permis de confirmer certaines cibles moléculaires comme la cible du miR-296-3p, PRKAG1 et la cible des miRs 296-5p et 296-3p, GNB2 tous les deux impliqués dans la voie de l’AMPc.Résultat 3 : étude d’une nouvelle DMR : GNAS-AS2. Cette DMR récemment identifiée présente une perte de méthylation chez la plupart des patients iPPSD3 comparés aux contrôles. Nous avons identifié pour la première fois, un sous-groupe de patients iPPSD3 qui présente une perte de méthylation de la DMR GNAS-AS1:TSS-DMR, mais pas de GNAS-AS2. Ces patients ont un profil de iPPSD3 autosomique dominant, sans délétion du centre d’empreinte STX16. Mes résultats montrent : 1-absence de délétion ou remaniement génomique en whole genome sequencing dans une famille atteinte, 2-la DMR GNAS-AS2 possède deux sous domaines distincts et 3-la transmission de cette anomalie est maternelle.Les transcrits de GNAS jouent un rôle important dans des phénomènes fondamentaux comme la croissance ante et post natale, la tumorigenèse, la signalisation endocrine AMPc dépendante et l’acquisition de la masse grasse. Afin de mieux comprendre les pathologies de l’empreinte il est important d’identifier des biomarqueurs comme les miRNAs et de les corréler aux phénotypes des patients iPPSD. / GNAS is a locus subjected to parental imprinting. This locus produces different transcripts and proteins using distinct promoters: the Gsα biallelic transcript, the maternally imprinted transcripts GNAS-AS1, XLαs and A/B and a paternal imprinted transcript NESP55. The expression of these transcripts is controlled by differentially methylated regions (DMRs). The GNAS locus is involved in several diseases. PseudoHypoParathyroidism (PHP) also called inactivating PTH/PTHrP Signaling Disorder (iPPSD, for the description of the new classification) encompasses a group of heterogeneous rare diseases, characterized by the resistance of organs to the action of PTH. IPPSD2 are due to Gsα loss of function mutations, iPPSD3 to methylation abnormalities at one or several GNAS DMRs. Intraductal Papillary Mucinous Neoplasm (IPMN) are cystic tumors characterized by Intraductal papillary proliferation of the pancreatic duct epithelium. IPMNs are precursors of pancreatic adenocarcinoma comprising three degrees of dysplasia according to the histological phenotype, low, medium and high grade.The aim of my work was to study the implication of non-coding transcripts and GNAS-miRNAs using two pathological models, iPPSD2 and 3 and IPMN.IPMN project:We have identified that loss of imprinting at the GNAS locus is a common trait in IPMN and appears to be associated with transcriptional activation events of the GNAS transcripts. In addition, other genes subjected to parental imprinting, such as MEG3 and DIRAS3, also show changes in their epigenetic marks.Project iPPSD2 and 3:Result 1: Longitudinal growth, final height and BMI of iPPSD2 and 3 patients. iPPSD2 patients are born hypotrophic, display a final short stature and are overweight. IPPSD3 patients are born macrosomic but reach a normal final height and normal mean BMI. My results suggest a major role of Gsα and Xlαs in fetal, postnatal, pubertal growth and fat mass accumulation.Result 2: Targets of GNAS-miRNAs and phenotype of iPPSD3 patients. Expression of GNAS-miRNAs in lymphocytes and fibroblasts of matUPD20/patUPD20 patients suggested that GNAS-miRNAs are subjected to parental imprinting. In silico, the targets of these miRNAs are classified in 3 groups: cAMP signaling, calcium signaling and growth. Transfection of the GNAS-miRNAs into HEK cells confirmed certain molecular targets such as the miR-296-3p target, PRKAG1 and the miRs 296-5p and 296 -3p target, GNB2, both transcripts being involved in cAMP pathway.Result 3: characterization of a new DMR: GNAS-AS2. GNAS-AS2 is a recent characterized DMR with loss of methylation in most iPPSD3 patients compared to controls. We have identified for the first time a subset of iPPSD3 patients with loss of methylation at the GNAS-AS1:TSS-DMR but not at the GNAS-AS2 DMR. These patients have an autosomal dominant form of iPPSD3, without deletion of the STX16 imprinting control element. My results show: 1- lack of deletion or genomic rearrangement through whole genome sequencing in an affected family, 2- GNAS-AS2 DMR has two distinct subdomains and 3- this anomaly is maternally inherited.GNAS transcripts play an important role in fundamental biological processes such as ante and postnatal growth, tumorigenesis, endocrine cAMP dependent signaling pathways and fat mass acquisition. It is important to identify new biomarkers such as miRNAs and correlate them with phenotypical factors of iPPSD patients.

L’acrodysostose est une chondrodysplasie associant une petite taille et des anomalies des extrémités et de la face. Les mécanismes moléculaires sous-jacents ont récemment été identifiés, et deux types d’acrodysostose sont individualisés : 1) l’acrodysostose avec résistance hormonale (acroR1a), en lien avec des mutations du gène PRKAR1A, codant pour une sous-unité régulatrice de la PKA et 2) l’acrodysostose « sans » résistance hormonale (acroPDE), en lien avec des mutations du gène PDE4D, codant pour la phosphodiestérase 4D. Dans les deux cas, il existe une altération de la voie de signalisation de l’AMPc entraînant une résistance au PTHrp à l’origine du phénotype osseux des patients, similaire à celui observé dans la PHP 1a due à des mutations inactivatrices du gène GNAS, codant pour la protéine Gsα. Je me suis intéressée dans ce travail aux mécanismes cellulaires à l’origine du phénotype de l’acroPDE et pouvant expliquer ses différences phénotypiques avec l’acroR1a et la PHP1a. Ces trois pathologies offrent un outil précieux pour l’étude de la voie de signalisation des RCPG puisqu’elles sont toutes dues à un défaut génétique altérant cette voie, mais s’exprimant cliniquement de façon différente bien que proche, notamment en ce qui concerne les résistances hormonales autres que celle du PTHrp dans les chondrocytes. Dans la première partie, afin de mettre en évidence une spécificité tissulaire pouvant expliquer les différences d’expression phénotypique de ces mutations, j’ai utilisé deux modèles cellulaires humains, des fibroblastes et la lignée HEK293, et observé les effets de l’inhibition sélective de la PDE4 par du rolipram à différentes étapes de la voie de signalisation, après stimulation par deux agonistes, la PTH et la PGE2. Les résultats indiquent que l’impact du rolipram est d’autant plus important que la stimulation par l’agoniste est faible. La modulation du signal par la PDE4 dépend donc à la fois du type cellulaire et de l’intensité initiale du stimulus par l’agoniste. Dans la seconde partie, pour comparer plus directement l’effet des mutations de ces trois gènes au niveau cellulaire, j’ai réalisé une étude détaillée du phénotype des fibroblastes de témoins et de patients atteints de PHP1a, d’acroR1a et d’acroPDE, à différentes étapes de la voie de signalisation, après stimulation par la PTH et la PGE2, et en présence ou non d’inhibiteur des PDE. Il n’existe pas de différence significative dans l’expression des transcrits ou la traduction des protéines impliquées dans la voie de signalisation dans les différents groupes de fibroblastes. En revanche, l’effet de l’inhibition des PDE4 sur la quantité d’AMPc intracellulaire est plus important dans les fibroblastes mutés PDE4D, allant dans le sens de mutations activatrices. Nous n’avons pas pu mettre en évidence de différence significative dans la phosphorylation de CREB dans ce modèle. Et enfin, dans la 3ème partie, je présente la mise au point d’une technique de BRET permettant l’étude fonctionnelle des différentes mutations de PDE4D connues pour être responsables d’acroPDE. Les résultats sont en faveur d’un caractère activateur des mutations de PDE4D à l’origine d’une dégradation plus rapide d’AMPc aboutissant à une diminution de l’activité PKA. En conclusion, ces résultats concordent à montrer que les mutations de PDE4D sont activatrices, augmentant ainsi la dégradation de l’AMPc ce qui serait à l’origine des résistances hormonales. Ce phénomène est d’autant plus important dans les situations où l’augmentation d’AMPc est modeste, expliquant probablement l’absence de résistance hormonale dans certains tissus. Bien sûr, ces résultats sont à pondérer par le fait qu’il existe de nombreuses autres phosphodiestérases pouvant compenser ces phénomènes, qu’il existe une troisième voie d’utilisation de l’AMPc (Epac), et qu’il faudrait poursuivre les investigations notamment en étudiant les phénomènes de compartimentalisation de la cellule pour élucider ces mécanismes. / No abstract

INTRODUÇÃO: A primeira doença humana atribuída à resistência hormonal foi o pseudo-hipoparatireoidismo (PHP), uma doença rara caracterizada por hipocalcemia, hiperfosfatemia e níveis elevados de hormônio paratireoidiano (PTH) na presença de função renal normal, quadro condizente com resistência ao PTH. A classificação original do PHP leva em consideração a osteodistrofia hereditária de Albright (AHO): presente no PHP1a e ausente no PHP1b. Na medida em que as bases moleculares do PHP têm sido compreendidas, uma classificação baseada no genótipo tem surgido. Segundo ela, pacientes com PHP1a apresentam mutações na região codificadora da Gsalfa do GNAS e o padrão de herança é autossômico dominante relacionado à transmissão materna. Por outro lado, o PHP1b é caracterizado por alterações nas regiões diferencialmente metiladas (DMRs) do GNAS por mecanismos não completamente esclarecidos, limitando a previsão do seu padrão de herança. Pacientes que apresentam a AHO na ausência de resistência hormonal têm o diagnóstico de pseudopseudo-hipoparatireoidismo (PPHP) e seu padrão de herança é autossômico dominante relacionado à transmissão paterna de mutações na região codificadora da Gsalfa do GNAS. OBJETIVOS: Classificar 25 pacientes com PHP com base em defeitos no GNAS e caracterizar seu fenótipo. Pesquisar mutações no GNAS nos quatro pacientes com PPHP e também caracterizar seu fenótipo. MÉTODOS: A avaliação fenotípica incluiu análise das resistências hormonais, pesquisa de repercussões crônicas da hipocalcemia/hiperfosfatemia (calcificações em sistema nervoso central: SNC e catarata) e identificação da AHO. A análise do GNAS foi feita por sequenciamento automático e MLPA (região codificadora da Gsalfa) e por MS-MLPA (região regulatória: DMRs). RESULTADOS: Resistência ao PTH foi identificada nos 25 pacientes com PHP e resistência ao TSH em 17/25. Calcificações em SNC e catarata estiveram presentes em 18 e 10 pacientes com PHP, respectivamente. A AHO foi caracterizada por: face arredondada (n=18), braquidactilia (n=11), baixa estatura (n=8), ossificações subcutâneas (n=6), obesidade (n=9) e retardo mental (n=3). Identificamos oito mutações (cinco novas) na região codificadora da Gsalfa em 10 pacientes com PHP1a e quatro pacientes com PPHP. Quinze pacientes apresentaram alteração no padrão de metilação das DMRs (genótipo: PHP1b). O fenótipo dos pacientes foi semelhante nos dois grupos. DISCUSSÃO E CONCLUSÃO: Nenhuma das classificações do PHP foi capaz de predizer gravidade ou o curso clínico da doença. Porém, o diagnóstico do PHP1a baseado no genótipo possibilitou a identificação precoce de uma paciente, a exclusão de PHP1a na filha de outra paciente e o aconselhamento genético em duas famílias. O diagnóstico de PHP1b em uma paciente só foi possível graças ao genótipo, visto que seu perfil laboratorial osteometabólico era inconclusivo. Com base no fenótipo, 8/15 pacientes com PHP1b seriam classificados como PHP1a considerando a presença de dois ou mais estigmas da AHO, podendo levar a falhas no aconselhamento genético. Portanto, concluímos que a classificação do PHP baseada na análise do GNAS é mais informativa do que a baseada no fenótipo, permitindo o diagnóstico precoce e o aconselhamento genético de casos familiais de PHP1a. A identificação do PHP1b deve ser promissora na medida em que seus mecanismos de transmissão forem mais bem entendidos / BACKGROUND: The first human disease attributed to hormone resistance was pseudohypoparathyroidism (PHP), a rare disease characterized by hypocalcemia, hyperphosphatemia and elevated parathyroid hormone (PTH) levels in the presence of normal renal function, consistent picture of PTH resistance. The original classification of PHP takes into account the Albright hereditary osteodystrophy (AHO): present in PHP1a and absent in PHP1b. As the molecular bases of PHP have been understood, a classification based on genotype has emerged. According to it, PHP1a patients present mutations in the Gsalpha coding region of the GNAS and the pattern of inheritance is autosomal dominant related to maternal transmission. On the other hand, PHP1b is characterized by alterations in differentially methylated regions (DMRs) of the GNAS by mechanisms not completely clear, limiting the prediction of the pattern of inheritance. Patients who present AHO in the absence of hormone resistance have the diagnosis of pseudopseudohypoparathyroidism (PPHP) and their pattern of inheritance is autosomal dominant related to paternal transmission of mutations in the Gsalfa coding region of the GNAS. OBJECTIVE: To classify 25 patients with PHP based on GNAS molecular defects and to characterize their phenotype. To search for GNAS mutations in four patients with PPHP and also to characterize their phenotype. METHODS: The phenotypic evaluation included analysis of hormone resistances, research of chronic repercussions of hypocalcemia/hyperphosphatemia (calcifications in central nervous system: CNS and cataract) and identification of AHO. The analysis of the GNAS was done by automated sequencing and MLPA (Gsalphaa coding region) and by MS-MLPA (regulatory region: DMRs). RESULTS: PTH resistance was identified in 25 patients with PHP and TSH resistance in 17/25. Calcifications in CNS and cataract were present in 18 and 10 patients with PHP, respectively. AHO was characterized by: rounded face (n=18), brachydactyly (n=11), short stature (n=8), subcutaneous ossifications (n=6), obesity (n=9) and mental retardation (n=3). We identified eight mutations (five novels) in the Gsalpha coding region in 10 patients with PHP1a. Fifteen patients presented alterations in the methylation pattern of DMRs (genotype: PHP1b). The phenotype of patients was similar in both groups. DISCUSSION AND CONCLUSION: None of the PHP classifications was able to predict the severity or clinical course of the disease. However, the diagnosis of PHP1a based on genotype allowed the early identification of one patient, the exclusion of PHP1a in the daughter of another patient and genetic counseling in two families. The PHP1b diagnosis in one patient was only possible due to the genotype, as her bone metabolism profile was inconclusive. Based on phenotype, 8/15 PHP1b patients would have been classified as PHP1a considering the presence of two or more AHO stigmas, being able to lead to failures in genetic counseling. Therefore, we conclude that the PHP classification based on GNAS analysis is more informative than that based on phenotype, allowing the early diagnosis and the genetic counseling for familial cases of PHP1a. The identification of PHP1b may be promising as its transmission mechanisms are better clarified

Les adénomes hépatocellulaires (AHC) sont des tumeurs hépatiques bénignes rares se développant chez la femme jeune suite à la prise de contraceptifs oraux et pouvant se compliquer d’hémorragie et de transformation maligne en carcinome hépatocellulaire (CHC). Une classification génotype/phénotype a mise en évidence trois groupes d’AHC : les AHC inactivés pour le facteur de transcription HNF1A, les AHC mutés pour la β-caténine et les AHC dit « inflammatoires » ayant une activation de la voie JAK/STAT. Nous avons identifiés des mutations activatrices du gènes GNAS, codant pour la sous unité alpha de la protéine Gs, dans un sous-groupe d’AHC inflammatoires ainsi que chez des patients avec des AHC et atteints d’un syndrome de McCune Albright, une maladie rare combinant des tumeurs endocriniennes, une dysplasie fibreuse osseuse et des taches cutanés café au lait. Cette découverte confirme les interactions entre la voie de l’AMP cyclique induite par les mutations GNAS et la voie JAK/STAT. Les CHC sont les tumeurs primitives du foie les plus fréquentes, survenant souvent sur un foie cirrhotique exposé à différents facteurs de risque comme l’hépatite B chronique, l’hépatite C chronique, l’alcool ou le syndrome métabolique. Le CHC est le résultat de l’accumulation d’altérations génétiques et épigénétiques. Premièrement, nous avons identifiés les mutations du promoteur de TERT (Telomerase reverse transcriptase) comme les altérations génétiques somatiques les plus fréquentes des CHC. Ces mutations ont été aussi retrouvées dans des lésions prénéoplasiques développées sur cirrhose suggérant leurs rôles précoces dans l’initiation tumorale et la transformation maligne. A l’inverse l’étude des mutations du promoteur de TERT et la réalisation de séquençage haut-débit dans les AHC et les transformation d’adénome en CHC nous a permis de disséquer les mécanismes de transformation maligne sur foie sain avec la présence de manière précoce d’une mutation de la β-caténine et dans un second temps l’apparition d’une mutation dans le promoteur de TERT. Par la suite, nous avons mis en évidence une signature moléculaire pronostique transcriptomique chez les patients avec CHC traités par résection hépatique. Cette signature moléculaire prédisant à la fois la récidive tumorale et le décès a été validée dans des cohortes de patients à l’étranger. Enfin, nous avons mise en évidence le rôle oncogénique de l’adeno-associated virus de type 2 dans la survenue de CHC sur foie sain via un mécanisme de mutagénèse insertionnelle dans des gènes clés de la carcinogénèse comme TERT, CCNA2, MLL4 ou TNFSF10. Ces résultats ont permit de mettre en évidence de nouveaux facteurs de risque viraux de survenue du CHC, d’identifier de nouvelles altérations génétiques impliquées dans la transformation maligne sur cirrhose et sur foie sain et permit de développer une signature moléculaire pronostique qui pourrait être utiliser dans le futur comme une aide à la stratification thérapeutique chez les patients atteint de CHC. / Hepatocellular adenomas (HCA) are rare benign liver tumors occuring in young women taking oral contraception and complications as haemorrhage or malignant transformation in hepatocellular carcinomes (HCC) could occur. A genotype/phenotype classification has defined different subgroups of tumors : HCA with inactivating mutations of HNF1A, HCA with activating mutations of β-catenin and inflammatory HCA with activation of the JAK/STAT pathway. We have identified activation mutations of GNAS, that codes for the alpha subunit of the Gs protein in a subgroup of inflammatory HCA and in patients with HCA and McCune Albright syndrom, a rare disease that combined endocrine tumor, bone fibrous dysplasia and « cafe au lait » skin macula. These findings highlight the crosstalk between the cyclic AMP pathway induced by GNAS mutation with the JAK/STAT pathway. HCC are the most frequent primary liver tumors worldwide and mainly occur on cirrhosis due to various risk factor as hepatitis B and C virus, alcohol consumption and metabolic syndrome. HCC is due to the accumulation of genetic and epigenetic alterations in the malignant hepatocytes. We have identified TERT (telomerase reverse transcriptase) promoter mutations as the most frequent somatic genetic alterations in HCC. These mutations were also found in cirrhotic premalignant nodules underlying their role in tumor initiation and malignant transformation. In contrast, the study of the different steps of malignant transformation of HCA into HCC using next generation sequencing and TERT promoter screening have shown that activatiing mutation of β-catenin is an early genetic alteration whereas TERT promoter mutation is required in a second step to promote a full malignant transformation. We have also identified a prognostic molecular signature, the 5-gene score, in patients with HCC treated by liver resection. The 5-gene score predicts tumor recurrence and disease specific survival and has been validated in different cohorts of patients worldwide. Finally, we have shown that adeno-associated virus type 2 is involved in liver carcinogenesis on normal liver through insertional mutagenesis in key cancer genes as TERT, CCNA2, MLL4 and TNFSF10. These results have underlined a new oncogenic virus involved in HCC development, identified new genetic alterations involved in malignant transformation on cirrhosis and normal liver and a new prognostic molecular signature that will help to guide treatment of patients with HCC in the future.

La Néoplasie Endocrinienne Multiple de type 1 (NEM1) est une maladie génétique qui associe hyperparathyroïdie primaire, tumeurs neuroendocrines digestives et adénomes hypophysaires. Elle est due à des mutations non récurrentes du gène MEN1, parfois difficile à classer. Nous avons rassemblé et analysé les données cliniques et génétiques de 1676 patients français porteurs d’une variation de MEN1 des 4 laboratoires experts du groupe TENGEN. De ce travail, nous avons alimenté une base de données de variants (UMD MEN1) et établir le profil mutationnel de MEN1 en France. Dans une seconde partie, nous avons établi des recommandations pour la classification des variants faux sens de MEN1 en adaptant les Guidelines de l’ACMG-AMP (American College of Medical Genetics).Le Syndrome de McCune-Albright (SMA) est du à des mutations postzygotiques activatrices récurrentes du gène GNAS, responsables d’un mosaïcisme somatique, souvent indétectables dans le sang. En utilisant une technique de PCR quantitative ultrasensible, le taux de détection des mutations R201C et R201H est de 50% dans le sang de 16 patients présentant 1 à 3 lésions majeures du SMA. Pour la 1ere fois, nous avons retrouvé ces mutations dans l’ADN circulant de 3/4 patients testés.Ces mutations sont retrouvées aussi dans 30 à 40% des adénomes somatotropes. Le locus GNAS est soumis à empreinte parentale, responsable d’une expression mono-allélique de GNAS dans certains tissus comme l’hypophyse. Dans une série de 57 adénomes somatotropes nous avons montré une perturbation de l’empreinte de GNAS, associée à une relâche de l’empreinte mais n’entraînait pas d’augmentation de l’expression du gène GNAS. / The Multiple Endocrine Neoplasia 1 (MEN1) is due to MEN1 mutations and characterized by a broad spectrum of lesions including hyperparathyroidism, pituitary adenomas and neuroendocrine tumors. Missense variants are frequent and could lead wrong interpretation. We collected and analyzed all the 370 variants of 1676 patients sequenced for ten years by the TENGEN network (French oncogenetics of neuroendocrine tumors). We registered them in the UMD MEN1 database. Then, consensus was reached to validate adjustments to the ACMG-AMP guidelines for MEN1 locus-specific interpretation of missense variants. The McCune-Albright syndrome (MAS) is a rare pediatric mosaic genetic disorder. MAS results from recurrent post-zygotic GNAS mutations, not detectable in blood DNA by Sanger. We develop an ultrasensitive quantitative PCR using digital droplet PCR™ (ddPCR™) in order to target the R201C and R201H GNAS mutations. After a validation study, we clinically evaluated ddPCR™ in the whole blood DNA or circulating cell-free DNA (ccfDNA) of patients presented with at least 1 MAS lesion. First we detected in ccfDNA the mosaic somatic GNAS mutant. The ddPCR™ showed a mutation detection rate of 50% in blood DNA of the 16 included patients and 3/4 in ccfDNA.GNAS mutations are also reported in 30 to 40% of somatotroph tumors. GNAS is encoded by an imprinted locus, responsible for a mono-allelic expression in pituitary. We explored the GNAS locus methylation status of 57 somatotroph adenomas and showed disturbance. We studied the impact on GNAS, SST2R and AIP expression of this disturbance. We showed an imprinting relaxation not associated with an increased expression of GNAS.

GNAS est un locus complexe soumis à l'empreinte parentale. Il code pour cinq transcrits alternatifs dont l’expression est régulée de manière parentale, tissulaire et développementale : la sous-Unité alpha stimulatrice de la protéine G hétérotrimérique (Gαs), XLαs, NESP55, et deux ARNnc, A/B et GNAS-AS1. Gαs est une protéine clé dans la transduction hormonale partageant avec XLαs la capacité de produire l'AMPc intracellulaire après stimulation des récepteurs couplés à Gαs.Dans la première partie de ma thèse, je me suis concentrée sur l'étude du rôle des transcrits de GNAS, en particulier XLαs, dans la croissance fœtale et post-Natale. J’ai profité du modèle unique des pseudohypoparathyroïdies (PHPs), pathologies humaines rare de l’empreinte, causées par des anomalies génétiques ou épigénétiques du locus GNAS altérant le dosage génique des transcrits de GNAS. La croissance anormale est une caractéristique majeure des PHPs.Dans la deuxième partie de ma thèse, j’ai étudié le profil épigénétique du locus GNAS (méthylation de l'ADN et expression des transcrits) dans les cellules souches humaines embryonnaires -HESCs-, dans les cellules pluripotentes induites dérivées à partir de fibroblastes de sujets sains -IPSCs- et dans les cellules redifférenciées en cellules souches neurales et mésenchymateuses. La caractérisation précise du locus humain GNAS en physiologie (cellules souches) et pathologie (PHP) est essentielle pour une meilleure compréhension des processus développementaux importants comme la croissance. L'exploration du phénotype "croissance" de différents types de PHPs a permis de mieux comprendre le rôle des transcrits du locus GNAS dans la physiologie et la physiopathologie. L'analyse de cellules des PHPs a permis de mieux caractériser l’impact des anomalies moléculaires du locus GNAS en pathologie humaine. Les hiPSCs peuvent être un outil utile pour étudier les modifications épigénétiques au niveau du locus GNAS. / GNAS is a complex locus subjected to parental imprinting encoding five parental-, tissue- and developmental-Manner regulated transcripts : the alpha stimulatory subunit of the G protein (Gαs), XLαs, NESP55, and two ncRNAs, A/B and the antisens GNAS-AS1. Gαs is a key protein in hormonal signaling sharing with XLαs the ability to produce intracellular cAMP upon stimulation of Gαs-Coupled receptors. In the first part of my thesis, I focused on studying the role of the GNAS transcripts, particularly XLαs, in fetal and postnatal growth. I took advantage of the unique model of pseudohypoparathyroidism (PHP), a rare human disease, caused by genetic or epigenetic abnormalities at the GNAS locus leading to various combinations of GNAS transcripts alterations. Abnormal growth appears to be a major feature of PHP. In the second part of my thesis, I studied the epigenetic pattern of GNAS (DNA methylation and transcripts expression) in human embryonic stem cells -HESCs-, in induced pluripotent stem cells -IPSCs- derived from fibroblasts from healthy individuals, and in cells re-Differentiated from these stem cells in neuronal and mesenchymal cells. The precise characterization of the human GNAS locus in physiology (stem cells) and pathology (PHP) is critical for a better understanding of major processes like growth. Through exploration of the "growth" phenotype of different groups of PHPs we have participated to the better understanding of the role of the GNAS transcripts in the physiology and pathophysiology. Human iPSCs may be an useful tool to study epigenetic modifications at the GNAS locus.

INTRODUÇÃO: A primeira doença humana atribuída à resistência hormonal foi o pseudo-hipoparatireoidismo (PHP), uma doença rara caracterizada por hipocalcemia, hiperfosfatemia e níveis elevados de hormônio paratireoidiano (PTH) na presença de função renal normal, quadro condizente com resistência ao PTH. A classificação original do PHP leva em consideração a osteodistrofia hereditária de Albright (AHO): presente no PHP1a e ausente no PHP1b. Na medida em que as bases moleculares do PHP têm sido compreendidas, uma classificação baseada no genótipo tem surgido. Segundo ela, pacientes com PHP1a apresentam mutações na região codificadora da Gsalfa do GNAS e o padrão de herança é autossômico dominante relacionado à transmissão materna. Por outro lado, o PHP1b é caracterizado por alterações nas regiões diferencialmente metiladas (DMRs) do GNAS por mecanismos não completamente esclarecidos, limitando a previsão do seu padrão de herança. Pacientes que apresentam a AHO na ausência de resistência hormonal têm o diagnóstico de pseudopseudo-hipoparatireoidismo (PPHP) e seu padrão de herança é autossômico dominante relacionado à transmissão paterna de mutações na região codificadora da Gsalfa do GNAS. OBJETIVOS: Classificar 25 pacientes com PHP com base em defeitos no GNAS e caracterizar seu fenótipo. Pesquisar mutações no GNAS nos quatro pacientes com PPHP e também caracterizar seu fenótipo. MÉTODOS: A avaliação fenotípica incluiu análise das resistências hormonais, pesquisa de repercussões crônicas da hipocalcemia/hiperfosfatemia (calcificações em sistema nervoso central: SNC e catarata) e identificação da AHO. A análise do GNAS foi feita por sequenciamento automático e MLPA (região codificadora da Gsalfa) e por MS-MLPA (região regulatória: DMRs). RESULTADOS: Resistência ao PTH foi identificada nos 25 pacientes com PHP e resistência ao TSH em 17/25. Calcificações em SNC e catarata estiveram presentes em 18 e 10 pacientes com PHP, respectivamente. A AHO foi caracterizada por: face arredondada (n=18), braquidactilia (n=11), baixa estatura (n=8), ossificações subcutâneas (n=6), obesidade (n=9) e retardo mental (n=3). Identificamos oito mutações (cinco novas) na região codificadora da Gsalfa em 10 pacientes com PHP1a e quatro pacientes com PPHP. Quinze pacientes apresentaram alteração no padrão de metilação das DMRs (genótipo: PHP1b). O fenótipo dos pacientes foi semelhante nos dois grupos. DISCUSSÃO E CONCLUSÃO: Nenhuma das classificações do PHP foi capaz de predizer gravidade ou o curso clínico da doença. Porém, o diagnóstico do PHP1a baseado no genótipo possibilitou a identificação precoce de uma paciente, a exclusão de PHP1a na filha de outra paciente e o aconselhamento genético em duas famílias. O diagnóstico de PHP1b em uma paciente só foi possível graças ao genótipo, visto que seu perfil laboratorial osteometabólico era inconclusivo. Com base no fenótipo, 8/15 pacientes com PHP1b seriam classificados como PHP1a considerando a presença de dois ou mais estigmas da AHO, podendo levar a falhas no aconselhamento genético. Portanto, concluímos que a classificação do PHP baseada na análise do GNAS é mais informativa do que a baseada no fenótipo, permitindo o diagnóstico precoce e o aconselhamento genético de casos familiais de PHP1a. A identificação do PHP1b deve ser promissora na medida em que seus mecanismos de transmissão forem mais bem entendidos / BACKGROUND: The first human disease attributed to hormone resistance was pseudohypoparathyroidism (PHP), a rare disease characterized by hypocalcemia, hyperphosphatemia and elevated parathyroid hormone (PTH) levels in the presence of normal renal function, consistent picture of PTH resistance. The original classification of PHP takes into account the Albright hereditary osteodystrophy (AHO): present in PHP1a and absent in PHP1b. As the molecular bases of PHP have been understood, a classification based on genotype has emerged. According to it, PHP1a patients present mutations in the Gsalpha coding region of the GNAS and the pattern of inheritance is autosomal dominant related to maternal transmission. On the other hand, PHP1b is characterized by alterations in differentially methylated regions (DMRs) of the GNAS by mechanisms not completely clear, limiting the prediction of the pattern of inheritance. Patients who present AHO in the absence of hormone resistance have the diagnosis of pseudopseudohypoparathyroidism (PPHP) and their pattern of inheritance is autosomal dominant related to paternal transmission of mutations in the Gsalfa coding region of the GNAS. OBJECTIVE: To classify 25 patients with PHP based on GNAS molecular defects and to characterize their phenotype. To search for GNAS mutations in four patients with PPHP and also to characterize their phenotype. METHODS: The phenotypic evaluation included analysis of hormone resistances, research of chronic repercussions of hypocalcemia/hyperphosphatemia (calcifications in central nervous system: CNS and cataract) and identification of AHO. The analysis of the GNAS was done by automated sequencing and MLPA (Gsalphaa coding region) and by MS-MLPA (regulatory region: DMRs). RESULTS: PTH resistance was identified in 25 patients with PHP and TSH resistance in 17/25. Calcifications in CNS and cataract were present in 18 and 10 patients with PHP, respectively. AHO was characterized by: rounded face (n=18), brachydactyly (n=11), short stature (n=8), subcutaneous ossifications (n=6), obesity (n=9) and mental retardation (n=3). We identified eight mutations (five novels) in the Gsalpha coding region in 10 patients with PHP1a. Fifteen patients presented alterations in the methylation pattern of DMRs (genotype: PHP1b). The phenotype of patients was similar in both groups. DISCUSSION AND CONCLUSION: None of the PHP classifications was able to predict the severity or clinical course of the disease. However, the diagnosis of PHP1a based on genotype allowed the early identification of one patient, the exclusion of PHP1a in the daughter of another patient and genetic counseling in two families. The PHP1b diagnosis in one patient was only possible due to the genotype, as her bone metabolism profile was inconclusive. Based on phenotype, 8/15 PHP1b patients would have been classified as PHP1a considering the presence of two or more AHO stigmas, being able to lead to failures in genetic counseling. Therefore, we conclude that the PHP classification based on GNAS analysis is more informative than that based on phenotype, allowing the early diagnosis and the genetic counseling for familial cases of PHP1a. The identification of PHP1b may be promising as its transmission mechanisms are better clarified

Les adénomes hépatocellulaires (AHC) sont des tumeurs bénignes rares qui se développent le plus souvent chez la femme jeune suite à la prise de contraceptifs oraux. Les complications principales sont l’hémorragie et plus rarement, la transformation maligne en carcinome hépatocellulaire (CHC). Des travaux récents ont permis d’identifier 3 groupes moléculaires principales d’AHC qui se définissent par (1) l’inactivation du facteur de transcription HNF1A (H-HCA), (2) l'activation de la voie Wnt/ß-caténine (bHCA) ou (3) la présence d’infiltrats inflammatoires (IHCA).Afin d’identifier les voies de tumorigenèse associées au développement d’AHC inflammatoires (IHCA), une analyse transcriptomique comparant des IHCA à des foies non tumoraux a été réalisée au laboratoire, ce qui a permis d’identifier dans ce groupe tumoral une activation de la voie IL-6/JAK/STAT3. Nous avons recherché de nouvelles altérations géniques et nous avons caractérisé le mécanisme d'activation de la voie IL-6/JAK/STAT dans les IHCA. Les conséquences fonctionnelles sur la voie STAT3 des différents mutants ont été analysées par une modélisation de leur expression dans des lignées hépatocellulaires. Par ailleurs, nous avons réalisé des études génomiques intégrées (analyse CGH-SNP, méthylome et séquençage exome) sur une large série de 250 AHC avec pour objectif d’affiner la classification moléculaire des AHC, d’identifier de nouveaux gènes altérés dans ces tumeurs et d’élucider les mécanismes de transformation maligne des AHC en CHC.Dans le groupe des IHCA, ces analyses nous ont permis d’identifier de nombreux oncogènes activés par mutation somatique ; de plus, trois de ces gènes n’avaient jamais été décrits comme étant mutés dans des tumeurs humaines. Nous avons identifié des mutations activatrices du récepteur à l’IL-6, gp130 dans 60% des IHCA. Nous avons aussi retrouvé des mutations de FRK, une src-like kinase, dans 10% des IHCA, du facteur de transcription STAT3 dans 5% des IHCA, du gène GNAS dans 5% des cas, et de la tyrosine kinase JAK1 dans 1% des cas. Toutes les mutations identifiées étaient somatiques, monoalléliques et mutuellement exclusives. Nous avons pu montrer, dans des systèmes de lignées cellulaires hépatocellulaires, que l'expression des formes mutées de ces gènes est capable d’activer la voie IL-6/STAT3 en absence du ligand IL-6, contrairement aux protéines sauvages. Nous avons identifié des inhibiteurs pharmacologiques qui permettent d’inhiber de façon spécifique ces mutants et qui pourraient être utilisés en clinique pour le traitement des IHCA.Grâce à une technique de CGH-SNP, nous avons identifié des événements récurrents de pertes et gains de chromosomes associés aux groupes moléculaires d’AHC. De façon similaire, l’étude de la méthylation dans les AHC a permis de mettre en évidence un pattern spécifique à chaque sous groupe. Nous avons montré que l’instabilité chromosomique augmente progressivement dans les lésions borderline et dans les CHC développés sur AHC comparés aux AHC classiques. Le séquençage exome de 5 transformations malignes de AHC en CHC a identifié un nombre plus important de mutations dans les AHC qui ont transformé comparé aux AHC classiques ; ce nombre est significativement augmenté dans la partie CHC des tumeurs. La comparaison de la partie bénigne et maligne des tumeurs a mis en évidence l'activation de ß-caténine comme un évènement précoce dans le processus de transformation et a révélé la présence de mutations somatiques fréquentes dans le promoteur de la télomèrase (TERT), identifiées principalement dans la partie maligne des tumeurs.En conclusion, cette étude a permis d’identifier des mécanismes distincts conduisant à l'activation de STAT3 dans les IHCA, renforçant le rôle de la voie JAK-STAT3 dans la tumorigenèse bénigne hépatocellulaire ainsi que le lien entre Src kinases et inflammation. Ces travaux ont permis d’affiner la classification moléculaire des AHC avec des corrélations étroites... / Hepatocellular adenomas (HCA) are rare benign tumors that develop most often in young women after taking oral contraception. The main complications are hemorrhage and rarely, malignant transformation to hepatocellular carcinoma (HCC). Recent work in the laboratory identified three main HCA molecular groups that are defined by (1) inactivation of the transcription factor HNF1A (H-HCA), (2) activation of the Wnt/ß-catenin pathway (bHCA) or (3) the presence of inflammatory infiltrates (IHCA).To identify tumorigenesis pathways associated with the development of inflammatory HCA (IHCA), a transcriptome analysis comparing IHCA to non-tumor liver was performed in the laboratory, leading to the identification of an activation of the IL-6/JAK/STAT3 pathway in these tumors. We sought new gene alterations and we characterized the activation mechanism of the IL-6/JAK/STAT pathway in IHCA. The functional consequences of the different mutants on the STAT3 pathway were analyzed by modeling their expression in hepatocellular cell lines. In addition, we performed integrated genomic studies (CGH-SNP analysis, methylome and exome sequencing) on a wide range of 250 HCA with the aim to refine the molecular classification of HCA, to identify new genes altered in these tumors and to elucidate the mechanisms of malignant transformation of HCA to HCC.In the group of the IHCA, we identified many oncogenes activated by somatic mutation; in addition, three of these genes were never been described as mutated in human tumors. We identified activating mutations in the IL-6 receptor gp130 in 60% of IHCA. We also found mutations in FRK, a src-like kinase, in 10% of IHCA, of the transcription factor STAT3 in 5% of IHCA, of the GNAS gene in 5% of cases, and of the tyrosine kinase JAK1 in 1% of the cases. All identified mutations were somatic and monoallelic and were mutually exclusive. We have shown in hepatocellular cell lines that the expression of mutated forms of these genes is able to activate the IL-6/STAT3 pathway in the absence of the IL-6 ligand, in contrast to wild-type proteins. We have identified pharmacological inhibitors that specifically inhibit the mutants and that could be used for the clinical treatment of IHCA.Using a CGH-SNP technique, we identified recurrent chromosomes gains and losses associated with the HCA molecular groups. Similarly, the study of methylation in HCA highlighted a specific pattern in each subgroup. We showed that chromosomal instability increases gradually in borderline lesions and in HCC developed on HCA compared to classical HCA. Exome sequencing of 5 malignant transformation of HCA to HCC identified a large number of mutations in the transformed HCA compared to classical HCA; and this number is significantly increased in HCC tumors counterpart. Comparison of benign and malignant tumors highlighted the activation of ß-catenin as an early event in the transformation process and revealed frequent somatic mutations in the promoter of the telomerase gene (TERT), identified mainly in the malignant part of tumors.In conclusion, this study has led to the identification of distinct mechanisms leading to the activation of STAT3 in IHCA, strengthening the role of the JAK-STAT3 pathway in benign hepatocellular tumorigenesis and the relationship between Src kinases and inflammation. This work helped to refine the molecular classification of HCA with tight correlations between genotype and phenotype, and led to advances in the identification of major genetic determinants involved in the process of malignant transformation.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第21618号 / 医博第4424号 / 新制||医||1033(附属図書館) / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 大森 孝一, 教授 松田 秀一, 教授 安達 泰治 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM