Un xénobiotique subit plusieurs étapes de biotransformations simultanées ou successives dont les principaux sites sont les tissus situés à l’interface entre l’organisme et le milieu extérieur, à savoir : le tube digestif, l’appareil respiratoire, le rein et le foie. Ce dernier étant fonctionnellement le plus important. Les phases réactionnelles principales constituant les étapes de détoxification, phase I, phase II et phase III, ne sont possibles que par l'intervention de systèmes enzymatiques spécifiques. Etant donné la grande diversité des xénobiotiques auxquels l'organisme est exposé, il existe une multitude d'enzymes présentant des spécificités variées. Les réactions de biotransformation des xénobiotiques s'enchaînent rarement de façon linéaire, car deux voies ou plus prennent souvent naissance à partir d'un métabolite donné. On comprend dès lors que l'existence d'un variant enzymatique défectif pour l'une de ces voies réactionnelles pourra orienter le métabolisme d'une substance donnée vers une autre voie. Cette dernière, généralement mineure, prendra donc une grande importance et les polymorphismes qui la concernent pourront orienter le devenir des métabolites ainsi formés. La famille des N-acétyltransférases (NATs) fait partie des enzymes assurant principalement la réaction de conjugaison de la phase II de détoxification des xénobiotiques. Le polymorphisme des NATS représente l'un des exemples de variation pharmacogénétique décrit, et de l'un des plus documentés, depuis sa découverte au début des années 50, en même temps que la découverte de la grande efficacité de l’isoniazide (INH) dans le traitement de la tuberculose.Les travaux de cette thèse avaient pour objectif d’étudier le profil d’acétylation de la NAT2 dans la population sénégalaise afin de les répartir en acétyleurs lents et en acétyleurs rapides, et de déterminer la cinétique de l’isoniazide chez des sujets tuberculeux en corrélation avec les résultats de génotypage. L’étude des mutations du gène NAT2 a été effectuée par PCR-séquençage directe et a permis de mettre en évidence 11 variants alléliques dans la population sénégalaise.l’activité enzymatique de la NAT2 a été déterminée par utilisation du test à la caféine et le rapport des ratios des métabolites majeurs a permis classer les sénégalais en acétyleurs lents et rapides. La cinétique de l’isoniazide a utilisée la chromatographie UPLC-MS/MS. Ce travail présente les premiers résultats de l’étude de la NAT2 dans la population sénégalaise qui pourront être utilisés pour une meilleur optimisation de l’utilisation de l’INH dans la prise en charge de la tuberculose, maladie à forte prévalence en Afrique. / Xenobiotic biotransformation undergoes several stages of simultaneous or successive whose main attractions are the tissues at the interface between the organism and the external environment, namely: digestive, respiratory, kidney and liver. The latter being the most important functionally. The reaction phases constituting the main stages of detoxification, phase I, phase II and phase III, are possible only through the intervention of specific enzyme systems. Given the wide diversity of xenobiotics to which the organism is exposed, there are a multitude of enzymes with various specificities. The biotransformation reactions of xenobiotics are linked linearly rarely, because two or more lanes are often born from a given metabolite. It is therefore understandable that the existence of an enzyme variant defective for one of these reaction pathways can direct the metabolism of a given substance to another track. The latter, usually minor, will therefore important and polymorphisms that concern will guide the fate of metabolites thus formed. The N-acetyltransferases (NATs) is part of enzymes that primarily the conjugation reaction of phase II detoxification of xenobiotics. The polymorphism of NATS is one of the examples of pharmacogenetic variation described, and one of the most documented since its discovery in the early \\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\'50s, along with the discovery of the high efficacy of isoniazid (INH) in the treatment of tuberculosis. The work of this thesis aimed to study the profile of the NAT2 acetylation in the Senegalese population in order to distribute them in slow acetylators and rapid acetylators, and determine the kinetics of isoniazid in tuberculous subjects correlated with the results of genotyping. The study of mutations of the NAT2 gene was performed by PCR-direct sequencing and allowed to identify 11 allelic variants in the Senegalese population. The enzymatic activity of NAT2 was determined by using caffeine test and the ratios of major metabolites allowed Senegalese classify fast and slow acetylators. The kinetics of isoniazid used UPLC-MS/MS chromatography.

Die Umwandlung in wasserlösliche Verbindungen, die renal ausgeschieden werden können, ist ein grundlegendes Prinzip im Abbau von Fremdstoffen. Hierbei unterscheidet man Phase-I- und Phase-II-Reaktionen. Die Aktivität vieler Phase-I- und Phase-II-Enzyme ist genetisch beeinflusst und kann starke interindividuelle Unterschiede im Metabolismus von Fremdstoffen verursachen und dadurch das Krebsrisiko und das Risiko für Arzneimittelnebenwirkungen beeinflussen. Die Häufigkeitsverteilungen der Allele der Gene, die Phase-I- und Phase-II-Enzyme kodieren, zeigen eine große interethnische Varianz. Die Polymorphismen dieser Enzyme wurden bisher jedoch noch nicht in der größten slawischen Volksgruppe, der russischen, untersucht. An der vorliegenden Studie nahm eine Gruppe von 325 Personen russischer Abstammung teil - gesunde Probanden bzw. Patienten, die nicht an einer malignen Erkrankung litten. Die Polymorphismen von zwei Enzymen der Phase I, CYP1A1 und CYP2D6, und von einem Enzym der Phase II, NAT2, wurden mittels PCR-RFLP-Genotypisierung und Real-time-PCR-Verfahren komplett untersucht. Die Häufigkeit der CYP1A1 Allele mit hoher Aktivität, CYP1A1*2A und CYP1A1*2B, betrug 4,6% (3,1%-6,5%) bzw. 5,1% (3,5%-7,1%). Die Häufigkeiten der genetischen Varianten von CYP1A1 waren: m1 (3801T>C) - 9,8% (95% Vertrauensbereich, 7,7%-12,4%), m2 (2455A>G) - 5,0% (95% VB, 3,5%-7,1%), m4 (2453C>A) - 2,5% (1,4%-4,0%), m5 (-4335G>A) - 25,8% (22,5%-29,4%), m6 (-3219C>T) - 6,0% (4,3%-8,1%), und m7 (-3229G>A) - 2,9% (1,8%-4,5%). Die Mutation m3, die bisher nur bei Afrikaner gefunden wurde, konnten wir nicht nachweisen. 5,9% (3,5%-9,2%) aller Probanden waren CYP2D6 Langsam-Metabolisierer und 3,4% (1,7%-6,3%) wurden als Ultraschnell-Metabolisierer identifiziert (CYP2D6*1x1/*1). Bei der Genotypisierung von acht verschiedenen Punktmutationen im NAT2-Gen ergab sich für 59,7% (54,1%-65,1%) der Studienteilnehmer ein Genotyp, der mit einer Langsam-Acetylierer-Status einhergeht. 34,7% (29,6%-40,2%) der Probanden hatten ein und 5,6% (3,3%-8,6%) zwei für die Schnellacetylierung kodierende Allele. Die Allelverteilung der für die wichtigsten Enzyme im Arzneimittelstoffwechsel kodierenden Gene ist bei Russen ähnlich wie bei anderen Kaukasiern. Es kann deshalb erwartet werden, dass die genetisch-bedingten Unterschiede in der Wirksamkeit und im Auftreten von Arzneimittelnebenwirkungen in der russischen Bevölkerung vergleichbar sind mit denen in anderen europäischen Populationen. / The basic principle of drug and xenobiotic metabolism in the body is to make them more water soluble and thus more readily excreted in the urine. Genetic polymorphisms of phases I and II xenobiotic transformation reactions are known to contribute considerably to interindividual variations in the metabolism of numerous drugs and xenobiotics and to associate with altered risk of adverse drug reactions and some cancers. The frequency of functionally important mutations and alleles of genes coding for xenobiotic metabolizing enzymes shows a wide ethnic variation. However, little is known of the frequency distribution of the major allelic variants in the Russian population. In this study we investigated 325 individuals of Russian origin, who were healthy volunteers or patients without malignant diseases. Our study included the complete investigation of two enzymes of phase I, CYP1A1 and CYP2D6, and one phase II enzyme, NAT2, using PCR-RFLP genotyping and LightCycler method. The frequencies of the CYP1A1 high-activity alleles, CYP1A1*2A and CYP1A1*2B, were 4.6% (3.1%-6.5%) and 5.1% (3.5%-7.1%), respectively. The mutations m1 (3801T>C), m2 (2455A>G), m4 (2453C>A), m5 (-4335G>A), m6 (-3219C>T), and m7 (-3229G>A) of CYP1A1 occurred in 9.8% (95% confidence interval, 7.7%-12.4%), 5.0% (95% C. I., 3.5%-7.1%), 2.5% (1.4%-4.0%), 25.8% (22.5%-29.4%), 6.0% (4.3%-8.1%), and 2.9% (1.8%-4.5%) of alleles, respectively. We did not find the m3 mutation, which has only been detected in Africans up to now. 5.9% (3.5%-9.2%) of all subjects were CYP2D6 poor metabolizers, whereas 3.4% (1.7%-6.3%) were identified as ultra-rapid metabolizers (CYP2D6*1x1/*1). Genotyping eight different single nucleotide polymorphisms in the NAT2 gene provided a genotype associated with slow acetylation in 59.7% (54.1%-65.1%) of individuals, 34.7% (29.6%-40.2%) of participants carried at least one allele encoding rapid acetylation, and 5.6% (3.3%-8.6%) were homozygous for the rapid-acetylation allele (wild-type allele *4 or mutant allele *12A). The overview of allele distribution of the important drug and xenobiotic metabolizing enzymes among Russians shows that the allele frequency is similar to that of other Caucasians. Therefore it may be expected that drug side effects and efficacy problems due to an individual's genetic background are similar compared to those in other European populations.

Polimorfismos nos genes da n-acetiltransferase 2 (NAT2), CYP2E1 e glutationa S-transferase (GST) têm sido associados a diferenças na resposta ao tratamento da tuberculose. O papel de variantes dos genes NAT2, CYP2E1 e GSTM1/GSTT1, no perfil de segurança do tratamento da tuberculose, foi avaliado em 99 pacientes com tuberculose, sem co-infecção por HIV ou vírus da hepatite, tratados por 6 meses. Amostras de sangue foram colhidas antes e durante o tratamento para avaliação de marcadores de lesão hepatocelular (ASLT e AST), colestase (ALP, GGT e bilirrubinas) e função renal (creatinina). O DNA genômico foi extraído de sangue colhido em EDTA pelo método precipitação salina. Os polimorfismos NAT2 foram analisados por PCR-RFLP e seqüenciamento de DNA. Os polimorfismos da região promotora do CYP2E1 foram detectados por PCR-RFLP e para a análise dos genótipos nulos de GSTM1 (GSTM1*0) e GSTT1 (GSTT1*0) foi utilizada a PCR multiplex. Durante o tratamento, 59,6% dos pacientes apresentaram reações adversas aos medicamentos (RAM) e alterações nos marcadores de lesão hepatocelular e colestase, com aumento de 1 a 4 vezes o limite superior de referência. Foi observada forte relação entre RAM e alterações nos marcadores séricos (p< 0,05) e também com o uso de medicação concomitante (p< 0,001). As freqüências dos alelos NAT2*4 e NAT2*6 foram maiores e menores, respectivamente, quando comparadas com outros estudos na população brasileira. O perfil de acetilador lento (alelos NAT2*5, NAT2*6 e NAT2*7) foi associado com manifestação de RAM e hepatotoxicidade. Os portadores dos genótipos NAT2*4/*5 e NAT2*5/*5 apresentaram, respectivamente, risco 2,4 e 5,0 vezes maior de RAM que os portadores dos demais genótipos NAT2 (p< 0,05). O genótipo funcional GSTM1*1/GSTT1*1 foi associado com alterações acentuadas de ALT, AST e ALP (p< 0,05). Enquanto que as variantes da CYP2E1 não foram associadas a alterações no perfil bioquímico ou com risco de RAM ou hepatotoxicidade. Em conclusão, o perfil de acetilação lenta de NAT2 e o genótipo funcional de GSTM1/GSTT1 aumentam a susceptibilidade de lesão hepatocelular e outras RAM induzidas pelos antimicobacterianos utilizados no tratamento da tuberculose. / Polymorphisms in N-acetiltransferase 2 (NAT2), CYP2E1 and glutatione S-transferase (GST) have been associated with differences in response to antituberculosis drugs. The role of the NAT2, CYP2E1 and GSTM1/GSTT1 variants on safety profile of the anti-tuberculosis therapy was evaluated in 99 tuberculosis patients, without co-infection by HIV or hepatitis virus, treated during 6 months. Blood samples were collected before and after the therapy to evaluate serum markers for hepatocelullar damage (ASLT and AST), cholestasis (ALP, GGT and bilirrubin) and kidney function (creatinine). Genomic DNA was extracted from EDTA-blood samples by salting-out method. NAT2 polymorphisms were analyzed by PCR-RFLP and DNA sequencing. CYP2E1 promoter region polymorphisms were detected by PCR-RFLP and for analysis of the null genotypes GSTM1 (GSTM1*0) e GSTT1 (GSTT1*0) PCR multiplex technique was used. During the therapy, 59.6% of the patients had adverse drug reactions (ADR) and alterations on hepatocellular damage and cholestasis serum markers, with increase of 1 to 4 times the upper limit reference level. There was a significant relationship between ADR and serum markers alterations (p< 0,05), as well as, the concomitant medicine (p< 0,001). The frequencies of the NAT2*4 and NAT2*6 alleles were higher and lower, respectively, when compared to other studies in the Brazilian population. The slow acetilator profile (NAT2*5, NAT2*6 and NAT2*7 alleles) was associated with ADR and hepatotoxicity manifestations. The NAT2*4/*5 and NAT2*5/*5 genotypes carriers had, respectively, 2.4 and 5.0 times higher risk for ADR than those carrying the other NAT2 genotypes (p< 0,05). The functional genotype GSTM1*1/GSTT1*1 was associated with enhanced variations on ALT, AST and ALP (p< 0.05). No relationship was found between CYP2E1 variants and variations on biochemical profile or risk for ADR or hepatotoxicity. In conclusion, the NAT2 slow acetilator profile and the GSTM1/GSTT1 functional genotype increase the susceptibility to hepatocellular damage and other ADR induced by antibiotics used in tuberculosis therapy.

Polimorfismos nos genes da n-acetiltransferase 2 (NAT2), CYP2E1 e glutationa S-transferase (GST) têm sido associados a diferenças na resposta ao tratamento da tuberculose. O papel de variantes dos genes NAT2, CYP2E1 e GSTM1/GSTT1, no perfil de segurança do tratamento da tuberculose, foi avaliado em 99 pacientes com tuberculose, sem co-infecção por HIV ou vírus da hepatite, tratados por 6 meses. Amostras de sangue foram colhidas antes e durante o tratamento para avaliação de marcadores de lesão hepatocelular (ASLT e AST), colestase (ALP, GGT e bilirrubinas) e função renal (creatinina). O DNA genômico foi extraído de sangue colhido em EDTA pelo método precipitação salina. Os polimorfismos NAT2 foram analisados por PCR-RFLP e seqüenciamento de DNA. Os polimorfismos da região promotora do CYP2E1 foram detectados por PCR-RFLP e para a análise dos genótipos nulos de GSTM1 (GSTM1*0) e GSTT1 (GSTT1*0) foi utilizada a PCR multiplex. Durante o tratamento, 59,6% dos pacientes apresentaram reações adversas aos medicamentos (RAM) e alterações nos marcadores de lesão hepatocelular e colestase, com aumento de 1 a 4 vezes o limite superior de referência. Foi observada forte relação entre RAM e alterações nos marcadores séricos (p< 0,05) e também com o uso de medicação concomitante (p< 0,001). As freqüências dos alelos NAT2*4 e NAT2*6 foram maiores e menores, respectivamente, quando comparadas com outros estudos na população brasileira. O perfil de acetilador lento (alelos NAT2*5, NAT2*6 e NAT2*7) foi associado com manifestação de RAM e hepatotoxicidade. Os portadores dos genótipos NAT2*4/*5 e NAT2*5/*5 apresentaram, respectivamente, risco 2,4 e 5,0 vezes maior de RAM que os portadores dos demais genótipos NAT2 (p< 0,05). O genótipo funcional GSTM1*1/GSTT1*1 foi associado com alterações acentuadas de ALT, AST e ALP (p< 0,05). Enquanto que as variantes da CYP2E1 não foram associadas a alterações no perfil bioquímico ou com risco de RAM ou hepatotoxicidade. Em conclusão, o perfil de acetilação lenta de NAT2 e o genótipo funcional de GSTM1/GSTT1 aumentam a susceptibilidade de lesão hepatocelular e outras RAM induzidas pelos antimicobacterianos utilizados no tratamento da tuberculose. / Polymorphisms in N-acetiltransferase 2 (NAT2), CYP2E1 and glutatione S-transferase (GST) have been associated with differences in response to antituberculosis drugs. The role of the NAT2, CYP2E1 and GSTM1/GSTT1 variants on safety profile of the anti-tuberculosis therapy was evaluated in 99 tuberculosis patients, without co-infection by HIV or hepatitis virus, treated during 6 months. Blood samples were collected before and after the therapy to evaluate serum markers for hepatocelullar damage (ASLT and AST), cholestasis (ALP, GGT and bilirrubin) and kidney function (creatinine). Genomic DNA was extracted from EDTA-blood samples by salting-out method. NAT2 polymorphisms were analyzed by PCR-RFLP and DNA sequencing. CYP2E1 promoter region polymorphisms were detected by PCR-RFLP and for analysis of the null genotypes GSTM1 (GSTM1*0) e GSTT1 (GSTT1*0) PCR multiplex technique was used. During the therapy, 59.6% of the patients had adverse drug reactions (ADR) and alterations on hepatocellular damage and cholestasis serum markers, with increase of 1 to 4 times the upper limit reference level. There was a significant relationship between ADR and serum markers alterations (p< 0,05), as well as, the concomitant medicine (p< 0,001). The frequencies of the NAT2*4 and NAT2*6 alleles were higher and lower, respectively, when compared to other studies in the Brazilian population. The slow acetilator profile (NAT2*5, NAT2*6 and NAT2*7 alleles) was associated with ADR and hepatotoxicity manifestations. The NAT2*4/*5 and NAT2*5/*5 genotypes carriers had, respectively, 2.4 and 5.0 times higher risk for ADR than those carrying the other NAT2 genotypes (p< 0,05). The functional genotype GSTM1*1/GSTT1*1 was associated with enhanced variations on ALT, AST and ALP (p< 0.05). No relationship was found between CYP2E1 variants and variations on biochemical profile or risk for ADR or hepatotoxicity. In conclusion, the NAT2 slow acetilator profile and the GSTM1/GSTT1 functional genotype increase the susceptibility to hepatocellular damage and other ADR induced by antibiotics used in tuberculosis therapy.

>Magister Scientiae - MSc / The human arylamine N-acetyltransferase 1 (NAT1) is critical in determining the duration of action and pharmacokinetics of amine-containing drugs such as para-aminosalicylic acid and para-aminobenzoyl glutamate used in clinical therapy of tuberculosis (TB), as well as influencing the balance between detoxification and metabolic activation of these drugs. SNPs in this enzyme are continuously being detected and indicate inter-ethnic and inter-individual variation in the enzyme function. The effect of nsSNPs on the structure and function of proteins are routinely analyzed using SIFT and POLYPHEN-2 prediction algorithms. The false-negative rate of these two algorithms results in as much as 25% of nsSNPs. This study aimed to explore the use of homology modeling including residue interactions, Gibbs free energy change and solvent accessibility as additional evidence for predicting nsSNP effects on enzyme function.This study evaluated the functional effects of 14 nsSNPs identified in a South African mixed ancestry population of which 3 nsSNPs were previously identified in Caucasians. The SNPs were evaluated using structural analysis that included homology modeling, residue interactions, relative solvent accessibility,Gibbs free energy change and sequence conservation in addition to the routinely used nsSNP function prediction algorithms, SIFT and POLYPHEN-2. The structural analysis implemented in this study showed a loss of hydrogen bonds for S259R thereby affecting protein function which contradicts predictions obtained from SIFT and POLYPHEN-2 algorithms. The variant N245I was shown to be neutral but contradicted the predictions from SIFT and POLYPHEN-2. Structural analysis predicted that variant R242M would affect protein stability and therefore NAT1 function in agreement with POLYPHEN-2 predictions but contradicting predictions from SIFT. No structural changes were expected for variant E264K in agreement with predictions obtained from POLYPHEN-2 but contradicting results from SIFT. The functions of the remaining 10 nsSNPs were consistent with those predicted by SIFT and POLYPHEN-2 namely that four variants R117T, E167Q, T193S and T240S do not affect the NAT1 function whereas R166T, F202V, Q210P, D229H, V231G and V235A could affect the enzyme function.This study provided the first evaluation of the functional effects of 11 newly characterized nsSNPs on the NAT1 tuberculosis drug-metabolizing enzyme. The six functionally important nsSNPs predicted by all three methods and the four SNPs with contradictory results will be tested experimentally by creating a SNP construct that will be cloned into an expression vector. These combined computational and experimental studies will advance our understanding of NAT1 structure-function relationships and allow us to interpret the NAT1 genetic polymorphisms in individuals who are slow or fast acetylators. The results, albeit a small dataset demonstrate that the routinely used algorithms are not without flaws and that improvements in functional prediction of nsSNPs can be obtained by close scrutiny of the molecular interactions of wild type and variant amino acids.

Un xénobiotique subit plusieurs étapes de biotransformations simultanées ou successives dont les principaux sites sont les tissus situés à l'interface entre l'organisme et le milieu extérieur, à savoir : le tube digestif, l'appareil respiratoire, le rein et le foie. Ce dernier étant fonctionnellement le plus important. Les phases réactionnelles principales constituant les étapes de détoxification, phase I, phase II et phase III, ne sont possibles que par l'intervention de systèmes enzymatiques spécifiques. Etant donné la grande diversité des xénobiotiques auxquels l'organisme est exposé, il existe une multitude d'enzymes présentant des spécificités variées. Les réactions de biotransformation des xénobiotiques s'enchaînent rarement de façon linéaire, car deux voies ou plus prennent souvent naissance à partir d'un métabolite donné. On comprend dès lors que l'existence d'un variant enzymatique défectif pour l'une de ces voies réactionnelles pourra orienter le métabolisme d'une substance donnée vers une autre voie. Cette dernière, généralement mineure, prendra donc une grande importance et les polymorphismes qui la concernent pourront orienter le devenir des métabolites ainsi formés. La famille des N-acétyltransférases (NATs) fait partie des enzymes assurant principalement la réaction de conjugaison de la phase II de détoxification des xénobiotiques. Le polymorphisme des NATS représente l'un des exemples de variation pharmacogénétique décrit, et de l'un des plus documentés, depuis sa découverte au début des années 50, en même temps que la découverte de la grande efficacité de l'isoniazide (INH) dans le traitement de la tuberculose.Les travaux de cette thèse avaient pour objectif d'étudier le profil d'acétylation de la NAT2 dans la population sénégalaise afin de les répartir en acétyleurs lents et en acétyleurs rapides, et de déterminer la cinétique de l'isoniazide chez des sujets tuberculeux en corrélation avec les résultats de génotypage. L'étude des mutations du gène NAT2 a été effectuée par PCR-séquençage directe et a permis de mettre en évidence 11 variants alléliques dans la population sénégalaise.l'activité enzymatique de la NAT2 a été déterminée par utilisation du test à la caféine et le rapport des ratios des métabolites majeurs a permis classer les sénégalais en acétyleurs lents et rapides. La cinétique de l'isoniazide a utilisée la chromatographie UPLC-MS/MS. Ce travail présente les premiers résultats de l'étude de la NAT2 dans la population sénégalaise qui pourront être utilisés pour une meilleur optimisation de l'utilisation de l'INH dans la prise en charge de la tuberculose, maladie à forte prévalence en Afrique.

Tous les individus ne répondent pas de la même façon à un même traitement médicamenteux, tant sur le plan pharmacologique (efficacité) que sur le plan toxicologique (effets indésirables). Des facteurs génétiques affectant la pharmacocinétique et la pharmacodynamie des médicaments jouent un rôle déterminant dans cette variabilité interindividuelle de réponse. Certains de ces facteurs sont distribués de manière hétérogène entre les populations humaines. Ces différences s’expliquent en partie par des phénomènes d’adaptation locale des populations à leur environnement. Au cours de son histoire, l’homme a dû en effet faire face à des changements de son environnement chimique, qui ont entraîné des pressions de sélection naturelle sur les gènes intervenant dans la réponse de l’organisme aux xénobiotiques. Ce sont ces mêmes gènes qui, aujourd’hui, influencent la réponse aux médicaments.La formidable accélération des progrès de la génétique donne accès aujourd’hui à la variabilité génétique des populations humaines sur l’ensemble du génome, facilitant la découverte et la compréhension des mécanismes génétiques à l’origine des traits complexes comme la réponse aux médicaments. Les outils de la génétique des populations permettent notamment d’identifier des variants affichant un niveau de différenciation génétique inhabituel entre les populations humaines et de déterminer dans quelle mesure la sélection naturelle a joué un rôle dans les profils atypiques observés.Dans cette thèse, nous avons appliqué ces outils à des données de génotypage et de séquençage pour analyser les profils de différenciation génétique des populations humaines pour les gènes de la réponse aux médicaments. Nous avons ainsi démontré qu’une sélection positive récente en Asie de l’Est dans la région génomique du gène VKORC1 était responsable d’une hétérogénéité de distribution du variant fonctionnel de VKORC1, à l’origine des différences de sensibilité génétique aux anticoagulant oraux de type antivitamine K entre les populations humaines. Puis, en étendant notre analyse à l’ensemble des pharmacogènes majeurs, nous avons identifié de nouveaux variants potentiellement intéressants en pharmacogénétique pour expliquer les différences de réponse aux médicaments entre les populations humaines et les individus. Enfin, l’étude approfondie du gène NAT2 nous a permis de révéler un processus de sélection homogénéisante ciblant un variant fonctionnel associé à un phénotype d’acétylation très lent. Ces résultats soulignent l’influence déterminante de la sélection naturelle dans la variabilité de réponse aux médicaments entre les populations et les individus. Ils montrent l’apport de la génétique des populations pour une meilleure compréhension de la composante génétique de la réponse aux médicaments et des traits complexes. / Response to drug treatment can be highly variable between individuals, both in terms of therapeutic effect (efficacy) and of adverse reactions (toxicity).Genetic factors affecting drug pharmacodynamics and pharmacokinetics play a major role in this inter-individual variability. Some of these factors are heterogeneously distributed among human populations. Local adaptation of populations to their environment partly explained those differences. Indeed,during human evolution, populations had to cope with changes in their chemical environment that triggered selective pressures on genes involved in xenobiotic response. Those genes are the same ones that influence drug response today.The tremendous recent advances in genotyping and sequencing technologies now provide access to the genome-wide patterns of genetic variation in a growing number of human populations, facilitating our understanding of the genetic mechanisms underlying complex traits such as drug response. Population genetic tools allow the identification of variants showing an unusual pattern of genetic differentiation among human populations and the determination of the role played by natural selection in shaping the atypical patterns observed.In this thesis, we have applied these tools on both SNP-chip genotyping data and Next Generation Sequencing data to analyze the genetic differentiation patterns of human populations for genes involved in drug response. We show that a nearly complete selective sweep in East Asia in the genomic region of the VKORC1 gene is responsible for an heterogeneous distribution of theVKORC1 functional variant and can explain the inter-population genetic differences in response to oral anti-vitamin K anticoagulants. Extending the analysis to all major pharmacogenes, we have identified new variants of potential relevance to pharmacogenetics which could explain inter-population and inter-individual differences in drug response. Finally, by a comprehensive analysis of the NAT2 gene, we evidence a homogenizing selection process targeting a functional variant associated with a very slow acetylation phenotype. These results emphasize the crucial role of natural selection in the inter-population and inter-individual drug response variability.They also illustrate the relevance of population genetics studies for a better understanding of the genetic component underlying drug response and complex traits.

Tous les individus ne répondent pas de la même façon à un même traitement médicamenteux, tant sur le plan pharmacologique (efficacité) que sur le plan toxicologique (effets indésirables). Des facteurs génétiques affectant la pharmacocinétique et la pharmacodynamie des médicaments jouent un rôle déterminant dans cette variabilité interindividuelle de réponse. Certains de ces facteurs sont distribués de manière hétérogène entre les populations humaines. Ces différences s'expliquent en partie par des phénomènes d'adaptation locale des populations à leur environnement. Au cours de son histoire, l'homme a dû en effet faire face à des changements de son environnement chimique, qui ont entraîné des pressions de sélection naturelle sur les gènes intervenant dans la réponse de l'organisme aux xénobiotiques. Ce sont ces mêmes gènes qui, aujourd'hui, influencent la réponse aux médicaments.La formidable accélération des progrès de la génétique donne accès aujourd'hui à la variabilité génétique des populations humaines sur l'ensemble du génome, facilitant la découverte et la compréhension des mécanismes génétiques à l'origine des traits complexes comme la réponse aux médicaments. Les outils de la génétique des populations permettent notamment d'identifier des variants affichant un niveau de différenciation génétique inhabituel entre les populations humaines et de déterminer dans quelle mesure la sélection naturelle a joué un rôle dans les profils atypiques observés.Dans cette thèse, nous avons appliqué ces outils à des données de génotypage et de séquençage pour analyser les profils de différenciation génétique des populations humaines pour les gènes de la réponse aux médicaments. Nous avons ainsi démontré qu'une sélection positive récente en Asie de l'Est dans la région génomique du gène VKORC1 était responsable d'une hétérogénéité de distribution du variant fonctionnel de VKORC1, à l'origine des différences de sensibilité génétique aux anticoagulant oraux de type antivitamine K entre les populations humaines. Puis, en étendant notre analyse à l'ensemble des pharmacogènes majeurs, nous avons identifié de nouveaux variants potentiellement intéressants en pharmacogénétique pour expliquer les différences de réponse aux médicaments entre les populations humaines et les individus. Enfin, l'étude approfondie du gène NAT2 nous a permis de révéler un processus de sélection homogénéisante ciblant un variant fonctionnel associé à un phénotype d'acétylation très lent. Ces résultats soulignent l'influence déterminante de la sélection naturelle dans la variabilité de réponse aux médicaments entre les populations et les individus. Ils montrent l'apport de la génétique des populations pour une meilleure compréhension de la composante génétique de la réponse aux médicaments et des traits complexes.