Les Troubles du Spectre Autistique (TSA) sont caractérisés par deux principaux symptômes : des difficultés de communication sociale et des comportements stéréotypés et intérêts restreints. Les TSA touchent 5 fois plus les garçons que les filles et une augmentation de la prévalence exponentielle et continue a été observée aux États-Unis ces dernières décennies. Cette augmentation ne peut s’expliquer par les facteurs génétiques à eux seuls qui ne représentent que 5 à 15% des cas de TSA. Il est donc indispensable d’identifier de potentiels facteurs de risque environnementaux des TSA. Le but de ce travail est d’étudier différents facteurs environnementaux potentiellement modifiables dans le développement de phénotypes autistiques dans différents modèles précliniques des TSA. Les objectifs spécifiques sont : (i) caractériser les effets neurocomportementaux provoqués par une exposition périnatale simultanée à 5 perturbateurs endocriniens parmi les plus prévalent dans notre environnement quotidien (DEHP, DBP, DiNP, BDE-47, BDE-99) à de faibles doses pertinentes pour l’exposition humaine, (ii) identifier les effets neurocomportementaux associés à une altération périconceptionnelle du microbiote maternelle (iii) déterminer les effets neurocomportementaux associés à une altération périconceptionnelle du métabolisme monocarboné. Les résultats présentés dans cette thèse démontrent le potentiel de chacun de ces facteurs environnementaux d’altérer le développement cérébral fœtal. Chaque condition expérimentale a provoqué l’apparition de traits autistiques chez les rats, avec des spécificités comportementales pour chaque exposition développementale. Des déficits d’interactions sociales ont été observés dans chaque situation expérimentale, associés soit à de l’anxiété, de l’hyperactivité, des altérations d’intégration sensorimotrice, et/ou des stéréotypies. Cela nous force à considérer les TSA comme une pathologie aux multiples facettes où l’hétérogénéité des tableaux cliniques est représentative de l’hétérogénéité des causes possibles. La multitude des interactions environnementales courantes possibles avec l’épigénome pourrait être à la base de la grande diversité observée dans la sévérité des symptômes et / ou des comorbidités des TSA. Ce travail ouvre des perspectives futures de prévention ciblée des TSA fondées sur de potentielles modifications de l’environnement comme la réduction de l’exposition aux perturbateurs endocriniens, ou des supplémentations en donneurs monocarbonés (e.g. acide folique) et/ou probiotiques.

Les Troubles du Spectre Autistique (TSA) affectent un individu sur 100 en France et sont caractérisés par des déficits de la communication et des interactions sociales ainsi que par la présence d’intérêts restreints et de comportements répétitifs. Le laboratoire a démontré l’implication de protéines synaptiques dans le développement des TSA et en particulier celle des protéines SHANK. Ces protéines sont des protéines d’échafaudage présentes au niveau de la densité post-synaptique (PSD) des neurones glutamatergiques et interagissant avec différents partenaires. Dans le cadre de mon projet de thèse, nous nous sommes particulièrement intéressés à la protéine SHANK3. Des mutations au sein du gène SHANK3 ont été détectées chez environ 1 à 2% des patients, selon le degré de sévérité du retard mental. Un déficit de SHANK3 altère le fonctionnement synaptique. En effet, des analyses sur modèles de souris invalidées pour le gène SHANK3 ont montré une diminution de la densité des épines dendritiques, de la taille de la densité post-synaptique et de l’expression des partenaires protéiques de SHANK3. Mon modèle principal d’analyse a consisté en la reprogrammation de fibroblastes en cellules pluripotentes induites (iPSC « induced pluripotent stem cells »). Les iPSCs ont ensuite été sélectivement dérivées en neurones corticaux. Nos études se sont focalisées sur l’analyse des conséquences fonctionnelles de mutations de novo du gène SHANK3 retrouvées chez 4 patients à l’état hétérozygote et présentes au sein de l’exon 21. Ces mutations conduisent à un codon stop prématuré. En parallèle, nous avons obtenu des cellules de 4 individus témoins ne présentant aucun trouble psychiatrique identifié. L’analyse a porté d’une part sur des aspects morphologiques et d’autre part sur des aspects fonctionnels. Nous avons étudié l’effet des mutations sur la maturation et les caractéristiques morphologiques des épines dendritiques. Nous avons établi un protocole permettant une analyse détaillée de la morphologie en 3D des épines dendritiques et suivi leur maturation. Un résultat majeur est l’observation d’une diminution de la densité des épines sur les dendrites des neurones pyramidaux issus des patients par rapport aux témoins. Comme attendu, la maturation des épines n’est pas complètement achevée mais varie peu dans son évolution d’un individu à l’autre (témoins vs. patients). Nous avons poursuivi ces études par deux approches fonctionnelles : l’imagerie calcique et des études d’électrophysiologie. Les données électrophysiologiques sont en cours d’analyse. En conclusion, nous avons pu obtenir des cultures de neurones corticaux glutamatergiques et les maintenir en culture durant 40 jours pour effectuer différentes analyses à un stade de maturation suffisant pour la mise en évidence de phénotypes morphologiques et fonctionnels. Nous avons principalement observé une diminution de des densités synaptiques et de maturation des épines dendritiques au sein des neurones issus de patients liée à des altérations d’oscillations calciques spontanées. / Autism Spectrum Disorders (ASD) is a neurodevelopmental disorder affecting 1% of population ; characterised by impairments in social interaction and reciprocal communication as well as repetitive and stereotyped behaviors. The work of the laboratory lead to the identification of several genes associated with ASD, among which genes of the synaptic pathway such as SHANK. The SHANK proteins are scaffolding proteins of the post-synaptic density (PSD) of glutamatergic neurons and interact with several partners. In my thesis project, we were particularly interested in SHANK3 mutations. First, Shank3 mutations represent up to 2.12% of ASD cases with moderate to high ID. A SHANK3 deficit leads to the alteration of the synaptic functioning. Indeed, studies of mice KO for SHANK3 gene showed a decrease of the dendritic spines density, of the PSD size and of the expression of SHANK3 partners. My principal model of analysis consisted in the reprogrammation of fibroblasts into induced pluripotent stem cells (iPSCs). Then, the iPSCs were selectively derived into cortical neurons. Our studies were focus on the analysis of functional consequences of SHANK3 de novo mutations found within 4 patients. These mutations are heterozygous and within the exon 21. They result in a premature stop codon. In parallel, we obtained cells from 4 healthy individuals. The work was about the morphological and functional aspects. We analysed the mutations effects on the maturation and morphological caracteristics of the dendritic spines. We finalized a protocol that enabled a detailed analysis of the spine dendritic 3D morphology and their maturation follow-up. A important result was the observation of a decrease of the spine density on pyramidal neurons dendrites from patients compared to those from controls. Moreover, spines maturation was not fully accomplished but was not much different in its evolution between individuals (controls vs patients). Then, we used two functional skills : calcium imaging and electrophysiological experiments. The electrophysiological data are in progress. To conclude, we succeeded in the obtention of glutamatergic cortical neurons and to maintain them in culture during 40 days in order to realize some analysis at a sufficient maturation stage to observe morphological and functional phenotypes. We mainly observed a decrease of the dendritic spines density and maturation for the neurons from patients, with alterations of the spontaneous calcium oscillations.

Objet mineur des sciences sociales, la germanité en Europe est demeurée jusqu’à une période récente dans l’ombre de l’alliance et de la filiation. La relation de germanité est pourtant la relation de parenté a priori la plus longue à l’échelle d’une vie. Elle est également immuable et participe de la définition de la personne. Corollaire de cet apparent désintérêt : l’étude de la germanité occidentale n’est pas constituée en champ à proprement parler ; aucune unité théorico-méthodologique ne coalise les recherches existantes sur les frères et sœurs. Cette thèse poursuit donc deux objectifs indissociables : contribuer à la définition d’une anthropologie de la germanité en procédant à une analyse ethnographique de la germanité dans la France contemporaine au prisme des troubles du spectre autistique. Deux étapes préalables ont conditionné la mise en œuvre du premier objectif : (1) comprendre comment les sciences sociales – particulièrement l’anthropologie, le droit et la sociologie – se sont saisies des frères et sœurs pour (2) créer les conditions méthodologiques d’une approche anthropologique du rapport de germanité. Les deux premières parties de cette thèse traitent prioritairement de ces étapes. Le second objectif, consistant à saisir la germanité en pratique, s’est déployé à partir de l’hypothèse selon laquelle la présence au sein d’un groupe de germains d’un individu présentant des troubles autistiques offrait un prisme à travers lequel regarder les normes et pratiques contemporaines de la germanité. La troisième partie expose et met donc en regard un ensemble de cas construits au terme d’une enquête empirique mêlant pratiques d’entretien et d’observation. Contrairement à la filiation et à l’alliance, le rapport de germanité est peu déterminé par le droit. Il n’existe pas d’obligation mutuelle légale entre germains. Il est toutefois indéniable que des formes d’obligation morale s’expriment et se manifestent entre germains notamment lorsque l’un d’eux est en situation de vulnérabilité ou de dépendance. Cette thèse s’attache donc à décrire les ressors complexes de l’obligation morale à l’échelle des rapports de germanité. Elle rend compte des contradictions sur lesquelles se fonde le rapport de germanité dans la parenté française contemporaine et documente la façon dont ces contradictions trouvent à s’exprimer aux plans pratique et affectif dans l’exercice ordinaire de la germanité en présence d’un germain dépendant. / Siblingship in Europe is a minor part of social studies. Until recently, the subject was overshadowed by alliance and filiation. However, siblingship theoretically represents the lengthiest relation of kin throughout one’s life. It is also immutable and plays a part in the definition of the individual. As a corollary to this apparent indifference, the study of Western siblingship does not constitute a field per se. No unity of theory and methodology exists to bring together the existing research on brothers and sisters. This dissertation, therefore, has two inseparable objectives: to contribute to the definition of an anthropology of siblingship, with an ethnographic analysis of siblingship in contemporary France seen through the prism of autistic spectrum disorders. Two preliminary stages have influenced the implementation of the first objective: (1) understanding how social studies –especially anthropology, law and sociology– have engaged with the topic of brothers and sisters to (2) creating the methodological conditions of an anthropological approach of siblingship. The first two parts of this dissertation deal foremost with these stages. The second objective –understanding siblingship in practice– developed from this hypothesis: the presence of an individual displaying autistic disorders among a group of siblings offered a prism through which the norms and practices of contemporary siblingship could be observed. The third part presents and compares a body of case studies developed during an empirical survey involving interviews and observations. Unlike filiation and alliance, the law does not clearly outline siblingship. There are no legal mutual requirements between siblings. However, forms of moral obligations are undeniably expressed and manifested between siblings, particularly in situations of vulnerability or dependence. This dissertation undertakes a description of the intricate workings of moral obligation within siblingship. It reveals the contradictions upon which siblingship relationships are based in French contemporary kinship and documents how these contradictions are expressed in practice and in emotion in the ordinary exercise of siblingship in the presence of a dependent sibling.

Les troubles du spectre autistique (TSA) sont actuellement caractérisés par une triade d'altérations, incluant un dysfonctionnement social, des déficits de communication et des comportements répétitifs. L'intégration simultanée de multiples sens est cruciale dans la vie quotidienne puisqu'elle permet la création d'un percept unifié. De façon similaire, l'allocation d'attention à de multiples stimuli simultanés est critique pour le traitement de l'information environnementale dynamique. Dans l'interaction quotidienne avec l'environnement, le traitement sensoriel et les fonctions attentionnelles sont des composantes de base dans le développement typique (DT). Bien qu'ils ne fassent pas partie des critères diagnostiques actuels, les difficultés dans les fonctions attentionnelles et le traitement sensoriel sont très courants parmi les personnes autistes. Pour cela, la présente thèse évalue ces fonctions dans deux études séparées. La première étude est fondée sur la prémisse que des altérations dans le traitement sensoriel de base pourraient être à l'origine des comportements sensoriels atypiques chez les TSA, tel que proposé par des théories actuelles des TSA. Nous avons conçu une tâche de discrimination de taille intermodale, afin d'investiguer l'intégrité et la trajectoire développementale de l'information visuo-tactile chez les enfants avec un TSA (N = 21, âgés de 6 à18 ans), en comparaison à des enfants à DT, appariés sur l’âge et le QI de performance. Dans une tâche à choix forcé à deux alternatives simultanées, les participants devaient émettre un jugement sur la taille de deux stimuli, basé sur des inputs unisensoriels (visuels ou tactiles) ou multisensoriels (visuo-tactiles). Des seuils différentiels ont évalué la plus petite différence à laquelle les participants ont été capables de faire la discrimination de taille. Les enfants avec un TSA ont montré une performance diminuée et pas d'effet de maturation aussi bien dans les conditions unisensorielles que multisensorielles, comparativement aux participants à DT. Notre première étude étend donc des résultats précédents d'altérations dans le traitement multisensoriel chez les TSA au domaine visuo-tactile. Dans notre deuxième étude, nous avions évalué les capacités de poursuite multiple d’objets dans l’espace (3D-Multiple Object Tracking (3D-MOT)) chez des adultes autistes (N = 15, âgés de 18 à 33 ans), comparés à des participants contrôles appariés sur l'âge et le QI, qui devaient suivre une ou trois cibles en mouvement parmi des distracteurs dans un environnement de réalité virtuelle. Les performances ont été mesurées par des seuils de vitesse, qui évaluent la plus grande vitesse à laquelle des observateurs sont capables de suivre des objets en mouvement. Les individus autistes ont montré des seuils de vitesse réduits dans l'ensemble, peu importe le nombre d'objets à suivre. Ces résultats étendent des résultats antérieurs d'altérations au niveau des mécanismes d'attention en autisme quant à l'allocation simultanée de l'attention envers des endroits multiples. Pris ensemble, les résultats de nos deux études révèlent donc des altérations chez les TSA quant au traitement simultané d'événements multiples, que ce soit dans une modalité ou à travers des modalités, ce qui peut avoir des implications importantes au niveau de la présentation clinique de cette condition. / Autism spectrum disorders (ASD) are currently characterized by a triad of impairments including social dysfunction, communication deficits and perseverative behaviours. The simultaneous integration of multiple senses is crucial in everyday life as it allows for the creation of a unified percept. Similarly, the allocation of attention to multiple events at the same time is critical in the processing of dynamic environmental information. In daily interactions with the environment, both sensory processing as well as attentional functions are building blocks to typical development (TD). Although not part of the current diagnostic criteria, difficulties with attention functions and sensory processing are very common among autistic persons. The present thesis therefore examined both these functions in two separate studies. The first study is based on the premise that alterations in basic sensory processing might underlie atypical sensory behaviours in ASD, as proposed by current theories of ASD. We conceived a cross-modal size discrimination task to assess the integrity and developmental course of visuo-tactile information in children with ASD (N = 21, aged 6-18 years), compared to age- and performance IQ-matched children with TD. In a simultaneous two-alternative forced-choice task, participants were asked to make a judgement on the size of two stimuli, based on unisensory (visual or tactile) or multisensory (visuo-tactile) inputs. Difference thresholds evaluated the smallest difference at which participants were capable to discriminate size. Children with ASD showed diminished performance and no maturational effects in both unisensory and multisensory conditions, compared to TD participants. Our first study therefore extends previous results of alterations in multisensory processing in ASD to the visuo-tactile domain. In our second study, we evaluated 3D-Multiple Object Tracking (3D-MOT) capacities in autistic adults (N = 15, aged 18-33 years), compared to age- and IQ-matched control participants, who were asked to track one or three moving targets amongst a set of distracters in a virtual reality environment. Performances were measured based on speed thresholds, which evaluates the greatest speed at which observers are capable of successfully tracking moving objects. Autistic individuals displayed overall reduced speed thresholds, whatever the number of spheres to track. These findings extend previous results of altered attention mechanisms in autism with regards to the simultaneous allocation of attention to multiple areas. Together, the findings of our two studies reveal alterations in ASD with regards to the processing of multiple events at the same time, be it within one modality or across modalities, which may have important implications for the clinical presentation of this condition.

Le premier objectif de ce travail de thèse a été de proposer une analyse des modèles théoriques relatifs à l’étiologie du syndrome autistique, avec un focus spécifique sur la place des particularités sensorielles dans la pathologie autistique. Partant de cette étude théorique, nous avons posé l’hypothèse de l’existence d’un lien de causalité entre les dysfonctionnements sensoriels des sujets autistes, et les troubles de la relation et de la communication. Dans ce contexte, nous avons élaboré une approche de psychothérapie à médiation sensorielle, destinée à la prise en charge des troubles de la relation et de la communication chez des enfants autistes sévèrement déficitaires. Nous avons élaboré le cadre et la démarche de cette approche en conjuguant les fondements théoriques et pratiques de différents dispositifs de thérapie à médiation sensorielle existant à l’heure actuelle. Nous avons testé l’intérêt de notre approche dans le cadre d’une recherche appliquée, réalisée en collaboration avec l’IME Le Rosier Blanc (Saverne, 67, France). Nous vous présentons notre dispositif ainsi que les résultats obtenus, selon une double approche, quantitative et qualitative. / The first objective was to offer a definite analysis of the theoretical models relating to the etiology of the autistic syndrom, with a very particular focus on the place of sensory features in the autistic pathology. On the basis of this theoretical study, we’ve made the hypothesis that a link could exist between sensory disorders and relation and communication disabilities in the autistic syndrome.Thus, we’ve conceptualized an approach of psychotherapy with sensory mediation, intended for the taking care of relation and communication disturbances from autistic children showing intellectual disabilities. We’ve developed the framework of this approach by combining the theoretical and practical foundations of several sensory mediated therapies. We’ve evaluated the interest of psychotherapy with sensory mediation, within the framework of an applied research program with the Medico-Educational Institute named “Le Rosier Blanc” (Saverne, 67, France). We present the devices of psychotherapy with sensory mediation, as well as the results (qualitative and quantitative).

La déficience intellectuelle (DI) et les troubles du spectre autistique (ASD) sont deux troubles neurodéveloppementaux (NDD) présentant de nombreux chevauchements génétiques et phénotypiques ainsi qu’un biais de sexe important, avec plus de garçons atteints (1,4x plus pour la DI et 4x plus pour l'ASD). Au sein de notre laboratoire, le taux de diagnostic des patients souffrant de DI et/ou d’ASD est significativement plus élevé chez les filles que chez les garçons. De façon surprenante, nous n’avons pas observé de différence significative entre filles et garçons au niveau de la proportion de mutations pathogènes sur le chromosome X (5,3% versus 7,6%), confirmant ainsi que les mutations causales totalement pénétrantes sur ce chromosome ne peuvent pas expliquer la totalité de l’excès de garçons atteints de DI ou d'ASD. Nous avons donc choisi d’étudier une autre des hypothèses, plus environnementale, qui pourrait rendre le cerveau masculin plus susceptible au développement de NDD : le rôle des androgènes au cours du développement du cerveau. J'ai étudié l’effet de ces hormones masculines dans des précurseurs neuronaux humains (hNSCs) et observé que les androgènes augmentent la prolifération des hNSCs et les protègent contre la mort cellulaire en conditions stressantes. J'ai également mis en évidence que les androgènes, via leur récepteur (le récepteur aux androgènes), régulent une centaine de gènes dans les hNSCs avec, parmi eux, un enrichissement en gènes connus pour être différentiellement exprimés chez les individus avec ASD (dont NRCAM et FAM107A). La régulation de ces gènes par les androgènes pendant le développement du cerveau pourrait ainsi participer à la sensibilité accrue du cerveau masculin, exposé à d'autres facteurs génétiques et environnementaux, à développer une NDD. / Intellectual disability (ID) and autism spectrum disorders (ASD) are two common neurodevelopmental disorders (NDD) with many genetic and phenotypic overlaps. Another common feature is the existence of a gender bias, very strong for ASD (4 males for 1 female) and notable for ID (1.4:1). In our team, the diagnostic yield of patients affected by ID with or wihout ASD is significantly higher in girls than in boys. Surprisingly, we did not observe a significant difference between girls and boys in the proportion of pathogenic mutations on the X chromosome (5.3% versus 7.6%), confirming that rare and fully penetrant mutations on this chromosome can not explain the totality this male bias observed in ID and ASD. We have therefore chosen to study another hypothesis, more environmental, which could make the male brain more susceptible to develop NDD: the role of androgens during brain development. I studied the effect of these male hormones in human neuronal precursors (hNSCs) and observed that androgens increase the proliferation of hNSCs and protect them against cell death under stressful conditions. I also showed that androgens, via their receptor (the androgen receptor), regulate a hundred genes in hNSCs with, among them, an enrichment of genes known to be differentially expressed in individuals with ASD (e.g NRCAM and FAM107A). The regulation of these genes by androgens during brain development could thus contribute to the increased sensitivity of the male brain, exposed to other genetic and environmental factors, to develop an NDD.

Contexte : Autisme, trouble du spectre autistique, schizophrénies précoces voire même très précoces (SDTP)... autant de termes utilisés de nos jours! Même si les classifications restent aujourd'hui catégorielles, les travaux sont cependant croissants pour approfondir et comprendre un éventuel lien entre les troubles du spectre autistique et schizophrénique, et notamment un lien entre les troubles du spectre autistique (TSA) et les schizophrénies précoces. Objectif : Clarifier les liens cliniques et biologiques entre TSA et schizophrénies à début précoce (avant 18 ans) et même très précoce (avant 13 ans). Méthodologie: Population de 62 sujets, divisés en trois groupes selon l'âge de début de la pathologie schizophrénique : strictement avant 13 ans (Very Early Onset Schizophrenia, VEOS), entre 13 et 18 ans (Early Onset Schizophrenia, EOS) et supérieur ou égal à 18 ans (Adult Onset Schizophrenia, AOS). Pour chaque groupe, 2 évaluations cliniques sont effectuées : recherche d'antécédents prémorbides autistiques avec l'ADI-R (Autism Diagnostic Interview-Revised); l'autre phénotypique avec MINI (Mini International Neuropsychiatric Interview), BPRS (Brief Psychiatric Rating Scale), PANSS (Positive And Negative Symptoms Scale for schizophrenia), STAI (State Trait Anxiety Inventory), TAS (Toronto Alexithymia Scale) et NSS (Neurological Soft Signs). L'analyse biologique est basée sur des mesures du cycle du cortisol salivaire (jour 1: 8h00; 11h00; 16h00; 24h00 et jour 2 :8h00), afin d'évaluer la réponse au stress de l'axe hypothalamo-hypophyso-surrenalien. Résultats: un gradient des troubles VEOS > EOS > AOS apparaît. Plus la schizophrénie semble débuter tôt et plus sont retrouvés des antécédents prémorbides autistiques et une réactivité au stress, réponse également exacerbée chez les apparentés. Conclusion: Un lien clinico-biologique apparaît donc entre SDTP et TSA, avec notamment des troubles cliniques déjà présents avant trois ans et des anomalies de la réponse au stress. Les schizophrénies à début très précoce sont-elles ainsi à distinguer dans le grand ensemble des schizophrénies? En tout cas, un diagnostic à mieux connaître, afin de mieux le prendre en charge et de mieux accompagner patients et famille. / Context : Autism spectrum disorders (ASD) , early onset schizophrenia (EOS) or even very early onset schizophrenia (VEOS)... so many terms used these days! Although today, classifications are categorical, work is however increasing to deepen and understand a possible link between ASD and schizophrenia spectrum disorders, and especially a link between ASD and early onset schizophrenia. Objective : To clarify clinical and biological links between ASD and EOS (before age 18) and especially links between ASD and VEOS (before age 13). Méthod: 62 subjects, divided into three groups according to age at onset of schizophrenia : strictly before age 13 (VEOS ), between age 13 and 18 (EOS) and after 18 (Adult Onset Schizophrenia, AOS). For each group, two clinical evaluations are assessed: search early symptoms of autism with the ADI-R (Autism Diagnostic Interview-Revised) and phenotypic evaluation with MINI (Mini International Neuropsychiatric Interview), BPRS (Brief Psychiatric Rating Scale), PANSS (Positive And Negative Symptoms Scale for schizophrenia), STAI (State Trait Anxiety Inventory), TAS (Toronto Alexithymia Scale) et NSS (Neurological Soft Signs). Biological analysis is based on salivary cortisol measurements, collected during a 24-h period (0800h-day 1, 1100h, 1600h, 2400h, 0800h-day2), in order to evaluate the stress response of the hypothalamic-pituitary-adrenal axis. Résults: VEOS symptoms > EOS symptoms > AOS symtoms. The earlier the schizophrenia is and the more present premorbid history of autism is and the more abnormal stress response is (abnormal stress response also present in relatives). Conclusion: A clinico-biological link appears between VEOS and ASD, with early symtoms of autism before thirty six months and stress response abnormalities. Are VEOS different from schizophrenia? Anyway, a diagnosis to know better in order to improve patients and families cares.

Les variations du nombre de copies (i.e., VNC, perte ou gain de matériel génétique de plus de 1 kilobase) figurent parmi les facteurs biologiques les plus associés aux troubles neurodéveloppementaux (TNDs), tels que les troubles du spectre autistique (TSAs) ou la psychose précoce. Les variants génétiques classés comme pathogéniques sont identifiés chez environ 20% des enfants avec des symptômes de TSA référés en génétique clinique. Actuellement, seules les VNCs les plus récurrentes (i.e., plusieurs individus non apparentés ont le même variant) ont été associées avec les TSAs et leurs tailles d’effets ont pu être décrites avec précision grâce à des études d'associations (i.e., cas-contrôles). Cependant, la plupart des VNCs identifiées dans les cliniques neurodéveloppementales et génétiques sont ultra-rares. À ma connaissance, aucune méthode n’a été développée afin d’estimer et de prédire de façon précise la contribution de tels variants aux phénotypes cliniques. De ce fait, l’impact de ces variants ultra-rares sur les risques d'avoir des TNDs, comme les TSAs ou la psychose précoce, reste incertain. Une étude récente de mon groupe de recherche a démontré que les tailles d'effet des délétions et duplications à travers le génome sur les capacités cognitives pouvaient être prédites statistiquement avec 78% de précision en utilisant des mesures d'intolérance à la perte de fonction. Le but de cette thèse est de développer des modèles similaires pour définir les tailles d'effet des VNCs à travers le génome sur les risques de TSA et de psychose précoce, ainsi que sur quelques traits cognitifs et comportementaux affectés dans ces troubles. J’ai analysé tous les VNCs ≥ 50 kilobases identifiées via les données de puces de génotypage et de séquençage sur génome entier chez 137 enfants et adolescents avec une psychose précoce (Boston Children’s hospital), 5,540 probands avec des TSAs (Simons Simplex Collection et MSSNG), et 17,471 personnes de la population générale (Lothian birth cohort, Generation Scotland, IMAGEN et Saguenay Youth Study). Les gènes codants totalement compris dans les VNCs ont été annotés avec neufs variables quantitatives, incluant le score d’intolérance à la perte de fonction et d’autres scores fonctionnels et génétiques. Des modèles statistiques incluant ces scores ont été testés afin de sélectionner celui qui explique le mieux l’effet des VNCs à travers le génome sur le risque de TSA et le quotient intellectuel (QI). Le meilleur modèle a été utilisé par la suite pour investiguer les tailles d’effets des VNCs sur d’autres traits cognitifs et comportementaux liés aux TSAs, ainsi que sur le risque de psychose précoce. Le score d’intolérance à la perte de fonction expliquait le mieux les effets des VNCs sur le risque de TSA et la cognition générale. Les modèles incluant ces scores ont démontré que les délétions et les duplications augmentaient les risques de psychose précoce et de TSA, même après ajustement pour le QI. Il n’y avait aucune différence de tailles d’effets des VNCs entre la psychose précoce et le TSA. La fréquence de loci associé précédemment avec des TNDs et des troubles neuropsychiatriques était également similaire entre dans les TSA et la psychose précoce, et le modèle estimait précisément la taille d'effet de la plupart de ces loci sur le risque de TSA en comparaison aux observation empiriques publiées précédemment. Les CNVs à travers le génome mesurés par le score d’intolérance à la perte de fonction diminuaient de façon similaire le QI dans les populations TSA et générale. Les effets des duplications étaient systématiquement plus faibles que les effets des délétions pour chacun de ces phénotypes, ce qui suggère un effet plus pathogénique des délétions. Les délétions et les duplications affectaient différentiellement la communication sociale, les comportements, et la mémoire phonologique, tandis qu'elles affectaient similairement les capacités motrices dans les populations TSA. L'enrichissement similaire des VNCs à travers le génome dans la psychose précoce et le TSA suggère un effet pléiotropique des VNCs dans ces différentes symptomatologies. Le dépistage routinier pour les VNCs doit être accessible dans les soins cliniques standards des jeunes avec une psychose précoce, comme il est recommandé pour les TSAs. Une telle pratique contribue à établir une médecine personnalisée et peut apporter des bénéfices médicaux comme la détection de comorbidités, la prédiction de la progression de la maladie, et faciliter la communication avec les parents à propos de la nature biologique du trouble. Les modèles appliqués dans ce projet, entraînés sur des VNCs incluant plus de 4,500 gènes, suggèrent des propriétés hautement polygéniques du dosage génique dans les TNDs. J’ai estimé que chaque VNC de 1 mégabase, incluant au moins un gène scorant pour l’intolérance à la perte de fonction, augmente le risque de TSA. La combinaison de ces résultats ouvre de nouvelles perspectives dans la compréhension des effets des VNCs à travers le génome sur les TNDs et les traits associés (e.g., QI ou symptômes comportementaux). Ces modèles ont été implémentés dans un outil en ligne qui a pour but d'aider les cliniciens à estimer les tailles d’effet des VNCs identifiés en clinique et à interpréter leur contribution au phénotype du patient. / Copy number variants (CNVs; i.e., loss or gain of genetic material of over 1 kilobase) are robustly associated with neurodevelopmental disorders (NDDs), such as autism spectrum disorder (ASD) and early-onset psychosis (EOP). Genetic variants classified as pathogenic are identified in approximately 20% of children with ASD symptoms referred to genetic clinics. To date, only the most recurrent CNVs (i.e., similar variants across multiple unrelated individuals) were associated with ASD and their effect-sizes were characterized through association studies (i.e., case-controls). However, most of the CNVs routinely identified in neurodevelopmental and genetic clinics are ultra-rare. To my knowledge, no method was developed to accurately estimate and predict the contribution of such variants to clinical phenotypes. Therefore, the impact of these ultra-rare variants on risk for NDDs, such as ASD and EOP, remains undocumented. A recent study from my research group has shown that the effect-size of genome-wide deletions and duplications on cognitive ability can be statistically predicted with an 78% accuracy using measures of loss-of-function (LoF) intolerance. The aim of this thesis was to develop similar models to define the effect-size of genome-wide CNVs on ASD and EOP risk, as well as on several cognitive and behavioral traits altered in these disorders. I analyzed all CNVs ≥ 50 kilobases called from genotyping arrays and whole genome sequencing data from 137 children and adolescents with EOP (Boston Children’s hospital), 5,540 probands with ASD (Simons Simplex Collection and MSSNG), and 17,471 individuals from unselected populations (Lothian birth cohort, Generation Scotland, IMAGEN and Saguenay Youth Study). Coding genes fully encompassed by CNVs were annotated with nine quantitative variables, including the LoF intolerance score and other functional and genetic scores. Statistical models including these scores were tested to select the one that best explained the effects of genome-wide CNVs on ASD risk and IQ. The best model was subsequently used to investigate the effect-size of genome-wide CNVs on cognitive and behavioral domains related to ASD, as well as on EOP risk. The LoF intolerance score best explained the effect-sizes of genome-wide CNVs on ASD-risk and general cognition. Models including such scores demonstrated that deletions or duplications increased risks for EOP and for ASD, even after adjusting for IQ. There was no difference in effect-sizes between EOP and ASD. The frequency of loci previously associated with NDDs or neuropsychiatric disorders was also similar between EOP and ASD, and the model accurately estimated the effect-size of most of these loci on the risk for ASD comparing to previously published empirical observations. Genome-wide CNVs measured by LoF intolerance score also similarly decreased IQ in both ASD and unselected populations. The effect of duplications was smaller than the effect of deletion for all phenotypes investigated, suggesting a higher pathogenicity of deletions. Deletions and duplications were found to differentially affect social communication, behavior, and phonological memory, whereas both equally affected motor skills in the ASD population. The identical enrichment of genome-wide CNVs in EOP and ASD suggests a pleiotropic effect of CNVs in these different symptomatology. Routine screening for CNVs should be made available in the standard clinical care for EOP youth, as is recommended in ASD. Such practice contributes to the establishment of personalized medicine and may bring medical benefits as detecting medical comorbidities, prediction of the disease progression, and facilitating the communication with parents about the biological nature of the disorder. The models applied in this project, trained on CNVs encompassing more than 4,500 genes, suggest highly polygenic properties of gene dosage in NDDs. I estimated that any 1 megabase CNV, encompassing at least one gene scoring for intolerance to LoF, would increase ASD risk. Overall, these results open new avenues for understanding the effect of genome-wide CNVs on NDD risk and related traits (e.g., IQ or behavioral symptoms). These models were implemented in an online tool which aims to help clinicians estimate the effect-size of CNVs identified in the clinic and interpret their contribution to the patient’s phenotype.

Ce travail de thèse cherchait à étudier les compétences verbales chez les individus atteints de Troubles du Spectre Autistique, en se concentrant en particulier sur l'impact du traitement sur le développement de ces compétences, ainsi que sur l‘explication comportementale de la grammaire générative. Notre première étude comparait l'effet du traitement comportemental et du traitement pluridisciplinaire sur les aptitudes verbales des enfants avec TSA en milieu naturel. Les effets du traitement ont été évalués par l'analyse de résultats à des tests standardisés évaluant le vocabulaire commun, le vocabulaire spatial, la syntaxe et le raisonnement non – verbal, et en comparant le nombre d'enfants qui avaient intégré dans le milieu ordinaire (sans aménagement particulier). Les participants avec les meilleurs scores aux tests standardisés et dont les vitesses d'apprentissage atteignent ou dépassent la norme appartenaient au groupe ayant bénéficié d‘un traitement comportemental intensif précoce. C'est aussi dans ce groupe que se trouvait le plus fort pourcentage de participants ayant intégré le milieu ordinaire sans soutien particulier. Nous avons également exploré la façon dont les caractéristiques des enfants pourraient influencer l‘effet du traitement. Nos résultats indiquent que l'âge de début de traitement avait un effet que sur les vitesses d'apprentissage des compétences verbales et cela uniquement pour les participants ayant bénéficié d‘un traitement comportemental intensif. Nous avons aussi exploré la possibilité d'une relation entre la sévérité des symptômes à l'âge de 4-5 ans et les vitesses d'apprentissage et la sévérité des symptômes après environ 4ans de traitement comportemental intensif. L'analyse des données révèle que la gravité des symptômes à l'âge de 4 à 5 ans seraient prédictifs de la sévérité des symptômes qui seraient observés quelques années plus tard. Enfin, nous avons effectué un suivi et comparé les vitesses d'apprentissage après en moyenne 2 ans et après en moyenne 4 ans de traitement comportemental intensif. Une variabilité importante a été observée dans l'évolution des taux d'apprentissage d'un participant à un autre. Enfin, afin de mieux appréhender cette hétérogénéité, nous avons étudié la vitesse d'acquisition des compétences d'enfants avec TSA ayant bénéficié d‘un traitement comportemental intensif pendant en moyenne 4 ans. L'analyse des courbes d'apprentissage indique qu'il y aurait deux types d'apprenants ; des apprenants rapides et des apprenants lents, et cela in dépendamment de l'âge de début de traitement. Notre étude comparative a montré que si le traitement comportemental intensif résultait en des gains plus importants au niveau des aptitudes verbales des enfants atteints de TSA que le traitement multidisciplinaire, toutes les compétences verbales n‘étaient pas affectés de la même manière . En effet, les améliorations au niveau du vocabulaire sont plus importantes que celles observées pour la grammaire. Nous nous sommes attachés dans la deuxième partie de cette thèse à tenter d‘appréhender ces compétences grammaticales dans le cadre comportemental au sein d‘une population avec et sans troubles autistiques. Pour ce faire, nous avons utilisé des consignes réduites au strict minimum, des procédures d‘apprentissage des séquences et de Matching to Sample afin d‘apprendre aux participants à répondre à des stimuli. Ces réponses à ces stimuli étaient considérés comme analogues à certaines de compétences verbales complexes, notamment les relations syntaxiques, et les classes de mots (par exemple, les noms, les adjectifs, les verbes). / The current thesis aimed at investigating verbal skills in individuals with ASD, focusing in particular on the impact of treatment on the development of these skills, as well as attempting to contribute to a more complete behavior analytic explanation of complex generative language.Our first study aimed at comparing the effect of behavioral treatment and multi disciplinary treatment on the verbal skills of children on the autism spectrum in natural settings. Treatment outcome was assessed by analyzing the results to standardized tests evaluating common vocabulary, spatial vocabulary, syntax and non-verbal reasoning and by comparing the number of children who had been mainstreamed into regular classrooms without the help of an aide. Participants with the best test scores on the standardized tests and whose learning rates reached or exceeded normal learning rates of language skills belonged to the group that received early intensive behavioral treatment. It is also in this group that we find the highest percentage of participants who were mainstreamed without special support. We also set to explore how child variables could influence treatment outcome. Our results indicated that age of intake had an effect only on the learning rates of verbal skills and that only for participants who received intensive behavioral treatment. In addition, we explored the possibility of a relation between the severity of symptoms at the age of 4-5 years and the learning rates and the severity of symptoms after approximately 4 years of intensive behavioral treatment. Data analysis revealed that severity of symptoms impairing the development and interfering communication at the age of 4 to 5 years were predictive of the severity of the symptoms that would be observed a few years later. We also conducted a follow up and compared the learning rates after on average of 2 years of intensive behavioral treatment and after on average 4 years of treatment. Significant variability was observed in the evolution in learning rates from one participant to another. Finally, in an attempt to better understand this heterogeneity, we studied the rate of skill acquisition over a 4-year period of children on the autism spectrum who received intensive behavioral treatment. The analysis of the learning curves indicated that there were two types of learners, fast learners and slow learners and that, regardless of age of onset of treatment.Our comparative study showed that whilst intensive behavioral treatment resulted in more important gains in the verbal skills of children with ASD than multi disciplinary treatment, all verbal skills were not affected in the same way. Indeed the gains in vocabulary were more important than the ones in grammar. We thus set in the second part of this thesis to conduct a behavioral analysis of the development of complex verbal skills in the typically developing population but also in the population on the autism spectrum. We used minimal verbal instructions, and matching to sample and sequence training procedures to develop responding to stimulus classes. These were considered analogous to complex verbal skills, namely syntactic relations and classes of verbs, nouns or adjectives.

Des anomalies biochimiques de la voie sérotonine-N-acétylsérotonine-mélatonine ont été observées dans les Troubles du Spectre Autistique (TSA) et la prématurité. Cependant, les mécanismes moléculaires de régulation de cette voie et les causes des anomalies biochimiques observées dans ces maladies sont encore mal connus. Afin de mieux comprendre les bases génétiques de la voie sérotonine-N-acétylsérotonine-mélatonine, nous avons utilisé une approche de génétique quantitative au travers de deux populations d’étude indépendantes, dans lesquelles des paramètres de cette voie ont été mesurés. Ces deux cohortes, composées d’une part de plus de 250 familles avec autisme et plus de 300 témoins et d’autre part, de 183 nouveau-nés dont 93 nés très prématurés, incluent ainsi des individus présentant deux situations pathologiques différentes associées à des anomalies de cette voie. Une première étude de la voie sérotonine-N-acétylsérotonine-mélatonine dans les familles avec TSA a permis d’obtenir des estimations de l’héritabilité au sens strict, allant de 0,22 pour la mélatonine à 0,72 pour la N-acétylsérotonine (NAS). Des études d’association portant dans un premier temps sur une liste de 812 gènes candidats pour la régulation de la voie sérotonine-NAS-mélatonine et dans un second temps sur tout le génome, n’ont pas permis d’identifier des variants significativement associés aux traits biochimiques. Cependant, des études d’association par gènes ont permis d’identifier trois nouveaux gènes candidats (IL21R, JMJD7 et MAPKBP1) pour la régulation de cette voie dans les familles avec TSA ainsi qu’un nouveau gène (RAET1G) dans la cohorte de nouveau-nés prématurés et témoins. Enfin une étude biochimique des phénol-sulfotransférases (PST) dans les familles avec TSA a mis en évidence une faible activité enzymatique chez 29% des patients en comparaison avec les témoins (5ème percentile). Le séquençage et le génotypage du nombre de copies des gènes de la famille SULT1A1 n’ont pas permis d’identifier des variations génétiques associées aux TSA, à l’activité PST, ou aux taux de sérotonine et de mélatonine. En conclusion, ces résultats confirment la complexité de l’architecture génétique de la voie sérotonine-NAS-mélatonine. D’autre part, ils ont permis de mettre en évidence une héritabilité élevée de cette voie et d’identifier de nouveaux gènes candidats pour comprendre la diversité inter-individuelle de cette voie chez les personnes avec TSA, les enfants prématurés et la population générale. / Biochemical abnormalities of the serotonin-N-acetylserotonin-melatonin pathway have been reported in many clinical conditions such as Autism Spectrum Disorders and preterm birth. However, molecular mechanisms underlying this pathway regulation, as well as the causes of these biochemical abnormalities remain largely unknown. The aim of this study was thus to characterize the genetic basis of the serotonin-N-acetylserotonin-melatonin pathway. To do so, we used a quantitative genetic approach in two independent populations that were previously biochemically explored for this pathway. One cohort consisted of more than 250 families with ASD and more than 300 controls and the other was composed of 183 infants including 93 very preterm newborns. Both cohorts included individuals with clinical conditions associated with disruptions of the serotonin-N-acetylserotonin-melatonin pathway. Narrow sense heritability analysis of this pathway showed relatively high estimates, ranging from 0.22 for melatonin to 0.72 for N-acetyserotonin (NAS). First, candidate-gene association studies including 812 genes related to the serotonin-NAS-melatonin pathway, then genome-wide association studies were conducted. These analyses did not identify any variant associated at the genome-wide significance level. However, a gene-based approach identified three new candidate genes (IL21R, JMJD7 and MAPKBP1) for the regulation of the pathway in families with ASD as well as one gene (RAET1G) in the cohort of preterm and term newborns. Finally, a biochemical exploration of the phenol-sulfotransferases (PST) in families with ASD revealed a decreased enzyme activity in 29% of patients compared with controls (5th percentile). SULT1A1-4 genes were then sequenced and copy number variants (CNV) were genotyped. No genetic variant could be significantly associated with PST activity, melatonin and serotonin levels, or ASD status. In conclusion, these results confirm the complexity of serotonin-NAS-melatonin pathway genetic architecture. Furthermore, this study revealed high heritability of this pathway and identified new candidate genes to understand the inter-individual variability of this pathway in ASD, preterm birth and the general population.