Anomalies de structure du génome et Déficience Intellectuelle : Recherche des gènes candidats de Déficience intellectuelle en utilisant l'analyse chromosomique sur microréseau d'ADN pangénomique 180K et l'analyse chromosomique sur microréseau d'ADN de haute résolution 1M ciblée des gènes candidats de Déficience intellectuelle. L'analyse chromosomique sur microréseau d'ADN (ACM) de haute résolution est une innovation technologique puissante afin de détecter les aberrations chromosomiques concernant les variations du nombre de copies. En utilisant l'ACM 180K, l'ACM 1M et la PCR quantitative, nous avons identifié les 5 variations du nombre de copies (CNV) intragéniques pathogènes de novo impliquant les gènes : RUNX1T1, KIAA1468, FABP7, ZEB2 (syndrome de Mowat-Wilson) et ANKRD11 (syndrome de KBG). Les 5 patients ayant une DI et une dysmorphie faciale. L'ACM 180K a révélé une délétion d'une taille de 92 kb emportant le gène KIAA1468 candidat pour le syndrome de West chez un enfant de 3 ans présentant une DI sévère et une encéphalopathie épileptique infantile précoce. Le criblage des mutations du gène KIAA1468 a été réalisé chez 35 patients atteints de syndrome de West. Un variant intronique c.2761-7 T>C et un variant faux-sens hérité de la mère c.3547 G>A avec signification clinque inconnue ont été identifiés. En utilisant des approches par l'ACM 1M de haute résolution chez 45 patients atteints de DI idiopathique modérée à sévère, un seul CNV causal a été identifié, une délétion intragénique d'une taille de 28.37 kb du gène ZEB2. Notre étude confirme une fréquence très faible des délétions/duplications intragéniques avec la détection d'une seule aberration chromosomique (1/45). En conclusion, si la fréquence des mutations ponctuelles est élevée, nous avons également souligné l'application de la technique de séquençage à haut débit avec un rendement diagnostique jusqu'à 45%-55% des cas de DI sévère idiopathique chez lesquels aucun CNV n'a été détecté sur ACM / Chromosomal structural abnormalities and Intellectual Disability : In search of intellectual disability candidate genes by using pangenomic comparative genomic hybridization 180 K and high resolution comparative genomic hybridization 1M targeting intellectual disability candidate gene.High resolution microarray-based comparative genomic hybridization (a-CGH) has been a powerful technical innovation in order to detect submicroscopic chromosomal aberrations related to copy number variations. By using a-CGH 180K, 1M high resolution a-CGH and quantitative PCR, we have identified 5 pathogenic intragenic copy number variations (CNVs) de novo : RUNX1T1, KIAA1468, FABP7, ZEB2 (Mowat-Wilson syndrome) and ANKRD11 (KBG syndrome). All five patients had intellectual disability (ID) and facial dysmorphism. Interestingly, a-CGH 180K has revealed a 92 kb deletion of a candidate gene KIAA1468 for West syndrome in a 3 year-old boy with severe ID and early infantile epileptic encephalopathy. Mutational screening for candidate gene KIAA1468 was performed in 35 patients with West syndrome. An intronic variant c.2761-7 T>C and a non synonymous maternally inherited variant c.3547 G>A with unknown clinical significance were identified. By using 1M high-resolution a-CGH approach in 45 patients presenting moderate to severe idiopathic ID, only one causal CNV was identified, a 28.37 kb intragenic ZEB2 deletion. Our study has confirmed the low frequency of intragenic deletion/duplication with the detection of only one chromosomal aberration (1/45). In conclusion, providing that the high frequency of intragenic point mutation, we also stressed the application of next-generation sequencing technology with 45-55% diagnostic yield in patients with idiopathic severe ID in case of no apparent CNV(s) on high-resolution a-CGH

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Les Encéphalopathies Épileptiques Précoces sont des pathologies rares et sévères caractérisées par des crises fréquentes commençant dans les trois premiers mois de vie accompagnées d’un EEG intercritique altéré et un pronostic très défavorable. Au cours de la caractérisation génétique d’une cohorte de 402 patients, nous avons mis en évidence une délétion de 19,9 kb localisée en Xp11.23 chez un garçon et 34 mutations de novo du gène KCNQ2. La première partie de mon projet a consisté en l’étude de la pathogénicité de la délétion Xp11.23, qui implique trois gènes dont WDR45. Les mutations de WRD45 ont été décrites dans une dégénérescence neuronale avec accumulation de fer et presque exclusivement chez des patients de sexe féminin. Le diagnostic initial, chez ce patient, montre une IRM normale avec un phénotype d'EEP et l'accumulation de fer a été détectée à partir de 5 ans. Ce travail m’a permis de décrire le premier patient atteint d’EEP porteur d’une délétion de WDR45. La deuxième partie de mon projet a concerné le gène KCNQ2. Nos résultats ont montré que les mutations sont impliquées dans deux mécanismes physiopathologiques, une délocalisation subcellulaire et un gain de fonction. Ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives en terme de compréhension de la pathologie et de thérapies qui peuvent être proposées. Une dernière partie de ce projet a consisté en l’élaboration de nouveaux modèles in vitro, j’ai mis au point des lignées stables exprimant KCNQ2 qui permettront le criblage de molécules thérapeutiques à haut-débit, ainsi que des progéniteurs neuronaux différenciés à partir de cellules iPS issues de la reprogrammation de fibroblastes de patients. / Early onset epileptic encephalopathies are rare and severe disorders, characterized by frequent motor seizures occurring before three months of age associated with an altered interictal EEG pattern. The prognosis is poor. During the course of the genetic characterization of a cohort of 402 EOEE patients, we identified a de novo deletion located at Xp11.23 in a male patient and 34 KCNQ2 de novo mutations. The first part of my project consisted in the study of the pathogenicity of the Xp11.23 deletion that encompasses three genes including WDR45. Mutations in the WDR45 gene been have recently identified in patients suffering from neurodegeneration with brain iron accumulation. WDR45 mutations have been almost exclusively found in females. Our patient with the Xp11.23 deletion presented a normal MRI and the EOEE phenotype was predominant. Iron accumulation began only at 5 years. My work reveals that deletions of WDR45 are viable in males and can be diagnosed as EOEE. The second part of my project was aimed at the functional study of two KCNQ2 gene mutations. During this work, my results showed that those mutations were involved in new pathological mechanisms, namely a mislocalization or gain of function. Those results provide new perspectives in term of disease knowledge and therapy. The last part of my project consisted in the development of two new in vitro models for the study of KCNQ2 mutations: stable cell lines expressing the Kv7.2 channel for high-throughput screening of drugs and the production of neurons from induced pluripotent stem cells arising from reprogrammed patient fibroblasts.

Le syndrome de West (SW), communément appelé spasmes infantiles (SI), est un trouble épileptique généralement caractérisé par la triade de spasmes infantiles, un modèle d'électroencéphalogramme (EEG) pathognomonique appelé hypsarythmie, et la régression du développement. Alors que des études précédentes ont été en mesure d'obtenir une réponse relativement adéquate par rapport au contrôle des spasmes et la résolution d’hypsarythmie, elles n’ont pas réussi à fournir des options thérapeutiques décisives à l’égard des séquelles neurodéveloppementales souvent associées aux SI. Notre étude, sur laquelle est basée cette thèse, est la première à utiliser un traitement complémentaire aux médicaments antiépileptiques conventionnels, avec l'intention d'améliorer les résultats neurodéveloppementaux de cette population. Les patients recrutés dans notre essai clinique randomisé (ECR) original ont suivi un protocole de traitement standardisé composé de vigabatrin (VGB) comme traitement de première intention pendant deux semaines, suivi de l'hormone corticotrope (ACTH) chez les non-répondeurs pour une période de deux autres semaines, et le topiramate dans les cas réfractaires. En plus, les patients ont été randomisés pour recevoir soit le traitement expérimental, flunarizine, soit un placebo, pendant six mois. Notre ECR multicentrique consistait à recruter et évaluer 68 patients, la plupart suivis à 8 différentes visites sur une période de cinq ans afin de précisément évaluer leurs progrès neurodéveloppementaux. Notre essai clinique a généré trois études principales qui forment le coeur de cette thèse. Dans une première étude, les données cliniques et cognitives des deux premières années d’évaluation ont été analysées. Les résultats cliniques à court terme indiquent un taux élevé de cessation de spasmes et de l’hypsarythmie. De plus, cette étude rapporte les premiers résultats cognitifs mesurés par le Bayley Scales of Infant Development (BSID) et le Vineland Adaptive Behavior Scale (VABS). Notre deuxième étude a essentiellement fourni des données cognitives à plus long terme, 5 ans après le début de son initiation. Les réponses cognitives ont été mesurées par le BSID, le VABS, et aussi par le Stanford-Binet Intelligence Scale (SB5) chez les patients ayant un fonctionnement cognitif plus élevé. Une amélioration significative et progressive des fonctions cognitives a été observée, indépendamment de la thérapie adjuvante. Des facteurs de risque cognitifs à long terme ont également été révélés dans cette étude. Notre dernière étude a essayé d’élucider la relation entre les SI et les troubles du spectre autistique (TSA). Un test de dépistage avec le Checklist for Autism in Toddlers (CHAT) a été effectué à 24 mois, et un diagnostic a été obtenu par moyen du Autism Diagnostic Observation Schedule (ADOS) à 30 et 60 mois. L’ADOS a évalué 44 patients, dont 10 ont été diagnostiqués avec TSA. Une description des facteurs de risque associés aux TSA ont été présentés dans cet article. Enfin, basé sur nos résultats et les informations à ce sujet dans la littérature, nous avons tenté d'élucider les caractéristiques physiopathologiques de la maladie. Une description des mécanismes biologiques sous-jacents impliqués dans le syndrome de West et des traitements cibles associés ont été présentés. Bien que le traitement complémentaire, le flunarizine ne se soit pas avéré être avantageux pour notre cohorte, notre protocole de traitement a tout de même été en mesure de démontrer des résultats cliniques et cognitifs supérieurs dans le sous-groupe de patients avec SI dont l’étiologie est inconnue. Ces résultats, ainsi que l’identification de nouveaux facteurs de risque neurodéveloppementaux potentiels, pourraient être utilisés cliniquement afin d’améliorer le diagnostic et le suivi médical des patients atteints du syndrome de West. / West syndrome (WS), commonly referred to as infantile spasms (IS), is an epileptic disorder usually characterized by the triad of infantile spasms, a pathognomonic electroencephalogram (EEG) pattern called hypsarrhythmia, and developmental regression. While previous treatment studies were able to achieve relatively adequate spasm control and hypsarrhythmia resolution in this population of patients, they have failed to provide conclusive and definite therapeutic options aimed at improving the poor cognitive outcome often associated to IS. Our study, on which this thesis is based, was the first to use an add-on treatment to conventional antiepileptic drugs, with the intent to improve long-term cognitive outcome in this population. Patients recruited in our original randomized clinical trial (RCT) followed a standardized treatment protocol consisting of vigabatrin (VGB) as first-line treatment for two weeks, followed by adrenocorticotropic hormone (ACTH) in non-responders for another two-week period, and topiramate in refractory cases. In addition, patients were randomized to either receive placebo or flunarizine adjunct therapy for six months. Our multi-centric RCT recruited and evaluated 68 patients, most of which were followed at 8 different time points over a five-year period, to precisely evaluate their neurodevelopmental progress. Our clinical trial generated three main studies which comprise the core of this thesis. In a first study, clinical and cognitive data from the first two years were analyzed. Spasm arrest and hypsarrhythmia resolution were the short-term clinical endpoint measures, while the Vineland Adaptive Behavior Scale (VABS) and Bayley Scales of Infant Development (BSID) were used as cognitive outcome measures at 2 years. This first study most importantly reports on the superior short-term clinical response rate achieved in our study population. Preliminary cognitive results were also presented in this work. Our second study essentially presented long-term cognitive data 5 years after the start of the study. Cognitive outcome measures were similar to those used at two years with the addition of the Stanford-Binet Intelligence Scale, Fifth Edition (SB5) for higher functioning patients. Most IS patients, particularly those with no known etiology, displayed a significant and progressive improvement of cognitive functions, irrespective of adjunctive therapy. Risk factors of long term poor cognitive outcome were also revealed in this study. Our last study tried to understand the relationship between IS and autism spectrum disorders (ASD). Autism was initially screened by means of the Checklist for Autism in Toddlers (CHAT) at 24 months, and formally assessed at the 30-and 60-month follow-up visits using the Autism Diagnostic Observation Schedule (ADOS). ADOS was performed in 44 patients, 10 of which were diagnosed with ASD. A description of risk factors associated with an ASD outcome in the IS population were presented in this article. Finally, based on our study results and in conjunction with literature information on the topic, we attempted to elucidate the pathophysiological characteristics of the disorder. A conceivable description of the underlying biological mechanisms implicated in West syndrome and associated target treatments were presented. Although our complementary treatment, flunarizine, did not prove to be beneficial in our cohort, our treatment protocol was nonetheless able to demonstrate superior clinical and cognitive outcomes in patients with unknown etiologies. These findings, as well as the identification of new potential neurodevelopmental risk factors, could be used clinically to improve the diagnosis and medical follow-up of patients with West syndrome.