Les études d'association à grande échelle sont devenus un outil très performant pour détecter les variants génétiques associés aux maladies. Ce manuscrit de doctorat s'intéresse à plusieurs des aspects clés des nouvelles problématiques informatiques et statistiques qui ont émergé grâce à de telles recherches. Les résultats des études d'association à grande échelle sont critiqués, en partie, à cause du biais induit par la stratification des populations. Nous proposons une étude de comparaison des stratégies qui existent pour prendre en compte ce problème. Leurs avantages et limites sont discutés en s'appuyant sur divers scénarios de structure des populations dans le but de proposer des conseils et indications pratiques. Nous nous intéressons ensuite à l'interférence de la structure des populations dans la recherche génétique. Nous avons développé au cours de cette thèse un nouvel algorithme appelé SHIPS (Spectral Hierarchical clustering for the Inference of Population Structure). Cet algorithme a été appliqué à un ensemble de jeux de données simulés et réels, ainsi que de nombreux autres algorithmes utilisés en pratique à titre de comparaison. Enfin, la question du test multiple dans ces études d'association est abordée à plusieurs niveaux. Nous proposons une présentation générale des méthodes de tests multiples et discutons leur validité pour différents designs d'études. Nous nous concertons ensuite sur l'obtention de résultats interprétables aux niveaux de gènes, ce qui correspond à une problématique de tests multiples avec des tests dépendants. Nous discutons et analysons les différentes approches dédiées à cette fin. / Genome-Wide association studies have become powerful tools to detect genetic variants associated with diseases. This PhD thesis focuses on several key aspects of the new computational and methodological problematics that have arisen with such research. The results of Genome-Wide association studies have been questioned, in part because of the bias induced by population stratification. Many stratégies are available to account for population stratification scenarios are highlighted in order to propose pratical guidelines to account for population stratification. We then focus on the inference of population structure that has many applications for genetic research. We have developed and present in this manuscript a new clustering algoritm called Spectral Hierarchical clustering for the Inference of Population Structure (SHIPS). This algorithm in the field to propose a comparison of their performances. Finally, the issue of multiple-testing in Genome-Wide association studies is discussed on several levels. We propose a review of the multiple-testing corrections and discuss their validity for different study settings. We then focus on deriving gene-wise interpretation of the findings that corresponds to multiple-stategy to obtain valid gene-disease association measures.

La Polyarthrite Rhumatoïde, une des maladies auto-immunes les plus répandues, est caractérisée par une destruction progressive des articulations, conduisant à des déformations et handicaps. La nature multifactorielle de la PR fournit une hétérogénéité élevée avec des combinaisons spécifiques entre un profil génétique et des facteurs environnementaux qui influencent la susceptibilité, la gravité et le développement de la maladie. L’objectif de cette thèse est l’identification et la caractérisation de gènes candidats dans la PR. Nous avons confirmé l’association ainsi que la liaison des régions TRAF1-C5 et 6q23, et démontré une tendance pour une association et liaison entre la région génique 4q27 et la PR dans la population européenne. De plus, nous avons fourni des résultats concluants qui s’opposent à une implication des gènes PRKCH, CASP7, RANK, RANKL et PTPN22-1123G dans la susceptibilité génétique à la PR dans la population européenne. Nous avons effectué une étude d’expression génique utilisant 48.701 ADNc des PBMC de patients et contrôles sains. Une expression différentielle de 339 gènes entre les deux groupes a été observée. Nous avons identifié une expression élevée d’un spectre de nouveaux gènes impliqués dans différents mécanismes immunitaires de la PR. Nous avons aussi identifié une association entre les allèles HLA EP et le tabac au sein des patients ACPA positifs avec une PR familiale ou sporadique. Ces différentes approches complémentaires ont permis l’identification de nouveaux gènes et la mise en évidence d’interactions gène-autoanticorps-environnement, contribuant ainsi à une meilleure compréhension des mécanismes pathologiques de la PR. / Rheumatoid Arthritis, one of the most common autoimmune diseases, is characterized by progressive articular damage leading to joint deformities and disability. The multifactorial nature of RA provides high disease heterogeneity with specific combinations of a genetic background and environmental factors that influence the susceptibility, severity and outcome of the disease. The aim of this thesis was the identification and characterization of candidate genes in RA. We have confirmed the association and linkage of TRAF1-C5 and 6q23 gene regions, and demonstrated a trend for the association and linkage of the 4q27 gene region with RA in European descent populations. Furthermore, we provided evidence against the involvement of the PRKCH, CASP7, RANK and RANKL genes and the PTPN22–1123G allele in RA genetic susceptibility in the European population. We performed a large-scale gene expression profiling study using 48.701 cDNAs in PBMCs of RA patients and healthy controls. A differentially expression of 339 genes (238 down-regulated and 101 up-regulated) between the two groups was observed. We identified a remarkably elevated expression of a spectrum of new genes involved in immunity and defense mechanisms. Finally, we identified an association between HLA SE alleles and tobacco smoking for anti-CCP positivity in French population with familial and sporadic RA. All these complementary approaches that allowed the identification of new genes and gene-autoantibodies-environment interactions contribute to a better understanding of RA disease mechanisms and could lead to the identification of innovative clinical biomarkers for diagnostic procedures and therapeutic interventions.

Les variétés modernes de canne à sucre sont d'origine bispécifique et possèdent une structure génétique complexe, aneuploïde et hautement polyploïde rendant difficile les études de résistance génétique. La feuille jaune de la canne a sucre est une maladie dont l'agent causal est le sugarcane yellow leaf virus (scylv). Ce virus a une large diversité. Seuls trois génotypes viraux, différenciables par rtpcr, ont été trouves en Guadeloupe. Les objectifs de l'étude sont d'évaluer: l/la possibilité de marquer la résistance de la plante au scylv grâce a une étude d'association pan-génomique 2/l'impact de la diversité de l'agent pathogène sur la résistance de la canne a sucre au scylv. Les études d'association ont été menées avec plus de 4000 marqueurs aflp et d'art sur quatre types de données phénotypiques (intensité et densité virale dans les feuilles et les tiges). Les phénotypes ont été mesures sur 189 variétés de cannes à sucre dans deux essais successifs dans un dispositif en trois blocs randomises. De ces variétés, 40 ont été sélectionnées et ont permis d'obtenir 10 croisements biparentaux. Les descendances obtenues ont été suivies sur deux essais. L'incidence et la diversité du scylv ont été évaluées pour les 40 variétés et les descendances. L'héritabilité au sens strict de la résistance aux scylv a été déterminée. Six marqueurs de résistance au scylv ont été identifies ainsi que deux gènes ayant potentiellement un rôle dans la résistance au virus. L'étude montre également que la résistance de la plante est variable en fonction du génotype du scylv et que cette résistance est en partie transmise aux descendances. Créer des variétés résistantes au scylv est donc possible. / Modern varieties of sugarcane have a bispecific origin and a complex genetic structure, aneuploid and highly polyploid, maklng genetic resistance study uneasy to perform. Yellow leaf of sugarcane is a viral disease whose causal agent is the sugarcane yellow leaf virus (scylv). This virus has a wide range of diversity. Only three viral genotypes, distinguishable by rt-pcr, were found in guadeloupe. The objectives of this srudy are to assess: l/the possibility to find markers associated with plant resistance to scylv through a genome wide association study 2 1 the impact of the pathogen diversity on the resistance of sugarcane to scylv. Association studies have been conducted with more than 4000 aflp and dart markers on four types of phenotypic data (virus intensity and density in leaves and canes). Phenotypes were measured on 189 varieties of sugarcane in two successive trials in a three randomized complete block design. From these varieties, 40 were selected and allowed to obtain 10 biparental crosses. The offspring were followed during two trials. The incidence and the diversity of scylv were evaluated in the 40 varieties and the offspring. The narrow sense heritability of the resistance to the scylvs was determined. Six markers of the resistance to the scylv and two genes, with potential contribution in virus resistance, have been identified. The study also shows that the resistance of the plant is variable depending on the scylv genotype and that this resistance is partly transmitted to the offspring. Breeding for scylv resistance is practicable.

The main forms of inflammatory bowel diseases (IBD) are Crohns disease and ulcerative colitis. These are chronic diseases, with periods of progression and remission. They are mostly characterized by digestive symptoms such as diarrhea, abdominal pain and weight loss. They affect young individuals and their frequencies have increased for the last decades. The etiology of these pathologies is not well understood, however genetic and environmental factors are involved. The treatment of IBD aims to control the inflammation and to extend periods of clinical remission. Infliximab is an anti-TNF-α antibody, leading to a clear improvement of the symptomatology. However, about 30 % of the patients do not response to this treatment. Genetic factors are certainly involved in these inter-individual differences. The purpose of our work was to find: 1- genetic factors implicated in the response to Infliximab in Crohns disease and 2- genetic factors predisposing to IBD. First we could show that both genes LTA and TNF, which are closely related, are not associated with the answer to Infliximab in Crohns disease. However, different polymorphisms of the ADAM17 gene were associated with a response to the treatment in our Belgian cohort. Second, we could demonstrate an association between an insertion/deletion in the IRF5 gene and IBD. The insertion allele, predisposing to IBD, is expected to create a new binding site for the SP1 transcription factor.

En production animale, notamment dans les filières bovines, il est dun intérêt économique daugmenter la quantité dhormone de croissance dans la circulation sanguine. La ghréline est un peptide principalement produit au niveau de la paroi stomacale. Ce ligand endogène au GHSR stimule la sécrétion hypophysaire de lhormone de croissance. Peptide orexigène, la ghréline est impliquée dans les mécanismes relatifs au maintien de lhoméostasie énergétique. Dans loptique daméliorer les performances animales, deux approches de la ghréline ont été effectuées. La première approche consiste en létude des gènes bovins codant pour la ghréline (bGHRL) et son récepteur (bGHSR). Ces deux gènes ont été respectivement localisés sur BTA 22 et BTA 1. Quatorze polymorphismes ont été détectés sur ces deux gènes et trois dentre eux affectent la structure primaire du GHSR bovin. Des associations, à différents niveaux de signification, entre certains de ces 14 sites polymorphiques et des traits de production et de conformation ont été mis en évidence au sein dun groupe de 127 taureaux Holstein sur base de leurs descendances directes présentes en Région Wallonne. La seconde approche aborde les effets dune immunisation passive contre la ghréline sur des rats mâles en croissance en comparaison à celles contre la leptine et la cholécystokinine. Lors dune alimentation équilibrée, le traitement envers la ghréline sur ces rats na pas influencé la croissance et lingestion par rapport aux animaux témoins. Des effets ont été observés entre les différentes immunomodulations au niveau des paramètres de croissance, dingestion et endocrinologiques. Les présents résultats invitent à de nouvelles investigations des gènes bGHRL et bGHSR sur des données relatives à dautres populations/races bovines et de limmunomodulation de la ghréline lors de conditions dexpérimentation différentes (alimentation déséquilibrée, stade physiologique, espèce, etc.). Ces investigations pourraient être valorisées en sélection et production animale mais également en médecine tant humaine que vétérinaire.

Plus de 170 millions d'individus sont infectés par le VHC dans le monde et 37 millions par le VIH. La coinfection VIH/VHC est fréquente et représente un élément clé de la prise en charge des patients infectés par le VIH. Depuis l'arrivée des HAART, les maladies du foie sont devenues la cause principale de mortalité chez les patients coinfectés VIH/VHC. L'évolution naturelle et le pronostic de l'hépatite C sont plus sévères en cas de coinfection par le VIH du fait d'une fibrose accélérée et d'une évolution rapide vers la cirrhose et ses complications. Certains facteurs accélérant la fibrose hépatique sont clairs aujourd'hui comme: l'absence de recours au traitement anti-VHC, la réplication active du VHC et la consommation excessive d'alcool. De plus, il existe de plus en plus de preuves que les variants génétiques contribuent à la fibrose hépatique chez les patients monoinfectés par le VHC, mais cet aspect a été peu étudié dans la coinfection VIH/VHC.Durant ma thèse, j'ai eu accès aux données d'un échantillon de 494 patients coinfectés génotypés issu de la cohorte ANRS CO13 HEPAVIH. L'histoire naturelle du VIH et du VHC y est renseignée de manière très détaillée et le suivi clinique des patients permet d'avoir des informations précises sur l'état de fibrose hépatique. J'ai pu alors réaliser deux études d'association « génome-entier » pour identifier des polymorphismes associés à la sévérité de la fibrose à l'aide de données complètes de 292 patients. La première étude a mis en évidence une association entre la quantification de l'élasticité hépatique par Fibroscan® et un locus, également répliqué dans la monoinfection par le VHC. Cette association a permis d'identifier deux gènes impliqués dans des mécanismes de maintien de structure et de signalisation cellulaire (CAV3) mais aussi dans la réplication du VHC (RAD18). La seconde étude a identifié deux associations significatives en comparant deux groupes de scores METAVIR (F0F1F2 vs F3F4), en particulier dans le gène CTNND2 qui est impliqué dans un réseau d'interaction associé à des mécanismes moléculaires lié à des maladies hépatiques.Ces deux études sont en cours de publication dans des revues scientifiques internationales à comité de lecture. Ces nouvelles perspectives dans la compréhension des mécanismes de fibrose dans le contexte de la coinfection VIH/VHC pourraient aider à l'identification de nouvelles cibles pour la création de médicaments ou de tests diagnostiques afin d'améliorer les soins des patients. / Over 170 million people worldwide are infected by HCV and 37 million by HIV. Both viruses share the same modes of transmission, and HIV/HCV coinfection is common and represents a key element in the management of patients infected with HIV. Since the appearance of HAART, liver diseases have become the leading cause of death in HIV/HCV coinfected patients. The natural history and prognosis of hepatitis C are more severe in case of coinfection with HIV due to accelerated rate of fibrosis progression and rapid progression to cirrhosis and its complications. Factors accelerating liver fibrosis are known today such as the lack of recourse to anti-HCV treatment, active HCV replication and excessive alcohol consumption. There is increasing evidence that genetic variants contribute to liver fibrosis in HCV monoinfection, but this aspect has been little studied in HIV/HCV coinfection.I have exploited the genotype information from 494 coinfected patients from the cohort ANRS CO13 HEPAVIH. These patients are very-well documented regarding the history of their HIV/HCV infection and are very carefully followed-up, especially regarding the status of liver fibrosis. I have performed two genome-wide association studies to identify polymorphisms associated with the severity of fibrosis from complete data of 292 patients. The first study has dealt with the quantification of liver stiffness by Fibroscan® and an association with the 3p25 region has been identified, also replicated in monoinfection HCV. Two genes involved in cell signaling and structure of holding mechanisms (CAV3) but also in HCV replication (RAD18) appear as good candidates. The second study has unraveled two significant associations by comparing the METAVIR score group (F0F1F2 vs F3F4), especially in the CTNND2 gene implicated in a network of interactions with molecular mechanisms involved in liver diseases.These results are under publications in peer-review international scientific journals. These new insights into the molecular mechanisms of liver fibrosis in patients with HIV/HCV co- infection may help to define new targets for drug development or new diagnostic tests, to improve patient care.