Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Cette thèse cherche à optimiser l’utilisation du génotypage et des scores de gravité dans la drépanocytose. L’aspect diagnostic génétique ne nous semblait pas poser problème jusqu’à ce que nous rencontrions un cas très atypique d’hétérozygotie A/S avec délétion en mosaïque du gène β-globine qui nous a conduits à réfléchir sur une nouvelle forme génétique potentielle de syndrome drépanocytaire majeur. Pour ce qui est des gènes modificateurs de drépanocytose, nous avons voulu faciliter leur l’accès en proposant, pour deux d’entre eux (haplotypes β-globine et G6PD), une méthode de génotypage rapide par HRM et/ou FRET. Notre travail a consisté ensuite en la validation d’un score de sévérité pédiatrique décrit initialement par Van den Tweel. De façon inattendue, les résultats nous ont amenés à nous interroger sur le rôle exact du génotype α-globine dans la drépanocytose avec un possible effet âge-dépendant. Enfin, nous avons étudié les fréquences alléliques des principaux polymorphismes influant sur l’activité des opiacés: une résistance pharmacologique (gènes OPRM1 et COMT) est apparue peu probable mais une proportion non négligeable de drépanocytaires pourrait avoir des génotypes ABCB1 et UGT2B7 défavorables à la biodisponibilité des opiacés / This work is submitted for a PhD thesis in the field of red cell haematology. Sickle cell disease (SCD) is a monogenic disorder under polygenic and environmental control. The aim of this work was to integrate genotyping results from patients' DNA into the determination of the disease severity scores. Through a large population of SCD patients, we have discovered an atypical case of βA / βS heterozygosity namely, a mosaicism deletion of the beta-globin gene. This represents a new SCD complex situation for molecular diagnosis. Further investigations have led to set up a new genotyping method by using HRM and/or FRET for the determination of two SCD modifiers (beta-globin haplotypes and G6PD deficiency). By using a paediatric severity score of the disease proposed by Van den Tweel, our results show that there is a possible age-dependent effect of the alpha-globin gene in the severity of SCD. Finally, we studied the allelic frequencies of the main opiate-related polymorphisms: a pharmacological resistance (OPRM1 and COMT genes) seemed unlikely but a quite important proportion of patients could have both an ABCB1 and a UGT2B7 genotype unfavorable for opiates bioavailability

Las enfermedades neurodegenerativas, como la enfermedad de Alzheimer (EA) y la enfermedad de Parkinson (EP), representan un grave problema de salud pública, sobre todo en los países occidentales, donde el envejecimiento creciente de la población augura un incremento sustancial de la prevalencia de estas patologías. A pesar de que ciertos tratamientos proporcionan una disminución de las manifestaciones clínicas, el avance del proceso neurodegenerativo es irreversible. La identificación de los mecanismos, como la interacción entre factores genéticos y medio-ambientales, implicados en la etiología y evolución de estas patologías es de importancia capital. En el presente trabajo de tesis se explora el papel de la metilación del ADN genómico y el mosaicismo genético en enfermedades neurodegenerativas. El análisis del perfil de metilación del ADN se realizó empleando dos arrays de metilación: “HumanMethylation” (27K y 450K, IlIumina), cuyas sondas distribuidas estratégicamente por todo el genoma, permiten detectar cuantitativamente el estado de mutilación de unos 27.000 y 450.000 dinucleótidos CpG, respectivamente. La comparación de un total de 60 individuos (28 con enfermedad de Alzheimer, 3 con enfermedad de Parkinson y 29 controles) ha permitido identificar el perfil de metilación del genoma de distintas áreas del sistema nervioso central (SNC) (corteza, amígdala, hipocampo, hipotálamo, protuberancia, sustancia negra y cerebelo), mostrando la existencia de un patrón diferencial entre hombres y mujeres, asociado a la inactivación del cromosoma X, un patrón independiente para cerebelo, y un patrón de metilación de un conjunto de dianas característico de los estadíos 3 y 4 de Braak de la EA. Asimismo, se observaron diferencias significativas de metilación (1.112 CpGs, p<0,0l) en el cerebelo asociadas a la EA, confirmando su implicación en la enfermedad. El análisis del mosaicismo somático del cerebro se realizó empleando el "SurePrint G3 human CGH array 400K" (Agilent). Tomando como área de referencia el cerebelo se detectaron ganancias o pérdidas de material genómico entre áreas del cerebro de un mismo individuo. Dos muestras de corteza, pertenecientes a dos controles, presentaron una ganancia de material genómico en el gen WWOX, mientras que tan solo una muestra mostró una ganancia de material genómico en el gen ADAM5P3A. La elevada frecuencia de variantes en el número de copia en WWOX y su posible implicación en EA llevó a genotipar un mayor número de individuos, aunque ninguno mostró mosaicismo somático. El análisis del estado de metilación de las sondas ubicadas en WWOX permitió observar una disminución significativa de la metilación entre pacientes y controles en 14 sondas (T-student, p<0,05), sugiriendo que la regulación epigenética de WWOX puede estar alterada en la EA. En conjunto, estos resultados muestran la alteración de los perfiles de mutilación del SNC en relación con la EA tardía (estadíos 3 y 4 de Braak). Principalmente, en una de las regiones cuya afectación patológica en la EA ha sido más controvertida, cerebelo. Es especialmente interesante remarcar que la aparición de las lesiones características de cerebelo tienen lugar en estadíos más avanzados, indicando la posibilidad de que la alteraciones epigenéticas observadas podrían corresponder a un evento prematuro en la progresión de la patología. / Neurodegenerative disorders, such as Alzheimer's disease (AD) and Parkinson's disease (PD), represent a major issue of public health in developing countries where the aging of the population is leading to a progressive increase of its prevalence rates. Currently, several therapeutic strategies help to palliate clinical symptoms, but the neurodegeneration is progressive and irreversible. Identification of underlying mechanisms leading to these disorders is essential to improve patient's life expectancy and quality. In this context, many efforts have been focused on identifying genetics and environment causes of these disorders with little success, highlighting the need to evaluate new mechanisms and factors involved. The present thesis project has explored the implication of new mechanisms, such as DNA methylation and somatic mosaicism in AD and PD. The analysis of DNA methylation was performed with a new methylation array technology: 'HumanMethylation' (27K and 450K, IlIumina), whose probes strategically distributed along the human genome, enables to quantify the methylation state of around 27,000 and 450,000 CpG sites, respectively. The pattern of methylation of 60 subjects (28 AD, 3 PD and 29 unaffected) with four to seven brain regions (cortex, amygdala, hippocampus, hypothalamus, pons, substantia nigra and cerebellum) has been assessed. The study has shown three ma in clusters depending on gender (female/male), brain area (cerebellum vs others) and disease stage (AD3 vs AD4). In addition, a' differential analysis performed in individual CpG sites proved the presence of significant differences associated to AD patient's cerebellum (1112 CpG sites, p<0.01). Somatic mosaicism analysis has been carried out with a 'SurePrint G3 human CGH array 400K' (Agilent) to detect intra-individual genomic gains and losses compared to cerebellum. A total of two cortex samples showed a genomic gain in the WWOX gene, whereas only one sample showed a gain on ADAM5P3A. WWOX has been considered as a potential candidate gene in previous AD studies, and was further analyzed in a larger cohort of human brain samples. Genotyping assays did not confirm the presence of new somatic mosaicism cases, but it was possible to determine the genotype distribution and compared data between samples. A significant hypomethylation of the WWOX promoter region was observed in AD patients compared to controls subjects (T-test, p<0.05) in 14 probes, suggesting a potential regulation of expression by methylation. Overall, these results highlight the implication of epigenetic mechanisms in neurodegenerative disorders, as AD. In particular, it is remarkable the specific pattern of methylation in the cerebellum in intermediate stages of AD, suggesting an overlap with early modifications, which could contribute to unraveling new mechanisms implicated in AD.

Le développement sexuel est un processus complexe qui dépend de nombreux gènes, une mutation pouvant entraîner un développement sexuel anormal. Par ailleurs, des anomalies chromosomiques peuvent avoir des répercussions importantes sur la détermination gonadique, surtout lorsqu'il s'agit du chromosome Y puisqu'il porte le gène clé du développement sexuel masculin. Premièrement, nous avons identifié par cytogénétique moléculaire le point de cassure chez 5 patients avec une translocation X;Y et 10 patients avec un chromosome Y isodicentrique. Nous avons ainsi démontré que certaines régions sont plus à risque d'être remaniées, notamment lorsqu'elles contiennent des palindromes ou d'autres séquences répétées. Nous avons également établi une relation entre la distance séparant le centromère et le point de cassure et l'instabilité des chromosomes Y isodicentriques lors des divisions cellulaires. Deuxièmement, nous avons étudié en cytogénétique les gonades de 22 patients avec un chromosome Y normal ou remanié et présentant un développement sexuel anormal. Nous avons mis en évidence la perte du chromosome Y remanié dans une majorité de cellules gonadiques des 10 patients étudiés, expliquant leur phénotype sexuel anormal. Cependant, chez 11 des 12 patients avec un chromosome Y normal, aucun mosaïcisme expliquant clairement leur détermination gonadique anormale n'a été retrouvé. Finalement, nous avons analysé par immunohistochimie les gonades dysgénésiques de 30 patients avec une anomalie du développement sexuel et un chromosome Y normal ou remanié. Nos travaux ont montré la présence de cellules germinales immatures au sein de cordons sexuels primitifs sous forme de tissu gonadique indifférencié dans 15 gonades, dont 9 ont évolué en tumeur gonadique. Dans 13 autres gonades, ces cellules germinales immatures avaient disparues par apoptose. Dans l'ensemble, notre recherche met en évidence la susceptibilité du chromosome Y à subir des remaniements et à être instable lors des divisions cellulaires, et indique que le mosaïcisme peut avoir des répercussions sur la détermination gonadique. Nos travaux montrent également que le tissu gonadique indifférencié peut évoluer vers deux entités, une tumeur gonadique ou une bandelette suite à l'apoptose des cellules germinales, mettant en lumière la nécessité d'analyser le tissu gonadique des patients XY avec dysgénésie gonadique dont les gonades sont laissées en place. / Sexual development is a complex process which depends on numerous genes, mutations possibly resulting in an abnormal sexual development. Furthermore, chromosome abnormalities can have important repercussions on gonadal determination, especially when it comes to the Y chromosome since it carries the master gene of male sexual development. First, we identified by molecular cytogenetics the breakpoint in 5 patients with an X;Y translocation and 10 patients with an isodicentric Y chromosome. We were thus able to show that some regions are more at risk of being rearranged, especially when they contain palindromes or other repeated sequences. We were also able to establish a relationship between the distance separating the centromere from the breakpoint and instability of isodicentric Y chromosomes during cell divisions. Second, we studied by cytogenetics the gonads of patients with a normal or rearranged Y chromosome and presenting an abnormal sexual development. We demonstrated loss of the rearranged Y chromosome in a majority of gonadal cells of the 10 analyzed patients, explaining their abnormal sexual phenotype. On the other hand, in 11 of the 12 patients with a normal Y chromosome, no mosaicism clearly explaining their abnormal gonadal determination was found. Finally, we also analyzed by immunohistochemistry the dysgenetic gonads of 30 patients with an abnormal sexual developement and a normal or rearranged Y chromosome. We showed the presence of immature germ cells in primitive sex cords as undifferentiated gonadal tissue in 15 gonads, including 9 that evolved in a gonadal tumor. In 13 other gonads, these immature germ cells had disappeared through apoptosis. Altogether, our research demonstrates that the Y chromosome is susceptible to rearrangements and can be unstable through cell divisions, and that mosaicism may have repercussions on gonadal determination. Our work also shows that undifferentiated gonadal tissue can evolve in two entities, a gonadal tumor or a streak following apoptosis of germ cells, thus emphasizing the necessity of studying the gonads of XY patients with gonadal dysgenesis when gonads are left in place.

Le développement sexuel est un processus complexe qui dépend de nombreux gènes, une mutation pouvant entraîner un développement sexuel anormal. Par ailleurs, des anomalies chromosomiques peuvent avoir des répercussions importantes sur la détermination gonadique, surtout lorsqu'il s'agit du chromosome Y puisqu'il porte le gène clé du développement sexuel masculin. Premièrement, nous avons identifié par cytogénétique moléculaire le point de cassure chez 5 patients avec une translocation X;Y et 10 patients avec un chromosome Y isodicentrique. Nous avons ainsi démontré que certaines régions sont plus à risque d'être remaniées, notamment lorsqu'elles contiennent des palindromes ou d'autres séquences répétées. Nous avons également établi une relation entre la distance séparant le centromère et le point de cassure et l'instabilité des chromosomes Y isodicentriques lors des divisions cellulaires. Deuxièmement, nous avons étudié en cytogénétique les gonades de 22 patients avec un chromosome Y normal ou remanié et présentant un développement sexuel anormal. Nous avons mis en évidence la perte du chromosome Y remanié dans une majorité de cellules gonadiques des 10 patients étudiés, expliquant leur phénotype sexuel anormal. Cependant, chez 11 des 12 patients avec un chromosome Y normal, aucun mosaïcisme expliquant clairement leur détermination gonadique anormale n'a été retrouvé. Finalement, nous avons analysé par immunohistochimie les gonades dysgénésiques de 30 patients avec une anomalie du développement sexuel et un chromosome Y normal ou remanié. Nos travaux ont montré la présence de cellules germinales immatures au sein de cordons sexuels primitifs sous forme de tissu gonadique indifférencié dans 15 gonades, dont 9 ont évolué en tumeur gonadique. Dans 13 autres gonades, ces cellules germinales immatures avaient disparues par apoptose. Dans l'ensemble, notre recherche met en évidence la susceptibilité du chromosome Y à subir des remaniements et à être instable lors des divisions cellulaires, et indique que le mosaïcisme peut avoir des répercussions sur la détermination gonadique. Nos travaux montrent également que le tissu gonadique indifférencié peut évoluer vers deux entités, une tumeur gonadique ou une bandelette suite à l'apoptose des cellules germinales, mettant en lumière la nécessité d'analyser le tissu gonadique des patients XY avec dysgénésie gonadique dont les gonades sont laissées en place. / Sexual development is a complex process which depends on numerous genes, mutations possibly resulting in an abnormal sexual development. Furthermore, chromosome abnormalities can have important repercussions on gonadal determination, especially when it comes to the Y chromosome since it carries the master gene of male sexual development. First, we identified by molecular cytogenetics the breakpoint in 5 patients with an X;Y translocation and 10 patients with an isodicentric Y chromosome. We were thus able to show that some regions are more at risk of being rearranged, especially when they contain palindromes or other repeated sequences. We were also able to establish a relationship between the distance separating the centromere from the breakpoint and instability of isodicentric Y chromosomes during cell divisions. Second, we studied by cytogenetics the gonads of patients with a normal or rearranged Y chromosome and presenting an abnormal sexual development. We demonstrated loss of the rearranged Y chromosome in a majority of gonadal cells of the 10 analyzed patients, explaining their abnormal sexual phenotype. On the other hand, in 11 of the 12 patients with a normal Y chromosome, no mosaicism clearly explaining their abnormal gonadal determination was found. Finally, we also analyzed by immunohistochemistry the dysgenetic gonads of 30 patients with an abnormal sexual developement and a normal or rearranged Y chromosome. We showed the presence of immature germ cells in primitive sex cords as undifferentiated gonadal tissue in 15 gonads, including 9 that evolved in a gonadal tumor. In 13 other gonads, these immature germ cells had disappeared through apoptosis. Altogether, our research demonstrates that the Y chromosome is susceptible to rearrangements and can be unstable through cell divisions, and that mosaicism may have repercussions on gonadal determination. Our work also shows that undifferentiated gonadal tissue can evolve in two entities, a gonadal tumor or a streak following apoptosis of germ cells, thus emphasizing the necessity of studying the gonads of XY patients with gonadal dysgenesis when gonads are left in place.