La présente thèse par articles aborde différentes facettes du dépistage prénatal de certaines aneuploïdies au premier trimestre de la grossesse. L’introduction retrace l’historique du dépistage prénatal et énonce les différents marqueurs biochimiques et échographiques associés aux aneuploïdies. La première publication démontre que le tabagisme maternel abaisse significativement les niveaux sanguins maternels de PAPP-A et de la fraction libre de la β-hCG et augmente significativement la clarté nucale, confirmant la nécessité de contrôler cette co-variable dans le calcul de risque final, du moins pour la trisomie 18. Le deuxième article identifie des seuils de clarté nucale au-delà desquels la biochimie génétique n’apporte aucune valeur additionnelle au dépistage prénatal de la trisomie 21 et de la trisomie 18. Pour les fœtus avec clarté nucale supérieure aux seuils établis, un diagnostic prénatal intrusif devrait être offert sans délai. Le troisième et dernier article porte sur la première détermination des niveaux plasmatiques maternels de la protéine FLRG (follistatin-related gene) au premier trimestre de grossesse et sur son rôle potentiel à titre de marqueur biochimique dans le dépistage prénatal de la trisomie 21. Bien que détectables, les niveaux plasmatiques maternels de FLRG ne sont pas significativement altérés en présence de fœtus avec syndrome de Down. Dans la discussion générale, les trois articles sont abordés sous un angle plus spécifique au Québec. Des données complémentaires et originales y sont présentées. Une discussion sur l’évolution future du dépistage prénatal est entamée et des axes de recherche sont proposés. / In this thesis by articles, we explore different facets of first trimester prenatal screening of aneuploidy. Introduction retraces the origin of prenatal screening and enunciates current biochemical and ultrasound markers associated with aneuploidy. In the first article, impact of maternal smoking on first-trimester prenatal screening results is assessed for Down syndrome and trisomy 18. Both maternal blood levels of PAPP-A and free β-hCG are significantly decreased by maternal smoking while fetal nuchal translucency (NT) thickness is significantly increased. Without adjustment, this results in an increase of false positives, at least for trisomy 18. Based on these results, adjustment for smoking should be mandatory in first-trimester prenatal screening. In the second article, we identify NT threshold values above which biochemical screening provides no additional benefit. In pregnancies in which NT is above the proposed upper cut-offs, invasive prenatal screening should be offered without undue delay. In the third and last article, maternal plasma levels of follistatin- related gene protein (FLRG) are determined for the first time in first trimester of pregnancy. Its potential role as a new marker for Down syndrome is assessed. Although FLRG can be successfully detected in maternal plasma, its levels are not significantly altered by the presence of Down syndrome fetuses. In the general discussion, articles are mainly addressed under a Quebec standpoint. Additional and complementary original data are presented and different clinical research avenues are proposed.

La présente thèse par articles aborde différentes facettes du dépistage prénatal de certaines aneuploïdies au premier trimestre de la grossesse. L’introduction retrace l’historique du dépistage prénatal et énonce les différents marqueurs biochimiques et échographiques associés aux aneuploïdies. La première publication démontre que le tabagisme maternel abaisse significativement les niveaux sanguins maternels de PAPP-A et de la fraction libre de la β-hCG et augmente significativement la clarté nucale, confirmant la nécessité de contrôler cette co-variable dans le calcul de risque final, du moins pour la trisomie 18. Le deuxième article identifie des seuils de clarté nucale au-delà desquels la biochimie génétique n’apporte aucune valeur additionnelle au dépistage prénatal de la trisomie 21 et de la trisomie 18. Pour les fœtus avec clarté nucale supérieure aux seuils établis, un diagnostic prénatal intrusif devrait être offert sans délai. Le troisième et dernier article porte sur la première détermination des niveaux plasmatiques maternels de la protéine FLRG (follistatin-related gene) au premier trimestre de grossesse et sur son rôle potentiel à titre de marqueur biochimique dans le dépistage prénatal de la trisomie 21. Bien que détectables, les niveaux plasmatiques maternels de FLRG ne sont pas significativement altérés en présence de fœtus avec syndrome de Down. Dans la discussion générale, les trois articles sont abordés sous un angle plus spécifique au Québec. Des données complémentaires et originales y sont présentées. Une discussion sur l’évolution future du dépistage prénatal est entamée et des axes de recherche sont proposés. / In this thesis by articles, we explore different facets of first trimester prenatal screening of aneuploidy. Introduction retraces the origin of prenatal screening and enunciates current biochemical and ultrasound markers associated with aneuploidy. In the first article, impact of maternal smoking on first-trimester prenatal screening results is assessed for Down syndrome and trisomy 18. Both maternal blood levels of PAPP-A and free β-hCG are significantly decreased by maternal smoking while fetal nuchal translucency (NT) thickness is significantly increased. Without adjustment, this results in an increase of false positives, at least for trisomy 18. Based on these results, adjustment for smoking should be mandatory in first-trimester prenatal screening. In the second article, we identify NT threshold values above which biochemical screening provides no additional benefit. In pregnancies in which NT is above the proposed upper cut-offs, invasive prenatal screening should be offered without undue delay. In the third and last article, maternal plasma levels of follistatin- related gene protein (FLRG) are determined for the first time in first trimester of pregnancy. Its potential role as a new marker for Down syndrome is assessed. Although FLRG can be successfully detected in maternal plasma, its levels are not significantly altered by the presence of Down syndrome fetuses. In the general discussion, articles are mainly addressed under a Quebec standpoint. Additional and complementary original data are presented and different clinical research avenues are proposed.

Abstract The purpose of this study was to evaluate extended first trimester screening for severe chromosomal disorders and adverse pregnancy outcomes in singleton pregnancies among the general population in Finland. Maternal serum biochemical markers, pregnancy associated plasma protein-A (PAPP-A) and free beta human chorionic gonadotropin (fβ-hCG), and fetal nuchal translucency (NT) thickness were measured during the gestational weeks 8+0–13+6. A computerized risk figure program was used to calculate an individual risk figure for chromosomal disorders. It was investigated whether the screening parameter, PAPP-A, is associated with adverse pregnancy outcomes. The prevalence of Down syndrome (DS) cases in Finland during the years 2002–2006 was 1:364 (N=795). The proportion of women aged 35 years or older increased from 5–10% in the years 1980–1990 to 19.1% during the study period. Most DS cases (61.1%) presented in that age group. The first trimester combined screening for Down syndrome yielded a detection rate (DR) of 81.9% for a 4.3% false positive rate (FPR). The performance was evaluated among 76949 voluntary women during the study period of 01.05.2002–31.12.2008. There were 188 cases of DS. The screening worked better among the older women. The number of invasive procedures needed to detect one case of DS was higher among the younger women. Adding specific algorithms for screening of other chromosomal abnormalities yielded DR of 74.0% for trisomy 18 (T18) and 54.5% for trisomy 13 (T13) with an additional increase of 0.3% FPR. For chromosomal abnormalities other than T18 and T13, the specific algorithms did not improve the screening performance. Low first trimester maternal serum levels of PAPP-A (≤0.30 MoM) were significantly associated with small for gestational age (SGA) newborns and stillbirths (SBs). The combined screening method for DS works well in practice and has been standardized in Finland. In screening for trisomies 18 and 13 a specific algorithm is reasonable. Low first trimester levels of PAPP-A could be used as an independent marker for pregnancies at high risk for SGA babies and SBs. / Tiivistelmä Tutkimuksen tarkoituksena oli arvioida laajennetun ensimmäisen raskauskolmanneksen kromosomipoikkeavuuksien seulonnan toimivuutta yksisikiöisissä raskauksissa suomalaisessa normaaliväestössä. Äidin seerumin biokemialliset merkkiaineet, raskauteen liittyvä valkuaisaine A (PAPP-A) ja raskaushormoni (fβ-hCG) sekä sikiön niskaturvotus mitattiin raskausviikoilla 8+0–13+6. Yksilöllinen riskiluku kromosomipoikkeavuuksille laskettiin käyttäen tietokoneen riskinlaskentaohjelmaa. Seulonnan merkkiaineen, PAPP-A:n, matalien pitoisuuksien yhteyttä epäsuotuisiin raskauden lopputuloksiin tutkittiin. Downin oireyhtymän esiintyvyys Suomessa oli 1:364 (N=795) vuosina 2002–2006. 35-vuotiaiden tai sitä vanhempien naisten osuus oli tutkimusaikana 19.1 %, mikä on huomattavasti suurempi kuin vuosien 1980–1990: 5–10 %. Näiden naisten sikiöiden joukosta löytyi suurin osa Down oireyhtymistä (61.1 %). Ensimmäisen raskauskolmanneksen yhdistelmäseulonnan toimivuutta tutkittiin aikana 01.05.2002–31.12.2008. Tutkimukseen osallistui 76 949 vapaaehtoista naista. Joukossa oli 188 Downin oireyhtymätapausta. Seulonnan herkkyys Downin oireyhtymälle oli 81.9 % ja tarkkuus 4.3 %. Seulonta toimi parhaiten vanhempien naisten joukossa. Niiden kajoavien toimenpiteiden määrä, jotka tarvittiin yhden Down-sikiön löytämiseksi, oli suurempi nuorten naisten joukossa. Tutkimuksessa Downin oireyhtymän algoritmiin lisättiin spesifiset algoritmit trisomioille 18 ja 13, jolloin saavutettiin 74.0 %:n herkkyys trisomialle 18 ja 54.5 %:n herkkyys trisomialle 13. Väärien positiivisten seulontatulosten määrä kasvoi 0.3  %:n verran. Seulonnan toimivuus muiden kromosomipoikkeavuuksien joukossa ei parantunut spesifisten algoritmien avulla. Lisäksi matalan PAPP-A-pitoisuuden yhteys pienipainoisuuten ja kuolleena syntyneisyyteen oli tilastollisesti merkittävä. Tutkimus osoitti, että esimmäisen raskauskolmanneksen yhdistelmäseulonta toimii hyvin käytännössä. Trisomioiden 18 ja 13 seulonnassa spesifisten algoritmien käyttö on järkevää. Matalaa ensimmäisen raskauskolmanneksen PAPP-A-arvoa voitaisiin käyttää itsenäisenä riskimerkkiaineena raskauksille, joissa pienipainoisuuden ja kuolleena syntymisen riski on kohonnut.