Quatre études de liaison génome entier ont mis en évidence une région commune de5,6 Mb dans la région du chromosome 5q15 liée à des traits associés à l’obésité, cette région incluant le gène de la prohormone convertase 1 (PCSK1). Une mutation Pc1 chez la souris a été associée à l’obésité, l’hyperphagie et à une augmentation de l’efficacité du métabolisme. La déficience complète en PCSK1 a été associée à une forme récessive rare d’obésité chezl’homme, et depuis 1997 seuls trois patients présentant cette déficience ont été décrits dans la littérature. Les porteurs de mutations délétères PCSK1 présentent des phénotypes sévères,incluant l’obésité, des hypoglycémies post-prandiales et des problèmes intestinaux ethormonaux. Contrairement aux observations faites chez la souris, les membres des famillesporteurs hétérozygotes ont été considérés comme cliniquement sains. Toutes ces études ontdésigné PCSK1 comme un gène candidat important pour l’obésité.Dans un premier temps, la contribution du gène PCSK1 au risque d’obésitépolygénique a été évaluée chez 13,659 individus d’origine européenne issus de huit cohortescas contrôles ou familiales indépendantes. Neuf variants fréquents couvrant 92% de lavariabilité génétique du locus ont été génotypés. Les méta-analyses des huit études pour levariant commun rs6232 et pour le cluster rs6234-rs6235 ont montré une associationreproductible avec l’obésité chez l’adulte et chez l’enfant (P=7.27x10-8 et P=2.31x10-12respectivement). Le rs6232 était associé à une augmentation du risque d’obésité de 34%, alorsque le cluster rs6234-rs6235 augmentait le risque d’obésité de 22%. Les analysesfonctionnelles ont montré une diminution significative de 10,4% de l’activité catalytique de laprotéine PC1/3 pour le N221D, et une diminution non significative de l’activité catalytique dela protéine PC1/3 pour le cluster Q665E/S690T.L’implication du gène PCSK1 dans l’obésité monogénique a ensuite été entreprise parle séquençage des exons de PCSK1 chez 845 sujets obèses non-consanguins d’origineeuropéenne,. Huit nouvelles mutations non-synonymes ont été identifiées. L’étude des conséquences fonctionnelles des mutations détectées sur la protéine PC1/3 a montré que62.5% de ces mutations détectées étaient prédites délétères par les analyses in silico et 87.5%de ces mutations avaient un effet sur l’auto-activation ou sur l’activité enzymatique de PC1/3in vitro. Dans le but d’estimer le degré de pénétrance pour ces sept mutations pathogéniques,6,060 obèses et 6,274 sujets minces ont été génotypés, démontrant un enrichissement par sixde ces mutations PCSK1 chez les sujets obèses (P=0.007). Cette étude a mis en évidence pourla première fois une augmentation du risque d’obésité chez les porteurs hétérozygotes de mutations perte de fonction du gène PCSK1, confirmant un mode de transmission codominantde l’obésité avec une pénétrance incomplète. La pénétrance de l’obésité a été105estimée à 54.5% pour les porteurs hétérozygotes de mutations délétères PCSK1. Unedéficience partielle en PCSK1 pourrait expliquer environ 0.83% des formes extrêmesd’obésité et représenter la seconde forme la plus fréquente d’obésité monogénique après ladficience en MC4R.Pour conclure, en plus des formes syndromiques très rares d’obésité dues à unedéficience complète en PCSK1, ce travail a permis de démontrer le rôle des variants codantsfréquents non-synonymes dans le risque d’obésité, ainsi que l’importance longtempsinsoupçonné d’une déficience partielle en PCSK1 dans les formes monogéniques d’obésité. / Four whole genome studies basing on positional cloning approach revealed a region ofchromosome 5q linked to traits related to obesity, this region contained the gene coding forthe prohormone convertase 1 named PCSK1. Pc1 mutation in mice has been associated withobesity, hyperphagia and increased metabolic efficiency. In human, PCSK1 deficiency is amonogenic form of obesity. The first case of complete PCSK1 deficiency has been identifiedin 1997 and since two other cases were discovered. Deleterious PCSK1 mutations carrierswere either homozygous or compound heterozygous and presented severe phenotypes, such asobesity, intestinal troubles and endocrine disorders. Surprisingly, the family members whowere heterozygous for these mutations appeared clinically unaffected. Overall of these studieshighlighted PCSK1 as a candidate gene for obesity.We have therefore decided to assess the contribution of PCSK1 gene to polygenicobesity risk. To assess the contribution of PCSK1 to polygenic obesity risk, we genotyped tagsingle nucleotide polymorphisms in a total of 13,659 European individuals from eightindependent case-control or family-based cohorts. The non-synonymous variants rs6232,encoding N221D, and cluster rs6234-rs6235, encoding the Q665E-S690T pair, wereconsistently associated with obesity in adults and children (P=7.27 x 10-8 and P=2.31 x 10-12,respectively). Functional analysis revealed a significant impairment of the N221D mutant onPC1/3 protein catalytic activity.In continuity of this study we decided to assess the involvement of PCSK1 gene inmonogenic obesity, knowing that only three cases of complete PCSK1 deficiency have beenreported up to now. The objectives of this study were to evaluate the prevalence of rarePCSK1 mutations contributing to human obesity and to investigate the mode of inheritance ofobesity in the context of PCSK1 deficiency. We sequenced exons of the PCSK1 gene in 845non-consanguineous extremely obese subjects of European origin and we identified eightnovel PCSK1 non-synonymous mutations in eight carriers, all heterozygous. Wecharacterized the functional consequences of the detected mutations on PC1/3 protein and wefound that 62.5% of mutations detected were predicted to be deleterious in silico and werevealed that 87.5% of mutations had an effect on the autoactivation or on the enzymaticactivity of PC1/3 in vitro. In order to estimate the degree of penetrance for the sevenpathogenic mutations, we genotyped 6,060 obese and 6,274 lean subjects. We assessed a 6-fold enrichment of these PCSK1 mutations in obese subjects (P = 0.007). We provided thefirst evidence of an increased obesity risk in heterozygous carriers of loss of functionmutations in PCSK1 gene, confirming a co-dominant mode of transmission of obesity withincomplete penetrance for this gene. The penetrance of obesity was estimated to 54.5% for108heterozygous carriers of deleterious PCSK1 mutations. Partial PCSK1 deficiency mightexplain ~ 0.83% of extreme obesity.To conclude, in addition of the syndromic forms of obesity due to a complete PCSK1deficiency, we provided the strong evidence of the contribution of common non-synonymousvariants in obesity risk and we highlighted that a partial PCSK1 deficiency is associated withan increased risk of obesity.

Quatre études de liaison génome entier ont mis en évidence une région commune de5,6 Mb dans la région du chromosome 5q15 liée à des traits associés à l'obésité, cette région incluant le gène de la prohormone convertase 1 (PCSK1). Une mutation Pc1 chez la souris a été associée à l'obésité, l'hyperphagie et à une augmentation de l'efficacité du métabolisme. La déficience complète en PCSK1 a été associée à une forme récessive rare d'obésité chezl'homme, et depuis 1997 seuls trois patients présentant cette déficience ont été décrits dans la littérature. Les porteurs de mutations délétères PCSK1 présentent des phénotypes sévères,incluant l'obésité, des hypoglycémies post-prandiales et des problèmes intestinaux ethormonaux. Contrairement aux observations faites chez la souris, les membres des famillesporteurs hétérozygotes ont été considérés comme cliniquement sains. Toutes ces études ontdésigné PCSK1 comme un gène candidat important pour l'obésité.Dans un premier temps, la contribution du gène PCSK1 au risque d'obésitépolygénique a été évaluée chez 13,659 individus d'origine européenne issus de huit cohortescas contrôles ou familiales indépendantes. Neuf variants fréquents couvrant 92% de lavariabilité génétique du locus ont été génotypés. Les méta-analyses des huit études pour levariant commun rs6232 et pour le cluster rs6234-rs6235 ont montré une associationreproductible avec l'obésité chez l'adulte et chez l'enfant (P=7.27x10-8 et P=2.31x10-12respectivement). Le rs6232 était associé à une augmentation du risque d'obésité de 34%, alorsque le cluster rs6234-rs6235 augmentait le risque d'obésité de 22%. Les analysesfonctionnelles ont montré une diminution significative de 10,4% de l'activité catalytique de laprotéine PC1/3 pour le N221D, et une diminution non significative de l'activité catalytique dela protéine PC1/3 pour le cluster Q665E/S690T.L'implication du gène PCSK1 dans l'obésité monogénique a ensuite été entreprise parle séquençage des exons de PCSK1 chez 845 sujets obèses non-consanguins d'origineeuropéenne,. Huit nouvelles mutations non-synonymes ont été identifiées. L'étude des conséquences fonctionnelles des mutations détectées sur la protéine PC1/3 a montré que62.5% de ces mutations détectées étaient prédites délétères par les analyses in silico et 87.5%de ces mutations avaient un effet sur l'auto-activation ou sur l'activité enzymatique de PC1/3in vitro. Dans le but d'estimer le degré de pénétrance pour ces sept mutations pathogéniques,6,060 obèses et 6,274 sujets minces ont été génotypés, démontrant un enrichissement par sixde ces mutations PCSK1 chez les sujets obèses (P=0.007). Cette étude a mis en évidence pourla première fois une augmentation du risque d'obésité chez les porteurs hétérozygotes de mutations perte de fonction du gène PCSK1, confirmant un mode de transmission codominantde l'obésité avec une pénétrance incomplète. La pénétrance de l'obésité a été105estimée à 54.5% pour les porteurs hétérozygotes de mutations délétères PCSK1. Unedéficience partielle en PCSK1 pourrait expliquer environ 0.83% des formes extrêmesd'obésité et représenter la seconde forme la plus fréquente d'obésité monogénique après ladficience en MC4R.Pour conclure, en plus des formes syndromiques très rares d'obésité dues à unedéficience complète en PCSK1, ce travail a permis de démontrer le rôle des variants codantsfréquents non-synonymes dans le risque d'obésité, ainsi que l'importance longtempsinsoupçonné d'une déficience partielle en PCSK1 dans les formes monogéniques d'obésité.

La génétique, et par extension le séquençage de l’ADN, sont des outils qui ont transformé la compréhension des mécanismes impliqués dans la survenue de nombreuses pathologies, dont l’obésité. Les technologies aujourd’hui à notre disposition nous permettent de déterminer rapidement si un patient est ou non porteur d’un évènement génétique pouvant expliquer sa pathologie. L’une des techniques les plus utilisées en diagnostic aujourd’hui est le séquençage d’exome, ou WES, qui permet une excellente détection des mutations ponctuelles dans les régions codantes du génome. Mais d’autres évènements comme les copy number variants, ou CNV, peuvent également expliquer certaines pathologies, dont l’obésité, via entre autres les CNV de la région 16p11.2. Actuellement, la technique de référence pour la détection de ces copy number variants est l’analyse de puces CGH (Comparative Genomic Hybridization), mais celles-ci ne permettent pas de détecter des mutations non répertoriées au préalable lors de la création de la puce. Sur le principe, le séquençage d’exome peut lui aussi être utilisé pour détecter les CNV, mais son absence de couverture des régions non codantes du génome ne permet pas une détection efficace de ces CNV, car ceux-ci peuvent survenir sur l’ensemble du génome, en englobant des régions codantes et non codantes au sein d’un seul évènement. Le séquençage génome complet peut détecter ces deux types d’évènement, mais son cout est encore élevé ce qui freine sa démocratisation, et l’analyse de données associées nécessite d’importantes ressources informatiques, et le rend difficilement utilisable en diagnostic de routine en l’état actuel des choses. Il est donc pour l’instant nécessaire d’avoir recours à deux techniques différentes pour couvrir ces deux types d’évènements génétiques. Cela implique d’utiliser des échantillons parfois très précieux à deux reprises, de supporter les couts liés à deux techniques diagnostiques (d’environ 450 euros pour le séquençage d’exome au laboratoire et un cout un peu plus élevé pour une puce à ADN dans un laboratoire clinique), et d’allonger les temps de rendu de résultats et donc la durée d’établissement du diagnostic du patient. Cet état de fait nous a conduit à développer une technique de séquençage, que nous avons nommé CoDE-seq (Copy number variation Detection and Exome sequencing), et qui permettra la détection simultanée de ces deux types d’évènements, pour diminuer les temps d’établissement de diagnostics, leurs couts, et la quantité d’échantillon nécessaire. Ce travail a nécessité deux aspects : la mise au point technique et la mise au point analytique. La mise au point technique est passée par la création d’une nouvelle « capture », permettant une détection correcte des mutations ponctuelles de l’exome et des CNV de tout le génome. La mise au point analytique a consisté à définir la méthode à employer, et à permettre d’arriver à une détection fiable, à la fois sensible et spécifique, des CNV sur l’ensemble du génome. Une fois ces CNV identifiés, la question de leur signification fonctionnelle se pose également, et une seconde partie de ma thèse porte sur l’étude de cette signification fonctionnelle, via l’étude de la conformation spaciale de la chromatine et de l’influence des CNV sur celle-ci. / Genetics, and by extention DNA sequencing, are tools that have modified the understanding of the mechanisms involved in genetic diseases, like obesity. Today’s technology has allowed us to rapidly find if a patient carries a genetic event that may explain his/her pathology. One of the most used technology for diagnostic is exome sequencing, or WES, which enables an excellent detection of point mutations in coding regions of the genome. However other events, such as copy number variations, or CNV, can also explain some pathologies, like a severe form of obesity due to CNV in the chr16p11.2 region. Actually, the gold standard method for an accurate detection of CNV is array CGH, but this technology cannot detect new point mutations. Exome sequencing can be used to detect CNV, but the lack of coverage in non-coding regions limits CNV detection sensitivity. Of note, whole genome sequencing can detect both CNVs and point mutations, but it is still very expensive and needs huge informatics capacities, which is an obvious limitation for a routine diagnostic use.For now, we have had to use two different methods in order to accurately detect both CNVs and point mutations. In other words, we have had to use precious samples two times, to assume the cost of two different methods (which is nearly 450 euros in the laboratory for exome sequencing, and a bit more for array CGH in a clinical laboratory), and to consider the time of the realization of two different methods in order to achieve a complete diagnostic.In this context, we aimed to develop an innovative sequencing method, named CoDE-seq (Copy number variation Detection and Exome sequencing), which would allow us to simultaneously detect both CNVs and point mutations, in order to reduce the time of diagnostic, the cost, and the needed quantity of sample.This work included the method conception, and the data analysis steps. The method conception has been done through the creation of a new capture enabling the detection of point mutations in the exome, and CNVs all along the genome. Furthermore, the data analysis step included the choice of the bioinformatics methods to be used, in order to get a specific and sensitive CNV detection, all along the genome.We were also interested in the fonctional significance of identified CNV, and tried to decipher it by the study of chromatine spacial conformation and the influence of these CNV.