Les méthodes de cartographie fine sont des modèles qui estiment la position d'un allèle mutant pouvant causer une maladie dans un groupe d'individus. Le travail de Larribe et al. (2002, 2003), MapArg, n'a pas tenu compte des paramètres de pénétrance jusqu'à maintenant. Ce mémoire démontre les effets de ces paramètres, soit la pénétrance et la phénocopie, sur la performance de MapArg, dans des populations haploïdes. De plus, deux méthodes que nous avons développées seront ensuite incorporées à MapArg dans le but d'améliorer son efficacité si il y a pénétrance et/ou phénocopie. Les résultats démontrent que la phénocopie peut avoir une influence négative sur l'efficacité de MapArg. La pénétrance ne semble pas avoir d'effet majeur sur MapArg. La première méthode développée est un modèle simple qui n'apporte pas d'amélioration majeure de MapArg par rapport à ce même modèle sans ajustement. Par contre, cela procure un point de départ pour les développements futurs dans les populations diploïdes. La deuxieme méthode améliore l'efficacité de MapArg sous certaines conditions, en particulier, si la taille de l'échantillon est assez grande. La deuxieme méthode fonctionne également très bien pour les données réelles de la Fibrose Kystique (Kerem et al., 1989). ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Phénocopie, Pénétrance, Pénétrance incomplète, Cartographie fine.

Certaines maladies à âge de début variable sont dues à la présence de mutation(s) d'un gène. Pour ces maladies, l'estimation précise du risque cumulé d'être atteint à un certain âge chez les porteurs de la mutation (appelé fonction de pénétrance) permet une meilleure compréhension des mécanismes sous-jacents de la maladie et permet également de développer et d'améliorer des stratégies de prévention. L'estimation de la pénétrance se fait à partir de données familiales recensées sur certains critères plus ou moins complexes. Cependant, la plupart des études utilisent des méthodes d'estimation qui ne tiennent pas compte du biais que représente ce recensement, ce qui implique des fonctions de pénétrance fortement surestimées. Au cours de cette thèse, nous nous sommes intéressés au développement de méthodes d'estimation de la fonction de pénétrance corrigeant pour le recensement des familles. Dans un premier temps, nous avons étudié une méthode permettant d'estimer la pénétrance quel que soit le mode de recensement des familles. Nous nous sommes ensuite intéressés plus particulièrement au cas de familles recensées sur l'existence d'au moins un atteint par famille. Dans ce cadre, nous avons développé une méthode d'estimation, que nous avons appelée la PEL, et l'avons comparée à une méthode déjà existante, la méthode prospective. Nous avons montré que la PEL était moins biaisée que la méthode prospective. Nous avons ensuite appliqué ces méthodes à deux jeux de données, l'un portant sur des familles françaises et portugaises, atteintes de neuropathie amyloide héréditaire ; l'autre portant sur des familles atteintes de cancer du sein. Nous avons également mené une étude sur des familles suédoises atteintes de neuropathie amyloide héréditaire. La PEL est une méthode paramétrique basée sur un modèle de Weibull et nous avons montré qu'elle n'était pas adaptée lorsque la distribution des données s'éloignait fortement de ce modèle. Nous avons donc développé une méthode non-paramétrique, que nous avons appelée IDEAL, permettant l'estimation de la pénétrance en tenant compte du recensement des familles et l'avons comparée à la PEL. Nous avons montré que IDEAL était moins biaisée lorsque la loi des données était éloignée d'une loi de Weibul.

Le rétinoblastome est une tumeur rare qui touche la rétine du jeune enfant. L’inactivation bi-allélique du gène RB1 est à l’origine du développement tumoral. RB1 est le premier gène suppresseur de tumeur qui ait été identifié et la prédisposition au rétinoblastome constitue un véritable paradigme de la prédisposition aux cancers. Dans les formes non prédisposées génétiquement, les deux mutations apparaissent dans une cellule rétinienne unique ; le rétinoblastome est alors unilatéral. Dans les formes à prédisposition génétique, la première mutation est constitutionnelle et la deuxième est somatique. La mutation constitutionnelle est une néo-mutation pré- ou post- zygotique dans les formes sporadiques, alors qu’elle est héritée dans les formes familiales. Dans les formes avec prédisposition génétique, le diagnostic est plus précoce que dans les formes sans prédisposition et la bilatérisation du rétinoblastome est généralement la règle. Néanmoins, de rares familles présentent une pénétrance réduite et une variabilité phénotypique se traduisant par la coexistence de patients atteints de rétinoblastome bilatéral ou unilatéral, d’apparentés porteurs sains et d’apparentés présentant des rétinomes. Les mécanismes responsables de la variabilité phénotypique intrafamiliale sont inconnus et l’existence de facteurs génétiques modulant le phénotype tumoral est probable.L’origine de la variabilité de l’expression phénotypique du rétinoblastome peut être la résultante (i) de l’existence de mutations en mosaïque, (ii) de mutations de RB1 et (iii) de facteurs modificateurs génétiques indépendants du locus de RB1. Trois axes distincts et originaux basés sur ces origines possibles de variabilité phénotypique ont été développés pour caractériser les relations génotype/phénotype dans le rétinoblastome. Premièrement, les conséquences d’une mosaïque somatique ont été illustrées grâce à l’étude d’une famille ayant bénéficié de cinq diagnostics prénatals. Dans ces familles, certains fœtus porteurs de l’allèle à risque identifié par une approche indirecte basée sur l’étude de microsatellites au locus de RB1, n’étaient pas porteurs de la mutation du parent atteint, lui-même atteint d’un rétinoblastome bilatéral. Ainsi, nous avons démontré la présence d’une mosaïque somatique et gonadique chez ce parent lourdement atteint. La conséquence de l’existence de patients présentant une mosaïque dans le cadre du conseil génétique a été discutée. La suite de nos travaux a pris en compte ces résultats afin de limiter les biais que pourrait induire la présence de mutations en mosaïque dans des études de corrélation génotype/phénotype dans le rétinoblastome. Deuxièmement, l’association de grandes délétions emportant RB1 avec des retards psychomoteurs chez des patients atteints de rétinoblastome a été étudiée. Une approche de CGH hautement résolutive, ciblée sur le locus de RB1, a été mise en place afin de caractériser le rôle des gènes contigus de RB1 dans ce syndrome. Ainsi, cette approche a permis de définir une zone à risque de retard psychomoteur que nous proposons comme seuil d’alerte pour le généticien. Cette zone définit un gène, PCDH8 d’expression cérébrale exclusive, comme un excellent candidat au retard psychomoteur. Enfin, troisièmement, une approche « gène candidat » reposant sur l’étude du SNP309 du promoteur de MDM2, a été mise en œuvre. / Retinoblastoma is the most common intraocular childhood cancer and occurs when both alleles of the RB1 gene are inactivated in the retina. In patients without genetic predisposition, the two mutations occurred in a single unique retinal cell. In subjects with a genetic predisposition to retinoblastoma, the first RB1 mutation is found in the germline and the second appears as a somatic mutation. Germline carriers usually develop bilateral or multifocal tumors and the diagnosis is earlier. However, some rare families exhibit low penetrance and variable expressivity of the disease because bilaterally affected, unilaterally affected, and unaffected mutation carriers are known to coexist. The existence of genetic modifiers in retinoblastoma therefore appears highly probable and must be considered. The lack of penetrance and the variable expressivity could be the sum of three independent causes. The presence of a mosaic can affect the phenotype, the nature of the mutation can drive low penetrance and particular phenotype like psychomotor delay in case of large genomic deletions and genetic modifier factors could modulate the phenotype. These three major keys have been studied in order to highlight the relations between the phenotype and the genotype. Firstly, the consequences of mosaicism have been illustrated by a prenatal diagnosis concerning a couple with a bilateral retinoblastoma-affected male patient who requested five successive prenatal diagnoses and in whom RB1 mutation mosaicism had important implications. Implications of mosaicism in genetic counseling have been discussed and taken into consideration in order to limit bias in the two following genotype/phenotype studies. Secondly, the association between whole germline monoallelic deletions of the RB1 gene and psychomotor delay was studied by a high-resolution CGH array focusing on RB1 and its flanking region. Comparative analysis detected a four megabase critical interval including a candidate gene, protocadherin 8 (PCDH8). PCDH8 is thought to function in signaling pathways and cell adhesion in a central nervous system-specific manner, making loss of PCDH8 one of the probable causes of psychomotor delay in RB1-deleted patients. Thirdly, a candidate gene approach based on partners that are necessary for the development of the tumor attempted to find possible genetic modifiers. MDM2, which increases p53 and pRB catabolism, was therefore a prominent candidate. The minor allele of MDM2 that includes a 309T>G transversion (SNP rs2279744) in the MDM2 promoter is known to enhance MDM2 expression. In family-based association analyses performed in 70 retinoblastoma families, the MDM2 309G allele was found to be statistically significantly associated with incidence of bilateral or unilateral retinoblastoma among members of retinoblastoma families under a recessive model (Z = 3.305, two-sided exact P = .001). The strong association of this genotype with retinoblastoma development designates MDM2 as the first modifier gene to be identified among retinoblastoma patients

La porphyrie aiguë intermittente (PAI) est la plus fréquente des porphyries hépatiques aiguës. Elle est décrite comme une maladie autosomique dominante dont le trait génétique est estimé à 1/1675 en France avec une pénétrance faible et variable allant de 10% à 50% dans les familles connues de PAI. La PAI est due à des mutations réduisant le niveau d’activité de l’hydroxyméthylbilane-synthase (HMBS). Son déficit entraîne l’accumulation de précurseurs neurotoxiques responsables de la symptomatologie clinique. Dans le foie, la synthèse d’hème est contrôlée par l’enzyme ALA-Synthétase 1 (ALAS1) dont l’activité est régulée par un rétrocontrôle négatif par le produit final : l’hème. Le traitement consiste à freiner l’induction d’ALAS1 induit par la carence en hème, par l’administration d’hème exogène. Ce traitement de la crise aiguë est très efficace mais génère rapidement une dépendance physique avec apparition de crises récurrentes nécessitant l’administration chronique d’hème exogène. L’objectif principal de ce projet a été d’étudier les mécanismes physiopathologiques et génétiques liés à cette pathologie afin de traiter et conseiller au mieux les patients. Une partie du projet a consisté à explorer les facteurs génétiques modulateurs de la pénétrance de la maladie. Tout d’abord, une prévalence minimale du trait génétique dans la population générale a été estimée à 1/1299 permettant d’en déduire une pénétrance de l’ordre de 1% alors que celle dans les familles PAI suivies par le CFP est estimée à 22,9 %. Ensuite, concernant les facteurs pouvant expliquer cette différence, la présence d’une mutation type non-sens est plus fréquemment associée aux formes sévères et à une pénétrance plus élevée. De plus, les études de corrélation et d’héritabilité suggèrent plutôt une transmission de type oligogénique associée à des facteurs épigénétiques modulateurs de la pénétrance dont le facteur environnemental. Une autre partie a consisté à explorer les effets de l’administration d’hème exogène sur les patients et un modèle murin de PAI créé génétiquement. Chez l’homme, le traitement est associé à une augmentation des formes chroniques (1,7 % avant vs 7,5 % après l’introduction du celui-ci). Dans le modèle murin de PAI, les injections intrapéritonéales répétées induisent une augmentation paradoxale d’ALAS1 (3 fois), une augmentation de l’hème oxygénase 1 qui catabolise l’hème (HMOX1, 9 fois) ainsi que des voies de l’inflammation (analyse transcriptomique et protéomique hépatique) et une surcharge en fer. De plus, cette administration induit une altération des complexes de la chaine respiratoire mitochondriale responsable d’anomalies du métabolisme énergétique au niveau hépatique, cérébral et musculaire pouvant expliquer la symptomatologie neuroviscérale. En conclusion, ce travail a permis d’explorer les caractéristiques génétiques de la maladie (prévalence, pénétrance) en remettant en cause le mode de transmission autosomique dominant jusqu’ici admis, et d’explorer les mécanismes physiopathologiques associées à l’administration d’hème exogène faisant de cette thérapeutique un pharmakon / The biosynthesis of porphyrins is one of the most conserved pathways known. By associating different metals, porphyrins give rise to the "pigments of life". The formation of haem is accomplished by a sequence of eight dedicated enzymes encoded by different genes, some being active in ubiquitous as well as in erythroid isoforms. In humans, the genes for each of the haem synthetic enzymes may become the target of mutations that give rise to an impaired cellular enzyme activity called porphyrias. The acute porphyrias are characterized by attacks of neuropsychiatric symptoms, which may be due to a toxic surplus of the porphyrin precursor 5-aminolevulinic acid, or a consequence of a deficit of vital hemoproteins. Mutations of the gene encoding the third enzyme: hydroxymethylbilane synthase, are associated with the most frequent type of acute hepatic porphyria, acute intermittent porphyria. AIP is thought to display autosomal dominant inheritance with incomplete penetrance. In the classical form of AIP, HMBS activity is about 50% lower than normal in all tissues. These levels of activity in basal conditions are not sufficiently low to cause symptoms. However, factors increasing hepatic heme demand, resulting in an upregulation of hepatic aminolevulinate synthase (ALAS1, the first enzyme of the heme biosynthesis pathway), precipitate acute attacks. The treatment of the attack of AIP consists to repress ALAS1 and restores metabolic equilibrium. But this treatment leads side effects and dependency. The pathophysiological mechanism of the disease is partially known and difficult to explore because there is not an AIP model or prediction model of porphyrogenicity. We aimed to obtain further insight into the pathophysiological mechanism of AIP and into the genetic (prevalence and penetrance) of AIP, and the contribution of genetic factors to the variable clinical expression of HMBS mutations.We first calculated the penetrance of HMBS mutations in AIP patients seen at the French reference center for porphyria: 22.9%. We then used the Exome Variant Server (EVS) to estimate the prevalence of deleterious HMBS mutations in the general population: 1/1299; and the penetrance of the AIP genetic trait in France: 1%. Finally, we investigated further the genetic factors underlying the penetrance of AIP by analyzing genotype/phenotype correlations, and the pattern of familial correlations for the symptoms of the acute crises of AIP. Intrafamily correlation studies showed correlations to be strong overall and modulated by kinship and the era in which the person was living, demonstrating strong influences of genetic and environmental modifiers on inheritance suggesting that AIP inheritance does not follow the classical autosomal dominant model. Null alleles were associated with a more severe phenotype and a higher penetrance than for other mutant alleles.On the other hand, we explored the effect of heme administration. In human, the introduction of hemin into the pharmacopeia has coincided with a 4.4-fold increase in the prevalence of chronic patients. We show that repeated hemin infusions in mice trigger a high level heme oxygenase 1 response, induce a pro-oxidative iron accumulation, a complex pattern of liver inflammation with macrophage infiltration and an alteration of oxidative phosphorylation

L'hémochromatose HFE due à la mutation C282Y entraine une surcharge en fer progressive. La surmortalité se produit après 50ans. La saignée répétée est un traitement efficace de peu d'effets secondaires. Justifier le dépistage est discuté depuis 60ans et dépend de l'efficacité du traitement et de la pénétrance en fonction d'enjeux économiques et sociaux. Ce travail apporte des éléments tirés de la cohorte LOGIFER depuis 25ans au CHU de Rennes, composée de 1835 homozygotes consultants du CHU, issus d'enquêtes ciblées, référés au CNR ou parents. Les motifs de recrutement, le sexe et l'âge ont évolué. 2/3 des patients sont des probants dont la moitié issus de dépistage, d'une meilleure représentativité. Le sexe-ratio est de 1.2. Ils sont caractérisés par la mélanodermie et les hépatopathies. Les atteintes articulaires sont peu spécifiques. Les mesures classiques de la surcharge sont univoques, très hétérogène selon les individus, elle augmente au moins jusque 60ans. Les femmes stockent le fer lentement jusqu'à la ménopause. L'alcool et le syndrome métabolique aggravent la surcharge. L'alcool accélère le dépistage clinique. Le syndrome métabolique crée une surcharge modérée, les arthropathies associées concernent d'autres articulations. Environ 20% des troubles au diagnostic contribuent à la pénétrance. L'Iron removal index repose sur la quantité de fer ôté pour entretenir le statut martial. Il a 2 usages probablement valables pour d'autres hémochromatoses. Mesurer la vitesse d'absorption du fer propre à un patient, complétant le phénotype et donnant une vue dynamique du risque de surcharge au contraire des critères classiques. Fournir un cadre de pilotage des saignées. Le rythme de traitement est personnalisable et prévisible au diagnostic (âge, sexe, fibrose, objectif de ferritine, poids). Corollairement, l'évolution du statut martial sous saignées implique des explorations complémentaires. Les patients génotypés suivis 8.5ans pendant le traitement ont une mortalité de 5%. A 54ans, il n'y a pas de surmortalité après ajustement sur le sexe, le lieu et l'année de naissance. Il y a une mortalité hépatique significative surtout des cancers primaires (ICM=18). Ils décèdent dans les 5ans du diagnostic. Elle est compensée par une sous-mortalité ultérieure cardiaque ou par d'autres cancers. La durée de vie baisse pour les patients anciennement recrutés en partie due au diagnostic tardif et aux traitements adjuvants moins efficaces. L'âge au décès va de 64 à 68ans. L'effet des saignées n'est pas quantifiable mais milite pour le traitement précoce. Le prédicteur de cirrhose de Guyader s'adapte à la prédiction des fibroses (indice de Youden similaire). L'analyse discriminante prédit les stades METAVIR avec un contrôle de fiabilité. Ces équations sont les meilleurs prédicteurs parmi les index proposés par la littérature. Le développement des résultats passe par la mise en place d'études longitudinales entre 65 et 80ans et l'étude des pathologies non létales.

L'hémochromatose HFE due à la mutation C282Y entraine une surcharge en fer progressive. La surmortalité se produit après 50ans. La saignée répétée est un traitement efficace de peu d'effets secondaires. Justifier le dépistage est discuté depuis 60ans et dépend de l'efficacité du traitement et de la pénétrance en fonction d'enjeux économiques et sociaux. Ce travail apporte des éléments tirés de la cohorte LOGIFER depuis 25ans au CHU de Rennes, composée de 1835 homozygotes consultants du CHU, issus d'enquêtes ciblées, référés au CNR ou parents. Les motifs de recrutement, le sexe et l'âge ont évolué. 2/3 des patients sont des probants dont la moitié issus de dépistage, d'une meilleure représentativité. Le sexe-ratio est de 1.2. Ils sont caractérisés par la mélanodermie et les hépatopathies. Les atteintes articulaires sont peu spécifiques. Les mesures classiques de la surcharge sont univoques, très hétérogène selon les individus, elle augmente au moins jusque 60ans. Les femmes stockent le fer lentement jusqu'à la ménopause. L'alcool et le syndrome métabolique aggravent la surcharge. L'alcool accélère le dépistage clinique. Le syndrome métabolique crée une surcharge modérée, les arthropathies associées concernent d'autres articulations. Environ 20% des troubles au diagnostic contribuent à la pénétrance. L'Iron removal index repose sur la quantité de fer ôté pour entretenir le statut martial. Il a 2 usages probablement valables pour d'autres hémochromatoses. Mesurer la vitesse d'absorption du fer propre à un patient, complétant le phénotype et donnant une vue dynamique du risque de surcharge au contraire des critères classiques. Fournir un cadre de pilotage des saignées. Le rythme de traitement est personnalisable et prévisible au diagnostic (âge, sexe, fibrose, objectif de ferritine, poids). Corollairement, l'évolution du statut martial sous saignées implique des explorations complémentaires. Les patients génotypés suivis 8.5ans pendant le traitement ont une mortalité de 5%. A 54ans, il n'y a pas de surmortalité après ajustement sur le sexe, le lieu et l'année de naissance. Il y a une mortalité hépatique significative surtout des cancers primaires (ICM=18). Ils décèdent dans les 5ans du diagnostic. Elle est compensée par une sous-mortalité ultérieure cardiaque ou par d'autres cancers. La durée de vie baisse pour les patients anciennement recrutés en partie due au diagnostic tardif et aux traitements adjuvants moins efficaces. L'âge au décès va de 64 à 68ans. L'effet des saignées n'est pas quantifiable mais milite pour le traitement précoce. Le prédicteur de cirrhose de Guyader s'adapte à la prédiction des fibroses (indice de Youden similaire). L'analyse discriminante prédit les stades METAVIR avec un contrôle de fiabilité. Ces équations sont les meilleurs prédicteurs parmi les index proposés par la littérature. Le développement des résultats passe par la mise en place d'études longitudinales entre 65 et 80ans et l'étude des pathologies non létales. / Hemochromatosis due to the HFE mutation C282Y causes a progressive iron overload. The mortality occurs after 50 years. Repeated bleeding is an effective treatment with marginal side effects. The rationale for screening, debated for 60 years, depends on the penetrance and the effectiveness of treatment relatively to economic and social issues. This work provides evidence from cohort LOGIFER, 25 years old at the CHU of Rennes, composed of 1835 homozygous: consultants from CHU, from targeted surveys, referred to the NRC or related. The reasons for recruitment, gender and age have changed. 2/3 of patients are probants, half of them coming from screening, providing better representativity. The sex ratio was 1.2. They are characterized by skin pigmentation and liver disease. Joint involvement are nonspecific. Traditional measures of overload are unequivocal , highly heterogeneous among individuals and increases until at least 60 years. Women store iron slowly until menopause. Alcohol and metabolic syndrome worse overload. Alcohol accelerates the clinical discover. Metabolic syndrome creates a moderate overload, associated arthropathies involve other joints. Approximately 20% of clinical signs at diagnosis contribute to the penetrance. The Iron removal index is based on the amount of iron removed to maintain iron status . It has two usages probably valid for other hemochromatosis. Measuring the rate of absorption of iron for a specific patient, supplementing the phenotype and giving a dynamic view of the risk of overload unlike conventional criteria. Providing a framework for controlling the bleeding pattern. The processing rate is customizable and predictable at diagnosis (age, sex, fibrosis, ferritin target, weight). Con,sequently, changes in iron status during maintaining treatment involves complementary explorations. Genotyped patients monitored for 8.5 years during treatment have a mortality rate of 5%. At 54 years, there is no excess mortality after adjustment for sex, place and year of birth. There is a significant hepatic mortality especially primary liver cancers (ICM=18). They die within 5 years of diagnosis. It is offset by a subsequent under mortality from heart diseases or other cancers. Life expectancy down for patients initially enrolled in part due to delayed diagnosis and less effective adjuvant treatments. The age at death is 64 to 68 years. The effect of phelbotomies is not quantifiable but advocates for early treatment. The Guyader's predictor of cirrhosis adapts to the prediction of fibrosis (similar Youden index). Discriminant analysis predicts METAVIR stages with the benefit of a reliability check. These equations are the best predictors among candidates proposed by the literature. Development goes through the implementation of longitudinal studies between 65 and 80 years and the study of non-lethal forms.

L’hémochromatose HFE est une maladie du métabolisme du fer liée au gène HFE dont la principale mutation est C282Y. L’objectif général de ce travail était d’étudier l’influence de facteurs génétiques et non génétiques sur l’expression phénotypique de patients atteints d’hémochromatose HFE. Cette étude prospective incluait les patients C282Y/C282Y etC282Y/H63D inclus en protocole de saignées entre janvier 2004 et décembre 2011 au centre de santé brestois de l’EFS-Bretagne. Dans un premier temps, nous avons étudié l’influence du génotype C282Y/H63D sur la survenue d’une surcharge en fer. Nous avons confirmé que le variant H63D doit être considéré comme un facteur de susceptibilité dont l’expression est liée à la présence de co-facteurs responsables d’une hyper ferritinémie. Ensuite, nous avons étudié le rôle des grossesses et de l’alimentation sur l’expression phénotypique du génotype C282Yhomozygote. Nous avons montré qu’il existe bien une différence d’expressivité clinique liée au sexe chez les patients C282Y/C282Y. Cependant, nos données n’ont pas confirmé l’effet protecteur typiquement attribué aux grossesses pour expliquer la plus lente accumulation de fer chez les femmes. Cette étude a également mis en évidence une association modérée entre la consommation d’aliments riches en fer et le degré de surcharge en fer des patients C282Yhomozygotes traités par phlébotomies. Ce travail contribue à mieux comprendre l’hétérogénéité phénotypique observée dans l’hémochromatose HFE. La finalité est de pouvoir repérer précocement les sujets les plus à risque de développer les surcharges en fer les plus sévères et par conséquent des complications cliniques. / HFE hemochromatosis is a disorder of iron metabolism related to the HFE gene whose mainmutation is C282Y. The overall aim of this study was to investigate the influence of genetic and non genetic factors on phenotypic expression of patients with HFE hemochromatosis. This prospective study included the C282Y/C282Y and C282Y/H63D patients enrolled in a phlebotomy program between 2004 and 2011 in a blood centre of western Brittany (Brest, France). First, weassessed the weight of the C282Y/H63D genotype in the occurrence of iron overload. We confirmed that H63D is a discrete genetic susceptibility factor whose expression is most visible in association with other co-factors responsible for hyper ferritinemia. Then we investigated the effect of pregnancies and iron-rich diet on phenotypic expressivity of the C282Y/C282Y genotype. We have shown that there is a difference in clinical expression related to gender in C282Y/C282Ypatients. However our findings did not confirm that pregnancies protect against iron accumulationin women. This study established a moderate link between dietary iron intake and the degree of iron overload in HFE hemochromatosis patients who come to medical attention. This work contributes to a better understanding of the phenotypic heterogeneity observed in HFE hemochromatosis. The purpose is to identify precociously subjects the most at risk of developing iron overload and therefore clinical complications.

Le rétinoblastome est une tumeur rare qui touche la rétine du jeune enfant. L'inactivation bi-allélique du gène RB1 est à l'origine du développement tumoral. RB1 est le premier gène suppresseur de tumeur qui ait été identifié et la prédisposition au rétinoblastome constitue un véritable paradigme de la prédisposition aux cancers. Dans les formes non prédisposées génétiquement, les deux mutations apparaissent dans une cellule rétinienne unique ; le rétinoblastome est alors unilatéral. Dans les formes à prédisposition génétique, la première mutation est constitutionnelle et la deuxième est somatique. La mutation constitutionnelle est une néo-mutation pré- ou post- zygotique dans les formes sporadiques, alors qu'elle est héritée dans les formes familiales. Dans les formes avec prédisposition génétique, le diagnostic est plus précoce que dans les formes sans prédisposition et la bilatérisation du rétinoblastome est généralement la règle. Néanmoins, de rares familles présentent une pénétrance réduite et une variabilité phénotypique se traduisant par la coexistence de patients atteints de rétinoblastome bilatéral ou unilatéral, d'apparentés porteurs sains et d'apparentés présentant des rétinomes. Les mécanismes responsables de la variabilité phénotypique intrafamiliale sont inconnus et l'existence de facteurs génétiques modulant le phénotype tumoral est probable.L'origine de la variabilité de l'expression phénotypique du rétinoblastome peut être la résultante (i) de l'existence de mutations en mosaïque, (ii) de mutations de RB1 et (iii) de facteurs modificateurs génétiques indépendants du locus de RB1. Trois axes distincts et originaux basés sur ces origines possibles de variabilité phénotypique ont été développés pour caractériser les relations génotype/phénotype dans le rétinoblastome. Premièrement, les conséquences d'une mosaïque somatique ont été illustrées grâce à l'étude d'une famille ayant bénéficié de cinq diagnostics prénatals. Dans ces familles, certains fœtus porteurs de l'allèle à risque identifié par une approche indirecte basée sur l'étude de microsatellites au locus de RB1, n'étaient pas porteurs de la mutation du parent atteint, lui-même atteint d'un rétinoblastome bilatéral. Ainsi, nous avons démontré la présence d'une mosaïque somatique et gonadique chez ce parent lourdement atteint. La conséquence de l'existence de patients présentant une mosaïque dans le cadre du conseil génétique a été discutée. La suite de nos travaux a pris en compte ces résultats afin de limiter les biais que pourrait induire la présence de mutations en mosaïque dans des études de corrélation génotype/phénotype dans le rétinoblastome. Deuxièmement, l'association de grandes délétions emportant RB1 avec des retards psychomoteurs chez des patients atteints de rétinoblastome a été étudiée. Une approche de CGH hautement résolutive, ciblée sur le locus de RB1, a été mise en place afin de caractériser le rôle des gènes contigus de RB1 dans ce syndrome. Ainsi, cette approche a permis de définir une zone à risque de retard psychomoteur que nous proposons comme seuil d'alerte pour le généticien. Cette zone définit un gène, PCDH8 d'expression cérébrale exclusive, comme un excellent candidat au retard psychomoteur. Enfin, troisièmement, une approche " gène candidat " reposant sur l'étude du SNP309 du promoteur de MDM2, a été mise en œuvre.

Nous proposons dans cette thèse de caractériser quantitativement la variabilité à différentes échelles au cours de l'embryogenèse. Pour ce faire, nous utilisons une combinaison de modèles mathématiques et de résultats expérimentaux. Dans la première partie, nous utilisons une petite cohorte d'oursins digitaux pour construire une représentation prototypique du lignage cellulaire, reliant les caractéristiques des cellules individuelles avec les dynamiques à l'échelle de l'embryon tout entier. Ce modèle probabiliste multi-niveau et empirique repose sur les symétries des embryons et sur les identités cellulaires; cela permet d'identifier un niveau de granularité générique pour observer les distributions de caractéristiques cellulaires individuelles. Le prototype est défini comme le barycentre de la cohorte dans la variété statistique correspondante. Parmi plusieurs résultats, nous montrons que la variabilité intra-individuelle est impliquée dans la reproductibilité du développement embryonnaire. Dans la seconde partie, nous considérons les mécanismes sources de variabilité au cours du développement et leurs relations à l'évolution. En nous appuyant sur des résultats expérimentaux montrant une pénétrance incomplète et une expressivité variable de phénotype dans une lignée mutante du poisson zèbre, nous proposons une clarification des différents niveaux de variabilité biologique reposant sur une analogie formelle avec le cadre mathématique de la mécanique quantique. Nous trouvons notamment une analogie formelle entre l'intrication quantique et le schéma Mendélien de transmission héréditaire. Dans la troisième partie, nous étudions l'organisation biologique et ses relations aux trajectoires développementales. En adaptant les outils de la topologie algébrique, nous caractérisons des invariants du réseaux de contacts cellulaires extrait d'images de microscopie confocale d'épithéliums de différentes espèces et de différents fonds génétiques. En particulier, nous montrons l'influence des histoires individuelles sur la distribution spatiales des cellules dans un tissu épithélial. / We propose in this thesis to characterize variability quantitatively at various scales during embryogenesis. We use a combination of mathematical models and experimental results. In the first part, we use a small cohort of digital sea urchin embryos to construct a prototypical representation of the cell lineage, which relates individual cell features with embryo-level dynamics. This multi-level data-driven probabilistic model relies on symmetries of the embryo and known cell types, which provide a generic coarse-grained level of observation for distributions of individual cell features. The prototype is defined as the centroid of the cohort in the corresponding statistical manifold. Among several results, we show that intra-individual variability is involved in the reproducibility of the developmental process. In the second part, we consider the mechanisms sources of variability during development and their relations to evolution. Building on experimental results showing variable phenotypic expression and incomplete penetrance in a zebrafish mutant line, we propose a clarification of the various levels of biological variability using a formal analogy with quantum mechanics mathematical framework. Surprisingly, we find a formal analogy between quantum entanglement and Mendel’s idealized scheme of inheritance. In the third part, we study biological organization and its relations to developmental paths. By adapting the tools of algebraic topology, we compute invariants of the network of cellular contacts extracted from confocal microscopy images of epithelia from different species and genetic backgrounds. In particular, we show the influence of individual histories on the spatial distribution of cells in epithelial tissues.

Nous proposons dans cette thèse de caractériser quantitativement la variabilité à différentes échelles au cours de l'embryogenèse. Pour ce faire, nous utilisons une combinaison de modèles mathématiques et de résultats expérimentaux. Dans la première partie, nous utilisons une petite cohorte d'oursins digitaux pour construire une représentation prototypique du lignage cellulaire, reliant les caractéristiques des cellules individuelles avec les dynamiques à l'échelle de l'embryon tout entier. Ce modèle probabiliste multi-niveau et empirique repose sur les symétries des embryons et sur les identités cellulaires; cela permet d'identifier un niveau de granularité générique pour observer les distributions de caractéristiques cellulaires individuelles. Le prototype est défini comme le barycentre de la cohorte dans la variété statistique correspondante. Parmi plusieurs résultats, nous montrons que la variabilité intra-individuelle est impliquée dans la reproductibilité du développement embryonnaire. Dans la seconde partie, nous considérons les mécanismes sources de variabilité au cours du développement et leurs relations à l'évolution. En nous appuyant sur des résultats expérimentaux montrant une pénétrance incomplète et une expressivité variable de phénotype dans une lignée mutante du poisson zèbre, nous proposons une clarification des différents niveaux de variabilité biologique reposant sur une analogie formelle avec le cadre mathématique de la mécanique quantique. Nous trouvons notamment une analogie formelle entre l'intrication quantique et le schéma Mendélien de transmission héréditaire. Dans la troisième partie, nous étudions l'organisation biologique et ses relations aux trajectoires développementales. En adaptant les outils de la topologie algébrique, nous caractérisons des invariants du réseaux de contacts cellulaires extrait d'images de microscopie confocale d'épithéliums de différentes espèces et de différents fonds génétiques. En particulier, nous montrons l'influence des histoires individuelles sur la distribution spatiales des cellules dans un tissu épithélial. / We propose in this thesis to characterize variability quantitatively at various scales during embryogenesis. We use a combination of mathematical models and experimental results. In the first part, we use a small cohort of digital sea urchin embryos to construct a prototypical representation of the cell lineage, which relates individual cell features with embryo-level dynamics. This multi-level data-driven probabilistic model relies on symmetries of the embryo and known cell types, which provide a generic coarse-grained level of observation for distributions of individual cell features. The prototype is defined as the centroid of the cohort in the corresponding statistical manifold. Among several results, we show that intra-individual variability is involved in the reproducibility of the developmental process. In the second part, we consider the mechanisms sources of variability during development and their relations to evolution. Building on experimental results showing variable phenotypic expression and incomplete penetrance in a zebrafish mutant line, we propose a clarification of the various levels of biological variability using a formal analogy with quantum mechanics mathematical framework. Surprisingly, we find a formal analogy between quantum entanglement and Mendel’s idealized scheme of inheritance. In the third part, we study biological organization and its relations to developmental paths. By adapting the tools of algebraic topology, we compute invariants of the network of cellular contacts extracted from confocal microscopy images of epithelia from different species and genetic backgrounds. In particular, we show the influence of individual histories on the spatial distribution of cells in epithelial tissues.