Oenococcus oeni est une espèce de bactérie lactique adaptée à l'environnement hostile de la fermentation du vin. Elle montre un degré de spécialisation remarquable face au stress provoqué par le faible pH et la forte teneur en éthanol, ce qui lui permet de proliférer là où la plupart des bactéries ne survivent pas. Cette bactérie est très importante dans la production de vin, car elle réalise la fermentation malolactique, qui se produit après la fermentation alcoolique, et au cours de laquelle l'acide malique est métabolisé en acide lactique et où le vin est désacidifié. L'espèce accumule des mutations plus vite que les autres espèces de bactéries lactiques, ce qui a probablement accéléré le processus de domestication. Son degré de spécialisation a été démontré par la présence de populations spécifiques adaptées aux vins rouges ou aux vins blancs dans la même région. Dans cette étude, nous avons utilisé des approches de séquençage haut débit et de génomique pour élucider la diversité des souches d’O. oeni, identifier leurs caractéristiques génomiques et mesurer leur dispersion dans différents environnements ainsi que leur dynamique au cours des fermentations. En raison de son importance pour la vinification, plusieurs centaines de souches ont été isolées et séquencées. Dans ce travail, nous avons augmenté la collection de génomes en séquençant des souches de cidre et de kombucha et en effectuant des analyses phylogénétiques afin de clarifier la structure de la population de l'espèce. En calculant un pangénome à l'échelle de l'espèce, nous avons effectué une analyse génomique comparative afin d'explorer des gènes spécifiques à une ou plusieurs sous-populations. Avec le séquençage de nouvelle génération, nous avons produit des génomes entièrement circularisés à partir des principales sous-populations et analysé leurs arrangements génomiques. Ces nouveaux génomes ont été annotés avec de nouveaux pipelines automatiques et une curation manuelle pour la première fois depuis la publication du génome de référence PSU-1. L’évolution des communautés bactériennes au cours de la fermentation, du moût de raisin au vin fini, a été examinée par le séquençage de fragments 16S dans quatre exploitations du bordelais. À l’aide d’amorces universelles et spécifiques, nous avons comparé la biodiversité des espèces dans des vins issus d’agriculture biologique ou conventionnelle. De plus, en se basant sur les groupes phylogénétiques de souches d’O. oeni nouvellement définis, nous avons développé une méthode de qPCR pour analyser la dispersion des groupes de souches d’O. oeni et leur dynamique au cours des fermentations. Cette nouvelle méthode a également été utilisée pour analyser la diversité des souches d’O. oeni dans les vins de base de Cognac et au cours de la production de cidre, deux produits qui se distinguent des productions de vins traditionnels par la non-utilisation de sulfites. Les deux autres espèces du genre Oenococcus, O. kitaharae et O. alcoholitolerans, se retrouvent également dans les environnements de boissons fermentées. O. kitaharae ne possède pas de gène malolactique fonctionnel, mais O. alcoholitolerans, découvert plus récemment, serait capable de réaliser la réaction malolactique. Nous l’avons caractérisée, ainsi que sa tolérance aux facteurs de stress de l'environnement vin. Constatant qu'elle était incapable de survivre dans le vin, nous avons produit un génome entièrement circularisé d'O. alcoholitolerans et effectué une analyse de génomique comparative afin d'identifier les gènes d'O. oeni lui permettant de tolérer le pH et l'éthanol, ce qui manque à O. alcoholitolerans et à O. kitaharae. En conclusion, nous avons utilisé les nouvelles technologies de séquençage de nouvelle génération pour produire des génomes de haute qualité et effectuer des analyses comparatives approfondies à l’échelle de l’espèce qui nous ont permis d’identifier des gènes susceptibles d’expliquer l’adaptation d’O. oeni à l’environnement. / Oenococcus oeni is a lactic acid bacteria species adapted to the inhospitable environment of fermenting wine, where it shows a remarkable degree of specialization to the stress of low pH and high ethanol that allows it to proliferate where most bacteria fail to survive. The bacteria is supremely important in wine production, because it carries out malolactic fermentation, a process that occurs after alcoholic fermentation, where malic acid is metabolised into lactic acid and the pH of the wine is raised. The species has only a small genome and accumulates mutations several orders of magnitude faster than other lactic acid bacteria due to a loss of DNA mismatch repair genes. This has likely sped up the process of domestication to wine. The degree of specialization has been demonstrated by finding specific populations adapted to red or white wines in the same region. In this study, we used high throughput sequencing and genomics approaches to elucidate the diversity of O. oeni strains, to identify their genomic characteristics and measure their dispersion in different environments as well as their dynamics during fermentation. Because of its importance to wine-making, several hundred strains have been isolated and sequenced. In this work, we have expanded upon the collection of genomes by sequencing strains from cider and kombucha and performing phylogenetic analyses to clarify the population structure of the species. By calculating a species-wide pangenome, we performed comparative genomics to explore gene clusters that were specific to one or more sub-populations. With next generation sequencing, we produced fully circularized genomes from the major sub-populations and analysed their genomic arrangements. These new genomes were annotated with new, automatic pipelines and manual curation for the first time since the publication of the reference genome PSU-1. The evolution of bacterial communities over the course of fermentation, from grape must to finished wine, was examined with 16S amplicon sequencing in four Bordeaux wineries. Using a universal and a specific primer-set, we compared the biodiversity in wines resulting from organic or conventional farming practices. In addition, with the newly defined phylogenetic groups, we developed a qPCR experiment to detail the composition of O. oeni in the fermentations and cemented the dispersal of even rarely isolated strain sub-populations in grape must. This new method was also used to analyse the diversity of O. oeni strains in the base wines of Cognac and during the production of cider, two products that are distinguished from traditional wine production by not using sulfite. The two other species in the Oenococcus genus, kitaharae and alcoholitolerans, are also found in the environments of fermenting beverages. O. kitaharae does not have a functional malolactic gene, but the more recently discovered O. alcoholitolerans was thought capable of performing the malolactic reaction. We characterized this, as well as the species tolerance for the stressors of the wine environment. Finding it unable to survive in wine, we produced a fully circularized genome of O. alcoholitolerans and performed a comparative genomics analysis to identify the O. oeni genes that enable it to tolerate the pH and ethanol, which O. alcoholitolerans and O. kitaharae lacks. In conclusion, we have used the new technologies of next generation sequencing to produce high-quality genomes and performed extensive, species-wide comparative analyses that allowed us to identify patterns in gene presence that provide likely explanations for environmental adaptation.

L’identification des mutations génétiques impliquées dans les maladies rares est un prérequis pour mieux les comprendre, les traiter et accompagner les patients. Pour se faire, des modèles animaux présentant des maladies spontanées homologues aux maladies humaines sont très prometteurs. Le chien développe spontanément des maladies génétiques, rares chez l’Homme, mais fréquentes dans certaines races de chiens, ce qui simplifie les analyses génétiques. Ma thèse a porté sur deux maladies neurologiques : l’épilepsie et la neuropathie. Pour l’épilepsie, l’objectif était d’identifier des variants génétiques à partir de données de génotypage et de séquençage de génomes complets de deux races canines prédisposées. Un locus lié à la maladie a été identifié dans une race et des variants ponctuels et structuraux candidats ont été identifiés dans les deux races et sont en cours de validation par séquençage ciblé. Pour la neuropathie, l’équipe avait identifié une mutation en amont du gène GDNF, responsable d’une neuropathie sensitive chez des chiens de chasse. J’ai participé à la validation fonctionnelle de cette mutation. De plus, GDNF étant un excellent gène candidat pour les neuropathies humaines, j’ai séquencé ce gène chez 111 patients et extrait les variants de GDNF d’une base de données d’exomes et de génomes de plus de 600 patients. J’ai ainsi identifié 21 variants rares ou inconnus et les ai priorisé selon leurs impacts prédits in silico. Ces deux projets, alliant analyses génétiques, génomiques et fonctionnelles, chez l’homme et le chien, montrent le potentiel du chien pour l’identification de gènes candidats dans des maladies rares et/ou complexes chez l’Homme. / The identification of genetic mutations involved in rare diseases is a prerequisite for a better understanding, therapies and care to patients. To this aim, animal models declaring spontaneous diseases, homologous to human diseases are very promising. Dogs spontaneously develop genetic diseases, rare in humans, but frequent in some dog breeds, which simplifies the genetic analyzes. My thesis focused on two neurological diseases: epilepsy and neuropathy. For epilepsy, the goal was to identify genetic variants from genotyping data and sequencing of whole genome of dogs from two predisposed breeds. A disease-related locus has been identified in one breed and candidate point mutations and structural variants were identified in the two breeds and are being validated by targeted sequencing. For neuropathy, the team previously identified a mutation upstream of the GDNF gene, responsible for sensory neuropathy in hunting dogs. I participated to the functional validation of this mutation. In addition, GDNF being an excellent candidate gene for human neuropathies, I sequenced this gene in 111 patients and extracted GDNF variants from a database of exomes and genomes from more than 600 patients. I identified 21 rare or unknown variants and prioritized them according to their in silico predicted impacts. These two projects, combining genetics, genomics and functional analyses, in humans and dogs, show the dog's potential for identifying candidate genes in rare and / or complex diseases in humans.

Avec l'augmentation du volume du commerce international, on observe une augmentation dans le nombre de ravageurs exotiques forestiers (insectes et champignons) qui sont introduits en Amérique du Nord. Lorsque ces ravageurs s'établissent, il est généralement difficile de les éradiquer. Pour cette raison, la détection hâtive de ces nouveaux ravageurs est une priorité. Nous utilisons des techniques de séquençages à haut débit pour traiter et cribler simultanément un grand nombre d'échantillons. Ces méthodes permettent de sauver à la fois temps et argent en plus d'être efficaces pour traiter un grand nombre d'échantillons. Ces méthodes de détection ont été appliquées aux ravageurs forestiers émergents récoltés dans des pièges à insectes Lindgren et des pièges à spores fongiques aériennes. Un piège et un protocole unique développé pour l'identification simultanée des champignons pathogènes et des insectes ravageurs contenus dans le liquide de préservation des pièges à insectes. Nous avons établi la preuve de concept que les cellules d'insectes contenues dans le liquide de conservation des pièges peuvent être utilisées pour leur identification. Des ravageurs forestiers précédemment rapportés et d'autres potentiellement nouvellement introduits en Amérique du Nord ont été criblés puis détectés à l'aide de la technologie de séquençage Illumina utilisée avec des amorces spécifiques à la région de l'ITS fongique et à celle du gène COI des insectes. Des amplicons de centaines d'échantillons collectés en Colombie-Britannique, en Ontario, au Québec et au Nouveau-Brunswick ont été séquencés. La présence de spores du champignon *Heterobasidion occidentale* à Sault Ste-Marie (ON) et celle du scolyte *Anysandrus maiche* à Hamilton (ON) ont toutes deux étés détectées en 2019 / With the growing volume of international trade, we observe an increase in the number and diversity of exotic pests introduced in North America. When these pests become established, it is generally difficult to eradicate them. For this reason, the early detection of newly introduced pests is a priority. To do so, high-throughput sequencing techniques were developed to simultaneously process and screen a large number of samples. These methods are cost- and time saving while very effective for large numbers of samples. We applied these methods to the detection of emerging pests collected in Lindgren insect traps and aerial spore traps. We use a single trap and designed a unique protocol for the simultaneous identification of pathogenic fungi and invasive insects from insect trap preservative fluids. We tested the proof of concept that insect cells present in preservative liquids from insect traps can be used to identify insects and phytopathogenic fungi. We screened and detected numerous native and potentially introduced pests in North America using Illumina sequencing technology combined with specific primers for the fungal ITS region and the COI gene of insects. Hundreds of amplicons collected in British Columbia, Ontario, Quebec, and New Brunswick were sequenced. We detected the presence of the fungus *Heterobasidion occidentale* spores in Sault.Ste. Marie (ON) and the presence of the bark beetle *Anysandrus maiche* Stark in Hamilton (ON) 2019 sampling.

Le cancer épithélial de l’ovaire (CEO) est le cancer gynécologique le plus létal. Plus de 70% des patientes diagnostiquées avec une tumeur de stade avancé rechutent suite aux traitements chimiothérapeutiques de première ligne, la survie à cinq ans étant ainsi très faible. Afin de mieux comprendre l’évolution de la maladie, nous avons recherché de nouveaux gènes, responsables de l’initiation et de la progression du CEO. Précédemment, des lignées cellulaires ont été dérivées à partir de la tumeur primaire et récurrente et/ou d’ascites de trois patientes. Le séquençage de l’ARN de ces lignées par la technologie de séquençage de nouvelle génération (TSNG) nous a permis d’identifier des mutations ponctuelles qui pourraient nous indiquer des gènes dérégulés dans le CEO. La TSNG est un bon outil qui permet d’identifier et de cribler à grande échelle des mutations. Nous avons sélectionné PLEC1, SCRIB, NCOR2, SEMA6C, IKBKB, GLCE et ITGAE comme gènes candidats présentant des mutations dans nos lignées et ayant une relation fonctionnelle avérée avec le cancer. Étant donné que la TSNG est une technique à taux de fiabilité limité, nous avons validé ces mutations par séquençage Sanger. Ensuite, nous avons étudié l’effet de ces mutations sur la structure protéique et l’expression de PLEC1, de SCRIB et de SEMA6C. Seules certaines mutations dans les gènes PLEC1, SCRIB et SEMA6C ont pu être confirmées. PLEC1 et SCRIB sont deux protéines d’échafaudage dont la mutation, rapportée dans plusieurs cancers, pourrait induire des changements de leurs conformations et affecter leurs interactions et leurs fonctions. Les conséquences de ces mutations sur la tumorigenèse de l’ovaire devront être étudiées. / Epithelial ovarian cancer (EOC) is the most lethal gynecological cancer. Over 70% of the patients diagnosed with advanced stage of cancer relapse following first-line chemotherapy treatments; consequently the five-year survival is very low. To better understand the evolution of the disease, our aim was to identify new genes responsible for the initiation and progression of EOC. Previously, cell lines derived from solid tumors or ascites were developed from the primary and recurrent tumor or ascites of three patients. RNA sequencing of these cell lines by next-generation sequencing technology (NGST) allowed us to identify mutations that might point to genes whose deregulation is important in EOC. Mutations were detected in PLEC1, SCRIB, NCOR2, SEMA6C, IKBKB, GLCE and ITGAE. We selected these genes for further studies as they have previously been identified as being associated with cancer. First, we validated these mutations by Sanger sequencing in order to determine the concordance with NGST data. Secondly, we studied the impact of the validated mutations on protein structure and gene expression. Only certain mutations in PLEC1, SCRIB and SEMA6C were confirmed. Of interest, PLEC1 and SCRIB are two scaffold proteins, where mutations have been reported in several cancers and, possibly leading to changes in their conformation and thereby affecting their interactions and functions. The consequences of these mutations on ovarian tumorigenesis remain to be determined.

Le cancer épithélial de l’ovaire (CEO) est le cancer gynécologique le plus létal. Plus de 70% des patientes diagnostiquées avec une tumeur de stade avancé rechutent suite aux traitements chimiothérapeutiques de première ligne, la survie à cinq ans étant ainsi très faible. Afin de mieux comprendre l’évolution de la maladie, nous avons recherché de nouveaux gènes, responsables de l’initiation et de la progression du CEO. Précédemment, des lignées cellulaires ont été dérivées à partir de la tumeur primaire et récurrente et/ou d’ascites de trois patientes. Le séquençage de l’ARN de ces lignées par la technologie de séquençage de nouvelle génération (TSNG) nous a permis d’identifier des mutations ponctuelles qui pourraient nous indiquer des gènes dérégulés dans le CEO. La TSNG est un bon outil qui permet d’identifier et de cribler à grande échelle des mutations. Nous avons sélectionné PLEC1, SCRIB, NCOR2, SEMA6C, IKBKB, GLCE et ITGAE comme gènes candidats présentant des mutations dans nos lignées et ayant une relation fonctionnelle avérée avec le cancer. Étant donné que la TSNG est une technique à taux de fiabilité limité, nous avons validé ces mutations par séquençage Sanger. Ensuite, nous avons étudié l’effet de ces mutations sur la structure protéique et l’expression de PLEC1, de SCRIB et de SEMA6C. Seules certaines mutations dans les gènes PLEC1, SCRIB et SEMA6C ont pu être confirmées. PLEC1 et SCRIB sont deux protéines d’échafaudage dont la mutation, rapportée dans plusieurs cancers, pourrait induire des changements de leurs conformations et affecter leurs interactions et leurs fonctions. Les conséquences de ces mutations sur la tumorigenèse de l’ovaire devront être étudiées. / Epithelial ovarian cancer (EOC) is the most lethal gynecological cancer. Over 70% of the patients diagnosed with advanced stage of cancer relapse following first-line chemotherapy treatments; consequently the five-year survival is very low. To better understand the evolution of the disease, our aim was to identify new genes responsible for the initiation and progression of EOC. Previously, cell lines derived from solid tumors or ascites were developed from the primary and recurrent tumor or ascites of three patients. RNA sequencing of these cell lines by next-generation sequencing technology (NGST) allowed us to identify mutations that might point to genes whose deregulation is important in EOC. Mutations were detected in PLEC1, SCRIB, NCOR2, SEMA6C, IKBKB, GLCE and ITGAE. We selected these genes for further studies as they have previously been identified as being associated with cancer. First, we validated these mutations by Sanger sequencing in order to determine the concordance with NGST data. Secondly, we studied the impact of the validated mutations on protein structure and gene expression. Only certain mutations in PLEC1, SCRIB and SEMA6C were confirmed. Of interest, PLEC1 and SCRIB are two scaffold proteins, where mutations have been reported in several cancers and, possibly leading to changes in their conformation and thereby affecting their interactions and functions. The consequences of these mutations on ovarian tumorigenesis remain to be determined.

Le virus du syndrome reproducteur et respiratoire porcin (VSRRP) est un pathogène important, entrainant des pertes économiques de 130 millions de dollars annuellement au Canada. La surveillance est effectuée par séquençage Sanger du gène ORF5 mais nous croyons que le séquençage du génome entier (SGE) du VSRRP permettrait une meilleure surveillance épidémiologique comparé au séquençage du gène ORF5. Pour développer une méthode efficace de SGE du VSRRP, 149 échantillons (sérums, poumons, tissus, autres) d’animaux malades ou récoltés pour fin de surveillance ont été analysés. L'ARN viral a été concentré par enrichissement d'ARN à queue poly (A) et le séquençage effectué sur une plateforme Illumina. Le SGE a été efficace dans 67,11% des échantillons, réussissant dans certains échantillons de poumons et de sérums possédant une valeur de quantification (Cq) du virus par RTqPCR jusqu’à 26,50 et 34.13, respectivement. La méthodologie développée de SGE du VSRRP a été 4650 fois plus sensible que les méthodes décrites précédemment. Pour quantifier l’impact du SGE, 88 échantillons (dont le SGE a réussi) ont été utilisés pour comparer le SGE au séquençageORF5. Deux génomes de VSRRP différents ont été trouvés dans quatre échantillons différents (taux de coinfection de 4,55%). Six génomes de VSRRP (6,52% des souches) ont été classés différemment par rapport à la classification ORF5. Ainsi, le SGE du VSRRP a permis une meilleure caractérisation de 9,10% des échantillons VSRRP positifs comparé au séquençage ORF5. Donc, le SGE du VSRRP est à la fois sensible et plus précis que la classification par l’ORF5. / Porcine reproductive and respiratory syndrome virus (PRRSV) is an important pathogen, costing over 130 million dollars annually in Canada. Surveillance is done by Sanger sequencing of the ORF5 gene, but we hypothesized that whole genome sequencing (WGS) of PRRSV genome will allow a better epidemiological monitoring of PRRSV compared to ORF5 gene sequencing. To develop an efficient method of PRRSV WGS, 149 PRRSV samples (sera, lungs, pool of tissues and others) collected for surveillance or from sick animals were tested. Viral RNA was concentrated using a poly(A) tailed RNA enrichment method, and sequencing was done on an Illumina platform. WGS was successful in 67.11% of cases. WGS was successful in some tissues and lungs samples with RT-qPCR cycle quantification (Cq) values up to 26.50, and in some sera with Cq value up to 34.13. The developed WGS methodology was 4650 times more sensitive for PRRSV WGS than previously described methods. To quantify the impact of WGS, 88 successful samples for the WGS of PRRSV were used to compare efficiency of WGS and ORF5 sequencing. Two different full-length genomes of PRRSV were found in four of those samples (coinfection rate of 4.55%). Six full-length PRRSV genomes (6.52% of PRRSV strains) were found to cluster differently compared to ORF5 sequencing. WGS of PRRSV also enabled a better classification or characterisation of 9.10% of the PRRSV infected samples compared to ORF5 sequencing. Thus, WGS can be both sensitive and more accurate then ORF5 classification for the characterisation of PRRSV strains.

Les cancers du sein et de l’ovaire apparaissent dans 5 à 10% dans un contexte de prédisposition génétique, dont seule une faible part est expliquée par la présence d’un variant pathogène sur les gènes BRCA1, BRCA2 et PALB2. Le séquençage à haut-débit permet d’explorer cette hérédité manquante, mais représente un nouveau défi à la fois informatique, statistique et biologique. Trois approches utilisant cette nouvelle technologie ont été employées pour rechercher de nouveaux facteurs de prédisposition. En premier lieu, les risques associés à 34 gènes connus ou suspectés d’être impliqués dans les prédispositions ont été estimés à partir de l’analyse de 5 131 cas index et le développement d’une nouvelle approche statistique. Aussi la participation des néo-mutations en mosaïque dans le syndrome a été explorée à partir de 1 750 cas index issus de l’étude précédente, avec un logiciel de détection des variants faiblement représentés développé spécifiquement: outLyzer. Enfin, l’exploration par séquençage de l’hérédité manquante a été étendue à un panel de 201 gènes impliqués dans le cancer, à partir de 118 patientes sélectionnées pour la précocité d’apparition de leur maladie, élément fortement évocateur d’un facteur de prédisposition. Les résultats de ces travaux ont permis de valider la pertinence de l’étude de PALB2, RAD51C et RAD51D pour la prise en charge des patients, et suggèrent aussi une implication sous-estimée des variants en mosaïque. Cependant il reste encore très probablement d’autres facteurs génétiques fortement pénétrants à découvrir mais dont la modulation du risque répond à un modèle oligogénique. / Breast and ovarian cancers appear in 5 to 10% of cases in a context of genetic predisposition, of which only a small proportion is explained by the presence of a pathogenic variant on the BRCA1, BRCA2 and PALB2 genes. High throughput sequencing can explore this missing heredity, but represents a new challenge both in computing, statistics and biology. Three approaches using this new technology have been used to investigate new predisposition factors. First, the risks associated with 34 known or suspected genes involved in predispositions were estimated from the analysis of 5,131 index cases and the development of a new statistical approach. Also, the participation of mosaic neo-mutations in the syndrome was explored from 1,750 index cases from the previous study, with a software developed specifically for detecting poorly represented variants: outLyzer. Finally, the exploration by sequencing of the missing heredity was extended to a panel of 201 genes involved in cancer, from 118 patients selected for the early onset of their disease, a highly suggestive element of a predisposition factor. The results of this work validated the relevance of the PALB2, RAD51C and RAD51D study for patient management, and also suggested an underestimated involvement of mosaic variants. However, there are still very likely other highly penetrating genetic factors to be discovered, but whose risk modulation is based on an oligogenic model.

Les dysplasies frontonasales (DFN) sont un groupe de malformations rares de la face résultant d’une anomalie de développement du processus frontonasal, et se manifestant cliniquement par l’association variable d’une fente faciale médiane, d’un hypertélorisme, et d’anomalies nasales. Elles s’intègrent généralement dans un cadre syndromique, la plupart étant peu spécifiques et non caractérisées. Une douzaine d’entités ont été décrites ; les bases moléculaires sont connues pour sept d’entre elles seulement. Pour les autres entités, les hypothèses initiales étaient celles de pathologies autosomiques dominantes liées à des mutations de novo.Ce travail s’est fondé sur une cohorte de 80 patients présentant une DFN, recrutés au niveau national et international, avec l’objectif d’identifier les bases moléculaires de plusieurs entités de DFN. Une caractérisation phénotypique a d’abord été effectuée. Deux stratégies moléculaires ont ensuite été poursuivies en parallèle : une approche « phenotype-first », visant à étudier les patients classés par cohortes homogènes cliniquement, et une approche « genotype-first », visant à réaliser des études moléculaires chez des patients présentant un tableau aspécifique.Lorsque le diagnostic était celui d’un syndrome dont le gène causal était connu, nous avons réalisé un séquençage ciblé dudit gène (EFNB1, ZSWIM6). Nous avons effectué un séquençage haut-débit d’exome (SHD-E) chez 11 patients présentant un syndrome de Pai (5 en trio, 5 en solo, un en profondeur sur tissu atteint en paire), trois patients avec syndrome oculoauriculofrontonasal (en trio), et respectivement un patient avec syndrome oculocérébrocutané et syndrome de Teebi (en trio). Nous avons réalisé un séquençage haut-débit de génome (SHD-G) chez 3 patients avec un syndrome de Pai, ainsi qu’une patiente avec syndrome oculoauriculofrontonasal. Enfin, nous avons séquencé les gènes ALX1, ALX3 et ALX4 chez 13 individus avec DFN aspécifique ; réalisé un SHD-E en profondeur chez une patiente avec DFN et hypomélanose d’Ito, ainsi que trois SHD-E en trio chez des patients avec DFN aspécifique ou non classée.Nous avons réalisé un travail de caractérisation phénotypique des patients de la cohorte, décrivant les diagnostics différentiels principaux et les chevauchements phénotypiques. Nous avons décrit une nouvelle entité de DFN, identifiée chez 4 de nos patients, sans base moléculaire à l’heure actuelle. Nous avons confirmé les diagnostics cliniques lorsque le gène causal était connu, chez 5 patients. Nous avons retrouvé des variants candidats dans deux gènes de la voie du TGFβ chez quatre patients avec syndrome de Pai : un de novo dans le gène TGFBRAP1, deux de novo et un hérité d’un parent asymptomatique dans le gène PCSK7. Nous avons identifié les mutations dans TFE3 comme étant à l’origine d’un syndrome neurocutané de mosaïcisme pigmentaire chez une patiente et 6 patients additionnels. Enfin, nous avons identifié un variant dans le gène POLR2A chez un fœtus avec DFN aspécifique. Au total, 34 individus avec un syndrome connu et 34 avec une DFN aspécifique restent à l’heure actuelle sans piste moléculaire identifiée.Au total, ce travail a permis de démontrer l’intérêt d’une meilleure connaissance clinique de ces syndromes rares, pour le diagnostic et le conseil génétique. Il a permis l’individualisation et la description de deux syndromes pouvant s’accompagner d’une DFN – dont un à l’échelle moléculaire –, et la démonstration du rôle du gène TFE3 dans le développement. Enfin, des hypothèses sont émises concernant les résultats incertains et négatifs : celles d’un oligogénisme, d’une anomalie épigénétique, d’une mutation post-zygotique ou de l’influence de l’environnement. / Frontonasal dysplasias (FND) are a group of rare facial malformations due to an abnormal development of the frontonasal process, clinically resulting in the variable association of median facial cleft, hypertelorism and nasal anomalies. Most of them are syndromic, but non-specific and not characterized. A dozen entities have been described; molecular bases are known for only seven of them. Regarding the other entities, the hypothesis of dominant disorders due to de novo mutations had been raised.This work was based on a cohort of 80 patients presenting with FND, nationally and internationaly recruited with the goal of identifying molecular bases of FND entities. We first phenotypically characterized the individuals. Then two molecular strategies were performed in parallel: a “phenotype-first” approach, aiming to study clinically homogeneous cohorts of patients, and a “genotype-first” approach, aiming to perform molecular studies on patients with an aspecific phenotype.When the causative gene for the disorder was known, we performed targeted sequencing of the gene (EFNB1, ZSWIM6). We performed whole-exome sequencing (WES) in 11 patients presenting with Pai syndrome (5 trio WES, 5 solo WES, one deep-sequencing pair-WES on affected tissue), 3 individuals presenting with oculoauriculofrontonasal syndrome (OAFNS) (trio WES), and respectively one patient with oculocerebrocutaneous syndrome and Teebi syndrome (both trio WES). We performed whole-genome sequencing (WGS) on 3 patients with Pai syndrome and one patient with OAFNS. Finally, we performed ALX1, ALX3 and ALX4 genes sequencing in 13 individuals with aspecific FND; deep-WES in one patient with FND and Ito hypomelanosis; as well as 3 trio WES in individuals with aspecific or non characterized FND.We achieved a phenotypic characterization of the patients from the cohort, describing major differential diagnosis and clinical overlaps. We described a new FND entity, identified in 4 individuals, with no molecular basis so far. We confirmed the clinical diagnosis when the causative gene was known, for 5 patients. We identified candidate variants in two genes from the TGFβ pathway in four patients with Pai syndrome: one de novo variant in the TGFBRAP1 gene, two de novo and one inherited from an asymptomatic parent in the PCSK7 gene. We identified mutations in TFE3 as causative for a neurocutaneous syndrome of pigmentary mosaicism in a female patient and six additional individuals. Finally, we identified a variant in the POLR2A gene in a fetus with aspecific FND. A total of 34 individuals with a known syndrome and 34 with an aspecific FND still have no identified molecular basis so far.In conclusion, this work allowed proving the importance of a better clinical knowledge of these rare disorders, in terms of diagnosis and genetics counseling. It allowed the delineation of two syndromes with FND – one at a molecular level –, and the demonstration of a role for TFE3 in development. Finally, four hypotheses are raised regarding the negative or uncertain results: oligogenism, epigenetic anomaly, post-zygotic mutation or environmental influence.

« Myopathie héréditaire » est un terme générique pour les maladies génétiques rares caractérisées par une faiblesse musculaire et une hypotonie avec ou sans atrophie musculaire. Les personnes atteintes d'une forme légère peuvent présenter des contractures, une scoliose, une hyporéflexie ou des caractéristiques dysmorphiques, et les plus sévères peuvent être accompagnées de symptômes cardiaques ou respiratoires pouvant s'avérer mortel. Alors que les méthodes de séquençage de nouvelle génération basées sur l'ADN ont considérablement accéléré la découverte de gènes responsables de maladies rares, de nombreux patients demeurent sans diagnostiques génétiques. L'une des principales raisons de ce problème est le grand nombre de variants de signification inconnue identifiés, où l’impact biologique est peu ou pas connu. Ce mémoire de maîtrise contient trois projets distincts dont l'objectif global est d'augmenter le rendement diagnostique pour les patients atteints de myopathies héréditaires rares. La première étude porte sur trois frères et soeurs atteints d'une dystrophie musculaire non diagnostiquée. Une combinaison de techniques « omic » a été utilisée pour identifier un variant faux-sens dans le gène IARS accompagné d’un déséquilibre allélique spécifique aux tissus musculaires. L’inhibition de iars-1 chez le C. elegans a entraîné une désorganisation progressive du muscle de la paroi corporelle, mais sans perte significative de la motilité. Ainsi, nous avons conclu que iars-1 joue clairement un rôle dans l'organisation des myotubes. La pathogénicité du variant, cependant, nécessite une enquête plus approfondie. La deuxième étude porte sur une femme présentant une myopathie statique congénitale se manifestant par une faiblesse proximale et distale. En utilisant le séquençage de l’ARN, nous avons identifié pour la première fois un profil d'expression génique compatible avec une prédominance des fibres musculaires de type I, focussant l’intérêt sur un variant dans le gène RYR1. La troisième étude englobe une cohorte de vingt-huit patients porteurs de la même mutation RYR1, mais présentant une hétérogénéité clinique significative. Des modèles « knock-in » de C. elegans pour les études deux et trois ont démontrés des changements en transmission synaptique, la durée de vie, la taille corporelle et la locomotion. Ainsi, nous avons conclu que les deux variants identifiés dans RYR1 ont probablement également des conséquences cliniques chez les porteurs humains. En fin de compte, ces études mettent en évidence l'utilité du séquençage de l’ARN en tant qu'outil de diagnostic complémentaire, capable de restreindre la liste de candidats potentiellement pathogéniques, ainsi que le pouvoir du C. elegans en tant que modèles pour des tests rapides et coordonnés de variants candidats. / “Hereditary myopathies” is an umbrella term for rare inherited diseases characterized by muscle weakness and hypotonia with or without muscle atrophy. Individuals with a mild affliction may present with contractures, scoliosis, hyporeflexia or dysmorphic features, while those more severely affected may present cardiac or respiratory involvement that could prove deadly. While traditional DNA-based next-generation sequencing techniques have greatly accelerated discovery of genes causing rare diseases, many patients remain without a known genetic cause. The main reason for this diagnostic shortfall is the vast number of variants of unknown significance identified whose biological functions are unknown. This master’s thesis contains three separate projects with an overarching goal to increase the diagnostic yield of patients with rare hereditary myopathies. The first study focuses on three siblings with an undiagnosed muscular dystrophy. A combination of “omic” techniques were used to identify a missense variant as well as a muscle-specific allelic imbalance in the gene IARS leading to the exclusive expression of the mutant allele. Iars-1 knock-down in C. elegans resulted in progressive disorganization of the body wall muscle but with no significant loss of motility. Thus, we concluded that iars-1 likely plays a role in the organization of myotubes. The pathogenicity of the variant, however, requires further investigation. The second study involves a woman with a congenital static myopathy exhibited as proximal and distal weakness. Using RNA-sequencing, we identified for the first time a gene expression profile consistent with type I fiber predominance in the proband which guided the search for the causative RYR1 variant. The third study encompasses a cohort of twenty-eight patients who carry the same RYR1 mutation but display significant clinical heterogeneity. Knock-in models of C. elegans for both studies demonstrated altered synaptic transmission, lifespan, body size and locomotion. Thus, we concluded that both variants identified in RYR1 likely have consequences for human carriers as well. Ultimately, these studies highlight the utility of RNA-seq as a complimentary diagnostic tool capable of narrowing the search for novel pathogenic mutations as well as the value of C. elegans as models for rapid and coordinated testing of candidate variants.

INTRODUCTION : Les syndromes polymalformatifs constituent un large groupe de maladies génétiques dont l'hétérogénéité limite notre capacité à identifier le gène causal à l’aide des investigations conventionnelles. Le séquençage de l'exome en clinique offre une solution à cette limitation et est maintenant disponible en recherche ou dans quelques laboratoires cliniques aux États-Unis. L'utilisation systématique du séquençage de l'exome reste encore entravée par notre capacité à gérer les trouvailles accidentelles et à prédire efficacement le ou les changements causals à partir de plusieurs milliers de variants. Ainsi, pour faciliter l'analyse de l'exome et accélérer l'implémentation du séquençage de l'exome en clinique, nous avons développé, et récemment publié à ce sujet, un logiciel nommé PhenoVar. Celui-ci intègre les données génotypiques et phénotypiques, puis suggère à l’utilisateur une courte liste priorisée de diagnostics potentiels pour révision. Nous présentons ici les données préliminaires de la validation de PhenoVar chez des patients atteints de syndromes polymalformatifs indéterminés, en comparaison à l'analyse bio-informatique standard. MÉTHODE : Un total de 27 patients atteints de syndromes polymalformatifs d'étiologie génétique probable a été accepté pour le séquençage de l'exome. Un résultat normal a été obtenu pour chaque patient lors d’une analyse d'hybridation génomique comparative sur micropuce et reste sans diagnostic clair après le test de quelques gènes susceptibles par séquençage Sanger. À ce jour, nous avons réalisé le séquençage de 22 patients. Un médecin généticien a effectué l'analyse de ces patients utilisant PhenoVar, en parallèle à l'analyse standard réalisée par l'équipe de bio-informatique. RÉSULTATS : En moyenne, PhenoVar a réduit le nombre de diagnostics potentiels à réviser de façon manuelle à 20 par patient, en comparaison à 64 pour l'analyse bio- informatique conventionnelle. Nous avons obtenu un rendement diagnostique global de 50% (11/22) et de 45% avec PhenoVar. Neuf fois sur onze, le bon diagnostic s’est retrouvé dans les dix premiers diagnostics de la liste de PhenoVar. Nous avons aussi identifié une variation pathologique dans BRCA2, trouvaille accidentelle réalisée durant l’analyse conventionnelle et remise au patient avec son consentement. L’outil PhenoVar permet de masquer ce type de diagnostics sans lien avec la présentation clinique. La dépendance à l’égard des bases de données s’est avérée être une limite de notre approche. CONCLUSION : Nos résultats préliminaires suggèrent que le séquençage de l'exome combiné avec PhenoVar, en utilisant une approche axée sur le phénotype, conduit à un rendement diagnostique similaire à l'analyse bio-informatique standard et réduit le nombre de diagnostics à réviser. Comme il peut être utilisé directement par les médecins généticiens, ce logiciel pourrait faciliter l'utilisation de routine du séquençage de l'exome dans un cadre clinique. / BACKGROUND : Polymalformation syndromes consist in a large group of heterogeneous genetic disorders, for which our ability to identify the causative gene using conventional investigations remains limited. Exome sequencing offers a solution and is now available either on a research basis or in few USA clinical laboratories. Routine utilization of exome sequencing is still hindered by our capacity to manage accidental findings and to predict effectively the causative change(s) out of several thousands of variants. To facilitate exome analysis and accelerate implementation of exome sequencing in clinical practice, we have developed and recently published a software named PhenoVar. This software integrates the patient’s phenotype to the genotype data and suggests to the physician-user a short list of prioritized potential diagnoses for review. Here, we present the preliminary results of PhenoVar validation in patients affected with an undetermined polymalformation syndrome, in comparison to standard bioinformatics analysis. METHODS : A total of 27 patients with polymalformative syndromes of likely genetic etiology were accepted for exome sequencing. Each patient has a normal CGH array and remains without a clear diagnosis after Sanger sequencing-based gene tests. To date, we completed the sequencing of 22 patients. A medical geneticist performed the analysis on these patients using PhenoVar, in parallel of the standard analysis done by the bioinformatics team. RESULTS : On average, PhenoVar reduced the number of potential diagnoses for manual review to 20 per patient in comparison to 64, for standard bioinformatics analysis. We obtained a global diagnostic yield of 50% (11/22) and a yield of 45% with PhenoVar. Nine times out of eleven, the correct diagnosis was found in the top ten diagnoses of the PhenoVar’s list. We also identified a pathological variant in BRCA2, accidental finding made during the conventional analysis and given to the patient who provided consent. PhenoVar allows hiding such diagnoses unrelated to the clinical presentation. Dependency on central databases has proven to be a limitation of our approach. CONCLUSION : Our preliminary results suggests that exome sequencing combined with PhenoVar, using a phenotype-driven approach, led to a similar diagnostic yield than standard bioinformatics analysis and reduced the number of diagnoses to review. Since it can be used directly by medical geneticists, this software could facilitate routine utilization of exome sequencing in clinical practice.