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Université Pierre et Marie Curie THESE DE DOCTORAT Spécialité Neurosciences Pré

Université Pierre et Marie Curie THESE DE DOCTORAT Spécialité Neurosciences Présentée par Elsa Delaby Dissection de l’architecture génétique de l’autisme par analyse des variations du nombre de copies de gènes Soutenue le 30 Septembre 2014 devant le jury composé de : Pr Philippe Jonveaux Rapporteur Pr Laurence Faivre Rapporteur Dr Laurence Colleaux Examinateur Dr Gilles Fischer Examinateur Pr Pierre Netter Examinateur Dr Catalina Betancur Directeur de thèse i Remerciements Je commence par remercier tout particulièrement Catalina Betancur, qui s'est toujours montrée à l'écoute et très disponible pendant ma thèse. Merci pour l'aide et le temps que vous m’avez consacrés dans la rédaction du manuscrit mais surtout pendant ces années de recherche. J’ai énormément appris à votre contact, autant sur le plan scientifique que personnel. Grâce à vous j’ai fait un énorme pas en avant, digne de la physique quantique. Je tiens à remercier les membres du jury Philippe Jonveaux, Laurence Faivre, Laurence Colleaux, Gilles Fischer et Pierre Netter qui me font l’honneur et le privilège de juger ce travail de thèse. Au sein du laboratoire je remercierai tout d’abord Bruno Giros et les membres de l’unité pour leur accueil. En particulier ceux qui ont partagé mon bureau ces derniers mois, Thomas et Laurian(n)e, je vous souhaite le meilleur, votre tour approche… Merci aussi à mes compagnons de rédaction Camille et Daniel parce qu’ensemble on est toujours plus forts ; c’est la dernière ligne droite ! Je tiens à remercier également Stéphanie Daumas pour les pauses déjeuner-maquereaux-sardines, Amélie qui va beaucoup me manquer, Nicolas et son étrange humour, Amaia pour sa gentillesse, la multicolore Barbara, Stéphanie De Gois pour ses coups de fils du soir, mais aussi Sophie, Elise, Odile, Vincent, Gaël, Salah, les deux Véroniques et Franck. Un petit mot pour les nouvelles recrues, Nida et Nina, je vous souhaite bonne route, soyez fortes. Merci à toi Marion, notre rencontre a été essentielle, tu m’as tellement apporté et tu me manques beaucoup ici, même si je sais que tu es toujours là pour moi. Merci pour ton amitié et ton soutien sans faille et j’espère que tu chanteras Céline Dion après ma soutenance. Je remercie également Marika, pour ton amitié, tes conseils scientifiques et personnels ; merci de nous avoir souvent nourries avec Marion et merci surtout d’être restée si présente depuis ton départ du laboratoire. Je commence le yoga à la rentrée ! Je remercie Hélène, parce que grâce à toi les départs de Marion et Marika se sont fait en douceur. Je suis tellement contente qu’on s’entende si bien et maintenant je vais avoir le temps de venir voir ta maison et de rencontrer enfin les deux hommes de ta vie ! Je tiens également à remercier avec tout mon amour ma famille et en particulier mes parents pour n’avoir jamais douté de moi et pour m’avoir permis d’aller au bout de mes ambitions. J’espère que vous serez fiers de moi. Enfin, je remercie de tout mon cœur celui qui a partagé ma vie pendant cette période, merci Clément pour ta patience et ton soutien et je te promets de t’accorder un peu plus de temps désormais. iii Liste d'abréviations aCGH puce d'hybridation génomique comparative (array comparative genomic hybridization) ADI-R Autism Diagnostic Interview-Revised ADOS Autism Diagnostic Observation Schedule AGP Autism Genome Project BAC bacterial artificial chromosome CIM-10 Classification Internationale des Maladies CNV variation du nombre de copies (copy number variation) DSM-IV Manuel Diagnostique et Statistique des Maladies Mentales, quatrième édition DSM-5 Manuel Diagnostique et Statistique des Maladies Mentales, cinquième édition Etude PARIS Paris Autism Research International Study FISH fluorescent in situ hybridization FoSTeS Fork Stalling and Template Switching kb kilobase Mb mégabase MLPA multiplex ligation-dependent probe amplification NAHR non-allelic homologous recombination NHEJ non-homologous end-joining pb paire de bases QI quotient intellectuel SNP single nucleotide polymorphism SNV single nucleotide variant TDAH trouble de déficit de l'attention/hyperactivité TED trouble envahissant du développement TED-NOS trouble envahissant du développement non spécifié TSA trouble du spectre autistique VOUS variant of unknown significance WES whole exome sequencing WGS whole genome sequencing YAC yeast artificial chromosome v Table des matières Introduction ........................................................................................................................................................... 1 Partie I : Troubles du spectre autistique .............................................................................................................. 3 1. Définition et critères diagnostiques............................................................................................................ 3 1.1 Evolution de la définition de l’autisme .............................................................................................. 3 1.2 Principales caractéristiques des TSA .................................................................................................. 4 1.2.1 Troubles de la communication et des relations sociales ........................................................ 4 1.2.2 Intérêts restreints et comportements répétitifs .................................................................... 4 1.2.3 Autres manifestations ............................................................................................................ 5 1.3 Outils diagnostiques........................................................................................................................... 5 2. Hétérogénéité clinique ............................................................................................................................... 6 3. Epidémiologie ............................................................................................................................................. 7 3.1 Prévalence.......................................................................................................................................... 7 3.2 Sexe ratio ........................................................................................................................................... 8 4. Evolution et prise en charge ..................................................................................................................... 10 Partie II : Contribution des facteurs génétiques à l’étiologie de l’autisme ........................................................ 12 1. Implication des facteurs génétiques dans les TSA .................................................................................... 12 1.1 Etudes familiales et de jumeaux ...................................................................................................... 12 1.2 Facteurs non génétiques .................................................................................................................. 15 2. Recherche de variants communs dans les TSA ......................................................................................... 15 2.1 Etudes de liaison .............................................................................................................................. 15 2.2 Etudes d’association ........................................................................................................................ 16 3. Recherche de variants rares dans les TSA ................................................................................................ 18 3.1 Variations du nombre de copies ...................................................................................................... 18 3.1.1 Découverte et définition ...................................................................................................... 19 3.1.2 Mécanismes de formation des CNVs .................................................................................... 20 3.1.3 Impact des CNVs sur l’expression des gènes ........................................................................ 23 3.1.4 Les CNVs dans l’autisme ....................................................................................................... 25 3.2 Variations de séquence .................................................................................................................... 29 3.2.1 Séquençage de gènes candidats ........................................................................................... 29 3.2.2 Séquençage de l’exome entier ............................................................................................. 30 3.2.3 Séquençage du génome entier ............................................................................................. 33 4. Causes génétiques connues de TSA .......................................................................................................... 35 4.1 Remaniements chromosomiques .................................................................................................... 35 4.2 Syndromes génétiques ..................................................................................................................... 35 4.2.1 Maladies monogéniques ...................................................................................................... 36 4.2.2 Syndromes de microdélétion/microduplication ................................................................... 40 4.3 CNVs rares à pénétrance incomplète et/ou expressivité variable ................................................... 43 5. Multiples voies biologiques impliquées dans l’autisme ........................................................................... 48 vi Résultats .............................................................................................................................................................. 55 Article 1 Convergence of genes and cellular pathways dysregulated in autism spectrum disorders ............ 59 Discussion .......................................................................................................................................................... 165 1. Complexité de l’architecture génétique des TSA .................................................................................... 167 1.1 Multitude de gènes impliqués ....................................................................................................... 167 1.2 Modes de transmission rares ......................................................................................................... 168 1.3 Expressivité variable et pénétrance incomplète ............................................................................ 168 1.4 Différences de susceptibilité aux altérations génétiques en fonction du sexe ............................... 171 2. Héritabilité manquante .......................................................................................................................... 173 2.1 Variants non détectés et de signification clinique inconnue ......................................................... 173 2.2 Modèles oligogéniques et polygéniques ....................................................................................... 174 2.3 Contribution des variants génétiques communs ........................................................................... 174 3. Stratégies pour interpréter les variants génétiques ............................................................................... 176 3.1 Bases de données de patients et de témoins ................................................................................ 176 3.2 Listes de gènes et revue de la littérature ....................................................................................... 177 3.3 Outils bioinformatiques ................................................................................................................. 179 3.4 Etudes d’expression ....................................................................................................................... 179 3.5 Analyses fonctionnelles ................................................................................................................. 180 4. Intérêt du diagnostic étiologique chez les patients atteints de TSA ....................................................... 181 Références ......................................................................................................................................................... 185 Annexes .............................................................................................................................................................. 201 Liste des publications................................................................................................................................... 203 Article 3 A common X-linked inborn error of carnitine biosynthesis may be a risk factor for nondysmorphic autism ................................................................................................................. 205 Article 4 Complex nature of apparently balanced chromosomal rearrangements in patients with autism spectrum disorder .................................................................................................... 215 vii Liste des tableaux Tableau 1. Etudes de jumeaux dans les TSA ........................................................................................................ 13 Tableau 2. Principales études de CNVs dans les TSA ........................................................................................... 26 Tableau 3. Syndromes génétiques pour lesquels les TSA sont une manifestation fréquente ............................ 37 Tableau 4. Gènes synaptiques impliqués dans les TSA et autres troubles neurodéveloppementaux ................ 51 Liste des figures Figure 1. Théorie de l’esprit : test de Sally et Anne ............................................................................................ 5 Figure 2. Hétérogénéité clinique des TSA ........................................................................................................... 7 Figure 3. Effet de la substitution de diagnostic dans le prévalence des TSA aux USA ........................................ 8 Figure 4. Distribution du score de systématisation chez des patients atteints de TSA et des hommes et des femmes ‘typiques’ .................................................................................................... 10 Figure 5. Risque de récurrence dans les TSA .................................................................................................... 14 Figure 6. Contribution des facteurs génétiques et environnementaux dans les TSA ....................................... 18 Figure 7. Evolution des techniques de détection des CNVs appliquées à la recherche étiologique dans l’autisme .................................................................................................................................... 20 Figure 8. Polymorphismes du nombre de copies répartis sur l’ensemble du génome humain ....................... 21 Figure 9. Réarrangements par recombinaison homologue non allélique (NAHR) ............................................ 22 Figure 10. Mécanismes à l’origine des CNVs non récurrents.............................................................................. 23 Figure 11. Variations du nombre de copies et mécanismes pathogènes ........................................................... 24 Figure 12. Modèle prédictif de la probabilité d’haploinsuffisance des gènes .................................................... 25 Figure 13. Enrichissement de CNVs touchant des gènes impliqués dans les TSA ou la déficience intellectuelle chez les patients avec TSA............................................................................................ 27 Figure 14. Enrichissement des mutations de novo chez les sujets atteints de TSA, selon la classe fonctionnelle ...................................................................................................................................... 31 Figure 15. Influence de l’âge du père sur le nombre de mutations de novo ...................................................... 32 Figure 16. Première étude de séquençage du génome entier dans les TSA ....................................................... 34 Figure 17. Vue d’ensemble des étiologies génétiques connues de TSA ............................................................. 36 Figure 18. Nombre de gènes impliqués dans l’étiologie des TSA ....................................................................... 37 Figure 19. Gènes liés au chromosome X impliqués dans la déficience intellectuelle et les TSA ........................ 39 Figure 20. CNVs récurrents et non récurrents .................................................................................................... 40 Figure 21. Délétions 22q13 de taille variable chez les patients atteints du syndrome de uploads/Geographie/ these-archivage-3159585-pdf.pdf