L'approche basée sur le génotype déterminé par séquençage haut-débit en première intention et le partage international des données pour identifier de nouveaux gènes et nouveaux syndromes responsables d'anomalies du développement - Lipides Nutrition Cancer - UMR866 Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2019

The "genotype-first" approach using next-generation sequencing and international data sharing as an efficient strategy to identify new genes and new syndromes responsible for developmental disorders

L'approche basée sur le génotype déterminé par séquençage haut-débit en première intention et le partage international des données pour identifier de nouveaux gènes et nouveaux syndromes responsables d'anomalies du développement

Résumé

Developmental disorders (DD) include malformative disorders and neurodevelopmental disorders such as intellectual disability (ID) and autism spectrum disorders (ASD). These clinical features can be isolated or combined in a given patient, they affect around 3% of worldwide population. These disorders are responsible for major morbidity and mortality, for hospitalization especially in pediatric departments, for disabilities and, therefore, this represents a public health priority. Since 2004, in France, several national plans were conducted and extended, the last one being the 3rd National Plan for Rare Disorders (PNMR 2018-2022) which include 10 main goals, among others increasing diagnosis yield, decrease diagnosis wandering, increasing access to innovation and boost research.Diagnosis yield in patients suffering from DD depends on knowledge increase and technology improvement which evolve in tight connections. Gathering cohorts of patients affected by similar disorders allowed to search for a shared molecular disorder while identification of genetic variants having similar predicted consequences allowed to describe phenotypic spectrum of syndromes which had not been previously clinically identified and to decipher some heterogeneous disorders. Diagnosis yield of DD could be assessed from around 5-15% with chromosomal analyses (especially microarrays) to 40% by means of exome sequencing which targets gene coding regions. Despite these improvements, genetic cause remains unknown in many patients, in part due to undetectable mutational mechanisms with used technologies, but also because of interpretation limits in sequencing data although pathogenic variants were detected.This phD aims at going on the research effort of new mutational spectrum of known disease-causing genes and identification of new ones, after non-contributive diagnosis analyses. This work consisted in exome reanalysis either in a recognizable cohort of ID associated with marfanoid features, or in a cohort of patients with non-syndromic ID. Otherwise, from a cohort of unexplained sporadic DD patients after solo exome reanalysis, we sequenced exome of both parents to interpret in a trio-based strategy. Every time a candidate gene was suspected, it was searched for recurrence in our in-house exome database and through international datasharing platforms to strengthen the association with the disorder and describe the phenotypic spectrum ; functional analyses were conducted when necessary to argue for the pathogenicity.This strategy allowed to identify several candidate genes which involvement in the disorders could be confirmed in a large proportion of them and led to scientific publications, either after works entirely conducted within our lab (DLG4 truncating variants identified in 3 patients from the marfanoid ID cohort), or by means of international collaborations: new mutational mechanism and new inheritance associated with KCNQ3 confirmed by functional analyses (ID, seizures, consanguinity), trio-exome reanalysis in a cohort of 70 unexplained sporadic DD patients allowing to identify a strong candidate gene in 26% of them (including KCNMA1, FBXO11, HNRNPR), and variants of unknown significance in 14%, with 3/70 patients probably affected by multiple disorders.These results confirm the great interest of exome reanalysis and datasharing to improve new pathogenic variants and new disease-causing genes.
Les anomalies du développement (AD) regroupent les syndromes malformatifs et les pathologies neurodéveloppementales comme la déficience intellectuelle (DI) et les troubles du spectre autistique. Ces manifestations peuvent être isolées ou non, et touchent environ 3% de la population. Il s’agit d’une cause importante de morbi-mortalité, d’hospitalisation notamment pédiatrique, de handicap, et donc d’un problème de santé publique. Une cause génétique est fortement suspectée dans environ 80% des cas. Depuis 2004, plusieurs plans nationaux maladies rares ont été déployés et reconduits, dont le dernier (3ème PNMR 2018-2022) se décline en 10 axes visant entre autres à améliorer le rendement diagnostique, réduire l’errance et l’impasse diagnostiques, favoriser l’accès à l’innovation, et impulser un nouvel élan à la recherche.Le taux diagnostique chez les patients atteints de maladies rares est tributaire de l’amélioration des connaissances cliniques et des innovations technologiques, qui évoluent en connexion permanente. Le rassemblement de cohortes de patients ayant un phénotype similaire a permis de rechercher une cause moléculaire commune pendant que l’identification de variations génétiques similaires a permis de décrire le spectre phénotypique de syndromes qui n’avaient pas été identifiés cliniquement jusque-là ou de démembrer certaines pathologies très hétérogènes génétiquement. Dans les AD/DI, le rendement diagnostique selon les techniques va de 5-15% grâce aux analyses chromosomiques (principalement sur puce à ADN) à 40% grâce au séquençage d’exome, qui couvre la majorité des régions codantes des gènes. Malgré ces avancées, l’origine de la pathologie reste inexpliquée chez de nombreux patients, en partie du fait de mécanismes mutationnels non détectables par les tests utilisés, mais aussi du fait des limites dans l’interprétation des données de séquençage alors que les variants génétiques pathogènes sont bien détectés.Cette thèse s’inscrit dans l’effort d’identification de nouveaux types de mutations et nouveaux gènes impliqués dans les AD lorsqu’une cause génétique est fortement suspectée mais que les analyses habituelles en procédure diagnostique n’ont pas permis de l’identifier. Ce travail a consisté à réanalyser des données d’exome dans une cohorte DI - syndrome marfanoïde, et dans une cohorte de patients atteints de DI peu ou pas syndromique. De plus, à partir d’une cohorte de patients restés négatifs malgré une réanalyse des données d’exome solo en recherche, une analyse en trio a été menée. Lorsqu’un gène candidat a été identifié, la base de données locale d’exomes était interrogée et le gène partagé sur une plateforme internationale pour tenter d’augmenter le nombre de patients concernés, confirmer son implication et en décrire un spectre phénotypique ; des analyses fonctionnelles prouvant l’effet délétère d’un type de variant génétique ont été menées pour apporter des arguments supplémentaires lorsque cela a été nécessaire.Cette stratégie a permis d’identifier plusieurs gènes candidats dont l’implication a pu être confirmée pour une grande proportion et conduire à des publications, soit à partir de travaux menés intégralement au sein de l’équipe (variant tronquants de DLG4 identifiés chez 3 patients ayant un syndrome DI marfanoïde), soit à partir de collaborations internationales (nouveau mécanisme mutationnel et nouveau mode d’hérédité associé au gène KCNQ3 confirmé par analyses fonctionnelles (DI, épilepsie, et consanguinité parentale) ; réinteprétation en trio dans une série de 70 patients ayant permis d’identifier un gène fortement candidat chez 26% d’entre eux dont KCNMA1, FBXO11, HNRNPR, et un variant de signification indéterminé chez 14% d’entre eux dont 3 patients présentant potentiellement plusieurs maladies génétiques.Ces résultats confirment l’intérêt de la réanalyse d’exome et du partage des données pour la découverte de nouveaux gènes et nouveaux mécanismes mutationnels.
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  • HAL Id : tel-02477164 , version 1

Citer

Sébastien Moutton. L'approche basée sur le génotype déterminé par séquençage haut-débit en première intention et le partage international des données pour identifier de nouveaux gènes et nouveaux syndromes responsables d'anomalies du développement. Médecine humaine et pathologie. Université Bourgogne Franche-Comté, 2019. Français. ⟨NNT : 2019UBFCI013⟩. ⟨tel-02477164⟩
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