Exploration of neurodevelopmental disorders : characterization of chromosome 22 rings in patients with Phelan-McDermid syndrome and involvement of contactin genes in neurodevelopmental disorders
Exploration des troubles du neurodéveloppement : caractérisation des anneaux du chromosome 22 chez des patients atteints du syndrome de Phelan-McDermid et implication des gènes des contactines dans les troubles du neurodéveloppement
Résumé
Neurodevelopmental disorders (NDD) affect 9-18% of the general population, making them a major public health issue. The genetic causes are highly diverse, sometimes involving epistasis mechanisms and making molecular diagnosis difficult. NDD-associated genes play a major role in three main biological mechanisms: chromatin remodeling, protein synthesis and synapse function, and nerve impulse transmission. My first objective was to study the contribution of whole-genome sequencing in identifying the chromosomal mechanisms responsible for Phelan-McDermid syndrome (PMS) through the formation of a ring on chromosome 22 (r(22)). Detection of r(22) is crucial in healthcare pathways, given the risk of developing neurofibromatosis type 2 due to the somatic loss of the ring and therefore of the NF2 gene. Analysis of the genomes of 7 patients with r(22) has made it possible to pinpoint the terminal breakpoints in ring formation, but also to identify additional point or structural variations that could influence the patients' phenotype. In addition, a systematic analysis of 22qter breakpoints using the recent version of the Telomere-to-telomere (T2T) genome, enabled us to identify an additional ring on chromosome 22 in a patient with PMS, previously undetectable via analysis pipelines using GRCh37 or 38. First, manual detection has consisted of visualizing discordant splits-reads and reads aligning both in the 22qter region and in the short arm region of an acrocentric in patients with a known ring. Then, we developed a Python tool able to automatically identify these 22qter-short-arm acrocentric alignments, which could eventually be used to identify the rings from any acrocentric chromosomes. These new advances could place whole-genome sequencing as the first-tier test to identify abnormalities previously detected only by conventional cytogenetic techniques (karyotype and FISH). The second objective of my thesis follows on a work that has shown an association between variations in the CNTN5 and CNTN6 genes and the risk of neurosensory disorders in autistic patients. Thus, we analyzed the link between the presence of variations altering any genes from contactin or contactin associated proteins families and the onset of NDD. This study involved the analysis of copy number variations (CNVs) in a cohort of 7,522 individuals detected by SNP array. The analysis revealed no significant association with NDD in 140/5,839 carrier patients and 36/1,683 controls. However, these results should be considered with caution as only the main phenotypic trait was available (intellectual disability, autism, malformation), without derails of the overall phenotype and potential comorbidities. The consequences of a contactin variant are potentially associated with a more refined phenotype, such as hyperacusis. Moreover, only CNVs have been studied, and a complementary analysis of all genomic variations should be carried out to gain a more comprehensive view of the role of the contactins and the contactin associated proteins in neurodevelopment.
Les troubles du neurodéveloppement (TND) touchent 9 à 18% de la population générale, et sont donc un enjeu majeur en santé publique. Les causes génétiques sont très variées, faisant parfois intervenir des mécanismes d'épistasie et rendant le diagnostic moléculaire difficile. Les gènes associés aux TND jouent un rôle majeur dans trois mécanismes biologiques principaux : le remodelage de la chromatine, la synthèse protéique et le fonctionnement de la synapse et la transmission de l'influx nerveux. Mon premier objectif a été d'étudier l'apport du séquençage du génome entier dans l'identification des mécanismes chromosomiques responsables d'un syndrome de Phelan-McDermid (PMS) par formation d'un anneau du chromosome 22 (r(22)). La détection des r(22) est cruciale dans le parcours de soin du fait du risque de développer une neurofibromatose de type 2 suite à la perte somatique de l'anneau et donc du gène NF2. L'analyse des génomes de 7 patients porteurs d'un r(22) a permis de préciser les points de cassure terminaux au niveau de la formation des anneaux, mais également d'identifier des variations additionnelles, ponctuelles ou de structures, qui pourraient influer sur le phénotype des patients. Par ailleurs, une analyse systématique des points de cassure en 22qter utilisant la récente version du génome Telomere-to-telomere (T2T), nous a permis de mettre en évidence un anneau additionnel du chromosome 22 chez un patient avec PMS, jusque-là non indentifiable via les pipelines d'analyses utilisant la référence GRCh37 ou 38. La mise au point a d'abord été manuelle en visualisant des splits-reads et des reads discordants s'alignant à la fois dans la région 22qter et dans la région du bras court d'un acrocentrique chez les patients porteurs d'un anneau connu. Cette mise au point nous a permis de développer un outil en python capable d'identifier de façon automatique ces alignements 22qter-bras court d'acrocentrique et pourra à terme être utiliser pour identifier les anneaux des 5 paires de chromosomes acrocentriques. Ces nouvelles avancées pourraient permettre de placer le séquençage de génome entier en première intention avec la possibilité d'identifier des anomalies jusque-là mises en évidence par les seules techniques de cytogénétique conventionnelle (Caryotype et FISH). Le deuxième objectif de ma thèse se pose dans la continuité de travaux ayant mis en évidence une association entre des variations des gènes CNTN5 et CNTN6 et le risque de troubles neurosensoriels chez des patients autistes. Nous avons analysé le lien entre la présence de variations touchant au moins l'un des gènes de la famille des contactines et des contactin associated proteins et l'apparition de TND. Cette étude a porté sur l'analyse des variations du nombre de copies (CNV) dans une cohorte de 7 522 individus ayant eu une puce à ADN de type SNP. L'analyse ne révèle pas d'association significative avec les TND chez 140/5 839 patients porteurs et 36/1 683 contrôles. Toutefois, ces résultats sont à considérer avec prudence puisque seul le trait phénotypique principal était disponible (déficience intellectuelle, autisme, malformation), sans le détail du phénotype global et des potentielles comorbidités. Les conséquences d'un variant touchant les contactines sont potentiellement associées à un phénotype plus fin, tel que l'hyperacousie. De plus, seuls les CNVs ont été étudiés, une analyse complémentaire portant sur l'ensemble des variations génomiques devrait être réalisée afin d'avoir une vue plus complète sur le rôle des contactines et des protéines associées dans le neurodéveloppement.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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