par Duerinckx, Sarah 
Président du jury Casimir, Georges
Promoteur Abramowicz, Marc
Co-Promoteur Pirson, Isabelle
Publication Non publié, 2019-12-09
Président du jury Casimir, Georges
Promoteur Abramowicz, Marc
Co-Promoteur Pirson, Isabelle
Publication Non publié, 2019-12-09
Thèse de doctorat
| Résumé : | Primary Microcephalies (PMs) are characterized by a small head since birth, resulting from an insufficient production of mature neurons during neurogenesis. PMs carry a heavy burden of intellectual deficiency, and serve as model diseases for brain volumic development. Known PM genes are ascribed to several cellular pathways such as the centriole duplication pathway, the control of cellcycle checkpoints and the general control of DNA replication licensing, although the exact mechanisms remain unclear. Genes causing monogenic forms of PM can be identified in fewer than 50% of patients. Digenic inheritance has recently been described in the mouse for PM caused by Aspm and Wdr62, but it is not known whether this applies to humans. The genetic dissection of PM will provide interesting clues about the cellular mechanisms involved.In this study, we used two different holistic, in vivo approaches: high throughput DNA sequencing of multiple PM genes in human PM patients, and genome-edited zebrafish modeling of selected PM genes.Analysis of a large mostly outbred PM cohort revealed 15 novel mutations in known PM genes, ASPM and WDR62 being the most frequently mutated. Mutations in AP4M1 and TRAPPC9 were for the first time associated with PM in two families. A mutation in MCPH1 truncating the last BRCT domain was surprisingly not associated with PM. The analysis of the exome cohort also revealed variants in four candidate genes that are not yet associated with human pathologies. Furthermore, exomes of PM patients showed a significant excess of variants in 75 PM genes, that persisted after removing monogenic causes of PM. A PM gene panel showed that the burden was carried by six centrosomal genes. In zebrafish, non-centrosomal gene casc5 biallelic invalidation produced a severe PM phenotype, that was not modified by centrosomal genes aspm or wdr62 invalidation. A digenic, quadriallelic PM phenotype was produced by aspm and wdr62. Digenic analysis of the PM cohort revealed candidates for digenic inheritance, among which heterozygous mutations in CEP135 and WDR62 in one PM patient.In this study, we widened the spectrum of known deleterious mutations in PM genes and provided detailed patients’ clinical information, improving genetic counseling provided to families. We expanded AP4M1 and TRAPPC9 phenotypes to severe microcephaly of prenatal onset, and suggested a bifunctional model of MCPH1 where the centrosomal function is involved in brain volumic development and not the DNA Damage Repair function. We presented four interesting candidate genes for PM that need further investigations. Moreover, our observations provided strong evidence for digenic inheritance of human PM, involving centrosomal genes. Absence of genetic interaction between casc5 and aspm or wdr62 delineated centrosomal and non-centrosomal pathways in PM. Candidate pairs for digenic inheritance in human PM will be worth investigating in the future and will contribute to unravel the complex genetic architecture of PM. |
| Les Microcéphalies Primaires (MPs) sont caractérisées par une tête trop petite dès la naissance, résultant d’une production insuffisante de neurones durant le développement embryonnaire. Les MPs sont responsables d’une lourde charge de déficits intellectuels, et servent de maladies modèles pour le développement volumique cérébral. Les gènes connus de MP appartiennent à des voies cellulaires distinctes, comme la duplication centriolaire, le contrôle du cycle cellulaire et le contrôle général de la réplication de l’ADN, bien que le mécanisme exact responsable des MP ne soit pas clair. Des gènes causant des formes monogéniques de MP sont identifiés dans moins de 50% des patients. Une hérédité digénique a récemment été décrite chez la souris pour la MP causée par Aspm et Wdr62, mais il n’est pas clair que ceci s’applique aussi à l’humain. La dissection génétique de la MP pourra fournir des informations intéressantes concernant les mécanismes cellulaires impliqués.Dans cette étude, nous avons utilisé deux approches holistiques, in vivo : séquençage à haut débit de multiples gènes de MP chez des patients MP humains, et invalidation de gènes sélectionnés de MP chez le poisson-zèbre.L’analyse d’une large cohorte de patients MP a révélé 15 nouvelles mutations dans des gènes MP connus, ASPM et WDR62 étant les gènes les plus fréquemment mutés. Des mutations dans les gènes AP4M1 et TRAPPC9 ont été associées à la MP dans deux familles. Une mutation dans le gène MCPH1 tronquant le dernier domaine BRCT n’a étonnamment pas été associée à la MP. L’analyse de la cohorte a aussi révélé des variants dans quatre gènes candidats n’ayant pas encore été associés à des pathologies humaines. De plus, l’analyse d’exomes de patients MP a montré un excès significatif de variants dans 75 gènes MP, persistant après retrait des causes monogéniques de MP. Un panel de gènes MP a montré que l’excès de variants était porté par six gènes centrosomaux. Chez le poisson-zèbre, l’invalidation biallélique du gène non centrosomal casc5 a induit un phénotype de MP sévère, non modifié par l’invalidation des gènes centrosomaux aspm ou wdr62. Un phénotype de MP digénique, quadriallélique, a été induit par aspm et wdr62. L’analyse digénique de la cohorte MP a révélé des candidats pour une hérédité digénique, parmi lesquels des mutations hétérozygotes dans les gènes CEP135 et WDR62 chez un patient MP.Dans cette étude, nous élargissons le spectre des mutations délétères connues dans les gènes MP et nous fournissons des renseignements cliniques détaillés au sujet des patients, deux éléments aboutissant à l’amélioration du conseil génétique apporté aux familles. Nous étendons les phénotypes AP4M1 et TRAPPC9 à une MP sévère, et suggérons un modèle bifonctionnel de MCPH1 où seule la fonction centrosomale serait impliquée dans le développement volumique cérébral, et pas la fonction de réparation de l’ADN. Nous présentons quatre gènes candidats intéressants pour la MP, qui nécessiteront des investigations supplémentaires. De plus, nos observations apportent des preuves fortes en faveur de l’existence d’une hérédité digénique dans la MP, impliquant des gènes centrosomaux. L’absence d’interaction génétique entre casc5 d’une part, et aspm ou wdr62 d’autre part, distingue des voies centrosomale et non centrosomale dans la MP. Des paires candidates pour une hérédité digénique dans la MP humaine pourront faire l’objet de recherches intéressantes durant les prochaines années, contribuant à éclaircir l’architecture génétique complexe de la MP. |
