Social structure emerges via the interaction between local ecology and individual behaviour.

1. The formation of groups is a fundamental aspect of social organization, but there are still many questions regarding how social structure emerges from individuals making non-random associations. 2. Although food distribution and individual phenotypic traits are known to separately influence social organization, this is the first study, to our knowledge, experimentally linking them to demonstrate the importance of their interaction in the emergence of social structure. 3. Using an experimental design in which food distribution was either clumped or dispersed, in combination with individuals that varied in exploratory behaviour, our results show that social structure can be induced in the otherwise non-social European shore crab (Carcinus maenas). 4. Regardless of food distribution, individuals with relatively high exploratory behaviour played an important role in connecting otherwise poorly connected individuals. In comparison, low exploratory individuals aggregated into cohesive, stable subgroups (moving together even when not foraging), but only in tanks where resources were clumped. No such non-foraging subgroups formed in environments where food was evenly dispersed. 5. Body size did not accurately explain an individual's role within the network for either type of food distribution. 6. Because of their synchronized movements and potential to gain social information, groups of low exploratory crabs were more effective than singletons at finding food. 7. Because social structure affects selection, and social structure is shown to be sensitive to the interaction between ecological and behavioural differences among individuals, local selective pressures are likely to reflect this interaction.

Phenotypic and molecular characterization of the onset of neuropathy in rodent models of diabetes mellitus

Abstract : The principal focus of this work was to study the molecular changes leading to the development of diabetic peripheral neuropathy (DPN). DPN is the most common complication associated with both type I and II diabetes mellitus (DM). This pathology is the leading cause of non-traumatic amputations. Even though the pathological and morphological changes underlying DPN are relatively well described, the implicated molecular mechanisms remain poorly understood. The following two approaches were developed to study the development of DPN in a rodent model of DM type I. As a first approach, we studied the implication of lipid metabolism in DPN phenotype, concentrating on Sterol Response Element Binding Protein (SREBP)-lc which is the key regulator of storage lipid metabolism. We showed that SREBP-1c was expressed in peripheral nerves and that its expression profile followed the expression of genes involved in storage lipid metabolism. In addition, the expression of SREBP-1c in the endoneurium of peripheral nerves was dependant upon nutritional status and this expression was also perturbed in type I diabetes. In line with this, we showed that insulin elevated the expression of SREBP-1c in primary cultured Schwann cells by activating the SREBP-1c promoter. Taken together, these findings reveal that SREBP-1c expression in Schwann cells responds to metabolic stimuli including insulin and that this response is affected in type I diabetes mellitus. This suggests that disturbed SREBP-1c regulated lipid metabolism may contribute to the pathophysiology of DPN. As a second approach, we performed a comprehensive analysis of the molecular changes associated with DPN in the Akital~1~+ mouse which is a model of spontaneous early-onset type I diabetes mellitus. This mouse expresses a mutated non-functional isoform of insulin, leading to hypoinsulinemia and hyperglycaemia. To determine the onset of DPN, weight, blood glucose and motor nerve conduction velocity (MNCV) were measured in Akital+/+ mice during the first three months of life. A decrease in MNCV was evident akeady one week after the onset of hyperglycemia. To explore the molecular changes associated with the development of DPN in these mice, we performed gene expression profiling using sciatic nerve endoneurium and dorsal root ganglia (DRG) isolated from early diabetic male Akita+/+ mice and sex-matched littermate controls. No major transcriptional changes were detected either in the DRG or in the sciatic nerve endoneurium. This experiment indicates that the phenotypic changes observed during the development of DPN are not correlated with major transcriptional alterations, but mainly with alterations at the protein level. Résumé Lors ce travail, nous nous sommes intéressés aux changements moléculaires aboutissant aux neuropathies périphériques dues au diabète (NPD). Les NPD sont la complication la plus commune du diabète de type I et de type II. Cette pathologie est une cause majeure d'amputations. Même si les changements pathologiques et morphologiques associés aux NPD sont relativement bien décrits, les mécanismes moléculaires provoquant cette pathologie sont mal connus. Deux approches ont principalement été utilisées pour étudier le développement des NPD dans des modèles murins du diabète de type I. Nous avons d'abord étudié l'impact du métabolisme des lipides sur le développement des NPD en nous concentrant sur Sterol Response Element Binding Protein (SREBP)-1 c qui est un régulateur clé des lipides de stockage. Nous avons montré que SREBP-1 c est exprimé dans les nerfs périphériques et que son profil d'expression suit celui de gènes impliqués dans le métabolisme des lipides de stockage. De plus, l'expression de SREBP-1c dans l'endoneurium des nerfs périphériques est dépendante du statut nutritionnel et est dérégulée lors de diabète de type I. Nous avons également pu montrer que l'insuline augmente l'expression de SREBP-1c dans des cultures primaires de cellules de Schwann en activant le promoteur de SREBP-1c. Ses résultats démontrent que l'expression de SREBP-1c dans les cellules de Schwann est contrôlée par des stimuli métaboliques comme l'insuline et que cette réponse est affectée dans le cas d'un diabète de type I. Ces données suggèrent que la dérégulation de l'expression de SREBP-1c lors du diabète pourrait affecter le métabolisme des lipides et ainsi contribuer à la pathophysiologie des NPD. Comme seconde approche, nous avons réalisé une analyse globale des changements moléculaires associés au développement des NPD chez les souris Akita+/+, un modèle de diabète de type I. Cette souris exprime une forme mutée et non fonctionnelle de l'insuline provoquant une hypoinsulinémie et une hyperglycémie. Afin de déterminer le début du développement de la NPD, le poids, le niveau de glucose sanguin et la vitesse de conduction nerveuse (VCN) ont été mesurés durant les 3 premiers mois de vie. Une diminution de la VCN a été détectée une semaine seulement après le développement de l'hyperglycémie. Pour explorer les changements moléculaires associés avec le développement des NPD, nous avons réalisé un profil d'expression de l'endoneurium du nerf sciatique et des ganglions spinaux isolés à partir de souris Akital+/+ et de souris contrôles Akita+/+. Aucune altération transcriptionnelle majeure n'a été détectée dans nos échantillons. Cette expérience suggère que les changements phénotypiques observés durant le développement des NPD ne sont pas corrélés avec des changements importants au niveau transcriptionnel, mais plutôt avec des altérations au niveau protéique. Résumé : Lors ce travail, nous nous sommes intéressés aux changements moléculaires aboutissant aux neuropathies périphériques dues au diabète (NPD). Les NPD sont la complication la plus commune du diabète de type I et de type II. Cette pathologie est une cause majeure d'amputations. Même si les changements pathologiques et morphologiques associés aux NPD sont relativement bien décrits, les mécanismes moléculaires provoquant cette pathologie sont mal connus. Deux approches ont principalement été utilisées pour étudier le développement des NPD dans des modèles murins du diabète de type I. Nous avons d'abord étudié l'impact du métabolisme des lipides sur le développement des NPD en nous concentrant sur Sterol Response Element Binding Protein (SREBP)-1c qui est un régulateur clé des lipides de stockage. Nous avons montré que SREBP-1 c est exprimé dans les nerfs périphériques et que son profil d'expression suit celui de gènes impliqués dans le métabolisme des lipides de stockage. De plus, l'expression de SREBP-1c dans l'endoneurium des nerfs périphériques est dépendante du statut nutritionnel et est dérégulée lors de diabète de type I. Nous avons également pu montrer que l'insuline augmente l'expression de SREBP-1c dans des cultures primaires de cellules de Schwann en activant le promoteur de SREBP-1c. Ses résultats démontrent que l'expression de SREBP-1c dans les cellules de Schwann est contrôlée par des stimuli métaboliques comme l'insuline et que cette réponse est affectée dans le cas d'un diabète de type I. Ces données suggèrent que la dérégulation de l'expression de SREBP-1c lors du diabète pourrait affecter le métabolisme des lipides et ainsi contribuer à la pathophysiologie des NPD. Comme seconde approche, nous avons réalisé une analyse globale des changements moléculaires associés au développement des NPD chez les souris Akita~~Z~+, un modèle de diabète de type I. Cette souris exprime une forme mutée et non fonctionnelle de l'insuline provoquant une hypoinsulinémie et une hyperglycémie. Afin de déterminer le début du développement de la NPD, le poids, le niveau de glucose sanguin et la vitesse de conduction nerveuse (VCN) ont été mesurés durant les 3 premiers mois de vie. Une diminution de la VCN a été détectée une semaine seulement après le développement de l'hyperglycémie. Pour explorer les changements moléculaires associés avec le développement des NPD, nous avons réalisé un profil d'expression de l'endoneurium du nerf sciatique et des ganglions spinaux isolés à partir de souris Akital+/+ et de souris contrôles Akita+/+. Aucune altération transcriptionnelle majeure n'a été détectée dans nos échantillons. Cette expérience suggère que les changements phénotypiques observés durant le développement des NPD ne sont pas corrélés avec des changements importants au niveau transcriptionnel, mais plutôt avec des altérations au niveau protéique.

Mutations in the human UBR1 gene and the associated phenotypic spectrum.

Johanson-Blizzard syndrome (JBS) is a rare, autosomal recessive disorder characterized by exocrine pancreatic insufficiency, typical facial features, dental anomalies, hypothyroidism, sensorineural hearing loss, scalp defects, urogenital and anorectal anomalies, short stature, and cognitive impairment of variable degree. This syndrome is caused by a defect of the E3 ubiquitin ligase UBR1, which is part of the proteolytic N-end rule pathway. Herein, we review previously reported (n = 29) and a total of 31 novel UBR1 mutations in relation to the associated phenotype in patients from 50 unrelated families. Mutation types include nonsense, frameshift, splice site, missense, and small in-frame deletions consistent with the hypothesis that loss of UBR1 protein function is the molecular basis of JBS. There is an association of missense mutations and small in-frame deletions with milder physical abnormalities and a normal intellectual capacity, thus suggesting that at least some of these may represent hypomorphic UBR1 alleles. The review of clinical data of a large number of molecularly confirmed JBS cases allows us to define minimal clinical criteria for the diagnosis of JBS. For all previously reported and novel UBR1 mutations together with their clinical data, a mutation database has been established at LOVD.

Distribution of metals exposure and associations with cardiometabolic risk factors in the "Modeling the Epidemiologic Transition Study".

BACKGROUND: Metals are known endocrine disruptors and have been linked to cardiometabolic diseases via multiple potential mechanisms, yet few human studies have both the exposure variability and biologically-relevant phenotype data available. We sought to examine the distribution of metals exposure and potential associations with cardiometabolic risk factors in the "Modeling the Epidemiologic Transition Study" (METS), a prospective cohort study designed to assess energy balance and change in body weight, diabetes and cardiovascular disease risk in five countries at different stages of social and economic development. METHODS: Young adults (25-45 years) of African descent were enrolled (N = 500 from each site) in: Ghana, South Africa, Seychelles, Jamaica and the U.S.A. We randomly selected 150 blood samples (N = 30 from each site) to determine concentrations of selected metals (arsenic, cadmium, lead, mercury) in a subset of participants at baseline and to examine associations with cardiometabolic risk factors. RESULTS: Median (interquartile range) metal concentrations (μg/L) were: arsenic 8.5 (7.7); cadmium 0.01 (0.8); lead 16.6 (16.1); and mercury 1.5 (5.0). There were significant differences in metals concentrations by: site location, paid employment status, education, marital status, smoking, alcohol use, and fish intake. After adjusting for these covariates plus age and sex, arsenic (OR 4.1, 95% C.I. 1.2, 14.6) and lead (OR 4.0, 95% C.I. 1.6, 9.6) above the median values were significantly associated with elevated fasting glucose. These associations increased when models were further adjusted for percent body fat: arsenic (OR 5.6, 95% C.I. 1.5, 21.2) and lead (OR 5.0, 95% C.I. 2.0, 12.7). Cadmium and mercury were also related with increased odds of elevated fasting glucose, but the associations were not statistically significant. Arsenic was significantly associated with increased odds of low HDL cholesterol both with (OR 8.0, 95% C.I. 1.8, 35.0) and without (OR 5.9, 95% C.I. 1.5, 23.1) adjustment for percent body fat. CONCLUSIONS: While not consistent for all cardiometabolic disease markers, these results are suggestive of potentially important associations between metals exposure and cardiometabolic risk. Future studies will examine these associations in the larger cohort over time.

A Multi-SNP Locus-Association Method Reveals a Substantial Fraction of the Missing Heritability.

There are many known examples of multiple semi-independent associations at individual loci; such associations might arise either because of true allelic heterogeneity or because of imperfect tagging of an unobserved causal variant. This phenomenon is of great importance in monogenic traits but has not yet been systematically investigated and quantified in complex-trait genome-wide association studies (GWASs). Here, we describe a multi-SNP association method that estimates the effect of loci harboring multiple association signals by using GWAS summary statistics. Applying the method to a large anthropometric GWAS meta-analysis (from the Genetic Investigation of Anthropometric Traits consortium study), we show that for height, body mass index (BMI), and waist-to-hip ratio (WHR), 3%, 2%, and 1%, respectively, of additional phenotypic variance can be explained on top of the previously reported 10% (height), 1.5% (BMI), and 1% (WHR). The method also permitted a substantial increase (by up to 50%) in the number of loci that replicate in a discovery-validation design. Specifically, we identified 74 loci at which the multi-SNP, a linear combination of SNPs, explains significantly more variance than does the best individual SNP. A detailed analysis of multi-SNPs shows that most of the additional variability explained is derived from SNPs that are not in linkage disequilibrium with the lead SNP, suggesting a major contribution of allelic heterogeneity to the missing heritability.

A comparative phenotypic study of kallmann syndrome patients carrying monoallelic and biallelic mutations in the prokineticin 2 or prokineticin receptor 2 genes.

Context: Both biallelic and monoallelic mutations in PROK2 or PROKR2 have been found in Kallmann syndrome (KS). Objective: The objective of the study was to compare the phenotypes of KS patients harboring monoallelic and biallelic mutations in these genes. Design and Patients: We studied clinical and endocrine features that reflect the functioning of the pituitary-gonadal axis, and the nonreproductive phenotype, in 55 adult KS patients (42 men and 13 women), of whom 41 had monoallelic mutations and 14 biallelic mutations in PROK2 or PROKR2. Results: Biallelic mutations were associated with more frequent cryptorchidism (70% vs. 34%, P < 0.05) and microphallus (90% vs. 28%, P < 0.001) and lower mean testicular volume (1.2 +/- 0.4 vs. 4.5 +/- 6.0 ml; P < 0.01) in male patients. Likewise, the testosterone level as well as the basal FSH level and peak LH level under GnRH-stimulation were lower in males with biallelic mutations (0.2 +/- 0.1 vs. 0.7 +/- 0.8 ng/ml; P = 0.05, 0.3 +/- 0.1 vs. 1.8 +/- 3.0 IU/liter; P < 0.05, and 0.8 +/- 0.8 vs. 5.2 +/- 5.5 IU/liter; P < 0.05, respectively). Nonreproductive, nonolfactory anomalies were rare in both sexes and were never found in patients with biallelic mutations. The mean body mass index of the patients (23.9 +/- 4.2 kg/m(2) in males and 26.3 +/- 6.6 kg/m(2) in females) did not differ significantly from that of gender-, age-, and treatment-matched KS individuals who did not carry a mutation in PROK2 or PROKR2. Finally, circadian cortisol levels evaluated in five patients, including one with biallelic PROKR2 mutations, were normal in all cases. Conclusion: Male patients carrying biallelic mutations in PROK2 or PROKR2 have a less variable and on average a more severe reproductive phenotype than patients carrying monoallelic mutations in these genes. Nonreproductive, nonolfactory clinical anomalies associated with KS seem to be restricted to patients with monoallelic mutations.

Copy number variants, diseases and gene expression.

Copy number variation (CNV) has recently gained considerable interest as a source of genetic variation likely to play a role in phenotypic diversity and evolution. Much effort has been put into the identification and mapping of regions that vary in copy number among seemingly normal individuals in humans and a number of model organisms, using bioinformatics or hybridization-based methods. These have allowed uncovering associations between copy number changes and complex diseases in whole-genome association studies, as well as identify new genomic disorders. At the genome-wide scale, however, the functional impact of CNV remains poorly studied. Here we review the current catalogs of CNVs, their association with diseases and how they link genotype and phenotype. We describe initial evidence which revealed that genes in CNV regions are expressed at lower and more variable levels than genes mapping elsewhere, and also that CNV not only affects the expression of genes varying in copy number, but also have a global influence on the transcriptome. Further studies are warranted for complete cataloguing and fine mapping of CNVs, as well as to elucidate the different mechanisms by which they influence gene expression.

Hierarchical modeling gave plausible estimates of associations between metabolic syndrome and components of antiretroviral therapy.

OBJECTIVE: Hierarchical modeling has been proposed as a solution to the multiple exposure problem. We estimate associations between metabolic syndrome and different components of antiretroviral therapy using both conventional and hierarchical models. STUDY DESIGN AND SETTING: We use discrete time survival analysis to estimate the association between metabolic syndrome and cumulative exposure to 16 antiretrovirals from four drug classes. We fit a hierarchical model where the drug class provides a prior model of the association between metabolic syndrome and exposure to each antiretroviral. RESULTS: One thousand two hundred and eighteen patients were followed for a median of 27 months, with 242 cases of metabolic syndrome (20%) at a rate of 7.5 cases per 100 patient years. Metabolic syndrome was more likely to develop in patients exposed to stavudine, but was less likely to develop in those exposed to atazanavir. The estimate for exposure to atazanavir increased from hazard ratio of 0.06 per 6 months' use in the conventional model to 0.37 in the hierarchical model (or from 0.57 to 0.81 when using spline-based covariate adjustment). CONCLUSION: These results are consistent with trials that show the disadvantage of stavudine and advantage of atazanavir relative to other drugs in their respective classes. The hierarchical model gave more plausible results than the equivalent conventional model.

Parent-offspring similarity for childhood behaviorial inhibition and associations between inhibition and parental care

L'article constituant le présent travail de thèse décrit une recherche évaluant les similarités entre l'inhibition comportementale chez des enfants et leurs parents respectifs durant l'enfance, ainsi que l'association éventuelle entre l'inhibition et les attitudes parentales. L'inhibition comportementale - définie comme une prédisposition de l'enfant à réagir avec réticence et angoisse à des situations inhabituelles - est une caractéristique de tempérament qui apparaît tôt dans la vie et est relativement stable dans le temps. L'intérêt qui y est associé repose sur son association avec des conséquences développementales négatives pour l'individu: risque accentué chez les enfants d'inadaptation scolaire, de dysfonctionnement social et de sentiments de détresse; facteur de risque en ce qui concerne le développement ultérieur de troubles psychiatriques de l'adulte, dont les troubles anxieux en particulier. Nous avons dès lors investigué dans cette recherche 1) la présence d'une association entre l'inhibition comportementale actuelle des enfants et celle rétrospective de leurs parents, dans ses deux dimensions spécifiques, soit sociale (« peurs à l'école ») et non-sociale (« peurs générales »), et 2) si ces dimensions d'inhibition étaient associées au niveau de chaleur, d'affectivité et de soutien prodigués par les parents. C'est à partir de la récolte d'auto-questionnaires remplis dans le contexte d'une vaste étude initiée à Lausanne en 1994, que nous avons extrait un échantillon de 453 enfants scolarisés en 6/7ème années et 741 de leurs parents biologiques respectifs. Les analyses ont porté sur les auto-questionnaires évaluant, chez les enfants, leurs degrés d'inhibition comportementale, de symptomatologie psychiatrique actuelle et de perception de chaleur, d'affectivité et de soutien reçu de la part des parents, et, en ce qui concerne les parents, des auto¬questionnaires évaluant rétrospectivement leurs degrés d'inhibition comportementale durant l'enfance et de symptomatologie psychiatrique actuelle. La comparaison des scores des enfants avec ceux de leurs parents sur les échelles de l'inhibition comportementale (CSRCI-Child version of the Self-Report of Child Inhibition - et RSRI - Retrospective Self- Report of Inhibition -), montre la présence d'une similarité significative pour chacune des dimensions spécifiques, suggérant que les enfants de parents ayant présenté une inhibition comportementale dans l'enfance sont plus à risque d'en développer une à leur tour. Nous avons par ailleurs pu établir, au cours d'analyses complémentaires, que cette association se maintenait après l'ajustement des degrés de symptomatologie psychiatrique respectifs des enfants et de leurs parents, ce qui a permis d'écarter ce facteur confondant potentiel. Bien que la nature de cette association ne puisse être élucidée par cette recherche, le fait que la taille de l'effet soit modeste suggère qu'un rôle important dans le développement de l'inhibition soit joué par des facteurs environnementaux non partagés dans une famille. Un de ceux-ci semble suggéré par l'association négative qui apparaît dans cette étude entre le degré d'inhibition dans sa dimension « peurs à l'école » et l'attitude parentale: un bas niveau de chaleur, d'affectivité et de soutien perçu par l'enfant de la part de ses parents aurait ainsi une influence sur le développement de peurs en situations sociales en particulier. Alternativement, cette association négative pourrait suggérer que les peurs de l'enfant aient une influence négative sur le développement d'une attitude parentale de soutien ou, du moins, sur la perception de celle-ci par l'enfant. Il est aussi bien évidemment envisageable que ces processus interagissent dans une boucle de rétroaction. Seules des études longitudinales pourraient nous éclairer sur la nature de cette association. Quoi qu'il en soit, ce résultat présente un intérêt clinique pour orienter des interventions de prévention du développement de troubles psychiatriques chez des enfants inhibés, en proposant d'agir, soit directement sur les attitudes parentales, soit sur les peurs de l'enfant ainsi que sur les caractéristiques perçues par l'enfant de l'attitude parentale. Des études longitudinales sur les ressemblances entre les parents et leurs enfants concernant l'inhibition comportementale, incluant des études de jumeaux, d'enfants adoptés et de familles, sont nécessaires pour mieux comprendre les interactions entre les facteurs génétiques, familiaux et environnementaux dans le développement de l'inhibition comportementale des enfants.

Autosomal dominant spondylocarpotarsal synostosis syndrome: phenotypic homogeneity and genetic heterogeneity.

Spondylocarpotarsal synostosis syndrome (SCT) (OMIM 272460), originally thought to be a failure of normal spine segmentation, is characterized by progressive fusion of vertebras and associates unsegmented bars, scoliosis, short stature, carpal and tarsal synostosis. Cleft palate, sensorineural or mixed hearing loss, joint limitation, clinodactyly, and dental enamel hypoplasia are variable manifestations. Twenty-five patients have been reported. Thirteen affected individuals were siblings from six families and four of these families were consanguineous. In four of those families, Krakow et al. [Krakow et al. (2004) Nat Genet 36:405-410] found homozygosity or compound heterozygosity for mutations in the gene encoding FLNB. This confirmed autosomal recessive inheritance of the disorder. We report on two new patients (a mother and her son) representing the first case of autosomal dominant inheritance. These patients met the clinical and radiological criteria for SCT and did not present any features which could exclude this diagnosis. Molecular analysis failed to identify mutations in NOG and FLNB. SCT is therefore, genetically heterogeneous. Both dominant and autosomal recessive forms of inheritance should be considered during genetic counseling.

Phenotypic and molecular characterization of a novel case of dyssegmental dysplasia, Silverman-Handmaker type.

Dyssegmental dysplasia, Silverman-Handmaker type (DDSH; #MIM 224410) is an autosomal recessive form of lethal dwarfism characterized by a defect in segmentation and fusion of vertebral bodies components ("anisospondyly") and by severe limb shortening. It is caused by mutations in the perlecan gene (HSPG2), but so far, only three molecularly confirmed cases have been reported. We report a novel case of DDSH in a fetus that presented at 15 weeks gestation with encephalocele, severe micromelic dwarfism and narrow thorax. After termination of pregnancy, radiographs showed short ribs, short and bent long bones and anisospondyly of two vertebral bodies. The fetus was homozygous for a previously undescribed null mutation in HSPG2.

Computational and statistical analysis of copy number variants in normal and cancer genomes

AbstractAlthough the genomes from any two human individuals are more than 99.99% identical at the sequence level, some structural variation can be observed. Differences between genomes include single nucleotide polymorphism (SNP), inversion and copy number changes (gain or loss of DNA). The latter can range from submicroscopic events (CNVs, at least 1kb in size) to complete chromosomal aneuploidies. Small copy number variations have often no (lethal) consequences to the cell, but a few were associated to disease susceptibility and phenotypic variations. Larger re-arrangements (i.e. complete chromosome gain) are frequently associated with more severe consequences on health such as genomic disorders and cancer. High-throughput technologies like DNA microarrays enable the detection of CNVs in a genome-wide fashion. Since the initial catalogue of CNVs in the human genome in 2006, there has been tremendous interest in CNVs both in the context of population and medical genetics. Understanding CNV patterns within and between human populations is essential to elucidate their possible contribution to disease. But genome analysis is a challenging task; the technology evolves rapidly creating needs for novel, efficient and robust analytical tools which need to be compared with existing ones. Also, while the link between CNV and disease has been established, the relative CNV contribution is not fully understood and the predisposition to disease from CNVs of the general population has not been yet investigated.During my PhD thesis, I worked on several aspects related to CNVs. As l will report in chapter 3, ! was interested in computational methods to detect CNVs from the general population. I had access to the CoLaus dataset, a population-based study with more than 6,000 participants from the Lausanne area. All these individuals were analysed on SNP arrays and extensive clinical information were available. My work explored existing CNV detection methods and I developed a variety of metrics to compare their performance. Since these methods were not producing entirely satisfactory results, I implemented my own method which outperformed two existing methods. I also devised strategies to combine CNVs from different individuals into CNV regions.I was also interested in the clinical impact of CNVs in common disease (chapter 4). Through an international collaboration led by the Centre Hospitalier Universitaire Vaudois (CHUV) and the Imperial College London I was involved as a main data analyst in the investigation of a rare deletion at chromosome 16p11 detected in obese patients. Specifically, we compared 8,456 obese patients and 11,856 individuals from the general population and we found that the deletion was accounting for 0.7% of the morbid obesity cases and was absent in healthy non- obese controls. This highlights the importance of rare variants with strong impact and provides new insights in the design of clinical studies to identify the missing heritability in common disease.Furthermore, I was interested in the detection of somatic copy number alterations (SCNA) and their consequences in cancer (chapter 5). This project was a collaboration initiated by the Ludwig Institute for Cancer Research and involved other groups from the Swiss Institute of Bioinformatics, the CHUV and Universities of Lausanne and Geneva. The focus of my work was to identify genes with altered expression levels within somatic copy number alterations (SCNA) in seven metastatic melanoma ceil lines, using CGH and SNP arrays, RNA-seq, and karyotyping. Very few SCNA genes were shared by even two melanoma samples making it difficult to draw any conclusions at the individual gene level. To overcome this limitation, I used a network-guided analysis to determine whether any pathways, defined by amplified or deleted genes, were common among the samples. Six of the melanoma samples were potentially altered in four pathways and five samples harboured copy-number and expression changes in components of six pathways. In total, this approach identified 28 pathways. Validation with two external, large melanoma datasets confirmed all but three of the detected pathways and demonstrated the utility of network-guided approaches for both large and small datasets analysis.RésuméBien que le génome de deux individus soit similaire à plus de 99.99%, des différences de structure peuvent être observées. Ces différences incluent les polymorphismes simples de nucléotides, les inversions et les changements en nombre de copies (gain ou perte d'ADN). Ces derniers varient de petits événements dits sous-microscopiques (moins de 1kb en taille), appelés CNVs (copy number variants) jusqu'à des événements plus large pouvant affecter des chromosomes entiers. Les petites variations sont généralement sans conséquence pour la cellule, toutefois certaines ont été impliquées dans la prédisposition à certaines maladies, et à des variations phénotypiques dans la population générale. Les réarrangements plus grands (par exemple, une copie additionnelle d'un chromosome appelée communément trisomie) ont des répercutions plus grave pour la santé, comme par exemple dans certains syndromes génomiques et dans le cancer. Les technologies à haut-débit telle les puces à ADN permettent la détection de CNVs à l'échelle du génome humain. La cartographie en 2006 des CNV du génome humain, a suscité un fort intérêt en génétique des populations et en génétique médicale. La détection de différences au sein et entre plusieurs populations est un élément clef pour élucider la contribution possible des CNVs dans les maladies. Toutefois l'analyse du génome reste une tâche difficile, la technologie évolue très rapidement créant de nouveaux besoins pour le développement d'outils, l'amélioration des précédents, et la comparaison des différentes méthodes. De plus, si le lien entre CNV et maladie a été établit, leur contribution précise n'est pas encore comprise. De même que les études sur la prédisposition aux maladies par des CNVs détectés dans la population générale n'ont pas encore été réalisées.Pendant mon doctorat, je me suis concentré sur trois axes principaux ayant attrait aux CNV. Dans le chapitre 3, je détaille mes travaux sur les méthodes d'analyses des puces à ADN. J'ai eu accès aux données du projet CoLaus, une étude de la population de Lausanne. Dans cette étude, le génome de plus de 6000 individus a été analysé avec des puces SNP et de nombreuses informations cliniques ont été récoltées. Pendant mes travaux, j'ai utilisé et comparé plusieurs méthodes de détection des CNVs. Les résultats n'étant pas complètement satisfaisant, j'ai implémenté ma propre méthode qui donne de meilleures performances que deux des trois autres méthodes utilisées. Je me suis aussi intéressé aux stratégies pour combiner les CNVs de différents individus en régions.Je me suis aussi intéressé à l'impact clinique des CNVs dans le cas des maladies génétiques communes (chapitre 4). Ce projet fut possible grâce à une étroite collaboration avec le Centre Hospitalier Universitaire Vaudois (CHUV) et l'Impérial College à Londres. Dans ce projet, j'ai été l'un des analystes principaux et j'ai travaillé sur l'impact clinique d'une délétion rare du chromosome 16p11 présente chez des patients atteints d'obésité. Dans cette collaboration multidisciplinaire, nous avons comparés 8'456 patients atteint d'obésité et 11 '856 individus de la population générale. Nous avons trouvés que la délétion était impliquée dans 0.7% des cas d'obésité morbide et était absente chez les contrôles sains (non-atteint d'obésité). Notre étude illustre l'importance des CNVs rares qui peuvent avoir un impact clinique très important. De plus, ceci permet d'envisager une alternative aux études d'associations pour améliorer notre compréhension de l'étiologie des maladies génétiques communes.Egalement, j'ai travaillé sur la détection d'altérations somatiques en nombres de copies (SCNA) et de leurs conséquences pour le cancer (chapitre 5). Ce projet fut une collaboration initiée par l'Institut Ludwig de Recherche contre le Cancer et impliquant l'Institut Suisse de Bioinformatique, le CHUV et les Universités de Lausanne et Genève. Je me suis concentré sur l'identification de gènes affectés par des SCNAs et avec une sur- ou sous-expression dans des lignées cellulaires dérivées de mélanomes métastatiques. Les données utilisées ont été générées par des puces ADN (CGH et SNP) et du séquençage à haut débit du transcriptome. Mes recherches ont montrées que peu de gènes sont récurrents entre les mélanomes, ce qui rend difficile l'interprétation des résultats. Pour contourner ces limitations, j'ai utilisé une analyse de réseaux pour définir si des réseaux de signalisations enrichis en gènes amplifiés ou perdus, étaient communs aux différents échantillons. En fait, parmi les 28 réseaux détectés, quatre réseaux sont potentiellement dérégulés chez six mélanomes, et six réseaux supplémentaires sont affectés chez cinq mélanomes. La validation de ces résultats avec deux larges jeux de données publiques, a confirmée tous ces réseaux sauf trois. Ceci démontre l'utilité de cette approche pour l'analyse de petits et de larges jeux de données.Résumé grand publicL'avènement de la biologie moléculaire, en particulier ces dix dernières années, a révolutionné la recherche en génétique médicale. Grâce à la disponibilité du génome humain de référence dès 2001, de nouvelles technologies telles que les puces à ADN sont apparues et ont permis d'étudier le génome dans son ensemble avec une résolution dite sous-microscopique jusque-là impossible par les techniques traditionnelles de cytogénétique. Un des exemples les plus importants est l'étude des variations structurales du génome, en particulier l'étude du nombre de copies des gènes. Il était établi dès 1959 avec l'identification de la trisomie 21 par le professeur Jérôme Lejeune que le gain d'un chromosome supplémentaire était à l'origine de syndrome génétique avec des répercussions graves pour la santé du patient. Ces observations ont également été réalisées en oncologie sur les cellules cancéreuses qui accumulent fréquemment des aberrations en nombre de copies (telles que la perte ou le gain d'un ou plusieurs chromosomes). Dès 2004, plusieurs groupes de recherches ont répertorié des changements en nombre de copies dans des individus provenant de la population générale (c'est-à-dire sans symptômes cliniques visibles). En 2006, le Dr. Richard Redon a établi la première carte de variation en nombre de copies dans la population générale. Ces découvertes ont démontrées que les variations dans le génome était fréquentes et que la plupart d'entre elles étaient bénignes, c'est-à-dire sans conséquence clinique pour la santé de l'individu. Ceci a suscité un très grand intérêt pour comprendre les variations naturelles entre individus mais aussi pour mieux appréhender la prédisposition génétique à certaines maladies.Lors de ma thèse, j'ai développé de nouveaux outils informatiques pour l'analyse de puces à ADN dans le but de cartographier ces variations à l'échelle génomique. J'ai utilisé ces outils pour établir les variations dans la population suisse et je me suis consacré par la suite à l'étude de facteurs pouvant expliquer la prédisposition aux maladies telles que l'obésité. Cette étude en collaboration avec le Centre Hospitalier Universitaire Vaudois a permis l'identification d'une délétion sur le chromosome 16 expliquant 0.7% des cas d'obésité morbide. Cette étude a plusieurs répercussions. Tout d'abord elle permet d'effectuer le diagnostique chez les enfants à naître afin de déterminer leur prédisposition à l'obésité. Ensuite ce locus implique une vingtaine de gènes. Ceci permet de formuler de nouvelles hypothèses de travail et d'orienter la recherche afin d'améliorer notre compréhension de la maladie et l'espoir de découvrir un nouveau traitement Enfin notre étude fournit une alternative aux études d'association génétique qui n'ont eu jusqu'à présent qu'un succès mitigé.Dans la dernière partie de ma thèse, je me suis intéressé à l'analyse des aberrations en nombre de copies dans le cancer. Mon choix s'est porté sur l'étude de mélanomes, impliqués dans le cancer de la peau. Le mélanome est une tumeur très agressive, elle est responsable de 80% des décès des cancers de la peau et est souvent résistante aux traitements utilisés en oncologie (chimiothérapie, radiothérapie). Dans le cadre d'une collaboration entre l'Institut Ludwig de Recherche contre le Cancer, l'Institut Suisse de Bioinformatique, le CHUV et les universités de Lausanne et Genève, nous avons séquencés l'exome (les gènes) et le transcriptome (l'expression des gènes) de sept mélanomes métastatiques, effectués des analyses du nombre de copies par des puces à ADN et des caryotypes. Mes travaux ont permis le développement de nouvelles méthodes d'analyses adaptées au cancer, d'établir la liste des réseaux de signalisation cellulaire affectés de façon récurrente chez le mélanome et d'identifier deux cibles thérapeutiques potentielles jusqu'alors ignorées dans les cancers de la peau.