Identification des peptides du complexe majeur d’histocompatibilité de classe I par spectrométrie de masse

L’immunité adaptive et la discrimination entre le soi et le non-soi chez les vertébrés à mâchoire reposent sur la présentation de peptides par les récepteurs d’histocompatibilité majeur de classe I. Les peptides antigéniques, présentés par les molécules du complexe d’histocompatibilité (CMH), sont scrutés par les lymphocytes T CD8 pour une réponse immunitaire appropriée. Le répertoire des peptides du CMH de classe I, aussi appelé immunopeptidome, est généré par la dégradation protéosomale des protéines endogènes, et a un rôle essentiel dans la régulation de l’immunité cellulaire. La composition de l’immunopeptidome dépend du type de cellule et peut présenter des caractéristiques liées à des maladies comme le cancer. Les peptides antigéniques peuvent être utilisés à des fins immunothérapeutiques notamment dans le traitement voire la prévention de certains cancers. La spectrométrie de masse est un outil de choix pour l’identification, le séquençage et la caractérisation de ces peptides. Cependant, la composition en acides aminés, la faible abondance et la diversité de ces peptides compliquent leur détection et leur séquençage. Nous avons développé un programme appelé StatPeaks qui permet de calculer un certains nombres de statistiques relatives à la fragmentation des peptides. À l’aide de ce programme, nous montrons sans équivoque que les peptides du CMH classe I, en mode de fragmentation par dissociation induite par collision (CID), fragmentent très différemment des peptides trypsiques communément utilisés en protéomique. Néanmoins, la fragmentation par décomposition induite par collision à plus haute énergie (HCD) proposée par le spectromètre LTQ-Orbitrap Velos améliore la fragmentation et fournit une haute résolution qui permet d’obtenir une meilleure confiance dans l’identification des peptides du CMH de classe I. Cet avantage permet d’effectuer le séquençage de novo pour identifier les variants polymorphes qui ne sont normalement pas identifiés par les recherches utilisant des bases de données. La comparaison des programmes de séquençage Lutefisk, pepNovo, pNovo, Vonode et Peaks met en évidence que le dernier permet d’identifier un plus grand nombre de peptides du CMH de classe I. Ce programme est intégré dans une chaîne de traitement de recherche d’antigènes mineurs d’histocompatibilité. Enfin, une base de données contenant les informations spectrales de plusieurs centaines de peptides du CMH de classe I accessible par Internet a été développée.

Étude génétique et fonctionnelle de variantes de la région chromosomique 3p21 associée aux maladies inflammatoires de l'intestin

Des études de liaison et d’association génétiques ont permis d’identifier certains des facteurs de risque génétiques aux maladies inflammatoires de l’intestin (MII) dans la région chromosomique 3p21. Dans cette région, le polymorphisme nucléotidique simple (SNP) codant non-synonyme du gène MST1, rs3197999, encodant pour la mutation R689C, a été associé et répliqué à la fois à la colite ulcéreuse (CU) et à la maladie de Crohn (MC). Un autre SNP, corrélé à des SNP codants non-synonymes du gène MST1R, a également été associé à la MC. Afin de déterminer si d’autres variantes des gènes MST1 et MST1R sont associés à la CU, nous avons testé pour association des SNP de ces gènes. Seul un proxy de R689C a montré un signal d’association significatif aux MII, ce qui suggère que R689C est la variante causale aux MII dans le gène MST1. En cherchant à déterminer si la région 3p21 contenait plusieurs signaux d’association mutuellement indépendants, trois SNP ont été identifiés comme possible facteurs de risque indépendants, et ont été génotypés dans des cas de CU et de MC et des témoins, puis nos résultats d’association ont été combinés à ceux provenant de trois autres cohortes indépendantes. Les trois SNP, R689C (MST1), rs6802890 et rs7629936 (CDHR4), sont associés aux MII, mais une étude d’association conditionnelle suggère qu’il existe en fait deux signaux d’association mutuellement indépendants dans la région 3p21. Le signal principal provient de R689C, une mutation de la protéine MSP. Cette protéine a un rôle dans l’inflammation chez les macrophages murins, et la migration, la cicatrisation et la survie chez les cellules épithéliales. Dans cette étude, le rôle de la MSP a été investigué dans des modèles de macrophages humains et de cellules épithéliales de côlon, et seule la phosphorylation d’AKT, un acteur dans la voie de signalisation de la survie cellulaire, a été modulée par la MSP dans nos modèles. Ce projet a donc permis d’apporter des connaissances sur les facteurs de risques génétiques aux MII dans la région 3p21, en identifiant 2 signaux d’association indépendants, et en nous informant sur le rôle de MST1, duquel provient le signal d’association principal, chez les cellules humaines.

Analyse génotypique des cellules initiatrices de tumeurs exprimant CD133 dans le neuroblastome

Le neuroblastome (NB) est la tumeur solide extracranienne la plus fréquente et mortelle chez les jeunes enfants. Il se caractérise par une résistance à la chimiothérapie possiblement en partie dû à la présence de cellules initiatrices de tumeurs (TICs). Des études ont mis en évidence le rôle de CD133 comme un marqueur des TICs dans divers types de cancers. Les buts de notre travail étaient d’abord de démontrer les vertus de TICs des cellules exprimant CD133 et ensuite, en utilisant une analyse globale du génome avec des polymorphismes nucléotidiques simples (SNPs), d’effectuer une analyse différentielle entre les TICs et les autres cellules du NB afin d’en identifier les anomalies génétiques spécifiques. Des lignées cellulaires de NB ont été triées par cytométrie de flux afin d’obtenir deux populations: une enrichie en CD133 (CD133high), l’autre faible en CD133 (CD133low). Afin de déterminer si ces populations cellulaires présentent des propriétés de TICs, des essais sur les neurosphères, les colonies en agar mou et les injections orthotopiques de 500 cellules sélectionnées dans 11 souris ont été réalisées. Après une isolation de l’ADN des populations sélectionnées, nous avons effectué une analyse génotypique par SNP utilisant les puces « Affymetrix Genome-Wide Human SNP Array 6.0 ». Pour vérifier l’expression des gènes identifiés, des Western Blots ont été réalisés. Nos résultats ont démontré que la population CD133 avait des propriétés de TICs in vitro et in vivo. L’analyse génotypique différentielle a permis d’identifier deux régions communes (16p13.3 and 19p13.3) dans la population CD133high ayant des gains et deux autres régions (16q12.1 and 21q21.3) dans la population CD133low possédant des pertes d’hétérozygoties (LOH). Aucune perte n’a été observée. Parmi les gènes étudiés, l’expression protéique d’éphrine-A2 était corrélée à celle de CD133 dans 6 tumeurs et 2 lignées cellulaires de NB. De plus, l’augmentation de la concentration d’anticorps anti-éphrine-A2 dans le milieu diminue la taille des neurosphères. Ainsi, la population CD133high, qui a des vertus de TICs, possède des caractéristiques génotypiques différentes par rapport à celle CD133low. La présence d’éphrine-A2 dans les cellules exprimant CD133 souligne son importance dans le développement des TICs. Ces résultats suggèrent la présence de potentielle cible pour de nouvelles thérapeutiques ciblant les TICs mise en évidence par l’étude génomique.

Évaluation du caryotype moléculaire en tant qu’outil diagnostique chez les enfants avec déficience intellectuelle et/ou malformations congénitales

Le caryotype moléculaire permet d’identifier un CNV chez 10-14% des individus atteints de déficience intellectuelle et/ou de malformations congénitales. C’est pourquoi il s’agit maintenant de l’analyse de première intention chez ces patients. Toutefois, le rendement diagnostique n’est pas aussi bien défini en contexte prénatal et l’identification de CNVs de signification clinique incertaine y est particulièrement problématique à cause du risque d’interruption de grossesse. Nous avons donc testé 49 fœtus avec malformations majeures et un caryotype conventionnel normal avec une micropuce CGH pangénomique, et obtenu un diagnostic dans 8,2% des cas. Par ailleurs, des micropuces à très haute résolution combinant le caryotype moléculaire et le génotypage de SNPs ont récemment été introduites sur le marché. En plus d’identifier les CNVs, ces plateformes détectent les LOHs, qui peuvent indiquer la présence d’une mutation homozygote ou de disomie uniparentale. Ces anomalies pouvant être associées à la déficience intellectuelle ou à des malformations, leur détection est particulièrement intéressante pour les patients dont le phénotype reste inexpliqué. Cependant, le rendement diagnostique de ces plateformes n’est pas confirmé, et l’utilité clinique réelle des LOHs n’est toujours pas établie. Nous avons donc testé 21 enfants atteints de déficience intellectuelle pour qui les méthodes standards d’analyse génétique n’avaient pas résulté en un diagnostic, et avons pu faire passer le rendement diagnostique de 14,3% à 28,6% grâce à l’information fournie par les LOHs. Cette étude démontre l’utilité clinique d’une micropuce CGH pangénomique chez des fœtus avec malformations, de même que celle d’une micropuce SNP chez des enfants avec déficience intellectuelle.

Identification of Genomic Variants Associated with Adolescent Idiopathic Scoliosis (AIS) in French-Canadian Population

La scoliose idiopathique est une déformation tridimensionnelle de la colonne vertébrale dont la pathogenèse reste obscure. Cette maladie affecte 2-4% des adolescents de 10-18 ans parmi les garçons et les filles. Il est à noter que les filles sont plus sévèrement affectées et ce en plus grand nombre que les garçons. Les études de jumeaux ont montré que les facteurs génétiques jouent un rôle important dans la scoliose idiopathique de l'adolescent (SIA). Depuis 2010, les études d'association pan génomiques ont été multipliées dans les recherches, visant à trouver des gènes candidats impliqués dans la SIA à travers des examens des polymorphismes nucléotidiques (SNPs). Un test génétique nommé "ScoliScore" a été publié pour essayer de prédire la progression de courbure dans la population caucasienne. Cependant, l'association n'a pas été reproduite dans une grande étude japonaise, soulignant l'importance d'une étude de réplication dans une population caucasienne indépendante. Dans ce contexte, mon projet de maîtrise a permis de génotyper plus de 1,4 millions de SNPs dans une cohorte canadienne-française dans le but: 1) de valider l'association de ScoliScoreTM; et 2) d’identifier les variants génomiques associées à la SIA dans la population québécoise. Notre étude a montré qu’aucun des variants constituant le test ScoliScoreTM n’était associé à la SIA. Ceci suggère que l'absence d'association dans une cohorte japonaise n'est pas due à l'appartenance ethnique. Aussi, nous avons identifié des variants génomiques associés significativement à l’initiation et/ou la progression de SIA dans la population québécoise, suggérant des gènes candidats impliqués dans la pathogenèse de SIA.

Enfermedad tiroidea autoinmune en pacientes colombianos con lupus eritematoso sistémico

Objetivos: Determinar la prevalencia y los factores asociados con el desarrollo de hipotiroidismo autoinmune (HA) en una cohorte de pacientes con lupus eritematoso sistémico (LES), y analizar la información actual en cuanto a la prevalencia e impacto de la enfermedad tiroidea autoinmune y la autoinmunidad tiroidea en pacientes con LES. Métodos: Este fue un estudio realizado en dos pasos. Primero, un total de 376 pacientes con LES fueron evaluados sistemáticamente por la presencia de: 1) HA confirmado, 2) positividad para anticuerpos tiroperoxidasa/tiroglobulina (TPOAb/TgAb) sin hipotiroidismo, 3) hipotiroidismo no autoinmune, y 4) pacientes con LES sin hipotiroidismo ni positividad para TPOAb/TgAb. Se construyeron modelos multivariados y árboles de regresión y clasificación para analizar los datos. Segundo, la información actual fue evaluada a través de una revisión sistemática de la literatura (RLS). Se siguieron las guías PRISMA para la búsqueda en las bases de datos PubMed, Scopus, SciELO y Librería Virtual en Salud. Resultados: En nuestra cohorte, la prevalencia de HA confirmado fue de 12% (Grupo 1). Sin embargo, la frecuencia de positividad para TPOAb y TgAb fue de 21% y 10%, respectivamente (Grupo 2). Los pacientes con LES sin HA, hipotiroidismo no autoinmune ni positividad para TPOAb/TgAb constituyeron el 40% de la corhorte. Los pacientes con HA confirmada fueron estadísticamente significativo de mayor edad y tuvieron un inicio tardío de la enfermedad. El tabaquismo (ORA 6.93, IC 95% 1.98-28.54, p= 0.004), la presencia de Síndrome de Sjögren (SS) (ORA 23.2, IC 95% 1.89-359.53, p= 0.015) y la positividad para anticuerpos anti-péptido cíclico citrulinado (anti-CCP) (ORA 10.35, IC 95% 1.04-121.26, p= 0.047) se asociaron con la coexistencia de LES-HA, ajustado por género y duración de la enfermedad. El tabaquismo y el SS fueron confirmados como factores predictivos para LES-HA (AUC del modelo CART = 0.72). En la RSL, la prevalencia de ETA en LES varío entre 1% al 60%. Los factores asociados con esta poliautoinmunidad fueron el género femenino, edad avanzada, tabaquismo, positividad para algunos anticuerpos, SS y el compromiso articular y cutáneo. Conclusiones: La ETA es frecuente en pacientes con LES, y no afecta la severidad del LES. Los factores de riesgo identificados ayudarán a los clínicos en la búsqueda de ETA. Nuestros resultados deben estimular políticas para la suspensión del tabaquismo en pacientes con LES.

La variante c.-9C>G del promotor de BMP15 está asociadad a la etiología de la falla ovárica prematura no-sindrómica

La falla ovárica prematura es una enfermedad común que conduce a la infertilidad femenina y cuya etiología no es identificable en más del 50% de los casos, lo cual sugiere un origen genético en la patogénesis de esta enfermedad. La función crucial del gen BMP15 en la biología de la reproducción fue propuesta cuando modelos KO de ratón y mutaciones naturales en ovejas revelaron fenotipos ováricos específicos. Aunque la secuenciación de la región codificante de BMP15 en grandes paneles de pacientes afectadas con Falla Ovárica Prematura (FOP) ha identificado algunas mutaciones, estas variaciones explican una baja proporción de casos. Nosotros hipotetizamos que una variante en la secuencia reguladora (promotor BMP15) podrían estar asociada a la etiología de la FOP no-sindrómica. Con la evidencia de los estudios previos que sugirieron la potencial implicación de la variante de secuencia c.-9C>G del promotor de BMP15 en los fenotipos reproductivos incluyendo FOP, evaluamos si este polimorfismo podría modificar las propiedades de transactivación de un factor de transcripción específico. Empleamos aproximaciones in-silico para predecir potenciales sitios de unión a factores de transcripción (TFBS: Transcription Factor Binding Sites) en la región 5´ de BMP15. El ensayo reportero de luciferasa se usó para determinar la modificación de la transacativación del promotor de BMP15 causada por la variante de c-9C>G. Se demostró que aunque los dos constructos del promotor de BMP15 (BMP15- prom-G and BMP15-prom-C) fueron transactivados por el factor de transcripción PITX1, el constructo BMP15- prom-G aumentó 1.6 veces la actividad transcripcional del factor de transcripción de una manera estadísticamente significativa. Por otro lado, se demostró por primera vez que BMP15 y PITX1 son co-expresados en tejido ovárico de humano y de ratón.

Family-based association analysis with ordered categorical phenotypes, covariates and interactions

Genetic association analyses of family-based studies with ordered categorical phenotypes are often conducted using methods either for quantitative or for binary traits, which can lead to suboptimal analyses. Here we present an alternative likelihood-based method of analysis for single nucleotide polymorphism (SNP) genotypes and ordered categorical phenotypes in nuclear families of any size. Our approach, which extends our previous work for binary phenotypes, permits straightforward inclusion of covariate, gene-gene and gene-covariate interaction terms in the likelihood, incorporates a simple model for ascertainment and allows for family-specific effects in the hypothesis test. Additionally, our method produces interpretable parameter estimates and valid confidence intervals. We assess the proposed method using simulated data, and apply it to a polymorphism in the c-reactive protein (CRP) gene typed in families collected to investigate human systemic lupus erythematosus. By including sex interactions in the analysis, we show that the polymorphism is associated with anti-nuclear autoantibody (ANA) production in females, while there appears to be no effect in males.

Sequentially testing for a gene-drug interaction in a genomewide analysis

Assaying a large number of genetic markers from patients in clinical trials is now possible in order to tailor drugs with respect to efficacy. The statistical methodology for analysing such massive data sets is challenging. The most popular type of statistical analysis is to use a univariate test for each genetic marker, once all the data from a clinical study have been collected. This paper presents a sequential method for conducting an omnibus test for detecting gene-drug interactions across the genome, thus allowing informed decisions at the earliest opportunity and overcoming the multiple testing problems from conducting many univariate tests. We first propose an omnibus test for a fixed sample size. This test is based on combining F-statistics that test for an interaction between treatment and the individual single nucleotide polymorphism (SNP). As SNPs tend to be correlated, we use permutations to calculate a global p-value. We extend our omnibus test to the sequential case. In order to control the type I error rate, we propose a sequential method that uses permutations to obtain the stopping boundaries. The results of a simulation study show that the sequential permutation method is more powerful than alternative sequential methods that control the type I error rate, such as the inverse-normal method. The proposed method is flexible as we do not need to assume a mode of inheritance and can also adjust for confounding factors. An application to real clinical data illustrates that the method is computationally feasible for a large number of SNPs. Copyright (c) 2007 John Wiley & Sons, Ltd.

Recent developments in genetic data analysis: what can they tell us about human demographic history?

Over the last decade, a number of new methods of population genetic analysis based on likelihood have been introduced. This review describes and explains the general statistical techniques that have recently been used, and discusses the underlying population genetic models. Experimental papers that use these methods to infer human demographic and phylogeographic history are reviewed. It appears that the use of likelihood has hitherto had little impact in the field of human population genetics, which is still primarily driven by more traditional approaches. However, with the current uncertainty about the effects of natural selection, population structure and ascertainment of single-nucleotide polymorphism markers, it is suggested that likelihood-based methods may have a greater impact in the future.

Linkage disequilibrium assessment via log-linear modeling of SNP haplotype frequencies

Analyses of high-density single-nucleotide polymorphism (SNP) data, such as genetic mapping and linkage disequilibrium (LD) studies, require phase-known haplotypes to allow for the correlation between tightly linked loci. However, current SNP genotyping technology cannot determine phase, which must be inferred statistically. In this paper, we present a new Bayesian Markov chain Monte Carlo (MCMC) algorithm for population haplotype frequency estimation, particulary in the context of LD assessment. The novel feature of the method is the incorporation of a log-linear prior model for population haplotype frequencies. We present simulations to suggest that 1) the log-linear prior model is more appropriate than the standard coalescent process in the presence of recombination (>0.02cM between adjacent loci), and 2) there is substantial inflation in measures of LD obtained by a "two-stage" approach to the analysis by treating the "best" haplotype configuration as correct, without regard to uncertainty in the recombination process. Genet Epidemiol 25:106-114, 2003. (C) 2003 Wiley-Liss, Inc.

Influence of apoA-V gene variants on postprandial triglyceride metabolism: impact of gender

Although apolipoprotein AN (apoA-V) polymorphisms have been consistently associated with fasting triglyceride (TG) levels, their impact on postprandial lipemia remains relatively unknown. In this study, we investigate the impact of two common apoA-V polymorphisms (-1131 T>C and S19W) and apoA-V haplotypes on fasting and postprandial lipid metabolism in adults in the United Kingdom (n = 259). Compared with the wild-type TT, apoA-V -1131 TC heterozygotes had 15% (P = 0.057) and 21% (P = 0.002) higher fasting TG and postprandial TG area under the curve (AUC), respectively. Significant (P = 0.038) and nearly significant (P = 0.057) gender X genotype interactions were observed for fasting TG and TG AUC, with a greater impact of genotype in males. Lower HDL-cholesterol was associated with the rare TC genotype (P = 0.047). Significant linkage disequilibrium was found between the apoA-V -1131 T>C and the apoC-III 3238 C>G variants, with univariate analysis indicating an impact of this apoC-III single nucleotide polymorphism (SNP) on TG AUC (P = 0.015). However, in linear regression analysis, a significant independent association with TG AUC (P = 0.007) was only evident for the apoA-V -1131 T>C SNP, indicating a greater relative importance of the apoA-V genotype.

ApoE genotype, cardiovascular risk and responsiveness to dietary fat manipulation

Cardiovascular risk is determined by the complex interactions between genetic and environmental factors. The apoE genotype represents the most-widely-studied single nucleotide polymorphism in relation to CVD risk, with >3600 publications cited in PubMed. Although originally described as a mediator of lipoprotein metabolism, the lipoprotein-independent functions of apoE are being increasingly recognised, with limited data available on the potential impact of genotype on these metabolic processes. Furthermore, although meta-analyses suggest that apoE4 carriers may have a 40-50% increased CVD risk, the associations reported in individual studies are highly heterogeneous and it is recognised that environmental factors such as smoking status and dietary fat composition influence genotype-phenotype associations. However, information is often derived from observational studies or small intervention trials in which retrospective genotyping of the cohort results in small group sizes in the rarer E2 and E4 subgroups. Either larger well-standardised intervention trials or smaller trials with prospective recruitment according to apoE genotype are needed to fully establish the impact of diet on genotype-CVD associations and to establish the potential of dietary strategies such as reduced total fat, saturated fat, or increased antioxidant intakes to counteract the increased CVD burden in apoE4 carriers.

NOS3 gene polymorphisms are associated with risk markers of cardiovascular disease, and interact with omega-3 polyunsaturated fatty acids

Objective Omega-3 polyunsaturated fatty acids (n-3 PUFA) may protect against the development of cardiovascular disease (CVD). Genotype at key genes such as nitric oxide synthase (NOS3) may determine responsiveness to fatty acids. Gene–nutrient interactions may be important in modulating the development of CVD, particularly in high-risk individuals with the metabolic syndrome (MetS). Methods Biomarkers of CVD risk, plasma fatty acid composition, and NOS3 single nucleotide polymorphism (SNP) genotype (rs11771443, rs1800783, rs1800779, rs1799983, rs3918227, and rs743507) were determined in 450 individuals with the MetS from the LIPGENE dietary intervention cohort. The effect of dietary fat modification for 12 weeks on metabolic indices of the MetS was determined to understand potential NOS3 gene–nutrient interactions. Results Several markers of inflammation and dyslipidaemia were significantly different between the genotype groups. A significant gene–nutrient interaction was observed between the NOS3 rs1799983 SNP and plasma n-3 PUFA status on plasma triacylglycerol (TAG) concentrations. Minor allele carriers (AC + AA) showed an inverse association with significantly higher plasma TAG concentrations in those with low plasma n-3 PUFA status and vice versa but the major allele homozygotes (CC) did not. Following n-3 PUFA supplementation, plasma TAG concentrations of minor allele carriers of rs1799983 were considerably more responsive to changes in plasma n-3 PUFA, than major allele homozygotes. Conclusions Carriers of the minor allele at rs1799983 in NOS3 have plasma TAG concentrations which are more responsive to n-3 PUFA. This suggests that these individuals might show greater beneficial effects of n-3 PUFA consumption to reduce plasma TAG concentrations.

Detection of somaclonal variation during cocoa somatic embryogenesis characterised using cleaved amplified polymorphic sequence and the new freeware Artbio

The scarcity and stochastic nature of genetic mutations presents a significant challenge for scientists seeking to characterise de novo mutation frequency at specific loci. Such mutations can be particularly numerous during regeneration of plants from in vitro culture and can undermine the value of germplasm conservation efforts. We used cleaved amplified polymorphic sequence (CAPS) analysis to characterise new mutations amongst a clonal population of cocoa plants regenerated via a somatic embryogenesis protocol used previously for cocoa cryopreservation. Efficacy of the CAPS system for mutation detection was greatly improved after an ‘a priori’ in silico screen of reference target sequences for actual and potential restriction enzyme recognition sites using a new freely available software called Artbio. Artbio surveys known sequences for existing restriction enzyme recognition sites but also identifies all single nucleotide polymorphism (SNP) deviations from such motifs. Using this software, we performed an in silico screen of seven loci for restriction sites and their potential mutant SNP variants that were possible from 21 restriction enzymes. The four most informative locus-enzyme combinations were then used to survey the regenerant populations for de novo mutants. We characterised the pattern of point mutations and, using the outputs of Artbio, calculated the ratio of base substitution in 114 somatic embryo-derived cocoa regenerants originating from two explant genotypes. We found 49 polymorphisms, comprising 26.3% of the samples screened, with an inferred rate of 2.8 × 10−3 substitutions/screened base. This elevated rate is of a similar order of magnitude to previous reports of de novo microsatellite length mutations arising in the crop and suggests caution should be exercised when applying somatic embryogenesis for the conservation of plant germplasm.