Étude sur le rôle des mutations de novo dans l’étiologie génétique de la schizophrénie

La schizophrénie est une maladie psychiatrique grave qui affecte approximativement 1 % de la population. Il est clairement établi que la maladie possède une composante génétique très importante, mais jusqu’à présent, les études ont été limitées au niveau de l’identification de facteurs génétiques spécifiquement liés à la maladie. Avec l’avènement des nouvelles avancées technologiques dans le domaine du séquençage de l’ADN, il est maintenant possible d’effectuer des études sur un type de variation génétique jusqu’à présent laissé pour compte : les mutations de novo, c.-à-d. les nouvelles mutations non transmises de manière mendélienne par les parents. Ces mutations peuvent avoir deux origines distinctes : une origine germinale au niveau des gamètes chez les parents ou une origine somatique, donc au niveau embryonnaire directement chez l’individu. L’objectif général de la présente recherche est de mieux caractériser les mutations de novo dans la schizophrénie. Comme le rôle de ces variations est peu connu, il sera également nécessaire de les étudier dans un contexte global au niveau de la population humaine. La première partie du projet consiste en une analyse exhaustive des mutations de novo dans la partie codante (exome) de patients atteints de schizophrénie. Nous avons pu constater que non seulement le taux de mutations était plus élevé qu’attendu, mais nous avons également été en mesure de relever un nombre anormalement élevé de mutations non-sens, ce qui suggère un profil pathogénique. Ainsi, nous avons pu fortement suggérer que les mutations de novo sont des actrices importantes dans le mécanisme génétique de la schizophrénie. La deuxième partie du projet porte directement sur les gènes identifiés lors de la première partie. Nous avons séquencé ces gènes dans une plus grande cohorte de cas et de contrôles afin d’établir le profil des variations rares pour ces gènes. Nous avons ainsi conclu que l’ensemble des gènes identifiés par les études de mutations de novo possède un profil pathogénique, ce qui permet d’établir que la plupart de ces gènes ont un rôle réel dans la maladie et ne sont pas des artéfacts expérimentaux. De plus, nous avons pu établir une association directe avec quelques gènes qui montrent un profil aberrant de variations rares. La troisième partie du projet se concentre sur l’effet de l’âge paternel sur le taux de mutations de novo. En effet, pour la schizophrénie, il est démontré que l’âge du père est un facteur de risque important. Ainsi, nous avons tenté de caractériser l’effet de l’âge du père chez des patients en santé. Nous avons observé une grande corrélation entre l’âge du père et le taux de mutations germinales et nous avons ainsi pu répertorier certaines zones avec un grand nombre de mutations de novo, ce qui suggère l’existence de zone chaude pour les mutations. Nos résultats ont été parmi les premiers impliquant directement les mutations de novo dans le mécanisme génétique de la schizophrénie. Ils permettent de jeter un nouveau regard sur les réseaux biologiques à l’origine de la schizophrénie en mettant sous les projecteurs un type de variations génétiques longtemps laissé pour compte.

De novo loss- or gain-of-function mutations in KCNA2 cause epileptic encephalopathy.

Epileptic encephalopathies are a phenotypically and genetically heterogeneous group of severe epilepsies accompanied by intellectual disability and other neurodevelopmental features. Using next-generation sequencing, we identified four different de novo mutations in KCNA2, encoding the potassium channel KV1.2, in six isolated patients with epileptic encephalopathy (one mutation recurred three times independently). Four individuals presented with febrile and multiple afebrile, often focal seizure types, multifocal epileptiform discharges strongly activated by sleep, mild to moderate intellectual disability, delayed speech development and sometimes ataxia. Functional studies of the two mutations associated with this phenotype showed almost complete loss of function with a dominant-negative effect. Two further individuals presented with a different and more severe epileptic encephalopathy phenotype. They carried mutations inducing a drastic gain-of-function effect leading to permanently open channels. These results establish KCNA2 as a new gene involved in human neurodevelopmental disorders through two different mechanisms, predicting either hyperexcitability or electrical silencing of KV1.2-expressing neurons.

Mutations, Clinical Findings and Survival Estimates in South American Patients with X-Linked Adrenoleukodystrophy

In this study, we analyzed the ABCD1 gene in X-linked adrenoleukodystrophy (X-ALD) patients and relatives from 38 unrelated families from South America, as well as phenotypic proportions, survival estimates, and the potential effect of geographical origin in clinical characteristics. Methods: X-ALD patients from Brazil, Argentina and Uruguay were invited to participate in molecular studies to determine their genetic status, characterize the mutations and improve the genetic counseling of their families. All samples were screened by SSCP analysis of PCR fragments, followed by automated DNA sequencing to establish the specific mutation in each family. Age at onset and at death, male phenotypes, genetic status of women, and the effect of family and of latitude of origin were also studied. Results: We identified thirty-six different mutations (twelve novel). This population had an important allelic heterogeneity, as only p. Arg518Gln was repeatedly found (three families). Four cases carried de novo mutations. Intra-familiar phenotype variability was observed in all families. Out of 87 affected males identified, 65% had the cerebral phenotype (CALD). The mean (95% CI) ages at onset and at death of the CALD were 10.9 (9.1-12.7) and 24.7 (19.8-29.6) years. No association was found between phenotypic manifestations and latitude of origin. One index-case was a girl with CALD who carried an ABCD1 mutation, and had completely skewed X inactivation. Conclusions: This study extends the spectrum of mutations in X-ALD, confirms the high rates of de novo mutations and the absence of common mutations, and suggests a possible high frequency of cerebral forms in our population.

Mutations in Uroplakin IIIA are a rare cause of renal hypodysplasia in humans

BACKGROUND: Renal hypodysplasia, characterized by a decrease in nephron number, small overall kidney size, and maldeveloped renal tissue, is a leading cause of chronic renal failure in young children. Familial clustering and renal hypodysplasia phenotypes observed in transgenic animal models suggest a genetic contribution. Uroplakin IIIa (encoded by UPIIIA) is an integral membrane protein present in urothelial plaques, and the murine UPIIIa knockout is associated with urothelial anomalies and vesicoureteral reflux. De novo UPIIIA mutations recently were identified in 4 of 17 patients with severe bilateral renal adysplasia. METHODS: To evaluate the overall role of UPIIIA in human renal hypodysplasia pathogenesis, we performed UPIIIA mutation analysis in a cohort of 170 pediatric patients affected by severe unilateral or bilateral renal hypodysplasia. Eighty-one patients were affected by bilateral nonobstructive renal hypodysplasia; of these, 61 were without vesicoureteral reflux. Eighty-four patients presented with unilateral nonobstructive renal hypodysplasia, including 24 patients with unilateral multicystic dysplastic kidneys. Family history was positive in 11%. RESULTS: Mutation analysis showed 2 heterozygous mutations not observed in 200 race-matched control chromosomes. In only 1 family was distribution of the UPIIIA mutation consistent with a disease-causing effect. This de novo missense mutation (Gly202Asp) was identified in a patient with unilateral multicystic dysplastic kidneys. The second (intronically located) mutation appeared unlikely to be disease causing because it did not segregate with an obvious disease phenotype in the affected family. CONCLUSION: Our results indicate that de novo mutations in UPIIIA can be involved in defective early kidney development, but probably constitute only a rare cause of human renal hypodysplasia in a minor subset of individuals.

Lethal chondrodysplasia in a family of Holstein cattle is associated with a de novo splice site variant of COL2A1

Background Lethal chondrodysplasia (bulldog syndrome) is a well-known congenital syndrome in cattle and occurs sporadically in many breeds. In 2015, it was noticed that about 12 % of the offspring of the phenotypically normal Danish Holstein sire VH Cadiz Captivo showed chondrodysplasia resembling previously reported bulldog calves. Pedigree analysis of affected calves did not display obvious inbreeding to a common ancestor, suggesting the causative allele was not a rare recessive. The normal phenotype of the sire suggested a dominant inheritance with incomplete penetrance or a mosaic mutation. Results Three malformed calves were examined by necropsy, histopathology, radiology, and computed tomography scanning. These calves were morphologically similar and displayed severe disproportionate dwarfism and reduced body weight. The syndrome was characterized by shortening and compression of the body due to reduced length of the spine and the long bones of the limbs. The vicerocranium had severe dysplasia and palatoschisis. The bones had small irregular diaphyses and enlarged epiphyses consisting only of chondroid tissue. The sire and a total of four affected half-sib offspring and their dams were genotyped with the BovineHD SNP array to map the defect in the genome. Significant genetic linkage was obtained for several regions of the bovine genome including chromosome 5 where whole genome sequencing of an affected calf revealed a COL2A1 point mutation (g.32473300 G > A). This private sequence variant was predicted to affect splicing as it altered the conserved splice donor sequence GT at the 5’-end of COL2A1 intron 36, which was changed to AT. All five available cases carried the mutant allele in heterozygous state and all five dams were homozygous wild type. The sire VH Cadiz Captivo was shown to be a gonadal and somatic mosaic as assessed by the presence of the mutant allele at levels of about 5 % in peripheral blood and 15 % in semen. Conclusions The phenotypic and genetic findings are comparable to a previously reported COL2A1 missense mutation underlying lethal chondrodysplasia in the offspring of a mosaic French Holstein sire (Igale Masc). The identified independent spontaneous splice site variant in COL2A1 most likely caused chondrodysplasia and must have occurred during the early foetal development of the sire. This study provides a first example of a dominant COL2A1 splice site variant as candidate causal mutation of a severe lethal chondrodysplasia phenotype. Germline mosaicism is a relatively frequent mechanism in the origin of genetic disorders and explains the prevalence of a certain fraction of affected offspring. Paternal dominant de novo mutations are a risk in cattle breeding, especially because the ratio of defective offspring may be very high and be associated with significant animal welfare problems.

Genetic Heterogeneity in Autism Spectrum Disorders in a Population Isolate

Positional cloning has enabled hypothesis-free, genome-wide scans for genetic factors contributing to disorders or traits. Traditionally linkage analysis has been used to identify regions of interest, followed by meticulous fine mapping and candidate gene screening using association methods and finally sequencing of regions of interest. More recently, genome-wide association analysis has enabled a more direct approach to identify specific genetic variants explaining a part of the variance of the phenotype of interest. Autism spectrum disorders (ASDs) are a group of childhood onset neuropsychiatric disorders with shared core symptoms but varying severity. Although a strong genetic component has been established in ASDs, genetic susceptibility factors have largely eluded characterization. Here, we have utilized modern molecular genetic methods combined with the advantages provided by the special population structure in Finland to identify genetic risk factors for ASDs. The results of this study show that numerous genetic risk factors exist for ASDs even within a population isolate. Stratification based on clinical phenotype resulted in encouraging results, as previously identified linkage to 3p14-p24 was replicated in an independent family set of families with Asperger syndrome, but no other ASDs. Fine-mapping of the previously identified linkage peak for ASDs at 3q25-q27 revealed association between autism and a subunit of the 5-hydroxytryptamine receptor 3C (HTR3C). We also used dense, genome-wide single nucleotide polymorphism (SNP) data to characterize the population structure of Finns. We observed significant population substructure which correlates with the known history of multiple consecutive bottle-necks experienced by the Finnish population. We used this information to ascertain a genetically homogenous subset of autism families to identify possible rare, enriched risk variants using genome-wide SNP data. No rare enriched genetic risk factors were identified in this dataset, although a subset of families could be genealogically linked to form two extended pedigrees. The lack of founder mutations in this isolated population suggests that the majority of genetic risk factors are rare, de novo mutations unique to individual nuclear families. The results of this study are consistent with others in the field. The underlying genetic architecture for this group of disorders appears highly heterogeneous, with common variants accounting for only a subset of genetic risk. The majority of identified risk factors have turned out to be exceedingly rare, and only explain a subset of the genetic risk in the general population in spite of their high penetrance within individual families. The results of this study, together with other results obtained in this field, indicate that family specific linkage, homozygosity mapping and resequencing efforts are needed to identify these rare genetic risk factors.

Development of an allele-specific real-time PCR assay for discrimination and quantification of p63 R279H mutation in EEC syndrome

The ectrodactyly-ectodermal dysplasiaclefting syndrome is a rare autosomal dominant disorder caused by heterozygous mutations in the p63 gene, a transcription factor belonging to the p53 family. The majority of cases of ectrodactyly-ectodermal dysplasia syndrome are caused by de novo mutations and are therefore sporadic in approximately 60% of patients. The substitution of arginine to histidine (R279H), due to a c.836G>A mutation in exon 7 of the p63 gene, represents 55% of the identified mutations and is considered a mutational hot spot. A quantitative and sensitive real-time PCR was performed to quantify both wild-type and R279H alleles in DNA extracted from peripheral blood and RNA from cultured epithelial cells. Standard curves were constructed for both wild-type and mutant probes. The sensitivity of the assay was determined by generating serial dilutions of the DNA isolated from heterozygous patients (50% of alleles mutated) with wild-type DNA, thus obtaining decreasing percentages of p63 R279H mutant allele (50%, 37.5%, 25%, 12.5%, 10%, 7.5%, 5%, 2.5%, and 0.0%). The assay detected up to 1% of the mutant p63. The high sensitivity of the assay is of particular relevance to prenatal diagnosis and counseling and to detect therapeutic effects of drug treatment or gene therapy aimed at reducing the amount of mutated p63. © 2012 American Society for Investigative Pathology and the Association for Molecular Pathology. Published by Elsevier Inc. All rights reserved.

Perry Syndrome

Disease characteristics. Perry syndrome is characterized by parkinsonism, hypoventilation, depression, and weight loss. The mean age at onset is 48 years; the mean disease duration is five years. Parkinsonism and psychiatric changes (depression, apathy, character changes, and withdrawal) tend to occur early; severe weight loss and hypoventilation manifest later. Diagnosis/testing. The diagnosis is based on clinical findings and molecular genetic testing of DCTN1, the only gene known to be associated with Perry syndrome. Management. Treatment of manifestations: Dopaminergic therapy (particularly levodopa/carbidopa) should be considered in all individuals with significant parkinsonism. Although response to levodopa is often poor, some individuals may have long-term benefit. Noninvasive or invasive ventilation support may improve quality of life and prolong life expectancy. Those patients with psychiatric manifestations may benefit from antidepressants and psychiatric care. Weight loss is managed with appropriate dietary changes. Surveillance: routine evaluation of weight and calorie intake, respiratory function (particularly at night or during sleep), strength; and mood. Agents/circumstances to avoid: Central respiratory depressants (e.g., benzodiazepines, alcohol). Genetic counseling. Perry syndrome is inherited in an autosomal dominant manner. The proportion of cases attributed to de novo mutations is unknown. Each child of an individual with Perry syndrome has a 50% chance of inheriting the mutation. No laboratories offering molecular genetic testing for prenatal diagnosis are listed in the GeneTests Laboratory Directory; however, prenatal testing may be available through laboratories offering custom prenatal testing for families in which the disease-causing mutation has been identified.

Etude des déterminants génétiques des psychoses à début précoce. Génétique de la schizophrénie et hypothèse glutamatergique

Les troubles schizophréniques (SCZ) ont une forte héritabilité, de l’ordre de 80%, mais, une très faible part du risque génétique a été identifiée. La plupart des études ont considéré l’implication de polymorphismes fréquents, chacun ayant un effet relativement faible individuellement, alors que les études de variants du nombre de copies (CNVs) ainsi que les études d’anomalies chromosomiques ont pointé l’implication possible de variants rares et de novo à une forte pénétrance. Dans une première partie, nous présentons une synthèse sur les facteurs génétiques dans la SCZ, puis une revue des arguments en faveur de l’implication d’anomalies du système glutamatergique dans la SCZ, domaine sur lequel s’est centré notre travail. Notre travail s’inscrit dans un projet plus vaste, Synapse to Disease (S2D) ayant pour objectif de séquencer 1000 gènes synaptiques dans des cohortes de patients atteints de schizophrénie ou de troubles du spectre autistique. Nous avons exploré en particulier le système glutamatergique et les récepteurs NMDA. Dans un premier article, nous montrons une association d’une mutation troncante de novo de la kinésine 17, impliquée dans le transport de la sous-unité GRIN2B des récepteurs NMDA. Dans un second article, nous explorons les mutations rares et de novo dans les sous-unités des récepteurs NMDA et montrons l’association de mutation de novo dans GRIN2A et GRIN2B avec des cas de SCZ et d’autisme. Nos résultats renforcent l’idée qu’une part des cas de schizophrénie pourrait être due à l’implication de mutations rare à effet majeur, hypothèse alternative mais non exclusive à l’hypothèse d’interactions entre variants génétiques fréquents à effet mineur.

Exploration génomique de la déficience intellectuelle

La déficience intellectuelle (DI) définit un groupe de conditions génétiquement hétérogènes caractérisées par l’apparition de troubles cognitifs précoces chez l’enfant. Elle affecte 1-3% de la population dans les pays industrialisés. La prévalence de la DI est beaucoup plus élevée ailleurs dans le monde, en raison de facteurs sociodémographiques comme le manque de ressources dans le système de santé, la pauvreté et la consanguinité. Des facteurs non-génétiques sont mis en cause dans l’étiologie de la DI ; on estime qu’environ 25% des cas de DI sont d’origine génétique. Traditionnellement, les bases moléculaires de la DI ont été investiguées par des analyses cytogénétiques, les approches de cartographie génétique et le séquençage de gènes candidats ; ces techniques de génétiques classiques sont encore mises à rude épreuve dans l’analyse de maladies complexes comme la DI. La DI liée à l’X a été particulièrement étudiée, avec plus d’une centaine de gènes identifiés uniquement sur le chromosome X. Des mutations hétérozygotes composites sont mises en évidence dans la DI autosomique, dans le contexte d’unions non-consanguines. L’occurrence de ce type de mutations est rare, chez des individus non-apparentés, de sorte que les mutations dominantes de novo sont plus courantes. Des mutations homozygotes sont attendues dans les populations consanguines ou marquées par un effet fondateur. En fait, les bases moléculaires de la DI autosomique ont été presqu’exclusivement étudiées dans le contexte de populations avec des forts taux de consanguinité. L’origine de la DI demeure encore inconnue dans environ 60 % des cas diagnostiqués. En l’absence de facteurs environnementaux associés à la DI chez ces individus, il est possible d’envisager que des facteurs génétiques non identifiés entrent en jeu dans ces cas de DI inexpliqués. Dans ce projet de recherche, nous voulions explorer l’origine génétique de la DI, dans vingt familles, où une transmission de la maladie selon un mode autosomique récessif est suspectée. Nous avons mis de l’avant les techniques de séquençage de nouvelle génération, afin de mettre en évidence les déterminants génétiques de la DI, à l’échelle du génome humain. En fait, nous avons priorisé la capture et le séquençage de l’exome; soient la totalité des régions codantes du génome humain et leurs sites d’épissage flanquants. Dans nos analyses, nous avons ciblé les variants qui ne sont pas rapportés trop fréquemment dans différentes bases de données d’individus contrôles, ces mutations rares cadrent mieux avec une condition comme la DI. Nous avons porté une attention particulière aux mutations autosomiques récessives (homozygotes et hétérozygotes composites) ; nous avons confirmé que ces mutations ségréguent avec une transmission récessive dans la famille à l’étude. Nous avons identifié des mutations dans des gènes pouvant être à l’origine de la DI, dans certaines des familles analysées ; nous avons validé biologiquement l'impact fonctionnel des mutations dans ces gènes candidats, afin de confirmer leur implication dans la pathophysiologie de la DI. Nous avons élucidé les bases moléculaires de la DI dans huit des familles analysées. Nous avons identifié le second cas de patients avec syndrome de cassure chromosomique de Varsovie, caractérisé par des dysfonctions de l’ARN hélicase DDX11. Nous avons montré qu’une perte de l’activité de TBC1D7, une des sous-unités régulatrice du complexe TSC1-TSC2, est à l’origine de la pathologie dans une famille avec DI et mégalencéphalie. Nous avons mis en évidence des mutations pathogéniques dans le gène ASNS, codant pour l’Asparagine synthétase, chez des patients présentant une microcéphalie congénitale et une forme progressive d’encéphalopathie. Nous avons montré que des dysfonctions dans la protéine mitochondriale MAGMAS sont mises en cause dans une condition caractérisée par un retard prononcé dans le développement associé à une forme sévère de dysplasie squelettique. Nous avons identifié une mutation tronquant dans SPTBN2, codant pour la protéine spinocerebellar ataxia 5, dans une famille avec DI et ataxie cérébelleuse. Nous avons également mis en évidence une mutation dans PIGN, un gène impliqué dans la voie de biosynthèse des ancres de glycosylphosphatidylinositol , pouvant être à l’origine de la maladie chez des individus avec épilepsie et hypotonie. Par ailleurs, nous avons identifié une mutation - perte de fonction dans CLPB, codant pour une protéine chaperonne mitochondriale, dans une famille avec encéphalopathie néonatale, hyperekplexie et acidurie 3-méthylglutaconique. Le potentiel diagnostic des techniques de séquençage de nouvelle génération est indéniable ; ces technologies vont révolutionner l’univers de la génétique moléculaire, en permettant d’explorer les bases génétiques des maladies complexes comme la DI.

Bases moléculaires et cellulaires d’un trouble neurodéveloppemental causé par l’haploinsuffisance de SYNGAP1.

La déficience intellectuelle est la cause d’handicap la plus fréquente chez l’enfant. De nombreuses évidences convergent vers l’idée selon laquelle des altérations dans les gènes synaptiques puissent expliquer une fraction significative des affections neurodéveloppementales telles que la déficience intellectuelle ou encore l’autisme. Jusqu’à récemment, la majorité des mutations associées à la déficience intellectuelle a été liée au chromosome X ou à la transmission autosomique récessive. D’un autre côté, plusieurs études récentes suggèrent que des mutations de novo dans des gènes à transmission autosomique dominante, requis dans les processus de la plasticité synaptique peuvent être à la source d’une importante fraction des cas de déficience intellectuelle non syndromique. Par des techniques permettant la capture de l’exome et le séquençage de l’ADN génomique, notre laboratoire a précédemment reporté les premières mutations pathogéniques dans le gène à transmission autosomique dominante SYNGAP1. Ces dernières ont été associées à des troubles comportementaux tels que la déficience intellectuelle, l’inattention, des problèmes d’humeur, d’impulsivité et d’agressions physiques. D’autres patients sont diagnostiqués avec des troubles autistiques et/ou des formes particulières d’épilepsie généralisée. Chez la souris, le knock-out constitutif de Syngap1 (souris Syngap1+/-) résulte en des déficits comme l’hyperactivité locomotrice, une réduction du comportement associée à l’anxiété, une augmentation du réflexe de sursaut, une propension à l’isolation, des problèmes dans le conditionnement à la peur, des troubles dans les mémoires de travail, de référence et social. Ainsi, la souris Syngap1+/- représente un modèle approprié pour l’étude des effets délétères causés par l’haploinsuffisance de SYNGAP1 sur le développement de circuits neuronaux. D’autre part, il est de première importance de statuer si les mutations humaines aboutissent à l’haploinsuffisance de la protéine. SYNGAP1 encode pour une protéine à activité GTPase pour Ras. Son haploinsuffisance entraîne l’augmentation des niveaux d’activité de Ras, de phosphorylation de ERK, cause une morphogenèse anormale des épines dendritiques et un excès dans la concentration des récepteurs AMPA à la membrane postsynaptique des neurones excitateurs. Plusieurs études suggèrent que l’augmentation précoce de l’insertion des récepteurs AMPA au sein des synapses glutamatergiques contribue à certains phénotypes observés chez la souris Syngap1+/-. En revanche, les conséquences de l’haploinsuffisance de SYNGAP1 sur les circuits neuronaux GABAergiques restent inconnues. Les enjeux de mon projet de PhD sont: 1) d’identifier l’impact de mutations humaines dans la fonction de SYNGAP1; 2) de déterminer si SYNGAP1 contribue au développement et à la fonction des circuits GABAergiques; 3) de révéler comment l’haploinsuffisance de Syngap1 restreinte aux circuits GABAergiques affecte le comportement et la cognition. Nous avons publié les premières mutations humaines de type faux-sens dans le gène SYNGAP1 (c.1084T>C [p.W362R]; c.1685C>T [p.P562L]) ainsi que deux nouvelles mutations tronquantes (c.2212_2213del [p.S738X]; c.283dupC [p.H95PfsX5]). Ces dernières sont toutes de novo à l’exception de c.283dupC, héritée d’un père mosaïque pour la même mutation. Dans cette étude, nous avons confirmé que les patients pourvus de mutations dans SYNGAP1 présentent, entre autre, des phénotypes associés à des troubles comportementaux relatifs à la déficience intellectuelle. En culture organotypique, la transfection biolistique de l’ADNc de Syngap1 wild-type dans des cellules pyramidales corticales réduit significativement les niveaux de pERK, en fonction de l’activité neuronale. Au contraire les constructions plasmidiques exprimant les mutations W362R, P562L, ou celle précédemment répertoriée R579X, n’engendre aucun effet significatif sur les niveaux de pERK. Ces résultats suggèrent que ces mutations faux-sens et tronquante résultent en la perte de la fonction de SYNGAP1 ayant fort probablement pour conséquences d’affecter la régulation du développement cérébral. Plusieurs études publiées suggèrent que les déficits cognitifs associés à l’haploinsuffisance de SYNGAP1 peuvent émerger d’altérations dans le développement des neurones excitateurs glutamatergiques. Toutefois, si, et auquel cas, de quelle manière ces mutations affectent le développement des interneurones GABAergiques résultant en un déséquilibre entre l’excitation et l’inhibition et aux déficits cognitifs restent sujet de controverses. Par conséquent, nous avons examiné la contribution de Syngap1 dans le développement des circuits GABAergiques. A cette fin, nous avons généré une souris mutante knockout conditionnelle dans laquelle un allèle de Syngap1 est spécifiquement excisé dans les interneurones GABAergiques issus de l’éminence ganglionnaire médiale (souris Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+). En culture organotypique, nous avons démontré que la réduction de Syngap1 restreinte aux interneurones inhibiteurs résulte en des altérations au niveau de leur arborisation axonale et dans leur densité synaptique. De plus, réalisés sur des coupes de cerveau de souris Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+, les enregistrements des courants inhibiteurs postsynaptiques miniatures (mIPSC) ou encore de ceux évoqués au moyen de l’optogénétique (oIPSC) dévoilent une réduction significative de la neurotransmission inhibitrice corticale. Enfin, nous avons comparé les performances de souris jeunes adultes Syngap1+/-, Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+ à celles de leurs congénères contrôles dans une batterie de tests comportementaux. À l’inverse des souris Syngap1+/-, les souris Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+ ne présentent pas d’hyperactivité locomotrice, ni de comportement associé à l’anxiété. Cependant, elles démontrent des déficits similaires dans la mémoire de travail et de reconnaissance sociale, suggérant que l’haploinsuffisance de Syngap1 restreinte aux interneurones GABAergiques dérivés de l’éminence ganglionnaire médiale récapitule en partie certains des phénotypes cognitifs observés chez la souris Syngap1+/-. Mes travaux de PhD établissent pour la première fois que les mutations humaines dans le gène SYNGAP1 associés à la déficience intellectuelle causent la perte de fonction de la protéine. Mes études dévoilent, également pour la première fois, l’influence significative de ce gène dans la régulation du développement et de la fonction des interneurones. D’admettre l’atteinte des cellules GABAergiques illustre plus réalistement la complexité de la déficience intellectuelle non syndromique causée par l’haploinsuffisance de SYNGAP1. Ainsi, seule une compréhension raffinée de cette condition neurodéveloppementale pourra mener à une approche thérapeutique adéquate.

Eficacia y seguridad de la melatonina para el manejo de los trastornos del sueño en el autismo: meta-análisis

INTRODUCCIÓN: El 80% de los niños y adolescentes con trastornos del espectro autista (TEA) presenta algún trastorno del sueño, en cuya génesis al parecer intervienen alteraciones en la regulación de la melatonina. El objetivo de este metaanálisis fue determinar la eficacia y seguridad de la melatonina para el manejo de ciertos trastornos del sueño en niños con TEA. MÉTODOS: Tres revisores extrajeron los datos relevantes de los ensayos clínicos aleatorizados doble ciego de alta calidad publicados en bases de datos primarias, de ensayos clínicos, de revisiones sistemáticas y de literatura gris; además se realizó búsqueda en bola de nieve. Se analizaron los datos con RevMan 5.3. Se realizó un análisis del inverso de la varianza por un modelo de efectos aleatorios para las diferencias de medias de los desenlaces propuestos: duración del tiempo total, latencia de sueño y número de despertares nocturnos. Se evaluó la heterogeneidad interestudios con el parámetro I2 RESULTADOS: La búsqueda inicial arrojó 355 resultados, de los cuales tres cumplieron los criterios de selección. La melatonina resultó ser un medicamento seguro y eficaz para aumentar la duración total del sueño y disminuir la latencia de sueño en niños y adolescentes con TEA; hasta el momento la evidencia sobre el número de despertares nocturnos no es estadísticamente significativa. DISCUSIÓN: A la luz de la evidencia disponible, la melatonina es una elección segura y eficaz para el manejo de ciertos problemas del sueño en niños y adolescentes con TEA. Es necesario realizar estudios con mayores tamaños muestrales y comparados con otros medicamentos disponibles en el mercado.

Inference on microsatellite mutation processes in the invasive mite, Varroa destructor, using reversible jump Markov chain Monte Carlo

Varroa destructor is a parasitic mite of the Eastern honeybee Apis cerana. Fifty years ago, two distinct evolutionary lineages (Korean and Japanese) invaded the Western honeybee Apis mellifera. This haplo-diploid parasite species reproduces mainly through brother sister matings, a system which largely favors the fixation of new mutations. In a worldwide sample of 225 individuals from 21 locations collected on Western honeybees and analyzed at 19 microsatellite loci, a series of de novo mutations was observed. Using historical data concerning the invasion, this original biological system has been exploited to compare three mutation models with allele size constraints for microsatellite markers: stepwise (SMM) and generalized (GSM) mutation models, and a model with mutation rate increasing exponentially with microsatellite length (ESM). Posterior probabilities of the three models have been estimated for each locus individually using reversible jump Markov Chain Monte Carlo. The relative support of each model varies widely among loci, but the GSM is the only model that always receives at least 9% support, whatever the locus. The analysis also provides robust estimates of mutation parameters for each locus and of the divergence time of the two invasive lineages (67,000 generations with a 90% credibility interval of 35,000-174,000). With an average of 10 generations per year, this divergence time fits with the last post-glacial Korea Japan land separation. (c) 2005 Elsevier Inc. All rights reserved.

Genetic and environmental risk factors in congenital heart disease functionally converge in protein networks driving heart development

Congenital heart disease (CHD) occurs in similar to 1% of newborns. CHD arises from many distinct etiologies, ranging from genetic or genomic variation to exposure to teratogens, which elicit diverse cell and molecular responses during cardiac development. To systematically explore the relationships between CHD risk factors and responses, we compiled and integrated comprehensive datasets from studies of CHD in humans and model organisms. We examined two alternative models of potential functional relationships between genes in these datasets: direct convergence, in which CHD risk factors significantly and directly impact the same genes and molecules and functional convergence, in which risk factors significantly impact different molecules that participate in a discrete heart development network. We observed no evidence for direct convergence. In contrast, we show that CHD risk factors functionally converge in protein networks driving the development of specific anatomical structures (e.g., outflow tract, ventricular septum, and atrial septum) that are malformed by CHD. This integrative analysis of CHD risk factors and responses suggests a complex pattern of functional interactions between genomic variation and environmental exposures that modulate critical biological systems during heart development.

Bases moléculaires et cellulaires d’un trouble neurodéveloppemental causé par l’haploinsuffisance de SYNGAP1

La déficience intellectuelle est la cause d’handicap la plus fréquente chez l’enfant. De nombreuses évidences convergent vers l’idée selon laquelle des altérations dans les gènes synaptiques puissent expliquer une fraction significative des affections neurodéveloppementales telles que la déficience intellectuelle ou encore l’autisme. Jusqu’à récemment, la majorité des mutations associées à la déficience intellectuelle a été liée au chromosome X ou à la transmission autosomique récessive. D’un autre côté, plusieurs études récentes suggèrent que des mutations de novo dans des gènes à transmission autosomique dominante, requis dans les processus de la plasticité synaptique peuvent être à la source d’une importante fraction des cas de déficience intellectuelle non syndromique. Par des techniques permettant la capture de l’exome et le séquençage de l’ADN génomique, notre laboratoire a précédemment reporté les premières mutations pathogéniques dans le gène à transmission autosomique dominante SYNGAP1. Ces dernières ont été associées à des troubles comportementaux tels que la déficience intellectuelle, l’inattention, des problèmes d’humeur, d’impulsivité et d’agressions physiques. D’autres patients sont diagnostiqués avec des troubles autistiques et/ou des formes particulières d’épilepsie généralisée. Chez la souris, le knock-out constitutif de Syngap1 (souris Syngap1+/-) résulte en des déficits comme l’hyperactivité locomotrice, une réduction du comportement associée à l’anxiété, une augmentation du réflexe de sursaut, une propension à l’isolation, des problèmes dans le conditionnement à la peur, des troubles dans les mémoires de travail, de référence et social. Ainsi, la souris Syngap1+/- représente un modèle approprié pour l’étude des effets délétères causés par l’haploinsuffisance de SYNGAP1 sur le développement de circuits neuronaux. D’autre part, il est de première importance de statuer si les mutations humaines aboutissent à l’haploinsuffisance de la protéine. SYNGAP1 encode pour une protéine à activité GTPase pour Ras. Son haploinsuffisance entraîne l’augmentation des niveaux d’activité de Ras, de phosphorylation de ERK, cause une morphogenèse anormale des épines dendritiques et un excès dans la concentration des récepteurs AMPA à la membrane postsynaptique des neurones excitateurs. Plusieurs études suggèrent que l’augmentation précoce de l’insertion des récepteurs AMPA au sein des synapses glutamatergiques contribue à certains phénotypes observés chez la souris Syngap1+/-. En revanche, les conséquences de l’haploinsuffisance de SYNGAP1 sur les circuits neuronaux GABAergiques restent inconnues. Les enjeux de mon projet de PhD sont: 1) d’identifier l’impact de mutations humaines dans la fonction de SYNGAP1; 2) de déterminer si SYNGAP1 contribue au développement et à la fonction des circuits GABAergiques; 3) de révéler comment l’haploinsuffisance de Syngap1 restreinte aux circuits GABAergiques affecte le comportement et la cognition. Nous avons publié les premières mutations humaines de type faux-sens dans le gène SYNGAP1 (c.1084T>C [p.W362R]; c.1685C>T [p.P562L]) ainsi que deux nouvelles mutations tronquantes (c.2212_2213del [p.S738X]; c.283dupC [p.H95PfsX5]). Ces dernières sont toutes de novo à l’exception de c.283dupC, héritée d’un père mosaïque pour la même mutation. Dans cette étude, nous avons confirmé que les patients pourvus de mutations dans SYNGAP1 présentent, entre autre, des phénotypes associés à des troubles comportementaux relatifs à la déficience intellectuelle. En culture organotypique, la transfection biolistique de l’ADNc de Syngap1 wild-type dans des cellules pyramidales corticales réduit significativement les niveaux de pERK, en fonction de l’activité neuronale. Au contraire les constructions plasmidiques exprimant les mutations W362R, P562L, ou celle précédemment répertoriée R579X, n’engendre aucun effet significatif sur les niveaux de pERK. Ces résultats suggèrent que ces mutations faux-sens et tronquante résultent en la perte de la fonction de SYNGAP1 ayant fort probablement pour conséquences d’affecter la régulation du développement cérébral. Plusieurs études publiées suggèrent que les déficits cognitifs associés à l’haploinsuffisance de SYNGAP1 peuvent émerger d’altérations dans le développement des neurones excitateurs glutamatergiques. Toutefois, si, et auquel cas, de quelle manière ces mutations affectent le développement des interneurones GABAergiques résultant en un déséquilibre entre l’excitation et l’inhibition et aux déficits cognitifs restent sujet de controverses. Par conséquent, nous avons examiné la contribution de Syngap1 dans le développement des circuits GABAergiques. A cette fin, nous avons généré une souris mutante knockout conditionnelle dans laquelle un allèle de Syngap1 est spécifiquement excisé dans les interneurones GABAergiques issus de l’éminence ganglionnaire médiale (souris Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+). En culture organotypique, nous avons démontré que la réduction de Syngap1 restreinte aux interneurones inhibiteurs résulte en des altérations au niveau de leur arborisation axonale et dans leur densité synaptique. De plus, réalisés sur des coupes de cerveau de souris Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+, les enregistrements des courants inhibiteurs postsynaptiques miniatures (mIPSC) ou encore de ceux évoqués au moyen de l’optogénétique (oIPSC) dévoilent une réduction significative de la neurotransmission inhibitrice corticale. Enfin, nous avons comparé les performances de souris jeunes adultes Syngap1+/-, Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+ à celles de leurs congénères contrôles dans une batterie de tests comportementaux. À l’inverse des souris Syngap1+/-, les souris Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+ ne présentent pas d’hyperactivité locomotrice, ni de comportement associé à l’anxiété. Cependant, elles démontrent des déficits similaires dans la mémoire de travail et de reconnaissance sociale, suggérant que l’haploinsuffisance de Syngap1 restreinte aux interneurones GABAergiques dérivés de l’éminence ganglionnaire médiale récapitule en partie certains des phénotypes cognitifs observés chez la souris Syngap1+/-. Mes travaux de PhD établissent pour la première fois que les mutations humaines dans le gène SYNGAP1 associés à la déficience intellectuelle causent la perte de fonction de la protéine. Mes études dévoilent, également pour la première fois, l’influence significative de ce gène dans la régulation du développement et de la fonction des interneurones. D’admettre l’atteinte des cellules GABAergiques illustre plus réalistement la complexité de la déficience intellectuelle non syndromique causée par l’haploinsuffisance de SYNGAP1. Ainsi, seule une compréhension raffinée de cette condition neurodéveloppementale pourra mener à une approche thérapeutique adéquate.