Typage de la classe génotypique du gène PRDM9 à partir de données de séquençage de Nouvelle Génération

Les positions des évènements de recombinaison s’agrègent ensemble, formant des hotspots déterminés en partie par la protéine à évolution rapide PRDM9. En particulier, ces positions de hotspots sont déterminées par le domaine de doigts de zinc (ZnF) de PRDM9 qui reconnait certains motifs d’ADN. Les allèles de PRDM9 contenant le ZnF de type k ont été préalablement associés avec une cohorte de patients affectés par la leucémie aigüe lymphoblastique. Les allèles de PRDM9 sont difficiles à identifier à partir de données de séquençage de nouvelle génération (NGS), en raison de leur nature répétitive. Dans ce projet, nous proposons une méthode permettant la caractérisation d’allèles de PRDM9 à partir de données de NGS, qui identifie le nombre d’allèles contenant un type spécifique de ZnF. Cette méthode est basée sur la corrélation entre les profils représentant le nombre de séquences nucléotidiques uniques à chaque ZnF retrouvés chez les lectures de NGS simulées sans erreur d’une paire d’allèles et chez les lectures d’un échantillon. La validité des prédictions obtenues par notre méthode est confirmée grâce à analyse basée sur les simulations. Nous confirmons également que la méthode peut correctement identifier le génotype d’allèles de PRDM9 qui n’ont pas encore été identifiés. Nous conduisons une analyse préliminaire identifiant le génotype des allèles de PRDM9 contenant un certain type de ZnF dans une cohorte de patients atteints de glioblastomes multiforme pédiatrique, un cancer du cerveau caractérisé par les mutations récurrentes dans le gène codant pour l’histone H3, la cible de l’activité épigénétique de PRDM9. Cette méthode ouvre la possibilité d’identifier des associations entre certains allèles de PRDM9 et d’autres types de cancers pédiatriques, via l’utilisation de bases de données de NGS de cellules tumorales.

Brain-specific epigenetic markers of schizophrenia

Epigenetics plays a crucial role in schizophrenia susceptibility. In a previous study, we identified over 4500 differentially methylated sites in prefrontal cortex (PFC) samples from schizophrenia patients. We believe this was the first genome-wide methylation study performed on human brain tissue using the Illumina Infinium HumanMethylation450 Bead Chip. To understand the biological significance of these results, we sought to identify a smaller number of differentially methylated regions (DMRs) of more functional relevance compared with individual differentially methylated sites. Since our schizophrenia whole genome methylation study was performed, another study analysing two separate data sets of post-mortem tissue in the PFC from schizophrenia patients has been published. We analysed all three data sets using the bumphunter function found in the Bioconductor package minfi to identify regions that are consistently differentially methylated across distinct cohorts. We identified seven regions that are consistently differentially methylated in schizophrenia, despite considerable heterogeneity in the methylation profiles of patients with schizophrenia. The regions were near CERS3, DPPA5, PRDM9, DDX43, REC8, LY6G5C and a region on chromosome 10. Of particular interest is PRDM9 which encodes a histone methyltransferase that is essential for meiotic recombination and is known to tag genes for epigenetic transcriptional activation. These seven DMRs are likely to be key epigenetic factors in the aetiology of schizophrenia and normal brain neurodevelopment.

Genomic variation in recombination patterns : implications for disease and cancer

Durant la méiose, il se produit des échanges réciproques entre fragments de chromosomes homologues par recombinaison génétique. Les chromosomes parentaux ainsi modifiés donnent naissance à des gamètes uniques. En redistribuant les mutations génétiques pour générer de nouvelles combinaisons, ce processus est à l’origine de la diversité haplotypique dans la population. Dans cette thèse, je présente des résultats décrivant l’implication de la recombinaison méiotique dans les maladies chez l’humain. Premièrement, l'analyse statistique de données de génotypage de familles québécoises démontre une importante hétérogénéité individuelle et sexe-spécifique des taux de recombinaisons. Pour la première fois chez l’humain, nous avons observé que le taux de recombinaison maternel diminue avec l'âge de la mère, un phénomène potentiellement impliqué dans la régulation du taux d’aneuploïdie associé à l’âge maternel. Ensuite, grâce à l’analyse de données de séquençage d’exomes de patients atteints de leucémie et de ceux de leurs parents, nous avons découvert une localisation anormale des évènements de recombinaison chez les enfants leucémiques. Le gène PRDM9, principal déterminant de la localisation des recombinaisons chez l’humain, présente des formes alléliques rares dans ces familles. Finalement, en utilisant un large spectre de variants génétiques identifiés dans les transcriptomes d’individus Canadiens Français, nous avons étudié et comparé le fardeau génétique présent dans les régions génomiques à haut et à faible taux de recombinaison. Le fardeau génétique est substantiellement plus élevé dans les régions à faible taux de recombinaison et nous démontrons qu’au niveau individuel, ce fardeau varie selon la population humaine. Grâce à l’utilisation de données génomiques de pointe pour étudier la recombinaison dans des cohortes populationnelles et médicales, ce travail démontre de quelle façon la recombinaison peut affecter la santé des individus.

Health and population effects of rare gene knockouts in adult humans with related parents

Examining complete gene knockouts within a viable organism can inform on gene function. We sequenced the exomes of 3222 British Pakistani-heritage adults with high parental relatedness, discovering 1111 rare-variant homozygous genotypes with predicted loss of gene function (knockouts) in 781 genes. We observed 13.7% fewer than expected homozygous knockout genotypes, implying an average load of 1.6 recessive-lethal-equivalent LOF variants per adult. Linking genetic data to lifelong health records, knockouts were not associated with clinical consultation or prescription rate. In this dataset we identified a healthy PRDM9 knockout mother, and performed phased genome sequencing on her, her child and controls, which showed meiotic recombination sites localized away from PRDM9-dependent hotspots. Thus, natural LOF variants inform upon essential genetic loci, and demonstrate PRDM9 redundancy in humans.