Identification of two novel human neuronal ceroid lipofuscinosis genes

The neuronal ceroid lipofuscinoses (NCLs) are a group of mostly autosomal recessively inherited neurodegenerative disorders. The aim of this thesis was to characterize the molecular genetic bases of these, previously genetically undetermined, NCL forms. Congenital NCL is the most aggressive form of NCLs. Previously, a mutation in the cathepsin D (CTSD) gene was shown to cause congenital NCL in sheep. Based on the close resemblance of the phenotypes between congenital NCLs in sheep and human, CTSD was considered as a potential candidate gene in humans as well. When screened for mutations by sequencing, a homozygous nucleotide duplication creating a premature stop codon was identified in CTSD in one family with congenital NCL. While in vitro the overexpressed truncated mutant protein was stable although inactive, the absence of CTSD staining in brain tissue samples of patients indicated degradation of the mutant CTSD in vivo. A lack of CTSD staining was detected also in another, unrelated family with congenital NCL. These results imply that CTSD deficiency underlies congenital NCL. While initially Turkish vLINCL was considered a distinct genetic entity (CLN7), mutations in the CLN8 gene were later reported to account for the disease in a subset of Turkish patients with vLINCL. To further dissect the genetic basis of the disease, all known NCL genes were screened for homozygosity by haplotype analysis of microsatellite markers and/or sequenced in 13 mainly consanguineous, Turkish vLINCL families. Two novel, family-specific homozygous mutations were identified in the CLN6 gene. In the remaining families, all known NCL loci were excluded. To identify novel gene(s) underlying vLINCL, a genomewide single nucleotide polymorphism scan, homozygosity mapping, and positional candidate gene sequencing were performed in ten of these families. On chromosome 4q28.1-q28.2, a novel major facilitator superfamily domain containing 8 (MFSD8) gene with six family-specific homozygous mutations in vLINCL patients was identified. MFSD8 transcript was shown to be ubiquitously expressed with a complex pattern of alternative splicing. Our results suggest that MFSD8 is a novel lysosomal integral membrane protein which, as a member of the major facilitator superfamily, is predicted to function as a transporter. Identification of MFSD8 emphasizes the genetic heterogeneity of Turkish vLINCL. In families where no MFSD8 mutations were detected, additional NCL-causing genes remain to be identified. The identification of CTSD and MFSD8 increases the number of known human NCL-causing genes to eight, and is an important step towards the complete understanding of the genetic spectrum underlying NCLs. In addition, it is a starting point for dissecting the molecular mechanisms behind the associated NCLs and contributes to the challenging task of understanding the molecular pathology underlying the group of NCL disorders.

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.

Ultra high throughput sequencing excludes MDH1 as candidate gene for RP28-linked retinitis pigmentosa

Purpose: Mutations in IDH3B, an enzyme participating in the Krebs cycle, have recently been found to cause autosomal recessive retinitis pigmentosa (arRP). The MDH1 gene maps within the RP28 arRP linkage interval and encodes cytoplasmic malate dehydrogenase, an enzyme functionally related to IDH3B. As a proof of concept for candidate gene screening to be routinely performed by ultra high throughput sequencing (UHTs), we analyzed MDH1 in a patient from each of the two families described so far to show linkage between arRP and RP28. Methods: With genomic long-range PCR, we amplified all introns and exons of the MDH1 gene (23.4 kb). PCR products were then sequenced by short-read UHTs with no further processing. Computer-based mapping of the reads and mutation detection were performed by three independent software packages. Results: Despite the intrinsic complexity of human genome sequences, reads were easily mapped and analyzed, and all algorithms used provided the same results. The two patients were homozygous for all DNA variants identified in the region, which confirms previous linkage and homozygosity mapping results, but had different haplotypes, indicating genetic or allelic heterogeneity. None of the DNA changes detected could be associated with the disease. Conclusions: The MDH1 gene is not the cause of RP28-linked arRP. Our experimental strategy shows that long-range genomic PCR followed by UHTs provides an excellent system to perform a thorough screening of candidate genes for hereditary retinal degeneration.

Ultra high throughput sequencing excludes MDH1 as candidate gene for RP28-linked retinitis pigmentosa

Purpose: Mutations in IDH3B, an enzyme participating in the Krebs cycle, have recently been found to cause autosomal recessive retinitis pigmentosa (arRP). The MDH1 gene maps within the RP28 arRP linkage interval and encodes cytoplasmic malate dehydrogenase, an enzyme functionally related to IDH3B. As a proof of concept for candidate gene screening to be routinely performed by ultra high throughput sequencing (UHTs), we analyzed MDH1 in a patient from each of the two families described so far to show linkage between arRP and RP28. Methods: With genomic long-range PCR, we amplified all introns and exons of the MDH1 gene (23.4 kb). PCR products were then sequenced by short-read UHTs with no further processing. Computer-based mapping of the reads and mutation detection were performed by three independent software packages. Results: Despite the intrinsic complexity of human genome sequences, reads were easily mapped and analyzed, and all algorithms used provided the same results. The two patients were homozygous for all DNA variants identified in the region, which confirms previous linkage and homozygosity mapping results, but had different haplotypes, indicating genetic or allelic heterogeneity. None of the DNA changes detected could be associated with the disease.

Dissection of the genetic background of childhood onset progressive myoclonic epilepsies

The progressive myoclonic epilepsies (PMEs) are a clinically and etiologically heterogeneous group of symptomatic epilepsies characterized by myoclonus, tonic-clonic seizures, psychomotor regression and ataxia. Different disorders have been classified as PMEs. Of these, the group of neuronal ceroid lipofuscinoses (NCLs) comprise an entity that has onset in childhood, being the most common cause of neurodegeneration in children. The primary aim of this thesis was to dissect the molecular genetic background of patients with childhood onset PME by studying candidate genes and attempting to identify novel PME-associated genes. Another specific aim was to study the primary protein properties of the most recently identified member of the NCL-causing proteins, MFSD8. To dissect the genetic background of a cohort of Turkish patients with childhood onset PME, a screen of the NCL-associated genes PPT1, TPP1, CLN3, CLN5, CLN6, MFSD8, CLN8 and CTSD was performed. Altogether 49 novel mutations were identified, which together with 56 mutations found by collaborators raised the total number of known NCL mutations to 364. Fourteen of the novel mutations affect the recently identified MFSD8 gene, which had originally been identified in a subset of mainly Turkish patients as the underlying cause of CLN7 disease. To investigate the distribution of MFSD8 defects, a total of 211 patients of different ethnic origins were evaluated for mutations in the gene. Altogether 45 patients from nine different countries were provided with a CLN7 molecular diagnosis, denoting the wide geographical occurrence of MFSD8 defects. The mutations are private with only one having been established by a founder-effect in the Roma population from the former Czechoslovakia. All mutations identified except one are associated with the typical clinical picture of variant late-infantile NCL. To address the trafficking properties of MFSD8, lysosomal targeting of the protein was confirmed in both neuronal and non-neuronal cells. The major determinant for this lysosomal sorting was identified to be an N-terminal dileucine based signal (9-EQEPLL-14), recognized by heterotetrameric AP-1 adaptor proteins, suggesting that MFSD8 takes the direct trafficking pathway en route to the lysosomes. Expression studies revealed the neurons as the primary cell-type and the hippocampus and cerebellar granular cell layer as the predominant regions in which MFSD8 is expressed. To identify novel genes associated with childhood onset PME, a single nucleotide polymorphism (SNP) genomewide scan was performed in three small families and 18 sporadic patients followed by homozygosity mapping to determine the candidate loci. One of the families and a sporadic patient were positive for mutations in PLA2G6, a gene that had previously been shown to cause infantile neuroaxonal dystrophy. Application of next-generation sequencing of candidate regions in the remaining two families led to identification of a homozygous missense mutation in USP19 for the first and TXNDC6 for the second family. Analysis of the 18 sporadic cases mapped the best candidate interval in a 1.5 Mb region on chromosome 7q21. Screening of the positional candidate KCTD7 revealed six mutations in seven unrelated families. All patients with mutations in KCTD7 were reported to have early onset PME, rapid disease progression leading to dementia and no pathologic hallmarks. The identification of KCTD7 mutations in nine patients and the clinical delineation of their phenotype establish KCTD7 as a gene for early onset PME. The findings presented in this thesis denote MFSD8 and KCTD7 as genes commonly associated with childhood onset symptomatic epilepsy. The disease-associated role of TXNDC6 awaits verification through identification of additional mutations in patients with similar phenotypes. Completion of the genetic spectrum underlying childhood onset PMEs and understanding of the gene products functions will comprise important steps towards understanding the underlying pathogenetic mechanisms, and will possibly shed light on the general processes of neurodegeneration and nervous system regulation, facilitating the diagnosis, classification and possibly treatment of the affected cases.

Individuals with mutations in XPNPEP3, which encodes a mitochondrial protein, develop a nephronophthisis-like nephropathy.

The autosomal recessive kidney disease nephronophthisis (NPHP) constitutes the most frequent genetic cause of terminal renal failure in the first 3 decades of life. Ten causative genes (NPHP1-NPHP9 and NPHP11), whose products localize to the primary cilia-centrosome complex, support the unifying concept that cystic kidney diseases are "ciliopathies". Using genome-wide homozygosity mapping, we report here what we believe to be a new locus (NPHP-like 1 [NPHPL1]) for an NPHP-like nephropathy. In 2 families with an NPHP-like phenotype, we detected homozygous frameshift and splice-site mutations, respectively, in the X-prolyl aminopeptidase 3 (XPNPEP3) gene. In contrast to all known NPHP proteins, XPNPEP3 localizes to mitochondria of renal cells. However, in vivo analyses also revealed a likely cilia-related function; suppression of zebrafish xpnpep3 phenocopied the developmental phenotypes of ciliopathy morphants, and this effect was rescued by human XPNPEP3 that was devoid of a mitochondrial localization signal. Consistent with a role for XPNPEP3 in ciliary function, several ciliary cystogenic proteins were found to be XPNPEP3 substrates, for which resistance to N-terminal proline cleavage resulted in attenuated protein function in vivo in zebrafish. Our data highlight an emerging link between mitochondria and ciliary dysfunction, and suggest that further understanding the enzymatic activity and substrates of XPNPEP3 will illuminate novel cystogenic pathways.

Loss-of-function mutations in the cathepsin C gene result in periodontal disease and palmoplantar keratosis

Papillon-Lefevre syndrome, or keratosis palmoplantaris with periodontopathia (PLS, MIM 245000), is an autosomal recessive disorder that is mainly ascertained by dentists because of the severe periodontitis that afflicts patients(1,2). Both the deciduous and permanent dentitions are affected, resulting in premature tooth loss. Palmoplantar keratosis, varying from mild psoriasiform scaly skin to overt hyperkeratosis, typically develops within the first three years of life. Keratosis also affects other sites such as elbows and knees. Most PLS patients display both periodontitis and hyperkeratosis. some patients have only palmoplantar keratosis or periodontitis, and in rare individuals the periodontitis is mild and of late onset(3-6). The PLS locus has been mapped to chromosome 11q14-q21 (refs 7-9). Using homozygosity mapping in eight small consanguineous families, we have narrowed the candidate region to a 1.2-cM interval between D11S4082 and D11S931. The gene (CTSC) encoding the lysosomal protease cathepsin C (or dipeptidyl aminopeptidase I) lies within this interval. We defined the genomic structure of CTSC and found mutations in all eight families. In two of these families we used a functional assay to demonstrate an almost total loss of cathepsin C activity in PLS patients and reduced activity in obligate carriers.

Caractérisation clinique et génétique d’une famille canadienne-française atteinte de la neuropathie héréditaire sensitive avec rétinite pigmentaire et ataxie

La complexité de l’étude des neuropathies héréditaires provient de leur hétérogénéité clinique et génétique et de la diversité des fibres composant les nerfs périphériques. Cette complexité se reflète dans les nombreuses classifications différentes. Les neuropathies héréditaires se classifient entre autres selon leur mode de transmission et leur atteinte sensitive, autonomique et motrice. Les neuropathies héréditaires sensitives et autonomiques (NHSA) se présentent avec une perte de la sensation distale aux membres, accompagnée d’autres manifestations selon le type de NHSA. L’étude des NHSA est facilitée lorsqu’il existe des grappes de familles originaires de régions du Québec où des effets fondateurs pour des maladies récessives ont déjà été identifiés. Nous avons recruté une grande famille canadienne-française originaire de Paspébiac dans la Baie-des-Chaleurs dans laquelle nous avons identifié quatre cas atteints d’une neuropathie héréditaire sensitive avec rétinite pigmentaire et ataxie (NHSRPA). Nous avons émis l’hypothèse que nous étions en présence d’une nouvelle forme de neuropathie héréditaire sensitive récessive à effet fondateur. Afin d’identifier la position chromosomique du gène muté responsable de la NHSRPA, nous avons tout d’abord complété un criblage du génome en génotypant des marqueurs microsatellites «single tandem repeat» (STR) sur des individus clés et nous avons ensuite procédé à une analyse de liaison génétique paramétrique. Ces études nous ont permis de lier cette famille au chromosome 1 et de définir un premier intervalle candidat de 6,7 Mb. Grâce à un génotypage de marqueurs «single nucleotide polymorphism» (SNP), nous avons réduit l’intervalle candidat à 5,3 Mb au locus 1q32,2-q32,3. Cette région contient 44 gènes candidats. Une revue plus fine de la littérature a fait ressortir qu’une famille espagnole et une américaine de souche hollandaise souffrant de la même maladie avaient déjà été liées au même locus. L’origine possiblement basque de notre famille gaspésienne nous a poussé à comparer l’haplotype porteur avec celui de la famille espagnole qui, quoi que gitane, provient du pays basque espagnol. Ces travaux ont démontré le partage d’une région de 203 kb. Afin de rétrécir davantage notre intervalle candidat, nous avons comparé les haplotypes des cas entre les deux familles et nous avons identifié un dernier intervalle candidat de 60 SNP au locus 1q32,3. Cette région ne contient que quatre gènes candidats dont le plus intéressant est le gène «activating transcription factor» (ATF3). À ce jour, aucune mutation n’a été trouvée dans le gène ATF3 et les gènes FAM71A, BATF3 et NSL1. Des expériences supplémentaires sont nécessaires afin d’identifier le gène muté responsable de la NHSRPA.

Exclusion de liaison génétique au locus SPAX2 de cas canadiens-français d’ataxie spastique

Les ataxies héréditaires sont des désordres neuro-dégénératifs qui causent une ataxie comme symptôme primaire; soit une perte de coordination des mouvements volontaires, un sens de l’équilibre déficient et un trouble à la motricité. Elles forment un groupe cliniquement et génétiquement hétérogène. De ce fait, de nombreuses classifications existent basées sur différents critères. Cependant, le consensus actuel veut que le mode de transmission soit le critère premier de classement. On estime la prévalence mondiale des ataxies héréditaires à 6/100 000 bien que ce nombre diffère entre régions. C’est le cas du Québec où la structuration historique du bassin génétique canadien-français a menée à des effets fondateurs régionaux, ce qui a eu comme conséquence de hausser la prévalence régionale de certaines maladies. L’Acadie est également une région canadienne-française avec des effets fondateurs où le taux de prévalence de certaines ataxies héréditaires est plus élevé. Nous avons recruté huit familles canadiennes-françaises provenant de diverses régions du Québec, ayant un lien génétique plus ou moins rapproché avec l’Acadie, dans lesquelles nous avons observé dix cas d’une forme d’ataxie spastique autosomique récessive relativement légère qui a résistée à l’analyse des gènes d’ataxies connues. Nous avons émis l’hypothèse d’être en présence d’une nouvelle forme d’ataxie à effet fondateur pour la population canadienne-française. Afin d’identifier le gène muté responsable de cette ataxie, un criblage génomique des marqueurs SNP pour les individus recrutés fut effectué. Puis, par cartographie de l’homozygotie, une région de 2,5 Mb fut identifiée sur le chromosome 17p13 dans une famille. Une revue de la littérature nous a permis de constater, qu’en 2007, quatre familles nord-africaines atteintes d’une ataxie dénommée SPAX2 qui présentaient des manifestations cliniques semblables avaient déjà été liées au même locus sur le chromosome 17. Afin de supporter notre hypothèse que les malades étaient porteurs de deux copies de la même mutation fondatrice et de cartographier plus finement notre région d’intérêt, les haplotypes de tous les atteints de nos huit familles furent étudiés. Nous avons établie qu’un intervalle de 200 kb (70 SNP), soit du marqueur rs9900036 à rs7222052, était partagé par tous nos participants. Les deux gènes les plus prometteurs des 18 se trouvant dans la région furent séquencés. Aucune mutation ne fut trouvée dans les gènes SLC25A11 et KIF1C. Par la suite, une analyse de liaison génétique stricte avec calcul de LOD score nous a permis d’exclure ce locus de 200 kb comme étant celui porteur du gène muté causant l’ataxie dans la majorité de nos familles. Nous avons donc conclus que malgré qu’une famille soit homozygote pour une grande région du chromosome 17, l’absence d’Informativité des marqueurs SNP dans la région de 200 kb fut responsable de l’apparent partage d’haplotype homozygote. Le travail reste donc entier afin d’identifier les mutations géniques responsables de la présentation ataxique chez nos participants de souche acadienne.

Identification du gène Anoctamine 5 responsable d'une nouvelle forme récessive de dystrophie musculaire des ceintures

Les dystrophies musculaires des ceintures (ou limb-girdle muscular dystrophy, LGMD) sont un groupe hétérogène de dystrophies musculaires chez l’adulte et sont définies par une atrophie et une faiblesse progressive qui surviennent dans les muscles proximaux. Chez une cohorte canadienne-française, nous avons précédemment décrit une nouvelle forme récessive, désignée LGMD2L et marquée par une atrophie asymétrique du quadriceps, que nous avions cartographiée au chromosome 11p12-p13 grâce à des analyses de liaison. L’objectif de ce projet de thèse était de raffiner l’intervalle candidat, puis d’identifier et de caractériser le gène muté responsable de la LGMD2L. Grâce à une cartographie par homozygotie de polymorphismes de nucléotide simple (SNPs) réalisée sur une grande famille consanguine, nous avons redéfini l’intervalle candidat à une région du chromosome 11p14.3-p15.1. Par séquençage de l’ADN génomique et complémentaire au gène Anoctamine 5 (ANO5) inclus dans cet intervalle, nous avons identifié trois mutations, chez autant de familles: une substitution créant un site d’épissage aberrant, une insertion d’un nucléotide et une mutation faux-sens. Les deux premières mutations étaient associées à une hausse de la dégradation de l’ARN messager médiée par une troncation prématurée. Nous avons également identifié des mutations ANO5 chez une seconde dystrophie musculaire de type distal cartographiant au même locus que la LGMD2L, nommée MMD3, et dont la manifestation initiale était une faiblesse des mollets, mais qui pouvait progresser vers une atrophie des quadriceps. Une réparation membranaire défective avait été observée chez les fibroblastes de deux patients MMD3, suggérant un rôle pour ANO5 dans ce mécanisme. La localisation et la fonction d’ANO5 dans le muscle sont inconnues, mais cette protéine fait partie d’une famille conservée de protéines à huit domaines transmembranaires, les Anoctamines, dont certains membres sont des transporteurs chloriques activés par le calcium. Les résultats de nos études d’immunofluorescence suggèrent qu’ANO5 se localise peu au sarcolemme, mais plutôt à une structure intracellulaire qui suit la ligne Z des myofibrilles. De façon étonnante, cette localisation était préservée chez un patient LGMD2L porteur homozygote de la mutation d’épissage, en dépit du fait que cette dernière était considérée comme une mutation nulle. Néanmoins, nous avons identifié un épissage alternatif de l’exon 15 qui se produisait sur une proportion des transcrits porteurs de la mutation d’épissage, ce qui rétablirait le cadre de lecture, soulignant la complexité de la régulation de l’épissage d’ANO5 et laissant croire que la LGMD2L pourrait être causée par une perte de fonction partielle, et non complète, d’ANO5. Des études subséquentes par des groupes européens ont montré que les anoctaminopathies 5 sont une cause fréquente de dystrophies musculaires des ceintures chez l’adulte. Notre découverte de mutations au gène Anoctamine 5 a mis en évidence une nouvelle classe de protéines importantes pour la biologie du muscle et a ouvert la voie à de nouvelles pistes pour étudier les mécanismes par lesquels un défaut de réparation membranaire progresse en une dystrophie musculaire.

Identification et caractérisation d’une souris mutante Skam26Jus comme un nouveau modèle des anomalies du tube neural

Les anomalies du tube neural (ATN) sont des malformations congénitales très fréquentes chez l’humain en touchant 1-2 nouveau-nés sur 1000 naissances. Elles résultent d’une fermeture incomplète du tube neural lors de l’embryogenèse. L’étiologie des ATN est complexe impliquant des facteurs environnementaux et des facteurs génétiques. La souris représente un outil puissant afin de mieux comprendre la génétique des ATN. Particulièrement, la souris modèle a impliqué fortement la voie de la polarité cellulaire planaire (PCP) dans ces malformations. Dans cette étude, nous avons identifié et caractérisé une nouvelle souris mutante, Skam26Jus dans le but d’identifier un nouveau gène causant les ATN. Skam26Jus a été générée par l’agent mutagène N-Ethyl-N-Nitrosuera. Cette souris est caractérisée par une queue en forme de boucle ou de crochet, soit un phénotype associé aux ATN. La complémentation génétique de la souris Skam26Jus avec une souris mutante d’un gène de la voie PCP Vangl2 (Looptail) a montré une interaction génétique entre le gène muté chez Skam26Jus et Vangl2, suggérant que ces deux gènes fonctionnent dans des voies de signalisation semblables ou parallèles. Un total de 50% des embryons doubles hétérozygotes avec un phénotype de la queue présentent un spina bifida. La cartographie par homozygotie du génome entier suivie par un clonage positionnel a permis d’identifier Lrp6 comme le gène muté chez Skam26Jus. Une mutation homozygote, p.Ile681Arg, a été identifiée dans Lrp6 chez les souris ayant une queue en boucle/crochet. Cette mutation était absente dans 30 souches génétiques pures indiquant que cette mutation est spécifique au phénotype observé. Une étude de phénotype-génotype évalue la pénétrance à 53 % de la mutation Ile681Arg. Lrp6 est connu pour activer la voie canonique Wnt/β-caténine et inhiber la voie non canonique Wnt/PCP. Le séquençage de la région codante et de la jonction exon-intron de LRP6 chez 268 patients a mené à l’identification de quatre nouvelles rares mutations faux sens absentes chez 272 contrôles et de toutes les bases de données publiques. Ces mutations sont p.Tyr306His ; p.Tyr373Cys ; p.Val1386Ile; p.Tyr1541Cys et leur pathogénicité prédite in silico indiquent que p.Val1386Ile est bénigne, et que p.Tyr306Hiset p.Tyr373Cys et p.Tyr1541Cys sont i possiblement dommageables. Les mutations p.Tyr306His, p.Tyr373Cys et p.Tyr1541Cys ont affecté l’habilité de LRP6 d’activer la voie Wnt/β-caténine en utilisant le système rapporteur luciférase de pTOPflash. Nos résultats suggèrent que LRP6 joue un rôle dans le développement des ATN chez une petite fraction de patients ayant une ATN. Cette étude présente aussi Skam26Jus comme un nouveau modèle pour étudier les ATN chez l’humain et fournit un outil important pour comprendre les mécanismes moléculaires à l’origine des A TN.

Caractérisation génétique d’une forme d’ataxie tardive.

Les ataxies forment un groupe de maladies neurodégénératives qui sont caractérisées par un manque de coordination des mouvements volontaires. Mes travaux ont porté sur une forme d'ataxie à début tardif (LOCA), après l’âge de 50 ans. Les principales caractéristiques cliniques sont: atrophie cérébelleuse à l’IRM (88%), dysarthrie (81%), atrophie du lobe frontal (50%) et nystagmus (52%). La ségrégation dans les familles de cette ataxie est en faveur d’une transmission récessive. Afin d'identifier le gène responsable de LOCA, nous avons recruté 38 patients affectés d'une forme tardive d'ataxie, issus du SLSJ, des Cantons de l’Est ou d’autres régions du Québec. Un premier criblage du génome a été effectué avec des marqueurs microsatellites sur une famille clé. Une analyse de liaison paramétrique nous a suggéré une liaison au chromosome 13 (4.4Mb). Une recherche d’un haplotype partagé entre 17 familles LOCA a diminué la taille de l'intervalle candidat à 1.6Mb, mais l’haplotype s’est avéré fréquent dans la population canadienne-française. Un second criblage du génome avec des marqueurs SNP nous a permis d’évaluer par cartographie d’homozygotie la possibilité qu’une mutation fondatrice partagée dans des sous-groupes de malades. Plusieurs stratégies d'analyse ont été effectuées, entre autre par regroupement régional. Aucun loci candidats ne fut identifié avec confiance. Nous avons donc combiné les données de génotypage avec le séquençage exomique afin d'identifier le gène responsable. L'analyse de six individus atteints nous a permis d'obtenir une liste de variants rare contenant quatre gènes potentiels. Cette analyse doit se poursuivre pour identifier le gène responsable de LOCA.

Genetic Landscape of Joubert syndrome in French Canadians

Le syndrome de Joubert est une maladie récessive caractérisée par une malformation congénitale distincte du tronc cérébral et du cervelet, associée à une anomalie des mouvements oculaires (apraxie oculomotrice), une respiration irrégulière, un retard de développement, et une ataxie à la démarche. Au cours de la dernière décennie, plus de 20 gènes responsables ont été identifiés, tous ayant un rôle important dans la structure et la fonction des cils primaires. Ainsi, le syndrome de Joubert est considéré une ciliopathie. Bien que le Syndrome de Joubert ait été décrit pour la première fois dans une famille canadienne-française en 1969, le(s) gène(s) causal demeurait inconnu dans presque tous les cas de syndrome de Joubert recensés en 2010 dans la population canadienne-française, soit début de mon projet doctoral. Nous avons identifié un total de 43 individus canadiens-français (35 familles) atteints du syndrome de Joubert. Il y avait un regroupement de familles dans la région du Bas-Saint-Laurent de la province de Québec, suggérant la présence d'un effet fondateur. L’objectif de ce projet était de caractériser la génétique du syndrome de Joubert dans la population canadienne-française. Notre hypothèse était qu’il existait un effet fondateur impliquant au moins un nouveau gène JBTS. Ainsi, dans un premier temps, nous avons utilisé une approche de cartographie par homozygotie. Cependant, nous n’avons pas identifié de région d’homozygotie partagée parmi les individus atteints, suggérant la présence d’une hétérogénéité génétique ou allélique. Nous avons donc utilisé le séquençage exomique chez nos patients, ce qui représente une approche plus puissante pour l’étude de conditions génétiquement hétérogènes. Nos travaux ont permis l’identification de deux nouveaux gènes responsables du syndrome de Joubert: C5orf42 et TMEM231. Bien que la localisation cellulaire et la fonction de C5orf42 soient inconnus au moment de cette découverte, nos résultats génétiques combinés avec des études ultérieures ont établi un rôle important de C5orf42 dans la structure et la fonction ciliaire, en particulier dans la zone de transition, qui est une zone de transition entre le cil et le reste de la cellule. TMEM231 avait déjà un rôle établi dans la zone de transition ciliaire et son interaction avec d’autres protéines impliquées dans le syndrome de Joubert était connu. Nos études ont également identifié des variants rares délétères chez un patient JBTS dans le gène ciliaire CEP104. Nous proposons donc CEP104 comme un gène candidat JBTS. Nous avons identifié des mutations causales dans 10 gènes, y compris des mutations dans CC2D2A dans 9 familles et NPHP1 dans 3 familles. Au total, nous avons identifié les mutations causales définitives chez 32 des 35 familles étudiées (91% des cas). Nous avons documenté un effet fondateur complexe dans la population canadienne-française avec de multiples mutations récurrentes dans quatre gènes différents (C5orf42, CC2D2A, TMEM231, NPHP1). Au début de ce projet de recherche, l’étiologie génétique était inconnue chez les 35 familles touchées du syndrome de Joubert. Maintenant, un diagnostique moléculaire définitif est identifié chez 32 familles, et probable chez les 3 autres. Nos travaux ont abouti à la caractérisation génétique du syndrome de Joubert dans la population canadienne-française grâce au séquençage exomique, et révèlent la présence d'un effet fondateur complexe avec une l'hétérogénéité allélique et intralocus importante. Ces découvertes ont éclairé la physiologie de cette maladie. Finalement, l’identification des gènes responsables ouvre de nouvelles perspectives diagnostiques ante-natales, et de conseils génétique, très précieuses pour les familles.

"Genome-Wide Linkage in a Highly Consanguineous Pedigree Reveals Two Novel Loci on Chromosome 7 for Non-Syndromic Familial Premature Ovarian Failure"

Background: The human condition known as Premature Ovarian Failure (POF) is characterized by loss of ovarian function before the age of 40. A majority of POF cases are sporadic, but 10–15% are familial, suggesting a genetic origin of the disease. Although several causal mutations have been identified, the etiology of POF is still unknown for about 90% of the patients. Methodology/Principal Findings: We report a genome-wide linkage and homozygosity analysis in one large consanguineous Middle-Eastern POF-affected family presenting an autosomal recessive pattern of inheritance. We identified two regions with a LODmax of 3.26 on chromosome 7p21.1-15.3 and 7q21.3-22.2, which are supported as candidate regions by homozygosity mapping. Sequencing of the coding exons and known regulatory sequences of three candidate genes (DLX5, DLX6 and DSS1) included within the largest region did not reveal any causal mutations. Conclusions/Significance: We detect two novel POF-associated loci on human chromosome 7, opening the way to the identification of new genes involved in the control of ovarian development and function.

Infantile Encephaloneuromyopathy and Defective Mitochondrial Translation Are Due to a Homozygous RMND1 Mutation

Defects of mitochondrial protein synthesis are clinically and genetically heterogeneous. We previously described a male infant who was born to consanguineous parents and who presented with severe congenital encephalopathy, peripheral neuropathy, myopathy, and lactic acidosis associated with deficiencies of multiple mitochondrial respiratory-chain enzymes and defective mitochondrial translation. In this work, we have characterized four additional affected family members, performed homozygosity mapping, and identified a homozygous splicing mutation in the splice donor site of exon 2 (c.504+1G>A) of RMND1 (required for meiotic nuclear division-1) in the affected individuals. Fibroblasts from affected individuals expressed two aberrant transcripts and had decreased wild-type mRNA and deficiencies of mitochondrial respiratory-chain enzymes. The RMND1 mutation caused haploinsufficiency that was rescued by overexpression of the wild-type transcript in mutant fibroblasts; this overexpression increased the levels and activities of mitochondrial respiratory-chain proteins. Knockdown of RMND1 via shRNA recapitulated the biochemical defect of the mutant fibroblasts, further supporting a loss-of-function pathomechanism in this disease. RMND1 belongs to the sif2 family, an evolutionary conserved group of proteins that share the DUF155 domain, have unknown function, and have never been associated with human disease. We documented that the protein localizes to mitochondria in mammalian and yeast cells. Further studies are necessary for understanding the function of this protein in mitochondrial protein translation.