Soutenance de thèse de Mathieu CERINO

L’émergence du séquençage à haut débit (ou NGS : Next-Generation Sequencing), d’abord en recherche puis sur le versant du diagnostic, a considérablement modifié les pratiques en génétique médicale ces 15 dernières années. Néanmoins, cette véritable révolution technologique permettant la systématisation d’un séquençage large et rapide du génome humain n’a pas totalement répondu aux attentes concernant la problématique de l’impasse diagnostique. Le Plan National Maladies Rares 3 (PNMR3, 2018-2022) a fait de cette problématique une priorité pour les projets de recherche, actuels et futurs, en estimant l’étendue de ces impasses du diagnostic moléculaire à environ 50% des patients atteints de maladies génétiques rares malgré l’utilisation des technologies NGS. La persistance de cette problématique, révélant une complexité initialement sous-estimée des mécanismes de régulation de l’expression des gènes, est observée dans de nombreuses maladies rares héréditaires, pour lesquelles il existe une grande hétérogénéité clinique et génétique. Dans la première partie de ces travaux de recherche, nous avons donc évalué dans le champ des maladies musculaires, l’étendue de cette problématique après l’analyse NGS (panel de gènes ou exome complet) d’une cohorte de 319 patients atteints de myopathies. L’exploration moléculaire s’est révélée négative pour 185 patients de la cohorte (58%), rejoignant ainsi les données de la littérature mais également le constat global du PNMR3 concernant l’impasse diagnostique. La seconde partie de ces travaux de recherche avait pour objectif d’apporter des réponses à cette problématique en s’intéressant d’abord aux problèmes d’interprétation des variants génétiques qui retardent parfois considérablement le diagnostic moléculaire. Dans ce contexte, la piste de l’effet probablement sous-estimé de certains variants génétiques sur l’épissage a été explorée en prenant l’exemple du gène GNE associé à des formes de myopathies héréditaires à inclusions. D’autre part, après avoir abordé ce problème de détermination de la pathogénicité des variants génétiques, nous avons étudié la difficulté d’établir un lien de causalité génotype-phénotype avec le cas particulier des myopathies des ceintures associées au gène CAPN3 pour lesquelles nous avons participé à la redéfinition du mode de transmission initialement strictement autosomique récessif vers de nouvelles formes autosomiques dominantes de calpaïnopathies associées à un mécanisme mutationnel dominant-négatif et une nouvelle corrélation génotype-phénotype. Finalement avec l’exemple du gène SYNE1, nous ouvrirons la réflexion vers l’effet des mutations faux sens et la difficulté de caractériser leurs effets fonctionnels. L’exploration de ces mutations à effet atténué et dont la fréquence dans la population générale peut être également intermédiaire, conduit à la problématique de l’hérédité complexe ou oligogénique, qui pourrait établir un pont entre le modèle monogénique généralement décrit pour les maladies génétiques rares comme les myopathies ou les lipodystrophies familiales et les prédispositions génétiques retrouvées pour des maladies beaucoup plus fréquentes, telles que le syndrome métabolique. Ce lien, s’il est démontré, impliquerait l’hypothèse d’un continuum génétique entre deux extrémités d’un vaste spectre génétique expliquant de ce fait les très nombreuses nuances phénotypiques, compliquant aujourd’hui l’orientation clinico-biologique, en particulier pour les pathologies musculaires. Ainsi à l’avenir, l’exploration de cette hérédité complexe pourrait être un objectif central en association avec d’autres thématiques de recherche complémentaires, telles que l’épigénétique, la transcriptomique et la protéomique. Ceci contribuera à réduire le nombre des diagnostics irrésolus sur le plan moléculaire tout en participant à une meilleure connaissance des mécanismes complexes d’expression génique associés et au développement potentiel de cibles thérapeutiques innovantes.

The emergence of high-throughput sequencing (or NGS: Next-Generation Sequencing), first in research and then on the hospital diagnostic field, has considerably modified medical genetics practices over the past 15 years. However, this technological revolution allowing the systematization of wide and rapid sequencing of the human genome has not fully met expectations regarding the issue of diagnostic odyssey. The National Rare Diseases Plan 3 (or PNMR3: Plan National Maladies Rares 3 2018-2022) has made this issue a priority for current and future research projects, by estimating the extent of these dead ends in molecular diagnosis around 50% for patients suffering from rare genetic diseases, despite the use of NGS. The persistence of this high proportion of unsolved cases which reveals an initially underestimated complexity of the regulatory mechanisms related to gene expression, is observed in many rare genetic diseases with clinical and genetic heterogeneity. In the first part of this work, we assessed in the field of muscular diseases, the extent of this issue after the analysis of a cohort of 319 myopathy patients by high-throughput sequencing (gene panels or whole exome sequencing). Molecular analysis was not contributive for 185 patients in the cohort (58%), matching the data available in literature but also the overall findings of the PNMR3 concerning the diagnostic odyssey issues. The second part of this research aimed to provide answers to this issue by first looking at the steps of genetic variants interpretation which can potentially delay molecular diagnosis. In this context, the trail of the probably underestimated genetic variant effect on splicing has been explored by taking the example of the hereditary inclusion myopathies associated with GNE defects. Besides the genetic variants pathogenicity assessment issue, we also highlighted the difficulty of establishing a genotype-phenotype causal link with the particular case of limb-girdles myopathies associated with the CAPN3 gene. In this specific disease, we contributed to describe, in addition to the initially strictly autosomal recessive inheritance, a novel autosomal dominant form of calpainopathies related to a dominant-negative mutational mechanism leading to a new genotype-phenotype correlation. Finally, with the example of SYNE1, we will reconsider the effect of missense mutations and the difficulty of characterizing their functional effects. Indeed, the exploration of these mutations with an attenuated effect and whose frequency in general population can also be intermediate, leads to the problem of complex and/or oligogenic heredity, which could establish a bridge between the monogenic model generally described for rare genetic diseases such as hereditary myopathies or lipodystrophies and genetic predispositions found for much more frequent diseases, such as the metabolic syndrome. This link, if it is demonstrated, would imply the hypothesis of a genetic continuum between two ends of a vast genetic spectrum, therefore explaining the many phenotypic nuances, complicating today the clinical orientation, particularly for neuromuscular disorders. Thus, in the future, the exploration of this complex heredity could be a central objective in association with other complementary research topics, such as epigenetics, transcriptomics and proteomics. This could help reduce the number of unsolved molecular diagnoses while contributing not only to a better understanding of the complex mechanisms associated with gene expression but also to the development of innovative therapeutic targets.