Etude des variants rares et des régions d'homozygotie par SNP array dans les pathologies neurodéveloppementales
Institution:
Sorbonne Paris CitéDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
Chromosomal microarray analysis is commonly used in the field of neurodevelopmental phenotype. SNP array allows whole genome analysis to identify both copy number variants (CNVs) and ROHs. We screened a cohort of 5,050 patients with neurodevelopmental phenotype. In the first part, we focused on small CNVs with only one or two genes to characterize the genotype and the phenotype associated with several microdeletion syndromes. Our results allowed us to identify XPO1, USP34, BCL11A, EFNB2, NR4A2 genes involved in a neurodevelopmental phenotype and compound heterozygous variants in the INTU gene implicated in oral-facial-digital syndrome type VI. Then, we discussed how CNVs can modify the 3D organization of the genome by disrupting chromatin domains, resulting in Beckwith-Wiedmann syndrome in one case. In the second part, when SNP array revealed no genomic imbalances, we performed a region of homozygosity (ROH) analysis. These ROHs indicate ancestral homozygosity, uniparental disomy, or parental consanguinity depending on the size, the location and the chromosome(s) involved. In the context of several genetic disorders in children of consanguineous parents, the identification of the causal gene can be difficult given the great genetic and clinical heterogeneity. In these families, the mutated gene in the homozygous state is frequently found in a ROH. We performed a clinical interpretation of ROHs in 213 patients with a broad range of clinical indications including intellectual disability, developmental delay, multiple congenital anomalies, or autism spectrum disorder. We analyzed these regions in order to identify genes that could be implicated in recessive pathology concordant with patients’ phenotype. The analysis of ROH using the software "SNP array evaluation tool v3.0" found the mutated gene in 28/213 patients (13%). We further analyzed 30 multiplex families in which both affected and unaffected siblings were recruited. We studied common ROHs shared by affected patients, excluding ROH present in unaffected siblings. Based on key words describing our patients’ phenotype, we searched for OMIM genes implicated in recessive diseases concordant with the phenotype and selected candidate genes. ROHs analysis successfully lead to a diagnosis in 8/31 families (26%) in 15 patients. Finally, we performed whole exome sequencing in 8 selected multiplex families in which the ROH analysis was non-contributory and identified the causal gene in three out of eight families analyzed. We identified two novel pathogenic variants in ERBB3 reported to cause lethal congenital contractural syndrome 2 (MIM # 607598), one novel pathogenic variant in TNR associated with spastic quadriplegia and ID. The diagnosis of genetic and chromosomal disorder in a context of consanguinity, ROH analysis must be considered in order to sequence the gene of interest, or to target WES analysis. Our strategy improves the efficiency of genetic diagnosis in a more targeted and cost-effective way.
Abstract FR:
L’analyse chromosomique sur puce à ADN (ACPA) est actuellement l’examen réalisé en première intention dans le cadre de pathologies neurodéveloppementales. Les puces de type SNP sont des puces de génotypage qui peuvent détecter des CNVs (copie number variants) mais également des régions d’homozygotie (ROHs). Nous avons analysé par puce SNP une cohorte de 5 050 patients présentant un phénotype neurodéveloppemental. Dans un premier temps, nous nous sommes concentrés sur l’étude des CNVs contenant un ou deux gènes afin de caractériser le génotype et le phénotype associés à plusieurs syndromes microdélétionnels. Nos résultats nous ont permis d'impliquer les gènes XPO1, USP34, BCL11A, EFNB2, NR4A2 dans la déficience intellectuelle (DI) isolée ou syndromique, d’établir une corrélation génotype-phénotype et d’étendre le spectre phénotypique de certains syndromes microdélétionnels. Nous avons également confirmé l’implication de variants hétérozygotes composites du gène INTU dans le syndrome oro-facio-digital de type VI. Enfin, notre étude nous a permis d’étudier un CNV impliquant une région régulatrice, une microduplication 11p15.5, pour lequel nous avons suggéré un nouveau mécanisme à l’origine du syndrome de Beckwith-Wiedmann. Puis notre travail s’est concentré sur l’analyse des ROHs. En l’absence de déséquilibre génomique potentiellement délétère, nous avons effectué une analyse des ROH chez 213 patients présentant une pathologie neurodéveloppementale ou malformative. L’analyse des ROHs nous a conduit à proposer un diagnostic génétique chez 29 des 213 patients analysés (14%). Nous avons également analysé 31 familles multiplex incluant plusieurs enfants atteints et, dans certains cas, un enfant bien portant. Le diagnostic génétique a été établit chez 8 des 31 familles (26%) analysées soit 15 patients. Nous avons par la suite sélectionné 8 des 23 familles sans diagnostic génétique pour lequel nous avons effectué un séquençage de l'exome. L’étude des ROHs couplée au séquençage de l’exome a permis d’établir le diagnostic moléculaire dans 3 des 8 familles. Nous avons notamment identifié deux nouveaux variants pathogènes du gène ERBB3 impliqué dans le syndrome des contractures congénitales létales de type 2 (MIM # 607598) chez une famille et identifié un nouveau variant pathogène du gène TNR associé à un nouveau syndrome neurodéveloppemental associant une DI et une quadriplégie spastique. Au total, notre étude montre l’intérêt des puces de type SNP tant pour la mise en évidence de gènes impliqués dans la DI que pour la compréhension des mécanismes à l’origine de la pathogénicité de certains variants génomiques. En l’absence de CNV pathogène, notre stratégie d’analyse des ROHs a augmenté de manière considérable l’efficience du diagnostic génétique, qui plus est lorsque cette analyse est couplée au séquençage de l’exome.