Caractérisation fonctionnelle des remaniements de structure chromosomique chez des patients atteints de troubles du neurodéveloppement

Apparently balanced chromosomal rearrangements (ABCRs) which include translocations, insertions, inversions, and complex rearrangements are rare events. Without affecting the phenotype in most cases, they can cause pairing abnormalities during meiosis and result in the formation of unbalanced gametes which can lead to pregnancy termination. Additionally, 6% of patients with translocations, 9% of patients with inversions, and 23% of patients with complex rearrangement have a phenotype resulting from cryptic imbalance or breakpoint pathology such as gene disruption or dysregulation by a position effect. Indeed, in addition to the genomic sequence, genes expression is also determined by epigenetic factors. DNA is wrapped around histones, forming chromatin. These histones can undergo post-translational modifications modulating chromatin compaction. Chromatin is also structured within the nucleus, in a hierarchical three-dimensional architecture. Indeed, chromatin is organized in chromosomal territories, in chromosomal compartments, in topologically associated domains and in chromatin loops. The organization of the genome can be disrupted by ABCRs, which can induce changes in gene expression and lead to the development of neurodevelopmental disorders. We have studied the effect of these ABCRs on the nucleus. To do this, we performed an expression study of TCF4 gene to study expression abnormalities by disruption of different transcription start sites. Then we determined by three-dimensional fluorescence in situ hybridization the radial position ratio of loci involved in ABCRs. Finally, we characterized by karyotype, fluorescence in situ hybridization, chromosomal micro-array analysis and whole genome sequencing the chromoanagenesis of six families in which an asymptomatic parent transmitted, in an unbalanced way, a chromosomal rearrangement to its child, to understand the pairing of abnormal chromosomes during meiosis. We have shown that chromosomal rearrangements disturbed cells, both during interphase and meiosis. They cause repercussions on the genomic sequence, by disrupting genes or their regulatory elements. Moreover, a patient's phenotype may be different depending on the transcription start site which is impacted by chromosomal rearrangement. In fact, patients with a proximal chromosomal rearrangement of TCF4 gene, involving the first transcription initiation sites, have a moderate phenotype. Chromosomal rearrangements also have repercussions on the spatial organization of chromatin. The radial position ratios of loci involved in translocations or inversions can be modified. The relocation of the derivatives can then influence the phenotype of the patients by modifying their environment. In meiosis, chromoanagenesis disturbed the pairing of homologous chromosomes which form complex figures with regions of asynapsis. This can lead to the formation of imbalanced gametes. As this recombination is random and unpredictable, prenatal diagnosis is recommended for these families.Les remaniements de structure chromosomique apparemment équilibrés (RCAE), qui comprennent les translocations, les insertions, les inversions et les remaniements complexes sont des évènements rares. Sans conséquence sur le phénotype dans la majorité des cas, ils peuvent entrainer des anomalies d’appariement au moment de la méiose et résulter à la formation de gamètes déséquilibrés pouvant mener à des interruptions de grossesse. De plus, 6% des patients avec translocations, 9% des patients avec inversions et 23% des patients avec un remaniement complexe présente un phénotype pouvant résulter d’un déséquilibre cryptique ou d’une pathologie du point de cassure comme une interruption de gène ou une dysrégulation par un effet de position. En effet, outre la séquence génomique, l’expression des gènes est également déterminée par des facteurs épigénétiques. L’ADN est enroulé autour d’histones, formant ainsi la chromatine. Ces histones peuvent subir des modifications post-traductionnelles modulant la compaction de la chromatine. La chromatine est également structurée au sein du noyau, formant une architecture tridimensionnelle hiérarchisée. Ainsi, la chromatine est organisée en territoires chromosomiques, puis en compartiments chromosomiques, en domaines associés topologiquement et en boucles chromatiniennes. L’organisation du génome peut être perturbée par les RCAE, ce qui peut induire une modification de l’expression génique et entrainer l’apparition de troubles du neurodéveloppement. Nous avons étudié l’effet de ces RCAE sur le noyau. Pour cela, nous avons réalisé une étude d’expression du gène TCF4 afin d’étudier des anomalies d’expression par interruption de différents sites d’initiation de la transcription. Puis nous avons déterminer par hybridation in situ en fluorescence en trois dimensions le ratio de position radiale de loci impliqués dans des RCAE. Enfin nous avons caractérisé par caryotype, hybridation in situ en fluorescence, analyse chromosomique sur puce à ADN et séquençage du génome entier les chromoanagenesis de six familles dans lesquelles un parent asymptomatique a transmis, de manière déséquilibrée, un remaniement chromosomique à sa descendance afin d’appréhender l’appariement des chromosomes anormaux pendant la méiose. Nous avons montré que les remaniements chromosomiques perturbent les cellules, tant au moment de l’interphase que lors de la méiose. Ils entraînent des répercussions au niveau de la séquence génomique, en interrompant des gènes ou leurs éléments régulateurs. De plus, le phénotype d’un patient peut être différent en fonction du site d’initiation de la transcription qui est impacté par un remaniement chromosomique. En effet les patients présentant un remaniement chromosomique proximal du gène TCF4, impliquant les premiers sites d’initiation de la transcription, présentent un phénotype modéré. Les remaniements chromosomiques ont également des répercussions au niveau de l’organisation spatiale de la chromatine. Les ratios de position radiale des loci impliqués dans des translocations ou des inversions, peuvent être modifiés. La relocalisation des dérivés peut alors avoir un effet sur le phénotype des patients en modifiant leur environnement. Lors de la méiose, les chromoanagenesis perturbent l’appariement des chromosomes homologues qui forment alors des figures complexes avec des régions d’asynapsis. Cela peut mener à la formation de gamètes déséquilibrés. Cette recombinaison étant aléatoire et imprévisible, le dépistage prénatal est recommandé pour ces familles