L’évolution des connaissances et des outils en … · Dominique Vaur Laurent Castera ......
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L’évolution des connaissances et des outils en génomique
Gaël Nicolas, MD, PhD
Department of Genetics, Rouen University Hospital, Normandy, France
Inserm U1245 – Genetics of Cancer and Neuropsychiatric disorders
National Reference Center for Young Alzheimer Patients
Normandy Center for Genomics and Personalized Medicine
1985
PCR
(Mullis)
2004-Ere génomique
2004Séquençage du
génome humain
2007Analyses
pan-génomiques
2009 NGS
1865 – 1975Ere pré-moléculaire
1975 – 2004Ere moléculaire
1865
Lois de
Mendel
1953
Structure
de l'ADN
Watson Crick
1959
Trisomie 21
Lejeune
Turpin
Jacobs
1975
Southern
1993
Séquenceurs
Automatiques
d’ADN
Sanger
sequencing
RappelsHistoire de la Génétique
1,5% : exome20 000 gènes / 50-70 Mb
98,5% : non-codantStructureRégulation…
RappelsVariabilité du génome humain
Variation de séquenceSNVs et indels Variations du nombre de copies
(CNV)
Séquences répétées
TTCCAG(CAG)nCAGCAAWT-CAG.TTC.CTA.GCA.GTC.
Mut-CAG.T CC.TAG.CAG.TC
3 Gb
Séquençage Massif en Parallèle : une révolution technologiqueSéquençage Massif en Parallèle : une révolution technologique
ddNTP terminateurs
ddNTPterminateursRéversibles���� débit
PCR exon par exonAmorces ciblées
Amplification clonaleAmorces universelles���� Parallélisation
Séquençage Sanger
Capture préalable de tous les exons (exome)
+ barcodes moléculaires : mutliplexage
Exon après exon, gène après gène…
RappelsVers le séquençage de single long molecules
PacBio SequelSMRT sequencing
Oxford NanoporeMini Ion
Apports du NGS en recherche
Révolution dans la recherche génétique Identification de « nouveaux » gènes dans les maladies Mendéliennes
Elargissement phénotypique, Maladies alléliques, découverte de la diversité du génome
RappelsNGS : ère de la génomique
� Preuve de conceptNg et al., Nature 2009
� 1ère identification d’une cause de maladie Mendélienne par exome
Ng et al., Nature Genetics 2010 [Epub 2009]
� 1ère application diagnostiqueChoi et al., PNAS 2009
� 1ère utilisation d’exomes en triosVissers et al., Nature Genetics 2010
� 60,000 exomes dans la base ExACLek et al., Nature Genetics 2016
� Des milliers d’exomes de triosAutisme / déficience intellectuelle...
Pubmed « exome » + « publication date » :
Apports du NGS en rechercheRappelsNGS : identification extensive des gènes de maladies Mendéliennes
Vissers, Veltman & Gilissen, Nat Genet Reviews 2016
ExAC ���� gnomAD 2017: 123 136 exomes et 15 496 génomes
La découverte de la diversité du génomeLa découverte de la diversité du génome
transversions
Non CpG transitions CpG transitions
Séquencer un nouvel individu = Identifier de nouvelles variations
De nombreux gènes sont tolérants à la perte de fonctionLek et al.,
Nat Genet 2006
Ce qui est mutable,
la nature le mute
Toléré = observé
Découverte de la mutabilité du génomeDécouverte de la mutabilité du génome
Séquençage d’exome / génome en trio
4 000 000 variants génomiquesDont 20 000 exoniques
4 000 000 variants génomiquesDont 20 000 exoniques
4 000 000 variants génomiquesDont 20 000 exoniques
- -
60 - 80 variants génomiques de novo
Dont 1,5 exonique de novo
4x plus de mutations de novo
dans la lignée germinale paternelleEffet âge :
� Père : 1-1,51 de novo mutation/an� Mère : 0,25-0,37 de novo mutation/an
Nombre de réplications dans la lignée germinale:
� Mère : 22� Père jeune : 100
� Père âgé : 600-1000
Pression environnementale MigrationsInfections
Modifications alimentaires
� Croissance exponentielle récente de la population humaine
�La plupart des SNV/CNV rares sont survenus au cours des 10 000 dernières années
RappelsMutabilité du génome : une nécessité pour l’adaptation des espèces
Les maladies génétiques : le prix de l’adaptabilité des espèces
Notre génome n’est pas figé : mutations post-zygotiques et somatiquesNotre génome n’est pas figé : mutations post-zygotiques et somatiques
Accumulation de driver mutations pendant le vieillissement
Identifier les variations somatiques parmi les erreurs de séquençage :
Adaptation technologique :Utilisation de barcodes moléculaires
Acuna-Hidalgo, Veltman & Hoischen, Genome Biol 2016
Hiatt et al., Genome Research 2013
Acuna-Hidalgo et al., Am J Hum Genet 2017
Lim et al., Nat Neurosci 2017; Lodato et al., Science 2015
Single cell sequencing~1,500 variants somatiques par génome neuronal ���� Activité transcriptionnelleNeurones < peau/hématopoièse
����Réplication cellulaire
~7% des mutations de novo apparemment germinales sont post-zygotiques
Par exome50 Mb : 1.5% du génome
�20 000 variations SNV/indels�1000 variations rares (<0.1%)
�1,5 variation de novo
Défi médical et scientifique :Interprétation
des variations génétiques rares
RappelsGénétique humaine en 2017 : défi de l’interprétation des variants
détection
Variations d’intérêt médicalclassification
American College of Medical Genetics and Genomics (ACMG) –
Association of Molecular Pathology (AMP)
Class 5: PathogenicClass 4: Likely pathogenic
Class 3: Variant of uncertain significance (VUS)Class 2: Likely benign
Class 1: Benign
Bases de données de contrôles
Bases de données de malades
Prédictions bioinformatiques
Biostatistiques
Données de ségrégation
Expertise moléculaire
Expertise clinique
Confrontations clinico-biologiques
Assurer l’expertise de l’interprétation des variations génétiquesAssurer l’expertise de l’interprétation des variations génétiques
Données fonctionnelles
Applications au diagnostic des maladies raresApplications au diagnostic des maladies rares
Stratégies diagnostiques
Séquençage des gènes du panel uniquement
Exome entier Génome entier
Panels de gène in silico
Coût séquençage
Coût bioinformatique
Couverture
Détection de variants de structure
Sensibilité de détectionSpécificité du phénotype Coût
Profondeur / détection de variants somatiques
Approches pangénomiques pour le diagnostic des maladies raresApproches pangénomiques pour le diagnostic des maladies rares
ExomeGènes
Mendéliens
Gènes concordant avec le phénotypeSéquençage exome ou génome
Analyse restreinte à des panels in silico
� maladies hétérogènes (nombreux gènes potentiellement impliqués)� syndromes difficilement reconnaissables� nombreux diagnostics différentiels
���� Pas de reséquençage si panel n°1 négatif
Risque : incidental findings / données secondaires� Identification incidentale ou active d’un variant pathogène dans un gène de
susceptibilité héréditaire au cancer, cardiopathie…� Actionable genes : recommandations américaines� Nécessité de préciser :
Pour qui ? Comment ? prescription / consentement / suivi psychologique - impactComment ? expertise moléculaire / RCP
La révolution de la Génomique Médicale depuis 2010
Révolution en recherche� Diversité du génome humain
� Dissection des bases moléculaires des maladies Mendéliennes et complexes
Rares et fréquentes
Révolution médicale� Rapidité du diagnostic � Prise en charge précoce
� Suivi adapté� Traitement médical personnalisé
� Prise en charge des familles
RappelsConclusions : la révolution de la génétique humaine
� Compréhension des mécanismes physiopathologiques
� Cibles thérapeutiques� Génétique des populations
La révolution de la Génomique Médicale depuis 2010RappelsL’avenir de la Génomique
Développement et accès au séquençage du génome : plan France médecine génomique 2025
Médecine génomiquepersonnaliséede précision
Compréhension de la variabilité du génome non codant (>98,5%)
Interactions gènes-gènesDéterminisme oligogénique
Interactions gènes-environnementÉpigénétique
Intégration des
connaissances
Calcul de risques personnalisés multigéniques
Meilleure interprétation des
variations codantes
Prise en charge personnalisée
OncogénétiqueCRLCC François Baclesse, Caen
Inserm U1245Dominique VaurLaurent CasteraSophie Krieger
Baptiste BraultNicolas GoardonEtienne Muller
Germain PaimparayAgathe Ricou
Antoine RousselinPascaline Berthet
Interactive BiosoftwareFlorian Mancini
Alexandre HatzoglouAndré Blavier
Fédération de Génétique CHU de RouenInserm U1245
Pascale Saugier-VeberStéphanie Baert-DesurmontGaëlle Bougeard-Denoyelle
Dominique CampionCamille Charbonnier
Isabelle TournierAlexandra MartinsPascaline Gaildrat
Françoise CharbonnierSophie CoutantMyriam VezainRaphaël LanosOlivier Quenez
Alice GoldenbergAnne-Marie GuerrotAnne-Claire BrehinIsabelle Tennevet
Jean-Christophe Théry Nathalie Parodi
Gaëlle ColletAlain Hedouin
Didier Hannequin
Aude LamyJean-Baptiste Latouche
Jean-Christophe Sabourin
Thierry LecroqLaurent Mouchard
Laboratoire d'informatiqueUniversité de Rouen
DSI - Université de RouenBruno Levasseur
Paul TavernierFrançoise CharlesFlorence CharlesRodolphe Bourru
Centre Normand de Génomique et Médecine Personnalisée
Nathalie PorchetPatricia Faure
CHU de CaenMarie-Laure Kottler
Marion Gérard
La révolution de la Génomique Médicale depuis 2010RappelsMerci pour votre attention