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ThèseprésentéepourobtenirletitredeDocteurdel’UniversitéLouisPasteurStrasbourg1Discipline:SciencesduVivantSpécialité : Bioinformatique parAnneFriedrichDe la mutation structurale aux phénotypes des pathologies humaines : vers une approche intégrative des mutations et de leurs conséquences. Soutenuepubliquementle21décembre2007devantlejury:DirecteurdethèseOlivierPOCH,IGBMC,Illkirch RapporteurinterneBrunoKIEFFER,IGBMC,Illkirch IURC RapporteurexterneChristopheBEROUD, ,Montpellier RapporteurexterneMarieHélèneLEDU,CEASaclay,GifsurYvetteExaminateurThierryTOURSEL,AFM,Evry MembreinvitéLucMOULINIER,IGBMC,Illkirch
àmesparents,
Remerciements
Avanttout,jetiensàexprimermaprofondereconnaissanceàBrunoKieffer,ChristopheBéroud,MarieHélèneLeDuetThierryTourselpouravoiracceptédejugercetravaildethèse.JevoudraiségalementremercierDinoMorasetJeanClaudeThierrypourm’avoirpermisdetravaillerauseind’ungroupeetd’undépartementscientifiquementaussirichesquedynamiques.Unmercitoutparticulieràmesdeux«codirecteurs»dethèse,OlivieretLuc,mêmesicetteappellationneserafinalementpasofficielle,peutêtremonseulregretpourcettethèse.Merciàvousdeuxpourtoutcequevousavezfaitpourmoi:lafaçondontvousavezsuêtrepourmeguider,mesoutenir,memotiverparfois,meremettreenplaceaussi,pourmʹavoirfaitconfianceetmʹavoirapprisàavoir(detempsentemps)confiance.Mercipourvotrecomplémentarité,votregénérosité,cettepassionquivousanimeetvoscaractèresparfoistellement…euh,commentdire…forts?!quifontdevouscequevousêtesetesttellementprécieux.Jetiensaussiàremercierles«souteneursfinanciers»decetteaventure,sommetouteasseznombreux,principalementl’AFMetplusparticulièrementThierryToursel,pourlaconfianceaccordéeetlesoutieninfaillibledepuisledébutdelʹaventureMS2PH!
Ungrandmerciàl’équipedeGilbertDeléageetenparticulieràNicolasG.,quiatoujoursétédisposéetdisponibledanslesmomentsilfallaitquetoutaillevite,etilsontéténombreux!Boncourageàtoipourladernière(longue)lignedroitedetathèse.MerciaussiàRaphaëletNicolasB.,tellementefficacesetànotreécoute,ainsiquʹauxnombreuxIBMeursquenousavonsétéamenésàcôtoyer.Biensûr,merciàtoi,leLaboratoiredeBioinformatiqueetGénomiqueIntégratives.Commentexprimertoutcequetumʹasapportédurantlestroisdernièresannées…Cequ’ilyadeparticulierdanscelabo,c’estcetteambiance,cemélangedegens,degenres,desolidarité,desoutien,dediscussionsanimées,de(fous)rires,deconfidencesparfois…Maislelabo,c’estaussibeaucoupdetravail,pasmald’efficacitéetunebellesynergie,quifaitqu’onseretrouveà«environ»25àcejourettoujoursenbelleharmonie.Commentremerciertoutlemondesansoublierpersonne...Bon,lelabo,c’estavanttoutOlivier,«extraordinaire»chercheurqui,malgrélesinnombrablestâchesadministrativesquiluiincombent,nousfaitprofiterdesondontantquʹillepeutetarrivesisouventàfaireémergerl’implicitecachétoutaufonddechacundʹentrenous.Lelabo,c’estaussisespiliers:Raymond,Julie,Odile,FredetLuc,aulabodepuistoujourssansdoute…oupresque.Mercid’êtrepournous,alorsquevousavezdéjàtellementpeudetempspourvous!Raymond,leTcl,gscopeetlapiscine…Julie,lessempiternellescorrections,cettesobritishattitudeetletoutaveclesourirepleaseOdile,uncalmedéroutant,unebonnehumeurinfaillibleetcedonquetuasdetransmettretonsavoir.Fred,toujourszenetprêtàrendreservice,estampillésISO9001dansleursqualités!Etpis«msieurLusss»biensûr,quim’asfaitmelancerdansl’aventure,m’aappristellementetm’aaussi
offertquelquesbellesdiscussionsdurantnostrajetsderetour(etpourcesoir,jeproposesandwichmerguez!!).Lelabo,cʹestencorececouloir,noussommestellementheureuxden’avoirpasàtravailler!LaetitiaetManu,bravoderésisterencoreettoujours,denoussupporterquandonvientàlarencontreduchefetmercipourvotresympathieetvotredisponibilité.Lelabo,c’estbiensûraussiles«djeuns»,quinecessentdesedémultiplier:Guillaume,YannickN,LaurentP,DavidetNicolas,quiontmêmeréussià«djeunifier»Radwen...Retranchésdansunbureauseulseuxveulentbiensiéger,jamaisàcourtdeblaguesgraveleuses,toujoursquelquesbonbecssouslamain,maisaussietavanttoutconstammentprêtsàrendreservice,avecunpetitmotsympapourlabonnehumeurenprime.Mercipourvotreaideetvotresoutien…Maislelabocʹestaussilaplateforme:Laurentetmespremierspasverslescours,Véroetlessibonnes«papoteries»entrefillesetSophie,dernièreblondearrivéeaulabo(unpeuderenfort,merci!),toujourssouriante,àquiilnemanqueplusquel’accentdecheznous(t’inquiètes,cavavenir)!Pisenfin,lelabo,cʹestceuxquionteulalourdetâchedemesupporterdurantlesderniersmois,lesprochesauquotidien,ceuxavecquij’aieulebonheurdepartagermonbureau.Annaïcketsagentillesse,àquijetiensàsouhaitervielGlückfürdieweiteren;Hoan,àquijedécerneofficiellementleprixdumeilleurstandardistevietnamiendelʹinstitut;Nicolas,toujoursunepetiteanecdotesouslecoudepourlesouriredumatin;Wolfgangquibienqu’unmurnoussépare,apartagé,peutêtrebienmalgréluiparfois,notrequotidien!Etbiensûrmescompagnonsd’écritureetdegalère:Ravi,toujourssereinetserviable,etYann,àtomberdansladépressionquandj’ensortaisetviceversa.Mercipournosdosàdosdesdernièressemaines,cespetitsmotsrassurants,lesoutienettoutlereste.Maisn’oublionspas,lelabo,c’estaussilesanciens,allésvoirsil’herbeétaitplusverteière ailleurs:lesjeunesdocteurs,Jean,AurélieetFred;Adeline,ma1voisinedebureau,grâceàquij’aipurapidementacquérirmonstatutdepipelette(Véron’yétantpastoutàfaitétrangèrenonplus!).Bref,mercilelabo...MerciàSergeaussi,pourlagestiondesserveursetautresaléasinformatiques.UnmerciparticulieràLaetitia,Anneetnotrejeuneretraitée,Christiane,pourvotregentillesseetvotreefficacitéetpouravoirtoujoursétépourm’éclairerdanslesméandresadministratifsdel’institut.Merciàtousmesproches,familleetamis,grâceàquij’aipuconservercesemblantd’équilibreetquimʹontpermisdegarderlesyeuxouvertssurla«vraie»vied’àcoté…MerciMinietChrisi,lesamiesdetoujours;PerrineetEricdontlesvisitesmesonttellementprécieuses;Anne,Arco,Patty,Céloucheetlesautres.Mercipourvotreamitié,votresoutien,lesbonsmomentsetpourêtretoujourspourmoi.MerciJérôme,FrançoisetDaviddevousêtreoccupésdemonhommependantquejepassaisdesheuressolitairesdevantmonPC.Attention,là,jelerécupèreunpeu,latendancevasʹinverser!
Ungrandmerciaussiàmabellefamille:CatietYves,lesM&M&M&M,OliveetAurélie,Manu,StéphyetleurpetiteterreurdeLise.Mercipourtoutlesoutien,lesencouragements,lesbonsmoments,NewYorketlescorrectionsbiensûr!Unimmensemerciàmesparents,etmêmes’iln’estpasvraimentcoutumedansnotrefamilledes’étalersurcegenredeconsidérations,sachezquejevoussuisextrêmementreconnaissantepourtout,depuistoujours,etquejevousaimeprofondément!Etjet’assuremaman,«Docteur»,c’estpassimalqueça,t’aspasàrougirdevantlescopines!MerciaussiàmonfrèreThomas,àCélineetauxfilles,MarineetEmmy.Mercid’êtrepourmoi,toujours.Mercipourlesoutien,laconfianceetpromis,jeseraidenouveau:plusdefauxplansetde«débinades»en2008!Enfin,merci,mercimonCyrillou!Pourtout,depuisbienlongtempsetsurtoutd’avoirsupportécesderniersmoisenmacompagnie.C’estavecregretquejelâcheraimonstatutdeer «princesse»au1janvier2008,maisjetâcheraid’enprofiterencored’ici!Danscesremerciements,jenʹoublieraipasnonpluslesprofondeursabyssalesdespiscinesdelaCUS,quiontsuretenirbonnombredemesangoisses,doutesetautresremisesenquestiondurantcestroisannées.MerciaussiaFranzFerdinand,Mika,M,nounoursetquelquesautrespouravoirsystématiquementréussiàmeredonnerducouragequandl’inspirationvenaitàmemanquer…Pourfinir,jetiensàsaluercesenchaînementsd’heureuxhasardsquifontavancer,évoluer,bouger,pourfinalementrevenirauxsources;cesrencontres,scientifiquesethumaines;ceuxquivousfontconfiance,vousdonneconfianceetvousfontaufuretàmesuretrouvervotrevoie…Merciàtousceuxquim’ontpermisd’enarriverlà.
Listedesabréviations
ÅADN(c)ARN(m)BIRD
BIRDQLCDDCDSCGICRIHANEBIEMBLGDBGmeanGoGOHapMapHGMDHGPHTMLHTTPIBCPIGBMCkbLMSLOVDLSDBMACS
MACSIMSMAGOSMIMmmMS2PHMS2PHdbMSF
AngströmAcideDésoxyriboNucléique(complémentaire)AcideRiboNucléique(messager)BiologicalIntegrationandRetrievalData,systèmegénériquedecréationdesystèmesdebasesdedonnéesBIRDQueryLanguage,langagederequêtespécifiquedusystèmeBIRDCentredeDonnéesDécrypthonCoDingSequence,ouséquenced’ADNcodanteCommonGatewayInterfaceCentredeRessourcesInformatiquesdeHAuteNormandieEuropeanBioinformaticsInstituteEuropeanMolecularBiologyLaboratoryhumanGenomeDataBaseGeometricmeanofaccuracyGigaoctetGeneOntologyHaplotypeMapHumanGeneMutationDatabaseHumanGenomeProjectHyperTextMarkupLanguageHyperTextTransferProtocol,ouprotocoledetransferthypertexteInstitutdeBiologieetdeChimiedesProtéinesInstitutdeGénétiqueetdeBiologieMoléculaireetCellulairekilobases,soit1000pairesdebasesLocalMaximumSegments,ousegmentsdeconservationmaximaleLeidenOpensourceVariationDatabaseLocusSpecificDataBase,oubanquededonnéesspécifiquesd’unlocusMultipleAlignmentofCompleteSequences,oualignementmultipledeséquencescomplètesMACSInformationManagementSystemMultipleAliGnmentandmOdellingServerMendelianInheritanceinManmeanmethod,méthoded’échantillonnageditedesmoyennesdelaMutationStructuraleauxPhénotypesdesPathologiesHumainesMS2PHdatabaseMultipleSequenceFormat
NCBINMDBOMIMpbPCRPDBPHATPSICRENATER
sdmSesm(ns)SNPSpSQLTCPTMTNSALP
ToUCSCUMDUniRefUTRXML
NationalCenterforBiotechnologyInformationNationalMutationDataBaseOnlineMendelianInheritanceinManpairedebasesPolymeraseChainReactionProteinDataBankPredictedHydrophobicAndTransmembranePositionSpecificIndependentCountsRéseauNationaldeTélécommunicationspourlaTechnologie,l’EnseignementetlaRecherchesecondderivativemethod,méthoded’échantillonnageditedeladérivéesecondeSensibilitéstripsmethod,méthoded’échantillonnageditedesbandelettes(nonsynonymous)SingleNucleotidePolymorphism,oumutationponctuelleisoléeSpécificitéStructuredQueryLanguageTransferControlProtocolTransMembraneTissueNonSpecificALkalinePhosphatase,phosphatasealcalinenontissuspécifiqueTéraoctetUniversityofCalifornia,SantaCruzUniversalMutationDatabaseUniProtReferenceclustersUnTranslatedRegion,ourégionnontraduiteExtensibleMarkupLanguage
TabledesMatières
AvantPropos ................................................................................................................................................ 1Introduction .................................................................................................................................................. 3Chapitre1Contextebiologiqueetbioinformatique.............................................................................. 51.1.Deladécouvertedel’ADN… ......................................................................................................... 51.2.àladisponibilitédugénomehumain ..................................................................................... 10Chapitre2Legénomehumainetsesvariations.................................................................................. 152.1.Legénomehumain ......................................................................................................................... 152.1.1.Structuredesgènesprotéiqueshumains ............................................................................. 172.1.2.Expressiondesgèneshumains.............................................................................................. 192.1.3.Lesprotéines:produitdel’expressiondegènes ................................................................ 192.1.4.Régions20intergéniques ............................................................................................................ 2.2.Variabilitédugénomeetévolution.............................................................................................. 212.2.1.Modificationsdel’informationgénétique ........................................................................... 232.2.2.Originedel’apparitiondesmutations ................................................................................. 242.2.2.1.Mutationsspontanées ..................................................................................................... 242.2.2.2.Mutationsinduites........................................................................................................... 262.2.3.Effetsdesmutationssurlegénome ...................................................................................... 262.2.3.1.Substitution....................................................................................................................... 262.2.3.2.Insertionetdélétiondepetitetaille............................................................................... 272.2.3.3.Autresmutations ............................................................................................................. 282.2.4.Conséquencesdesmutationsselonleurlocalisationdanslegénome ............................. 292.2.4.1.Mutationdansunerégionintergénique ....................................................................... 292.2.4.2.Mutationdansunerégionnontranscrited’un29gène .................................................. 2.2.4.3.Mutationdansunerégiontranscritenoncodanted’ungène.................................... 302.2.4.4.Mutationdansunerégioncodanted’ungène............................................................. 302.2.4.4.1.Mutationsilencieuse ................................................................................................ 312.2.4.4.2.Mutationexprimée................................................................................................... 31Chapitre3Lesmaladiesgénétiqueshumaines.................................................................................... 353.1.Qu’estcequ’unemaladiegénétique? ......................................................................................... 353.1.1.Maladiesgénétiquesetphénotypes...................................................................................... 363.1.2.Génotypeoulescausesmoléculairesd’unemaladiegénétique....................................... 373.1.2.1.Pertedefonction .............................................................................................................. 373.1.2.2.Gaindefonction............................................................................................................... 383.1.2.3.Effetdominant38négatif .................................................................................................... 3.1.3.Corrélationgénotype/phénotype.......................................................................................... 383.2.Schémadetransmissiondesmaladiesmonogéniques.............................................................. 393.3.Caractérisationdugénotype ......................................................................................................... 413.3.1.Déterminationdesgènesresponsablesdemaladiesgénétiques ...................................... 423.3.1.1.Identificationparvoiecytogénétique ........................................................................... 423.3.1.2.Approchepositionnelle................................................................................................... 423.3.1.3.Identificationparl’approchedugènecandidat .......................................................... 433.3.2.Détectionexpérimentaledesmutations............................................................................... 443.3.2.1.Identification45directe ....................................................................................................... 3.3.2.2.Détectionindirecte........................................................................................................... 463.4.Sourcesd’information .................................................................................................................... 473.4.1.Banquescentrales .................................................................................................................... 49