Recherche statistique de biomarqueurs du cancer et de l'allergie à l'arachide, Development of statistical methods for the discovery of novel biomarkers for cancer or peanut allergy

Olivier Collignon

Description

Sous la direction de Jean-Marie Monnez, Pierre Vallois
Thèse soutenue le 16 octobre 2009: Nancy 1
La première partie de la thèse traite de la recherche de biomarqueurs du cancer. Lors de la transcription, il apparaît que certains nucléotides peuvent être remplacés par un autre nucléotide. On s'intéresse alors à la comparaison des probabilités de survenue de ces infidélités de transcription dans des ARNm cancéreux et dans des ARNm sains. Pour cela, une procédure de tests multiples menée sur les positions des séquences de référence de 17 gènes est réalisée via les EST (Expressed Sequence Tag). On constate alors que ces erreurs de transcription sont majoritairement plus fréquentes dans les tissus cancéreux que dans les tissus sains. Ce phénomène conduirait ainsi à la production de protéines dites aberrantes, dont la mesure permettrait par la suite de détecter les patients atteints de formes précoces de cancer. La deuxième partie de la thèse s'attache à l'étude de l'allergie à l'arachide. Afin de diagnostiquer l'allergie à l'arachide et de mesurer la sévérité des symptômes, un TPO (Test de Provocation Orale) est réalisé en clinique. Le protocole consiste à faire ingérer des doses croissantes d'arachide au patient jusqu'à l'apparition de symptômes objectifs. Le TPO pouvant se révéler dangereux pour le patient, des analyses discriminantes de l'allergie à l'arachide, du score du TPO, du score du premier accident et de la dose réactogène sont menées à partir d'un échantillon de 243 patients, recrutés dans deux centres différents, et sur lesquels sont mesurés 6 dosages immunologiques et 30 tests cutanés. Les facteurs issus d'une Analyse Factorielle Multiple sont également utilisés comme prédicteurs. De plus, un algorithme regroupant simultanément en classes des intervalles comprenant les doses réactogènes et sélectionnant des variables explicatives est proposé, afin de mettre ensuite en compétition des règles de classement. La principale conclusion de cette étude est que les mesures de certains anticorps peuvent apporter de l'information sur l'allergie à l'arachide et sa sévérité, en particulier ceux dirigés contre rAra-h1, rAra-h2 et rAra-h3.
-Allergie à l'arachide
-Tests multiples
-Expressed Sequence Tag
-Substitution de nucléotides
The first part of this doctoral dissertation deals with the research of cancer biomarkers. During transcription it was observed that some nucleotides are replaced mistakenly by others. We sought to compare the probabilities of these transcription infidelities in mRNA originating from normal and cancerous tissues. To do this, a multiple testing procedure was performed on the positions of 17 genes by considering their ESTs (Expressed Sequence Tag). The conclusion was reached that the proportions of these transcription errors are mainly increased in cancer tissues as compared to normal ones. This phenomenon would lead to the translation of aberrant proteins, whose detection could help in identifying patients with cancer. The main goals of the second part are the diagnosis of peanut allergy and the prediction of its severity. Diagnosing peanut allergy and evaluating the intensity of the symptoms are currently accomplished with a double blind placebo controlled food challenge (DBPCFC). Patients are given increasing peanut doses until the first clinical reaction appears. Since DBPCFC can result in life-threatening responses, we propose an alternate procedure with the long term goal of replacing invasive allergy tests. Discriminant analyses of peanut allergy, DBPCFC score, the eliciting dose and the first accidental exposure score were performed in 243 allergic patients using 6 immunoassays and 30 skin prick tests. A Multiple Factorial Analysis was performed to use new factors as predictors. We also developed an algorithm for simultaneously clustering eliciting dose values and selecting discriminant variables. Our main conclusion is that antibody measurements provide information on the allergy and its severity, especially those directed against the peanut allergens rAra-h1, rAra-h2 and rAra-h3.
Source: http://www.theses.fr/2009NAN10074/document

Sujets

• Marqueur de séquence exprimée

Informations

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• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 2 Mo

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NANCY UNIVERSITE

THESE

Docteur en Mathématiques


Ecole doctorale : Informatique, Automatique, Électronique,
Électrotechnique et Mathématiques

Département de Formation Doctorale Mathématiques


Recherche statistique
de biomarqueurs
du cancer et de l'allergie à l'arachide


Institut Elie Cartan de Nancy et GENCLIS SAS


Olivier COLLIGNON


Soutenue publiquement le 16 octobre 2009 devant le jury composé de :

Président du jury et rapporteur
M. Gilles CELEUX, DR INRIA Futurs

Rapporteur
M. Christophe BIERNACKI, Pr. Université des Sciences et Technologies de Lille 1

Examinateurs
M. Bernard E. BIHAIN, DR GENCLIS SAS
Mme Denise-Anne MONERET-VAUTRIN, Pr. Centre Hospitalier Universitaire de Nancy
M. Jean-Christophe TURLOT, MCF Université de Pau et des Pays de l'Adour

Directeurs
M. Jean-Marie MONNEZ, Pr. Nancy Université
M. Pierre VALLOIS, Pr. Nancy Université

























































































































Table des matieres
Remerciements 5
Introduction 7
1 Introduction a la Biologie Moleculaire 9
1.1 L’information genetique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.1.1 La cellule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.1.2 L’Acide DesoxyriboNucleique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.2 Des genes aux proteines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.2.1 Les genes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.2.2 La synthese des proteines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.3 La replication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.3.1 Les mecanismes de la replication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.3.2 Veri cation de la replication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.4 Les proteines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.4.1 Les acides amines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.4.2 Les polypeptides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.4.3 Structure des proteines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.4.4 R^ oles des proteines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.4.5 Degradation des proteines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.5 Le systeme immunitaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
I Recherche de biomarqueurs du cancer 21
2 Introduction a la cancerologie 23
2.1 Les mutations genetiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.1.1 De nition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.1.2 Transmission des mutations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.1.3 Les types de mutations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.2 Quelques notions de cancerologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.2.1 Caracteristiques biologiques du cancer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.2.2 Facteurs de risque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.2.3 L’evolution de la maladie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.2.4 Consequences du cancer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.3 La medecine du cancer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.3.1 Diagnostic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.3.2 Traitements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.3.3 Prevention . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
1TABLE DES MATIERES
3 Contr^ ole du risque de premiere espece dans un ensemble de tests 27
3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.2 Procedures de tests multiples : elements de base . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.2.1 Regle de decision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.2.2 Faux positifs et faux negatifs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.2.3 Criteres de determination du seuil t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.3 Estimation et contr^ ole du taux de fausses decouvertes . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.3.1 Estimation du FDR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.3.2 Contr^ ole du FDR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
m03.4 Estimation de = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310 m
3.4.1 Location Based Estimator pour une v.a absolument continue . . . . . . . 31
3.4.2 Lo pour une v.a discrete . . . . . . . . . . . . . . 32
3.4.3 Autres methodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
4 Comparaison de la probabilite de survenue d’une substitution sur un ARNm
sain et sur un ARNm cancereux 35
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
4.2 Les Expressed Sequences Tags (EST) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
4.2.1 Synthese de l’ADNc et sequen cage des EST . . . . . . . . . . . . . . . . 36
4.2.2 Les erreurs de sequen cage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
4.3 Approche bioinformatique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
4.4 Analyse statistique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
4.4.1 Formalisation du probleme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
4.4.2 Impact de l’erreur de sequen cage sur le modele . . . . . . . . . . . . . . . 40
4.4.3 Tests de comparaison de deux probabilites . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
4.4.4 Les p-values . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
4.4.5 Test exact de Fisher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
4.5 Resultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
4.5.1 Tests de comparaison de deux probabilites . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
4.5.2 Etude comparative du test de comparaison de probabilites et du test
exact de Fisher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
4.5.3 Resultats du test de comparaison de probabilites ou du test exact de Fisher 54
4.6 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
5 Modelisation de la probabilite de survenue d’une in delite de transcription
sur un ARNm 59
5.1 Probleme et donnees . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
5.2 Hypotheses sur le mecanisme d’in delite de transcription . . . . . . . . . . . . . 61
5.2.1 Hypotheses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
5.2.2 Impact de l’erreur de sequen cage sur le modele . . . . . . . . . . . . . . . 61
5.3 Tests des hypotheses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
5.3.1 Test de l’hypotheses (5.5) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
5.3.2 Test de l’hypotheses (5.6) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
5.4 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
II Recherche de biomarqueurs de l’allergie a l’arachide 71
6 Introduction aux problematiques de l’allergie a l’ara