Alignement sur paires de doigts de zinc 39

Schwartz et al (2014) ont examiné la diversité génétique de PRDM9 chez la lignée des

primates, dont les génomes Néandertal et Denisovan, qui font partie du genre Homo (Schwartz, Roach, Thomas, & Shendure, 2014). Afin d’inférer les allèles de PRDM9 chez ces deux espèces éteintes, des données de séquençage de NGS ont été utilisées. Les courtes lectures sont alignées contre les paires connues de doigts de zinc adjacents, provenant des domaines de séries de doigts de zinc des allèles retrouvés chez les primates humains et non- humains contemporains (e.g. ab ou bc (Table 1-1)). Les courtes lectures s’alignant exclusivement et sans erreur à une paire de doigts de zinc sont retirées. Un alignement des courtes lectures restantes est effectué sur les paires de doigts de zinc possibles, mais absentes des allèles connus (e.g. ah ou bk (Table 1-1)). L’alignement des lectures est soit parfait et unique à une seule paire de doigts de zinc, soit contient des erreurs ou s’alignant à plusieurs paires. Les courtes lectures s’alignant imparfaitement sont définis comme provenant d’un groupe d’origine incertaine. Pour chaque paire de doigts de zinc, les courtes lectures s’alignant uniquement et étant d’origine incertaine sont réalignées zinc sur celles-ci, afin d’identifier manuellement la présence d’une nouvelle paire de doigts de zinc. Par la suite, une approche de simulations Monte-Carlo est utilisée afin de déterminer l’ensemble de paires de doigts de zinc représentées par les courtes lectures. Cette méthode a ainsi la capacité de caractériser les allèles n’ayant pas encore été identifiés, particulièrement chez les espèces non- humaines. Par contre, cette approche est incapable de déterminer les deux allèles qui sont présents dans l’échantillon, c’est à dire si deux paires de doigts de zinc appartiennent au même haplotype.

Hypothèse

Plusieurs difficultés émergent lors de l’identification d’allèles de PRDM9 à partir de données de séquençage de nouvelle génération. Les méthodes actuelles servant à l’identification de ces allèles comportent plusieurs lacunes. Les plus importantes sont qu’elles sont restreintes aux allèles préalablement identifiés (Hinch et al., 2011), et que les génotypes ne peuvent être déterminés (Schwartz et al., 2014) (Hussin et al., 2013). Par ce travail, nous comptons étendre ces méthodes en élaborant une nouvelle approche qui permettrait de caractériser les génotypes de PRDM9, tout en prenant en compte la possibilité d’allèles non- identifiés préalablement. Pour ce faire, nous nous concentrons sur l’identification du nombre d’allèles de PRDM9 contenant un certain doigt de zinc, à partir d’un échantillon de courtes lectures de séquençage. À cette fin, nous supposons qu’il est essentiel de repérer la présence d’attributs distinctifs de chacune des séquences codantes de doigts de zinc. Leur identification dans un ensemble de courtes lectures permettra de les corréler avec les attributs des paires d’allèles déjà identifiés. Les allèles de PRDM9 évoluent souvent par des mécanismes similaires à la conversion génique, qui est l’échange d’information génétique entre deux chromosomes homologues à des loci dont les séquences sont très similaires. Les séquences codantes des doigts de zinc, très similaires l’une à l’autre, pourraient être échangés entre chromosomes homologues, créant une permutation de l’ordre des doigts de zinc des allèles. Ceci justifie pourquoi nous pensons que l’identification de nouveaux allèles sera possible par la recherche de paires de doigts de zinc. Nous avons utilisé cette méthode pour identifier le nombre d’allèles de PRDM9 contenant des doigts de zinc de type k chez une cohorte d’enfants atteints de glioblastomes multiforme pédiatrique.

Nous supposons qu’il pourrait exister une association entre les glioblastomes multiforme pédiatriques (pGBM)et certains allèles de PRDM9, en particulier ceux portant des doigts de zinc de type k, comme c’était le cas pour des cohortes de leucémie aigüe lymphoblastique (Hussin et al., 2013) (Woodward et al., 2014). Les sites de liaisons à l’ADN des différents allèles de PRDM9 sont expliqués en partie par la variation en répétitions de doigts de zinc. Ainsi, les allèles de PRDM9 contenant un doigt de zinc de type k (Table 1-1)

différents des motifs reconnus par les allèles communs. Ainsi, les sites de hotspots de recombinaison retrouvés dans les génomes portant des allèles contenant des doigts de zinc de type k seront différents, ce qui pourrait avoir un impact sur le développement de gliomes, la gliomagenèse.

Plusieurs raisons nous poussent à croire que PRDM9 peut être associé avec pGBM. Les profils mutagéniques de ce type de cancer pédiatrique du cerveau montrent une récurrence de mutations chez le gène H3F3A, qui code pour l’histone H3, la cible de l’activité histone- méthyltransférase de PRDM9. De plus, l’incidence des cancers pédiatriques du cerveau fluctue à travers les populations humaines (Bunin, 1987), et pourrait possiblement être corrélée aux fréquences alléliques de PRDM9, qui sont variables entre populations. Une association existe entre pGBM et le syndrome de Turner, une maladie causée par une monosomie complète ou partielle du chromosome X (Hanaei, Habibi, Nejat, Sayarifard, & Vasei, 2015). Considérant l’implication essentielle de PRDM9 dans les évènements de recombinaison, et qu’une recombinaison défective peut mener à une ségrégation inadéquate, nous pensons que certains allèles de PRDM9 pourraient avoir un rôle dans le développement de pGBM.

En particulier, il est possible que l’évolution rapide de PRDM9 et de ses sites de liaison à l’ADN, ne soit pas suivie par une évolution rapide de déméthyltransférases correspondantes. Ceci pourrait entrainer la transmission de marques épigénétiques H3K4me3, laissées par PRDM9, chez la descendance des cellules germinales où cette protéine était exprimée. Par exemple, la déméthylase FBXL10, qui retire la marque H3K4me3, a une expression diminuée chez les glioblastomes multiformes (Frescas, Guardavaccaro, Bassermann, Koyama-Nasu, & Pagano, 2007). Également, il a été démontré que PRDM9 pouvait être exprimé chez certaines lignées cellulaires tumorales, suggérant la possibilité que cette protéine soit exprimée dans un stage du développement cellulaire non approprié lorsque le génome d’une cellule est dérégulé (Feichtinger et al., 2012).

Objectifs

De nos jours, une multitude de bases de données publiques sont remplies de larges quantités de données de séquençage de NGS, qui couvrent l’ensemble de l’exome ou du génome, utilisées pour répondre à un large nombre de questions reliant la variation génétique à un trait phénotypique. Un tel exemple est la base de données « International Cancer Genome Consortium », qui regroupe plus de 25 000 génomes tumoraux (Hudson et al., 2010). D’autres questions peuvent trouver une réponse par la réanalyse de ces jeux de données, à mesure que la science évolue et que de nouvelles techniques d’analyse émergent. L’objectif de ce mémoire est ainsi de développer une méthode qui permet l’identification du nombre d’allèles de PRDM9 contenant un certain type de doigt de zinc, à partir de données de séquençage de Nouvelle Génération. En particulier, nous sommes intéressés par l’effet de PRDM9 dans la carcinogenèse pédiatrique. Dans cette étude, nous évaluons la présence de doigts de zinc de type k dans l’allèle de PRDM9 chez une cohorte de glioblastomes multiformes pédiatriques. Ceci permettra de vérifier notre hypothèse que certains allèles de PRDM9 influencent la gliomagenèse à travers leurs activités modificatrices d’histones.