Variations de nombre de copies dans le génome humain Richard Redon rr2@sanger.ac.uk

Hybridation Génomique Comparative sur puces à ADN (Array-CGH) ADN test ADN Cot-1 ADN de référence clones génomiques déposés sur lame de verre Gain d’ADN Ratio Perte d’ADN Position de Séquence

La puce 1-Mb : couverture de l’ensemble du génome avec une résolution moyenne d’un clone par Mb 3523 BAC ou PAC déposés en double Clones validés par séquençage des extrémités Fiegler et al. (2003) Genes Chromosomes Cancer 36:361-374

50 patients 12 avec un déséquilibre 6 délétions et 1 duplication sont de novo 1 délétion et 4 duplications sont héritées

Identification de nouveaux syndromes (“Genomic disorders”)

Utilisation de CNV « atypiques » pour identifier les gènes responsables de maladies

Les CNV à l’origine de maladies à caractère… CNV absents dans la population non atteinte dominant récessif CNV présents dans la population non atteinte complexe

2004 2005 Nov. 2006

Profil génomique “tiling path” : ADN masculin anonyme vs. ADN masculin de référence ~ 27,000 clones du ‘Golden Path’ couvrant la totalité du génome humain validés par ‘fingerprinting’ / séquençage des extrémités

Deux plateformes pour la détection de CNV Hybridation Génomique Comparative - puce WGTP - Analyse Comparative d’Intensités - puces Affymetrix SNP 500k EA -

Détection de CNV pour 1447 régions le long du génome

Un individu (vs. référence); 27,000 clones Un clone; 270 individus (référence: log2 ratio = 0)

Types de CNV WGTP 500K EA 445 676 Délétion 423 406 Duplication 98 65 (% associés à des SegDup) 445 676 (23.6) (14.9) 423 406 (41.4) (37.2) 98 65 (81.6) (66.2) 19 12 (94.7) (91.7) 131 44 (70.2) (79.5) Délétion Duplication Délétion & Multi-allélique Complexe

CNV et phénotypes CNV causant une pathologie Variations de nombre de copies: - prédisposant à des maladies ? - causant des phénotypes plus légers ? « Polymorphismes » de nombre de copies 0 2 4 6 8 10 Taille en Mb

fonctions biologiques surreprésentées dans les CNV Gene Ontology: fonctions biologiques surreprésentées dans les CNV Response to stimulus: immune response response to biotic stimulus defense response Adaptation à l’environnement Sensory perception of chemical stimulus sensory perception of smell Keratinisation Cell-cell adhesion

immune response (GO:0006955) immune response (GO:0006955)

Différenciation des Populations YRI:CHB+JPT UGT2B17 CEU:CHB+JPT CEU:CHB+JTP CEU:YRI CCL3L1 J Clin Endocrinol Metab 91(2): 687-693 Large Differences in Testosterone Excretion in Korean and Swedish Men Are Strongly Associated with a UDP-Glucuronosyl Transferase 2B17 Polymorphism Jenny Jakobsson, Lena Ekström, Nobuo Inotsume, Mats Garle, Mattias Lorentzon, Claes Ohlsson, Hyung-Keun Roh, Kjell Carlström and Anders Rane VST=(VT-VS)/VT

Nouvelles avancées sur les CNV Plus de populations 410 individus de 20 différentes ethnies sur puce WGTP

Populations CEPH analysées sur puces WGTP Population Origine géographique Total Adygei Russie (Caucase) 15 Bantu N.E. Kenya 12 Pygmées Biaka République Centrafricaine 25 Brahui Pakistan 23 CEU** Utah, US 27 Druze Israël (Carmel) 29 Français France (Différentes régions) 27 Chinois Han * Beijing, Chine 23 Karitiana Brésil 21 Maya Mexique 23 Pygmées Mbuti Rép. Démocratique du Congo 14 Miaozu Chine 10 Mozabite Algérie (Mzab) 30 NAN Melanesian Bougainville 19 Papuan Nouvelle Guinée 17 Pima Mexique 7 San Namibie 7 Sindhi Pakistan 24 Yakut Sibérie 22 Yoruba** Nigeria 24 Excepté: * HapMap plaque I ** HapMap plaque II Référence: NA10851 20 populations TOTAL = 410 individus

Différences de profils CNV entre 20 groupes ethniques humains Chromosome 1 Chromosome 2 Chromosome 3 Chromosome 4 Chromosome 12 Chromosome 5 Chromosome 6 Chromosome 7 Chromosome 8 Chromosome 9 Chromosome 10 Chromosome 11 Chromosome 12 Chromosome 13 Chromosome 14 Chromosome 15 Chromosome 16 Chromosome 17 Chromosome 17 Chromosome 18 Chromosome 19 Chromosome 20 Chromosome 21 Chromosome 22 Chromosome X Chromosome Y Différences de profils CNV entre 20 groupes ethniques humains

Nouvelles avancées sur les CNV Plus de populations 410 individus de 20 différentes ethnies sur puce WGTP Plus d’espèces Différences de nombres de copies et CNV chez les grands singes

Recherche des Différences de Nombre de Copies entre les Grands Singes Comparaisons sur puces WGTP (humaines) n = 5 ORANG-OUTAN n = 4 GORILLE Référence (NA10851) n = 4 n = 3 CHIMPANZE BONOBO HOMME Fengtang Yang Chris Tyler-Smith

Recherche des Différences de Nombre de Copies entre les Grands Singes Mieux comprendre le rôle des CNV pendant l’évolution des Hominidés CHIMPANZEE BONOBO GORILLA ORANG-UTAN Moyennes de profils WGTP par espèce

(individu de référence humain) Classification hiérarchique des primates selon leurs profils génomiques (individu de référence humain) Orang-outan Gorille Chimpanzé Bonobo Gain d’ADN Perte d’ADN

Variations de Nombre de Copies chez le Chimpanzé dans le contexte du Génome Humain CNV chez 30 chimpanzés CNV chez 30 humains Différences de nombre de copies entre homme et chimpanzé 10 Yoruba (HapMap) 10 Pygmées Biaka 10 Pygmées Mbuti 29 d’Afrique Occidentale 1 d’Afrique Orientale référence: Clint référence: NA10851 WGTP 29k PJ Perry

Variations de nombre de copies chez l’homme et le chimpanzé

Nouvelles avancées sur les CNV Plus de populations 410 individus de 20 différentes ethnies sur puce WGTP Plus d’espèces Différences de nombres de copies et CNV chez les grands singes Meilleure résolution De 27,000 clones à 42M oligos (20 puces 2.1M NimbleGen)

Design du set de 20 puces NimbleGen 2.1M 42 millions d’oligonucléotides pour couvrir le génome humain locus CCL3L1 (17q12) 500kb

Design du set de 20 puces NimbleGen 2.1M 42 millions d’oligonucléotides pour couvrir le génome humain locus CCL3L1 (17q12) 10kb 500bp 1kb distribution de taille des intervalles de 10 oligonucléotides (chromosome 17)

SW-array: 131 CNV sur le chromosome 1 NA15510 vs. NA10851 SW-array: 131 CNV sur le chromosome 1

Extrapolation => ~1500 CNV par comparaison de génomes NA15510 vs. NA10851 Extrapolation => ~1500 CNV par comparaison de génomes

CNV intra-géniques 2kb, intron ACTN2 <1kb, intron/exons MUC1

Séquençage des bordures de délétions Ni Huang

Nouvelles avancées sur les CNV Plus de populations 410 individus de 20 différentes ethnies sur puce WGTP Plus d’espèces Différences de nombres de copies et CNV chez les grands singes Meilleure résolution 40 individus sur NimbleGen 42M (20 CEU + 20 Yoruba) Nouvelles technologies de séquençage: méthodes en développement Meilleure résolution 40 individus sur NimbleGen 42M (20 CEU + 20 Yoruba) Nouvelles technologies de séquençage: méthodes en développement Etudes d’association WTCCC 2 - étude pilote: vers une plateforme CGH dédiée au génotypage des CNV

Genome Structural Variation Consortium Lars Feuk Steve Scherer Toronto Charles Lee Boston Team 70 Nigel Carter (Heike Fiegler) (Dimitrios Kalaitzopoulos) Diane Rigler Merci ! The CNV project Nigel Carter Matthew Hurles Chris Tyler-Smith (Dan Andrews) Chris Barnes Don Conrad Tomas Fitzgerald Ni Huang (Lyndal Montgomery) Nelo Onyiah (Armand Valsesia) Klaudia Walter Fengtang Yang Yujun Zhang Arizona State University PJ Perry A Stone Team 16 Stephen Montgomery Manolis Dermitzakis Microarray Facility Peter Ellis Cordelia Langford