Centre National de Recherche en Génomique Humaine

Innovation in the genomics field is extremely intense and requires high up-front investments. The toolbox of sequencing platforms with unique features that require specialized training and leverage extensive cross-functional expertise, is rapidly expanding. The EASIGEN-DS project evolves from two EU infrastructure projects that have proven to be very successful in providing access to cutting-edge DNA sequencing technologies to hundreds of researchers. Here, we propose to carry out a design study for establishing a new European Research Infrastructure on Advanced Genomics Technologies, EASIGEN. In order to develop an excellent scientific, technological and operational design, we will conduct landscape studies, stakeholder consultations, and community surveying. In parallel, we will seek for the support and commitment of several national and EU stakeholders and user communities through a multi‐faceted dissemination plan. We envision that EASIGEN will encompass: 1) a Technology Platform that will offer state-of-the-art genomic analysis methods, such as single-cell genomics, spatial genomics and long-read sequencing, as well as population-scale genomics capacity; and 2) a Support Platform that will provide standardization tools, training, co-innovation with industry, and consulting for smaller facilities, including those in widening countries. Both platforms will serve a vast community of users from the health, biomedical and life science fields. The consortium brings together 1) a network of eleven genomics facilities with distinct application specialities. and an aggregated sequencing capacity of >450,000 human genomes per year; 2) four partners with specific and crucial expertise: data stewardship, ethical, legal and social implications, socio-economic impact and innovation. The new infrastructure will strengthen the European Research Area, promote interconnections within the ESFRI landscape, and boost an innovative biotechnology-based industry.

Le paludisme à Plasmodium falciparum, maladie parasitaire potentiellement létale, a sélectionné des polymorphismes du génome humain modulant la susceptibilité à l’infection. En Afrique sub-saharienne, les sujets Peuls sont plus résistants au paludisme que les sujets d’autres ethnies. Ce phénotype n’est pas expliqué par des polymorphismes génétiques connus associés à la résistance naturelle au paludisme comme le trait drépanocytaire ou d’autres polymorphismes liés aux globules rouges ou à l’immunité. Les Peuls présentent une moindre susceptibilité au paludisme mais sont en revanche plus souvent anémiques et porteurs de splénomégalies comparé aux autres groupes vivant en sympatrie. Lors d’une récente mission au Nord du Bénin, nous avons mis en évidence que les globules rouges circulants des Peuls sont significativement plus déformables que ceux des non-Peuls, surtout en cas d’infection à P. falciparum. Ceci oriente vers une hyper-réactivité splénique des sujets Peuls à l’infection palustre expliquant à la fois le plus grande déformabilité des globules rouges circulants (par rétention splénique accrue des globules rouges rigides) et l’association anémie-splénomégalie (par congestion splénique). L’héritabilité de cette « hyper-déformabilité » des globules rouges circulants est très élevée, suggérant l’existence d’un nouveau facteur génétique de résistance au paludisme, ouvrant la voie à l’identification d’un nouveau facteur de résistance naturelle au paludisme. Notre objectif général est de caractériser cette relation phénotype-génotype qui serait à la base de la résistance naturelle des Peuls au paludisme et de l’hyper-déformabilité des globules rouges lié à la rate. Nos objectifs spécifiques sont i) d’identifier les facteurs génétiques contrôlant l’hyper-déformabilité des globules rouges circulants des Peuls et ii) de déterminer leur impact sur la moindre susceptibilité des Peuls au paludisme et sur leur prévalence plus importante d’anémie et de splénomégalie.

Une caractéristique intrinsèque des arbres des écosystèmes forestiers boréaux et tempérés est l'association mutualiste avec des champignons ectomycorhiziens (ECM) du sol au niveau de leurs racines. Les ECM fournissent aux arbres des nutriments et reçoivent en retour des molécules carbonées de la photosynthèse. Ces échanges améliorent la nutrition de l'arbre et ainsi sa croissance et ses performances. Les événements moléculaires au cours de l’interaction mutualiste ont été décrits, mais le rôle de l'épigénétique lors de la mycorhization reste à établir. Une publication de notre consortium suggère que plusieurs gènes de l'hôte et du champignon impliqués dans l'interaction mutualiste sont sous contrôle épigénétique, suggérant un nouveau niveau de régulation des gènes dans des interactions déjà complexes. EpiMyc vise à établir la causalité entre les variations épigénétiques dans l'arbre ou le champignon et la reconnaissance, l'établissement et le fonctionnement de la mycorhization. EpiMyc réunit des disciplines expérimentales et informatiques dans une approche intégrative exploitant le système arbre peuplier (Populus spp.) avec le champignon ECM Laccaria bicolor. EpiMyc rassemble des spécialistes de la mycologie, de l'écophysiologie des arbres et d’épi/génomique pour i) Distinguer les changements épigénétiques constitutifs et inductibles au cours de la mycorhization et voir comment cela peut être étendu à l'établissement du microbiote racinaire, ii) Tester la variabilité génétique naturelle des populations d'arbres quant à leur capacité à établir une ectomycorhization et identifier les variations épi/génomiques associées, iii) Évaluer la plasticité et la signification biologique de l'association ECM en cas de déficit hydrique et iv) Réaliser une analyse intégrative modélisant les relations multi-échelles entre les caractéristiques de la mycorhization et leurs déterminants moléculaires et la validation fonctionnelle de gènes candidats à l'aide de l'édition du génome.

La liaison des facteurs de transcription (TFs) sur les éléments cis-régulateurs (CREs) est une étape majeure de la régulation de l’expression des gènes. Le génome des mammifères est empaqueté en nucléosomes, qui inhibent la liaison des TFs sur l’ADN. Les remodeleurs sont recrutés au niveau des CREs pour ouvrir la chromatine et faciliter la liaison des TFs, selon un mécanisme mal caractérisé. Les partenaires 1, 2 et 5 ont récemment identifié une nouvelle classe de particules subnucléosomales associées à 50-80 bp d’ADN, localisées au niveau des promoteurs, enhancers et sites CTCF. Nous avons démontré que BRG1, la sous-unité catalytique du remodeleur SWI/SNF, est requise pour générer ces particules aux enhancers des cellules souches embryonnaires (ES). Nous avons montré que ces subnucléosomes 50-80 bp interagissent in vivo avec le facteur OCT4, qui contrôle le phénotype des cellules ES. Cette interaction est indépendante de la présence d’un motif de liaison à l’ADN pour OCT4 dans la particule, suggérant une interaction entre OCT4 et un nouveau domaine formé par les histones, accessible uniquement sur le subnucléosome. Cette interaction permet une extension d’un facteur 10 de l’intervalle génomique occupé par OCT4 au niveau de son site consensus sur l’ADN nu. Ces résultats identifient un nouveau mécanisme utilisé par OCT4, et potentiellement d’autres TFs, pour augmenter leur niveau d’interaction avec les CREs. Dans le projet CRE-subnucleosome2, nous analyserons la nature et la fonction de ces particules subnucléosomales, et nous définirons la base structurale de l’interaction entre OCT4 et le subnucléosome. Nous purifierons les particules subnucléosomales 50-80 bp présentes à chaque catégorie de CREs, et nous les caractériserons par Cryo-EM, protéomique, études d’interactions in vitro et modélisation informatique. Nous identifierons les TFs qui interagissent avec ces particules, ainsi que les remodeleurs qui génèrent ces subnucléosomes à chaque catégorie de CREs.

Aggregation of the protein alpha-synuclein in neurons and oligodendrocytes in the brain causes a group of neurodegenerative diseases collectively referred to as synucleinopathies, including, among others, Parkinson’s disease (PD), dementia with Lewy bodies (DLB), and multiple system atrophy (MSA). In absence of disease-modifying treatment options, it is essential to increase the knowledge about the molecular causes and consequences of alpha-synuclein pathology to identify novel therapeutic targets and to develop more powerful therapeutic interventions. In preparatory projects, members of the group of applicants have already generated large datasets in patients-derived materials (genome-wide association study, epigenome-wide DNA methylation study, miRNA sequencing in MSA and PD) and corresponding cell models (DNA-methylome, miRnome, transcriptome, proteome). In an alpha-synuclein-overexpression cell model, a genome-wide siRNA modifier screen and two compound screens have been conducted to identify molecular targets and drug-like compounds for their ability to reduce synuclein-induced toxicity. Objective: In the proposed SynOD project, we will assemble the unique large OMICS datasets described above and explore them with powerful computational methods to generate an integrated map of molecular pathways involved in synucleinopathies, with a particular focus on drug-target identification. Aims: We will collate the existing datasets to generate a multi-dimensional map of molecular alterations occurring in synucleinopathies. Secondly, by analyzing the interventional datasets in conjunction with the aforementioned map, we aim to identify molecularly defined targets for therapeutic interventions aimed at preventing neuronal dysfunction and death. After the project completion the assembled dataset will be made publicly available as resource. Methods: The large set of existing data generated previously in human brains and neuronal cell models by the applicants with both observational methods (DNA methylation, miRNA, mRNA, proteome) and interventional methods (siRNA screen, FDA drug-screen, compound screen) and further enrichment with genetic, transcriptomic and epigenetic datasets from major international consortia allows to link observational markers to therapeutic approaches. These unique multi-omics datasets will be explored by powerful and efficient computational methods. The analytical power will be increased by conducting hypothesis-free analyses and analyses on existing information into account. Thereby, we will generate an integrated map of molecular pathways involved in synucleinopathies. The therapeutic relevance of the identified drug targets will be examined in vitro by qualified researchers. To facilitate the international research activities into synucleinopathies. Expected outcome: The proposed project will ultimately lead to a more profound and comprehensive understanding of the genomic, epigenomic, transcriptomic and proteomic mechanisms and their interplay implicated in synucleinopathies. The SynOD project will pave the way to the identification of new molecular targets to cure the disease, which imposes a growing socio-economic burden to the ageing European society.

Individuals with mental health (MH) conditions and their families, especially those with highly prevalent neurodevelopmental disorders (NDDs), are exposed to high levels of discrimination and stigma, which significantly affects their physical and mental well-being. Our world-leading collaborative group at the forefront of research in NDDs will launch a new project - ?Risk, Resilience and Developmental Diversity in Mental Health? (R2D2-MH). We propose a double paradigm shift to improve the wellbeing of people with MH conditions and their families. We will move (i) from risk-focused studies towards understanding and promoting resilience, and (ii) from a diagnosis-based approach to a developmental diversity approach that will define wellbeing and functioning across the human lifespan. R2D2-MH aims to identify genetic and environmental protective/resilience factors and how they influence developmental diversity and MH. We will investigate at multiple levels two highly prevalent early risks for MH conditions: prematurity and genetic liability for NDDs. Our project has four main ambitions 1. Provide the largest European multi-scale dataset on early human brain development and MH outcomes; 2 Identify biological mechanisms of resilience to the adverse effects of NDD; 3. Co-develop, with the stakeholders, new digital tools to increase participatory research/medicine and reduce stigma; 4. Establish predictive models to guide personalised interventions. R2D2-MH integrates interdisciplinary and complementary expertise across Europe, Israel, and Australia that covers ethics, epidemiology, sociology, genetics, cell biology, neuroscience, computational modelling, Information Technology, psychology, and psychiatry. Our research is highly engaged: it embeds participant and patient involvement in research to ensure that our expected outcomes are truly translational, and will help to reduce stigma and burden for individuals with MH conditions.

La maladie de Willebrand (MW) est un maladie hémorragique constitutionnelle rare résultant d'un déficit quantitatif ou qualitatif du facteur Willebrand (VWF), une glycoprotéine plasmatique essentielle pour l’hémostase. La classification actuelle de la MW, bien qu’utile pour comprendre la physiopathologie de l'altération du VWF, n'est pas toujours un bon indicateur de sa sévérité et du poids de la maladie. Malgré les thérapeutiques existantes, la prise en charge de la MW doit être améliorée et l'identification de nouvelles cibles diagnostiques et thérapeutiques est nécessaire. Le projet TWIST propose de s'appuyer sur les deux bases de données françaises existantes de la MW, (la base de données du centre de référence français pour la maladie de Willebrand et le registre FranceCoag) et d'apparier ces données aux informations exhaustives du système national de données de l'assurance maladie. Cela permettra de déterminer l'incidence des saignements et le poids de la MW en termes de santé publique à partir d'un suivi exhaustif sur une longue période de 14 ans. L'objectif de TWIST est d'expliquer les parcours de soins et la gravité ainsi modélisés en utilisant une approche unique, sans a priori, comprenant le typage et sous-typage de la MW, le séquençage du VWF, des données génétiques à l’échelle du génome, et une caractérisation approfondie protéique avec de nouveaux outils. Cette approche sans a priori jamais réalisée jusqu’ici visant à expliquer le fardeau et la gravité de la MW, y compris l'utilisation de données génomiques et la caractérisation systématique du VWF avec de nouveaux outils, est très innovante. Nous nous concentrerons particulièrement sur les femmes, qui constituent la population la plus touchée. Cette combinaison de recherche clinique et translationnelle permettra de faire la lumière sur un trouble de l'hémostase souvent négligé qui, même s'il n'est plus mortel à notre époque, a toujours un impact significatif sur la vie des patients.

Madagascar possède tous les atouts pour être l’attention d’une recherche pluridisciplinaire moderne et soucieuse de la durabilité entre sociétés et nature. En effet, son insularité ancienne a permis une diversité spécifique incroyable mais en même temps fragile face aux contraintes anthropiques débutées il y a plus de 1000 ans et qui se sont fortement intensifiées récemment. Le peuple malgache actuel est le fruit de la rencontre de de populations Austronésiennes, venant d’Asie et Bantu venant d’Afrique. Ces deux sociétés ont apporté chacune leurs cultures (pratiques agricoles, plantes, élevage, art, …) dont les traces sont encore perceptibles aujourd’hui. Le projet Madeogen cherche à estimer la chronologie de ces colonisations, la diffusion de ces populations dans l’île et les traces de leurs différentes pratiques agricoles ainsi que de leurs impacts sur les paysages depuis 3000 ans. Une approche combinant 3 disciplines indépendantes et complémentaires, la paléoécologie, la génétique humaine et l’éthnoécologie, sera utilisée pour reconstruire les changements socio-écologiques sur le long terme. Pour cela, six zones géographiques ont été choisies d’après l’expérience du consortium de recherche qui travaille sur le territoire depuis de nombreuses années. Pour chacune zone, des sédiments lacustres seront échantillonnés et analysés pour détecter les traces d’activités naturelles et anthropiques depuis 3000ans. La diversité génétique des populations actuelles des villages alentours sera analysée et leur relation, leur perception des paysages, les techniques et les pratiques qui ont pu avoir un effet sur la dynamique des paysages, à court et à long termes seront questionnées. Les analyses génétiques permettront d’estimer l’âge d’hybridation des différentes populations, leur évolution démographique. Les enquêtes ethnoécologiques viendront tester la cohérences de ces mélanges socio-culturels et la paléoécologie permettra de fixer un cadre temporel et environnemental.

Le bruit d’origine anthropique n’est, à ce jour, toujours pas considéré comme un contaminant clé impactant la santé humaine. Pourtant, les prédictions concernant les individus qui seront affectés par des pathologies auditives en 2050 a triplé en 3 ans, passant de 700 millions à 2,5 milliards. Cet écart de prédiction illustre parfaitement la problématique de ce facteur invisible, bien que perceptible. Si la perte d'audition, les acouphènes et la fatigue auditive sont des phénotypes identifiés, d'autres comme l'hyperacousie (associée au déficit d'attention) ou la perte auditive précoce globale de certaines populations sont sous-estimés et pourraient avoir un impact médical et social bien plus important qu’estimé. Il devient urgent que les institutions publiques, tant nationales que locales, reconnaissent que le bruit anthropique est une source essentielle de perturbation pour les individus. Le projet Earscape explore, pour la première fois, si la sensibilité auditive des individus normo-entendants est façonnée par des facteurs environnementaux acoustiques, et plus spécifiquement par la composante anthropophonique. Par une approche innovante combinant éco-acoustique, physiologie de l'audition, l'anthropologie, génomique des populations et intelligence artificielle, nous démêlerons les interactions complexes entre l'ensmble des facteurs impliqués. Nous échantillonnerons 9 populations humaines provenant de 3 zones géo-culturelles et d'origines génétiques différentes : Equateur-Amazonie/Quechua, Gabon/Fang et France/française. Pour ces 3 zones, nous développerons un plan d'échantillonnage similaire en sélectionnant 3 paysages sonores (bas-rural, moyen-rural, et haut-urbain) reflétant leur anthropisation variable (i.e. estimation sur la densité de population et l'occupation des sols). Ce schéma d'échantillonnage permettra de comparer les différents paysages sonores au sein de chaque GCA, mais aussi de tester une convergence potentielle entre urbain et ruraux. Le paysage sonore de chaque population sera caractérisé par un enregistrement éco-acoustique sur une période de un an; pour la première fois dans cette discipline, une mesure précise de la composante anthropophonique sera développée. Nous échantillonnerons 270 individus pour les populations sélectionnées, collecterons leur ADN et leurs profils HS; un ratio égal d'hommes et de femmes sera respecté, une condition indispensable pour ce projet (4). Nous séquencerons 270 génomes à 30x et analyserons 35 gènes candidats impliqués dans les pertes auditives (HLG): nous explorerons pour la première fois des variants génétiques des séquences codantes, mais aussi des régions régulatrices non codantes et les variants structuraux associés aux HLG; ces derniers marqueurs génétiques hautement polymorphes étant susceptibles de conserver la signature potentielle d'une adaptation locale en cours. Toutes ces données seront combinées à l'aide de procédures faisant appel à l’intelligence artificielle (machine learning) afin de révéler l'impact relatif des différents facteurs modèlant la sensibilité auditive. Les résultats pourraient conduire à de nouveaux paradigmes sur la façon dont, et par quels mécanismes, les caractéristiques profondes de notre environnement pourraient modeler nos capacités sensorielles. Ces résultats ouvriront la discussion sur l'adaptation continue de notre sensibilité auditive à un environnement acoustique qui change rapidement, et sur le caractère potentiellement maladaptif de la sensibilité auditive qui se modèle en ce moment. Le projet Earscape fournira: des informations clés sur les paysages sonores dans lesquels populations rurales et urbaines sont immergées, sur les profils de perte auditive globale et d’hyperacousie associé à chaque environnement, sur les nouveaux marqueurs génétiques à prendre en compte dans le dépistage génétique de la perte auditive, et sur les facteurs qui affectent la sensibilité auditive, ordonné par leur influence relative. Par une communication

Par séquençage d’exome d’une famille avec agrégation de formes très sévères de spondylarthrite ankylosante (SA) nous avons mis en évidence un variant rare faux sens du gène BbSp porté par les membres de la famille ayant la forme sévère de la maladie. L'acide aminé correspondant est très conservé chez les mammifères, attestant son importance fonctionnelle. Bbsp est impliqué dans le métabolisme osseux et nous souhaitons confirmer son rôle causal dans les ossifications de la SA par i) séquençage d’exome de 200 patients avec une forme sévère de SA ii) étude phénotypique au scanner et en histologie d'un modèle animal de souris portant la même mutation du gène BbSp murin; nous rechercherons des ossifications du rachis et des enthèses iii) l'utilisation d'un modèle de culture cellulaire de chondrocytes et d’ostéoblastes issus de ces souris pour comprendre les conséquences fonctionnelles de cette mutation sur leur maturation et sur leurs fonctions cellulaires.

Un nombre croissant d’étude suggère un rôle important de la biologie de l'hôte, et de la génétique de l'hôte en particulier, dans la variabilité inter-individuelle entre les individus infectés par la COVID-19, allant de l'infection asymptomatique à la maladie infectieuse mortelle. Notre projet vise à mettre en place un consortium GWAS (étude d’association pangénomique) de participants Français, afin d'étudier les variants génétiques de l'hôte associés à la sensibilité et à la sévérité de la COVID-19. Les données de cette collection seront utilisées pour répondre à deux objectifs : 1) mettre en place un cadre d'accès contrôlé à la collection afin de fournir à la communauté française de COVID une ressource unique pour des projets nationaux et internationaux traitant des questions de biologie de l'hôte ; et 2) contribuer à l'effort international de GWAS en cours sur la génétique de l'hôte de COVID19 (https://www.covid19hg.com). Au cours des derniers mois, nous avons commencé à rassembler les données de ressources nationales, incluant des cohortes COVID19 prospectives (recrutement en milieu hospitalier), et des cohortes génétiques et épidémiologiques existantes. Nous sommes actuellement à la recherche de fonds pour soutenir davantage les cohortes françaises souhaitant contribuer, en fournissant une solution de génotypage au CNRGH et des solutions de phénotypage (questionnaire en ligne, kits de tests sérologiques). La première phase de la collection inclue approximativement 4 000 participants, dont environ 1 000 cas COVID, et nous ciblons une taille d’échantillon de 30 000 participants pour la phase finale, dont plus de 3 000 cas COVID sévères et 7 000 cas COVID peu symptomatiques ou asymptomatiques.

Les récentes études sur la structure du crâne et des dents des homininés fossiles et actuels ont démontré que des informations (paléo)biologiques précieuses peuvent être extraites de ces tissus minéralisés pour estimer le statut taxinomique, les trajectoires évolutives et les relations phylogénétiques. Une composante génétique non-négligeable explique vraisemblablement la variation de nombreuses de leurs caractéristiques morphologiques. Cependant, l'architecture génomique de la structure crânio-dentaire reste encore méconnue chez l'humain et la compréhension des relations entre génotype et phénotype permettra de jeter une lumière nouvelle sur l’étude du registre paléoanthropologique. Le projet GenoMorph repose sur une approche multidisciplinaire exploitant données (paléo)génétiques et morphologiques issues de techniques d'imagerie par rayons X. L’objectif principal vise à comprendre les mécanismes génétiques sous-jacents dans l’évolution des structures crânio-dentaires chez l’humain.