Identification and characterization of predisposing genetic factors in patients with oral cleft and/or dental anomalies

par Mickaël Quentric

Thèse de doctorat en Génétique

Sous la direction de Arnaud Picard et de Miikka Vikkula.

  • Titre traduit

    Identification et caractérisation de facteurs génétiques prédisposant à l’apparition d’une fente orale et/ou d’anomalies dentaires chez l’Homme


  • Résumé

    Toutes altérations génétiques ou environnementales survenant lors du développement craniofacial et de l’odontogenèse peut aboutir à une fente orale et/ou à des anomalies dentaires. Un des syndromes les plus courants comprenant une fente orale est le syndrome de van der Woude (VWS) / des ptérygiums poplités (PPS) causé par des mutations du gène IRF6. Nous avons séquencé IRF6 dans 16 familles VWS et 2 familles PPS et analysé le phénotype dentaire des patients avec une mutation identifiée. Les individus atteints présentaient des fentes (76%), des dépressions de la lèvre inférieure (86%), des agénésies dentaires (68%) ainsi que des anomalies de morphologie dentaire (58%), telles que des dents fusionnées ou porteuses de cuspides supplémentaires, démontrant que la fréquence élevée des anomalies dentaires constatées chez les patients VWS/PPS avec une mutation IRF6 pourrait se révéler utile dans la pose du diagnostic, dans la mesure où les dépressions de la lèvre inférieure ne sont pas toujours présentes. Malgré le nombre considérable de gènes identifiés dans les fentes orales et/ou anomalies dentaires, la cause génétique de bon nombre de cas isolés reste sans réponse. Partir de patients syndromiques avec fente, porteurs d’anomalies chromosomiques, a permis la découverte de nouveaux gènes associés aux fentes : HDAC4, HIPK2, RBFOX1, SWSWAP et MMP17. En plus des mutations touchant la partie codante des gènes et des variants introniques prédisposants, l’altération d’éléments régulateurs distants peut aussi conduire à l’apparition de fentes, comme nous le montrons dans ce travail avec l’altération d’éléments régulateurs de SOX9. D’autre part, le tri minutieux de patients syndromiques basé sur un phénotypage précis et associé à des techniques de séquençage haut-débit peut conduire à l’identification de la cause génétique sous-jacente. En procédant ainsi, nous avons montré que des mutations récessives de FAM20A sont à l’origine du syndrome rein-dent (ERS). Les patients atteints présentent un phénotype oral pathognomonique caractérisé par une amélogénèse imparfaite, des retards d’éruption, des calcifications intra-pulpaires, des follicules dentaires surdéveloppés, une hyperplasie gingivale et une néphrocalcinose. Les mutations de FAM20A conduisent à une augmentation de chondroïtine sulfate et de la concentration de calcium extracellulaire ionisé, entraînant l’apparition de calcifications ectopiques. Notre travail montre qu’un phénotypage précis combiné à des méthodes d’investigations génétiques à haut-débit, contribue de manière significative à une meilleure compréhension des facteurs génétiques des fentes orales et/ou des anomalies dentaires.


  • Résumé

    Any genetic or environmental disturbances during craniofacial development and odontogenesis can lead to orofacial clefts (OFC) and/or dental anomalies. One of the most common cleft syndrome is the Van der Woude / popliteal pterygium syndrome (VWS/PPS) caused by IRF6 mutations. We screened IRF6 in sixteen VWS and two PPS families and analyzed the dental phenotype of IRF6-mutated patients. Affected individuals had clefts (76%), lower lip pits (86%), dental agenesis (68%), and abnormal dental morphology (58%) such as fused teeth and additional cusps, demonstrating that the high frequency of dental anomalies in VWS/PPS patients mutated for IRF6 could be a useful clinical clue for correct diagnosis, as lips pits are not always present. Despite the large number of genes identified in oral cleft and/or dental anomalies, the genetic causes of many sporadic cases remain unknown. Starting from syndromic cleft patients presenting chromosomal abnormalities, new genes associated with oral cleft were discovered: HDAC4, HIPK2, RBFOX1, SWSWAP, and MMP17. In addition to protein coding mutations and predisposing intronic variants, alterations of long-range gene regulatory elements can also lead to OFC, illustrated in this work with the alteration of SOX9 regulatory elements. Careful stratification of syndromic patients based on a precise phenotype can lead to the identification of the underlying genetic causes, when combined with high-throughput sequencing. We identified FAM20A recessive mutations to be causative of the Enamel Renal Syndrome (ERS). Affected patients present a pathognomonic oral phenotype characterized by generalized hypoplastic enamel, delayed tooth eruption, pulp calcifications, hyperplastic dental follicles, gingival hyperplasia, and nephrocalcinosis. FAM20A mutations resulted in increased chondroitin sulfate and increased extracellular ionized calcium concentrations, eventually leading to ectopic calcification. Our work illustrates that precise phenotype combined with the power of high throughput genetic technologies contributes significantly to the understanding of the genetic factors underlying oral cleft and/or dental anomalies.

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