Effets des variants génétiques sur le transcriptome de l'architecture cellulaire et moléculaire du cerveau humain

Les tests génétiques en clinique identifient un nombre croissant de variants rares perturbateurs de gènes qui contribuent aux troubles neurodéveloppementaux et psychiatriques. Il est raisonnable de supposer que ces variants agissent en perturbant le programme moléculaire du cerveau en développement et du cerveau mature, mais les conséquences de la susceptibilité génétique sur le transcriptome, l'épigénome et la cytoarchitecture du tissu cérébral humain restent essentiellement inconnues. Des études post-mortem ont décrit des signatures transcriptomiques propres aux troubles eux mêmes, mais on ignore si ces profils reflètent l'état final de la maladie ou l'effet des variants conférant le risque — et on ne sait presque rien du cerveau en développement, la période même pendant laquelle ces conditions prennent racine.

Ce projet caractérisera, aux niveaux tissulaire et cellulaire, comment des variants perturbateurs de gènes naturellement présents dans la population modifient le transcriptome et l'épigénome du cerveau humain, et si ces effets reflètent les mécanismes de la maladie. L'hypothèse centrale est que les variants augmentant la susceptibilité aux troubles neurodéveloppementaux et psychiatriques produisent des signatures transcriptomiques et épigénétiques convergentes et quantifiables dans le tissu cérébral humain, qui se recoupent partiellement avec la dérégulation associée aux troubles, mais diffèrent fondamentalement entre le cerveau mature et le cerveau en développement.

Ce travail est rendu possible par deux ressources spécialement constituées : (i) un ensemble de données agrégé et harmonisé d'environ 4 000 échantillons de cortex humain couplant séquençage du génome entier à des transcriptomes cérébraux (RNA seq en vrac et en noyaux isolés) provenant de GTEx, CommonMind, HBCC, psychAD, ROSMAP et NABEC, dans lesquels toutes les classes de variants rares perturbateurs de gènes ont été appelées de manière uniforme ; et (ii) la biobanque prospective MADB de cerveaux fœtaux (2e et 3e trimestres), collectant des cerveaux typiquement et atypiquement développés portant des variants neurodéveloppementaux, avec IRM post mortem haute résolution appariée, tissu frais congelé, transcriptomique et ATAC-seq.

Le ou la candidat(e) retenu(e) intégrera une équipe multidisciplinaire couvrant la génétique clinique et humaine, la génomique fonctionnelle, la génomique unicellulaire et épigénomique, la neurobiologie du développement et la neuroimagerie, et travaillera sur l'un des projets ci-dessous.

L'équipe recrute pour trois sous-projets distincts. Les personnes candidates sont invitées à préciser leur préférence pour l'un ou l'autre de ces sous-projets dans leur lettre d'introduction.

Sous-projet 1 : Effet des variants perturbateurs de gènes et des troubles neurodéveloppementaux sur l'architecture cellulaire et moléculaire du cerveau humain La plupart des CNV et variants mononucléotidiques perturbateurs de gènes conférant un risque de troubles neurodéveloppementaux et psychiatriques sont ultra-rares (<1/10 000) et distribués sur de nombreux gènes, de sorte qu'ils ne peuvent pas être étudiés locus par locus, même dans de larges jeux de données. Ce projet vise à quantifier l'effet à l'échelle du transcriptome de chaque classe de variants dans le cortex humain. Les analyses seront menées à résolution en vrac et en noyaux isolés sur environ 3 000 échantillons. Les signatures mesurées dans le tissu cérébral adolescent et adulte peuvent en partie refléter des années de plasticité et de remodelage secondaire plutôt que l'atteinte développementale primaire. La même approche sera donc appliquée au tissu primaire du cerveau en développement. Ces signatures induites par les variants seront ensuite mises en relation avec la dérégulation associée à l'autisme psychiatrique et à la schizophrénie. Le ou la candidat(e) retraitera tous les jeux de données indépendants disponibles via un pipeline harmonisé unique afin de réaliser la première méta-analyse des données transcriptomiques cérébrales cas-témoins dans l'autisme, puis testera le degré de convergence entre la signature de la maladie et les signatures induites par les variants.

Sous-projet 2 : Mosaïcisme somatique dans le cerveau humain en développement L'exome germinale et le séquençage du génome entier permettent d'établir un diagnostic dans environ 30 à 40 % des patients présentant une malformation cérébrale, et des anomalies cérébrales telles que la ventriculomégalie, l'agénésie du corps calleux et les malformations corticales touchent 1 à 3 % des nouveau-nés. Une explication convaincante à cet écart diagnostique est le mosaïcisme somatique post-zygotique : des mutations survenant après la fécondation, présentes dans seulement un sous-ensemble de cellules, absentes du sang et invisibles pour le séquençage clinique standard. La preuve de concept existe (variants somatiques PI3K–AKT–mTOR dans l'hémimégalencéphalie et la dysplasie corticale focale), mais elle provient presque entièrement de spécimens chirurgicaux post-nataux dans l'épilepsie pharmacorésistante. Le paysage mutationnel somatique du cerveau en développement reste non caractérisé, et il n'existe pas de référence normative contre laquelle évaluer les variants pathogènes. Ce sous-projet réalisera un séquençage du génome entier à haute profondeur sur du tissu cérébral primaire en développement présentant diverses anomalies (ventriculomégalie, malformations corticales) ainsi que sur des cerveaux structurellement normaux utilisés comme témoins. Le ou la candidat(e) constituera le premier atlas des fractions alléliques des variants somatiques, des signatures mutationnelles et de la distribution régionale dans le cerveau humain en développement ; il ou elle identifiera les gènes et voies moléculaires récurremment perturbés au-delà de PI3K–mTOR.

Sous-projet 3 : Altérations structurelles cérébrales en IRM à travers le risque génétique de troubles neurodéveloppementaux Notre compréhension des effets sur la structure cérébrale des variants génétiques associées aux troubles du neurodéveloppement repose sur un très faible nombre de variants génétiques. Dans le cadre d'un projet collaboratif, nous utiliserons les dossiers de santé électroniques de SickKids et du CHU Sainte-Justine pour étudier les IRM cérébrales structurelles sur des centaines de variants génétiques différents liés aux troubles neurodéveloppementaux et psychiatriques. Le projet nécessitera le traitement d'ensembles de données complexes comprenant plusieurs dizaines de milliers d'IRM.

Notre laboratoire étudie comment les variants génomiques rares façonnent la cognition, le comportement et le risque de troubles neurodéveloppementaux et psychiatriques tels que le trouble du spectre de l'autisme, la déficience intellectuelle et la schizophrénie. Ces variants sont désormais communiqués de façon routinière aux patients en clinique de génétique pédiatrique, mais leur impact sur le développement du cerveau humain reste presque entièrement inconnu. Nous travaillons à l'interface de la génétique humaine, de la génomique fonctionnelle et des neurosciences, en utilisant des approches quantitatives à grande échelle : séquençage du génome entier dans des cohortes de centaines de milliers d'individus (SPARK, UK Biobank, All of Us, PGC-CNV), phénotypage approfondi de la cognition et du comportement, IRM cérébrale, dossiers de santé électroniques, et, de plus en plus, mesures moléculaires directes dans le tissu cérébral humain. Au cours des deux dernières années, le laboratoire a constitué deux ressources au cœur de ce projet : une collection harmonisée d'environ 4 000 échantillons de cortex cérébral post-mortem couplant séquençage du génome entier à des transcriptomes en vrac et en noyaux isolés, et la banque de cerveaux fœtaux MADB (« Architecture Moléculaire du Cerveau en Développement ») du CHU Sainte-Justine, la seule biobanque de ce type couvrant le milieu à la fin de la gestation avec IRM, génomique, transcriptomique et accessibilité à la chromatine sur les mêmes spécimens. Le laboratoire est hébergé au Centre de recherche Azrieli du CHU Sainte-Justine, avec accès à la plateforme de calcul haute performance UniC, à la plateforme de neuroimagerie IMAGINE, et à un vaste réseau de collaborateurs nationaux et internationaux (UCSF, Oxford, UCSD, UCLA, SickKids, IIT Madras).

Selon le projet, le ou la candidat(e) devra posséder des compétences dans certains des domaines suivants :

• Solides compétences en programmation R et/ou Python, et aisance avec les environnements de calcul haute performance.
• Expérience dans l'analyse de données transcriptomiques : RNA-seq en noyaux isolés (ex. : Seurat, Scanpy, limma-voom, DESeq2, expression différentielle pseudo-bulk, annotation des types cellulaires).
• Familiarité avec les données génomiques humaines et l'appel de variants à partir du séquençage du génome entier ou de l'exome (CNV, SNV, indels).
• Solide base en statistiques appliquées.
• Pratiques de flux de travail reproductibles.
• Analyse en neuroimagerie.