Autism spectrum disorders (ASD) are characterized by impairments in social interaction and communication, and restrictive and repetitive patterns of interests and behavior. The genetic etiology is highly heterogeneous, implicating numerous rare and very-rare genetic variants, with a major contribution of de novo mutations. Autosomal dominant, autosomal recessive, or X-linked forms of ASD, associated with high penetrance or variable expressivity have been reported. Although hundreds of genes and loci are implicated, our knowledge of the overall genetic architecture and the underlying pathophysiological mechanisms of ASD remain incomplete. Our project aimed at gaining further insight into the aetiology of autism by studying the contribution of rare copy number variants (CNV) and identifying novel genes.As part of the Autism Genome Project consortium, we participated in a genome-wide CNV study using high-resolution microarray in ∼3000 parent-offspring trios. Global analysis of rare CNV revealed a significant enrichment of rare genic CNV in cases compared with controls, thus indicating their strong association with ASD. Numerous pathogenic CNV were identified and novel genes were implicated for the first time in ASD, such as SHANK2, SYNGAP1 and PTCHD1. The results also highlight the profound etiological overlap with intellectual deficiency. Analysis of functional enrichment of genes affected by deletions revealed cellular pathways and biological functions, such as dendrite and spine plasticity regulation or microtubule cytoskeleton reorganization.Among CNV detected in this study, we identified a microdeletion on chromosome Xp22.2 in a boy with autism from our cohort, inherited from his mother. The deletion affects the GLRA2 gene, encoding the glycine receptor (GlyR) α2 subunit, highly expressed in the embryonic and neonatal brain. GlyRs mediate inhibitory neurotransmission in the adult nervous system but exert an excitatory action in immature neurons. Sequencing of 400 unrelated males with ASD revealed one de novo missense mutation. In vitro functional studies in transfected cells and in vivo in zebrafish demonstrated loss-of-function effects of both the deletion and the mutation identified in patients with ASD. Finally, behavioural and electrophysiological studies of Glra2 knockout mice revealed cognitive deficits in object recognition memory and impaired synaptic plasticity in the prefrontal cortex.In conclusion, the microarray analysis in patients with ASD demonstrated the considerable role of rare CNV as etiological factors. Our genetic and functional analyses implicate the GLRA2 gene for the first time in autism and link altered glycinergic signaling to social and cognitive impairments. These results are concordant with the emerging evidence of imbalanced excitation/inhibition as a mechanism underlying ASD.Les troubles du spectre autistique (TSA) sont caractérisés par des déficits des interactions sociales et de la communication, ainsi que par des intérêts et comportements restreints et répétitifs. L’étiologie est extrêmement hétérogène et implique de nombreux variants génétiques, rares ou uniques, parmi lesquels les mutations de novo jouent un rôle considérable. On observe des formes autosomiques dominantes ou récessives, liées au chromosome X, à forte pénétrance ou associées à une expressivité variable. Bien que des centaines de gènes et loci aient déjà été identifiés, ils permettent d’expliquer l’apparition des troubles chez ∼25 % des patients seulement et notre connaissance de l’architecture génétique et des mécanismes physiopathologiques sous-jacents reste incomplète. L’objectif de ce travail de thèse a été de poursuivre la dissection de l’étiologie des TSA en caractérisant le rôle des variations du nombre de copies rares (copy number variant, CNV) et en identifiant de nouveaux gènes impliqués dans la pathologie.Grâce à la participation de notre équipe au consortium international Autism Genome Project, nous avons pris part à une étude pangénomique par micropuce à ADN à très haute résolution, réalisée sur près de 3 000 familles. L’analyse des données de micropuces a démontré un enrichissement significatif de CNV rares géniques chez les cas par rapport aux témoins, indiquant ainsi leur importante contribution dans l’étiologie des TSA. De nombreux CNV pathogéniques ainsi que des nouveaux gènes ont été impliqués pour la première fois dans les TSA, comme SHANK2, SYNGAP1 et PTCHD1. De plus, l’ensemble des résultats témoigne du profond chevauchement étiologique avec la déficience intellectuelle. Une analyse in silico des réseaux fonctionnels de gènes touchés par des délétions a permis d’impliquer des voies cellulaires et des fonctions biologiques, telles que le remodelage des épines dendritiques ou encore la réorganisation du cytosquelette de microtubules.Parmi les CNV détectés dans cette étude, nous avons identifié chez un de nos patients une délétion localisée en Xp22.2, héritée de la mère. Elle touche le gène GLRA2, qui code une sous-unité α des récepteurs de glycine (GlyR) fortement exprimée dans le cerveau au cours du développement. Les GlyR sont impliqués dans la neurotransmission inhibitrice du système nerveux central adulte mais ont une action excitatrice au cours du développement. Une recherche ciblée de mutations dans GLRA2 par séquençage chez 400 patients de sexe masculin de notre cohorte nous a permis d’identifier une substitution non synonyme de novo chez un patient avec TSA. Des expériences in vitro sur cellules transfectées et in vivo chez le poisson zèbre ont démontré les effets perte de fonction de la délétion et de la mutation identifiées chez nos patients. Enfin, des études comportementales et électrophysiologiques des souris déficientes pour Glra2 ont révélé des déficits cognitifs et des défauts de plasticité synaptique dans le cortex préfrontal.En conclusion, l’utilisation des micropuces chez des patients atteints de TSA a démontré le rôle considérable des CNV rares en tant que facteurs étiologiques dans la pathologie. Des analyses génétiques et fonctionnelles nous ont permis d’impliquer le gène GLRA2 pour la première fois dans l’autisme, faisant ainsi émerger la neurotransmission glycinergique comme un nouveau mécanisme physiopathologique. Ces résultats sont concordants avec l’hypothèse émergente selon laquelle un déséquilibre de la balance excitation/inhibition serait à la base de certaines formes de TSA
