utilisation des signatures génomiques et épigenomiques dans le but d’identifier des marqueurs d’expositions exogènes et d’évaluer leur rôle dans l’étiologie du cancer

Abstract

Context and aim: Several risks factors have been identified for cancer, and it has been estimated that more than 40% of cases in developed countries are preventable through the modulation of known modifiable risk factors. The overall objective of this thesis was to demonstrate that the analysis of genomic and epigenomic data integrated with well-characterised exposure and lifestyle data may be used to identify markers of environmental exposures and lifestyle and may contribute to increase our understanding of cancer aetiology.Results: We first describe how genomic and epigenomic signatures can be used to identify markers of exposure and decipher the aetiology of cancer. Then, we adopt the mutational signatures framework to contribute to the debate about the “bad luck” hypothesis for cancer and demonstrate that tobacco-related mutations are more strongly correlated with cancer risk than random mutations. We introduce a probabilistic model for the simulation of mutational signature data and compare the performance of the available methods for the identification of mutational signatures using both simulated and real data. Additionally, we introduce a new method for the identification of such signatures. Finally, we use methylation array data in an epidemiological study within the E3N cohort to investigate the association between exposure to Brominated Flame Retardants and Per- and polyfluoroalkyl substances, two organic pollutants that are known endocrine disrupting chemicals, and methylation in DNA from blood. Overall, our study does not provide evidence of methylation alterations at the level of the whole genome, in regions or in single CpGs. Suggestive evidence of alterations in the methylation of genes within plausible biological pathways (e.g. androgen response) warrants further investigations. Conclusion: Our work on the methodological aspects of mutational signature research introduces an original framework for measuring the performance of tools for the identification of mutational signatures that may serve as reference for future methodological or applied research. Our applications of both mutational signature and methylome research demonstrate the usefulness of such tools to assess exposures and elucidate their role in cancer aetiology.Contexte et objectif : Plusieurs facteurs de risque de cancer ont été identifiés et il a été estimé que plus de 40% des cas dans les pays développés pourraient être évités en modifiant les facteurs de risque connus. L'objectif général de cette thèse était de démontrer que l’intégration de données génomiques et épigénomiques aux données détaillées sur les expositions environnementales et le mode de vie peut être utile pour identifier des biomarqueurs de ces facteurs et contribuer à augmenter notre connaissance de l'étiologie du cancer. Résultats : Dans un premier temps, nous décrivons comment les signatures génomiques et épigénomiques peuvent être utilisées pour identifier des marqueurs d’exposition et déchiffrer l’étiologie du cancer. Ensuite, nous contribuons au débat relatif à l’hypothèse de la chance dans le développement du cancer et démontrons que les mutations induites par le tabagisme sont plus prédictives du risque de cancer que les mutations aléatoires. Nous introduisons un modèle probabiliste pour la simulation de données mutationnelles et comparons la performance des outils d’identification de ces signatures avec des données réelles et simulées. De plus, nous introduisons une nouvelle méthode pour l’identification des signatures mutationnelles. Enfin, nous utilisons les données de méthylation de la cohorte E3N pour étudier le lien entre l'exposition aux retardateurs de flamme bromés et aux composés perfluorés, deux substances classées parmi les perturbateurs endocriniens, et la méthylation de l’ADN sanguin. Globalement, notre étude ne fournit aucune preuve d'altérations globales du méthylome ou d'altérations à l’échelle des CpGs. Cependant, certains résultats suggèrent l’existence d'altérations de la méthylation de gènes impliqués dans des voies biologiques (ex., la réponse aux androgènes) et nécessitent des recherches supplémentaires.Conclusion : Ce travail contribue à la recherche méthodologique portant sur les signatures mutationnelles en introduisant un protocole de mesure de performance et d’identification des signatures mutationnelles pouvant servir de référence à de futures études méthodologiques ou appliquées. Nos recherches sur les signatures mutationnelles et le méthylome démontrent l'utilité de tels outils pour évaluer les expositions et élucider leur rôle dans l'étiologie du cancer