Characterization of simple and complex genomic structural variation : a study of human populations and leukaemia

Abstract

Over the last ten years, improvements in molecular techniques and the arrival of the next-generation sequencing technologies have revealed a large amount of structural variation (SV) in the human genome. Consequently, there has been a significant increase in interest from the scientific community to understand the role of the SV in diseases, such as cancer, or in determining phenotypic traits in the general population. The objective of this thesis has been to study in depth the characterization and the functional importance of the SV, through the analysis of different methods for its detection and its biological impact in two different contexts. First, we have analysed the presence of copy-number variants in several human populations using a microarray approach and, by validating one of the detected regions, we have confirmed the reliability of this method for the detection of this type of SV. Second, through the chronic lymphocytic leukaemia (CLL) genome project, we have identified structural variants in patients with CLL by whole-genome sequencing. To obtain a comprehensive analysis of the SV in cancer genomes, we have developed a computational tool with the capacity to characterize and define all forms of the SV using next-generation sequencing data. With this tool we have detected, on one hand, some novel variants in CLL and, on the other hand, a high level of genomic complexity in one of the patients studied. From this last case, we have carried out the evaluation of the phenotypic impact of the complex variants in the progression of the CLL, which has allowed us to determine the importance of analysing cancer as a dynamic process undergoing evolutionary changes over time

En els últims deu anys, les millores en tècniques moleculars i l’aparició d’una nova generació de tècniques de seqüenciació han revelat que existeix una gran quantitat de variació estructural (SV, en anglès) en el genoma humà. En conseqüència, hi ha hagut un augment significatiu en l’interès de la comunitat científica per entendre el paper que la SV juga en malalties com el càncer, o en la determinació de trets fenotípics en la població general. L’objectiu d’aquesta tesi ha estat aprofundir en la caracterització i la importància funcional de la SV, analitzant diferents mètodes per a la seva detecció i el seu impacte biològic en dos contextos específics. En primer lloc, hem analitzat la presència de variants en nombre de còpia en diferents poblacions humanes mitjançant una tècnica de microarray i, a través de la validació d’una de les regions trobades, hem pogut confirmar la fiabilitat d’aquesta tècnica per detectar aquest tipus de SV. En segon lloc, a través del projecte del genoma de la leucèmia limfàtica crònica (LLC), hem caracteritzat variants estructurals en pacients amb LLC mitjançant la seqüenciació completa del seu genoma. Per tal d’obtenir un anàlisi el màxim d’exhaustiu de la SV en genomes de càncer, hem desenvolupat una eina computacional capaç de caracteritzar i definir totes les formes possibles de SV utilitzant dades de seqüenciació. Amb aquesta eina hem pogut detectar, per una banda, algunes variants noves en LLC i, per l’altra, un alt nivell de complexitat genòmica en un dels pacients. A partir d’aquest últim cas hem dut a terme l’avaluació de l’impacte fenotípic d’un patró de SV complex en la progressió de la LLC, la qual cosa ens ha permès determinar la importància d’analitzar el càncer com a un procés dinàmic sotmès a canvis evolutius al llarg del temps.