Avaluació dels factors de predisposició a la inestabilitat genòmica de la regió 22q11.2

Abstract

El genoma humà està format en un 5% per low-copy repeats (LCR); segments de DNA d’entre 1 i 500 Kb que es repeteixen dues o més vegades al llarg del genoma i que comparteixen una homologia superior al 90%. L’aparellament no al·lèlic d’aquestes seqüències durant la meiosi promou la generació d’esdeveniments de recombinació homòloga no al·lèlica (NAHR) que donen lloc a reorganitzacions cromosòmiques heretables que originen un conjunt de malalties anomenades trastorns genòmics. La deleció de la regió 22q11.2, originada per la NAHR entre els LCR22, causa la síndrome de DiGeorge/velocardiofacial (SDG/VCF), un dels trastorns genòmics més freqüents en els humans. L’objectiu principal d’aquesta tesi doctoral va ser l’avaluació de les característiques genètiques que modulen la susceptibilitat a la NAHR en individus transmissors de la SDG/VCF. Es va caracteritzar la susceptibilitat a la NAHR en 8 homes amb descendència afectada per la SDG/VCF. Aquest estudi es va dur a terme a través de l’anàlisi de la freqüència d’espermatozoides portadors de delecions i duplicacions de la regió 22q11.2, i d’altres regions crítiques amb una arquitectura genòmica similar, mitjançant la hibridació in situ fluorescent (FISH) en nuclis descondensats d’espermatozoides. Els resultats obtinguts van demostrar que 2 pares transmissors de la SDG/VCF presentaven increments significatius d’espermatozoides portadors de la deleció 22q11.2 que es van atribuir a un increment de la NAHR intra-cromàtide focalitzada a la regió 22q11.2. En aquests individus, també es van analitzar els blocs de seqüències en tàndem dels LCR22-2 i LCR22-4 mitjançant la tècnica de la FISH en fibres de cromatina (fiber-FISH) obtingudes de leucòcits. Els resultats de l’anàlisi van mostrar variacions respecte la població control dels blocs de seqüències en tàndem corresponents als fòsmids L9 i K3. Aquestes variacions podrien constituir un factor de predisposició a la NAHR. Per tal de validar els resultats obtinguts mitjançant fiber-FISH, es van analitzar les variacions de seqüències paràlogues en els LCR22 cobertes pels fòsmids L9 i K3 mitjançant la reacció en cadena de la polimerasa de tipus droplet digital (ddPCR). No es van observar diferències significatives entre les poblacions d’individus transmissors de la SDG/VCF i de controls analitzades. Tot i així, els resultats van suggerir una disminució de còpies del pseudogen de AK129567 en els individus transmissors. D’altra banda, també es va analitzar la freqüència de la inversió 22q11.2 mitjançant la FISH interfàsica en limfòcits. No es va detectar cap haplotip d’inversió 22q11.2 en individus transmissors ni en controls. Així doncs, es va confirmar la inexistència d’aquest polimorfisme i es va excloure la seva implicació com a factor de predisposició per la SDG/VCF. Per últim, es va determinar el genotip de PRDM9 mitjançant PCR i seqüenciació Sanger. La comparació de les freqüències al·lèliques entre els individus transmissors i la població control no va mostrar diferències significatives. Tot i així, es va descriure un al·lel nou de PRDM9, que es va denominar L50, en un pare transmissor de la SDG/VCF que havia mostrat increments de delecions 22q11.2 en espermatozoides. Aquest resultat va suggerir que certs al·lels rars de PRDM9 podrien actuar com a factor de predisposició per la NAHR a la regió 22q11.2. En conjunt, l’avaluació dels factors de predisposició a la inestabilitat genòmica de la regió 22q11.2 va reflectir que el risc a la NAHR en aquesta regió és complex i atribuïble a la confluència de diferents característiques genètiques.

The 5% of the human genome is constituted by low copy repeats (LCRs). LCRs are DNA fragments from 1 to 500 kb in size, with at least two copies across the genome that share a high level of sequence identity (> 90%). The non-allelic alignment of these sequences during meiosis promotes non-allelic homologous recombination events (NAHR) that could lead to chromosome reorganizations which can be transmitted to the offspring. These reorganizations originate a group of diseases called genomic disorders. Deletions of the 22q11.2 region, caused by NAHR between LCR22, result in the DiGeorge/velocardiofacial syndrome (DGS/VCFS) which is one of the most frequent genomic disorder in humans. The main objective of this thesis was to evaluate the genetic features that could modulate the NAHR susceptibility in DGS/VCFS transmitting individuals. NAHR susceptibility was analysed in a total of eight men with DGS/VCFS affected progeny. This study was achieved by analysing the frequency of deletions and duplications of the 22q11.2 region, and other critical regions with a similar genomic architecture, using fluorescence in situ hybridization (FISH) in decondensed sperm nuclei. Results demonstrated that two transmitting fathers showed statistical significant increases of 22q11.2 deletions in sperm. This abnormality was attributed to an abnormal intra-chromatid NAHR activity focused on the 22q11.2 region. By applying FISH on chromatin fibers obtained from leucocytes (fiber-FISH), the blocks of tandem repeats within LCR22-2 and LCR22-4 were also evaluated for these individuals. With respect to the control population, SDG/VCF transmitting fathers showed copy number variations on tandem sequence blocks corresponding to the L9 and K3 fosmid sequences that could constitute a predisposing factor for NAHR. In order to validate fiber-FISH data, variations of paralogous sequences covered by L9 and K3 fosmids were analysed by using droplet digital polymerase chain reaction (ddPCR). Although differences between the population of DGS/VCFS transmitting parents and control individuals were not observed, the results suggested a decrease of the AK129567 pseudogene copy number in transmitting parents. The frequency of 22q11.2 inversions was also studied by applying interphase FISH in lymphocytes. The inversion haplotype was not detected in any transmitting or control individuals. Therefore, the absence of the 22q11.2 inversion polymorphism was confirmed and this genetic feature was excluded as a possible predisposing factor for DGS/VCFS. Finally, PRDM9 genotype was assessed by using PCR and Sanger sequencing. Allelic frequencies of control and DGS/VCFS transmitting individuals did not show differences. Nevertheless, we described a novel PRDM9 allele, L50, in a DGS/VCFS transmitting father with increased rates of 22q11.2 deletions in sperm. This observation suggested that certain rare alleles of PRDM9 might be a predisposing factor for NAHR at 22q11.2 region. In summary, the evaluation of predisposing factors for the genomic instability at 22q11.2 showed that the NAHR risk in this region is complex and could be attributed to a confluence of different genetic features.