Etude de la régulation de l'expression des gènes pour l'interprétation de variations génomiques.

Study of gene expression regulation for the interpretation of genomic variations

• Auteur / Autrice : Kévin Cassinari
• Direction : Gaël Nicolas
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moleculaires et cellulaires de la biologie
• Date : Soutenance le 23/10/2023
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Normande de biologie intégrative, santé, environnement (Mont-Saint-Aignan, Seine-Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Cancer and Brain Genomics (Rouen ; 2022-....) - Cancer and Brain Genomics / CBG
• Partenaire(s) de recherche : Établissement co-accrédité : Université de Rouen Normandie (1966-....)
• Jury : Président / Présidente : Andrée Delahaye-Duriez
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gaël Nicolas, Andrée Delahaye-Duriez, Jérôme Bouligand, Pascale Saugier-Veber
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Michel Dupont, Florence Petit

Mots clés

Mots clés contrôlés

Expression génique

Transcriptome

Séquençage des acides nucléiques

ARN

Marqueurs biologiques

PCR digitale

Alzheimer, Maladie d'

Syndromes de Cornelia de Lange

Mots clés libres

Syndrome de Cornelia de Lange

Calcifications cérébrales primaires

Maladie d'Alzheimer du sujet jeune

RNA-seq

PCR digitale

Biomarqueurs

Transcriptomique

ARN

Variations non codantes

Variations de structure

Cornelia de Lange Syndrome

Primary familial brain calcifications

Early-onset Alzheimer's disease

RNA-seq

Digital PCR

Biomarkers

Transcriptomics

RNA

Noncoding variations

Structural variations

Résumé

Au cours des quinze dernières années, les avancées en génomique ont rendu le séquençage complet du génome humain accessible, le positionnant comme une étape clé dans l'identification des causes génétiques des maladies rares. Avec l'expansion de ces analyses pangénomiques, nous sommes confrontés à une augmentation de la découverte de variations dont la signification reste incertaine. L’interprétation détaillée de ces variations nécessite constamment de nouvelles méthodes d'analyse de support. L'étude de l'expression génique constitue une approche clé pour l'interprétation de ces variants, et elle contribue également à améliorer le rendement diagnostique global. Ce travail de thèse explore l’apport des études sur l’ARN, qu'elles soient ciblées ou transcriptomiques, dans le diagnostic des maladies génétiques, tout en proposant des méthodes qui pourraient être intégrées en routine diagnostique. En se focalisant sur la génétique du neurodéveloppement et la neurogénétique, ces travaux ont adopté une double approche. Une première repose sur des analyses ciblées, de type une altération génomique : un transcrit. Dans le contexte de maladies telles que la maladie d'Alzheimer jeune, les calcifications cérébrales primaires ou le syndrome de Cornelia de Lange, des analyses ciblées de l'ARN ont été réalisées. Basées sur le RT-ddPCR ou le séquençage de l'ARN, ces analyses ont permis d'éclaircir des variations dont la signification était auparavant inconnue pour certaines, notamment des variations non codantes, avec un impact fort sur les transcrits de ces gènes, et permettent de proposer des stratégies simplifiées pour une utilisation diagnostique de ces techniques. La seconde partie porte sur un volet transcriptomique avec une approche de type une altération génomique : de multiples transcrits. Cette approche avait pour objectif de révéler une signature transcriptomique pour le syndrome de Cornelia de Lange, dont les variants pathogènes impactent la régulation d’expression de multiples autres gènes. Nous avons pu identifier une signature transcriptomique des lignées de cellules souches pluripotentes induites (iPSC) modifiées par CRISPR/Cas9 pour intégrer des variations nucléotidiques délétères du gène NIPBL, offrant également une meilleure compréhension des bases moléculaires de ce syndrome. Ce travail offre de précieuses perspectives scientifiques et techniques, suggérant des façons d'optimiser l'intégration des tests transcriptomiques dans le paysage génomique actuel.

Over the past fifteen years, advancements in genomics have made whole genome sequencing accessible, establishing it as a critical diagnosis tool to identify genetic causes of rare diseases. With the growth of such pan-genomic analyses, we are facing an increasing discovery of variants of uncertain significance. The detailed interpretation of these variants constantly requires the development of new supportive analytical methods. The study of gene expression represents a central approach for interpreting these variants and also plays a critical role in enhancing the overall diagnostic yield. This PhD research delves into the contribution of targeted or transcriptomic RNA studies for genetic disease diagnostics, and proposes methods that could be seamlessly integrated into standard diagnostic routines. By focusing on neurodevelopmental and neurogenetic diseases, this research work adopted a twofold approach. The first one is centered on targeted analyses, one genetic alteration : one transcript. In the context of early-onset Alzheimer's disease, primary cerebral calcifications, or Cornelia de Lange syndrome, targeted RNA analyses were conducted. Leveraging RT-ddPCR or RNA sequencing, combined or not with cellular models developed through CRISPR/Cas9 genome editing, these analyses highlighted variants, including non-coding ones, the significance of some of which was previously uncertain, with a strong impact on the targeted transcript, and suggest streamlined strategies for the diagnostic application of these techniques. The second part of this work is based on a one genomic alteration : consequences on multiple transcripts approach. The main aim was to establish a transcriptomic signature for Cornelia de Lange syndrome. This signature was identified in induced pluripotent stem cell (iPSC) lines edited by CRISPR/Cas9 to incorporate deleterious nucleotide variations in the NIPBL gene, and allowed us to provide deeper insights into the molecular underpinnings of this syndrome. This research furnishes valuable scientific and technical perspectives, suggesting ways to optimize the incorporation of transcriptomic tests within the current genomic landscape.