L'utilisation de technologies de séquençage pour une meilleure compréhension des déterminants moléculaires dans les maladies rénales

The use of sequencing technologies for enhanced understanding of molecular determinants in renal diseases

• Auteur / Autrice : Daniel Borras Morales
• Direction : Joost-Peter Schanstra, Julie Klein
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Bio-informatique, génomique et biologie des systèmes
• Date : Soutenance le 13/10/2017
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie Santé Biotechnologies (Toulouse)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bioinformatique

Séquençage des acides nucléiques

Maladies

Rein

Mots clés libres

Bioinformatics

Maladie rénale

Séquençage

Résumé

Les maladies rénales ont un impact important sur l'économie de tout système de santé dans le monde. En outre, le nombre de patients augmente régulièrement au cours des dernières décennies avec une prévalence de plus de 500 000 nouveaux cas de maladie rénale en phase terminale (ESRD) dans le monde entier chaque année. L'ESRD est l'étape finale de la maladie rénale chronique (CKD) qui a comme principales causes le diabète et l'hypertension, ainsi que la glomérulonéphrite, urolithiasis, la polykystose rénale autosomique dominante (ADPKD) et la progression de la lésion rénale aiguë (LRA), entre autres. Cependant, dans de nombreux cas, les mécanismes de ces maladies affectant le rein et sa fonction sont mal connus ou difficiles à diagnostiquer. Dans le cadre de cette étude, nous avons utilisé des technologies plus récentes, des méthodologies et des approches d'analyse de données pour jeter un peu de lumière dans les pathomécanismes de la CKD et de l'AKI. En outre, l'amélioration potentielle de la valeur diagnostique des tests diagnostiques déjà existants (par exemple ADPKD). Au cours des dernières années, les progrès dans les technologies de séquençage de l'ADN ont révolutionné le domaine de la recherche clinique et du diagnostic. Le séquençage à haut débit tel que le séquençage de prochaine génération (NG) est utilisé en raison de sa haute qualité et de précision lors que l'analyse des échantillons d'ADN. D'autres technologies de séquençage ont également montré leur valeur, comme le séquençage à longue lecture qui est utilisé en raison de ses longues lectures de séquençage et de la précision de résolution de séquençages de faible complexité, telles que les régions répétitives ou des régions de GC-pourcentage élevé. Dans le cadre de cette thèse, nous avons utilisé plusieurs méthodes de pointe de séquençage appliquées à la recherche clinique sur la maladie rénale afin de: 1. Améliorer la valeur diagnostique des tests diagnostiques déjà existants pour l'ADPKD. ADPKD est une maladie héréditaire qui représente de 5% à 10% de l'ESRD. Cependant, le criblage du principal gène ADPKD PKD1 est difficile en raison de sa structure multi-exon, de son hétérogénéité allélique et de son homologie élevée avec six pseudogènes PKD1, ainsi que d'une teneur en GC extrêmement élevée. En utilisant le séquençage direct à longue lecture, nous avons montré que le diagnostic ADPKD sans interférence des séquences homologues PKD1 est possible. 2. Caractériser le profil d'expression de l'IRA et des mécanismes sous-jacents en utilisant le séquençage de l'ARN. Les patients qui subissent une chirurgie majeure peuvent développer une IRA qui a été associée à un risque de mortalité plus élevé et une fonctionnalité rénale réduite, et un risque élevé de progression de la CKD. Certaines preuves indiquent que le système tubulaire est au milieu de cette pathophysiologie et de la récupération ultérieure. Cependant, les facteurs impliqués dans cette reprise sont encore mal compris.

Renal diseases have a high impact on the economy of any health care system worldwide. In addition, patient numbers are steadily increasing over the past decades with a prevalence of over 500.000 new end stage renal disease (ESRD) worldwide cases every year. ESRD is the final stage of chronic kidney disease (CKD) that has as the leading causes diabetes and hypertension, as well as glomerulonephritis, urolithiasis, autosomal dominant polycystic kidney disease (ADPKD), and progression of acute kidney injury (AKI), among others. However, in many cases, the mechanisms of these diseases affecting kidney and its function are poorly understood, or difficult to diagnose. Within this study, we used newer technologies, methodologies, and data analysis approaches to throw some light into the pathomechanisms of CKD and AKI. Moreover, potentially improving the diagnostic value for already existing diagnostic assays (e.g. ADPKD). In the past years, advances in DNA sequencing technologies have revolutionized the field of clinical research and diagnostics. High throughput sequencing such as next-generation sequencing (NGs) is being used because of its high quality and accuracy when analysing DNA samples. Other sequencing technologies have also shown their value such as long-read sequencing which is used because of its longer sequencing reads and accuracy resolving low-complexity sequences, such as repetitive regions or high GC-percent regions. Within the scope of this thesis we used several cutting-edge sequencing approaches applied to renal disease's clinical research to: 1. Improve the diagnostic value of already existing diagnostic assays for ADPKD. ADPKD is an inherited disease that accounts for 5% to 10% of ESRD. However, the screening of the main ADPKD gene PKD1 is challenging because of its multi-exon structure, allelic heterogeneity, and high homology with six PKD1 pseudogenes, as well as extremely high GC content. Using direct long-read sequencing we showed that ADPKD diagnostics without interference of PKD1 homologous sequences is possible. 2. Characterize the expression profile of AKI and the underlying mechanisms using RNA sequencing. Patients undergoing major surgery may develop AKI which has been associated with higher mortality risk and reduced renal functionality, and high risk of progression of CKD. Some evidences pointed out to the tubular system being at the middle of this pathophysiology and further recovery.