Studium vzniku a vývoje genetických změn u leukemických lymfocytů

Mgr. Jakub Hynšt, Ph.D.

Doctoral thesis

A study of the origin and the development of genetic changes in leukemic lymphocytes

Abstract:

V éře všeobecného technologického rozvoje se uplatňují metody, které přinášejí nové možnosti výzkumu a diagnostiky onkologických onemocnění. Za průlomovou technologii lze považovat sekvenování nové generace (NGS). Tato metoda umožňuje detekci celé řady genomických alterací na úrovni DNA i RNA, které mají v různé míře přímý či nepřímý vliv na vznik a průběh nádorových onemocnění. Alterace genomu nebo transkriptomu, které jsou specifické pro určité onemocnění, nazýváme molekulární markery. Současně s rozvojem metody NGS vznikají nové výzvy pro bioinformatickou analýzu získaných dat, která je součástí každého NGS experimentu. V této dizertaci jsou pro různé NGS data (DNA i RNA) popisovány bioinformatické postupy (pipeline), které byly využity pro analýzu molekulárních znaků především u pacientů s lymfoproliferativními onemocněními. Dílčími prvky těchto bioinformatických postupů jsou některé vlastní a jiné široce využívané bioinformatické nástroje. V praktické části jsou prezentovány bioinformatické postupy (pipelines) pro konkrétní aplikace ve výzkumných i diagnostických projektech. Jako příklad lze uvést vlastní řešení pro efektivní detekci fúzních a diferenciálně exprimovaných genů CLL pacientů s chromothripsí. Na dalším příkladu genového panelu LYNX je zase demonstrována schopnost nově vyvinuté bioinformatické pipeline efektivně detekovat různé typy molekulárních markerů (SNV/indel a CNV), které mají dopad na prognózu a léčbu pacientů s lymfoproliferativním onemocněním. Výstupem dizertační práce je celkem pět ucelených bioinformatických řešení, které byly aplikovány na NGS data získaná testováním vzorků pacientů s chronickou lymfocytární leukemií, myelodysplastickým syndromem nebo nehodgkinskými lymfomy. Je demonstrována schopnost vyvinutých algoritmů efektivně detekovat známé i nové markery pro charakterizaci i monitoring onemocnění.

Abstract:

In the era of global technological development, new methods in research and diagnostics of oncological diseases emerge. In this field, Next Generation Sequencing (NGS) is considered a ground-breaking technology. NGS provides new improved means of detection of various alterations of DNA and RNA which have direct or undirect impact on the origin and course of tumours. Genomic or transcriptomic alterations specific for the particular disease are called molecular markers. In parallel with the development of NGS, new challenges for consequent bioinformatic analyses have to be addressed. In this thesis, bioinformatic methods (pipelines) for various NGS data (DNA and RNA) are described, focusing mainly on algorithms for the analysis of molecular features especially in patients with lymphoproliferative disorders. Pipelines were assembled using in house and other well-established bioinformatic tools. In the practical part of this thesis, bioinformatic algorithms are discussed in the context of specific applications in research and diagnostics projects. Firstly, in house solutions for the effective detection of fusion and differentially expressed genes used for the CLL patients with chromothripsis are described. Secondly, the capability of our bioinformatic pipeline to detect various types of molecular markers (SNV/indel and CNV), which influence prognosis and therapy of patients with lymphoproliferative disorders is demonstrated on the example of the LYNX gene panel. Altogether, five comprehensive bioinformatic solutions, applied to NGS data retrieved from patients with chronic lymphocytic leukaemia, myelodysplastic syndrome or non-Hodgkin lymphomas, are provided. The ability of the developed algorithms to effectively detect known and new markers for the characterisation and monitoring of the diseases is demonstrated.

Keywords

Molekulární marker, lymfoproliferace, NGS, bioinformatická analýza, pipeline, software, Molecular marker, lymphoproliferation, bioinformatic analysis

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 15. 10. 2020

Thesis defence

• Date of defence: 19. 3. 2021
• Supervisor: prof. RNDr. Šárka Pospíšilová, Ph.D.
• Reader: Ing. Matej Lexa, Ph.D., Mgr. Tomáš Hron, Ph.D., RNDr. Filip Vrbacký, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Medicine

Doctoral programme / field:
Oncology and Hematology / Experimental Oncology and Tumor Biology