Characterization of alternative splicing and gene fusions using current transcriptome profiling technologies

• Main Author: Ha, Kevin C H
• Other Authors: Jacek Majewski (Supervisor)
• Format: Others
• Language: en
• Published: McGill University 2011
• Subjects: Biology - Genetics
• Online Access: http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=103747

The study of the transcriptome, which consists of all RNA molecules in a cell, has been important for elucidating the underlying mechanisms involved in the regulation and expression of genes. Here we describe two studies that apply current high-throughput techniques to investigate two genetic phenomena at the transcriptome level in humans: alternative splicing using whole-transcript gene expression microarrays, and gene fusions using massively parallel transcriptome sequencing (RNA-Seq). Alternative splicing is a post-transcriptional mechanism that allows for the production of multiple transcript isoforms of the same gene, resulting in increased transcriptome diversity. Recently, the global analysis of AS has been facilitated by the Exon Array, which feature oligonucleotide probes that target individual exons across the length of the gene. A similarly designed array, the Gene Array, was later released for measuring whole gene expression. In our first study, we questioned whether it could be used to study AS. We analyzed previously published data to show that expression profiling at both the gene and exon level was highly concordant between both platforms. This suggests that the Gene Array is capable of making AS observations like the Exon Array. Another profiling tool that has emerged is RNA-Seq, which enables the profiling of the entire transcriptome at single-base resolution. In the second study, we describe an RNA-Seq approach to detect gene fusions, which have been frequently implicated in cancer. The role of gene fusions in BRCA1-mutated breast cancers has not been well explored. BRCA1 is involved in tumour suppression by regulating DNA repair pathways and thus mutations in this gene can lead to increased chromosomal instability. While we hypothesized that this may lead to the creation of gene fusions, we did not find them to be significantly enriched. We identified, however, one novel gene fusion that was non-recurrent. With these two studies, we demonstrate how the continued advancement of investigative tools can aid in making biological discoveries. === L'étude du transcriptome, composé de toutes les molécules d'ARN dans la cellule, a été très importante pour élucider les mécanismes impliqués dans la régulation et l'expression des gènes. Dans les travaux présentés ici, nous décrivons deux stratégies appliquant des technologies à haut débit afin d'étudier deux phénomènes à l'échelle du transcriptome humain : l'épissage alternatif en utilisant des puces à ADN, et les fusions de gènes en utilisant le séquençage d'ARN de nouvelle génération (RNA-Seq). L'épissage alternatif est un mécanisme post-transcriptionnel qui permet la production de plusieurs transcrits à partir d'un seul gène, permettant ainsi d'augmenter la diversité du transcriptome. Récemment, l'analyse globale de l'épissage alternatif a été grandement facilitée par une micropuce à ADN « Exon Array », qui possède des sondes ciblant des exons individuels tout au long des gènes. Un autre type de micropuce à ADN, la « Gene Array », a ensuite été développée pour quantifier l'expression génique seulement, au niveau du génome complet. Dans la première étude présentée dans cette thèse, nous vérifions la possibilité d'utiliser ce dernier type de micropuces afin d'étudier l'épissage alternatif. Nous avons analysé des données publiées dans le passé afin de montrer que le profil d'expression obtenu tant au niveau de gènes complets qu'au niveau des exons est très concordant entre les deux plateformes. Ceci suggère que la micropuce de gènes permette d'étudier l'épissage alternatif tout comme la micropuce à exons. Ultérieurement, une nouvelle technologie a émergé : le RNA-Seq. Cette technologie permet d'obtenir le profil du transcriptome au complet avec une résolution d'une seule base. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous présentons une approche basée sur le RNA-Seq pour détecter des fusions de gènes, fréquemment impliquées dans le cancer. Le rôle des fusions de gènes dans les cancers qui possèdent des mutations dans le gène BRCA1, n'a pas été exploré en détail jusqu'à présent. BRCA1 est impliquée dans la suppression de tumeurs par l'entremise de la régulation des voies de réparation d'ADN. Des mutations dans ce gène pourraient donc produire une augmentation de l'instabilité des chromosomes, ce qui entraînerait des fusions de gènes. Cependant, nous n'avons trouvé aucune augmentation significative de fusions en présence de mutations de BRCA1. Nous avons néanmoins identifié une nouvelle fusion de gènes qui a été non récurrente. Grâce à ces deux études, nous démontrons comment l'avancement continu des technologies de recherche peut contribuer aux découvertes biologiques.