Integratie van lange read en unieke cell multi-omics sequenering voor de identificatie van genetische variatie in de ziekte van Parkinson

De ontwikkeling van ‘omics technologieën is de laatste jaren in een nieuwe stroomversnelling gekomen. We beschikken sinds kort namelijk over de mogelijkheid om unieke lange DNA en RNA moleculen met hoge accuraatheid uit te lezen. Deze lange “reads” staan ons toe om complete humane genomen de novo te assembleren (wat het humaan genoom project twee decennia kostte) en complexe genomische regios en structurele variatie te bestuderen, hetgeen moeilijk is met conventionele technieken die korte DNA fragmenten uitlezen na amplificatie. Daarenboven zijn deze lange unieke molecule technologieën in staat om DNA modificaties, zoals 5-methylcytosine, rechtstreeks te detecteren. Tegelijkertijd is ook de waaier aan unieke cel technologieën sterk uitgebreid de laatste jaren, waardoor het mogelijk is multimodale informatie te verkrijgen van unieke cellen; zoals bijvoorbeeld over transcriptoom (RNA-seq) en open chromatine status (ATAC-seq). Deze technieken laten ons toe verschillende informatielagen zonder bias te integreren om tot een beter begrip te komen van genregulatorische processen op het niveau van unieke cellen. In dit project zullen we lange read technologieen combineren met multimodale sequenering van unieke cellen om zo functionele genetische variatie in de hersenen in kaart te brengen bij Parkinson patiënten en gezonde individuen. We zullen methoden ontwikkelen om kwaliteitscontrole, processing en analyse van de lange read data te doen. De novo en referentie-geleide genoomassemblage zullen geëvalueerd worden voor de constructie van gepersonaliseerde diploïde genomen. Vervolgens zullen we de unieke multimodale cel data gebruiken om de verschillende celtypes in het hersenweefsel te identificeren en inzicht te verkrijgen in hun potentiële differentiële expressie en open chromatine status in patiënten versus gezonde personen. We zullen de multimodale data aligneren op de gepersonaliseerde diploïde genomen om zo allel-specifieke signalen in genexpressie en open chromatine te detecteren en te associëren met specifieke genetische variatie. Tenslotte zullen we “enhancer”-gedreven genregulatorische netwerken afleiden door middel van SCENIC+ analyses en diepe neurale netwerken en genetische variatie prioritiseren en interpreteren op een celtype-specifieke wijze. De geïdentificeerde allel-specifieke signalen zullen een stevige basis vormen om de bijdragen van overgeërfde en somatische variatie tot celtype-specifieke gen dysregulatie in de ziekte van Parkinson.