Soutenance de thèse de STEIMLE Thomas
Titre de thèse
Génomique intégrative pour la médecine de précision dans les leucémies aiguës lymphoblastiques T (LAL-T).
Integrative genomics to unravel meaningful and targetable regulatory pathways forpersonalized treatment of t-cell acute lymphoblastic leukemia.
Résumé de la thèse
La leucémie aiguë lymphoblastique T (LAL-T) est une hémopathie maligne agressive dont la pathogenèse repose principalement sur des altérations somatiques d'éléments régulateurs non codants du génome. Une proportion importante des événements oncogéniques qui caractérisent cette maladie demeure cryptique, située dans des régions non codantes ou inaccessible aux méthodes diagnostiques conventionnelles, laissant ainsi de nombreux cas sans caractérisation moléculaire complète.
Cette thèse répond à cette problématique au travers de trois objectifs complémentaires. Le premier a consisté à appliquer deux approches moléculaires ciblées à de larges cohortes consécutives de LAL-T/LBL-T : une RT-MLPA pour la détection systématique des transcrits de fusion et une stratégie de capture NGS dédiée aux réarrangements du locus *TRD* ainsi qu'aux événements de réintégration des TREC. Ces approches ont permis d'identifier des variants structuraux oncogéniques d'intérêt clinique dans respectivement 20 % et 13,6 % des cas, tout en mettant en évidence la réintégration des TREC comme un nouveau mécanisme récurrent de dérégulation génique, indétectable par les méthodes fondées sur l'analyse des transcrits.
Le deuxième objectif a conduit au développement d'un pipeline d'analyse par séquençage du génome entier en lectures longues (long-read whole-genome sequencing, WGS) reposant sur la technologie Oxford Nanopore, appliqué à une cohorte de 116 paires tumeur/normal. Il a permis de reproduire, puis de dépasser, les performances des approches ciblées pour la détection des altérations oncogéniques connues, tout en offrant une exploration non biaisée des variants structuraux complexes, des points de cassure à l'échelle nucléotidique et des événements régulateurs non codants. Cette stratégie a notamment permis d'identifier des délétions de sites de liaison de CTCF responsables de l'activation d'*IRX3*, des inversions équilibrées entraînant l'inactivation de gènes suppresseurs de tumeur ou l'activation d'oncogènes, ainsi que des réarrangements chromothriptiques invisibles aux approches ciblées.
Le troisième objectif a appliqué ce cadre d'analyse à une cohorte de 1 122 cas de LAL-T/LBL-T afin de caractériser le paysage génomique des LAL-T réarrangées *TLX1*. Des réarrangements non impliquant les récepteurs des lymphocytes T (non-TCR), majoritairement représentés par l'inversion inv(10)(q23.31q24.31) conduisant au détournement (« enhancer hijacking ») de l'enhancer *ANKRD1/PCGF5*, ont été identifiés chez 14 % des patients *TLX1* positifs. Ces altérations étaient associées à un pronostic nettement plus défavorable que les réarrangements impliquant le TCR (survie globale à 3 ans : 55 % contre 90 %), démontrant que le mécanisme de dérégulation de l'oncogène, et non son seul niveau d'expression, constitue un déterminant majeur du pronostic clinique.
Dans son ensemble, ce travail établit le séquençage du génome entier en lectures longues comme un cadre d'analyse complet pour la génomique des LAL-T et démontre que l'exploration du génome régulateur est indispensable à un diagnostic moléculaire exhaustif ainsi qu'à une stratification pronostique plus précise. Il met également en évidence les limites inhérentes à cette première implémentation dans un contexte de recherche à visée translationnelle : une interprétation robuste des variants a nécessité une couverture moyenne pratique d'environ 15×, des données de RNA-seq n'étaient disponibles que pour une partie des cas séquencés, et la sensibilité pour la détection des variants de petite taille, bien qu'élevée, restait incomplète. Ces résultats soutiennent la transposition clinique de cette approche, tout en suggérant qu'un déploiement en première intention nécessitera une profondeur de séquençage supérieure à celle utilisée dans ce travail.
Thesis resume
T-cell acute lymphoblastic leukemia (T-ALL) is an aggressive hematologic malignancy driven primarily by
somatic alterations in non-coding regulatory elements. A substantial fraction of the oncogenic events that define
this disease are cryptic, non-coding, or inaccessible to conventional diagnostic methods, leaving many cases
without complete molecular characterization.
This thesis addresses this gap through three complementary objectives. The first applied two targeted molecular
approaches to large consecutive T-ALL/T-LBL cohorts: RT-MLPA for systematic fusion transcript detection,
and a custom NGS-capture pipeline for TRD rearrangements and TREC reintegration events. These tools
identified clinically significant oncogenic structural variants in 20% and 13.6% of cases, respectively, including
TREC reintegration as a novel recurrent mechanism of gene deregulation that is undetectable by all transcriptbased assays.
The second objective developed a long-read whole-genome sequencing (WGS) pipeline based on
Oxford Nanopore Technologies, applied to 116 paired tumor/normal cases. It replicated and surpassed targeted approaches for established oncogenic alterations, while providing unbiased access to complex structural variants, precise breakpoints, and non-coding regulatory events. These included CTCF site deletions
driving IRX3 activation, balanced inversions disrupting tumor suppressors or activating oncogenes, and chromothriptic rearrangements that are invisible to targeted methods.
The third objective applied this framework to 1,122 T-ALL/T-LBL cases to characterize the genomic landscape
of TLX1-rearranged T-ALL. Non-TCR rearrangements, predominantly inv(10)(q23.31q24.31) hijacking the
ANKRD1/PCGF5 enhancer, were identified in 14% of TLX1-positive patients and were associated with
markedly inferior outcome (3-year OS: 55% vs. 90% in TCR-rearranged cases). These findings establish that
the mechanism of oncogene deregulation, not expression level alone, is a determinant of clinical outcome.
This work establishes long-read WGS as a comprehensive framework for T-ALL genomics and demonstrates
that regulatory genome resolution is essential for accurate molecular diagnosis and prognostic stratification. At
the same time, the present implementation reflects a clinically oriented research setting: robust interpretation
required a practical threshold of approximately 15× mean coverage, orthogonal RNA-seq support was available
for only a subset of WGS cases, and small-variant sensitivity was high but not complete. These data support
clinical translation, but suggest that first-line diagnostic deployment should target higher sequencing depth than
used here.