[en] The three-dimensional structure of chromatin is a key feature in the regulation of gene expression control. Understanding long-range interactions between gene promoters and regulatory elements, such as enhancers, is crucial to comprehend the tight interplay in the transcriptional control of said genes and, if altered, can lead to disease including hematopoietic malignancies. However, the conventional methods of study demand large amounts of starting material which is impractical for clinical scenarios and the examination of rare cell populations. To address this, in the present thesis we have developed a cost-effective and flexible method called Low Input Capture Hi-C (liCHi-C), which enables the detailed mapping and comparison of promoter interactomes at high resolution using as little as 50,000 cells. To demonstrate its versatility, we applied liCHi-C to investigate both normal and malignant human hematopoietic hierarchy using clinical samples. Through this method, we revealed the dynamic architecture of promoters during human hematopoiesis, which helps identify developmental pathways and governs transcriptional changes during cellular fate commitment. Furthermore, liCHi-C proved valuable in pinpointing disease-relevant cell types, genes and pathways that may be affected by non-coding alterations in distal regulatory elements. Additionally, we demonstrated liCHi-C's potential in uncovering genome-wide structural variants, determining their breakpoints and inferring their potential pathogenic effects. Our optimized liCHi-C method greatly expands the exploration of 3D chromatin organization to scarce cell populations, offering an opportunity to discover key factors and regulatory networks involved in disease pathogenesis.

[es] La estructura tridimensional de la cromatina es una característica clave en la regulación del control de la expresión génica. Comprender las interacciones de largo alcance entre los promotores génicos y los elementos reguladores, como los enhancers, es crucial para comprender la estrecha interacción en el control transcripcional de dichos genes y, si se altera, puede dar lugar a enfermedades, incluidas neoplasias hematopoyéticas. Sin embargo, los métodos convencionales de estudio exigen grandes cantidades de material de partida, lo que resulta poco práctico para los escenarios clínicos y el análisis de poblaciones celulares poco frecuentes. Para abordar esta cuestión, en la presente tesis hemos desarrollado un método rentable y flexible denominado Low Input Capture Hi-C (liCHi-C), que permite el mapeo detallado y la comparación de interactomas de promotores a alta resolución utilizando tan solo 50.000 células. Para demostrar su versatilidad, hemos aplicado liCHi-C para investigar la jerarquía hematopoyética humana normal y maligna utilizando muestras clínicas. A través de este método, hemos revelado la arquitectura dinámica de los promotores durante la hematopoyesis humana, que ayuda a identificar las vías de desarrollo y rige los cambios transcripcionales durante el compromiso del destino celular. Además, liCHi-C ha demostrado ser válido para identificar tipos celulares, genes y vías relevantes para enfermedades que pueden verse afectados por alteraciones no codificantes en elementos reguladores distales. Además, hemos demostrado el potencial de liCHi-C para descubrir variantes estructurales en todo el genoma, determinar sus puntos de ruptura e inferir sus posibles efectos patogénicos. Nuestro método optimizado liCHi-C amplía enormemente la exploración de la organización tridimensional de la cromatina a poblaciones celulares escasas, ofreciendo la oportunidad de descubrir factores clave y redes reguladoras implicadas en la patogénesis de enfermedades.