Analysis of the NAHR-associated de novo mutation rate using type-1 NF1 deletions as a model
Final Report Abstract
Typ-1 NF1 Deletionen sind selten, sie treten mit einer geschätzten Häufigkeit von 1:60000 auf. Wir konnten an der bislang größten publizierten Stichprobe von 236 Typ-1 NF1-Deletionen mit hochauflösenden Methode durch Analyse der Sequenzen an den Bruchpunkten nachweisen, dass NAHR der wesentliche Mechanismus ist, der fast allen Typ-1 NF1 Deletionen zugrunde liegt. Insgesamt lagen die Bruchpunkte von 179 der 234 NAHR-vermittelten Deletionen (76%) im 4.8 -kb umfassenden NAHR Hotspot PRS2. Diese signifikante Akkumulation der Bruchpunkte in PRS2 ist ein deutlicher Hinweis, dass bestimmte Sequenzmotive bzw. deren lokale Anhäufung die Lage der Bruchpunkte beeinflussen müssen. Wir konnten zeigen, dass G-Quadruplex (GQ)-formende Sequenzen und PRDM9-Bindemotive gehäuft an den Bruchpunkten der Typ-1 NF1 Deletionen auftreten. Simulationsanalysen belegten, dass diese Kolokalisationen signifikant sind. Sie könnten einen synergistischen Effekt auf die NAHR-Aktivität haben und die starke Hotspotaktivität in PRS2 fördern, insbesondere in der weiblichen Meiose I bei einer bestimmten Chromosomen- bzw. Chromatinkonformation. Wir konnten nachweisen, dass Typ-1 NF1 Deletionen mehrheitlich während der maternalen Meiose, in der ersten Reifeteilung entstehen. Unsere Analysen zeigten auch, dass der Vergleich der Bruchpunkt-überspannenden Sequenzen der Typ-1 NF1 Deletions-Patienten mit den Wildtyp PRS2 Sequenzen der transmittierenden Eltern extrem wichtig ist, um die Bruchpunkte (Strangaustauschregionen, SERs) der Typ-1 Deletionen genau zu bestimmen. Durch diese Vergleiche konnten wir auch nachweisen, dass NAHR assoziierte de novo Mutationen die Sequenzen an den Bruchpunkten nicht beeinflussen. Wir konnten keine Mutationen identifizieren, die nur bei den Patienten, also NAHR-assoziiert aufgetreten wären und nicht in den parentalen Haplotypen vorhanden gewesen sind. Damit unterscheidet sich NAHR, die zu Typ-1 NF1 Mikrodeletionen führt, von anderen Mutagenese-Mechanismen, die komplexe Genom-Rearrangements hervorrufen und mit erhöhten de novo Mutationsraten an den Bruchpunkten einhergehen. Die NAHR-assoziierte Genkonversion in Bruchpunkt-flankierenden Bereichen erwies sich als extrem gering und es ist zu folgern, dass diese Form der Genkonversion nicht mit den genauen Bruchpunkt-Bestimmungen interferiert. Die Vielzahl und Unterschiedlichkeit der von uns ermittelten PRS2 Haplotypen bei den transmittierenden Eltern spricht dafür, dass zusätzlich zu Bindungsmotiven für PRDM9 noch andere Faktoren, wie Chromatin-Zugänglichkeit und strukturelle Variation, die NAHR Häufigkeit beeinflussen. Für das Verständnis der Eigenschaften von NAHR Hotspots und der Parameter, die ihre Aktivität beeinflussen, sind unsere Untersuchungen an den Typ-1 NF1 Deletionen von großer Bedeutung. Wir erwarten, dass die am Modell der NF1 Deletionen gewonnenen Erkenntnisse auch auf andere NAHR verursachte Genom-Rearrangements anwendbar sind.
Publications
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Summerer A, Mautner VF, Upadhyaya M, Claes KBM, Högel J, Cooper DN, Messiaen L, Kehrer- Sawatzki H
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Summerer A, Schäfer E, Mautner VF, Messiaen L, Cooper DN, Kehrer-Sawatzki H
(See online at https://doi.org/10.1007/s00439-018-1961-5)
