Identification of causal genes for nonsyndromic orofacial clefts using Whole Exome Sequencing
Epidemiology and Medical Biometry/Statistics
Final Report Abstract
Die nicht-syndromale Lippen-Kiefer-Gaumenspalte (nsLKG) ist mit einer Prävalenz von etwa 1 zu 1.000 eine der häufigsten angeborenen Fehlbildungen. Bei ihrer Entstehung spielen sowohl genetische Faktoren als auch Umwelteinflüsse eine Rolle. Die genetische Komponente ist mit einer geschätzten Heritabilität von über 90% als sehr stark anzunehmen. Bis heute wurden 39 auch in der Allgemeinbevölkerung häufige Risiko-Loci für nsLKG identifiziert. Diese erklären aber nur ca. 25% der Heritabilität. Wir postulieren, dass ein Teil der noch nicht erklärbaren Heritabilität der nsLKG auf seltenen dominanten de novo-Mutationen beruht. Unsere Hypothese wird unterstützt durch die häufige Beobachtung sporadischer nsLKG-Fälle in der Allgemeinbevölkerung und einer gleichbleibenden Inzidenz von nsLKG auch in Regionen ohne medizinische Versorgung, wo Kinder mit einer nsLKG selten ein reproduktionsfähiges Alter erreichen. Zur Identifikation solcher de novo Mutationen wurden 50 sporadische nsLKG-Patienten mitteleuropäischer Abstammung und ihre nicht betroffenen Eltern exomweit sequenziert (WES, Entdeckungs-Kohorte). Validierte seltene de novo Mutationen wurden verwendet, um schließlich Kandidaten-Gene für nsLKG zu definieren. In einem zweiten Schritt sollten weitere Mutationen in diesen Kandidaten-Genen nachgewiesen werden. Zusätzliche Mutationen bei weiteren Betroffenen würden eine echte kausale Rolle für das jeweilige Gen nochmals wahrscheinlicher machen. Das WES resultierte in einer durchschnittlichen Sequenziertiefe von 116x und der Identifikation von 422 potentiellen de novo Mutationen. Nach Anwendung der Ausschlusskriterien (synonyme Variante ohne Entstehung/Verlust einer Splice site, Lokalisierung in einer segmentalen Duplikation, Reads mit schlechter Qualität, MAF≥0.001), Validierung und Design des smMIPs assays verblieben 32 Kandidaten-Gene für die Resequenzierung. Die 32 Kandidaten-Gene wurden mittels single molecule molecular inversion probes (smMIPs) in 1.061 nsLKG Patienten und 1.591 populations-spezifischen Kontrollen europäischer, arabischer und mexikanischer Abstammung (Replikations-Kohorte) resequenziert (durchschnittliche Sequenziertiefe von ca. 1000x, ca. 4600 identifizierte Varianten). Nach einem Filterschritt (Herausfiltern von Varianten mit MAF≥0.001 und/oder CADD≤15 und/oder Varianten in Kontrollen) verblieben ca. 400 Varianten. Diese 400 Varianten werden derzeit weiter bearbeitet: Bislang lag der Fokus auf Missense- Varianten und trunkierenden Varianten, die in der europäischen Kohorte identifiziert wurden. In dieser Kohorte stehen weitere Familienmitglieder für Segregationsanalysen zur Verfügung, d.h. es kann auf de novo Entstehung und Ko-Segregaton untersucht werden. Dabei konnten 4 weitere de novo Missense-Varianten in 4 der Kandidaten-Gene identifiziert werden. Für 2 dieser 4 Gene wurden außerdem Varianten mit kompletter Ko-segregation und ein Patient mit compound heterozygoten Varianten identifiziert. Diese Gene sind besonders spannend („Top- Kandidaten-Gene“). Die bislang erzielten Ergebnisse unterstützen unsere Hypothese, die Arbeiten sind aber noch nicht abgeschlossen. Derzeit werden die Daten der Resequenzierung im arabischen und mexikanischen Kollektiv gesichtet. In einer Kooperation mit dem Mammalian Functional Genomics Laboratory am Functional Genomics Department am Lawrence Berkeley National Laboratory sollen die Top-Gene im Mausmodell funktionell aufgearbeitet werden.
Publications
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Identification of de novo variants in nonsyndromic cleft lip with/without cleft palate patients using whole exome sequencing. (2016). Genetics Retreat Rolduc, Kerkrade
Ishorst N, Ludwig KU, Drichel D, Sivalingam S, Böhmer AC, Becker T, Mangold E
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Exome sequencing identifies potential novel candidate genes in patients with unexplained colorectal adenomatous polyposis. Fam Cancer. 2016 Apr;15(2):281-8
Spier I, Kerick M, Drichel D, Horpaopan S, Altmüller J, Laner A, Holzapfel S, Peters S, Adam R, Zhao B, Becker T, Lifton RP, Holinski-Feder E, Perner S, Thiele H, Nöthen MM, Hoffmann P, Timmermann B, Schweiger MR, Aretz S
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Identification of de novo variants in nonsyndromic cleft lip with/without cleft palate patients using whole exome sequencing. (2016) ESHG
Ishorst N, Ludwig KU, Drichel D, Sivalingam S, Böhmer AC, Gölz L, Alblas M, Keppler K, Mehrem SL, Köhler K, Maaser A, Braumann B, Martini M, Knapp M, Nöthen MM, Becker T, Mangold E
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Identification of de novo variants in nonsyndromic cleft lip with/without cleft palate patients using whole exome sequencing. (2016) GfH
Ishorst N, Ludwig KU, Drichel D, Sivalingam S, Böhmer AC, Gölz L, Alblas M, Keppler K, Mehrem SL, Maaser A, Braumann B, Martini M, Knapp M, Nöthen MM, Becker T, Mangold E
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Identification of de novo variants in nonsyndromic cleft lip with/without cleft palate patients using whole exome sequencing. (2016). Bonn International Graduate School Clinical and Population Science, Retreat
Ishorst N, Ludwig KU, Drichel D, Sivalingam S, Böhmer AC, Becker T, Mangold E
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Meta-analysis reveals genome-wide significance at 15q13 for nonsyndromic clefting of both the lip and the palate, and functional analyses implicate GREM1 as a plausible causative gene. PLoS Genetics 2016 Mar 11. 12(3):e1005914
Ludwig KU, Ahmed ST, Böhmer AC, Sangani NB, Varghese S, Klamt J, Schuenke H, Gültepe P, Hofmann A, Rubini M, Aldhorae KA, Steegers-Theunissen RP, Rojas-Martinez A, Reiter R, Borck G, Knapp M, Nakatomi M, Graf D, Mangold E and Peters H
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Sequencing the GRHL3 coding region reveals rare truncating mutations and a common susceptibility variant for nonsyndromic cleft palate. American Journal of Human Genetics 2016 Apr 7;98(4):755-62
Mangold E, Böhmer AC, Ishorst N, Hoebel A-K, Gültepe P, Schuenke H, Klamt J, Hofmann A, Gölz L, Raff R, Tessmann P, Nowak S, Reutter H, Hemprich A, Kreusch T, Kramer F-J, Braumann B, Reich R, Schmidt G, Jäger A, Reiter R, Brosch S, Stavusis J, Ishida M, Seselgyte R, Moore GE, Nöthen MN, Borck G, Aldhorae KA, Lace B, Stanier P, Knapp M and Ludwig KU
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Candidate Genes for Nonsyndromic Cleft Palate Detected by Exome Sequencing. J Dent Res. 2017, 96(11):1314-1321
Hoebel AK, Drichel D, van de Vorst M, Böhmer AC, Sivalingam S, Ishorst N, Klamt J, Gölz L, Alblas M, Maaser A, Keppler K, Zink AM, Dixon MJ, Dixon J, Hemprich A, Kruse T, Graf I, Dunsche A, Schmidt G, Daratsianos N, Nowak S, Aldhorae KA, Nöthen MM, Knapp M, Thiele H, Gilissen C, Reutter H, Hoischen A, Mangold E, Ludwig KU
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Identification of de novo variants in nonsyndromic cleft lip with/without cleft palate patients using whole exome sequencing. (2017). Leena Peltonen School of Human Genomics
Ishorst N, Ludwig KU, Drichel D, Sivalingam S, Böhmer AC, Becker T, Mangold E
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Novel IRF6 mutations detected in orofacial cleft patients by targeted massively parallel sequencing. J Dent Research 2017. 96(2):179-185
Khandelwal K, Ishorst N, Zhou H, Ludwig KU, Venselaar H, Gilissen C, Thonissen M, van Rooij IALM, Steehouwer M, van de Vorst M, Bloemen M, van Beusekom E, Roosenboom J, Borstlap W, Admiraal R, Dormaar T, Schoenaers J, Vander Poorten V, Hens G, Verdonck A, Bergé S, Roeleveld N, G Vriend, Devriendt K, Brunner H, Mangold E, Hoischen A, van Bokhoven H and Carels CEL
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Large-scale resequencing study of nsCL/P candidate genes in 1061 nsCL/P cases and 1591 controls. (2018) ESHG
Ishorst N, Henschel L, Thieme F, Drichel D, Sivalingam S, Mehrem SL, Heimbach A, Alblas M, Keppler K, Hoischen A, Aldhorae K, Braumann B, Martini M, Gölz L, Reutter H, Nowak S, Knapp M, Nöthen MM, Nothnagel M, Becker T, Ludwig KU, Mangold E
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Large-scale resequencing study of nsCL/P candidate genes in 1061 nsCL/P cases and 1591 controls. (2018) Genetics Retreat Rolduc 2018
Ishorst N, Henschel L, Thieme F, Drichel D, Sivalingam S, Mehrem, Fechtner AC, Heimbach A, Keppler K, Hoischen A, Nothnagel M, Becker T, Nöthen MM, Ludwig KU, Mangold E
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Large-scale resequencing study of nsCL/P candidate genes in 1061 nsCL/P cases and 1591 controls. (2018) GfH. Posterpreisnominierung
Ishorst N, Henschel L, Thieme F, Drichel D, Sivalingam S, Mehrem SL, Heimbach A, Alblas M, Keppler K, Hoischen A, Adhorae K, Braumann B, Martini M, Gölz L, Reutter H, Nowak S, Knapp M, Nöthen MM, Nothnagel M, Becker T, Ludwig KU, Mangold E
