Nicht-kodierende Mutationen bei humanen Erkrankungen

• Antragsteller: Professor Dr. Malte Spielmann
• Fachliche Zuordnung: Humangenetik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 322571627

Die Humangenetik erlebt derzeit einen Wandel durch die Einführung von Next-Generation Sequencing (NGS). Erstmals ist es klinisch möglich, ganze Genome zu analysieren. Bisher lag der Fokus auf der Identifikation von Sequenzvarianten im proteinkodierenden Teil des Genoms, dem sog. Exom. Mit dieser Methode kann jedoch bei über 40% der Patienten keine genetische Ursache nachgewiesen werden. Dies könnte daran liegen, dass die nicht-kodierenden DNA bisher ignoriert wurde, obwohl die meisten genetischen Varianten im nicht-kodierenden Genom zu finden sind. Meine eigenen Arbeiten und zahlreiche aktuelle Studien zeigen, dass nicht-kodierende Mutationen eine wichtige Rolle bei angeborenen Fehlbildungen und Tumorerkrankungen spielen und daher bei der medizinischen Interpretation von NGS-Daten berücksichtigt werden sollten. Das Ziel meines Forschungsprojektes ist es daher, die Rolle von nicht-kodierenden Mutationen bei menschlichen Erkrankungen zu untersuchen. Derzeit gibt es mehrere zentrale Probleme bei der Bewertung von nicht-kodierenden Mutationen: 1. Der genetische Code der nicht-kodierenden DNA ist bisher unbekannt. 2. Es gibt derzeit keinen Goldstandard-Datensatz von bekannten nicht-kodierenden Mutationen. 3. Die Anzahl an nicht-kodierenden Varianten ist zu groß, um klassische funktionelle Test durchzuführen. 4. Die topologically associating domain (TAD) Architektur des Genoms spiellt eine zentrale Rolle in der Genregulation. Varianten können TAD-Grenzen verändern, so dass Enhancer auch Gene in benachbarten Domänen miß-regulieren können durch sog. Enhancer-Adoption. Diese Mutationen sind derzeit noch unzureichend untersucht. Um nicht-kodierenden Mutation bei humanen Erkrankungen mit hohem Durchsatz zu untersuchen, schlage ich hier drei experimentelle Strategien vor: Ziel 1: Ich werde 12 cis-regulatorischen Elementen, in denen humane Mutationen bekannt sind, mittels massively parallel reporter assays (MPRA) und Saturation Mutagenese untersuchen. Dies erlaubt die simultane Analyse von mehreren tausenden nicht-kodierenden Mutationen in Zellen. Ich beabsichtige dadurch einen standardisierten Datensatz an nicht-kodierenden Mutationen zu generieren, der als Referenz zur Bewertung von nicht-kodierenden Varianten benutzt werden kann. Ziel 2: Ich plane einen Next Generation Funktionellen Test zu entwickeln, um alle de novo nicht-kodierenden Mutationen von zwei Whole Genome Sequenzierungs-Studien von Patienten mit geistiger Behinderung und Patienten mit Extremitäten Fehlbildungen zu analysieren. Ich werde alle de novo Mutationen mittels MPRA im Vergeleich zum Wildtyp testen.Aim 3: Ich plane mittels CRISPR/Cas9 genome editing 50 TAD-Grenzen zu deletieren, um Enhancer-Adoption als Ursache humaner Erkrankungen zu untersuchen. Meine Ergebnisse werden einen direkten Einfluss auf zukünftige Whole Genome Analysen bei Patienten mit Tumoren und angeborenen Erkrankungen haben.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Jay Shendure, Ph.D.