Einzelzell-Humangenetik: Auswirkungen von Strukturvarianten und Mutationen während der Embryonalentwicklung auf Einzelzell-Ebene.

• Antragsteller: Professor Dr. Malte Spielmann
• Fachliche Zuordnung: Humangenetik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 429814408

Seltene genetische Erkrankungen sind oft schwere Multisystemerkrankungen mit einer Vielzahl von Phänotypen und können unter den betroffenen Personen stark variieren, von relativ mild bis schwer. In 35 und 75% der Fälle kann eine genetische Ursache gefunden werden. Dennoch sind Genotyp-Phänotyp-Korrelationen äußerst schwierig, da sich die Schwere dieser Störungen auch bei Individuen mit Mutationen im gleichen Gen unterscheiden kann. Wir gehen davon aus, dass die Einzelzell- Analyse von patientenspezifischen Mutationen und Strukturvarianten während der Mausembryogenese im gesamten Organismus wichtige neue Erkenntnisse zum Verständnis der phänotypischen Variabilität seltener Multisystemstörungen liefern kann.Eine grundlegende Herausforderung bei der Erforschung der In-vivo-Embryogenese ist das Fehlen aktueller Technologien mit ausreichendem Durchsatz und Auflösung. Daher haben wir folgende Ziele: ZIEL 1: Wir wollen die pleiotropen Auswirkungen schwerer Multisystemstörungen während der Embryonalentwicklung auf Einzelebene untersuchen, indem wir Mausmutanten mit patientenspezifischen Mutationen analysieren. Wir planen ganze Embryonen mittels sci-RNA-Seq zu untersuchen für die Phänotypisierung von Mausmodellen für Kleidokraniale Dysplasie und Cornelia de Lange-Syndrom. Wir erwarten, dass die sci-RNA-Seq-Analyse von ganze Embryonen die Entdeckung subtiler Defekte in den molekularen Programmen oder der relativen Anteile bestimmter Zelltypen ermöglichen wird.ZIEL 2: Wir wollen komplexere strukturelle Varianten untersuchen, z.B. Mikrodeletionssyndrome und Trisomie 21 mittels Einzelzellauflösung. Die besondere Herausforderung dieser Varianten besteht darin, dass sie viele Gene und regulatorische Sequenzen beinhalten, die in ihrer einzigartigen Kombination zum Phänotyp beitragen. Wir werden Strukturvarianten untersuchen, indem wir das 16p11.2 Mikrodeletionssyndrom (16p11.2+/- Mäuse) und ein Mausmodell für die menschliche Trisomie 21 (Hsa21 Mäuse) analysieren. Unsere Daten werden unser Wissen über SVs bei menschlichen Krankheiten erweitern und Einzelzell-RNA-Seq als Phänotypisierungswerkzeug für SVs in transgenen Mäusen etablieren. ZIEL 3: Wir wollen Veränderungen in der chromatin Architektur und der nicht-kodierenden regulatorischen Landschaft im Zusammenhang mit angeborenen Erkrankungen untersuchen. Wir werden einzellige ATAC-Seq verwenden und einen Atlas der Chromatin Architektur während der Mausorganogenese (E9.5-E13.5) erstellen, der als wichtige Ressource für die Untersuchung der embryonalen Genregulation dienen wird. Wir werden auch ein Mausmodell für CdLS analysieren.Der Single-Cell-Ansatz ist äußerst ambitioniert und zeitgemäß und wurde im Bereich der Humangenetik noch nie angewendet. Wir werden eine enorme Datenmenge erzeugen, die allein schon eine wertvolle, veröffentlichungswürdige Ressource ist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen