Ganzgenom- und Transkriptomsequenzierung zur Identifizierung neuer Krankheitsgene für Dystonie

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Barbara Schormair; Professorin Dr. Juliane Winkelmann; Dr. Michael Zech
• Fachliche Zuordnung: Molekulare und zelluläre Neurologie und Neuropathologie
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 458949627

Dystonien sind hyperkinetische Bewegungsstörungen, die sich negativ auf Gesundheit und Lebensqualität der Patienten auswirken. Es handelt sich um seltene Erkrankungen mit sehr großer Heterogenität bezüglich Ätiologie und Phänotyp, deren molekulare Ursachen nur unzureichend verstanden sind. Bei vielen Formen spielt genetische Veranlagung eine Rolle, sodass die Identifizierung der ursächlichen Gene ein ausgezeichneter Ausgangspunkt für dringend notwendige Fortschritte bei Diagnostik und Therapie ist.Derzeit treibt vor allem Exom-Sequenzierung (WES) die Entdeckung von Genen bei seltenen Erkrankungen an. Wir selbst haben mehr als 700 Indexfälle sequenziert und eine der größten WES-Kohorten für Dystonie in Europa geschaffen. Dadurch haben wir neue Krankheitsgene entdeckt und neue pathophysiologische Konzepte für Dystonien beschrieben. WES unterliegt jedoch technischen Limitationen, sodass die Mehrzahl der Fälle derzeit ungelöst bleibt.Wir möchten nun Ganzgenom- (WGS) und Transkriptomsequenzierung (RNA-seq) kombinieren, um die genetischen Ursachen der Dystonie bei WES-negativen Individuen zu identifizieren.WGS hat eine einheitliche Abdeckung aller Gene, erfasst strukturelle Varianten und ermöglicht die Analyse nicht-kodierender regulatorischer Varianten, die ebenfalls zu monogenen Erkrankungen beitragen, aber schwierig zu annotieren sind. Dies soll durch die Kombination von WGS und RNA-seq verbessert werden. Dieser Ansatz war bereits bei anderen monogenen Krankheitsbildern erfolgreich.Wir werden insgesamt 300 Personen aus unserer Kohorte mit WGS und RNA-seq untersuchen: 76 Trios, 25 Familien mit einem autosomal-dominanten und 11 Familien mit einem autosomal-rezessiven Erbgang. Die Personen werden anhand eines Index priorisiert, der den wir anhand unserer WES-Daten entwickelt haben. Er integriert mehrere auf dem Phänotyp basierende klinische Prädiktoren und identifiziert Personen, deren Dystonie mit hoher Wahrscheinlichkeit eine genetische Ursache hat.Wir werden mittels WGS genomweit Varianten identifizieren und diese nach Häufigkeit, Funktion und Vererbungsmodus filtern. Funktion bezieht sich sowohl auf kodierende Varianten (z.B. LoF) als auch auf nicht-kodierende Varianten (z.B. regulatorische Variante in einem Enhancer). Bei Trios müssen die Varianten mit einem de novo-Modell (Sequenzierung von Eltern und betroffenem Kind) konsistent sein, während sie bei Familien mit dem beobachteten Erbgang und zwischen zwei sequenzierten Familienmitgliedern konsistent sein müssen. Diese Varianten werden mit den Ergebnissen aus drei verschiedenen Analysen der RNA-seq-Daten (Genexpression, monoallelische Expression, Splice-Effekte) kombiniert, um Kandidatengene zu priorisieren. Wir gehen davon aus, mindestens vier neue Krankheitsgene in unserer Kohorte identifizieren zu können. Diese Gene werden wir im Anschluss in funktionellen Studien charakterisieren. Zusätzlich streben wir eine Validierung in weiteren unabhängigen Dystonie-Kohorten an.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen