Aberrante Imprinting-Muster beim Menschen: Einsatz genomweiter Verfahren zum besseren Verständnis der Imprinting-Regulation und seiner Störungen

• Antragsteller: Professor Thomas Eggermann, Ph.D.; Dr. Florian Kraft
• Fachliche Zuordnung: Humangenetik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 497659591

Unter Imprinting-Erkrankungen (ImpDis) werden angeborene Erkrankungen zusammengefasst, die durch Störungen von elterlich geprägten Genen charakterisiert sind. Diese Gene werden entweder vom väterlichen oder mütterlichen Allel exprimiert und die Störungen umfassen sowohl genomische als auch epigenetische Veränderungen. Die klinische Diagnose von ImpDis ist oft durch die phänotypische Unspezifität erschwert, die Symptome können überlappen. ImpDis basieren auf vier Typen molekularer Veränderungen: Drei davon sind klassische genomische Veränderungen sind, dagegen handelt es sich bei Epimutationen um DNA-Modifikationen (z.B. 5-Methylcytosin). Die Ursachen der Epimutationen sind in den meisten Fällen unbekannt, aber molekulare Veränderungen sowohl in den geprägten Regionen selbst (cis Faktoren) also auch in anderen Regionen (trans Faktoren) scheinen eine wesentliche Rolle zu spielen. Systematische Ansätze fehlen aber hierzu. Die Gründe hierfür liegen in technischen Limitationen als auch in der Seltenheit von ImpDis. Mit der Implementierung von NextGenerationSequencing- und Longread-Sequenzier-Techniken sind nun geeignete Verfahren für die umfassende Erfassung genomischer, struktureller, epigenetischer und transkriptorischer Faktoren der epigenetischen Regulation und ihrer Störungen verfügbar. Das geplante Projekt verbindet second und third generation sequencing-Ansätze mit einer einzigartigen Kohorte von Patienten mit 11p15.5- und 14q32-Epimutationen mit dem Ziel, (epi)genetische Veränderungen auf allelischer Ebene zu erfassen. Der Ansatz beinhaltet: (a) Die genomweite Analyse der Methylierung in Patienten mit Epimutationen in 11p15.5 und 14q32, um Multilocus- ImprintingVeränderungen (MLID) und molekulare ImpDis-Subgruppen zu unterscheiden. (b) Die Identifizierung genomischer Varianten in cis- und trans-, die sowohl MLID als auch isolierte Epimutationen verursachen. (c) Bestimmung der allel-spezifischen Methylierungsmuster bei den Patienten auf Einzelmolekülbasis über eine lange Distanz, wodurch differentiell methylierte Regionen (DMR) im Ganzen abgedeckt werden. (d) Charakterisierung großer struktureller Varianten, um neue regulative Elemente zu identifizieren. Zusammenfassend zielt der Antrag auf die Identifizierung von funktionell relevanten Faktoren ab. Durch diesen umfassenden Ansatz werden sowohl epigenomweite Muster aberranter Methylierung als auch relevante Faktoren in dem selben Ansatz erfasst. Die Analyse ist nicht auf spezifische Regionen wie DMRs beschränkt, vielmehr deckt der Ansatz ganze Genome ab. In Kombination mit Transkriptomdaten werden die funktionellen Konsequenzen des gestörten Imprinting erfasst. Diese Strategie trägt nicht nur zum Verständnis der Pathoätiologie der ImpDis bei, sondern die Ergebnisse können translational für das klinische Management genutzt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen