Identifizierung der pathogenen genetischen Varianten bei Patient:innen mit kongenitalen Hirnkrankheiten durch die Integration von Genom- und Transkriptomsequenzierung

• Antragstellerin: Professorin Dr. Kerstin Kutsche
• Fachliche Zuordnung: Humangenetik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 513958071

Seltene Mendel’sche Krankheiten sind in der Regel monogen und umfassen ~8.000 Erkrankungen. Kongenitale Hirnkrankheiten, wie Mikrozephalie, Fehlbildungen des Kortex, des Hinterhirns und des Corpus Callosum, gehören zu den monogenen Krankheiten. Die Gesamt-Exom-Sequenzierung (GES), hauptsächlich GES von Patienten-Eltern-Trios, hat wesentlich zur Krankheitsgenidentifizierung und dem Verständnis der Beziehung zwischen Genen, Phänotypen und molekularen Mechanismen beigetragen. Die Gesamt-Genom-Sequenzierung (GGS) ist der logische nächste Schritt für die Aufdeckung von nicht durch GES gefundenen krankheitsassoziierten Varianten und neuen Krankheitsgenen; dazu gehören Varianten in nicht-kodierenden Regionen von proteinkodierenden Genen, solche in RNA-Genen und strukturelle Varianten. Die Transkriptomsequenzierung (TS) kann als begleitende Methode nützlich sein, um aberrante Expressionslevel, aberrantes Spleißen und monoallelische Expression aufzudecken. Hierdurch können die durch GGS aufgedeckten Kandidatengene priorisiert werden. Für die Untersuchung des Einflusses einer potenziell pathogenen Variante ist der zelluläre Kontext, in dem ein Krankheitsgen exprimiert wird, wichtig. Die entsprechenden Gewebeproben sind aber in der Mehrheit der Fälle nicht verfügbar. Humane pluripotente Stammzellen (hiPSCs), die von Patientenzellen generiert und in vitro in den gewünschten Zelltyp differenziert werden, dienen als Modellsystem für die TS und die Untersuchung des zellulären Phänotyps. In diesem Projekt wollen wir die genetische Ursache bei 25 GES-negativen Patienten mit kongenitaler Hirnkrankheit aufdecken: 7 Patienten haben Anomalien der Kommissuren und 13 des Hinterhirns, 3 zeigen Fehlbildungen der kortikalen Entwicklung, alle entweder mit oder ohne Mikrozephalie, und 2 haben Mikrozephalie mit intrauteriner Wachstumsretardierung. Existierende Trio-GES-Daten werden zunächst mit einer aktualisierten bioinformatischen Pipeline reanalysiert, um potenziell pathogene Varianten in einem Krankheits- oder Kandidatengen in bis zu 20 % der 25 Patienten zu finden. Im nächsten Schritt wird bei 20 genetisch ungelösten Patienten eine Trio-GGS durchgeführt, um potenziell pathogene Varianten in einem Gen oder nicht-kodierender Region aufzudecken. Maximal 5 Patienten mit einer Variante in nicht-kodierender Region oder ohne genetische Variante nach GGS sowie deren gesunde Eltern werden ausgewählt, um aus ihren primären Urinzellen hiPSCs herzustellen, diese in humane induzierte neurale Stammzellen (hiNSCs) zu differenzieren und TS an aus hiNSCs isolierter RNA durchzuführen. Die Integration von GGS- und TS-Daten soll die Aufdeckung oder Bestätigung der genetischen Ursache bei den Patienten unterstützen. hiNSCs von einem bzw. maximal zwei Patienten-Eltern-Trio(s), die genetisch geklärt wurden, sollen in humane kortikale Neuronen differenziert und hinsichtlich morphologischer Auffälligkeiten untersucht werden, um Einblicke in die Pathophysiologie zu erlangen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen