Charakterisierung meiotischer Hot Spots für nicht-allelische homologe Rekombination (NAHR)
Final Report Abstract
Nicht-allelische homologe Rekombination (NAHR) ist der wesentliche Mechanismus für die Entstehung von rekurrenten Genom-Umlagerungen, die zu ganz verschiedenen Krankheiten führen können. Rekurrente Genom-Rearrangments sind solche, die auch bei nicht-verwandten Patienten Bruchpunkte in denselben Genom-Bereichen aufweisen. Das Verständnis der genauen Umstände und Vorrausetzungen, die diesem Mutagenese-Mechanismus der NAHR zugrunde liegen und eventuell sogar begünstigen, ist von großem Interesse, auch für die Diagnostik der Krankheits-verursachenden Genom-Umlagerungen. Im Rahmen des Projekts konnten wir einen neuen NAHR Hot Spot identifizieren, genannt PRS3, der nur 1-kb an DNA umfasst und in welchem die Bruchpunkte von 10 von 11 untersuchten Typ-3 NF1 Deletionen lokalisiert sind. Der Hot Spot PRS3 liegt in den low-copy repeats NF1-REPb und NF1-REPc, innerhalb von Pseudogen-Abschnitten des LRRC37B Gens. Wir haben diesen NAHR Hot Spot nicht nur identifiziert, sondern auch charakterisiert. Im Gegensatz zu allen anderen bislang beschriebenen NAHR Hot Spots ist PRS3 nicht in Duplikationen lokalisiert, deren Ursprungssequenz auch einen Hot Spot für allelische homologe Rekombination (AHR) beinhaltet. Mit anderen Worten, der NAHR Hot Spot PRS3 hat sich nicht auf dem Hintergrund eines zuvor schon vorhandenen AHR Hot Spots entwickelt. PRS3 ist auch insofern ein ganz außergewöhnlicher NAHR Hot Spot, als dass er nicht über das PRDM9 Bindungsmotiv verfügt, das in allen anderen bislang charakterisierten NAHR Hot Spots gefunden wurde. Das Muster und die Menge an SNPs, die wir in PRS3 gefunden haben sprechen dafür, dass der PRS3 Hot Spot durch einen unilateralen Sequenzaustausch zwischen den rekombinierenden low-copy repeats geprägt ist. Wir stellten fest, dass die PRS3 Sequenz in NF1-REPc die Empfängersequenz sein muss während der nicht-allelischen homologen Genkonversion, die ohne Crossover einhergeht und NAHGC genannt wird. Im Gegensatz dazu ist PRS3 in NF1-REPb von seiner Sequenz her konstant und weist nur wenig Variation auf. Diese Befunde sprechen für einen unilateralen Sequenzaustausch zwischen NF1-REPb und NF1-REPc durch NAHGC. Diese Eigenschaften von PRS3 waren für uns überraschend, denn die NAHR Hot Spots, die bislang charakterisiert worden sind, weisen andere Merkmale auf, wie zum Beispiel bilateralen Sequenzaustauschen zwischen den rekombinierenden LCRs. Auch ging man bislang von der Hypothese aus, dass NAHR Hot Spots auf dem Hintergrund von AHR Hot Spots entstehen. Unsere Analysen des PRS3 NAHR Hot Spots sprechen jedoch dafür, dass NAHR Hot Spots auch „neu“ in hoch homologen Sequenzen entstehen können. Des Weiteren haben unsere Analysen gezeigt, dass die Lokalisationen von NAHR Hot Spots nicht einfach durch besondere Diversitätsmuster in den Referenzsequenzen des menschlichen Genoms vorausgesagt werden können, sondern dass hierbei uni- bzw. bilaterale Sequenzaustausche durch NAHGC berücksichtigt werden müssen. Unsere Analysen des PRS3 NAHR Hot Spots haben sehr zur Kenntnis der Eigenschaften solcher Sequenzen beigetragen, in welchen sich Rekombinations- assoziierte Genom-Bruchpunkte in Clustern ereignen. Wir haben alle Ziele des beantragten Projekts erreichen können und unsere Ergebnisse erfolgreich publiziert. Wir sehen in unseren Analysen auch ein hohes Zukunftspotential und möchten diese als Vorarbeiten nützen, um weitere Grundlagenforschungs-orientierte Untersuchungen durchzuführen, insbesondere in Bezug auf die NAHR assoziierte Genkonversion, die sich dann ereignet, wenn Rekombinationsfiguren zwischen nicht-allelischen, paralogen Sequenzen durch Crossover aufgelöst werden und zu Krankheits-assoziierten Rearrangements führen.
Publications
- Characterization of the nonallelic homologous recombination hotspot PRS3 associated with type-3 NF1 deletions. Hum Mutat. 2012 Feb;33(2):372-83
Zickler AM, Hampp S, Messiaen L, Bengesser K, Mussotter T, Roehl AC, Wimmer K, Mautner VF, Kluwe L, Upadhyaya M, Pasmant E, Chuzhanova N, Kestler HA, Högel J, Legius E, Claes K, Cooper DN, Kehrer-Sawatzki H
(See online at https://doi.org/10.1002/humu.21644) - Analysis of crossover breakpoints yields new insights into the nature of the gene conversion events associated with large NF1 deletions mediated by nonallelic homologous recombination. Hum Mutat. 2014 Feb;35(2):215-26
Bengesser K, Vogt J, Mussotter T, Mautner VF, Messiaen L, Cooper DN, Kehrer-Sawatzki H
(See online at https://doi.org/10.1002/humu.22473)
