Identifizierung und Charakterisierung von Krankheitsgenen für den Blasenekstrophie-Epispadie Komplex (BEEK)

• Antragsteller: Dr. Phillip Grote; Privatdozent Dr. Michael Knapp; Professor Dr. Benjamin Odermatt; Professor Dr. Heiko Reutter
• Fachliche Zuordnung: Humangenetik
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 228821268

Der Blasenekstrophie-Epispadie Komplex (BEEK) stellt die schwerste Form des urogenitalen Fehlbildungsspektrums dar. Dieses umfasst die Epispadie, als leichteste; die klassische Blasenekstrophie (KBE), als intermediäre und zugleich häufigste; und die kloakale Ekstrophie (KE), als schwerste Form. Etwa 98 % aller Patienten sind nicht-syndromal. Dem Großteil dieser Patienten liegt eine multifaktorielle Genese zugrunde. Hierbei sind neben Umwelteinflüssen auch genetische Faktoren kausal von Bedeutung.Durch genomweite Assoziationsstudien (GWAS) konnten wir kürzlich eine genomweit-signifikante Assoziation mit dem ISL1-Gen bei 208 KBE-Patienten nachweisen. Wir identifizierten mittels Exom-Analysen bei acht KE Patienten eine bisher nicht beschriebene de novo Mutation in SLC20A1, ein Gen, dessen Ausschalten bei Mäuseembryonen ein humanes KE-Erscheinungsbild bewirkt. Die Analyse von SLC20A1 in 406 BEEK Patienten erzielte zwei weitere bisher nicht beschriebene Varianten in zwei verschiedenen KBE Patienten. Eine Variante war de novo, die andere wurde von einer milde betroffenen Mutter mit Symphysendiastase vererbt. Unsere RNA in-situ-Hybridisierungen gegen isl1 und slc20a1a in frühen Entwicklungsstadien von Zebrafischlarven (zfl) zeigten Expression von isl1 und slc20a1a nahe der proximalen Region des sich entwickelnden Pronephros, was die Rolle beider Gene in der Entwicklung des Urogenitaltraktes in verschiedensten Spezies betont. Unsere Morpholino-knock-down Experimente in zfl zeigten zudem eine Spaltung des Proktodeums, entsprechend der offenen Harnblase bei der humanen KE/KBE.Für das beantragte Projekt stehen uns über 900 BEEK Patienten zur Verfügung. Dies entspricht dem weltweit größten Kollektiv zur Erforschung genetischer Ursachen des BEEK. Die Ziele des beantragten Projektes sind (i) die Erweiterung der bestehenden GWAS durch den Einschluss weiterer 557 KBE Patienten und weiterer mindestens 2817 ethnisch angeglichener Kontrollen, um weitere Risiko-Loci zu identifizieren, (ii) die Ergänzung unseres GWAS-Datensatzes durch Datensätze von Transkriptom-Analysen welches aus KBE-relevantem urogenitalen Gewebe von Mäuseembryonen während der Entwicklungstage E10.5 - E15.5 gewonnen wurde, (iii) Fortführung der Expressions- und Funktionsanalysen von isl1 und slc20a1a in zfl mit einem speziellen Fokus auf gezielte Bindungsstudien an transienten und/oder mittels CRISPR/Cas9 vermittelten isl1 Mutationen und deren Auswirkung auf die urogenitale Entwicklung in der zfl, sowie (iv) Exom-Analysen bei weiteren 40 Eltern-Kind-Trios mit KE, um weitere seltene monogene Formen zu identifizieren. Die Identifizierung weiterer Risiko-Loci und Mutationen sowie der dazugehörigen Gene und deren zellulären Netzwerke werden dazu beitragen, die Pathophysiologie des BEEK aufzuklären. Die Kenntnis der zellulären Ursachen könnte dazu dienen, Gen-Umwelt-Interaktionen zu erkennen, die dann präventiv während der vulnerablen embryonalen BEEK-Entstehung beeinflusst werden können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen