Integrative kraniofaziale Genomik - von genomweiten Assoziationsstudien zu ihrer funktionellen Bedeutung

• Antragstellerin: Professorin Dr. Kerstin Ludwig
• Fachliche Zuordnung: Humangenetik ; Entwicklungsbiologie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 289822512

Nicht-syndromale Lippen-Kiefer-Gaumenspalten (nsLKG) gehören zu den häufigsten humanen Fehlbildungen. In den letzten Jahren wurden vor allem durch genomweite Assoziationsstudien bedeutende Fortschritte bei der Identifizierung von genetischen Risikofaktoren für nsLKG gemacht. Von den bisher bekannten 16 genetischen Risiko-Loci liegt die Mehrzahl in nicht-kodierenden, intergenischen Bereichen. Obwohl dies eine regulatorische Wirkung der identifizierten Varianten nahelegt ist unser Verständnis der zugrundeliegenden molekularen Vorgänge noch immer limitiert, u.a. aufgrund der eingeschränkten Verfügbarkeit von biologischem Material.Das Ziel der vorliegenden Emmy-Noether-Arbeitsgruppe ist es, die kraniofaziale Entwicklung mithilfe des nsLKG Phänotyps besser zu verstehen. Das Projekt beinhaltet (i) die Identifizierung neuer Risiko-Loci durch Integration genomweiter genetischer und funktioneller Datensätze, sowie (ii) die Charakterisierung neuer und bekannter Risikoregionen durch Anwendung genetischer, bioinformatischer und funktioneller Methoden. Die hierfür benötigten Datensätze (Histonmodifikationen, Transkriptionsfaktor-Profile, Expressionsanalysen) werden von Kooperationspartnern in embryonalem Maus- und Humangewebe erzeugt und durch Ergebnisse internationaler Konsortien (zB. FaceBase) ergänzt. Die dadurch identifizierten kausalen regulatorischen Elemente (inkl. durch sie regulierte Kandidatengene) werden in großen Kohorten von 1.500 nsLKG-Patienten und 1.500 Kontrollen mittels eines innovativen Next-Generation-Sequencing Protokolls (molecular inversion probes) sequenziert. Die Etablierung dieser Technologie ermöglicht eine zeit- und kosteneffiziente Sequenzierung von großen Kohorten und kann auch auf die Analyse somatischer Variationen und andere Phänotypen übertragen werden. Identifizierte Varianten werden mittels Sanger-Sequenzierung bestätigt und in zusätzlichen Familienmitgliedern getestet (Segregation / de novo). Auf Kohort-Ebene werden burden-Analysen Hinweise auf signifikante Häufung seltener Varianten in Patienten, in funktionell relevanten Regionen, liefern. Diese Ergebnisse werden durch funktionelle Analysen im Zebrafisch-Modell in vivo komplettiert. Hierfür werden bestätigte regulatorische Elemente unter Tol2-vermittelter Transposition in Einzell-Stadien Embryonen eingebracht und das Fluoreszenz-Muster bis fünf Tage nach der Befruchtung analysiert. Kandidatengene werden mittels Morpholino-knockdown oder unter Einsatz der neuen CRISPR / Cas9- Technologie untersucht.Die von der Emmy-Noether-Forschungsgruppe erzielten Ergebnisse werden neue Einblicke in die der kraniofazialen Entwicklung zugrunde liegenden molekularen Mechanismen liefern. Sie tragen darüber hinaus zu einem besseren Verständnis der regulatorischen Architektur nicht-kodierender Elemente sowie deren Rolle in der embryonalen Entwicklung und in humanen Fehlbildungen bei.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen
• Internationaler Bezug: Großbritannien, Niederlande, USA
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Dr. Justin Cotney; Professor Dr. Mike Dixon; Professor Dr. Alexander Hoischen; Privatdozentin Dr. Elisabeth Mangold; Professor Dr. Benjamin Odermatt; Dr. Alvaro Rada-Iglesias