Entschlüsselung molekularer Mechanismen der CHAMP1-Mangel-assoziierten Entwicklungsverzögerung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Neuronale Entwicklungsstörungen (NDD) stellen eine große und vielfältige Gruppe von Störungen dar, darunter geistige Behinderung, Autismus-Spektrum-Störungen, Aufmerksamkeitsdefizit-Hyperaktivitätsstörungen und Epilepsie. Die Einführung von Hochdurchsatz- Sequenzierungstechnologien wie Next Generation Sequencing Ansätzen hat unser Verständnis der genetischen Ursache verschiedener Formen von NDDs erheblich verbessert. Tatsächlich wurden bisher mehr als 1000 Gene identifiziert, wenn auch jedes einzelne davon nur in einer kleinen Anzahl von Fällen. Die ursächliche Gene kodieren für Proteine, die an verschiedenen zellulären Prozessen beteiligt sind. Diese können entweder „neuronenspezifisch“ sein, wie zum Beispiel synaptische Proteine, aber auch allgegenwärtiger, wie Proteine, die an der globalen Regulierung der Genexpression auf translationeller, transkriptioneller oder posttranskriptioneller Ebene beteiligt sind. In diesem Projekt wollten wir neue molekulare Mechanismen und Signalwege identifizieren, die durch CHAMP1 gesteuert werden, pathogene Varianten, die eine neurologische Entwicklungsstörung verursachen, die durch geistige Behinderung mit schwerer Sprachbeeinträchtigung und motorischer Entwicklungsverzögerung gekennzeichnet ist. Unsere Analysen verschiedener genomeditierter Zelllinien legen nahe, dass CHAMP1 eines der essentiellen menschlichen Gene ist, das eine Vielzahl grundlegender Funktionen steuert, die die Zellen zum Überleben benötigen. Des Weiteren zeigen wir, dass eine CHAMP1-Haploinsuffizienz in vom Patienten stammenden primären Fibroblasten eine Chromosomenfehlausrichtung, überzählige Zentrosomen, eine Anhäufung von CREST-positiven Mikrokernen und eine Gemischte Mosaik-Aneuploidie verursacht. Die Kombination von ChIP-seq (Chromatin- Immunpräzipitation (ChIP) mit massiv paralleler DNA-Sequenzierung) und RNA-Sequenzierung ergab, dass CHAMP1 eine Vielzahl von Genen, die am Fortschreiten des Zellzyklus und an der Mitose beteiligt sind, transkriptionell reguliert. Darüber hinaus haben wir gezeigt, dass die Transkriptionsaktivität des CHAMP1 abhängig vom Zelltyp und Zellzyklus sei. Darüber hinaus haben wir gezeigt, dass CHAMP1 CHEK1 und CDK1 in der G2-Phase reguliert, was auf seine Rolle als Regulator des G2/M-Kontrollpunkts hinweist und eine molekulare Erklärung für die beobachtete Gemischte Mosaik-Aneuploidie liefert. Wir haben unsere Analysen auch auf einen weiteren C2H2-ZnF-haltigen DNA-bindenden Transkriptionsfaktor, BCL11B, ausgeweitet. Basierend auf den klinischen und molekularen Befunden schlagen wir vor, dass BCL11B-Veränderungen zu einem phänotypischen Spektrum führen, das in vier Subtypen eingeteilt werden kann. Darüber hinaus deuten die klinischen, molekularen und Modellierungsdaten stark darauf hin, dass die phänotypische Vielfalt von BCL11B-bedingten Erkrankungen stark vom Einfluss verschiedener BCL11B-Veränderungen auf seine DNA-Bindungsaffinität und -Spezifität abhängt, was zu beispiellosen und unvorhersehbaren klinischen Ergebnissen führen kann. Zu guter Letzt identifizierten wir mehrere neue Krankheitsgene und erweiterten den Phänotyp, der mit pathogenen Varianten in AGO2, ANK3, DHX30 und TOR1AIP1 assoziiert ist. Dies liefert einen weiteren Beweis dafür, dass die Entwicklung und Funktion des Nervensystems besonders anfällig für Veränderungen in den Genexpressionsmustern und deren Regulierung ist.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Germline AGO2 mutations impair RNA interference and human neurological development. Nature Communications, 11(1).
Lessel, Davor; Zeitler, Daniela M.; Reijnders, Margot R. F.; Kazantsev, Andriy; Hassani, Nia Fatemeh; Bartholomäus, Alexander; Martens, Victoria; Bruckmann, Astrid; Graus, Veronika; McConkie-Rosell, Allyn; McDonald, Marie; Lozic, Bernarda; Tan, Ee-Shien; Gerkes, Erica; Johannsen, Jessika; Denecke, Jonas; Telegrafi, Aida; Zonneveld-Huijssoon, Evelien; Lemmink, Henny H. ... & Kreienkamp, Hans-Jürgen
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Two novel cases further expand the phenotype of TOR1AIP1-associated nuclear envelopathies. Human Genetics, 139(4), 483-498.
Lessel, Ivana; Chen, Mei-Jan; Lüttgen, Sabine; Arndt, Florian; Fuchs, Sigrid; Meien, Stefanie; Thiele, Holger; Jones, Julie R.; Shaw, Brandon R.; Crossman, David K.; Nürnberg, Peter; Korf, Bruce R.; Kubisch, Christian & Lessel, Davor
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ANK3 related neurodevelopmental disorders: expanding the spectrum of heterozygous loss-of-function variants. neurogenetics, 22(4), 263-269.
Kloth, Katja; Lozic, Bernarda; Tagoe, Julia; Hoffer, Mariëtte J. V.; Van der Ven, Amelie; Thiele, Holger; Altmüller, Janine; Kubisch, Christian; Au, Ping Yee Billie; Denecke, Jonas; Bijlsma, Emilia K. & Lessel, Davor
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Genotype–phenotype correlations and novel molecular insights into the DHX30-associated neurodevelopmental disorders. Genome Medicine, 13(1).
Mannucci, Ilaria; Dang, Nghi D. P.; Huber, Hannes; Murry, Jaclyn B.; Abramson, Jeff; Althoff, Thorsten; Banka, Siddharth; Baynam, Gareth; Bearden, David; Beleza-Meireles, Ana; Benke, Paul J.; Berland, Siren; Bierhals, Tatjana; Bilan, Frederic; Bindoff, Laurence A.; Braathen, Geir Julius; Busk, Øyvind L.; Chenbhanich, Jirat; Denecke, Jonas ... & Lessel, Davor
