Mitochondriale Erkankungen - long read Genom- und Transkriptomsequenzierung bei nach short read-Analysen ungelösten Patienten

• Antragsteller: Dr. Tobias Bernd Ludwig Haack
• Fachliche Zuordnung: Humangenetik ; Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 418081722

Mitochondriale Erkrankungen sind klinisch und genetisch äußerst heterogen und werden durch Defekte der Pyruvatoxidation verursacht. Umfassende Tests wie die Exom- oder Genomsequenzierung führten zu einer deutlich verbesserten diagnostischen Aufklärungsrate. Dennoch bleibt auch heute bei etwa der Hälfte der Patienten die genetische Diagnose unklar. Patienten und ihrer Familien können oftmals nicht angemessen informiert und keine zielgerichteten Therapieansätze entwickelt werden.In dem BMBF-geförderten Juniorverbund "mitOmics" haben wir in einem multidisziplinären Team umfangreiche Untersuchungen durchgeführt, um die molekularen Grundlagen von Patienten mit Mitochondriopathien aufzuklären. Das Projekt ermöglichte Genom-Trio-Analysen sowie RNAseq an biochemisch auffälligen Fibroblasten von Patienten. Obwohl der molekulare Defekt in weiteren 5-10% bisher ungelöster Fälle aufgeklärt werden konnte, blieb die Ursache bei den meisten Patienten weiterhin unklar.Eine mögliche Erklärung ist, dass wir die krankheitsursächlichen Veränderungen einfach nicht detektieren, weil wir die falsche Methode verwenden. Die meisten Exom- oder Genom-Datensätze werden derzeit auf Illumina-Systemen generiert. Hierbei können DNA- oder RNA-Sequenzen von etwa 75-150 bp abgelesen werden. Einzelne Nukleotidvarianten können hierbei gut nachgewiesen werden, für die Identifizierung andere Arten von genetischer Variation, wie Repeat-Expansionen oder -Kontraktionen sowie strukturelle Varianten ist sie allerdings ungeeignet.Jüngste Fortschritte bei long read-Technologien ermöglichen Leselängen von mehreren tausend Basenpaaren. Mit diesen Verfahren können bspw. Bereiche mit repetitiven Sequenzen analysiert werden, die für short read-Analysen nicht zugänglich sind. Darüber hinaus hat die Nanopore-Technologie das Potenzial, epigenetische Modifizierungen zu erkennen. Gegenwärtige Nachteile sind höhere Fehlerraten und Sequenzierkosten.In dieser Studie wollen wir auf unseren bereits etablierten Ressourcen, Daten und Erfahrungen in der Dateninterpretation aufbauen. Wir werden bei einer sorgfältig ausgewählten Kohorte von 30 Indexpatienten, für die bereits short read-Genome und Transkriptome vorhanden sind, eine long read- und Bisulfit-Sequenzierung durchführen. Die Datenintegration und -analyse wird die Priorisierung genetischer und epigenetischer Faktoren erlauben, die zuvor nicht detektiert werden konnten. Die Zelllinien der Patienten können anschließend als wertvolles Modell für funktionelle Studien oder die Evaluierung therapeutischer Interventionen dienen.Die generierten Daten werden nationalen und internationalen Netzwerken für seltene Erkrankungen zur Verfügung gestellt. Die Ergebnisse der Studie sollen zu neuen Erkenntnissen über Krankheitsentstehung und Zellbiologie führen, die Bewertung personalisierter Therapieoptionen ermöglichen, die molekulare Diagnostik von Patienten mit seltenen Krankheiten verbessern und zur Entwicklung der Routinediagnostik von morgen beitragen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen