Epigenomische Kartierung der myogenen Regulation in der menschlichen Muskelentwicklung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Uwe Ohler
• Fachliche Zuordnung: Humangenetik ; Bioinformatik und Theoretische Biologie ; Entwicklungsbiologie
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 400728090

Kongenitale Myopathien und Muskeldystrophien sind eine Gruppe genetisch bedingter Muskelerkrankungen, die klinisch durch Muskelhypotonie und -schwäche gekennzeichnet sind und die entweder nicht oder nur langsam progredient sind. Der weit verbreitete Einsatz der Gesamtexom Sequenzierung (WES) im Laufe der letzten zehn Jahre hat zur Identifizierung der zugrunde liegenden genetischen Ursache vieler verschiedener kongenitaler Myopathien und Muskeldystrophien geführt. Allerdings konnte man bei einer großen Untergruppe dieser Fälle keine molekulare Diagnose finden. In unserer Forschungsgruppe haben wir uns auf eine Charité-Kohorte von Patienten mit kongenitaler Myopathie und Muskeldystrophie konzentriert, bei denen die WES keine genetische Ursache in den Protein-kodierenden Sequenzen gefunden hatte, und machten uns auf die Suche nach krankheitsverursachenden Varianten in den nicht-kodierenden oder regulatorischen Sequenzen des Genoms. Diese Regionen, die Enhancer und Transkriptionsfaktor-Bindungsstellen (TFBS) beherbergen, steuern muskelspezifische Genexpressionsprogramme, deren Fehlfunktion sehr wahrscheinlich zur Pathogenese beiträgt. In unserem gemeinsamen Forschungsprogramm haben wir eine Reihe umfassender epigenomischer und transkriptioneller Massen- und Einzelzellanalysen der aufeinanderfolgenden Entwicklungsstadien der Muskelzelldifferenzierung in Angriff genommen. Gleichzeitig haben wir Berechnungsmodelle für die multimodale Datenintegration entwickelt. Aufbauend auf diesen Arbeiten aus der ersten Förderperiode werden wir nun computergestützte Ansätze zur Klassifizierung verschiedener Enhancer-Untergruppen und zur Identifizierung relevanter DNA-Sequenzinformationen innerhalb myogener Regulationsregionen entwickeln. Wir werden diese Modelle nutzen, um Varianten zu identifizieren, von denen wir annehmen, dass sie die Transkriptionsprogramme bei Patienten mit kongenitaler Myopathie verändern. Wir werden die Auswirkungen von Dutzenden von Enhancer-Kandidaten sowie von Sequenzvariationen auf die Expression von Zielgenen mit Hilfe von CRISPRi/a-Screens validieren und anschließend die Auswirkungen nicht-kodierender Varianten auf die Differenzierung bestätigen. Auf diese Weise wird unser Projekt die Translation von den molekularbiologischen Grundlagen hin zu Diagnosen für Patienten mit seltenen Muskelkrankheiten ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2841: Jenseits des Exoms - Auffindung, Analyse und Vorhersage des Krankheitspotenzials nichtkodierender DNA Varianten.