Molekulare Charakterisierung von Defekten des Nexin-Dynein-Regulationskomplexes, die eine primäre Ziliardyskinesie (PCD) verursachen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Heike Olbrich; Professor Dr. Heymut Omran
• Fachliche Zuordnung: Kinder- und Jugendmedizin
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 433807262

Die primäre Ziliäre Dyskinesie (PCD) ist eine genetisch heterogene Erkrankung mit autosomal-rezessiven Vererbungsmuster, in seltenen Fällen X-gekoppelt. PCD ist gekennzeichnet durch wiederkehrende Atemwegsinfektionen, die zu einer fortschreitenden Schädigung der Lunge führen. Ursächlich ist die Funktionsstörung multipler motiler Zilien, die die Atemwege auskleiden. Dies führt zu einer verminderten mukoziliären Reinigung der Atemwege und chronischen Infektionen. Mutationen in den N-DRC-assoziierten Genen CCDC39 und CCDC40 führen zu deutlichen Zilienschlaganomalien und charakteristischen ultrastrukturellen Defekten, die durch Elektronenmikroskopie und Immunfluoreszenzanalysen nachgewiesen werden können. Im Gegensatz dazu führen Mutationen in N-DRC Genen wie GAS8, CCDC164 oder CCDC65 nur zu sehr subtilen Anomalien des Zilienschlags und der ziliären Ultrastruktur. Daher werden diese PCD-Varianten in der Standarddiagnostik nicht ohne weiteres erkannt und die betroffenen Patienten können "übersehen" werden, weil die subtilen Ziliendefekte durch die aktuellen diagnostischen Kriterien für die PCD nicht oder unzureichend erfasst werden. Daher ist es dringend notwendig, unser Wissen über die Zusammensetzung der menschlichen N-DRC- und N-DRC-assoziierten Komplexe zu erweitern und die genetischen Analysen zum Nutzen bisher nicht diagnostizierten Patienten zu verbessern. Im vorherigen Projekt haben wir bereits einen immunfluoreszenz-basierten IF-Screen durchgeführt, der sich auf N-DRC und N-DRC assoziierte Ziliendefekte konzentrierte. Mit Hilfe dieses IF-Screens konnten wir 149 Patienten mit isolierten N-DRC oder N-DRC assoziierten Defekten identifizieren und mittels panel-Sequenzierung und/oder WES sequenzieren. Nur bei 52 Patienten konnten wir die genetische Ursache klären. Hier wollen wir jetzt die bisher genetisch nicht geklärten Individuen mittels WES, WGS und RNAseq charakterisieren. Wir erwarten die Identifikation neuer PCD-verursachender Gene. Wir planen die Durchführung von WES-Trioanalysen bei 50 Familien und WGS-Trioanalysen bei 40 Familien, die trotz früherer WES-Analysen genetisch weiterhin ungelöst sind. Transkriptanalysen mit Hilfe von RNAseq sind für 40 Proben von PCD-Patienten und Kontrollen in Triplikaten geplant. RNAseq-Ergebnisse werden mit den WES- und WGS Analysen zur funktionellen Bewertung der identifizierten Gene und genetischen Varianten korreliert. Die Kandidatengene werden durch IF- und Proteininteraktionsstudien in Kontroll- und Patientenproben auf ziliäre Lokalisation und Interaktion mit weiteren axonemalen Komponenten untersucht. Da wir nur subtile Defekte des Zilienschlags erwarten, wird die mukoziliäre Reinigungskapazität von Atemwegsepithelien im Zellkultursystem beurteilt. Eine sorgfältige Genotyp/Phänotyp-Korrelation wird durchgeführt, um die diagnostischen Verfahren zu verbessern und die Identifizierung von Personen mit N-DRC- und N-DRC-assoziierten Defekten zum Wohle der Patienten zu ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Peter Nürnberg