Identifizierung neuer expandierender Repeat-Erkrankungen bei autosomal-dominanten zerebellären Ataxien

• Antragsteller: Dr. Holger Hengel; Professor Stephan Ossowski, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Molekulare und zelluläre Neurologie und Neuropathologie ; Humangenetik ; Klinische Neurologie; Neurochirurgie und Neuroradiologie ; Medizininformatik und medizinische Bioinformatik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 458746698

Autosomal Dominate Zerebelläre Ataxien (ADCAs) sind neurogenetischer Erkrankungen die vorrangig zu einer Degeneration des Kleinhirns, mit voranschreitender Koordinationsstörung von Gang, Extremitäten und Sprache führen. Aktuell sind etwa 50 ADCA-Gene bekannt. Die weltweit häufigsten ADCA-Genotypen sind die Spinozerebelläre Ataxie Typ 3 (SCA3), SCA 1, SCA2, SCA6 und SCA7. Diese werden durch exonische CAG-Trinukleotid Repeat-Expansionen verursacht. Andere Genotypen sind seltener und werden meist durch Punktmutationen in Genen verursacht, die neben Ionenkanälen auch für viele andere Proteinklassen kodieren. Nichtkodierende Repeat Expansionen (REs) sind eine weitere Ursache von ADCAs und führen generell auffallend häufig zu zerebellären Phänotypen. So verursachen die kürzlich beschriebenen intronischen Repeats im RFC1-Gen das autosomal rezessiv vererbte CANVAS Syndrom. Trotz dieser bekannten Genotypen bekommen dennoch schätzungsweise nur 50% aller ADCA Patienten eine genetische Diagnose. Auch in der Tübinger ADCA Kohorte bleiben, nach sorgfältiger genetischer Diagnostik mit Suche nach den bekannten REs und anschließender Exom Sequenzierung, von 400 ADCA Familien 100 Index Patienten ohne genetische Diagnose. Mit diesem Projekt wollen wir die genetische Ursache der "ungelösten" Familien aufklären, und dabei neue Pathomechanismen und Genotypen von ADCAs identifizieren. Wir wollen dazu spezifisch die impliziten Grenzen der short-read Sequenziertechniken adressieren und nach neuen REs aber auch nach neuen Strukturvarianten suchen. Basierend auf der Tübingen Kohorte von 100 ungelösten ADCA Familien, wird jeder Index Patient long-read Genom sequenziert (Nanopore-Sequenzierung). Zur Suche nach neuen REs wird ein bioinformatischer Algorithmus entwickelt und anhand einer identisch sequenzierten positiven Kontrollkohorte von gelösten ADCA Patienten mit bekannten REs sowie einer negativen Kontrollkohorte trainiert. Zur Segregationsanalyse möglicher neuer REs und zur Evaluation in weiteren Kohorten wollen wir eine neue NGS Methode verwenden, die sich das CRISPR/Cas9 System zur Anreicherung schwer amplifizierbarer Regionen zunutze macht. Das von PacBio bereits verfügbare "no-amplification targeted sequencing" Protokoll ermöglicht es erstmals REs mit einer Auflösung auf Basenebene mittels einer NGS Technik durchgehend und ökonomisch zu sequenzieren. Basierend auf dieser und vergleichbaren Techniken erwarten wir in den nächsten Jahren rapide Fortschritte in der Erforschung von Repeat-Expansion Erkrankungen ähnlich der Fortschritte die der Einführung von short-read NGS Techniken bzgl. konventioneller Varianten gefolgt sind. Dieses Projekt wird somit nicht nur die Grundlagenforschung von ADCAs bzgl. Ätiologie, Pathogenese und Diagnostik vorantreiben, sondern auch dazu beitragen aktuelle NGS Technik sowie die dazugehörige Bioinformatik weiter voranzubringen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Dr. Nicolas Casadei; Dr. Tobias Bernd Ludwig Haack; Professor Dr. Ludger Schöls; Professorin Dr. Rebecca Schüle; Professor Dr. Matthis Synofzik