Genetisch ungeklärte Familien mit kongenitalen Anomalien der Nieren und ableitenden Harnwege: Reanalyse von Exomdatensätzen, Genom-weite hochauflösende Untersuchung mittels genome imaging und funktionelle Charakterisierung identifizierter Kandidatengene

• Antragsteller: Dr. Helge Martens
• Fachliche Zuordnung: Humangenetik
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 459305231

Mit der Bezeichnung kongenitale Anomalien der Nieren und ableitenden Harnwege (CAKUT) werden Fehlbildungen zusammengefasst, die auf Grund von Störungen bei der Morphogenese der Nieren und ableitenden Harnwege entstehen. CAKUT stellen eine häufige Ursache für das terminale Nierenversagen im Kindes- und Jugendalter dar. Bisher sind etwa 60 Gene bekannt, deren Veränderung CAKUT in isolierter Form oder kombiniert mit milden extrarenalen Phänotypen hervorruft. Trotz Exom-weiter Sequenzierung fanden sich bisher in weniger als 15% aller CAKUT Patienten kausative Varianten in diesen Genen. Diese niedrige Detektionsrate verdeutlicht, dass die Identifizierung neuer CAKUT-assoziierter Gene hochrelevant ist. Darüber hinaus gibt es Hinweise darauf, dass eine Reanalyse von Datensätzen aus der Gesamtexomsequenzierung die Detektionsrate erhöht, z.B. durch neue klinische, genetische oder funktionelle Nachweise über die Pathogenität von Varianten, neu identifizierte Kandidatengene und verbesserte bioinformatische Algorithmen und Werkzeuge. Daher sollen im beantragten Projekt vorhandene Gesamtexomdaten von 100 genetisch ungeklärten CAKUT Familien gründlich reanalysiert werden (Arbeitspaket 1). Damit sollen neue CAKUT-relevante Gene identifiziert werden, und es soll nachgewiesen werden, wie hoch die Detektionsrate nach Reanalyse der Exomdatensätze von CAKUT Patienten ist (Ziel 1). Mit bisherigen Methoden wurden bei 10-15% der CAKUT Patienten strukturelle Varianten, wie Mikrodeletionen oder Mikroduplikationen, als genetische Ursache nachgewiesen, die mittels Gesamtexomsequenzierung oft nicht zuverlässig detektierbar sind. Das genome imaging ist eine neue Technologie, die durch die Untersuchung extrem langer linearer DNA-Moleküle eine optische Kartierung der DNA und einen Genom-weiten Nachweis struktureller Varianten mit einer Auflösung von bis zu 500 Basenpaaren ermöglicht. Bei 35 CAKUT Familien, die durch Reanalyse der Gesamtexomdaten nicht genetisch geklärt werden konnten, soll genome imaging durchgeführt werden (Arbeitspaket 2). Diese Technik soll erstmals in einer CAKUT Patientenkohorte zum Nachweis von strukturellen Varianten genutzt werden, deren Detektion mit NGS Methoden nicht oder nur eingeschränkt möglich war (Ziel 2). Schließlich sollen in den Arbeitspaketen 1 und 2 identifizierte CAKUT Kandidatengene funktionell charakterisiert werden. Zu diesem Zweck soll die Auswirkung von deren Funktionsverlust auf Tubulomorphogenese und Zystenbildung im Zellmodell nach deren knockout mittels CRISPR-Cas9 genomic engineering sowie rescue Experimenten mit Wildtyp bzw. variantentragenden Expressionskonstrukten untersucht werden (Arbeitspaket 3). Damit sollen Hinweise dafür gewonnen werden, ob diese Kandidatengene eine Rolle bei der Nierenentwicklung spielen und ausgewählte identifizierte Varianten pathogen sein könnten (Ziel 3). Insgesamt soll das beantragte Projekt mit hochaktuellen Methoden unseren Kenntnisstand über die genetischen Grundlagen von CAKUT erweitern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen