Genetically unsolved families with congenital anomalies of the kidney and urinary tract: reanalysis of whole-exome data, genome-wide high-resolution analysis using genome imaging and functional characterization of identified candidate genes
Final Report Abstract
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 16% 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 Exomsequenzierung 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 wurden im Projekt vorhandene Daten aus Exomsequenzierungen von 101 genetisch ungeklärten CAKUT Familien gründlich reanalysiert und hinsichtlich sehr seltener, kodieren Varianten, Splice-Site-Varianten im Bereich ±5 Basenpaare, digener Vererbung, sowie struktureller Varianten, wie z.B. Kopienzahlvarianten (CNVs, copy-number variants) analysiert. Durch die Reanalyse der Exomdaten konnten in 12% der untersuchten Fälle (wahrscheinlich) pathogene Varianten in CAKUT-assoziierten Genen identifiziert werden. In 16% der Fälle identifiziert wir Varianten in neuen vielversprechenden CAKUT-relevanten Kandiatengenen. Die Rolle eines ausgewählten Kandidatengen bei der Nierenentwicklung wurde charakterisiert und der Einfluss von Varianten in diesem Gen bei der CAKUT-Pathogenese untersucht. Angenommen wird, dass in 10-15% der CAKUT Patienten strukturelle Varianten, wie Mikrodeletionen oder Mikroduplikationen, mit bisherigen Methoden (insbesondere die Arraybasierte komparative genomische Hybridisierung; Array-CGH) als genetische Ursache nachgewiesen werden können. Mittels Exomsequenzierung lassen sich diese Varianten oft nicht zuverlässig detektieren. Das optical genome mapping (OGM) 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 Exomdaten nicht genetisch geklärt werden konnten, wurde OGM durchgeführt. In dieser Studie konnten mit dieser Technik CNVs in 9% der Fälle bestätigt werden. Optical genome mapping wurde in dieser Studie erstmals in einer CAKUT Patientenkohorte zum Nachweis von strukturellen Varianten genutzt, deren Detektion mit NGS Methoden zuvor nicht oder nur eingeschränkt möglich war. Insgesamt konnten wir mit hochaktuellen Methoden, d.h. mittels Reanalyse vorhandener Exomdaten, sowie mittels OGM, 21% der zuvor nicht diagnostizierten Fälle durch diese beiden methodischen Ansätze aufklären, und den Kenntnisstand über die genetischen Grundlagen von CAKUT erweitern.
Publications
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Diagnostic yield and benefits of whole-exome sequencing in patients with congenital anomalies of the kidney and urinary tract (CAKUT) diagnosed in the first thousand days of life. Jahrestagung der European Society for Paediatric Nephrology (ESPN), virtueller Kongress, 16.-9.09.2021.
Werfel L, Martens H, Hennies I, Christians A, Gjerstad AC, Fröde K, Ludwikowski BM, Geffers R, Billing H, Kirschstein M, Hofmann AD, Bjerre A, Haffner D & Weber RG
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Diagnostic yield and benefits of whole-exome sequencing in patients with congenital anomalies of the kidney and urinary tract (CAKUT) diagnosed in the first thousand days of life. Jahrestagung der European Society of Human Genetics (ESHG), virtueller Kongress, 28.-31.08.2021
Werfel L, Martens H, Hennies I, Christians A, Gjerstad AC, Fröde K, Ludwikowski BM, Geffers R, Billing H, Kirschstein M, Hofmann AD, Bjerre A, Haffner D & Weber RG
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Heterozygous DHTKD1 Variants in Two European Cohorts of Amyotrophic Lateral Sclerosis Patients. Genes, 13(1), 84.
Osmanovic, Alma; Gogol, Isabel; Martens, Helge; Widjaja, Maylin; Müller, Kathrin; Schreiber-Katz, Olivia; Feuerhake, Friedrich; Langhans, Claus-Dieter; Schmidt, Gunnar; Andersen, Peter M.; Ludolph, Albert C.; Weishaupt, Jochen H.; Brand, Frank; Petri, Susanne & Weber, Ruthild G.
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Diagnostic yield and benefits of whole-exome sequencing in patients with congenital anomalies of the kidney and urinary tract (CAKUT) diagnosed in the first thousand days of life. Jahrestagung der International Pediatric Nephrology Association (IPNA), Calgary, Kanada, 7.-11.09.2022.
Werfel L, Martens H, Hennies I, Gjerstad AC, Fröde K, Altarescu G, Banerjee S, Valenzuela Palafoll I, Geffers R, Kirschstein M, Christians A, Bjerre A, Haffner D & Weber RG
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Diagnostic yield and benefits of whole-exome sequencing in patients with congenital renal anomalies diagnosed in the first thousand days of life. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Humangenetik (GfH), Würzburg, 16.-18.3.2022.
Martens H, Werfel L, Hennies I, Christians A, Gjerstad AC, Fröde K, Brunkhorst L, Ludwikowski BM, Geffers R, Billing H, Kirschstein M, Hofmann AD, Bjerre A, Haffner D & Weber RG
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Heterozygous DACT1 variants impacting DVL2 binding in patients with kidney anomalies and features of Townes-Brocks syndrome 2. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Humangenetik (GfH), Würzburg, Deutschland, 16.-18.3.2022.
Christians A, Kesdiren E, Hennies I, Hofmann AD, Trowe MO, Brand F, Martens H, Kindem IA, Gucev Z, Zirngibl M, Geffers R, Seeman T, Kispert A, Billing H, Bjerre A, Tasic V, Haffner D, Dingemann J & Weber RG
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Heterozygous variants in the DVL2 interaction region of DACT1 cause CAKUT and features of Townes–Brocks syndrome 2. Human Genetics, 142(1), 73-88.
Christians, Anne; Kesdiren, Esra; Hennies, Imke; Hofmann, Alejandro; Trowe, Mark-Oliver; Brand, Frank; Martens, Helge; Gjerstad, Ann Christin; Gucev, Zoran; Zirngibl, Matthias; Geffers, Robert; Seeman, Tomáš; Billing, Heiko; Bjerre, Anna; Tasic, Velibor; Kispert, Andreas; Ure, Benno; Haffner, Dieter; Dingemann, Jens & Weber, Ruthild G.
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TSHZ3 is mutated in human CAKUT. Jahrestagung der European Society of Human Genetics (ESHG), Wien, Österreich, 11.-14.06.2022.
Kesdiren E, Martens H, Werfel L, Hennies I, Geffers R, Bräsen JH, Gucev Z, Seeman T, Tasic V, Schmidt S, Brand F, Christians A, Haffner D & Weber RG
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Reanalysis of whole-exome sequencing data and optical genome mapping in genetically undiagnosed patients with congenital anomalies of the kidney and urinary tract (CAKUT). Jahrestagung der Europäischen Gesellschaft für Humangenetik (ESHG), Glasgow, Scotland, UK, 10.-13.6.2023.
Martens H, Greipel L, Lühmann JL, Werfel L, Christians A, Hofmann W, Geffers R, Hofmann AD, Steinemann D, Bjerre A, Haffner D & Weber RG
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TSHZ3 is mutated in human CAKUT. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Humangenetik (GfH), Kassel, Deutschland, 15.-17.03.2023.
Kesdiren E, Martens H, Brand F, Werfel L, Wedekind L, Trowe MO, Schmitz J, Hennies I, Geffers R, Gucev Z, Seeman T, Schmidt S, Tasic V, Bräsen JH, Kispert A, Christians A, Haffner D & Weber RG
