Identifizierung und funktionelle Analyse neuer Krankheitsgene für früh manifeste neurologische Entwicklungsstörungen

• Antragstellerin: Dr. Frederike Leonie Harms
• Fachliche Zuordnung: Humangenetik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 537922834

Die Next-generation sequencing (NGS)-Technologien haben die Entdeckung neuer Krankheitsgene für Mendel‘sche Erkrankungen beschleunigt. Bis zu 60% der Patient:innen erhalten durch die Routinediagnostik keine genetische Diagnose, was nahe legt, dass noch neue Krankheitsgene aufgedeckt werden. Bei Varianten in sogenannten Kandi¬datengenen ist es notwendig, krankheitsursächliche Sequenzvarianten von Varianten ohne funktionelle Relevanz zu unterscheiden und Einsicht in die Pathophysiologie zu erlangen. Mein Forschungsschwerpunkt liegt auf der Identifizierung und Validierung pathogener Varianten in Kandidatengenen für früh manifeste neurologische Entwicklungsstörungen (NDDs = neurodevelopmental disorders). Ziel dieses Projekts ist die Bestätigung der Pathogenität von Varianten in zwei Kandidatengenen durch funktionelle Studien und die Identifizierung der genetischen Ursache bei Patient:innen ohne molekulare Diagnose durch genom¬weite NGS-Methoden. Ich identifizierte CTU1, das für die zytosolische Thiouridylase-Untereinheit 1 kodiert, als neues autosomal-rezessives Kandidatengen für NDD mit Riechkolbenaplasie. Um den Effekt der CTU1-Missensevarianten zu charakterisieren, werde ich die Thiolierung des Wobble-Uridins der Glutamin-, Glutamat- und Lysin-tRNAs, die durch CTU1 katalysiert wird, in den Fibroblasten der Patient:innen untersuchen und betroffene Signalwege proteomweit analysieren. Die ATP- und Eisen-Schwefel-Cluster-Bindung sowie Protein-Protein-Interaktionen der CTU1-Mutanten werde ich ebenfalls untersuchen. Ich identifizierte zehn Patient:innen mit Mikrozephalie und/oder eingeschränkten geistigen Funktionen mit heterozygoten (überwiegend de novo) Funktionsverlustvarianten in MSI1. MSI1 kodiert für das RNA-bindende Protein Musashi-1, das für die Selbsterneuerung und Proliferation von (neuralen) Stammzellen (NSCs) wichtig ist. Da MSI1 spezifisch während der Hirnentwicklung exprimiert ist, werde ich humane induzierte pluripotente Stammzellen (hiPSCs) aus zwei Patient:innenfibroblastenlinien generieren und in diesen die MSI1-Varianten durch CRISPR/Cas9-basierte Genomeditierung korrigieren. Die hieraus differenzierten hiNSCs werde ich nutzen, um deregulierte Signalwege in mutierten im Vergleich zu Wildtyp-hiNSCs durch transkriptom- und proteomweite Analysen aufzudecken. Um neue NDD-assoziierte Gene zu finden, werde ich vorhandene Trio-Exomdaten von zehn Patient:innen ohne genetische Diagnose reanalysieren. Bei bis zu fünf weiterhin ungeklärten Fällen werde ich eine Trio-Genomsequenzierung durchführen. Bei der Auswertung der Genomdaten werde ich mich auf das Exom konzentrieren, aber auch tiefintronische Varianten und solche in untranslatierten Regionen sowie genomweite Kopienzahl- und Struktur¬varianten einschließen. Die hier generierten funktionellen und genetischen Daten werden einen entscheidenden Beitrag zum Verständnis der Genetik und der zugrundeliegenden Pathophysiologie von früh manifesten NDDs leisten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen