Identifizierung neuer krankheitsverursachender Strukturvarianten durch optische Genomkartierung und Long-Read-Genomsequenzierung

• Antragstellerinnen: Professorin Dr. Christine Klein; Professorin Dr. Katja Lohmann
• Fachliche Zuordnung: Humangenetik ; Molekulare und zelluläre Neurologie und Neuropathologie
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 575669435

Die Identifizierung genetischer Ursachen bei Patienten mit einer monogenen Erkrankung ist von großer Bedeutung für die Diagnosestellung, die fundamental für eine gezielte Behandlung und Beratung ist. Genetische Ursachen können vielfältig sein, und es wird zunehmend erkannt, dass strukturelle Varianten (SV) wie Kopienzahlveränderungen (copy number variants, CNV), Inversionen und Repeat-Expansionen zu genetischen Erkrankungen beitragen. Diese sind jedoch schwer zu identifizieren. Die diagnostische Ausbeute bei Erkrankungen wie Ataxie und Dystonie, liegt bei unbefriedigenden <50 %. SV könnten einen erheblichen Teil der noch ungelösten genetischen Ursachen erklären. Insbesondere die Untersuchung von isolierten Populationen oder Populationen, die in der Genomforschung noch nicht intensiv untersucht wurden, so genannte unterrepräsentierte Populationen (URP), kann die Identifizierung neuer Krankheitsgene fördern. Wir schlagen hier vor, zwei aktuelle Methoden zum Screening von Patienten aus Europa und URP auf SV zu nutzen, und zwar optische Genomkartierung (optical genome mapping, OGM, Saphyr®-System, Bionano Genomics) und long-read Genomsequenzierung (LR-WGS, PromethION, Oxford Nanopore). Während OGM eine zytogenetische Technik der nächsten Generation ist, die DNA mit ultrahohem Molekulargewicht verwendet, um das fluoreszenzmarkierte Muster einzelner DNA-Moleküle zu bewerten, basiert LR-WGS auf der Sequenzierung der dritten Generation von sehr langen DNA-Fragmenten, die beide den Nachweis von SV ermöglichen. Durch den Einsatz von OGM wollen wir die Einschränkungen sequenzierungsbasierter Ansätze überwinden, wie z.B. die Analyse GC-reicher und komplexer genomischer Regionen. Darüber hinaus ermöglicht OGM die genomweite Suche nach SV zu deutlich geringeren Kosten als LR-WGS. Wir haben Erfahrung mit klinischen und genetischen Studien und haben OGM bereits erfolgreich angewendet. Wir schlagen hier ein Projekt mit einem dreistufigen Verfahren zum Nachweis von SV bei Ataxie oder Dystonie vor, und zwar durch (1) Untersuchung von Patienten mittels OGM und/oder LR-WGS, (2) Validierung neu identifizierter Kandidaten-SV bei verfügbaren Familienmitgliedern und einer größeren Gruppe von bis zu 1000 Patienten und 500 Kontrollen, und (3) Gewinnung erster Einblicke in die veränderte Genfunktion durch Prüfung auf Expressionsunterschiede. Unser Ziel ist es, 100 sorgfältig ausgewählte Indexpatienten aus Multiplex-Familien und/oder mit frühem Erkrankungsbeginn zu untersuchen. Etwa die Hälfte dieser Patienten ist bereits vorhanden, während die übrigen Patienten in Lübeck und aus URP in Argentinien, Chile und Malaysia rekrutiert werden. Die Entdeckung neuer SV/Krankheitsgene wird dazu beitragen, die diagnostische Odyssee für die Betroffenen zu beenden und die Krankheitsursache auch bei anderen Patienten zu finden. Sie bietet neue globale Einblicke in die Krankheitsmechanismen und fördert die weitere Forschung mit dem letztendlichen Ziel der Entwicklung neuer Therapien.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen