Entdecktes Gen verursacht Kabuki-Syndrom: Forscher rationalisieren DNA-Sequenzierungsstrategien, um Gene für seltene Krankheiten schnell zu finden

Entdecktes Gen verursacht Kabuki-Syndrom: Forscher rationalisieren DNA-Sequenzierungsstrategien, um Gene für seltene Krankheiten schnell zu finden
Entdecktes Gen verursacht Kabuki-Syndrom: Forscher rationalisieren DNA-Sequenzierungsstrategien, um Gene für seltene Krankheiten schnell zu finden
Anonim

Mit einer neuen, schnellen und kostengünstigeren DNA-Sequenzierungsstrategie haben Wissenschaftler genetische Veränderungen entdeckt, die für die meisten Fälle des Kabuki-Syndroms verantwortlich sind, einer seltenen Erkrankung, die mehrere Geburtsfehler und geistige Behinderung verursacht. Anstatt das gesamte menschliche Genom zu sequenzieren, sequenziert der neue Ansatz nur das Exom, die 1-2 Prozent des menschlichen Genoms, die proteinkodierende Gene enth alten.

Das Kabuki-Syndrom, das eine geschätzte Inzidenz von 1 von 32.000 Geburten hat, wurde ursprünglich 1981 von japanischen Wissenschaftlern beschrieben. Patienten mit dieser Störung haben oft ausgeprägte Gesichtszüge, die dem Make-up ähneln, das von Kabuki-Schauspielern getragen wird, eine japanische Theaterform.

Die in Nature Genetics veröffentlichte Arbeit wurde von Wissenschaftlern der University of Washington in Seattle als Teil einer größeren Anstrengung durchgeführt, DNA-Sequenzierungstechnologien der „zweiten Generation“auf neue Weise einzusetzen, um Gene für seltene Erkrankungen zu identifizieren. Das Projekt wird durch einen Zuschuss des American Recovery and Reinvestment Act in Höhe von 3,9 Millionen US-Dollar vom National Human Genome Research Institute (NHGRI), Teil der National Institutes of He alth, finanziert.

"Aus dieser Arbeit geht hervor, dass neue DNA-Sequenzierungstechnologien leistungsstarke und effektive Werkzeuge sind, mit denen Wissenschaftler die Entdeckung von Genen beschleunigen können, die an seltenen Krankheiten beteiligt sind, eine Anstrengung, die zuvor langsam und kostspielig war", sagte NHGRI-Direktor Eric D. Green, MD, Ph.D. „Das Potenzial, Genmutationen, die mehr als 6.000 seltene Krankheiten verursachen, schnell zu identifizieren, ist ein wichtiger Schritt nach vorne für Forscher, die versuchen, die Biologie dieser Erkrankungen zu verstehen und dadurch Strategien zur Versorgung der betroffenen Patienten zu verbessern."

Die Forscher der University of Washington sequenzierten die Exome von 10 nicht verwandten Personen mit Kabuki-Syndrom. Ausgehend von der Prämisse, dass das Kabuki-Syndrom durch Veränderungen in nur einem einzigen Gen verursacht wird, verglichen die Forscher die Exome der 10 Patienten mit der menschlichen Genomsequenz, um nach Unterschieden zu suchen, die die betroffenen Personen gemeinsam haben. Zunächst identifizierten die Forscher keine.

Die Forscher testeten dann die Hypothese, dass das Kabuki-Syndrom genetisch heterogener ist als ursprünglich angenommen, und dass möglicherweise mehrere Gene die Störung verursachen könnten. Auf der Suche nach neuartigen Varianten in Genen, die von Untergruppen der Exome der 10 Patienten gemeinsam genutzt wurden, fanden sie neuartige, passende Varianten, die in drei Genen in neun Exomen des Patienten geteilt wurden, in sechs Genen in mindestens acht Exomen geteilt wurden und geteilt wurden 16 Gene unter sieben Exomen.

Da es keine offensichtliche Möglichkeit gab, diese Genkandidaten einzustufen, kategorisierten die Forscher jeden Kabuki-Fall basierend auf einer subjektiven Einschätzung, wie gut der Patient zu den Merkmalen des Kabuki-Syndroms passte.Sie suchten insbesondere auch nach Varianten in Genen, die zu einem Funktionsverlust führten. Die kombinierte Analyse deutete auf das Gen MLL2 hin.

Die Forscher fanden neuartige Varianten, die in den vier höchstrangigen Fällen und in drei der verbleibenden sechs Fälle zu einem Funktionsverlust des MLL2-Gens führen. Die Varianten waren Nonsense- und Frameshift-Mutationen. Die Nonsense-Mutation ersetzte ein einzelnes Nukleotid (ein Molekül, das sich verbindet, um DNA zu bilden) im Gencode, während die Frameshift-Mutation zu einer Deletion von vier Nukleotiden im Gen führte.

In diesen Fällen führte jede Nonsense- und Frameshift-Mutation zur Produktion eines verkürzten, nicht funktionsfähigen Proteins. Das MLL2-Gen codiert normalerweise ein Protein, das für die Regulation von Chromatin wichtig ist, ein Protein, das dabei hilft, die DNA in eine kompakte Form zu verpacken und es dem Chromosom ermöglicht, in den Zellkern zu passen. Veränderungen in der Chromatinstruktur sind mit der DNA-Replikation und dem An- oder Absch alten von Genen verbunden.

Sobald die Forscher das MLL2-Gen vermuteten, wurde eine Folgesequenzierung mit der traditionellen und hochgenauen Sanger-DNA-Sequenzierungsmethode durchgeführt, die besser in der Lage ist, Frameshifts zuverlässig zu erkennen, um zusätzliche MLL2-Genvarianten mit Funktionsverlust zu identifizieren, die in zwei der drei verbleibenden Fälle zu einem Funktionsverlust führen.Letztendlich konnten die Forscher MLL2-Mutationen in neun Exomen der 10 Patienten entdecken.

Die Ergebnisse wurden dann mittels Sanger-Sequenzierung in 43 weiteren Fällen des Kabuki-Syndroms validiert. In 26 der 43 Fälle wurden neuartige MLL2-Varianten gefunden. Am Ende wurden bei 35 von 53 oder 66 Prozent der Patienten mit Kabuki-Syndrom insgesamt 33 verschiedene MLL2-Mutationen gefunden. Die Forscher entdeckten auch, dass in jedem der 12 Fälle, für die DNA von beiden Elternteilen verfügbar war, die MLL2-Varianten neue Mutationen im Genom der betroffenen Person widerspiegelten und in den Genomen beider Elternteile nicht vorhanden waren.

"Unsere Ergebnisse deuten stark darauf hin, dass Veränderungen im MLL2-Gen eine Hauptursache des Kabuki-Syndroms sind", sagte Co-Senior-Autor Jay Shendure, M.D., Ph.D., Assistenzprofessor für Genomwissenschaften an der University of Washington Medizinische Fakultät.

"Es ist klar, dass es zusätzliche Gene geben kann, in denen Varianten das Kabuki-Syndrom verursachen, da etwa ein Drittel der Fälle keine MLL2-Mutationen aufwiesen", sagte Co-Senior-Autor Michael Bamshad, M.D., Professor für Pädiatrie an der University of Washington School of Medicine. „Um diese zu finden, wird es wichtig sein, die Exome von weiteren, gut charakterisierten Fällen des Kabuki-Syndroms zu sequenzieren, in denen wir keine MLL2-Mutationen finden.“

Zusätzlich zur Finanzierung durch NHGRI wurden einzelne Forscher des Teams auch durch Zuschüsse des National Heart Lung and Blood Institute (NHLBI), des National Institute of Environmental He alth Sciences und des Eunice Kennedy Shriver National Institute of unterstützt Kindergesundheit und menschliche Entwicklung (NICHD).

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