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Charakterisierung von angeborenen Hörstörungen mit Hilfe von Hochdurchsatz-Sequenziermethoden

Characterization of inherited hearing loss by high throughput sequencing methods

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:20-opus-185331
  • Fast 500 Millionen Menschen weltweit sind von einer Hörstörung betroffen. Es wird sogar angenommen, dass diese Anzahl laut der Weltgesundheitsorganisation (WHO) noch steigen und 2050 jeder zehnte Mensch eine Hörstörung aufweisen wird. Mindestens in 50% aller Fälle ist die Hörstörung genetisch bedingt. Durch die jüngsten Fortschritte der Sequenzierungstechnologien hat die genetische Analyse von Hörstörungen an Bedeutung gewonnen, vor allem hinsichtlich Familienplanung, geeigneter Therapien und zukünftiger möglichen Therapieansätzen, um dasFast 500 Millionen Menschen weltweit sind von einer Hörstörung betroffen. Es wird sogar angenommen, dass diese Anzahl laut der Weltgesundheitsorganisation (WHO) noch steigen und 2050 jeder zehnte Mensch eine Hörstörung aufweisen wird. Mindestens in 50% aller Fälle ist die Hörstörung genetisch bedingt. Durch die jüngsten Fortschritte der Sequenzierungstechnologien hat die genetische Analyse von Hörstörungen an Bedeutung gewonnen, vor allem hinsichtlich Familienplanung, geeigneter Therapien und zukünftiger möglichen Therapieansätzen, um das Hörvermögen wiederherzustellen. Die folgende Arbeit stellt 155 familiäre Fälle vor, die genetisch untersucht wurden. Diese Fälle konnten in zwei Kohorten unterteilt werden. Eine Kohorte (n = 74) umfasste Patienten mit kaukasischem Hintergrund, während die andere Kohorte (n = 81) Patienten beinhaltete, die aus dem Iran rekrutiert wurden. Für die Untersuchung wurde zum einen eine Panel-Analyse mit dem TruSight One Panel (Illumina, San Diego, USA) und zum anderen eine Exom-Sequenzierung durchgeführt. Anschließend wurden die Daten mit Analyse-Programmen wie GensearchNGS (PhenoSystems, Wallonia, Belgien) ausgewertet. Insgesamt konnte für 55% aller Fälle eine pathogene oder wahrscheinlich pathogene Variante durch Next Generation Sequencing diagnostiziert werden. Die meisten der gelösten Fälle (ca. 73%) stammten aus der iranischen Kohorte, was durch elterliche Blutsverwandtschaft und erhöhte Inzidenz von Hörstörungen im Iran zu erklären ist. 27% der gelösten Fälle gehörten der zweiten Kohorte an. Mutationen in den Genen MYO15A, LHFPL5, TECTA und SLC26A4 konnten überwiegend bei iranischen Patienten identifiziert werden. Varianten im Gen TECTA als auch im Gen SLC26A4 wurden ebenfalls in der kaukasischen Kohorte identifiziert. Beide Ethnien wiesen jeweils ein eigenes Mutationsspektrum auf. Jedoch wurden in beiden Gruppen Überschneidungen im klinischen Bild durch pathogene Varianten in einer Vielzahl von Hörstörungsgenen, sowie unterschiedliche klinische Phänotypen, deren Ursache pathogene Varianten im gleichen Hörstörungsgen zugrunde liegen, und familiäre Locus-Heterogenität beobachtet.. In dieser Arbeit konnte eine De Novo Mutation im CEACAM16-Gen (DFNA4B) bestätigt und der Effekt von einer wiederholt betroffenen Aminosäure im S1PR2-Gen (DFNB68) beschrieben werden. Darüber hinaus wurden mehrere Patienten mit X-chromosomalem Hörverlust aufgrund von Defekten im POU3F4-Gen (DFNX2) und Deletionen im SMPX-Gen (DFNX4) diagnostiziert. Zusätzlich konnte mit Hilfe einer Exom-basierten Copy Number Variation-Analyse eine Deletion im OTOA-Gen (DFNB22) gefunden werden, welche sich bis in die Tandempseudogenregion erstreckte. Diese Untersuchung zeigt die enormen Möglichkeiten zur Detektion von Mutationen bei heterogenen Erkrankungen durch Anwendung von Next Generation Sequencing. Weiterhin konnte eine intragenische Deletion im Gen COL9A1 identifiziert werden, die im Zusammenhang mit einer scheinbar isolierten Hörstörung steht und durch den komplexen Umlagerungsmechanismus FoSTeS/MMBIR (Fork Stalling und Template Switching/Microhomology-mediated Break-induced Replication) entstand, der so bei Hörstörungen noch nicht beschrieben wurde. Auf der Suche nach Genen, die bisher noch nicht mit Hörstörungen assoziiert werden konnten, wurden acht Familien in eine Kandidatengenuntersuchung miteinbezogen und eine Exom-weite Analyse durchgeführt. Bei fünf Familien konnte noch keine ursächliche Variante identifiziert werden. Jedoch wurde bei drei Familien mit einer autosomal dominanten Schwerhörigkeit eine genetische Ursache identifiziert und TECTB, ATP11A und THBS2 konnten als Kandidatengene ermittelt werden. Diese Arbeit zeigt, wie wichtig es ist, die kausale Variante bei Hörstörungspatienten zu detektieren. Eine genetische Diagnostik ermöglicht eine endgültige Diagnose eines Syndroms, ist für die Klassifizierung der Hörstörung notwendig und trägt zu einer zukünftigen Therapie der Patienten bei.show moreshow less
  • Nearly 500 million people are affected by hearing impairment. According to the World Health Organization (WHO), the prevalence of hearing loss will increase to one in ten people in 2050. It is expected that at least half of all cases have a genetic etiology. Due to recent advancements in sequencing technologies the genetic analysis of hearing loss gain in importance, especially in regard to family planning, directing appropriate therapies and engaging in future therapeutic approaches for hearing restoration. The following thesis describes theNearly 500 million people are affected by hearing impairment. According to the World Health Organization (WHO), the prevalence of hearing loss will increase to one in ten people in 2050. It is expected that at least half of all cases have a genetic etiology. Due to recent advancements in sequencing technologies the genetic analysis of hearing loss gain in importance, especially in regard to family planning, directing appropriate therapies and engaging in future therapeutic approaches for hearing restoration. The following thesis describes the genetic causes of 155 familial cases with hearing loss. These cases were divided into two cohorts. One cohort (n = 74) included patients with a Caucasian background, while the other cohort (n = 81) comprised patients who were recruited from the Iran. A panel analysis using the TruSight One Panel (Illumina, San Diego, USA) as well as an exome sequencing approach were applied. The data were subsequently analyzed using bioinformatics programs such as GensearchNGS (PhenoSystems, Wallonia, Belgium). Overall, 55% of all cases disclosed a pathogenic or likely pathogenic genetic variant by utilizing next generation sequencing methods. Most of the resolved cases (ca. 73%) were detected in the Iranian cohort, a fact which is traced back to parental consanguinity and increased incidence of overall hearing impairment in the Iran. 27% of resolved cases were revealed in the second cohort. Variants in the genes MYO15A (DFNB3), LHFPL5 (DFNB67), TECTA (DFNB21), and SLC26A4 (DFNB4) were especially prevalent in Iranian patients. Variants in the genes TECTA and SLC26A4 were also identified in the Caucasian cohort. The two ethnic groups each exhibited a distinctly unique mutational landscape. Additionally, the overlapping clinical outcomes caused by pathogenic variants in a multitude of hearing impairment genes as well as the phenotypical different characters of variants in the same gene generating hearing loss and familial locus heterogeneity were observed. This work also described a de novo mutation in the CEACAM16 (DFNA4B) gene and described the effect of a recurrently substituted amino acid residue in the S1PR2 (DFNB68) gene. In addition, several X-linked hearing loss patients were diagnosed due to defects in the POU3F4 (DFNX2) gene and deletions in the SMPX (DFNX4) gene. Furthermore, exome-based copy number variation analysis identified a deletion in the OTOA (DFNB22) gene extending into the tandem pseudogene region. This study demonstrates the enormous potential for the detection of mutations in a genetically heterogeneous disorder applying next generation sequencing. Furthermore, an intragenic deletion in the gene COL9A1 was identified, which is related to an apparent isolated hearing impairment and was likely caused by the complex rearrangement of FoSTeS/MMBIR mechanism (fork stalling and template switching/microhomology-mediated break-induced replication), which has not been previously described in hearing disorders. In order to reveal new genes associated with hearing loss, eight families were investigated with an exome-wide analysis in a candidate gene study. In five families, no causal variant could be identified. However, a genetic cause was identified in three families with autosomal dominant hearing loss and TECTB, ATP11A, and THBS2 were identified as candidate genes. This work shows the importance of the identification of the causal variant. Herein, genetic diagnostic could be necessary for the final diagnosis of a syndrome, is important for classification of the hearing loss and contributes to a future therapy.show moreshow less

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Metadaten
Author: Michaela Angelika Hedwig Hofrichter
URN:urn:nbn:de:bvb:20-opus-185331
Document Type:Doctoral Thesis
Granting Institution:Universität Würzburg, Fakultät für Biologie
Faculties:Fakultät für Biologie / Theodor-Boveri-Institut für Biowissenschaften
Referee:Prof. Dr. Thomas Haaf, Prof. Dr. Thomas Dandekar
Date of final exam:2019/07/29
Language:German
Year of Completion:2020
DOI:https://doi.org/10.25972/OPUS-18533
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 57 Biowissenschaften; Biologie / 570 Biowissenschaften; Biologie
GND Keyword:Hörstörungen
Tag:High throughput screening
Release Date:2020/07/29
Licence (German):License LogoDeutsches Urheberrecht