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Die Fanconi-Anämie (FA) ist eine seltene, heterogene Erbkrankheit. Sie weist ein sehr variables klinisches Erscheinungsbild auf, das sich aus angeborenen Fehlbildungen, hämatologischen Funktionsstörungen, einem erhöhten Risiko für Tumorentwicklung und endokrinen Pathologien zusammensetzt. Die Erkrankung zählt zu den genomischen Instabilitätssyndromen, welche durch eine fehlerhafte DNA-Schadensreparatur gekennzeichnet sind. Bei der FA zeigt sich dies vor allem in einer charakteristischen Hypersensitivität gegenüber DNA-quervernetzenden Substanzen (z. B. Mitomycin C, Cisplatin). Der zelluläre FA-Phänotyp zeichnet sich durch eine erhöhte Chromosomenbrüchigkeit und einen Zellzyklusarrest in der G2-Phase aus. Diese Charakteristika sind bereits spontan vorhanden und werden durch Induktion mit DNA-quervernetzenden Substanzen verstärkt. Der Gendefekt ist dabei in einem der 22 bekannten FA-Gene (FANCA, -B, -C, -D1, -D2, -E, -F, -G, -I, -J, -L, -M, -N, -O, -P, -Q, -R, -S, -T, -U, -V, -W) oder in noch unbekannten FA-Genen zu finden. Die FA-Gendefekte werden mit Ausnahme von FANCR (dominant-negative de novo Mutationen) und FANCB (X-chromosomal) autosomal rezessiv vererbt. Die FA-Genprodukte bilden zusammen mit weiteren Proteinen den FA/BRCA-Signalweg. Das Schlüsselereignis dieses Signalwegs stellt die Monoubiquitinierung von FANCD2 und FANCI (ID2-Komplex) dar. Ausgehend davon lässt sich zwischen upstream- und downstream-gelegenen FA-Proteinen unterscheiden. Letztere sind direkt an der DNA-Schadensreparatur beteiligt. Zu den upstream-gelegenen Proteinen zählt der FA-Kernkomplex, der sich aus bekannten FA-Proteinen und aus FA-assoziierten-Proteinen (FAAPs) zusammensetzt und für die Monoubiquitinierung des ID2-Komplexes verantwortlich ist. Für FAAPs wurden bisher keine pathogenen humanen Mutationen beschrieben. Zu diesen Proteinen gehört auch FAAP100, das mit FANCB und FANCL innerhalb des FA-Kernkomplexes den Subkomplex LBP100 bildet.
Durch die vorliegende Arbeit wurde eine nähere Charakterisierung dieses Proteins erreicht. In einer Amnion-Zelllinie konnte eine homozygote Missense-Mutation identifiziert werden. Der Fetus zeigte einen typischen FA-Phänotyp und auch seine Zellen wiesen charakteristische FA-Merkmale auf. Der zelluläre Phänotyp ließ sich durch FAAP100WT komplementieren, sodass die Pathogenität der Mutation bewiesen war. Unterstützend dazu wurden mithilfe des CRISPR/Cas9-Systems weitere FAAP100-defiziente Zelllinien generiert. Diese zeigten ebenfalls einen typischen FA-Phänotyp, welcher sich durch FAAP100WT komplementieren ließ. Die in vitro-Modelle dienten als Grundlage dafür, die Funktion des FA-Kernkomplexes im Allgemeinen und die des Subkomplexes LBP100 im Besonderen besser zu verstehen. Dabei kann nur durch intaktes FAAP100 das LBP100-Modul gebildet und dieses an die DNA-Schadensstelle transportiert werden. Dort leistet FAAP100 einen essentiellen Beitrag für den FANCD2-Monoubiquitinierungsprozess und somit für die Aktivierung der FA-abhängigen DNA-Schadensreparatur. Um die Funktion von FAAP100 auch in vivo zu untersuchen, wurde ein Faap100-/--Mausmodell generiert, das einen mit anderen FA-Mausmodellen vergleichbaren, relativ schweren FA-Phänotyp aufwies. Aufgrund der Ergebnisse lässt sich FAAP100 als neues FA-Gen klassifizieren. Zudem wurde die Rolle des Subkomplexes LBP100 innerhalb des FA-Kernkomplexes weiter aufgeklärt. Beides trägt zu einem besseren Verständnis des FA/BRCA-Signalweges bei. Ein weiterer Teil der vorliegenden Arbeit beschäftigt sich mit der Charakterisierung von FAAP100138, einer bisher nicht validierten Isoform von FAAP100. Durch dieses Protein konnte der zelluläre FA-Phänotyp von FAAP100-defizienten Zelllinien nicht komplementiert werden, jedoch wurden Hinweise auf einen dominant-negativen Effekt von FAAP100138 auf den FA/BRCA-Signalweg gefunden. Dies könnte zu der Erklärung beitragen, warum und wie der Signalweg, beispielsweise in bestimmtem Gewebearten, herunterreguliert wird. Zudem wäre eine Verwendung in der Krebstherapie denkbar.
Usher syndrome, the most prevalent cause of combined hereditary vision and hearing impairment, is clinically and genetically heterogeneous. Moreover, several conditions with phenotypes overlapping Usher syndrome have been described. This makes the molecular diagnosis of hereditary deaf-blindness challenging. Here, we performed exome sequencing and analysis on 7 Mexican and 52 Iranian probands with combined retinal degeneration and hearing impairment (without intellectual disability). Clinical assessment involved ophthalmological examination and hearing loss questionnaire. Usher syndrome, most frequently due to biallelic variants in MYO7A (USH1B in 16 probands), USH2A (17 probands), and ADGRV1 (USH2C in 7 probands), was diagnosed in 44 of 59 (75%) unrelated probands. Almost half of the identified variants were novel. Nine of 59 (15%) probands displayed other genetic entities with dual sensory impairment, including Alström syndrome (3 patients), cone-rod dystrophy and hearing loss 1 (2 probands), and Heimler syndrome (1 patient). Unexpected findings included one proband each with Scheie syndrome, coenzyme Q10 deficiency, and pseudoxanthoma elasticum. In four probands, including three Usher cases, dual sensory impairment was either modified/aggravated or caused by variants in distinct genes associated with retinal degeneration and/or hearing loss. The overall diagnostic yield of whole exome analysis in our deaf-blind cohort was 92%. Two (3%) probands were partially solved and only 3 (5%) remained without any molecular diagnosis. In many cases, the molecular diagnosis is important to guide genetic counseling, to support prognostic outcomes and decisions with currently available and evolving treatment modalities.
Aufgrund mangelnder Aktivität der Gewebe-unspezifischen Phosphatase (tissue-nonspecific alkaline phosphatase, TNAP) kommt es zum Krankheitsbild der Hypophosphatasie (HPP). Neben skelettalen und neuronalen Symptomen leiden Patienten mit HPP häufig an einem vorzeitigen Verlust der Milchzähne und weiteren dentalen Manifestationen, wie Zahnhartsubstanzdefekten, Eruptionsstörungen, erweiterte Pulpenkammern oder einer verringerten alveolären Knochenhöhe.
Ziel der Arbeit war es, den Einfluss der TNAP auf die Zahnentwicklung von Zebrafischlarven zu untersuchen, um ein neues in-vivo Modell für die dentalen Auswirkungen bei Hypophosphatasie etablieren zu können. Um die sehr kleinen Zähne der Zebrafischlarven auch in frühen Entwicklungsstadien darzustellen, wurden mittels verschiedener histologischer Färbungen die Zahnstrukturen angefärbt und die Larven danach in JB4®, einen polymeren Kunststoff, eingebettet. Im Anschluss wurden histologische Schnitte angefertigt und am Fluoreszenzmikroskop ausgewertet.
Einerseits konnte durch In-situ-Hybridisierung die Expression verschiedener Gene, wie z.B. alpl (welches für die Tnap im Zebrafisch kodiert), im Bereich von dentalen Strukturen in verschiedenen Entwicklungsstadien nachgewiesen werden. Außerdem zeigte die Analyse der dentalen Strukturen nach Inhibition der Tnap mittels Levamisol bei fünf Tage alten Zebrafischlarven eine Veränderung von Form, Größe und Struktur der ersten Zähne. Die TNAP-Inhibition führte auch zur quantitativ nachweisbaren Steigerung des Fluoreszenzsignals von ß-Catenin, welches eine zentrale Funktion im Wnt/ß-Catenin-Signalweg besitzt und essenziell in verschiedenen zellulären Prozessen während der Embryogenese ist.
Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse der Arbeit, dass der Zebrafisch großes Potenzial als in-vivo Modell für die dentalen Symptome bei HPP bietet. Außerdem eröffnen sich neue interessante Fragen in Bezug auf den Einfluss von ß-Catenin bei den frühen pathophysiologischen Prozessen der Erkrankung.
Background
Mucopolysaccharidosis type III (Sanfilippo syndrome) is a lysosomal storage disorder, caused by a deficiency in the heparan-N-sulfatase enzyme involved in the catabolism of the glycosaminoglycan heparan sulfate. It is characterized by early nonspecific neuropsychiatric symptoms, followed by progressive neurocognitive impairment in combination with only mild somatic features. In this patient group with a broad clinical spectrum a significant genotype-phenotype correlation with some mutations leading to a slower progressive, attenuated course has been demonstrated.
Case presentation
Our patient had complications in the neonatal period and was diagnosed with Mucopolysaccharidosis IIIa only at the age of 28 years. He was compound heterozygous for the variants p.R245H and p.S298P, the latter having been shown to lead to a significantly milder phenotype.
Conclusions
The diagnostic delay is even more prolonged in this patient population with comorbidities and a slowly progressive course of the disease.
Male breast cancer (mBC) is associated with a high prevalence of pathogenic variants (PVs) in the BRCA2 gene; however, data regarding other BC predisposition genes are limited. In this retrospective multicenter study, we investigated the prevalence of PVs in BRCA1/2 and 23 non-BRCA1/2 genes using a sample of 614 patients with mBC, recruited through the centers of the German Consortium for Hereditary Breast and Ovarian Cancer. A high proportion of patients with mBC carried PVs in BRCA2 (23.0%, 142/614) and BRCA1 (4.6%, 28/614). The prevalence of BRCA1/2 PVs was 11.0% in patients with mBC without a family history of breast and/or ovarian cancer. Patients with BRCA1/2 PVs did not show an earlier disease onset than those without. The predominant clinical presentation of tumor phenotypes was estrogen receptor (ER)-positive, progesterone receptor (PR)-positive, and HER2-negative (77.7%); further, 10.2% of the tumors were triple-positive, and 1.2% were triple-negative. No association was found between ER/PR/HER2 status and BRCA1/2 PV occurrence. Comparing the prevalence of protein-truncating variants (PTVs) between patients with mBC and control data (ExAC, n = 27,173) revealed significant associations of PTVs in both BRCA1 and BRCA2 with mBC (BRCA1: OR = 17.04, 95% CI = 10.54–26.82, p < 10\(^{−5}\); BRCA2: OR = 77.71, 95% CI = 58.71–102.33, p < 10\(^{−5}\)). A case-control investigation of 23 non-BRCA1/2 genes in 340 BRCA1/2-negative patients and ExAC controls revealed significant associations of PTVs in CHEK2, PALB2, and ATM with mBC (CHEK2: OR = 3.78, 95% CI = 1.59–7.71, p = 0.002; PALB2: OR = 14.77, 95% CI = 5.02–36.02, p < 10\(^{−5}\); ATM: OR = 3.36, 95% CI = 0.89–8.96, p = 0.04). Overall, our findings support the benefit of multi-gene panel testing in patients with mBC irrespective of their family history, age at disease onset, and tumor phenotype.
In der vorliegenden Arbeit wurden mittels 5-Methylcytosin Immunofärbung zytogenetische Analysen an Metaphasechromosomen aus der Mitose, an Interphase-Zellen verschiedener Organe und an Meiose-Stadien der Maus (Mus musculus) zur Detektion hypermethylierter DNA durchgeführt. Zusätzlich erfolgte eine C-Bänderung an Metaphasechromosomen und Meiose-Stadien zum Nachweis von konstitutivem Heterochromatin.
Background
Dystrophinopathies caused by variants in the DMD gene are a well‐studied muscle disease. The most common type of variant in DMD are large deletions. Very rarely reported forms of variants are chromosomal translocations, inversions and deep intronic variants (DIVs) because they are not detectable by standard diagnostic techniques (sequencing of coding sequence, copy number variant detection). This might be the reason that some clinically and histologically proven dystrophinopathy cases remain unsolved.
Methods
We used whole genome sequencing (WGS) to screen the entire DMD gene for variants in one of two brothers suffering from typical muscular dystrophy with strongly elevated creatine kinase levels.
Results
Although a pathogenic DIV could not be detected, we were able to identify a pericentric inversion with breakpoints in DMD intron 44 and Xq13.3, which could be confirmed by Sanger sequencing in the index as well as in his brother and mother. As this variation affects a major part of DMD it is most likely disease causing.
Conclusion
Our findings elucidate that WGS is capable of detecting large structural rearrangements and might be suitable for the genetic diagnostics of dystrophinopathies in the future. In particular, inversions might be a more frequent cause for dystrophinopathies as anticipated and should be considered in genetically unsolved dystrophinopathy cases.
Rare variants in at least 10 genes, including BRCA1, BRCA2, PALB2, ATM, and CHEK2, are associated with increased risk of breast cancer; however, these variants, in combination with common variants identified through genome-wide association studies, explain only a fraction of the familial aggregation of the disease. To identify further susceptibility genes, we performed a two-stage whole-exome sequencing study. In the discovery stage, samples from 1528 breast cancer cases enriched for breast cancer susceptibility and 3733 geographically matched unaffected controls were sequenced. Using five different filtering and gene prioritization strategies, 198 genes were selected for further validation. These genes, and a panel of 32 known or suspected breast cancer susceptibility genes, were assessed in a validation set of 6211 cases and 6019 controls for their association with risk of breast cancer overall, and by estrogen receptor (ER) disease subtypes, using gene burden tests applied to loss-of-function and rare missense variants. Twenty genes showed nominal evidence of association (p-value < 0.05) with either overall or subtype-specific breast cancer. Our study had the statistical power to detect susceptibility genes with effect sizes similar to ATM, CHEK2, and PALB2, however, it was underpowered to identify genes in which susceptibility variants are rarer or confer smaller effect sizes. Larger sample sizes would be required in order to identify such genes.
The conspicuous colour sexual dimorphism of guppies has made them paradigmatic study objects for sex-linked traits and sex chromosome evolution. Both the X- and Y-chromosomes of the common guppy (Poecilia reticulata) are genetically active and homomorphic, with a large homologous part and a small sex specific region. This feature is considered to emulate the initial stage of sex chromosome evolution. A similar situation has been documented in the related Endler’s and Oropuche guppies (P. wingei, P. obscura) indicating a common origin of the Y in this group. A recent molecular study in the swamp guppy (Micropoecilia. picta) reported a low SNP density on the Y, indicating Y-chromosome deterioration. We performed a series of cytological studies on M. picta to show that the Y-chromosome is quite small compared to the X and has accumulated a high content of heterochromatin. Furthermore, the Y-chromosome stands out in displaying CpG clusters around the centromeric region. These cytological findings evidently illustrate that the Y-chromosome in M. picta is indeed highly degenerated. Immunostaining for SYCP3 and MLH1 in pachytene meiocytes revealed that a substantial part of the Y remains associated with the X. A specific MLH1 hotspot site was persistently marked at the distal end of the associated XY structure. These results unveil a landmark of a recombining pseudoautosomal region on the otherwise strongly degenerated Y chromosome of M. picta. Hormone treatments of females revealed that, unexpectedly, no sexually antagonistic color gene is Y-linked in M. picta. All these differences to the Poecilia group of guppies indicate that the trajectories associated with the evolution of sex chromosomes are not in parallel.
A growing number of sperm methylome analyses have identified genomic loci that are susceptible to paternal age effects in a variety of mammalian species, including human, bovine, and mouse. However, there is little overlap between different data sets. Here, we studied whether or not paternal age effects on the sperm epigenome have been conserved in mammalian evolution and compared methylation patterns of orthologous regulatory regions (mainly gene promoters) containing both conserved and non-conserved CpG sites in 94 human, 36 bovine, and 94 mouse sperm samples, using bisulfite pyrosequencing. We discovered three (NFKB2, RASGEF1C, and RPL6) age-related differentially methylated regions (ageDMRs) in humans, four (CHD7, HDAC11, PAK1, and PTK2B) in bovines, and three (Def6, Nrxn2, and Tbx19) in mice. Remarkably, the identified sperm ageDMRs were all species-specific. Most ageDMRs were in genomic regions with medium methylation levels and large methylation variation. Orthologous regions in species not showing this age effect were either hypermethylated (>80%) or hypomethylated (<20%). In humans and mice, ageDMRs lost methylation, whereas bovine ageDMRs gained methylation with age. Our results are in line with the hypothesis that sperm ageDMRs are in regions under epigenomic evolution and may be part of an epigenetic mechanism(s) for lineage-specific environmental adaptations and provide a solid basis for studies on downstream effects in the genes analyzed here.