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Eine intrauterine Gestationsdiabetes (GDM) Exposition induziert in den betroffenen Nachkommen eine lebenslang erhöhte Prädisposition für metabolische und komplexe Erkrankungen. Die Krankheitssuszeptibilität wird dabei durch epigenetische Veränderungen vermittelt, die sich über die Regulation der Genaktivität auch auf das Expressionsniveau und den Phänotypen auswirken. Um neue Gene zu finden, die eine Rolle in der fetalen Programmierung spielen, wurden in dieser Arbeit genomweite Methylierungsmuster von Nabelschnurbluten (FCBs) aus GDM-Schwangerschaften und Kontrollen miteinander verglichen. Mit Illumina Infinium HumanMethylation 450K Arrays konnten signifikante Gruppenunterschiede für insgesamt 65 CpG-Stellen (52 davon genassoziiert) festgestellt werden, die multiplem Testen standhielten. Mittels Pyrosequenzierung wurden vier dieser Kandidaten-Loci (ATP5A1, MFAP4, PRKCH, SLC17A4), sowie ein Gen aus der Literatur (HIF3A) genauer untersucht und die Effekte erfolgreich validiert. Für das zugrundeliegende multivariate Regressionsmodell wurden die potenziellen Störfaktoren Gestationsalter, kindliches Geschlecht und mütterlicher BMI berücksichtigt. Der GDM-Effekt zeigte sich stärker in der insulinbehandelten Subgruppe (I-GDM) als in der diätisch behandelten (D GDM) und scheint insgesamt multifaktoriell bedingt zu sein, da viele Gene betroffen waren, jedoch alle mit einer vergleichsweise niedrigen Effekt-Größe. Zusätzlich konnten für den MEG3 Promotor, MEST und PEG3, drei von vier geprägten Genen, die mittels Deep Bisulfite Sequencings (DBS) analysiert wurden, ebenfalls signifikante Methylierungs-unterschiede zwischen der GDM- und Kontroll-Gruppe detektiert werden. Die identifizierten Gene stellen labile Zielregionen für die GDM-induzierte intrauterine Programmierung dar und können zukünftig nützliche Biomarker für Krankheitsdiagnosen und Prognosen sein. Mittels DBS können darüber hinaus Einzelmolekül-Analysen durchgeführt werden, für die in differentiell methylierten Regionen (DMRs) anhand eines informativen SNPs die parentale Allel-Herkunft bestimmt und bei der Berechnung von Epimutationsraten einbezogen werden kann. Epimutationen wurde als solche gewertet, wenn sie ein > 50 % abnormal (de)methyliertes Methylierungsprofil aufwiesen. Die DBS-Daten wurden mit zwei verschiedenen Sequenzierplattformen generiert (Roche GS Junior und Illumina MiSeq). Für Zweitere wurde ein eigenes, unabhängiges Library-Präparations-Protokoll entwickelt. In Nabelschnurblut, adultem Blut und Viszeralfett wurden für die paternal exprimierte MEST Promotor DMR und die maternal exprimierte MEG3 intergenic (IG) DMR hohe Epimutationsraten für das jeweils unmethylierte Allel detektiert. Die geprägten (methylierten) Allele wiesen dagegen nur niedrige Epimutationsraten auf. Da MEST und MEG3 invers geprägte Gene sind, war die Hypermethylierung des nicht geprägten Allels (HNA) demnach unabhängig von der parentalen Allel-Herkunft. Die HNA scheint außerdem erst nach der Fertilisation aufzutreten, da in Spermien nur sehr wenige Epimutationen gefunden wurden. Für die sekundäre MEG3 Promotor DMR (deren Prägung von der primären MEG3 IG-DMR reguliert wird) wurde ein deutlich schwächerer, wenngleich signifikanter HNA-Effekt im FCB gemessen, für die paternal exprimierte PEG3 Promotor DMR konnte dagegen kein signifikanter Unterschied zwischen den beiden parentalen Epimutationsraten festgestellt werden. Der HNA-Effekt für die MEST DMR, MEG3 IG-DMR und MEG3 Promotor DMR war weder mit GDM noch mit Adipositas assoziiert und zeigte allgemein eine große interindividuelle Varianz. Die Aufrechterhaltung differenzieller Methylierungsmuster in Imprinting Kontrollregionen (ICRs) scheint in manchen Entwicklungs-Zeitspannen von großer Bedeutung und damit streng kontrolliert zu sein, später jedoch redundant zu werden, was sich in der Anreicherung von stochastischen sowie umweltinduzierten Fehlern auf dem nicht geprägten Allel äußern kann. HNA-suszeptible geprägte Gene ähneln in mancherlei Hinsicht metastabilen Epiallelen. Diese Studie zeigt, dass sowohl stochastische Faktoren als auch Umweltstimuli während der frühen embryonalen Entwicklung u.a. über HNA-Effekte geprägte Gen-Netzwerke programmieren, die in Wachstumsprozesse involviert sind. Um tiefere Einblicke in allelspezifische Prägungsprofile zu erhalten, wären umfangreiche DBS HNA-Längsschnittstudien aller 50-100 human geprägten Gene in unterschiedlichen Gewebetypen und Differenzierungsstadien wünschenswert.
Fanconi Anämie (FA) gehört zu den seltenen Chromsomeninstabilitäts-Syndromen. Ursächlich für die Erkrankung sind biallelische Mutationen mit autosomal rezessiver Vererbung in einem der bisher bekannten 21 Genen (FANCA, -B, -C, -D1, -D2, -E, -F, -G, -I, -J, -L, -M, -N, -O, -P, -Q, -R, -S, -T, -U und –V). Eine Ausnahme stellen FANCB und FANCS dar, die X-chromosomal rezessiv bzw. mit einem dominant negativen Effekt vererbt werden. Die Genprodukte sind als Teil des FA/BRCA-DNA-Reparatur Netzwerks bei der Beseitigung von DNA-Interstrang-Quervernetzungen (ICL) involviert. ICLs führen zu einer Stagnation der Replikationsgabel und blockieren somit wichtige zelluläre Prozesse wie Replikation und Transkription, sodass eine Aufrechterhaltung der Genomstabilität nicht mehr gewährleistet ist.
FA ist gekennzeichnet durch angeborene Fehlbildungen, fortschreitendes Knochenmarkversagen und eine erhöhte Prädisposition gegenüber Krebserkrankungen. Die Diagnose basiert auf phänotypischen Auffälligkeiten und wird auf zellulärer Ebene durch die Hypersensititvät gegenüber DNA-quervernetzenden Substanzen wie Mitomycin C (MMC) bestätigt. Da nicht jeder Patient einer bisher bekannten Komplementationsgruppe zugeordnet werden kann und herkömmliche molekulare Diagnostikverfahren mit der steigenden Anzahl an FA-Genen mühsam, zeitaufwändig und teuer geworden sind, war es nötig, neue molekulare Verfahren wie Whole Exome Sequencing (WES) zu etablieren. Im Rahmen dieser Arbeit wurde das Potential dieser Methode im Bezug auf die FA-Genotypisierung erforscht. Bei der Suche nach einer optimalen Anwendung des WES, untersuchten wir verschiedene Anreicherungs- und Sequenziertechniken. Dennoch führen Fehler in den Datenbanken sowie Pseudogene zu falschen Dateninterpretationen und –darstellungen und stellen somit eine Herausforderung dar. Trotzdem zeigen unserer Daten, dass WES eine wertvolle Methode in der Molekulardiagnostik von FA ist. Dies bestätigte sich durch die Zuordnung mehrerer, vorher unklassifizierter FA-Patienten zu den bekannten Komplementationsgruppen und der Ergänzung eines siebten Patienten zum Subtyp FA-P, im Rahmen von zwei Next Generation Sequencing (NGS) Publikationen.
Außerdem wurden mit Hilfe von WES zwei neue FA-Gene (FANCQ und FANCW) im Rahmen dieser Arbeit gefunden, wobei XPF (FANCQ) das erste Gen überhaupt war, welches anhand von NGS detektiert wurde. ERCC4/XPF ist eine strukturspezifische Endonuklease, die durch ein Gen kodiert wird, welches bereits vorher mit den Krankheiten Xeroderma Pigmentosum (XP) und dem segmentalen XFE progeroid Syndrom in Verbindung gebracht wurde. Unsere Daten zeigen, dass abhängig von der Mutation in XPF, Patienten eine der drei unterschiedlichen Funktionsstörungen aufweisen. Dies hebt die multifunktionale Stellung der XPF Endonuklease im Rahmen der Genomstabilität und von humanen Erkrankungen hervor. Das zweite Gen, das während dieser Arbeit entdeckt wurde, ist die WD40-Domäne tragende E3 Ubiquitin Ligase RFWD3, die kürzlich mit DNA Reparatur und insbesondere HR verknüpft wurde. Wir konnten zeigen, dass eine RFWD3 Mutation in der WD40-Domäne bei einem FA-Patienten mit der genetischen Erkrankung Fanconi Anämie assoziiert ist. Die HR ist in RFWD3 (FANCW) mutierten Zellen gestört, was auf einer verminderten Relokalisation von mutiertem RFWD3 an das Chromatin und einer defekten Interaktion mit RPA beruht. Des Weiteren weisen Rfwd3 defiziente Mäuse typische Merkmale anderer FA-Mausmodelle auf, wie verminderte Fertilität, ovarielle und testikuläre Atrophie sowie eine reduzierte Lebenserwartung.
Insgesamt zeigt diese Arbeit, dass neue molekulare Ansätze wie NGS ein wertvolles Hilfsmittel in der FA-Diagnostik sind um bisher unklassifizierte Patienten einer Komplementationsgruppe zuordnen zu können. Zudem konnten mit Hilfe dieser Technik zwei neue Gene identifiziert werden. Deren Charakterisierung trägt zu einer Vervollständigung und weiteren Aufklärung des FA/BRCA-DNA-Reparatur-Netzwerks bei.
Altersassoziierte und strahleninduzierte Veränderungen des genomweiten DNA-Methylierungs-Profils
(2018)
Der Prozess des Alterns ist ein komplexer multifaktorieller Vorgang, der durch eine sukzessive Verschlechterung der physiologischen Funktionen charakterisiert ist. Ein hohes Alter ist der Hauptrisikofaktor für die meisten Krankheiten, einschließlich Krebs und Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Das Verständnis der epigenetischen Mechanismen, die in den Prozess des Alterns involviert sind, könnte zur Entwicklung pharmakologischer Interventionen beitragen, die nicht nur die Lebenserwartung erhöhen, sondern auch den Beginn des altersassoziierten funktionellen Abbaus verzögern könnten. Durch die Langzeit-Kultivierung primärer humaner Fibroblasten wurde ein in vitro Modell für das Altern etabliert, das die Identifizierung altersassoziierter DNA-Methylierungs-Veränderungen ermöglichte. Die in vitro Alterung konnte mit einer globalen Hypomethylierung und einer erhöhten DNA-Methylierung der ribosomalen DNA assoziiert werden. Darüber hinaus konnten DNA-Methylierungs-Veränderungen in Genen und Signalwegen, die für das Altern relevant sind, und ein erhöhtes epigenetisches Alter nachgewiesen werden.
Das in vitro Modell für das Altern wurde verwendet, um neben den direkten Effekten ionisierender Strahlung auf die DNA-Methylierung auch deren Langzeit-Effekte zu untersuchen. Die Strahlentherapie ist ein entscheidendes Element der Krebstherapie, hat aber auch negative Auswirkungen und kann unter anderem das Risiko für die Entwicklung eines Zweittumors erhöhen. Bei externer Bestrahlung wird neben dem Tumor auch gesundes Gewebe ionisierender Strahlung ausgesetzt. Daher ist es wichtig zu untersuchen, wie Zellen mit intakten DNA-Reparatur-Mechanismen und funktionierenden Zellzyklus-Checkpoints durch diese beeinflusst werden. In der frühen Phase der DNA-Schadensantwort auf Bestrahlung wurden in normalen Zellen keine wesentlichen DNA-Methylierungs-Veränderungen beobachtet. Mehrere Populations-Verdoppelungen nach Strahlenexposition konnten dagegen eine globale Hypomethylierung, eine erhöhte DNA-Methylierung der ribosomalen DNA und ein erhöhtes epigenetisches Alter detektiert werden. Des Weiteren zeigten Gene und Signalwege, die mit Krebs in Verbindung gebracht wurden, Veränderungen in der DNA-Methylierung. Als Langzeit-Effekte ionisierender Strahlung traten somit die mit der in vitro Alterung assoziierten DNA-Methylierungs-Veränderungen verstärkt auf und ein epigenetisches Muster, das stark an das DNA-Methylierungs-Profil von Tumorzellen erinnert, entstand. Man geht davon aus, dass Veränderungen der DNA-Methylierung eine aktive Rolle in der Entwicklung eines Tumors spielen. Die durch ionisierende Strahlung induzierten DNA-Methylierungs-Veränderungen in normalen Zellen könnten demnach in die Krebsentstehung nach Strahlenexposition involviert sein und zu dem sekundären Krebsrisiko nach Strahlentherapie beitragen. Es ist bekannt, dass Patienten unterschiedlich auf therapeutische Bestrahlung reagieren. Die Ergebnisse dieser Arbeit weisen darauf hin, dass die individuelle Sensitivität gegenüber ionisierender Strahlung auch auf epigenetischer Ebene beobachtet werden kann.
In einem zweiten Projekt wurden Gesamtblutproben von Patienten mit Werner-Syndrom, einer segmental progeroiden Erkrankung, und gesunden Kontrollen analysiert, um mit dem vorzeitigen Altern in Verbindung stehende DNA-Methylierungs-Veränderungen zu identifizieren. Werner-Syndrom konnte nicht mit einer globalen Hypomethylierung, jedoch mit einer erhöhten DNA-Methylierung der ribosomalen DNA und einem erhöhten epigenetischen Alter assoziiert werden. Das vorzeitige Altern geht demzufolge mit spezifischen epigenetischen Veränderungen einher, die eine Beschleunigung der mit dem normalen Altern auftretenden DNA-Methylierungs-Veränderungen darstellen.
Im Rahmen dieser Arbeit konnte die Bedeutung epigenetischer Mechanismen im Prozess des Alterns hervorgehoben werden und gezeigt werden, dass sowohl exogene Faktoren, wie ionisierende Strahlung, als auch endogene Faktoren, wie das in Werner-Syndrom-Patienten mutiert vorliegende WRN-Gen, altersassoziierte DNA-Methylierungs-Veränderungen beeinflussen können.
Ionisierende Strahlung (IR) ist in der medizinischen Diagnostik und in der Tumortherapie von zentraler Bedeutung, kann aber Genominstabilität und Krebs auslösen. Strahleninduzierte Genominstabilität (RIGI) ist in den klonalen Nachkommen bestrahlter Zellen zu beobachten, die zugrundeliegenden Mechanismen sind jedoch noch unverstanden. Zur Erforschung von verzögerten Strahleneffekten wurden primäre embryonale Fibroblastenkulturen mit 2 Gray bestrahlt und für 20 Populationsverdopplungen klonal expandiert. Zellen, die keiner Strahlung ausgesetzt waren, dienten als Kontrolle für normale Alterungsprozesse. Die Klone wurden durch klassische Chromosomenbänderungstechniken analysiert und in Abhängigkeit der Stabilität ihres Genoms in Gruppen eingeteilt. Ein Klon wurde als stabil gewertet, wenn die analysierten Metaphasen keinerlei Auffälligkeiten zeigten, während instabile Klone ein Mosaik aus normalen und abnormalen Metaphasen waren. Die Zellen von zwei Spendern wurden untersucht, um interindividuelle Strahleneffekte zu beurteilen. Nach Bestrahlung hatten mehr als die Hälfte der Klone Metaphasen mit strukturellen Aberrationen und wurden dementsprechend als instabil eingestuft. Drei Klone zeigten zudem numerische Aberrationen, die ausschließlich das Y Chromosom betrafen. Fluoreszenz in situ Hybridisierungen verifizierten diese Beobachtung in weiteren Klonen und deuteten an, dass der Verlust des Y Chromosoms mit RIGI assoziiert ist.
Molekulare Karyotypisierungen mit SNP Arrays ergaben, dass IR in den Klonen Veränderungen der Kopienzahl auslöst. Ein Unterschied zwischen chromosomal stabilen und instabilen Klonen konnte jedoch nicht detektiert werden. Chromosomale Regionen, in denen sich bekanntermaßen fragile Stellen befinden, zeigten eine Anhäufung von CNVs. Ein RIGI Effekt konnte für die fragile Stelle 3B, in der sich das Gen FHIT befindet, identifiziert werden.
Exom Sequenzierungen von Klonen und der entsprechenden Massenkultur zeigten eine alterungsassoziierte Entstehung von Varianten. Der Effekt wurde durch die Einwirkung von Strahlung erhöht. Auf Ebene von einzelnen Nukleotiden konnten ebenfalls Anhäufungen von Schäden in bestimmten genomischen Bereichen detektiert werden, dieser Effekt ging ohne die typischen RIGI Endpunkte einher.
Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen, dass strahlenbedingte Veränderungen auf verschiedenen Ebenen (Chromosomen, Genkopienzahl und einzelnen Nukleotiden) beobachtet werden können, welche, unabhängig von RIGI, die Tumorentstehung begünstigen. Speziell Veränderungen im FRA3B Lokus und der Verlust des Y Chromosoms scheinen jedoch über die Destabilisierung des Genoms zur Krebsentstehung beizutragen.
Background
There is no international consensus up to which age women with a diagnosis of triple-negative breast cancer (TNBC) and no family history of breast or ovarian cancer should be offered genetic testing for germline BRCA1 and BRCA2 (gBRCA) mutations. Here, we explored the association of age at TNBC diagnosis with the prevalence of pathogenic gBRCA mutations in this patient group.
Methods
The study comprised 802 women (median age 40 years, range 19-76) with oestrogen receptor, progesterone receptor, and human epidermal growth factor receptor type 2 negative breast cancers, who had no relatives with breast or ovarian cancer. All women were tested for pathogenic gBRCA mutations. Logistic regression analysis was used to explore the association between age at TNBC diagnosis and the presence of a pathogenic gBRCA mutation.
Results
A total of 127 women with TNBC(15.8%) were gBRCA mutation carriers (BRCA1: n = 118, 14.7%; BRCA2: n = 9, 1. 1%). The mutation prevalence was 32.9% in the age group 20-29 years compared to 6.9% in the age group 60-69 years. Logistic regression analysis revealed a significant increase of mutation frequency with decreasing age at diagnosis (odds ratio 1.87 per 10 year decrease, 95% CI 1.50-2.32, p < 0.001). gBRCA mutation risk was predicted to be > 10% for women diagnosed below approximately 50 years.
Conclusions
Based on the general understanding that a heterozygous mutation probability of 10% or greater justifies gBRCA mutation screening, women with TNBC diagnosed before the age of 50 years and no familial history of breast and ovarian cancer should be tested for gBRCA mutations. In Germany, this would concern approximately 880 women with newly diagnosed TNBC per year, of whom approximately 150 are expected to be identified as carriers of a pathogenic gBRCA mutation.
Fanconi anaemia (FA) is an inherited disease with bone marrow failure, variable congenital and developmental abnormalities, and cancer predisposition. With improved survival, non-haematological manifestations of FA become increasingly important for long-term management. While renal abnormalities are recognized, detailed data on patterns and frequency and implications for long-term management are sparse. We reviewed clinical course and imaging findings of FA patients with respect to renal complications in our centre over a 25-year period to formulate some practical suggestions for guidelines for management of renal problems associated with FA. Thirty patients including four sibling sets were reviewed. On imaging, 14 had evidence of anatomical abnormalities of the kidneys. Two cases with severe phenotype, including renal abnormalities, had chronic kidney disease (CKD) at diagnosis. Haematopoietic stem cell transplantation was complicated by significant acute kidney injury (AKI) in three cases. In three patients, there was CKD at long-term follow-up. All patients had normal blood pressure. Evaluation of renal anatomy with ultrasound imaging is important at diagnostic workup of FA. While CKD is uncommon at diagnosis, our data suggests that the incidence of CKD increases with age, in particular after haematopoietic stem cell transplantation. Monitoring of renal function is essential for management of FA. Based on these long-term clinical observations, we formulate some practical guidelines for assessment and management of renal abnormalities in FA.
Background
Germline mutations in the BRIP1 gene have been described as conferring a moderate risk for ovarian cancer (OC), while the role of BRIP1 in breast cancer (BC) pathogenesis remains controversial.
Methods
To assess the role of deleterious BRIP1 germline mutations in BC/OC predisposition, 6341 well-characterized index patients with BC, 706 index patients with OC, and 2189 geographically matched female controls were screened for loss-of-function (LoF) mutations and potentially damaging missense variants. All index patients met the inclusion criteria of the German Consortium for Hereditary Breast and Ovarian Cancer for germline testing and tested negative for pathogenic BRCA1/2 variants.
Results
BRIP1 LoF mutations confer a high OC risk in familial index patients (odds ratio (OR) = 20.97, 95% confidence interval (CI) = 12.02–36.57, P < 0.0001) and in the subgroup of index patients with late-onset OC (OR = 29.91, 95% CI = 14.99–59.66, P < 0.0001). No significant association of BRIP1 LoF mutations with familial BC was observed (OR = 1.81 95% CI = 1.00–3.30, P = 0.0623). In the subgroup of familial BC index patients without a family history of OC there was also no apparent association (OR = 1.42, 95% CI = 0.70–2.90, P = 0.3030). In 1027 familial BC index patients with a family history of OC, the BRIP1 mutation prevalence was significantly higher than that observed in controls (OR = 3.59, 95% CI = 1.43–9.01; P = 0.0168). Based on the negative association between BRIP1 LoF mutations and familial BC in the absence of an OC family history, we conclude that the elevated mutation prevalence in the latter cohort was driven by the occurrence of OC in these families. Compared with controls, predicted damaging rare missense variants were significantly more prevalent in OC (P = 0.0014) but not in BC (P = 0.0693) patients.
Conclusions
To avoid ambiguous results, studies aimed at assessing the impact of candidate predisposition gene mutations on BC risk might differentiate between BC index patients with an OC family history and those without. In familial cases, we suggest that BRIP1 is a high-risk gene for late-onset OC but not a BC predisposition gene, though minor effects cannot be excluded.
Background:
Genetic heterogeneity and consanguineous marriages make recessive inherited hearing loss in Iran the second most common genetic disorder. Only two reported pathogenic variants (c.323G>C, p.Arg108Pro and c.419A>G, p.Tyr140Cys) in the S1PR2 gene have previously been linked to autosomal recessive hearing loss (DFNB68) in two Pakistani families. We describe a segregating novel homozygous c.323G>A, p.Arg108Gln pathogenic variant in S1PR2 that was identified in four affected individuals from a consanguineous five generation Iranian family.
Methods:
Whole exome sequencing and bioinformatics analysis of 116 hearing loss-associated genes was performed in an affected individual from a five generation Iranian family. Segregation analysis and 3D protein modeling of the p.Arg108 exchange was performed.
Results:
The two Pakistani families previously identified with S1PR2 pathogenic variants presented profound hearing loss that is also observed in the affected Iranian individuals described in the current study. Interestingly, we confirmed mixed hearing loss in one affected individual. 3D protein modeling suggests that the p.Arg108 position plays a key role in ligand receptor interaction, which is disturbed by the p.Arg108Gln change.
Conclusion:
In summary, we report the third overall mutation in S1PR2 and the first report outside the Pakistani population. Furthermore, we describe a novel variant that causes an amino acid exchange (p.Arg108Gln) in the same amino acid residue as one of the previously reported Pakistani families (p.Arg108Pro). This finding emphasizes the importance of the p.Arg108 amino acid in normal hearing and confirms and consolidates the role of S1PR2 in autosomal recessive hearing loss.
Fibroblasts were isolated from a skin biopsy of a clinically diagnosed 51-year-old female attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD) patient carrying a duplication of SLC2A3, a gene encoding neuronal glucose transporter-3 (GLUT3). Patient fibroblasts were infected with Sendai virus, a single-stranded RNA virus, to generate transgene-free human induced pluripotent stem cells (iPSCs). SLC2A3-D2-iPSCs showed expression of pluripotency-associated markers, were able to differentiate into cells of the three germ layers in vitro and had a normal female karyotype. This in vitro cellular model can be used to study the role of risk genes in the pathogenesis of ADHD, in a patient-specific manner.
Autosomal dominant inherited Myotonic dystrophy type 1 and 2 (DM1 and DM2) are the most frequent muscle dystrophies in the European population and are caused by repeat expansion mutations. For Germany cumulative empiric evidence suggests an estimated prevalence of DM2 of roughly 9 in 100,000, therefore being as prevalent as DM1. In DM2, a (CCTG)n repeat tract located in the first intron of the CNBP gene is expanded. The CCTG repeat tract is part of a complex repeat structure comprising not only CCTG tetraplets but also repeated TG dinucleotides and TCTG tetraplet elements as well as NCTG interruptions. Here, we provide the distribution of normal sized alleles in the German population, which was found to be highly similar to the Slovak population. Sequencing of 34 unexpanded healthy range alleles in DM2 positive patients (heterozygous for a full expansion) revealed that the CCTG repeat tract is usually interrupted by at least three tetraplets which according to current opinion is supposed to render it stable against expansion. Interestingly, only the largest analyzed normal allele had 23 uninterrupted CCTGs and consequently could represent an instable early premutation allele. In our diagnostic history of DM2 cases, a total of 18 premutations were detected in 16 independent cases. Here, we describe two premutation families, one with an expansion from a premutation allele and the other with a contraction of a full expansion down to a premutation allele. Our diagnostic results support the general assumption that the premutation range of unstable CCTG stretches lies obviously between 25 and 75 CCTGs. However, the clinical significance of premutation alleles is still unclear. In the light of the two described families we suggest incomplete penetrance. Thus, as it was proposed for other repeat expansion diseases (e.g., Huntington's disease), a fluid transition of penetrance is more likely rather than a clear cut CCTG number threshold.
Objectives:
Despite recent advancements in diagnostic tools, the genomic landscape of hereditary hearing loss remains largely uncharacterized. One strategy to understand genome-wide aberrations includes the analysis of copy number variation that can be mapped using SNP-microarray technology. A growing collection of literature has begun to uncover the importance of copy number variation in hereditary hearing loss. This pilot study underpins a larger effort that involves the stage-wise analysis of hearing loss patients, many of whom have advanced to high-throughput sequencing analysis.
Data description:
Our data originate from the Infinium HumanOmni1-Quad v1.0 SNP-microarrays (Illumina) that provide useful markers for genome-wide association studies and copy number variation analysis. This dataset comprises a cohort of 108 individuals (99 with hearing loss, 9 normal hearing family members) for the purpose of understanding the genetic contribution of copy number variations to hereditary hearing loss. These anonymized SNP-microarray data have been uploaded to the NCBI Gene Expression Omnibus and are intended to benefit other investigators interested in aggregating platform-matched array patient datasets or as part of a supporting reference tool for other laboratories to better understand recurring copy number variations in other genetic disorders.
Background:
IARS2 encodes a mitochondrial isoleucyl-tRNA synthetase, a highly conserved nuclear-encoded enzyme required for the charging of tRNAs with their cognate amino acid for translation. Recently, pathogenic IARS2 variants have been identified in a number of patients presenting broad clinical phenotypes with autosomal recessive inheritance. These phenotypes range from Leigh and West syndrome to a new syndrome abbreviated CAGSSS that is characterised by cataracts, growth hormone deficiency, sensory neuropathy, sensorineural hearing loss, and skeletal dysplasia, as well as cataract with no additional anomalies.
Methods:
Genomic DNA from Iranian probands from two families with consanguineous parental background and overlapping CAGSSS features were subjected to exome sequencing and bioinformatics analysis.
Results:
Exome sequencing and data analysis revealed a novel homozygous missense variant (c.2625C > T, p.Pro909Ser, NM_018060.3) within a 14.3 Mb run of homozygosity in proband 1 and a novel homozygous missense variant (c.2282A > G, p.His761Arg) residing in an ~ 8 Mb region of homozygosity in a proband of the second family. Patient-derived fibroblasts from proband 1 showed normal respiratory chain enzyme activity, as well as unchanged oxidative phosphorylation protein subunits and IARS2 levels. Homology modelling of the known and novel amino acid residue substitutions in IARS2 provided insight into the possible consequence of these variants on function and structure of the protein.
Conclusions:
This study further expands the phenotypic spectrum of IARS2 pathogenic variants to include two patients (patients 2 and 3) with cataract and skeletal dysplasia and no other features of CAGSSS to the possible presentation of the defects in IARS2. Additionally, this study suggests that adult patients with CAGSSS may manifest central adrenal insufficiency and type II esophageal achalasia and proposes that a variable sensorineural hearing loss onset, proportionate short stature, polyneuropathy, and mild dysmorphic features are possible, as seen in patient 1. Our findings support that even though biallelic IARS2 pathogenic variants can result in a distinctive, clinically recognisable phenotype in humans, it can also show a wide range of clinical presentation from severe pediatric neurological disorders of Leigh and West syndrome to both non-syndromic cataract and cataract accompanied by skeletal dysplasia.