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Trotz der rasanten Entwicklung molekulargenetischer Analysemethoden sind die Auslöser vieler Erbrankheiten bislang ungeklärt. Eine Identifikation der genetischen Ursache einer Erkrankung ist jedoch essenziell, um zusätzliche invasive Tests vermeiden, adäquate Therapiemaßnahmen in die Wege leiten, akkurate Prognosen stellen und eine entsprechende genetische Beratung anbieten zu können. Next Generation Sequencing (NGS)-basierte Techniken wie die Whole Exome Sequenzierung (WES) haben die humangenetische Forschung und Diagnostik in den letzten Jahren revolutioniert. Die WES ermöglicht die Sequenzierung der Exons aller proteincodierenden Gene von mehreren Individuen gleichzeitig und stellt ein hilfreiches Werkzeug bei der Suche nach neuen kranheitsrelevanten Genen im Menschen dar.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Aufklärung genetischer Ursachen verschiedenster Erkrankungen in konsanguinen Familien aus dem nahen und mittleren Osten mittels WES. Insgesamt wurden 43 Patienten mit unterschiedlichen Krankheitsbildern untersucht, darunter viele mit Skelettdysplasien oder Neuropathien. In 22 Fällen (51%) konnte die entsprechende krankheitsverursachende Mutation ausfindig gemacht werden. In 21% der aufgeklärten Fälle wurden Sequenzvarianten detektiert, die in der Literatur bereits als pathogen beschrieben wurden, während 63% bisher noch unbekannte Mutationen in bereits als krankheitsrelevant beschriebenen Genen darstellten. Zudem konnten im Rahmen dieser Arbeit drei neue, für den Menschen krankheitsrelevante Gene identifiziert werden, solute carrier family 10 member 7 (SLC10A7), T-box 4 (TBX4) und MIA SH3 domain ER export factor 3 (MIA3). SLC10A7 codiert für einen Transporter aus der Familie der solute carrier, der in der Plasmamembran verankert ist. In dieser Arbeit geleistete Analyseergebnisse konnten zu der Erstbeschreibung von homozygoten pathogenen SLC10A7-Mutationen als Ursache für eine Skelettdysplasie mit Amelogenesis imperfecta beitragen. Bei TBX4 handelt es sich um einen hochkonservierten Transkriptionsfaktor, der während der embryonalen Entwicklung an der Ausbildung der unteren Extremitäten beteiligt ist. Homozygote pathogene TBX4-Mutationen wurden im Kontext dieser Arbeit erstmalig mit einer posterioren Amelie mit Becken- und Lungenhypoplasie in Verbindung gebracht. MIA3 ist ein Transmembranprotein des endoplasmatischen Retikulums, das eine essenzielle Rolle bei der Proteinsekretion spielt. Die hier vorgestellten Patienten mit homozygoten pathogenen MIA3-Mutationen zeigen eine komplexe syndromale Erkrankung, die sich hauptsächlich in einer Kollagenopathie, Diabetes mellitus und milder mentaler Retardierung manifestiert und ein neues Krankheitsbild darstellt.
Die im Rahmen dieser Arbeit erzielten Ergebnisse erweitern somit zum einen das Mutationsspektrum verschiedener bekannter Krankheitsbilder und offenbaren zum anderen neue krankheitsrelevante Gene im Menschen.
Skeletal dysplasia with multiple dislocations are severe disorders characterized by dislocations of large joints and short stature. The majority of them have been linked to pathogenic variants in genes encoding glycosyltransferases, sulfotransferases or epimerases required for glycosaminoglycan synthesis. Using exome sequencing, we identify homozygous mutations in SLC10A7 in six individuals with skeletal dysplasia with multiple dislocations and amelogenesis imperfecta. SLC10A7 encodes a 10-transmembrane-domain transporter located at the plasma membrane. Functional studies in vitro demonstrate that SLC10A7 mutations reduce SLC10A7 protein expression. We generate a Slc10a7−/− mouse model, which displays shortened long bones, growth plate disorganization and tooth enamel anomalies, recapitulating the human phenotype. Furthermore, we identify decreased heparan sulfate levels in Slc10a7−/− mouse cartilage and patient fibroblasts. Finally, we find an abnormal N-glycoprotein electrophoretic profile in patient blood samples. Together, our findings support the involvement of SLC10A7 in glycosaminoglycan synthesis and specifically in skeletal development.
Background
The vast majority of cases with Beckwith-Wiedemann syndrome (BWS) are caused by a molecular defect in the imprinted chromosome region 11p15.5. The underlying mechanisms include epimutations, uniparental disomy, copy number variations, and structural rearrangements. In addition, maternal loss-of-function mutations in CDKN1C are found. Despite growing knowledge on BWS pathogenesis, up to 20% of patients with BWS phenotype remain without molecular diagnosis.
Case presentation
Herein, we report an Iranian family with two females affected with BWS in different generations. Bisulfite pyrosequencing revealed hypermethylation of the H19/IGF2: intergenic differentially methylated region (IG DMR), also known as imprinting center 1 (IC1) and hypomethylation of the KCNQ1OT1: transcriptional start site (TSS) DMR (IC2). Array CGH demonstrated an 8 Mb duplication on chromosome 11p15.5p15.4 (205,827-8,150,933) and a 1 Mb deletion on chromosome 9p24.3 (209,020-1,288,114). Chromosome painting revealed that this duplication-deficiency in both patients is due to unbalanced segregation of a paternal reciprocal t(9;11)(p24.3;p15.4) translocation.
Conclusions
This is the first report of a paternally inherited unbalanced translocation between the chromosome 9 and 11 short arms underlying familial BWS. Copy number variations involving the 11p15.5 region are detected by the consensus diagnostic algorithm. However, in complex cases which do not only affect the BWS region itself, characterization of submicroscopic chromosome rearrangements can assist to estimate the recurrence risk and possible phenotypic outcomes.