Genomweite Analyse von Kopienanzahlveränderungen in 155 Patienten mit angeborener Verengung der Harnröhre zur Identifizierung möglicher kausaler Gene

Abstract

Die Ursachen für angeborene Obstruktionen des unteren Harntraktes (engl. Lower Urinary Tract Obstruction, LUTO) sind weitgehend unerforscht. Die häufigste Form der LUTO sind angeborene posteriore Urethralklappen (engl. posterior urethral valves, PUV), die fast ausschließlich bei Jungen auftreten. Hier wurde das Genom von 155 LUTO-Patienten systematisch analysiert, um potenziell krankheitsverursachende Kopienanzahlveränderungen (engl. copy number variation, CNV), und Kandidatengene zu identifizieren. Dazu wurde die DNA von 155 Patienten mit LUTO und 4.392 gesunden Kontrollpersonen auf CNVs mittels SNP-Array (engl. single nucleotide polymorphism, Einzelnukleotid-Polymorphismus) analysiert. Die so gewonnenen Daten wurden von CNVPartition, QuantiSNP und PennCNV berechnet. Nach Qualitätskontrolle der einzelnen Proben und CNVs wurden CNVs, die sich bei Patienten und Kontrollpersonen überschneiden, herausgefiltert. Nach Filterschritten wie CNV-Häufigkeit in der Database of Genomic Variants (DGV), Geninhalt und einer abschließenden visuellen Inspektion, wurden 37 sehr seltene CNVs identifiziert. Diese wurden durch Literaturrecherche priorisiert. Drei Mikroduplikationen in drei LUTO-Patienten konnten durch quantitative Polymerase-Kettenreaktion (engl. quantitative polymerase chainreaction, qPCR) bestätigt werden. Eine Mikroduplikation (5q23.2) trat de novo auf; bei den beiden verbleibenden Mikroduplikationen, die auf den Chromosomen 1p36.21 und 10q23.31 gefunden wurden, war die elterliche DNA für eine Segregationsanalyse nicht verfügbar. In den drei Duplikationen lagen 11 kodierende Gene, fünf humanspezifische lange nicht-kodierende Ribonukleinsäuren (engl. long non-coding ribonucleic acid, lncRNA) und eine mikro Ribonukleinsäure (engl. micro ribunucleic acid, microRNA). Drei kodierende Gene (SNCAIP, FBLIM1, SLC16A12) und die microRNA MIR107 sind im embryonalen Harntrakt der Maus exprimiert. Dies liegt die Vermutung nahe, dass seltene oder de novo auftretende Duplikationen von Genen die eine Rolle in der der embryonalen Harntraktentwicklung spielen zur Entstehung von LUTOs beitragen. Zur Feststellung weiterer ursächlicher CNVs und um weitere Patienten mit CNVs in den oben beschriebenen Kandidatengenen zu identifizieren, sollten Untersuchungen auf CNVs in größere LUTO-Kohorten durchgeführt werden. Dafür würde sich besonders die Sequenzierung des gesamten Genoms (engl. whole genome sequencing, WGS) anbieten. Aus diesen Daten können nicht nur CNVs berechnet werden, sondern auch nach möglichen krankheitsverursachenden SNPs in Kandidatengenen gefiltert werden. Da es sich bei LUTOs in den meisten Fällen um PUVs, einen auf Jungen beschränkten Phänotypen, handelt, muss die Möglichkeit der Vererbung durch gesunde Mütter berücksichtigt werden. Durch den hier beschriebenen Filteralgorithmus könnten Kohorten mit weiteren angeborenen Fehlbildungen auf mögliche kausale CNVs analysiert werden.

<strong>Genome-Wide Survey for Microdeletions or -Duplications in 155 Patients with Lower Urinary Tract Obstructions (LUTO)</strong> <br> Lower urinary tract obstruction (LUTO) is, in most cases, caused by anatomical blockage of the bladder outlet. The most common form are posterior urethral valves (PUVs), a male-limited phenotype. Here, we surveyed the genome of 155 LUTO patients to identify disease-causing CNVs. Raw intensity data were collected for CNVs detected in LUTO patients and 4.392 healthy controls using CNVPartition, QuantiSNP and PennCNV. Overlapping CNVs between patients and controls were discarded. Additional filtering implicated CNV frequency in the database of genomic variants, gene content and final visual inspection detecting 37 ultra-rare CNVs. After, prioritization qPCR analysis confirmed 3 microduplications, all detected in PUV patients. One microduplication (5q23.2) occurred de novo in the two remaining microduplications found on chromosome 1p36.21 and 10q23.31. Parental DNA was not available for segregation analysis. All three duplications comprised 11 coding genes: four human specific lncRNA and one microRNA. Three coding genes (FBLIM1, SLC16A12, SNCAIP) and the microRNA MIR107 have previously been shown to be expressed in the developing urinary tract of mouse embryos. We propose that duplications, rare or de novo, contribute to PUV formation, a male-limited phenotype.