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Long-read genome sequencing und rare-variant Burden-Analysen inPatienten mit entwicklungsbedingten und epileptischen Enzephalopathien anhand der Solve-RD Epilepsy Initiative Kohorte

01.07.2025 bis 30.06.2026

Entwicklungsabhängige und epileptische Enzephalopathien (engl.: developmental and epileptic encephalopathies, DEE) sind charakterisiert durch therapieresistente epileptische Anfälle mit Beginn meist im Säuglingsalter oder frühem Kindesalter, einer geistigen Behinderung, und anderen neurologischen oder neuropsychiatrischen Merkmalen. Die Mehrzahl der DEE entstehen durch sporadische (de-novo) nonsense und missense Varianten, wobei anhand konventionell verfügbarer diagnostischer Methoden (Exomsequenzierung, (short-read) Genomsequenzierung) nur bei ca. 32-38% der Betroffenen eine Ursache gefunden wird.
Das europäische Projekt Solve-RD (Solve-Rare Diseases), gefördert von der Europäischen Union (EU, Horizon 2020), verfolgt das Ziel, die Ursachen bislang ungeklärter seltener Erkrankungen durch eine EU-weite Sammlung und Reanalyse existierender klinischer und genomischer Daten und zusätzlich neuen -omics Analysen (transcriptomics, short- and long-read genome sequencing) zu klären („solving the unsolved“). Dabei stützt sich Solve-RD auf die ebenfalls von der EU geförderten europäischen Referenznetzwerke für seltene komplexe Erkrankungen, wie z.B. ERN-EpiCARE. Das IMGAG, mit dem ich für das Projekt eng zusammenarbeiten werde, ist an Solve-RD maßgeblich beteiligt.
Um die diagnostische bzw. ätiologische Lücke der über 60% ungelösten DEE zu schließen, wurde die Solve-RD Epilepsy Initiative gegründet, bei der ich seit Beginn der Initiative 2020 mitwirke (Patientenselektion, Rekrutierung, Datenaustausch, Exom-Reanalyse, CNV-Analyse, RNA-Analyse; Details siehe Verlauf und Inhalte des Forschungsprojektes). Anhand neuer wissenschaftlicher Analyse- bzw. Auswertemethoden sollen neue pathophysiologisch relevante Kandidatengene und Varianten identifiziert werden. Das Projekt, für das ich mich bewerbe, beinhaltet dafür zwei unabhängige Herangehensweisen:
1.) Rare-Variant Burden Analyse
Dabei verwenden wir den Solve-RD Datensatz für eine exombasierte Fall-Kontroll-Studie zur Anreicherung von sehr seltenen Varianten (rare variants) in DEE-assoziierten Genen. Dabei wird die Häufigkeit vordefinierter Varianten (z.B. Varianten mit sehr niedriger Allelfrequenz <0,01% oder starker Auswirkung auf das Protein) in vordefinierten Gen-Sets oder allen Genen zwischen Fall- und Kontroll-Kohorten verglichen. Ziel ist es, signifikante neue Gen-Krankheitsassoziationen und ggf. neue Kandidatengene zu identifizieren.
2.) Long-Read Genome Sequencing (LRGS)
Im Rahmen der Solve-RD Epilepsy Initiative wurde eine Kohorte von aktuell insgesamt 124 Trios mit exom-negativer, sporadischer DEE für die Durchführung von Trio-LRGS generiert. Der Begriff LRGS beinhaltet neue Sequenziermethoden, bei denen längere Reads generiert werden, mit denen eine Rekonstruktion des Genoms leichter fällt als bei konventionellen (short-read) Sequenziermethoden. Dadurch werden z.B. Strukturvarianten und Repeats besonders gut erkannt. Zudem enthalten die Ergebnisse weitere Informationen wie z.B. DNA-Methylierung und Haplotyp-Phasing (Varianten können einem bestimmten Allel zugeordnet werden).