 |
Investigation of genetically undiagnosed mitochondrial diseases associated with the functional impairment of the respiratory chain with use of next generation molecular genetic methods (WES)
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
112831 |
| Type |
PD |
| Principal investigator |
Halmainé dr. Komlósi, Katalin |
| Title in Hungarian |
A respiratórikus lánc funkcionális károsodásával járó ismeretlen eredetű mitokondriális betegségeinek vizsgálata új generációs módszerekkel |
| Title in English |
Investigation of genetically undiagnosed mitochondrial diseases associated with the functional impairment of the respiratory chain with use of next generation molecular genetic methods (WES) |
| Keywords in Hungarian |
mitokondriális, respiratórikus lánc, új generációs módszerek, teljes exom szekvenálás |
| Keywords in English |
mitochondrial, respiratory chain, next generation methods, whole exome sequencing |
| Discipline |
| Public health, health services, environmental and occupational medicine, epidemiology, medical ethics
(Council of Medical and Biological Sciences) | 100 % | | Ortelius classification: Rare diseases |
|
| Panel |
Molecular and Structural Biology and Biochemistry |
| Department or equivalent |
Insitute of Medical Genetics (University of Pécs) |
| Starting date |
2014-09-01 |
| Closing date |
2016-08-31 |
| Funding (in million HUF) |
4.338 |
| FTE (full time equivalent) |
0.41 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A pályázat az új generációs módszerek, mint a teljes exom szekvenálás és proteomikai módszerek segítségével kísérli meg tanulmányozni a légzési lánc funkcionális károsodásával járó genetikailag eddig nem azonosított mitokondriális betegségek komplex molekuláris hátterét. A mitokondriális fenotípus, többszervi érintettséggel járó rendkívül variábilis prezentációs tünetekkel, rendkívül széles értelmezést nyert mára, és genetikai háttere is egyre összetettebbnek mutatkozik. A klasszikus mitokondriális betegségek a légzési lánc primér érintettsége által az oxidatív foszforiláció károsodásához vezetnek, mely a strukturális alegység gének, az assembly gének és a mitokondriális DNS replikációjáért és integritásáért felelős gének mutációira vezethetők vissza. Ugyanakkor, bár sok esetben egyértelmű a légzési lánc funkcionális érintettsége, a háttérben álló molekuláris defektus valamint a primér eltérés és a funkcionális következmény közti interakció még tisztázatlan. Az új generációs technikák megjelenése hatalmas perspektívát nyitott az etiológia tisztázásában, de számos új kérdést is felvetett további funkcionális kutatásokat inspirálva. Mivel intézetünk érdeklődése hagyományosan kiterjed a mitokondriális betegségek vizsgálatára is, egy ilyen modellt választottunk arra, hogy az új generációs módszerek segítségével kíséreljünk meg azonosítani új mutációkat/új géneket, melyek „omics” módszerekkel történő funkcionális után vizsgálata hozzájárulhat új molekuláris defektusok azonosításához és elősegítheti mind a jövőbeli célzott diagnosztikát, mind új terápiás célpontok kutatását. A pályázat erősen támaszkodik biobank készletünkre; ami az országos és EU biobank konzorcium része.
Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
Az alapkutatástámogatások történetében a fenotípusból kiinduló megközelítésünk nem szokványos, viszont napjainkban csak alapkutásként lehetséges a ritka betegségek egyre komplexebb genetikai hátterét és pathomechanizmusát megközelíteni: bizonyos ritka betegségek nem kutathatóak a humán modell nélkül, nem, vagy csak körülményesen modellezhetőek (sejtes vagy komplexebb rendszereken keresztül). Az új generációs módszerek, így a teljes exom szekvenálás (WES) is óriási iramban járulnak hozzá a ritka betegségek DNS szintű feltérképezéséhez, ugyanakkor, az eddigi tapasztalatok alapján, a módszerek teljes hozama még bőven 50% alatt marad. Bár az új generációs szekvenálás rengeteg területen jól kezelhető és értelmezhető eredményt ad, világosan látszik, hogy sok adat, szekvencia, polimorfizmus, egyelőre esetenként még nem értelmezhető információt hordoz. Ennek megfelelően a klinikai vonatkozású kutatásoknak kell egy úttörő szerepet vállalniuk a területen, beleértve a kapott információk bioinformatikai értékelését is. A fenti koncepció alapján a pályázat az eddig genetikailag nem azonosított mitokondriális betegekben WES vizsgálatokkal új mutációk, illetve esetlegesen új gének azonosítását, majd funkcionális proteomikai vizsgálatokkal metabolom szintű eltérések feltárását célozza meg.
Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
Az évtized végére a biomedicina felismerte, hogy köszönhetően az új generációs szekvenálás, továbbá az array alapú módszerek robbanásszerű terjedésének, eddig soha nem látott potenciál rendelhető a korábban meglehetősen nehezen kezelhető és limitált információértékűnek tartott ritka betegség csoportba tartozó genetikai esetek részletes genetikai és genomikai feldolgozásához. Az exponenciálisan növekvő tudományos közleményekből nyilvánvaló, hogy az ismeretlen genetikájú családfák mellett, akár egyes sporadikus esetek vizsgálata kapcsán is, még mindig annotálásra kerülnek további új gén-funkciók, gén-interakciók, melyek a humán modell, a beteg ember vizsgálatának köszönhetőek, és ez a folyamat még mindig fellendülő fázisban van. Az ismeretelen hátterű fenotípus - új gén vagy új génvariánsok - új funkció/interakció tengely kiemelt fókuszba került köszönhetően a ritka beteg vizsgálatában rejlő potenciális információtartalomnak. Az általunk vizsgálandó ismeretlen eredetű mitokondriális betegségcsoportban az új generációs szekvenálás a komplex genetikai háttér, új molekuláris defektusok azonosításához járulhat hozzá, lehetőséget adva nemcsak az új funkció proteomikai vizsgálatára, de elősegítve egy logikus és egyértelmű klasszifikáció továbbővítését. A patomechanizmuson alapuló klasszifikációs rendszerek alapját képezik a transzlációs kutatásoknak és az alapkutatások adatainak minél előbbi betegközpontú felhasználásának. Rendkívül felértékelődnek a biobankokban tárolt különleges, egy spektrumhoz tartozó, de eddig nem azonosított genetikai esetek, tekintve a relatíve gyors új generációs szekvencia analízist és kiértékelési időt. Már látható, hogy ez a metodika eddig nem látott ütemű tudományos felismeréseket eredményezhet, ráadásul az eredmények sok esetben azonnal hasznosultnak tekinthetők, hiszen egyben a beteg emberek diagnózishoz jutását is eredményezik. A fenti megközelítés a mitokondriális betegségek etiológiai feltérképezésével a jövőbeli célzott diagnosztika és prenatalis diagnosztika realizálódásához, a pathomechanizmusra vonatkozó adatok pedig célzott terápiás targetek kijelöléséhez járulhatnak hozzá.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
Az orvosi és biológiai kutatások története során soha nem állt olyan közel egymáshoz a kutatás és a diagnosztika, mint napjainkban. Az elmúlt években nagyon modern és új DNS vizsgáló módszerek robbanásszerű fejlődésen estek át, a műszerek mindinkábbelterjedtek, és a rajtuk végzett vizsgálatok költségei elérték azt a költségszintet, amikor szélesebb körű alkalmazásuk is lehetővé válhat. Ismereteink szerint kb. 6000-8000 ritka betegség különíthető el, melyek közül kb. 6000 génje ismert, további legalább pár ezer genetikai kórkép háttere még azonosításra vár. A ritka betegségek körébe tartozó, ritka előfordulású betegségek mindig komoly terhet róttak a beteg, a családja, és a társadalom számára is, ma is még komoly diagnosztikus és terápiást kihívást jelentenek. Az említett technikák új fejezetet nyitnak ezen betegcsoport számára, kutatásukból a beteg és a tudomány is profitál: a beteg diagnózishoz és sok esetben adekvát gondozáshoz, kezeléshez, a családtervezés terén adekvát felvilágosításhoz juthat és prenatalis vizsgálat is tervezhető, a tudomány új géneket, új mechanizmusokat ismer meg. A társadalom számára is előnyös, hiszen a ritka betegségek kutatása és későbbi diagnosztikája, ellátása mindenki érdeke. Ezt a folyamatot az alapkutatás szintjéről látszik ésszerűnek elindítani, felépíteni és kiaknázni. A BBMRI-LPC nemzetközi kutatási projekt tagjaként a mintagyűjtések (biobankok) terén szoros nemzeti és nemzetközi együttműködésben tervezzük kutatásainkat. A Pécsi Tudományegyetem 2009-ben elnyert egy infrastrukturális fejlesztési pályázatot; a Science please! projekt 2012. júliusában indult, a jelen pályázat is a projekt folytatódó részét képezné.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
In our project we aim to investigate the complex molecular background of genetically yet unidentified mitochondrial diseases with functional impairment of the respiratory chain with the approach of next generation methods, as whole exome sequencing and proteomic studies. The mitochondrial phenotype as a multisystemic rare disease has been extensively broadened and the genetic background has become more and more complex. Mitochondrial diseases affect oxidative phosphorylation as a result of the primary impairment of the respiratory chain due to mutations in structural subunits, assembly genes or genes responsibel for mitochondrial DNA replication and integrity. However, in many cases, although the functional disturbance of the respiratory chain is evident, the undelying molecular defect and the interactions between the primary defect and the secondary functional impairment remains to be elucidated. Next generation methods have opened up new perspectives in the etiological clarification of mitochondrial diseases but have also raised many questions inspiring further functional studies. Since research at our department traditionally focuses on the investigation of mitochondrial diseases we have chosen this rare disease group as a model to apply next generation sequencing in an approach to identify new mutations or possibly new genes and to follow with „omics” techniques that may contribute to the identification of new molecular defects and aid future diagnostic strategies and research on therapeutic targets in mitochondrial disease. The project is based on our existing and constantly expanding biobank which is part of the national and EU biobank consortium.
What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
In the history of basic research funding we propose a non-conventional approach of phenotype based genetic studies with the belief that the complex genetic background of rare diseases can only be approached nowadays through the patient: certain rare diseases cannot be studied without the human model, cannot be adequately depicted through other model systems (cellular or more complex systems), since in many cases the genetic background is not fully understood yet. Next generation genetic methods, including whole exome sequencing (WES) have rapidly contributed to the elucidation of the primary DNA defect in many rare diseases, however, the total yield of finding the causative alteration still remains poor, in many cases under 50%. Although next generation sequencing and array CGH technologies yield applicable and well understandable results in many areas, it is still clear that many data, sequence, copy number variation cannot be fully interpreted yet in single sporadic cases. Therefore, clinical research has to lead a pioneering role in many areas including the field of bioinformatic interpretation of the vast amount of generated data. Following the above concept our project aims to identify new mutations or potentially new genes with WES in genetically yet unidentified mitochondrial diasease patients with a functional impairment of the respiratory chain and to further characterize metabolom changes in those patients with proteomic studies.
What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
In recent years it became clear that due to the explosive spread of next generation sequencing and the array-based methods, the precise genetic and genomic elucidation of rare disease cases, quite difficult to handle in the past, has gained unprecedented potential. Many publications have shown that pedigrees with unknown genetic background or analysis of single rare disease cases have led to the annotation of new gene functions, gene-interactions, that can be attributed to the investigation of the human model, the diseased patient, and this process seems to be still in an emerging phase. The phenotype with unknown genetic background-novel gene or gene variants-novel function/interaction relationship has gained outstanding attention due to the potential information content inherent in the analysis of rare disease patients. In our proposed study of mitochondrial patients new generation sequencing may contribute to the elucidation of the complex genetic background and the identification of new molecular defects opening the possibility of proteomic analysis of the new function and contributing to a logical and straightforward classification system. Classification systems based on genomic and proteomic data enable the application of translational and basic research results in direct patient care. Unique cases belonging to a certain disease spectrum in already existing biobank facilities gain huge importance combining the relatively low cost of new generation sequencing with the relatively quick analysis and interpretation time. It is already evident that this methodological approach may lead to a faster pace of scientic recognition than previously, while the results can be utilized immediately in the perspective of the patient, yielding the long-sought diagnosis of rare disease patients. The above mentioned approach may aid future targeted diagnosis and prenatal diagnosis in mitochondrial patients, while elucidation of the pathomechanism may contribute to the identification of new molecular therapeutic targets.
Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
Research and diagnostics have never been so tied together during the history of medical and biological research as nowadays. The last years have witnessed the exploding progress of new DNA analysis methods, the instrumental background has spread and the cost has reached a limit where broad-range application became possible. To our current knowledge 6000-8000 rare diseases can be distinguished, of which 6000 genes are known, the background of further couple of thousand genetic entities needs still to be elucidated. Rare diseases have always existed and have put a great burden on the patient, his family and on society, and pose an important diagnostic and therapeutic challenge even today. The above mentioned modern methods open a new chapter for those patients, their research serves two goals parallely: the patient obtains a diagnosis, aiding adequate therapy, care, appropriate counseling and the possibility for prenatal diagnosis, while for the benefit of the scientific world novel genes and mechanisms not known previously in the era of conventional methodological approaches are elucidated. Even society has its beneficial share, since research, later diagnostics and care of rare disease patients is in everyone’s interest. It seems rational to initiate and build up this process from the level of basic research. As part of a biobank research project (BBMRI-LPC) in sample collection (biobanking) we aim to conduct our studies in close cooperation and coordination with already existing national and international biobanks. The University of Pécs won an infrastructural development in 2009, the present proposal would be a continuing part of the project.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
