Strukturvarianten im menschlichen Genom

Abstract

Seit ihrer ursprünglichen Entdeckung im Jahre 2004 ist immer klarer geworden, dass Kopienzahlveränderungen (CNVs) einen starken Einfluss auf die genetische Prädisposition zu Krankheiten, aber auch auf Variation im gesunden Phänotypen haben. Auch dank verbesserter Methoden werden CNVs zunehmend als Faktoren in der molekularen Ätiologie von vielerlei Krankheitsbildern identifiziert. Eine Kartierung aller CNVs im menschlichen Genom ist daher entscheidend für die weitere Erforschung komplexer Erkrankungen und eröffnet neue Ansätze in der Medikamentenentwicklung. Ich habe mit einer hochauflösenden Methode, Array Comparative Genomic Hybridization (aCGH), die 44 ENCODE-Regionen in 36 Individuen auf CNVs hin untersucht. Dafür habe ich Microarray Chips mit 385000 Oligomeren benutzt. Dies ermöglichte es, ein Prozent des menschlichen Genoms mit einem überlappenden Pfad abzudecken. Insgesamt konnte ich so 31 verschiedene CNV- Loci mit einer Gesamtausdehnung von ca. 200 Kb finden, von denen der größte Teil mittels quantitativer real-time PCR (qPCR) sowie konventioneller PCR und Datenbankvergleichen validiert werden konnte. Auf das gesamte Genom hochgerechnet entspricht das 20 Mb an kopienzahl-variabler Sequenz. Damit konnte ich im Einklang mit jüngsten Forschungsergebnissen anderer zeigen, dass die Gesamtzahl an von CNVs betroffenen Basen geringer ist als bislang vermutet, da CNVs zwar zahlreich, aber oft von geringerer Ausdehnung als zuvor angenommen sind. So konnte ich zeigen, dass die meisten CNV-Loci kleiner als 1 Kb sind. Im diesem Bereich befindet sich eine große Anzahl von CNVs, die sehr variable Sequenzen aufweisen. Diese aufzufinden, war bislang nur mit aufwändigeren Sequenziermethoden möglich. Darüber hinaus konnte ich bestätigen, dass populationspezifische Verteilungsmuster für CNV- Loci existieren und sich CNVs überproportional häufig in Olfaktorischen Rezeptorgenen bzw. in Genen, die der Immunmodulation dienen, finden lassen.

Since their discovery in 2004 it’s becoming increasingly clear that copy number variants (CNVs) make a strong contribution to disease susceptibility as well as phenotypic diversity. Thanks to improving methods of detection more and more diseases have been linked to CNVs. A comprehensive map of CNVs in the human genome is therefore crucial for the elucidation of complex disease and the development of new treatments. Here I present an in depth-analysis of CNVs in all 44 ENCODE regions in 36 individuals using a high-resolution method, array comparative genomic hybridization (aCGH). The microarrays we used have 385,000 oligomer probes and cover 1 percent of the human genome with an overlapping tiling path. I found 31 different CNVs loci in total, which comprise about 200,000 base pairs of variable sequence. The majority of CNVs could be validated using PCR, qPCR, and comparison to the recent literature. If we extrapolate these results to the complete genome we would expect copy number variable sequences to encompass about 20 Mb, which is consistent with recent findings by other groups. CNVs are an abundant feature in the genome. However, CNVs are smaller than previously thought and therefore affect a fewer number of total bases than was initially estimated. I found that most CNV loci are smaller than 1 Kb. In this size range were several CNVs, which showed extremely variable underlying sequences. Those were so far only accessible with sequencing technologies. I also could confirm that CNV loci show populations specific patterns and that CNVs are overrepresented in olfactory genes and genes that play a role in immunity.