Untersuchung des gesamten Genoms bei Familien mit Oligodontie zur Identifizierung pathogener Varianten und zur Analyse der Vererbungsmuster

Abstract

Oligodontie ist eine angeborene Zahnanomalie, die durch das Fehlen von mindestens sechs bleibenden Zähnen (exklusive der Weisheitszähne) gekennzeichnet ist. In der vorliegenden Studie soll untersucht werden, ob eine vollständige Genomsequenzierung (WGS) dazu beitragen kann, die genetischen Hintergründe der Erkrankung zu entschlüsseln. Mit Genehmigung der Ethikkommission (EA2/197/20) wurden 11 Personen aus vier Familien mit Oligodontie in die Studie aufgenommen. Einschlusskriterien waren das Fehlen von sechs oder mehr bleibenden Zähnen (exklusive der Weisheitszähne) sowie ein Mindestalter von neun Jahren, um Spätanlagen auszuschließen. Es wurden zahnmedizinische Untersuchungen durchgeführt, um den Phänotyp zu erfassen. Hierzu zählten intra- und extraorale Inspektionen sowie röntgenologische und fotografische Dokumentationen. Für das WGS wurde den Teilnehmer*innen EDTA-Blut entnommen. Die Indexpatient*innen wurden sequenziert und die Daten nach seltenen, potenziell schädlichen Varianten gefiltert. Blutproben der Eltern wurden einer Segregationsanalyse durch gezielte Sanger-Sequenzierung, quantitative PCR oder Bruchpunkt-PCR unterzogen (Mitscherling et al. 2023). Die Kombination aus WGS und Segregationsanalyse ermöglicht es, anhand des Vererbungsmusters innerhalb der Familien, genetischen Varianten als mögliche Ursachen für Zahnanomalien zu evaluieren. In allen Familien konnten Varianten von Interesse identifiziert werden. WGS deckte relevante Punktmutationen und strukturelle Deletionen auf. Zwei Varianten von unklarer Bedeutung wurden identifiziert: eine Spleißvariante im PTH1R-Gen und eine 2,1 kb große Deletion im FGF7-Gen. Auch drei pathogene Mutationen wurden entdeckt: eine neuartige Frameshift-Mutation im letzten Exon des PITX2-Gens, eine unbekannte Deletion im PAX9-Gen und eine bekannte Nonsense-Variante im WNT10A-Gen (Mitscherling et al. 2023). Die FGF7-Variante trat bei einem Patienten auf, der auch die WNT10A-Variante trug. Mutationen im PITX2-Gen sind mit dem Axenfeld-Rieger-Syndrom 1 (ARS1) assoziiert, einer Erkrankung die primär durch pathologische Veränderungen des vorderen Augenabschnitts gekennzeichnet ist. Zusätzlich können kraniofaziale Dysmorphien und Zahnanomalien auftreten. Eine beobachtete PITX2-Frameshift-Mutation zeigte stark ausgeprägte Zahnanomalien, während okuläre Symptome variabel waren. Diese Abweichung erweitert das Verständnis darüber, wie Mutationen im PITX2-Gen zu verschiedenen Symptomen führen. In der vorliegenden Studie wurde nur eine kleine Kohorte untersucht. Die gefundenen Ergebnisse deuten zwar darauf hin, dass die Oligodontie eine mono- und digene Ursache hat, jedoch ist es unerlässlich, weiterführende Forschungen an größeren Kohorten von Familien mit Zahnanomalien durchzuführen. Das WGS ist dafür eine geeignete Methode, da sie kleine aber komplexe Struktuvarianten erfassen kann. Eine standardisierte Anwendung könnte präzise Diagnosen ermöglichen und die Patientenversorgung sowie Therapien verbessern.

Oligodontia is a congenital dental anomaly characterized by the absence of at least six permanent teeth (excluding wisdom teeth). This study aims to investigate whether whole genome sequencing (WGS) can help elucidate the genetic background of the disease. With the approval of the ethics committee (EA2/197/20), 11 individuals from four families affected by oligodontia were included in the study. The inclusion criteria were the absence of six or more permanent teeth (excluding wisdom teeth) and a minimum age of nine years to rule out late development. Comprehensive dental examinations were conducted to assess the phenotype, including intraoral and extraoral inspections, as well as radiographic and photographic documentation. EDTA blood samples were collected from participants for WGS. The index patients underwent sequencing, and the data were filtered for rare, potentially deleterious variants. Parental blood samples were subjected to segregation analysis using targeted Sanger sequencing, quantitative PCR, or breakpoint PCR (Mitscherling et al., 2023). The combination of WGS and segregation analysis enables the evaluation of genetic variants as potential causes of dental anomalies based on the inheritance patterns within families. Variants of interest were identified in all four families. WGS revealed significant point mutations and structural deletions. Two variants of uncertain clinical significance were identified: a splice variant in the PTH1R gene and a 2.1 kb deletion affecting the noncoding region of the FGF7 gene. Three pathogenic mutations were also discovered: a novel frameshift mutation in the last exon of the PITX2 gene, an unidentified deletion in the PAX9 gene, and a known nonsense variant in the WNT10A gene (Mitscherling et al., 2023). Notably, the FGF7 variant was detected in a patient who also carried the WNT10A variant. Mutations in the PITX2 gene are typically associated with Axenfeld-Rieger syndrome 1 (ARS1), a condition characterized primarily by pathological changes in the anterior segment of the eye. Craniofacial dysmorphia and dental anomalies may also occur. In one observed case, a PITX2 frameshift mutation led to pronounced dental abnormalities, while ocular symptoms were more variable. This finding broadens the understanding of how PITX2 mutations can lead to a range of clinical manifestations. Due to the small cohort size in this study, the findings should be interpreted with caution. Although the results suggest that oligodontia may have mono- and digenic causes, further research on larger cohorts is necessary. WGS is a suitable method for such studies, as it can detect complex structural variants. Its standardized application could facilitate precise genetic diagnoses and enhance patient care and treatment strategies.