Metodologies d'alt rendiment per a la identificació de noves mutacions i gens causants de distròfies de retina: estudi funcional de nous candidats

Abstract

Les distròfies de retina (DR) formen un ampli grup dins les patologies hereditàries de la visió que es caracteritza perquè cursen amb afectació retinal i per la seva elevada heterogeneïtat clínica i genètica. A nivell clínic les DR es classifiquen entre formes estacionàries o progressives i formes maculars o generalitzades i, en general, són difícils de diagnosticar. A nivell genètic s’han identificat més de 260 gens causals, associats a formes sindròmiques i no sindròmiques, que s’hereten seguint els patrons coneguts d’herència mendeliana. A més, algunes DR, particularment les que afecten el nervi òptic, són causades per gens mitocondrials.

Els avenços realitzats aquests darrers anys en les metodologies de seqüenciació massiva han contribuït molt positivament a la identificació de nous gens i noves mutacions, millorant molt el rendiment del diagnòstic genètic de les DR i obrint noves vies per assegurar el diagnòstic clínic, predir l’evolució de la patologia i identificar noves dianes terapèutiques.

El treball que es presenta en aquesta tesi s’emmarca en una línia d’investigació del grup que té com a objectius: 1) Millorar l’eficàcia i facilitar el rendiment del diagnòstic genètic de les DR i, 2) contribuir a la identificació de nous gens causals. En relació al primer punt, en el primer capítol de la tesi es descriu la versió optimitzada i ampliada (100 gens) d’un xip que havia dissenyat prèviament el grup per al diagnòstic genètic de les DR, basat en l’anàlisi cosegregació amb marcadors de tipus SNP. Emprant aquest xip s’analitza una cohort de 36 famílies espanyoles afectades de DR.

En els darrers anys, les metodologies de seqüenciació massiva, especialment l’estudi de l’exoma o WES, han revolucionat el diagnòstic genètic i han esdevingut especialment rellevants per a l’estudi de malalties com les DR, genèticament molt heterogènies, i per tant inabordables amb la seqüenciació capil·lar convencional (Sanger), pels costos i temps que implicaria aquest tipus d’estudi. El segon capítol de la tesi descriu el diagnòstic genètic per WES de 33 famílies afectades de DR. Aquest treball ha conduït a la identificació de nous gens i noves mutacions causals, i no només demostra que la seqüenciació massiva és l’eina adient per aquest tipus de diagnòstic genètic, molt més eficaç, ràpida i fiable que els xips emprats anteriorment, sinó que obre noves perspectives d’estudi de les bases genètiques d’aquestes patologies.

Finalment, es recull l’estudi de dues famílies, inicialment diagnosticades a nivell clínic com a retinosi pigmentària, la DR més freqüent, i on l’anàlisi amb el xip DR va donar resultats negatius. El diagnòstic genètic mitjançant WES ha revelat la presència de noves mutacions en el gen que causa la coroiderèmia, CHM, i la necessitat d’una reavaluació diagnòstica confirmatòria. Aquest estudi aporta dades rellevants per establir relacions genotip-fenotip en relació a la contribució d’altres variants patogèniques en gens DR que actuen de modificadors i de la inactivació del cromosoma X en el cas de femelles portadores.

Retinal dystrophies (RD) are a group of inherited visual disorders characterized by extensive clinical and genetic heterogeneity, with more than 260 genes associated with non-syndromic and syndromic forms of the disorder. They can be inherited under all possible mendelian patterns, and also through the mitochondria. This extreme heterogeneity challenges the genetic diagnosis. However, gene identification is crucial to secure clinical diagnosis, instrumental for genetic counselling and now becomes a key step for patient prioritization for the current and upcoming gene therapy treatments.

In this Thesis, we have studied in depth the molecular diagnosis of several RD with the aim to increase its efficiency and contribute to the identification of novel causative genes. As a first approach, we used an extended chip, developed from a previous version designed by the group, that allows cosegregation analysis of 100 RD genes in affected families using single-nucleotide polymorphisms (SNPs). This led to the genetic resolution of 17 out of 36 families and allowed us to nominate candidate pedigrees for the search of novel disease-causing genes.

Recently, high-throughput methodologies have revolutionized the genetic diagnosis of mendelian heterogeneous disorders, as the RD. In particular, whole-exome sequencing (WES) makes it possible to analyse all known RD genes and also to explore the presence of mutations in novel genes, making the genetic diagnosis time- and cost-effective. The second part of the Thesis reports the genetic diagnosis of 33 RD families using WES. A total of 28 families were diagnosed with a clear or a plausible candidate. Besides, the genetic diagnosis has prompted the clinical re-evaluation of some patients and highlighted undiagnosed clinical syndromic disorders. In addition, four new RD genes have been identified and functional studies have been performed to provide the pathogenic bases of CEP250.

Choroideremia (CHM) is an X-linked retinal dystrophy also belonging to the family of RD disorders. The third chapter of the thesis deals with WES analysis of selected patients of two RD families. Bioinformatics analysis of WES data has highlighted two novel causative mutations in CHM and supported the choroideremia diagnosis attained after accurate clinical reevaluation. Moreover, this study illustrates a severe multi-mendelian phenotype in one family caused by dominant pathogenic mutations in PAX6 and PDE6B besides CHM.