Universität zu Köln

Tschernoster, Nikolai (2023). Genomic profiling in rare kidney disease. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Rare diseases (RD), generally defined by an incidence of less than 1:2000, affect about 3-6% of the population. To date, over 600 different genetic kidney diseases have been identified. Most of them with the exception of autosomal dominant polycystic kidney disease (ADPKD) are rare to ultrarare disorders. Due to their rarity and often genetic heterogeneity, analysis is difficult and diagnosis is frequently delayed. Clinically, (rare) kidney diseases (RKD) are mainly divided into the following categories: Congenital or developmental kidney and urogenital tract malformations, electrolytes or metabolic disorder, glomerular disease, secondary renal, hereditary renal cancer syndromes, or tubulointerstitial kidney disease. Steroid-resistant nephrotic syndrome (SRNS) and focal segmental glomerulosclerosis (FSGS), are leading causes of end-stage renal disease (ESRD) in children, adolescents, and adults. Although several SRNS genes could be identified mostly in younger children, the genetic basis of SRNS/FSGS in adolescents and adults is far from being completely understood. Reliable discrimination of genetic versus non-genetic forms is an imperative as the identification of monogenic rare kidney disease has numerous implications in a precision medicine setting. Currently, the predominant application of short-read based sequencing techniques results in preferential detection of point mutations and small-sized deletions/insertions while larger structural aberrations (large deletions/insertions), gene rearrangements, and mutations in homologous or repetitive regions frequently escape detection. This project combines short-read based high throughput next-generation sequencing (GPS/WES/WGS) with unparalleled structural variant analyses to overcome previous limitations in genetic analyses. Clinically relevant examples, that such structural variants (SV) are important in rare kidney diseases, are complement activation gene cluster (RCA; chromosome1q32) in atypical haemolytic uremic syndrome (aHUS) as well as the deletion of the chloride channel ClC-Kb associated with Bartter syndrome type 3. The major goal of this project is to unravel the genetic basis of genetic forms of RKD like SRNS/FSGS, aHUS, and tubulopathies and to define a pipeline for the molecular genetic analyses of rare kidney diseases as a best-practice clinical routine at the University Hospital of Cologne. Specifically, my aim was to perform profound genome analyses using biosamples from a cohort of paediatric and adult SRNS/FSGS patients, that have been collected over the last years and integrate this with already existing genetic data. By a comprehensive genomic approach, we aim to improve the diagnostics of chronic kidney disease, enhance our IV understanding of the underlying pathomechanisms, and contribute to practice-changing discoveries by precision diagnostics, that allow individualized therapies.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language Seltene Erkrankungen, definiert durch eine Inzidenz von weniger als 1:2000, betreffen etwa 3-6 % der Bevölkerung. Bis heute wurden bereits über 600 verschiedene genetische Nierenerkrankungen identifiziert. Die meisten von ihnen, mit Ausnahme der autosomal dominanten polyzystischen Nierenerkrankung (ADPKD), sind seltene bis sehr seltene Erkrankungen. Aufgrund ihrer Seltenheit und oft genetischen Heterogenität ist die Analyse schwierig und die Diagnose wird häufig verzögert. Klinisch werden (seltene) Nierenkrankheiten hauptsächlich in die folgenden Krankheitskategorien eingeteilt: Angeborene oder entwicklungsbedingte Fehlbildungen der Nieren und des Urogenitaltrakts, Elektrolyt- oder Stoffwechselstörungen, glomeruläre Erkrankungen, sekundäre Nierenerkrankungen, erbliche Nierenkrebssyndrome oder tubulointerstitielle Nierenerkrankungen. Das steroidresistente nephrotische Syndrom (SRNS) und sein histomorphologisches Hauptkorrelat die fokal-segmentale Glomerulosklerose (FSGS) stellen eine bedeutende Ursache für die terminale Niereninsuffzienz im Kindesalter, als auch bei erwachsenen Patienten dar. Trotz Identifikation vieler monogenetischer Veränderungen, ist die genetische Grundlage des SRSN/FSGS-Komplex für die Mehrheit der älteren Kinder, Jugendlichen und Erwachsenen bisher nicht gut verstanden. Die eindeutige Abgrenzung genetischer Ursachen für seltene Nierenerkrankungen ist unerlässlich, da sich bereits heute hieraus eine Vielzahl an klinischen Implikationen ergeben. Die Identifikation unbekannter Erkrankungsallele oder Erkrankungsgene kann Erkenntnisse bringen, die ein gänzlich neues Verständnis der Pathomechanismen ermöglichen. Durch systematische repetitive Analyse einer ausreichend großen Patientenkohorte ist eine hypothesenfreie genetische Testung möglich, die auch die methodischen Schwächen der bislang von „short-reads“ dominierten Sequenziertechnologien kompensieren kann. Wir haben in unserer Studie Whole-Exome/Genome Sequenzierungs-Verfahren (WES/WGS) mit Methoden kombiniert, die eine Erfassung von Strukturvarianten (SV) (große heterozygote Deletionen/Insertionen, balancierte Translokationen, Gen-Rearrangements, etc.) erlauben. Eindrückliche Beispiele, dass solche SV auch bei seltenen Nierenerkrankungen von Bedeutung sind, zeigen Befunde zum Komplement-Aktivierungs Gencluster (RCA; Chromosom1q32) bei atypischem V Hämolytisch Urämischem Syndrom (aHUS) sowie die vollständige Deletion des Chloridkanals ClC-Kb ursächlich für Bartter Syndrom Typ 3. Konkret ist es mein Ziel, tiefgreifende Genomanalysen anhand von Bioproben aus einer Kohorte pädiatrischer und erwachsener Patienten mit genetisch bedingten Formen der seltenen Nierenerkrankungen wie SRNS/FSGS, aHUS und Tubulopathien durchführen, die in den letzten Jahren gesammelt wurden und diese in bereits vorhandene genetische Daten integrieren. Durch eine umfassende genomischen Analyse wollen wir die Diagnostik von chronischen Nierenerkrankungen verbessern, unser Verständnis der zugrunde liegenden Pathomechanismen erweitern und zu praxisverändernden Entdeckungen durch Präzisionsdiagnostik beitragen, die letztendlich individuelle und gezielte Therapiemöglichkeiten ermöglichen soll. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Tschernoster, Nikolai nikolai.tschernoster@uk-koeln.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-709604
Date:	2023
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Cologne Center for Genomics
Subjects:	Natural sciences and mathematics Life sciences Medical sciences Medicine
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Genomic profiling UNSPECIFIED Rare Kidney Disease UNSPECIFIED
Date of oral exam:	14 August 2023
Referee:	Name Academic Title Nürnberg, Peter Prof. Dr. Brinkkötter, Paul Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/70960