12.09.2012-11.09.2015

SONATA NCN: Nr: UMO2011/03/D/NZ2/06136

Kwota dofinansowania: 1 000 000,00 zł

Najważniejsze zrealizowane zadania/podjęte działania

Podstawowym celem projektu była identyfikacja nowych, nieopisanych dotychczas w piśmiennictwie medycznym zmian genetycznych, stanowiących przyczynę występowania wrodzonych wad kończyn (WWK) u człowieka. Pomimo postępu w zakresie genetyki rozwoju człowieka oraz szybkiego doskonalenia metod diagnostyki genetycznej, przyczyna molekularna (zależnie od typu wady) pozostaje nieustalona w ok. 40-70% przypadków WWK, co uzasadnia prowadzenie badań naukowych w tej dziedzinie i stwarza stosunkowo wysokie szanse identyfikacji nowych, nieopisanych przyczyn molekularnych tychże wad. Podjęte przez nas badania prowadzone były z wykorzystaniem nowoczesnych metod genetyki molekularnej i pozwoliły na identyfikację m. in. kilku nowych, patogennych wariantów liczby kopii (CNVs). Zmiany typu CNVs, zaburzając otoczenie regulatorowe przyległych genów lub genu, skutkują najczęściej zmianami w ich działaniu. W niniejszym projekcie przebadaliśmy grupę 121 probandów dotkniętych obustronnymi WWK (32 przypadki rodzinne i 89 sporadycznych), u których w kompleksowych badaniach genetycznych wykluczyliśmy wszystkie znane przyczyny wady. Ponieważ na badania z zastosowaniem nowoczesnych technik kwalifikowaliśmy jedynie pacjentów z negatywnymi wynikami wstępnych testów przesiewowych, przebadana w ramach projektu grupa obejmowała de facto ok. 200 probandów z obustronnymi WWK. U ok. 80 z nich zidentyfikowaliśmy mutacje w znanych genach i regionach powiązanych z WWK, co umożliwiło zdiagnozowanie przyczyny zaburzenia rozwojowego i udzielenie rodzicom chorego dziecka porady genetycznej. Najważniejszymi osiągnięciami naukowymi niniejszego projektu, udokumentowanymi w momencie składania raportu dziewięcioma recenzowanymi publikacjami, było zidentyfikowanie kilku nowych przyczyn WWK oraz udoskonalenie algorytmów diagnostycznych dla określonych typów wad kończyn/chorób genetycznych układu kostnego człowieka. Poza identyfikacją nowych przyczyn genetycznych WWK, celami projektu było także powołanie nowego zespołu badawczego oraz stworzenie nowego warsztatu badawczego. Zrealizowano wszystkie w/w cele projektu, powołując zespół badawczy, wykorzystujący w swej pracy najnowocześniejsze metody diagnostyki i badań naukowych dostępnych w dziedzinie genetyki człowieka.

Wpływ na dyscyplinę

Zrealizowane w ramach niniejszego projektu badania i osiągnięte wyniki mają znaczący wpływ na rozwój reprezentowanej przez nas dyscypliny naukowej. Identyfikacja nowych czynników genetycznych (kodujących, a w szczególności niekodujących) odpowiedzialnych za morfogenezę kończyn stanowi istotny wkład w dziedziny genetyki klinicznej, biologii rozwoju i genetyki rozwoju. Wyniki projektu poszerzyły wiedzę dotyczącą etiologii wad rozwojowych człowieka, jak również pozwoliły uzyskać wgląd w procesy regulacji genów rozwojowych oraz embriogenezy kończyn człowieka. Na przykładzie WWK wykazaliśmy istotny udział mutacji regulatorowych w etiologii wrodzonych wad rozwojowych, co wytycza kierunki dalszych badań w tej dziedzinie genetyki klinicznej. Dodatkowo, dzięki przeprowadzonym badaniom i ich wynikom, pacjenci z WWK i ich rodziny uzyskały lepszą opiekę medyczną i bardziej wiarygodne poradnictwo genetyczne. Wyniki projektu umożliwiły także opracowanie nowych testów genetycznych (np. dla kościozrostu śródręcza 4/5, tj. MF4), jak również nowych, bardziej efektywnych ekonomicznie algorytmów diagnostycznych (SHFM, tj. w odniesieniu do rozszczepu rąk/stóp oraz mnogich wyrośli kostnych), co dodatkowo poprawi efektywność diagnostyki genetycznej i poradnictwa genetycznego dla tych konkretnych grup zaburzeń kostnych. Podsumowując, wyniki zakończonego projektu pozwoliły na lepsze poznanie etiologii genetycznej WWK, i oprócz istotnego wkładu w rozwój nauk podstawowych, przyczyniły się do poprawy stanu opieki genetycznej nad chorymi oraz umożliwiły skuteczniejszą diagnostykę, prognozowanie i poradnictwo genetyczne w tej heterogennej grupie zaburzeń rozwojowych.

The most important tasks completed within the project/undertaken activities

The basic aim of this project involved identification of novel genetic abnormalities, unreported in the medical literature, responsible for bilateral congenital limb malformations (CLMs) in humans. Despite recent progress of the knowledge on human developmental genetics and rapid improvement of genetic diagnostic methods, the molecular basis remains unidentified (depending on type of the defect) in about 40-70% of CLMs. These figures justify undertaking research projects in this area as well as give relatively high chance of identification of novel, as yet unreported molecular causes of such defects. The studies undertaken by us were performed by means of modern molecular genetics methods and allowed for the detection of several novel pathogenic structural microaberrations, also referred to as copy copy-number variations (CNVs). Such segmental changes disturb the regulatory landscape of a gene or several genes resulting in their aberrant expression during embryonic development. Within the ranks of this project, we analyzed a group of 121 non-consanguineous probands affected by bilateral CLMs (32 familial and 89 sporadic cases), in whom a comprehensive genetic studies did not detect any genetic abnormality causative for the defect. Since for the analyses performed by means of modern techniques we qualified only the cases with negative results of preliminary genetic testing, the group of patients studied within the ranks of this project encompassed about 200 probands affected by CLMs. In around 80 of them, we were able to identify causative mutations in genes and regions known to associated with CLMs, which allowed us to diagnose the origin of the developmental defect as well as to provide the family with a reliable genetic counselling. The most important achievement of the project, documented by nine peerreviewed publications at the moment of submission of this report, was however identification of several novel causes of CLMs and improvement of diagnostic algorithms for specific types of limb defects/genetic disorders of human skeletal system. Apart from the discovery of novel genetic causation of CLMs, the project was aimed at establishing of a new scientific group and creation of a new research pipeline. All initially assumed goals of the project were successfully achieved. Importantly, a new research team working with the use of modern diagnostic and research human genetic techniques was established thanks to the project.

Impact on the research discipline

Research that was conducted within the rank of this project and acquired results have significant impact on the scientific discipline represented by us. Identification of novel genetic factors (either coding but especially non-coding mutations) responsible for embryonic limb morphogenesis represent an important contribution to the field of clinical genetics, developmental biology, and developmental genetics. The results of the project extended our knowledge on the pathomechanisms underlying human congenital malformation phenotypes, as well as provided an insight into the processes of gene regulation and limb morphogenesis in humans. Based on the CLMs as an example, we demonstrated an important contribution of regulatory mutations in the etiology of congenital developmental defects, what suggests directions of further studies in this area of clinical genetics. Moreover, thanks to the results of this project, many CLMs patients and their families received better medical care and more reliable genetic counseling. The results of the project have definitely given rise to novel genetic tests (f. e. for the metacarpal bone 4/5 fusion, i.e. MF4) as well as to more economically effective diagnostic algorithms (SHFM, i.e. splithand/foot malformation and hereditary multiple exostoses), hence improving the status of genetic diagnostics and counseling for these particular groups of skeletal abnormalities. In conclusion, the results of the completed project allowed for better understanding of genetic etiology of CLMs and (apart from their marked input to basic science) undoubtedly contributed to the improvement of medical care, enabling better diagnostics, prognosis, and counseling in this highly heterogeneous group of developmental abnormalities.