Modeling novel genetic aberrations of patients with rare monogenic disorders affecting hematopoiesis

Abstract

Monogenic rare diseases represent a clinically heterogeneous group of severe conditions that collectively impact millions of people worldwide. A substantial subset of these diseases arises from genetic aberrations affecting hematopoiesis or immune system. Advances in next- generation sequencing have significantly facilitated the discovery of novel pathogenic variants associated with these disorders. However, the pathogenic character of novel previously undescribed variants must be first confirmed by a series of functional studies including those that employ experimental cellular or animal models. Traditional methods to create cellular models include plasmid transfection or viral transduction of the studied variant into the cells of interest. Currently, gene editing technologies, particularly the CRISPR/Cas9 system, represent the most powerful approach to create such models. Apart from straightforward generation of gene knockouts, they enable the precise introduction of patient-specific variants directly into the endogenous gene of a model cell line and therefore offer numerous advantages in terms of accuracy and relevance to physiological conditions. In this work, we present five patients with rare diseases in whom potentially causal variants in six genes were found and functionally evaluated...

Vzácná monogenní onemocnění představují klinicky heterogenní skupinu závažných stavů, které společně postihují miliony lidí na celém světě. Podstatná podskupina těchto onemocnění vzniká v důsledku genetických aberací ovlivňujících hematopoézu nebo imunitní systém. Pokroky v sekvenování nové generace (NGS) zásadně usnadnily objevování nových patogenních variant spojených s těmito poruchami. Pro potvrzení patogenního charakteru nově identifikovaných, dosud nepopsaných variant v kauzálních genech jsou však nezbytné funkční studie, včetně těch, které využívají experimentální buněčné nebo zvířecí modely. Tradiční způsoby vytváření buněčných modelů zahrnují plasmidovou transfekci nebo virovou transdukci studovaných genetických variant do cílových buněk. Současné technologie editace genomu, zejména systém CRISPR/Cas9, představují pokročilý nástroj pro generování těchto modelů. Kromě vytváření genových knockoutů umožňuje CRISPR/Cas9 přesné vnesení pacientských variant přímo do endogenních genů modelových buněčných linií, což přináší významné výhody z hlediska fyziologické relevance a přesnosti. V této práci prezentujeme pět pacientů se vzácnými onemocněními, u nichž byly identifikovány a funkčně zhodnoceny potenciálně kauzální varianty v šesti genech (SAMD9, TNFAIP3, AP1S1, BACH2, SLC19A1 a TLR8). Pro...