Multi-organism platform for functional analysis of Undiagnosed Diseases Network (UDN) variants

用于未确诊疾病网络 (UDN) 变异功能分析的多生物体平台

• 批准号: 10213222
• 负责人: TIM SCHEDL
• 金额: $ 30万
• 依托单位: WASHINGTON UNIVERSITY
• 依托单位国家: 美国
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 美国
• 起止时间: 2018-09-15 至 2023-06-30
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://reporter.nih.gov/project-details/10213222
• 关键词: Algorithms; Amino Acid Sequence; Animal Model; Bioinformatics; Biological Assay; Biological Models; CRISPR/Cas technology; Caenorhabditis elegans; Candidate Disease Gene; Cells; Clinical; Communication; Communities; Cost Analysis; Cost Effectiveness Analysis; Data; Diagnosis; Diagnostic; Disease; Disease model; Drosophila genus; Environment; Evaluation; Genetic; Genetic Models; Genome; Human; Individual; Institutes; Knock-in; Knowledge; Leadership; Literature; Mission; Modeling; Nature; Organism; Orthologous Gene; Participant; Pathogenicity; Patients; Phase; Phenotype; Research; Resources; Symptoms; System; Techniques; Technology; Testing; Time; United States National Institutes of Health; Universities; Variant; Washington; Zebrafish; analysis pipeline; base; bioinformatics network; bioinformatics resource; cellular pathology; clinical research site; cost effective; exome sequencing; experience; experimental analysis; gain of function; genetic analysis; genetic variant; genome editing; human disease; human pluripotent stem cell; knock-down; loss of function; medical schools; model organisms databases; novel; overexpression; screening

Project Summary    This application proposes the Washington University in St. Louis School of Medicine (WUSM) Model Organism  Screening Core (wuMOSC) as a key asset for Phase II of the NIH Undiagnosed Diseases Network (UDN). The  wuMOSC  will  evaluate  the  pathogenicity  of  200  genetic  variants  per  year  identified  by  UDN  Clinical  Sites  in  otherwise  undiagnosed  participants  by  leveraging  the  optimal  combination  of  the  following  four  animal  model  organisms  and  human  cell-­based  Resource  Cores:  1)  C.  elegans,  2)  Drosophila,  3)  zebrafish,  and  4)  human  pluripotent  stem  cells  (hPSCs).  This  multi-­organism  approach  capitalizes  on  the  experimental  advantages  of  these  four  model  systems,  while  avoiding  the  limitations  of  individual  models.  Extending  the  established  advantages  of  the  Drosophila  and  zebrafish,  C.  elegans  allows  for  extremely  rapid  and  cost-­effective  variant  evaluation,  while  hPSCs  enable  assessment  of  genes  and  variants  that  are  not  conserved  in  animal  models.  An experienced Leadership Team has been assembled that harnesses the collaborative research environment  at WUSM, including the expertise of the McDonnell Genome Institute, and the superb WUSM clinical partners  that  constitute  the  proposed  UDN  Phase  II  WUSM  Sequencing  Center  and  Clinical  Site  applications,  respectively.  Using  proven,  cutting-­edge,  and  novel  bioinformatic  approaches,  combined  with  thoughtful  consideration of the advantages and limitations of each model organism, a careful assessment plan has been  defined for determining the putative pathogenicity of nominated variants and prioritizing them for experimental  evaluation  by  the  Resource  Cores.  Preliminary  data  demonstrate  that  all  four  Resource  Cores  are  using  efficient  and  advanced  genetic  targeting  techniques,  including  CRISPR/Cas9  to  knock-­in  the  human  variant  into  an  orthologous  gene,  knock-­down  and  loss-­of-­function  assays  where  appropriate,  and  overexpression  to  assess  rescue  of  loss-­of-­function  or  for  gain-­of-­function.  Phenotypic  analysis  of  the  genetic  models  will  be  guided  by  information  in  model  organism  databases  and  the  literature,  as  well  as  patient  symptoms.  This  information  will  then  be  applied  to  the  organism-­specific  and  extensive  phenotyping  pipelines.  The  UDN  Clinical  Sites,  Steering  Committee,  and  Coordinating  Committee  will  receive  frequent  communications  regarding  plans  and  results  of  the  wuMOSC,  through  the  activity  of  the  Administrative  Core,  which  will  also  disseminate acquired model organism expertise to the wider NIH and other research communities.  Therefore,  the multi-­model organism wuMOSC will have an exceptionally high impact on the diagnostic efforts of the UDN  by  bioinformatically  and  experimentally  evaluating  the  potential  of  disease-­causing  variants  in  the  context  of  disease-­specific phenotypes.

项目总结： -- 这份申请书提出了华盛顿大学圣路易斯医学院(WUSM)的生物模型。 筛查和核心项目(WuMOSC)是美国国立卫生研究院(NIH)未诊断疾病网络项目(UDN)第二阶段项目的关键资产项目。 WuMOSC还将每年评估UDN和临床研究网站在一年中确定的约200个基因变异的致病性。 否则，未被诊断的参与者将通过以下四种动物模型的最优模型组合来解决问题。 生物和以人类细胞为基础的生物资源核心：(1)线虫，(2)果蝇，(3)斑马鱼，动物和(4)人类。 多能干细胞移植(HPSCs)。这种新的多生物体移植方法充分利用了人类在实验上的优势。 这包括四个独立的模型和系统，同时避免了单个模型的限制。并扩展了已建立的模型。 与传统的果蝇和斑马鱼不同，马尾松毛虫的优势在于，它可以提供极其快速的基因和经济高效的基因变体。 评估，虽然hPSC可以实现对新基因和新变异体的评估，但它们在动物模型中并不是完全保守的。 我们已经组建了一支经验丰富的全球领导团队，以充分利用全球协作研究和开发环境。 在WUSM，包括McDonnell和基因组生物研究所的专业知识团队，以及世界上最优秀的WUSM和临床研究合作伙伴。 这将构成第一个拟议的UDN第二阶段、WUSM和排序中心应用程序，以及更多临床应用程序。 分别使用了成熟的、尖端的、先进的和新颖的生物信息学方法，并将其与深思熟虑的方法相结合。 考虑到每一种模式的优势和局限性，我们还没有对计划进行仔细的评估。 为确定被提名的变异体的潜在致病能力并确定它们的优先顺序进行实验而定义的标准 国际资源核心组的评估结果显示，这四个核心区的初步数据都在使用。 高效的基因和先进的基因打靶技术，包括CRISPR/Cas9技术，以敲入最新的人类基因变体。 在适当的情况下，进行基因敲除和功能丧失的检测，以及基因和过度表达的检测。 评估功能丧失或功能恢复的抢救能力。将不会对主要的遗传模型进行表型分析。 在模型和生物体数据库以及相关文献中提供的信息的指导下，以及患者的症状。 然后，信息技术将被广泛应用于识别特定于生物的基因，并对管道进行广泛的基因表型分析。 临床医疗机构、指导委员会、医疗和医疗协调委员会将不会收到频繁的医疗沟通。 关于中国商务部的计划和成果报告，请通过中国行政管理核心的全球活动报告，该活动也将包括在内。 将获得的模型和生物体的专业知识传播到更广泛的美国国立卫生研究院和其他医学研究社区。因此， 世界上第一个多模式生物组织wuMOSC将对世界人类发展网络的主要诊断和努力产生异常高的影响。 通过使用生物信息学方法和实验方法，在全球范围内评估致病基因变异的潜在风险。 疾病特有的基因表型。