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

点击翻译按钮获取中文摘要

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.