Studies of human genetic diseases and developmental processes with the frog Xenopus laevis

Abstract

Next generation sequencing is a driving force behind the identification of genes and alleles that are suspected to cause human genetic diseases. In silico tools are routinely used in the clinical everyday life to characterize unknown genotypes. However, these tools have a limited predictive accuracy and can only provide a first-line assessment. Especially un- or less studied genes require in every case predictive in vivo model systems that allow conclusions about disease associations. Classically, mice and zebrafish are utilized for such research, which concomitantly deepens the understanding of the involved developmental processes. In this collection of studies, the African clawed frog Xenopus laevis was used to explore and promote its suitability for the analysis of potential human disease genes, variants and their associated developmental processes. The first chapters covers potential candidate genes for primary ciliary dyskinesia (PCD). The second chapter addresses if an actin based motor protein and a novel metzincin peptidase, encoded by myosin ID (MYO1D) and leishmanolysin like peptidase (LMLN2)/tout-de-travers (TDT), respectively, are potentially causative for PCD independent laterality defects. The third chapter deals with two candidates for neurodevelopmental disorders, namely hyaluronan mediated motility receptor (HMMR) and progesterone immunomodulatory binding factor 1 (PIBF1).

Next generation sequencing ist eine treibende Kraft hinter der Identifizierung von Genen und Allelen, die mutmaßlich humane Erbkrankheiten verursachen. Im klinischen Alltag werden routinemäßig in silico Methoden eingesetzt, um unbekannte Genotypen zu charakterisieren. Diese Methoden haben jedoch eine limitierte Vorhersagegenauigkeit und ermöglichen nur eine erste Beurteilung. Besonders spärlich oder nicht analysierte Gene erfordern in jedem Fall aussagekräftige in vivo Modellsysteme, die Schlüsse über etwaige Krankheitsassoziationen zulassen. Klassischer Weise werden für solche Forschungsbemühungen, die beiläufig auch das Verständnis der daran beteiligten Entwicklungsprozesse vertieft, Mäuse oder Zebrabärblinge verwendet. In dieser hier vorliegenden Studienkollektion wurde der Afrikanische Krallenfrosch Xenopus laevis verwendet, um dessen Eignung für die Analyse potentieller humaner Krankheitsgene, -genvarianten und deren assoziierten Entwicklungsprozesse zu ergründen und dies herauszustellen. Im ersten Kapitel werden Kandidatengene der primären ciliären Dyskinesie (PCD) besprochen. Das zweite Kapitel behandelt die Frage ob ein Aktin basierendes Motorprotein und eine neue Metzinkin Peptidase, jeweils von myosin ID (MYO1D) und leishmanolysin like peptidase 2 (LMLN2)/tout-de-travers (TDT) codiert, potentiell für PCD unabhängige Lateralitätsdefekte verantwortlich sein könnten. Das dritte Kapitel befasst sich mit zwei Kandidaten für neurologische Entwicklungsstörungen, namentlich hyaluronan mediated motility receptor (HMMR) und progesterone immunomodulatory binding factor 1 (PIBF1).