Onderzoek Wouter De Coster

Abstract

Neurodegeneratieve ziektes zijn een groeiende belasting voor patiënten, onze maatschappij en het gezondheidssysteem, maar therapeutische doorbraken blijven beperkt ondanks intens onderzoek. Wij bestuderen genetische factoren in frontotemporale dementie om zo sleutelfactoren te identificeren die betrokken zijn vroeg in het ziekteverloop, aangezien de helft van de patienten geen genetische diagnose heeft en dus geen doelwit voor (precisie) behandeling. Hier stel ik voor om dit probleem aan te pakken van twee kanten, 1) tandem repeat lengte variatie en expansies en 2) somatische varianten in de hersenen. Er is bewijs voor de betrokkenheid van beide variant types, maar een systematische studie is nodig om hun bijdrage tot FTD te bepalen. Een cruciaal deel van dit project is de ontwikkeling van software voor de genoom-wijde karakterisatie van tandem repeat variatie, en een database voor populatie-wijde repeat lengtes. Dit onderzoek is mogelijk geworden nu nieuwe sequencing technologieën bruikbaar zijn voor grote populaties. Ik zal de rol als causale en risico variant bestuderen voor tandem repeat expansies, met korte en lange fragment sequencing. Bijkomend zal ik somatische single nucleotide varianten opvolgen met lange fragment single nucleus transcriptomics, en somatische structurele varianten identificeren met diepe genoom sequencing van gesorteerde neuronen. Finaal zullen we cell-vrij DNA in plasma en CSF bekijken als een biomarker voor de vroege diagnose van neurodegeneratie.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Rademakers Rosa
• Mandaathouder: De Coster Wouter

Onderzoeksgroep(en)

• VIB CMN - Toegepaste en Translationele Neurogenomica

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Frontotemporale degeneratie met TDP-43 pathologie (FTLD-TDP) is een heterogene neurodegeneratieve aandoening. Patiënten presenteren met stoornissen in persoonlijkheid, gedrag of taal en overlijden binnen enkele jaren. Identificatie van twee FTLD-TDP-genen (progranuline (GRN) en C9orf72) gaf belangrijk inzicht in mogelijke ziektemechanismen en leidde tot recent gestarte klinische studies in genetische FTLD-TDP-subtypes. Voor patiënten zonder bekende mutaties blijven de ziektemechanismen echter onduidelijk, zonder hoop op behandeling. Wij veronderstellen dat een subgroep van FTLD-TDP-patiënten zonder bekende mutaties (FTLD-TDP type A) ziektemechanismen deelt met GRN-mutatiedragers en baat zou kunnen hebben bij de behandelingen die in ontwikkeling zijn. In dit project gebruiken we long-read DNA-sequencing om tot nu toe onontdekte ziekte-geassocieerde mutaties bij FTLD-TDP type A-patiënten te identificeren (WP1). Long-read cDNA-sequencing en single-nuclei transcriptomics zullen worden uitgevoerd om expressieveranderingen te correleren met mogelijke pathogene varianten en om bijkomend inzicht te verschaffen in FTLD-TDP type A-ziekte mechanismen (WP2). Ten slotte zullen we de waarde beoordelen van translatieproducten van differentieel geëxpresseerde genen of FTLD-TDP type A-specifieke transcripten als vloeibare biomarkers (WP3). Deze studies zullen de onderliggende mechanismen, de diagnose en de mogelijkheid op toekomstige behandeling van FTLD-TDP type A-patiënten verbeteren.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Rademakers Rosa
• Co-promotor: De Coster Wouter

Onderzoeksgroep(en)

• VIB CMN - Toegepaste en Translationele Neurogenomica

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Frontotemporale lobaire degeneratie (FTLD) is een overkoepelende term die verschillende neurodegeneratieve ziekten groepeert die worden gekenmerkt door de vernietiging van de frontale en temporale lobben van de hersenen. In dit voorstel richten we onze inspanningen op een relatief zeldzame subgroep van FTLD-patiënten met een ongebruikelijk klinisch fenotype en een uniforme pathologie die wordt gekarakteriseerd door FTLD met neuronale ophopingen samengesteld uit het fused in sarcoma (FUS) eiwit (FTLD-FUS). Meer dan een decennium na de eerste beschrijving is er geen vooruitgang geboekt in het begrijpen van de etiologie van deze subgroep van patiënten, waardoor de inspanningen van translationeel onderzoek ernstig worden belemmerd. Om deze leemte op te vullen, hebben we het internationale consortium FTLD-FUS opgericht. Door de systematische verzameling van hersenweefselmonsters en bijbehorende klinisch-pathologische gegevens van de meeste van de gerapporteerde FTLD-FUS-patiënten zullen we voor het eerst in staat zijn om de moleculaire onderbouwing van deze ziekte te ontcijferen. Op basis van zijn unieke klinische en pathologische kenmerken, veronderstellen we dat FTLD-FUS wordt veroorzaakt door genomische of epigenomische mutaties in één of een beperkt aantal ziektegenen. Het algemene doel van dit voorstel is om deze genetische en/of epigenetische factoren te identificeren door de studie van ons unieke, sterk gekarakteriseerde cohort van FTLD-FUS-patiëntmonsters. Wij maken hierbij gebruik van de modernste methodologieën die in staat zijn om een breed scala aan mogelijke genomische en epigenomische veranderingen te detecteren. Dit omvat NanoNOMeseq om gefaseerde methylering en chromatine-toegankelijkheid te identificeren, evenals genetische veranderingen zoals structurele variaties, en dit alles in een gecombineerde assay. Diepe transcriptomische profilering op het niveau van een enkele cel en bulkanalyses van volledige gentranscripten met behulp van long-read sequentietechnologieën in hersenweefsel van FTLD-FUS-patiënten en controles zal verder worden uitgevoerd om expressieveranderingen te correleren met mogelijke ziekte-bijdragende varianten en om belangrijk inzicht te verschaffen in de met FTLD-FUS geassocieerde ziektemechanismen. De identificatie van ziekteverwekkende of ziektemodificerende factoren voor FTLD-FUS zal cruciaal zijn voor het ophelderen van de pathogenetische mechanismen die ten grondslag liggen aan deze subgroep van FTLD-patiënten en uiteindelijk voor de ontwikkeling van curatieve therapieën.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Rademakers Rosa
• Co-promotor: De Coster Wouter
• Mandaathouder: Alidadiani Sara

Onderzoeksgroep(en)

• VIB CMN - Toegepaste en Translationele Neurogenomica

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Heterozygote pathogene mutaties in KCNQ2 met een dominant-negatief (DN) of een meer zeldzaam, Gain-of-Function (GOF) effect, zijn de meest voorkomende oorzaken voor neonatale ontwikkeling en epileptische encefalopathie, genaamd KNCQ2-Encefalopathie (KCNQ2-E). KCNQ2-E is gekarakteriseerd met moeilijk te behandelen epileptische aanvallen en ernstige ontwikkelingsachterstand. De Kv7.2 subunit die geëncodeerd wordt door KCNQ2, is deel van een kalium kanaal dat tot expressie komt in neuronen. Hier speelt het een belangrijke rol in het regelen van de neuronale excitabiliteit door het regelen van de rust membraan potentiaal. Hoewel een rol voor Kv7.2 bij neurologische ontwikkeling in toenemende mate geaccepteerd wordt in het veld, zijn er nog veel kennislacunes die moeten worden aangepakt. Zeer recent heeft onze groep het bewijs voor de aanwezigheid van KCNQ2-expressie benadrukt in pluripotente stamcellen (hiPSCs) en neurale precursorcellen (NPCs), wat duidt op een rol van Kv7.2 in eerdere fases van neuronale ontwikkeling dan verwacht. Op basis van openbaar beschikbare short-read RNA-sequencing-datasets van iPSC-afgeleide neuronale culturen, stellen we verder de hypothese dat verschillende KCNQ2-transcripten tot expressie komen in de loop van neuronale ontwikkeling, die de Kv7.2-kanaalstroomdensiteit reguleren. Hoewel deze beschikbare RNA-sequencing-datasets van hoge waarde zijn, is het zeer moeilijk om de exacte KCNQ2 transcripten te identificeren die tot expressie komen. Dit is vanwege de complexe aard van het transcriptoom dat voor de meeste genen bestaat uit transcripten met variabele lengtes en alternatieve splicing, waaronder ook KCNQ2. Om deze beperkingen te overwinnen zullen wij in dit project long-read RNA-sequencing uitvoeren van iPSC-afgeleide neuronale culturen tijdens de ontwikkeling, met behulp van interne Oxford Nanopore-technologie. Door het full-length transcriptoomprofiel te genereren van twee controle iPSC-lijnen en twee iPSC-lijnen met veel voorkomende DN KCNQ2-E-varianten, zullen we (i) in staat zijn om het differentiële expressiepatroon van KCNQ2-transcripten tijdens de neurologische ontwikkeling te ontrafelen, evenals (ii) het effect van DN KCNQ2-E-varianten op gen- en transcript-expressieniveaus kunnen bepalen. Op basis van deze informatie zullen we de belangrijkste pathways kunnen identificeren die betrokken zijn bij het neurologische ontwikkelingsaspect van KCNQ2-E, en kan dit mogelijkheden creëren tot toekomstige projecten. Ten slotte, door het uitvoeren van een volledige transcriptoom in plaats van targeted long-read RNA-sequencing, zal de gegenereerde transcriptoomdataset van nut zijn voor meerdere projecten binnen het departement en de bredere gemeenschap, door het visualiseren van het splicing-profiel van vele andere genen van interesse.

Onderzoeker(s)

• Promotor: De Coster Wouter

Onderzoeksgroep(en)

• VIB CMN - Toegepaste en Translationele Neurogenomica

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

De meerderheid van de genetische verschillen tussen mensen bestaat uit structurele varianten, maar deze zijn ondergerepresenteerd met de huidige technologieën. Met lange fragment nanopore sequencing kunnen we ongeveer 25000 structurele varianten vinden per genoom, wat we zullen doen voor een cohort van 200 controle individuen en patiënten met frontotemporale dementie of de ziekte van Alzheimer. Ik zal structurele variant detectie optimaliseren, samen met het detecteren van repeat expansies en single nucleotide varianten in repetitieve sequenties. Door een nauwkeurige selectie van dit cohort zullen we in staat zijn om zeldzame en meer frequente structurele varianten te vinden die associatie signalen kunnen verklaren van bestaande studies of de ziekte veroorzaken in kleine families. In de volgende fase zullen de geïdentificeerd varianten gegenotypeerd worden in bestaande data van korte fragment sequencing van 20000 individuen met neurodegeneratieve hersenziekten en gezonde controles door recent ontwikkelde graph genoom methodes. Ik zal varianten met een rol in neurodegeneratie kunnen vinden met associatie testen op de structurele varianten. Omdat nanopore sequencing ook modificaties van nucleotiden kan herkennen zal ik methylcytosine kwantificeren per parentaal haplotype. Dit zal ik integreren met bestaande data van RNA en eiwit expressie studies en geidentificeerde varianten, en zo een betere functioneel begrip en identificatie van cis-regulatorische varianten mogelijk maken.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Rademakers Rosa
• Mandaathouder: De Coster Wouter

Onderzoeksgroep(en)

• VIB CMN - Toegepaste en Translationele Neurogenomica

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit project kadert in een onderzoeksopdracht tussen enerzijds UA en anderzijds IWT. UA levert aan IWT de onderzoeksresultaten genoemd in de titel van het project onder de voorwaarden zoals vastgelegd in voorliggend contract.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Van Broeckhoven Christine
• Co-promotor: Theuns Jessie
• Mandaathouder: De Coster Wouter

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject