Genome wide investigation of oligogenic inheritance in ALS: searching for digenic disease genes with machine learning in a population-based cohort

RAZIONALE. Sebbene siano stati identificati oltre 40 geni della SLA, in circa l’85% dei casi la causa genetica è sconosciuta, anche se gli studi stimano che la genetica rappresenti fino al 60% della patogenesi della SLA. Pertanto, un'eredità oligogenica è stata suggerita e supportata da pochi studi riportano dall'1 al 13% dei pazienti portatori di 2 varianti patogene nei geni della SLA. Sono quindi necessari ulteriori studi, focalizzati grandi coorti e modelli computazionali per eseguire un'analisi dell'intero genoma. OBIETTIVI AMPI. DIG-ALS è un progetto multidisciplinare (3 Unità) volto ad indagare sistematicamente il ruolo dell'oligogenico/digenico l'ereditarietà nella SLA utilizzando diversi strumenti di apprendimento automatico in un'ampia coorte con dati disponibili sul sequenziamento del genoma intero (WGS) e per validare funzionalmente le coppie di geni candidati alla malattia digenica. DATI PRELIMINARI. La fattibilità del DIG-ALS si basa su: a) WGS di 4090 pazienti italiani con SLA e 775 controlli abbinati, incluso un modello basato sulla popolazione coorte del Registro ALS del Piemonte e Valle d’Aosta e 64 trii (Unità 2,1,3). b) indagine pilota di 70 ALS WGS con DIVA, uno strumento di machine learning per la previsione di coppie di geni della malattia digenica (Unità 1) c) competenze e strumenti disponibili per la validazione funzionale di nuove coppie di geni della malattia nei motoneuroni umani da iPSC (Unità 3,1) DESIGN E METODI DEL PROGETTO SCOPERTA. Da ciascun WGS (4090 ALS, 775 controlli e 64 trii), le varianti identificate (SNV, CNV e ripetizione tandem), filtrate per patogenicità, sarà analizzata con diversi strumenti di machine learning (DIVAs, VarCoPP, DiGePred, OligoPVP) per identificare il candidato coppie di geni della malattia digenica REPLICAZIONE. Le coppie di geni della malattia digenica con il punteggio di previsione più alto per la patogenicità verranno replicate in WGS dal database di Project Mine ALS. Tutti i risultati saranno correlati con il fenotipo clinico. VALIDAZIONE FUNZIONALE. Un sottoinsieme di queste coppie di geni candidati sarà validato con test funzionali progettati ad hoc in motoneuroni umani derivati da iPSC o linee cellulari neuronali immortalizzate. Il sistema CRISPR/Cas9 sarà utilizzato per mutagenizzare o invertire ciascuno di essi delle coppie di geni in iPSC per modellare condizioni digeniche da confrontare con condizioni isogeniche wild-type e monogeniche RISULTATI ATTESI. DIG-ALS fornirà una panoramica completa del contributo dell'eredità digenica/oligogenica nella SLA. Il validato funzionalmente Le coppie di geni candidati identificheranno potenzialmente nuovi meccanismi patogeni nella SLA e costituiranno la base per nuove terapie