Hallo PappaJo,
die Schlussfolgerung ist überholt. Einige haben von uns bei der Studie 2014 in Graz bei Prof. Peter Holzer teilgenommen. Selbst das Ergebnis der Psychologen, was man uns nicht mitgeteilt hatte, ist anders ausgefallen, MCS Patienten unterscheiden sich von Schizophrenen und Depressiven, was man uns nicht mitgeteilt hat, dienten diese auch zur "Durchführung der Psychometrischen Begleitstudie"... Auszug:
1 Endbericht betreffend Forschungsprojekt Nr. 100720 zum Stichtag 29. 10. 2014
Forschungsprojekt Nr. 100720
ABSCHLUSSBERICHT
zum Stichtag 29.10.2014
Titel des Forschungsprojekts
Genetische Analyse der Multiplen Chemikalien-Sensitivität (MCS)
mit Exom-Sequenzierung
Peter Holzer* und Ingeborg Klymiuk**
*Institut für Experimentelle und Klinische Pharmakologie, Medizinische Universität
Graz
1 Arbeitshypothese des Forschungsprojektes
Das Projekt untersuchte, ob Exom-Sequenzierung neue genetische Risikofaktoren
für MCS identifizieren kann, wobei speziell Gene mit Bedeutung für Chemosensation
analysiert wurden. Eine zusätzliche Begleitstudie stellte sich zum Ziel, mögliche
Assoziationen zwischen Genvarianten, Symptomen und psychometrischen
Eigenschaften nachzuweisen. In dieser Zielsetzung sollten die Ergebnisse des
Projekts zur Klärung der Frage beitragen, ob neben psychiatrischen Auffälligkeiten
bisher nicht analysierte genetische Komponenten für die Entwicklung von MCS von
Bedeutung sind. Die Untersuchungen mit Exom-Sequenzierung wurden
abgeschlossen, während die Untersuchungen der Begleitstudie (Assoziationen
zwischen Genvarianten, Symptomen und psychometrischen Eigenschaften) wegen
Personalwechsel noch im Gange sind.
2 Rekrutierung und Einschluss der Patienten/innen für die ExomSequenzierung
Gemäß Votum der Ethikkommission der Medizinischen Universität Graz (EK 24-028
ex 11/12 mit Folgevoten gültig bis 15. 11. 2014) wurden insgesamt 30 MCSPatienten/innen rekrutiert, wovon 27 schlussendlich eine Blutprobe für die ExomSequenzierung zur Verfügung stellten. In die Studie wurden männliche und weibliche
Patienten mit einem Mindestalter von 18 Jahren eingeschlossen, wenn sie bereits
von einer umweltmedizinischen Fachinstitution (Facharzt, Fachklinik) als MCSPatienten/innen eingestuft wurden und nach genauer Erklärung des Sinns und
Ablaufs der Studie die Einverständniserklärung unterschrieben. Obwohl den
Patienten/innen genaue Anweisungen für die Versendung ihrer Blutprobe mittels
Kühlbox gegeben wurden, stellte sich nach Qualitätsprüfung der extrahierten DNA
heraus, dass die lückenlose Kühlkette in einigen Fällen unzureichend war oder
unterbrochen wurde, da die Isolierung von verwertbarer DNA misslang. Letztendlich
wurden 18 Patienten/innen in die Exom-Sequenzierung eingeschlossen.
3 Erhebung der MCS-Symptomatik und des psychometrischen Profils
Für die Erhebung der MCS-Symptomatik und des psychometrischen Profils wurden
der validierte vierteilige MCS-Fragebogen,
2Endbericht betreffend Forschungsprojekt Nr. 100720 zum Stichtag 29. 10. 2014
der SF-36 Quality of Life-Fragebogen,
das Hospital Anxiety and Depression Scale (HADS-D),
das Screening für Somatoforme Störungen (SOMS-2),
das Eppendorfer Schizophrenie-Inventar (ESI) und
der Pittsburgh Schlafqualitätsindex (PSQI)
verwendet.
4 DNA-Analyse und Exom-Sequenzierung
Wie oben erwähnt, wurden insgesamt 18 Patienten/innen in die ExomSequenzierung eingeschlossen, deren Methodik und Ergebnisse im Appendix
detailliert von Frau Dr. Ingeborg Klymiuk beschrieben werden, die als Leiterin der
Core Facility Molecular Biology am Zentrum für Medizinische Forschung der
Medizinischen Universität Graz die Exom-Sequenzierung koordinierte. Die ExomSequenzierung selbst wurde von Oxford Gene Technology (Begbroke Science Park,
Begbroke Hill, Woodstock Road, Begbroke, Oxfordshire OX5 1PF, UK) durchgeführt.
Die Rohergebnisse der Exom-Sequenzierung wurden einer extensiven
bioinformatischen Analyse unterzogen. Für diese Aufgabe konnte die Mitwirkung von
Frau Dr. Alida Kindt und Herrn Univ.-Prof. Dr. Zlatko Trajanoski (Division of
Bioinformatics, Biocenter Innsbruck, Medical University of Innsbruck,
http://icbi.at/)
gewonnen werden.
5 Ergebnisse der Exom-Sequenzierung und deren Bedeutung
Die Ergebnisse der Exom-Sequenzierung werden im Appendix detailliert von Frau
Dr. Ingeborg Klymiuk beschrieben, die als Leiterin der Core Facility Core Facility
Molecular Biology am Zentrum für Medizinische Forschung der Medizinischen
Universität Graz die Exom-Sequenzierung koordinierte.
Zunächst wurde entsprechend der Haupthypothese dieses Projekts mit dem
Ingenuity Pathway Analysis-Programm IPA eine Liste von 4100 Genen generiert, die
mit den Begriffen MCS, Chemosensation, Receptor, Ion Channel und Olfaction
assoziiert sind. Die Genvarianten, die in der Exom-Sequenzierung gefunden wurden,
wurden mit dem Genome Analysis Tool Kit gefiltert. Von allen übrigen 20.289
Varianten, die dieses Filter passierten, wurden nur jene Varianten weiter analysiert,
von denen eine Störung der Genfunktion angenommen wird. Weitere
Filterungsvorgänge mit der Datenbank des ‘1000 Genomes Project‘ führten
schließlich zur Entdeckung von 251 neuen Varianten bzw. 28 neuen Target
Variations.
Mit Hilfe von des Programms ANNOVAR wurden diese 28 neuen Target Variations
folgendermaßen annotiert: 23 Target Variations waren Single Nucleotide Variants
(KCNA10, VCL, SORL1, WEE1, SH2B3, OR10G3, IGF1R, FBN1, ADCY9, STX4,
FHOD1, KANK2, TNFRSF6B, MED12L, PTPRG, PLXND1, ADRA1B, TNXB, HLA-G,
GLI3, PLEC, MPP1, ATP6AP1), 4 Target Variations waren Codon-Deletionen
(ATP8B3, ADD2, TCOF1, ITGA2) und eine Variation war eine Frame Shift-Mutation.
Dieselben Filter-Kriterien wurden auch an 66 schon bekannte Target Variations
angelegt, die bei den hier untersuchten MCS-Patienten/innen gefunden wurden. Die
Annotation dieser 66 schon beschriebenen Target Variations zeigte folgendes Bild:
63 Target Variations waren Single Nucleotide Variants (LAMC2, OR2T1, CSF3R,
3Endbericht betreffend Forschungsprojekt Nr. 100720 zum Stichtag 29. 10. 2014
PTPN14, OR2M3, LYST, PRRC2C, CELSR2, OR11L1, OR6Y1, GJA4, CELSR2,
GNAI3, EPHA8, KIF1B, FHAD1, EMC1, SDC3, CUBN, PCDH15, ANK3, NRP1,
OR52W1, OR8B2, NCAM1, RIC8A, MUS81, FAT3, OR10W1, P2RY2, OR5L2,
NCKAP1L, EPS8, P2RX7, AKAP3, MYCBP2, PGF, ARHGAP5, FUT8, OR4F6,
TLN2, MYO9A, SNX1, GALK2, JPH3, TSC2, TSC2, PKD1, CD300A, RPS6KB1,
ALOX15, ABCC3, MYO5B, KIAA1328, CD226, BSG, TM6SF2, ACTN4, WDR62,
SBNO2, OR7G3, S1PR4, CACNA1A), zwei Target Variations waren CodonInsertionen (PCSK9, NR1H2) und eine Target Variation war eine Frame ShiftMutation (PCDHGA10).
Alles in allem wurden 94 möglicherweise krankheitsverursachende GenVarianten gefunden. Eine Aussage, ob diese Genvarianten tatsächlich
krankheitsrelevant sind, kann erst gemacht werden, wenn größere Kohorten von
Patienten/innen untersucht worden sind und wenn aufwändige funktionelle Studien
belegen, dass gewisse Genvarianten tatsächlich eine krankhafte Funktionsänderung
bedingen.
Unabhängig davon konnten durch Annotationen mit dem IPA-Programm gewisse
Vermutungen über genetisch bedingte Funktionsänderungen bei MCSPatienten/innen angestellt werden. So wurden die 94 möglicherweise
krankheitsverursachenden Varianten insgesamt 220 Kategorien von krankheits- und
funktionsrelevanten Genen zugeordnet. Hinsichtlich der neu identifizierten Target
Variations fallen 15 unter die Kategorie ‘Cellular Growth and Proliferation‘, 14 unter
die Kategorie ‘Cell Death and Survival‘, 13 unter die Kategorie ‘Cellular Movement –
cell movement‘, und 12 unter die Kategorie ‘Cellular Movement – migration of cells‘.
Von einer der Variationen im TCOF1-Gen weiß man, dass sie mit einer abnormalen
Morphologie der Riechgrube (‘Olfactory pit‘) zusammenhängt.
Die 66 schon bekannten Target Variations, die bei den hier untersuchten MCSPatienten/innen gefunden wurden, wurden nach denselben Kriterien annotiert. Die
vier häufigsten funktionellen Kategorien waren ‘Cellular Movement – cell movement‘
(29 Gene), ‘Cellular Growth and Proliferation‘ (29 Gene), ‘Cellular Movement –
migration of cells‘ (28 Gene), ‘Cell Death and Survival‘ (26 Gene) und ‘Cell-To-Cell
Signaling and Interaction – communication of cells‘ (24 Gene). Die letztgenannte
Kategorie ist besonders interessant, da sie Target Variations in insgesamt 10 Genen
umfasst, die für olfaktorische Rezeptoren kodieren.
Eine ähnlich wichtige Kategorie betrifft ‘Nervous System Development and Function
– olfactory response’. In dieser Kategorie fanden wir Target Variations in insgesamt
10 Genen, die für olfaktorische Rezeptoren kodieren: OR10W1, OR11L1, OR2M3,
OR2T1, OR4F6, OR52W1, OR5L2, OR6Y1, OR7G3, OR8B2/OR8B3.
Diese vielversprechenden Ergebnisse öffnen ein weites Feld für künftige Studien,
welche die funktionelle Bedeutung jeder Target Variation analysieren und ihre
Beteiligung am Krankheitsprozess verifizieren müssen.
Die in diesem Projekt erhobenen Befunde tragen jedenfalls entscheidend zur
neu formulierten Hypothese bei, dass genetisch bedingte Änderungen im
Geruchssystem am Zustandekommen von MCS beteiligt sind. Daneben gibt es
aber auch eine Reihe anderer Target Variations, die im weitesten Sinn eine
abnorme Wahrnehmung chemischer Stoffe bedingen könnten.
4Endbericht betreffend Forschungsprojekt Nr. 100720 zum Stichtag 29. 10. 2014
6 Psychometrische Begleitstudie
Ein weiteres Arbeitsvorhaben betraf die biostatistische Analyse der
psychometrischen Ergebnisse, die möglicherweise mit bestimmten Genvarianten und
Symptomen bei MCS-Patienten/innen zusammenhängen. Dieser Teil der Studie
konnte wegen des Wechsels von Frau Mag. Dr. Evelin Singewald (vormals Painsipp)
von Graz nach Hall in Tirol noch nicht abgeschlossen werden. Frau Mag. Dr.
Singewald ist als klinische Psychologin die hauptverantwortliche Koordinatorin der
psychometrischen Analyse.
Gegenstand der Psychometrischen Begleitstudie
Nachdem bei MCS-Patienten/innen psychotische und depressive Phänotypen
beobachtet werden (Eis et al. 2008, Int J Hyg Environ Health 211:658-681), wird in
der Begleitstudie evaluiert, ob die gleichen Zusammenhänge (Assoziationen)
zwischen psychometrischen Werten und MCS-Symptomen, wie sie typisch und
möglicherweise spezifisch für MCS-Patienten/innen sind, auch bei schizophrenen
und depressiven Patienten/innen ohne MCS vorkommen.
Durchführung der Psychometrischen Begleitstudie
Neben den für die Exom-Sequenzierung rekrutierten MCS-Patienten/innen werden
zwei Gruppen von jeweils maximal 30 schizophrenen bzw. maximal 30 depressiven
Personen getestet, die nicht an MCS leiden. Diese Studie wurde ebenfalls durch das
Votum der Ethikkommission der Medizinischen Universität Graz (EK 24-028 ex 11/12
mit Folgevoten gültig bis 15. 11. 2014) genehmigt. Die Begleitstudie wird sowohl an
der Universitätsklinik für Psychiatrie der Medizinischen Universität Graz als auch an
der Abteilung für Psychiatrie und Psychotherapie A des Landeskrankenhauses Hall
in Tirol durchgeführt. Für die Begleitstudie werden ausschließlich stationär
aufgenommene Patienten/innen rekrutiert. Für die in Hall in Tirol durchgeführten
Untersuchungen wurde vom Leiter der Abteilung für Psychiatrie und Psychotherapie
A des Landeskrankenhauses Hall in Tirol (Univ.-Prof. Dr. Josef Marksteiner) ein
eigenes Votum bei der Ethikkommission an der Medizinischen Universität Innsbruck
eingeholt.
An der Begleitstudie ist auch der Bereich Biologische Psychologie an der KarlFranzens-Universität Graz unter der Leitung von Univ.-Prof. Dr. med. univ. Dr. rer.
nat. Elisabeth Weiss mit den Mitarbeiterinnen Mag. Ellen Hofer (Dissertantin) und
Claudia Baldus (Diplomandin) beteiligt. An den in der Begleitstudie eingeschlossenen
Patienten/innen wird aus Kostengründen keine Exom-Sequenzierung durchgeführt.
Ergebnisse der Psychometrischen Begleitstudie
Die psychometrische Auswertung der Ergebnisse der Begleitstudie ist noch im
Gange und wird nicht vor 2015 abgeschlossen sein. Die statistische Auswertung
prüft in erster Linie die Hypothese, dass die MCS-Patienten/innen sich gegenüber
den schizophrenen und depressiven Patienten/innen ohne MCS hinsichtlich der
MCS-Symptomatik, der psychometrischen Skalen und des Zusammenhangs
zwischen MCS-Symptomen und psychometrischen Parametern unterscheiden.
5Endbericht betreffend Forschungsprojekt Nr. 100720 zum Stichtag 29. 10. 2014
7 Dissemination der Ergebnisse
Die Ergebnisse der Exom-Sequenzierung von MCS-Patienten/innen haben zur
Entdeckung einer beachtlichen Zahl von Target Variations in Genen geführt, die im
weitesten Sinn an der Wahrnehmung chemischer Stoffe oder der Verarbeitung dieser
Wahrnehmungen im Organismus beteiligt sind. Die weitere Annotation dieser GenVarianten hat ergeben, dass insbesondere genetisch bedingte Änderungen im
Geruchssinn Risikofaktoren für die Entwicklung von MCS darstellen könnten. Diese
Feststellung bleibt jedoch eine Vermutung, solang nicht die funktionelle Bedeutung
jeder Target Variation analysiert und ihre Beteiligung am Krankheitsprozess verifiziert
worden ist.
Trotz dieser Einschränkung diskutiert der Projektleiter mit den an der ExomSequenzierung beteiligten Partnern die Möglichkeit, die bisher vorliegenden
Ergebnisse und Annotationen der Exom-Sequenzierung von MCS-Patienten/innen
hochrangig zu publizieren. Dieser Plan wird durch die Überlegung bestärkt, dass die
funktionelle Analyse der Target Variations ein zeit- und kostenintensives
Unternehmen darstellt, dessen Dauer derzeit nicht abzuschätzen ist.
6Endbericht betreffend Forschungsprojekt Nr. 100720 zum Stichtag 29. 10. 2014
Appendix
Analysis of multiple chemical sensitivity patients by exome sequencing
Ingeborg Klymiuk
Core Facility Molecular Biology, Center for Medical Research,
Medical University of Graz
INTRODUCTION
Multiple chemical sensitivity (MCS) is an environmental illness of unkown aetiology. Since
evidence for an involvement of xenobiotic-metabolizing enzymes is inconsistent, the current
project tested the hypotheses that (1) genetic risk factors for MCS can be identified by
exome sequencing and (2) MCS is related to polymorphisms in genes relevant to
chemosensation. First applied to MCS patients, exome sequencing was thought to break
new ground in the elucidation of the genetic basis of this illness. In particular, exome
sequencing was considered to be an appropriate method to find out whether MCS may be
due to exaggerated chemosensation, because polymorphisms in genes relevant to
chemosensation are likely to predispose for hypersensitivity to chemicals. In these goals, the
project has deemed to have great potential in identifying a possibly genetic cause of MCS
and providing leads for the diagnosis and therapy of MCS.
MATERIALS AND METHODS
DNA isolation and exome sequencing
EDTA blood samples from 27 patients with confirmed MCS collected in Germany were sent
in cool packs to the Core Facility Molecular Biology at the Center for Medical Research at the
Medical University of Graz and stored at -20°C until processing. DNA was extracted from
EDTA blood samples with the QIAamp DNA Blood Mini Kit (Qiagen, Hilden, Germany)
according to the manufacturer’s instructions, and DNA was stored at -20°C until analysis.
High molecular weight genomic DNA of 18 patients, that passed the quality criteria, was sent
to Oxford Gene Technology (Begbroke Science Park, Begbroke Hill, Woodstock Road,
Begbroke, Oxfordshire OX5 1PF, UK) for whole exome sequencing using the Agilent
SureSelect v5 Exome Kit (Agilent, Santa Clara, United States) according to the
manufacturer’s instructions: 2 x 100 bp reads were generated on an Illumina HiSeq2000
according to the manufacturer’s instructions with a calculated 50 x mean depth of coverage.
Data analysis
For data analysis the reads were aligned to the human reference genome (hg19) using the
Burrow-Wheeler alignment algorithm (version 0.5.9-r26-dev) [1] and the resulting files were
converted to SAM files using the paired end conversion option. Picard (version 1.91) [2] was
used to mark duplicates and to create a sequence dictionary. Mapped reads were re-aligned
around indels and then analyzed for covariation using the Genome Analysis Tool Kit (GATK)
version 2.8.1 [3,4]. Indels and single nucleotide variants (SNVs) were called by the unified
genotyper algorithm and recalibrated by GATK [3,4]. The resulting variants were annotated
by Annovar [5] and filtered subsequently by hypothesized impact.
RESULTS AND DISCUSSION
With the Ingenuity Pathway analysis program IPA (Qiagen) we generated a list of 4100
genes related to the terms MCS, chemosensation, receptor, ion channel and olfaction (table
1). Of all variants identified in these 4100 MCS-relevant genes (of the 18 patients included)
we analyzed only those that passed GATK filter criteria and considered them for further
analysis. Of the remaining 20.289 variants that passed the filter, only those predicted to
7Endbericht betreffend Forschungsprojekt Nr. 100720 zum Stichtag 29. 10. 2014
perturb gene function were included in the further analysis. Therefore, intergentic, intronic,
upstream, downstream, synonymous as well as variants in 3’ and 5’ UTR were excluded
from the data set. To detect potentially disease-causing variations, allele frequencies were
queried from public databases (1000 Genomes project, esp6500, SNP138). We excluded
those variations whose allele frequency was >0.01 in any of the public databases mentioned.
With these filtering conditions we found 251 novel variants. Additionally, we excluded
variations with only one alternate allele count (of 36 possible) and ended up with a list of 28
novel target variations (table 2). Variations that occurred in more than 50% of the possible
alleles were judged as sequencing errors and excluded from analysis.
To test the possible consequences of the amino acid (AA) alterations caused by these
variations, the effect of the AA substitution was evaluated by various prediction algorithms of
ANNOVAR (table 2). From the 28 novel target variations, 23 were SNVs (KCNA10, VCL,
SORL1, WEE1, SH2B3, OR10G3, IGF1R, FBN1, ADCY9, STX4, FHOD1, KANK2,
TNFRSF6B, MED12L, PTPRG, PLXND1, ADRA1B, TNXB, HLA-G, GLI3, PLEC, MPP1,
ATP6AP1), four were codon deletions (ATP8B3, ADD2, TCOF1, ITGA2) and one was a
frame shift mutation (SALL3) (table 2).
The same filter criteria that were applied to the novel variations were also applied to known
alterations detected in the 18 patients included. Here we found 66 previously described
variations: 63 were SNVs (LAMC2, OR2T1, CSF3R, PTPN14, OR2M3, LYST, PRRC2C,
CELSR2, OR11L1, OR6Y1, GJA4, CELSR2, GNAI3, EPHA8, KIF1B, FHAD1, EMC1, SDC3,
CUBN, PCDH15, ANK3, NRP1, OR52W1, OR8B2, NCAM1, RIC8A, MUS81, FAT3,
OR10W1, P2RY2, OR5L2, NCKAP1L, EPS8, P2RX7, AKAP3, MYCBP2, PGF, ARHGAP5,
FUT8, OR4F6, TLN2, MYO9A, SNX1, GALK2, JPH3, TSC2, TSC2, PKD1, CD300A,
RPS6KB1, ALOX15, ABCC3, MYO5B, KIAA1328, CD226, BSG, TM6SF2, ACTN4, WDR62,
SBNO2, OR7G3, S1PR4, CACNA1A), two were codon insertions (PCSK9, NR1H2) and one
was a frame shift (PCDHGA10) (table3).
In summary, we found 94 potentially disease-causing variations in the sample cohort. All
variations that passed the filter assume an autosomal dominant disease causing alterations
that need to be verified in larger cohorts and functionally characterized by further
experiments.
For functional interpretation of the data, we clustered the novel and known variants by their
disease and functional annotations in IPA. With regard to all 327 functional categories found
in genes affected by novel variations, we restricted our data to MCS-related diseases and
functions (see table 4). Among the remaining 220 functional categories, most of the newly
identified targets (15) are categorized to ‘Cellular Growth and Proliferation‘, 14 to ‘Cell Death
and Survival‘ and 13 to ‘Cellular Movement – cell movement‘, with ‘Cellular Movement –
migration of cells‘ (12) being the next most prominent category. One of the variations in the
TCOF1 gene is described to be involved in the abnormal morphology of the olfactory pit and
is found in 2 out of 36 possible alleles.
The same filters for MCS-related functions and diseases were used for genes with already
described variations (table 5). The four most prominent functional categories were ‘Cellular
Movement – cell movement‘ (29 molecules), ‘Cellular Growth and Proliferation‘ (29
molecules), ‘Cellular Movement – migration of cells‘ (28) and ‘Cell Death and Survival‘ (26).
An interesting category is ‘Cell-To-Cell Signaling and Interaction – communication of cells‘
with 24 target molecules including 10 genes coding for olfactory receptors.
Promising and very interesting is also the category ‘Nervous System Development and
Function – olfactory response’. Within this category we found 10 genes coding for olfactory
receptors (OR10W1, OR11L1, OR2M3, OR2T1, OR4F6, OR52W1, OR5L2, OR6Y1, OR7G3,
OR8B2/OR8B3) affected by heterozygous allele variations in two to twelve affected alleles
8Endbericht betreffend Forschungsprojekt Nr. 100720 zum Stichtag 29. 10. 2014
out of 36 possible. Subsequent verifications and functional analyses are necessary to verify
the involvement of the found variations in MCS.
REFERENCES
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TABLES 1-5 (extra file)
und später... Veröffentlichung Psychologischer Teil...
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28113122/und...
viewtopic.php?f=93&t=16620&p=128152&hilit=prof.+holzer+studie...#p128152weiter...
https://www.genecards.org