Klinik für Neuropädiatrie, Stoffwechsel, Endokrinologie und Diabetologie

aRgus

Multilevel visualization of non-synonymous single nucleotide variants & advanced pathogenicity score modeling for genetic vulnerability assessment

Der weit verbreitete Einsatz von Hochdurchsatz-Sequenzierungstechniken führt zu einer rasch wachsenden Zahl von krankheitsassoziierten Varianten unbekannter Bedeutung und Kandidatengenen. Die Integration des Wissens über ihre genetischen, proteinhaltigen sowie funktionellen und konservatorischen Aspekte ist für eine umfassende Bewertung ihrer Relevanz und für die Festlegung von Prioritäten für weitere klinische und funktionelle Studien zur Untersuchung ihrer Rolle bei menschlichen Krankheiten erforderlich. Um die erforderlichen Informationen zu sammeln, muss auf eine Vielzahl verschiedener Datenbanken zugegriffen werden, und die Datenextraktion aus den ursprünglichen Quellen ist in der Regel nicht benutzerfreundlich und erfordert fortgeschrittene Bioinformatikkenntnisse. Dies führt dazu, dass die Daten für eine relevante Anzahl potenzieller Nutzer wie Kliniker, Genetiker und klinische Forscher weniger zugänglich sind. 

Hier stellen wir aRgus vor, ein eigenständiges Webtool für die einfache Extraktion und intuitive Visualisierung von vielschichtigen Gen-, Protein-, Varianten- und Varianteneffektvorhersagedaten. aRgus ermöglicht die interaktive Nutzung dieser Daten innerhalb von Sekunden für jedes bekannte Gen des menschlichen Genoms. Im Gegensatz zu bestehenden Online-Plattformen für die Zusammenstellung von Variantendaten ergänzt aRgus die Visualisierung der chromosomalen Exon-Intron-Struktur und der Proteindomänen-Annotation mit ClinVar- und GnomAD-Variantenverteilungen sowie mit der positionsspezifischen Modellierung von Varianteneffektvorhersage-Scores. aRgus ermöglicht somit eine zeitnahe Bewertung von Proteinregionen, die für Variationen anfällig sind, mit einer Auflösung von einer einzigen Aminosäure und bietet zahlreiche Anwendungen bei der Interpretation von Varianten und Proteindomänen sowie bei der Planung von in vitro Experimenten.

Anwendungsbereich und Zielsetzung

Durch die Kombination zugänglicher und interaktiver Visualisierungen von genetischen und variantenbezogenen Daten mit Pathogenitätsanalysen in einem synoptischen, eigenständigen Tool übertrifft aRgus bestehende Anwendungen für die Nutzung genetischer Daten in Bezug auf Vielseitigkeit und Flexibilität der Ergebnisse. Mit jeder Aktualisierung der an aRgus angeschlossenen Datenbanken werden sich auch die Vielfalt und die Analysefähigkeiten seiner Visualisierungen und Datensätze verbessern. Auf diese Weise wird aRgus nützliche und bisher größtenteils unzugängliche Informationen für einen breiten Nutzerkreis mit begrenzten Bioinformatik-Kenntnissen, wie z. B. praktizierende Kliniker, Grundlagenwissenschaftler und Genetiker, bereitstellen und somit bei der Beantwortung 

aRgus-Plots

 

A) UTP des Gens ASS1. Die Beschriftungen zeigen P/LP-Varianten (rot) und ausgewählte Varianten aus der in silico-Registerkarte (grau). B) Proteinplot mit AA-Austauschen, die den in A) gezeigten Varianten entsprechen. C) Dichteplot von P/LP (rot) und gutartigen/wahrscheinlich gutartigen (blau) einfachen ClinVar-Varianten. D) Logarithmisches Histogramm der Allelhäufigkeiten von GnomAD-Exomen (grün) und -Genomen (blau). E) Polynomiale Regression des REVEL-Scores (oben) und Heat-Strip der mittleren Score-Werte (unten). F) t-Test-Gruppenvergleiche, dargestellt als Violin-Plots mit Quartilen, * (p-Wert < 0,05), * * (p-Wert < 0,01) und * ** (p-Wert < 0,001).