Klinik, Genetik und NCL-spezifische zellbiologische Veränderungen atypischer und neuer Formen der neuronalen Ceroid-Lipofuszinosen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die neuronalen Ceroid-Lipofuszinosen (NCL) umfassen eine Gruppe neurodegenerativer, lysosomaler Speicherkrankheiten des Kindesalters mit den Hauptsymptomen Erblindung, Epilepsie und psychomotorischer Abbau. Die Pathomechanismen der Neurodegeneration sowie die Funktionen der verschiedenen, durch mindestens 14 unterschiedliche Gene kodierten, NCL- Proteine sind bisher unbekannt. Mittels genetischer Kopplungsanalyse wurde in der vorausgehenden Förderperiode ein potentiell neues, mutantes NCL-Gen, Neurabin-I, identifiziert. Neurabin-I ist ein Proteinphosphatase-1 Inhibitor. Im Fortsetzungsprojekt sollte Neurabin-I als neue NCL-Variante validiert und die Auswirkung der p.Asp368Asn Mutation auf Solubilität, intrazelluläre Lokalisation, Proteinwechselwirkung, Transport lysosomaler Enzyme und Funktion von Neurabin-I untersucht werden. Nach Optimierung der Expression von Wildtyp- und mutantem Neurabin-I konnte gezeigt werden, dass (i) die p.Asp368Asn Mutation keinen Einfluss auf das elektrophoretische Laufverhalten und die Stabilität des Neurabin-I Proteins hat (ii) mutantes Neurabin-I keine Unterschiede zum Wildtyp bezüglich der subzellulären Lokalisation aufweist (iii) Wildtyp und mutantes Neurabin-I vergleichbare F-Actin-Bindungsfähigkeit besitzen (iv) die p.Asp368Asn Mutation in Neurabin-I keine signifikante Auswirkung auf die Bindungsfähigkeit an die Protein-Phosphatase-I hat (v) die p.Asp368Asn-Mutation keine Auswirkung auf die inhibitorische Wirkung von Neurabin-I auf die Protein-Phophatase 1 hat. Nach Durchführung der hier beschriebenen Experimente wurden im Mai 2012 Daten des 1000 Genome Projects veröffentlicht, welche erstmalig Informationen zur p.Asp368Asn Mutation in Neurabin-I beinhalteten und diese erstmalig als SNP listeten (rs6137465) mit einer MAF (Minor Allele Frequency) von 0.021. Aufgrund dieser neuen Information und der bisher negativen Ergebnisse bezüglich der Untersuchung potentieller Auswirkungen der Mutation auf die Genfunktion,erschien Neurabin-I als potentielle neue NCL-Variante unwahrscheinlich. Daher entschlossen wir uns, den Arbeitsplan zu revidieren und zusätzlich Whole Exome Sequencing an den beiden betroffenen Patienten, den Eltern und zwei der gesunden Geschwister durchzuführen, um so das krankheitsrelevant mutierte Gen zu identifizieren. Auf diese Weise konnte eine homozygote Mutation p.Arg76Gln im ZKSCAN1-Gen bei beiden Patienten identifizert werden. Beide Eltern und zwei der gesunden Geschwister waren heterozygot, die anderen zwei untersuchten Geschwister hatten die Mutation auf keinem ihrer Allele. Die p.Asp368Asn Mutation ist aktuell nicht als SNP gelistet und wurde bei Sequenzanalyse von 184 türkischen Kontrollallelen nicht gefunden. ZKSCAN1 ist ein Transkriptionsfaktor und liegt auf Chromosom 7 in einem Areal, für das die jetzt durch Whole Exome Sequenzierung untersuchte Familie auch in der genetischen Kopplungsanalyse potentielle Homozygotie gezeigt hatte. Im erweiterten Arbeitsplan wurde daraufhin die p.Arg76Gln Mutation in ZKSCAN1 als mögliche neue pathogene Mutation für eine NCL-Krankheit untersucht: Erste Ergebnisse zeigten, dass die p.Arg76Gln Mutation keinen Einfluss auf die Stabilität und die subzelluläre Lokalisation des ZKSCAN1-Proteins hat. Da es sich bei ZKSCAN1 um einen Transkriptionsfaktor handelt, der als möglicher Repressor die Transkription unterschiedlicher Gene beeeinflussen kann, sollten mittels genomweiter Expressionsanalyse die Gene und Stoffwechselwege idenitifizert werden, auf die ZKSCAN1 bzw. der mutations-bedingte Funktionsverlust von ZKSCAN1 Einfluss nehmen könnte. Hierfür wurden SY5H-Neuroblastom-Zelllinien verwendet, die (i) mit Wildtyp-, oder (ii) mit mutanten p.Arg76Gln-ZKSCAN1-cDNA transifiziert wurden, oder (iii) in denen mittels siRNA die ZKSCAN1-Expression herunterreguliert wurde. Die Auswertung der Daten der genomweiten Expressionanalyse ist noch in Arbeit. Daher kann noch keine abschliessende Aussage über eventuelle biochemische Auswirkungen der p.Arg76Gln-ZKSCAN1-Mutation getroffen werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2011) CLN2 - Clinical, diagnosis and clinical management. In: The Neuronal Ceroid Lipofuscinoses (Batten Disease). SE Mole, HH Goebel, R Williams, editors. Oxford, Oxford University Press: 80-109
Kohlschütter A, Schulz A, van Diggelen O
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(2011) CLN3 – Diagnosis. In: The Neuronal Ceroid Lipofuscinoses (Batten Disease). SE Mole, HH Goebel, R Williams, editors. Oxford, Oxford University Press: 110-139
Kohlschütter A, Schulz A
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(2011) CLN6 – Clinical, diagnosis and clinical management. In: The Neuronal Ceroid Lipofuscinoses (Batten Disease). SE Mole, HH Goebel, R Williams, editors. Oxford, Oxford University Press: 159-175
Schulz A, Cregeen D, Kohlschütter A
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(2011) CLN9. In: The Neuronal Ceroid Lipofuscinoses (Batten Disease). SE Mole, HH Goebel, R Williams, editors. Oxford, Oxford University Press: 184-189
Schulz A, Boustany RM
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(2011) Identification of potential biomarkers and modifiers of CLN3-disease progression. Mol Med 17:1253-1261
Lebrun AH, Moll-Khosrawi P, Pohl S, Makrypidi G, Storch S, Kilian D, Streichert T, Otto B, Mole SE, Ullrich K, Cotman S, Kohlschütter A, Braulke T, Schulz A
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(2012) Neuronale Ceroid Lipofuszinosen (NCL): Metabolische Demenzkrankheiten im Kindesalter. Monatsschr Kinderheilkd160:734–741
Schulz A und Kohlschütter A
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(2012) Novel mutations consolidate KCTD7 as a progressive myoclonus epilepsy gene. J Med Genet; 49:391e399
Kousi M, Anttila V, Schulz A, Calafato S, Jakkula E, Riesch E, Myllykangas L, Kalimo H, Topcu M, Göbken S, Alehan F, Lemke JR, Alber M, Palotie A, Kopra O, Lehesjoki AE
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Quantitative T2 measurements in juvenile and late infantile neuronal ceroid lipofuscinosis (2012). Clin Neurorad 2012
Paniagua A, Forkert ND, Schulz A, Löbel U, Fiehler J, Ding X, Sedlacik J, Goebell E
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(2013) NCL diseases – Clinical Perspectives. Biochim Biophys Acta 1832:1801-1806
Schulz A, Kohlschütter A, Mink J, Simonati A, Williams R
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(2013) NCL disorders: Frequent causes of childhood dementia. Iran J Child Neurol 7:1-8
Schulz A, Kohlschütter A
