Untersuchungen zur zellulären Funktion des Nukleoporins ALADIN und zu seiner Rolle bei der Pathogenese des Triple-A-Syndroms
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Triple-A-Syndrom ist eine seltene autosomal rezessiv vererbte Erkrankung, die durch die drei Hauptsymptome fehlende Tränen (Alakrimie), Schluckstörungen (Achalasie) und Nebennieren- (adrenale) Insuffizienz charakterisiert ist. Zusätzlich treten neurologische Störungen auf, welche die Lebensqualität der Patienten erheblich einschränken. Die Beteiligung anderer Organsysteme (z.B. Haut, Hypophyse; Knochen) weist auf den Multisystemcharakter der Erkrankung hin. Das Triple-A-Syndrom wird durch Mutationen im AAAS-Gen verursacht, was für ein Protein namens ALADIN kodiert. ALADIN gehört als ein Mitglied des Kernporenkomplexes (NPC) zur Proteinfamilie der Nukleoporine, die eine entscheidende Rolle bei Transportvorgängen zwischen Zellkern und Zytoplasma spielen. Die Zielsetzung des Forschungsvorhabens war die Aufklärung der zellulären Funktion des Nukleoporins ALADIN und die Erforschung seiner Rolle bei der Pathogenese des Triple-A-Syndroms, wobei die Entwicklung von Therapiestrategien und die Untersuchung der genetischen Heterogenität im Vordergrund standen. Im Rahmen dieses Projektes wurden die Sod2+/-/Aaas-/--Mäuse generiert und die Auswirkung endogenen oxidativen Stresses (Erniedrigung der SOD2) und exogenen oxidativen Stresses durch Applikation von Paraquat getestet. Diese Arbeiten sind noch nicht abgeschlossen und werden im DFG-Projekt HU895/5-2 fortgeführt. In Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Dr. Eric Griffis vom Zentrum für Genregulation und Expression in Dundee, UK untersuchten wir Maus-Oozyten unserer Aaas-/--Mäuse, da diese infertil sind. Wir konnten zeigen, dass die Chromosomen-Ausrichtung und Spindelanordnung in den Eizellen der ALADIN Knockdown-Mäuse stark gestört ist, was darauf hindeutet, dass ALADIN eine Rolle bei der Stabilisierung der Spindelstruktur in bestimmten Zelltypen spielt. Um die Änderungen in der Genexpression unter oxidativem Stress in ALADIN-defizienten Zellen zu untersuchen, verwendeten wir Fibroblasten-Zellkulturen von Triple-A-Syndrom-Patienten und verglichen diese mit Kontroll-Fibroblasten-Kulturen. Die Expression von 84 Genen, die mit oxidativem Stress assoziiert sind, wurde mit dem humanen „Oxidative Stress and Antioxidant Defense RT² Profiler“ untersucht. Die Ergebnisse belegen, dass die Patientenzellen bereits im nativen Zustand Veränderungen gegenüber den Kontrollzellen zeigen und dass die Zellen auf oxidativen Zellstress nicht adäquat reagieren können, was neue Einblick in die Pathogenese des Triple-A-Syndroms erlaubt. Bei der Untersuchung der Interaktionspartner von ALADIN mittels Co-Immunopräzipitation und anschließender Massenspektrometrie detektierten wir Untereinheiten des in der äußeren Hüllmembran der Mitochondrien lokalisierten TOM-Komplexes. Zu den identifizierten Proteinen der mitochondrialen Importmaschinerie zählten TOM70, TOM40, TOM22 und TOM6. Inwieweit ALADIN einen Einfluss auf die Funktion der mitochondrialen Importmaschinerie TOM ausübt, muss in weiterführenden Experimenten geklärt werden. Mit Hilfe von ausgewählten Familien unserer Kohorte an Triple-A-Patienten ohne Mutationen im AAAS-Gen, konnten wir einen Teil der genetischen Heterogenität des Triple-A-Syndroms klären. In Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Prof. Christian Hübner aus Jena identifizierten wir im Guanosin Diphosphat (GDP)-Mannose Pyrophosphorylase A (GMPPA)-Gen auf Chromosom 2 Mutationen als Ursache für ein Triple-A-like-Syndrom und damit eine neue CDG-Erkrankung. Weiterhin konnten wir in zwei anderen Familien eine Mutation im Transport Protein Particle Complex 11 (TRAPPC11) Gen auf Chromosom 4 nachweisen, dessen Relevanz für die Krankheitsentstehung wir derzeit noch prüfen. Insgesamt konnten wir mit dem durchgeführten Projekt einen wichtigen Beitrag zur weiteren Aufklärung der zellulären Funktion des ALADIN-Proteins leisten.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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New ophthalmic features in a family with triple A syndrome. Int Ophthalmol. 2011 31:239-243
Moschos MM, Margetis I, Koehler K, Gatzioufas Z, Huebner A
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Two siblings with triple A syndrome and novel mutation presenting as hereditary polyneuropathy. Eur J Pediatr. 2011;170:393-396
Dumic M, Barisic N, Rojnik Putarek N, Kusec V, Stanimirovic A, Koehler K, Huebner A
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Long-term clinical follow-up and molecular genetic findings in eight patients with triple A syndrome. Eur J Pediatr. 2012;171:1453-1459
Dumic M, Barišic N, Kusec V, Stingl K, Skegro M, Stanimirovic A, Koehler K, Huebner A
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Changes in differential gene expression in fibroblast cells from patients with triple A syndrome under oxidative stress. Horm Metab Res. 2013;45:102-108
Koehler K, End K, Kind B, Landgraf D, Mitzscherling P, Huebner A
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Mutations in GMPPA cause a novel glycosylation disorder characterized by intellectual disability and autonomic dysfunction. Am J Hum Genet. 2013;93:727-734
Koehler K, Malik M, Mahmood S, Gießelmann S, Beetz C, Hennings C, Huebner AK, Grahn A, Reunert J, Nürnberg G, Thiele H, Altmüller J, Nürnberg P, Mumtaz R, Babovic- Vuksanovic D, Basel-Vanagaite L, Borck G, Brämswig J, Mühlenberg R, Sarda P, Sikiric A, Anyane-Yeboa K, Zeharia A, Ahmad A, Coubes C, Wada Y, Marquardt T, Vanderschaeghe D, Van Schaftingen E, Kurth I, Huebner A, Hübner C
