Genetische Ursachen der Achromatopsie und funktionelle Analyse mutanter Zapfen-CNG-Kanäle
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Achromatopsie ist eine seltene erbliche Netzhauterkrankung, die durch einen angeborenen Verlust der Zapfenfunktion gekennzeichnet ist und bei den Betroffenen zu einer stark verminderten Sehschärfe, Farbsehverlust und hoher Blendungsempfindlichkeit führt. Die genetischen Ursachen der Achromatopsie sind heterogen; bislang konnten in unserer Arbeitsgruppe Mutationen in vier verschiedenen Gene identifiziert werden, die eine Achromatopsie verursachen: CNGA3 und CNGB3 (kodieren für die a- bzw. ß-Untereinheit des cGMP-gesteuerten Kationenkanals in Zapfen), GNAT2 (a-Untereinheit des zapfenspezifischen G-Proteins Transducin) und PDE6C (katalytische a'-Untereinheit der zapfe n spezifischen Phosphodiesterase). Basierend auf der Untersuchung des weltweit größten Patientenkollektivs mit über 500 unabhängigen Achromatopsiepatienten zeigt unsere Studie, dass Mutationen in CNGA3 und CNGB3 für ca. 25% bzw. ca. 50% der Patientenfälle verantwortlich sind und damit die bedeutsamsten Gene für die Achromatopsie in Europa und Nordamerika darstellen. Ein Grund dafür ist die überproportionale Häufigkeit der c.1148delC - Mutation im CA/Gß3-Gen, die auf einem founcter-Effekt beruht. Im Gegensatz dazu sind Mutationen in GNAT2 und PDE6C sehr selten und sind für jeweils weniger als 2% aller Fälle von Achromatopsie verantwortlich. Bei der überwiegenden Mehrzahl der CA/G>43-Mutationen handelt es sich um missense - Mutationen, die "lediglich" einen Aminosäureaustausch im Protein zur Folge haben. Es stellt sich daher die Frage nach dem Defekt auf Ebene des Genproduktes und ob solche funktionellen Daten mit der Schwere der klinischen Ausprägung korrelieren. Insgesamt 15 verschiedenen CNGAS-Mutanten wurden im heterologen Expressionssystem untersucht. Bei einigen Kanalmutanten zeigte sich eine Veränderung der apparenten cGMP-Sensitivität, die zum Teil durch die Koexpression der B3-Untereinheit normalisiert wurde. Bei den meisten Kanalmutanten konnte jedoch eine verminderte Oberflächenexpression nachgewiesen werden, was zu einer geringen Kanaldichte in der Zellmembran und reduzierten Maximalströmen führt, im Vergleich mit den klinischen Daten konnte wir feststellen, dass bei Patienten mit C/VGA3-Mutationen, bei denen in der funktionellen Untersuchung eine messbare Restfunktion unter physiologischen Bedingungen nachweisbar war, zumeist auch eine Zapfenrestfunktion in ERG-Messungen oder psychophysischen Farbsehtests bestand. Mutationen, die keinerlei Restfunktion des Kanals unter physiologischen Bedingungen vermittelten, korrelieren hingegen mit dem Phänotyp einer kompletten Achromatopsie. Diese Ergebnisse zeigen damit auch die Relevanz der funktioneilen in vitro Untersuchungen für die "Bewertung" von CA/G^3-Mutationen und eine Prognosestellung über den Schwergrad des Krankheitsbildes.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Dissertation von Frau Katja Koppen (Titel: Molekulare Ursachen der Achromatopsia: Funktionelle Charakterisierung mutanter CNGA3-Kanäle. Fakultät für Biologie der Eberhard-Karls-Universität Tübingen 2008),
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Kellner U, Wissinger B, Kohl S. Kraus H, Foerster MH.(2004) Molecular genetic findings in patients with congenital cone dysfunction. Mutations in the CNGA3, CNGB3, or GNAT2 genes. Ophthalmologe 101(8): 830-5.
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Khan NW, Wissinger B, Kohl S. Sieving PA. (2007) CNGB3 achromatopsia with progressive loss of residual cone function and impaired rod-mediated function. Invest Ophthalmol Vis Sei. 48(8): 3864-71.
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Koeppen K. Reuter P. Kohl S. Baumann B. Ladewig T. Wissinqer B (2008) Functional analysis of human CNGA3 mutations associated with colour blindness suggests impaired surface expression of channel mutants A3(R427C) and A3(R563C). Eur J Neurosci. 27(9): 2391-401.
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Kohl S. Varsanvi B, Antunes GA. Baumann B, Hoyng CB, Jägle H, Rosenberg T, Kellner U, Lorenz B, Salati R, Jurklies B, Farkas A, Andreasson S, Weleber RG, Jacobson SG, Rudolph G, Castellan C, Dollfus H, Legius E, Anastasi M, Bitoun P, Lev D, Sieving PA, Munier FL, Zrenner E, Sharpe LT, Cremers FP, Wissinger B. (2005) CNGB3 mutations account for 50% of all cases with autosomal recessive achromatopsia. Eur J Hum Genet. 13(3): 302-8.
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Rosenberg T, Baumann B, Kohl S, Zrenner E, Jorgensen AL, Wissinger B. (2004) Variant phenotypes of incomplete achromatopsia in two cousins with GNAT2 gene mutations. Invest Ophthalmol Vis Sei. 45{12): 4256-62.
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Tränkner D, Jägle H, Kohl S. Apfelstedt-Sylla E, Sharpe LT, Kaupp ÜB, Zrenner E, Seifert R, Wissinger B (2004) Molecular basis of an inherited form of incomplete achromatopsia. J Neurosci. 24(1): 138-47.
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Varsänyi B, Wissinger B*, Kohl S. Koeppen K. Farkas A*. (2005) Clinical and genetic features of Hungarian achromatopsia patients. Mol Vis. 11: 996-1001. (*- corresponding authors)
