Neurogenetik – Georg Auburger risk prediction in IA identification of

Molekulare Neurogenetik
Georg Auburger
http://www.kgu.de/znn/neurologie/mol-neurogenet/
click or download „neurogenetics course“ (.pdf)
Risiko-Vorhersage und Beratung
Identifizierung Schlüsselmoleküle der Pathogenese
Genetische Modelle der Therapie
Quellen:
Thompson & Thompson, Genetics in Medicine, Saunders
Passarge, Taschenatlas der Genetik, Thieme
http://www.bvmedgen.de/main.html
http://www.geneclinics.org
http://www.neuro.wustl.edu/neuromuscular/
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=OMIM
http://www.orphanet.org
These:
Jede Krankheit ist Anlage-bedingt,
wenn sie nicht infektiös,
oder durch Intoxikation,
oder traumatisch,
oder durch ähnliche Lebens-Ereignisse
entstand.
(und selbst dann...
siehe nächste Seiten)
wegen genetischer Suszeptibilität
für Infektionen...
Wie z.B. die Susceptibilität gegen Poliomyelitis und
die schwere kombinierte Immundefizienz,
beide vererbt auf Chromosom 19
... und wegen genetischer Suszeptibilität für pharmakologische Intoxikationen:
Maligne Hyperthermie
Genetische Prinzipien:
autosomal dominante Vererbung
Ryanodin-Rezeptor oder CACNA1S oder 5 loci
molekulargenet. Risiko-Diagnostik schwierig
Molekulare Grundlagen der Neurologie:
1 in 5000 Narkosen mit Halothan oder
Succinylcholin
cytosolische Calcium-Erhöhung
bis Rhabdomyolyse
Fieber+Tachykardie+Muskelrigidität
Halothan/Koffein-Kontraktur-Test
Dantrolen+Volumen
... weiter wegen genetischer Suszeptibilität für pharmakologische Intoxikationen:
Porphyrie
Porphobilinogen
Genetische Prinzipien:
autosomal dominante Vererbung
Molekulare Grundlagen der Neurologie:
Porphobilinogen-Deaminase oder Coproporphyrinogen-3-Oxidase
oder Protoporphyrinogen-Oxidase
Polyneuropathie + Krisen Bauchschmerzen / Psychose / Anfälle
Tödliche Krisen durch iatrogene Gabe von Barbiturat, Valium, Novalgin oder durch Ethanol
Nachweis erhöhter delta-Amino-Lävulinsäure und Porphobilinogen im Urin während Attacke
SSCP / Sequenzierung der Krankheitsgene zur Familiendiagnostik
Trigger absetzen, Gabe von Hämatin / Hämarginat ?
... und wegen genetischer Suszeptibilität gegenüber Trauma:
Charcot Marie Tooth 1A versus HNPP Polyneuropathie
Genetische Prinzipien:
aut. dominant mit voller Penetranz, aber variabler Expressivität
Lokus-Heterogenität von PNP und CMT
CMT1-Prävalenz 15 in 100.000
PMP22 Rekombination zwischen repetitiven Sequenzen,
zu 90% bei männlicher Meiose
Gen-Dosis Effekt CMT1A vs. HNPP (allelische Heterogenität)
oder dominant negative Mutationen PMP22
mechanische Umwelt-Auslösefaktoren bei HNPP
Molekulare Grundlagen der Neurologie:
integrales Membran Glykoprotein PMP22
sowohl Überexpression als auch Funktionsverlust
stört Myelinkompaktierung,
sekundär Schwannzell-Hypertrophie und axonale Degeneration
CMT1A: Nachweis der Genduplikation, Fallfuss mit ~20 Jahren,
präsymptomatisch Leitungsgeschwindigkeit reduziert mit ~5 Jahren
HNPP: Drucklähmungen
CMT1A: immunsuppressive Behandlung der Abräum-Reaktion
These:
auch von Götterhand bewirkte Krisen
(die „heilige Krankheit“ des Altertums,
Epilepsie)
oder „hypochondrisch/psychosomatische“
Entgleisungen
können anlagebedingt sein
(siehe folgende Seiten...).
Attacken von Bewegungsstörungen
durch Ionen-Kanal-Krankheiten :
nokturne frontale Epilepsie – Tegretal Monotherapie
hyperkaliämische familiäre periodische Parese – Süssigkeiten
episodische Ataxie – Diamox für pH
paroxysmale kinesiogene Dystonie – Tegretal Monotherapie
Myotonie – Haschisch, Mexiletin
allelische Bewegungsstörungen
im CACNA1A :
– familiäre hemiplegische Migräne („missense“)
– episodische Ataxie 2 („truncation“)
– progrediente Spinocerebelläre Ataxie 6 („expansion“)
werden durch verschiedene Mutationen im gleichen
Gen ausgelöst, der alpha 1A Untereinheit des
spannungsabhängigen P/Q-Typ Calcium-Kanals
Chorea Huntington
Genetische Prinzipien:
autosomal-dominante Polyglutamin-Expansion
Gründereffekt in Venezuela
geschlechtsspezifische Antizipation:
Väter mit Prämutation zeugen mit 3% Risiko
somatischer Mosaizismus
molekulargenetisch Expansionslänge prädiktiv für
Krankheitsschwere – Erkrankungsalter – Todesalter
keine Prädiktion bei asymptomatischen Kindern
– therapeutische Konsequenz ?
Prävalenz von 0.1 bis 7 in 100.000
toxischer Funktionsgewinn
Molekulare Grundlagen der Neurologie:
Huntingtin ist Teil des Endozytose-Komplexes
und beeinflusst Internalisierung/Transport
von BrainDerivedNeurotrophicFactor
Neuronale intranukleäre Proteinaggregate von
Huntingtin im Endstadium
Choreatische Hyperkinesen mit striataler
Atrophie im CT („medium spiny neurons“)
Degeneration kortikaler „Schicht III, V, VI
Neuronen“ mit Depression/Demenz
Routine-Diagnostik der CAG-Expansion in PCR
Brain-Bank Sammlungen
Medikamentöse Therapien experimentell
Schwangerschaftsberatung
Gleiches klinisches Bild – verschiedene Gene – gleiche Mutation
bei autosomal dominanten Spinocerebellären Ataxien :
SCA1, SCA2 … SCA29, DRPLA
These:
Eine positive Familienanamnese
ist ein starker Hinweis auf Anlagen
(negative Familienanamnese
schliesst Anlagen nicht aus)
Verwandtschaftsgrad zum Indexpatienten:
I.
II.
1
2
2
2
22
2
2
3
4
3 2 42
1
1
1
1
1
1
4
2
1
1
2
1
3
2+4 2+4 2+4 2+4
Mitochondrial vererbte Krankheiten:
LHON: Leber‘sche Hereditäre Optikusatrophie
MELAS: Mitochond. Enzephalomyopathie, Laktatazidose mit Schlaganfall-ähnlichen Symptomen
MERRF: „myoklonische Epilepsie und rissige rote Fasern“
MMC: maternal vererbte Myopathie und Kardiomyopathie
NARP: neurogene Muskelschwäche mit Ataxie und Retinitis pigmentosa
CEOP: Chronisch externe Ophthalmoplegie
KSS: Ophthalmoplegie, Pigmentdegeneration der Retina, Kardiomyopathie
ADMIMY: autosomal dominante mitochondriale Myopathie mit Deletionen in der D-Schleife
MERRF – Myoklonische Epilepsie mit rissigen roten Fasern
Genetische Prinzipien:
matrilineale Vererbung
mitochondriale DNA Mutation
sicherer Ausschluss in pränataler Diagnostik oder Muskelbiopsie
unmöglich wegen Gewebe-Selektion, Heteroplasmie,
replikativer Segregation, somatischen Mutationen
10x höhere Mutationsrate mitochondrialer DNA
Akkumulation von Mutationen mit Alter
Expressionsschwelle
Molekulare Grundlagen der Neurologie:
tRNAlys Mutation (G8344A oder T8356C)
in >90% der Patienten bei PCR / Sequenzierung
Atmungskomplex I und IV haben reduzierte Aktivität
und setzen erhöhte Mengen Sauerstoffradikale frei
klinisch myoklonische Epilepsie mit Myopathie
in Muskelbiopsie „ragged red fibers“
Therapien palliativ (Vitamine)
Duchenne / Becker Muskeldystrophie
Genetische Prinzipien:
X-chromosomal rezessive Vererbung
Inzidenz von 1 in 3500 männlichen Geburten
grosse Deletionen 60%, grosse Duplikationen 10% (Southern blot)
kleine Deletionen, Insertionen, Nukleotid-Wechsel 30% (PCR)
Hohe Frequenz von Neumutationen (1/3 der Mütter nicht-Träger),
die meisten de novo grossen Deletionen in Oogenese,
die meisten de novo Nukleotid-Substitutionen in Spermatogenese
allelische Heterogenität Duchenne (null) – Becker (partiell)
weibliche Mutations-Träger haben 50% kardiales Risiko
Keimzellen-Mosaizismus:
bei Müttern ohne Träger-Status 7% Rekurrenz-Risiko
Molekulare Grundlagen der Neurologie:
Dystrophin-Komplex verbindet Sarkolemm mit Zytoskelett
Western-blot-Immunreaktivität wird in Muskelbiopsie getestet
sekundäre Erhöhung der CreatinKinase im Serum
Molekulargenetische Diagnostik mit PCR und Southern blot
Muskelschwäche Hüfte/Oberschenkel mit Wadenhypertrophie
Therapie mit Glukokortikoiden
Neurofibromatose 1
Genetische Prinzipien:
autosomal dominante Vererbung
Mehr-Schritt-Karzinogenese (Zwei-Treffer-Hypothese)
Keimbahnmutationen versus somatische Mutationen
variabler Phänotyp
Haploinsuffizienz dieses Tumor-Suppressor-Gens aktiviert
Onkogen Ras-GTPase
Molekulare Grundlagen der Neurologie:
Neurofibromin
Haut Cafe au lait Flecken / Neurofibrome / Skelettdeformität /
Iris-Hamartom / Optikus-Gliome / CMLeukämie
Jährliche Vorsorge-Untersuchungen, Operationen
Ataxie Teleangiektasie
Genetische Prinzipien:
autosomal rezessiv
Tumor-Suszeptibilitäts-Gen
Mehr-Schritt-Karzinogenese (Zwei-Treffer-Hypothese)
Komplementationsgruppen
2 Keimbahnmutationen plus Strahlung:
dann somatische Mutationen, Tumor
variabler Phänotyp
Molekulare Grundlagen der Neurologie:
ATM ist homolog zu Phosphoinositol-3`-Kinasen
Ataxie und erhöhtes Lymphom/Leukämie-Risiko
Teleangiektasien an Konjunktiven, Nase, Hals, Ellbogen
Diagnose mit erhöhtem Serum-alpha-Fetoprotein
und eventuell SSCP / Sequenzierung
Röntgenindikation restriktiv stellen !
Lebenserwartung jetzt jenseits 20. Lebensjahr
Myoklonische (alkohol-responsive) Dystonie
Genetische Prinzipien:
Vererbung autosomal dominant
parentales Imprinting (Methylierung)
Molekulare Grundlagen der Neurologie:
ε-Sarcoglycan ist Zytoskelettprotein
Manifestation bis 20. Lebensjahr
mit Myoklonien und Dystonie Arme-Hals-Rumpf,
benignem Verlauf, dramatischer Besserung durch Alkohol
Dystonie wurde früher als psychosomatisch gewertet,
weil sie im Schlaf verschwindet
Molekulargenetische Diagnose durch SSCP / Sequenzierung
Therapie Alkohol, Clonazepam,
Elektrodenimplantation zur Tiefen-Hirn-Stimulation
These:
auch bei den Volkskrankheiten
mit sporadischem Auftreten
(negativer Familienanamnese)
wird immer wieder der Einfluss
besonders starker Anlagen
durch besonders frühe
klinische Manifestation sichtbar.
Alzheimer Demenz
Genetische Prinzipien:
variable Expressivität
multifaktoriell (5% EOFAD, 20% LOFAD, 75% sporadic):
Assoziation mit ApoE-Polymorphismus, ε4-Allel
Lebenszeit-Risiko 5%
Relatives Risiko (RR) bei Verwandtem 1. Grades
mit LateOnsetAD 3-6x
RR bei betroffenem Elternteil und betroffenem Geschwister
mit EarlyOnsetAD 7-9x
autosomal dominant (10% of FAD):
genetische Heterogenität APP, PSEN1/2
Gen-Dosis-Effekt Aβ42/43 (Down)
Toxischer Funktionsgewinn
Molekulare Grundlagen der Neurologie:
Neuropathologie: extrazelluläre Amyloid-Plaques enthalten Aβ und ApoE
intrazelluläre neurofibrilläre Bündel enthalten p-Tau
Kurzzeitgedächtnis bei Neuropsychologie-Testung vor allem betroffen,
in Bildgebung (MRT) Atrophie des Hippocampus und des Temporalcortex
Cholinerge Behandlung, Aβ42/43 Impfung derzeit experimentell
Prion-Krankheiten:
Genetische Prinzipien:
autosomal-dominant, infektiös oder spontan
knock-out Mäuse sind resistent
Sowohl Infektionen als auch Mutationen führen
zu vermehrter beta-Faltblatt-Konformation,
zu toxischer Oligomerisierung / Aggregation,
zu spongiformer Neurodegeneration
Molekulare Grundlagen der Neurologie:
Prion-Protein (PRNP, ein Membran-Glycosylphosphatidylinositol
-verankertes Glykoprotein) hat eine unbekannte Funktion
Manifestation: Myoklonien, Insomnie, Ataxie, Demenz
mit rascher Progression
Diagnose: EEG mit periodischen scharfen Wellen,
spongiforme Neurodegeneration / Prion-Plaques
14-3-3 Proteine im Liquor erhöht
Mutationsnachweis bei erblichen Fällen
Behandlung symptomatisch (Phenytoin bei Anfällen, Clonazepam)
These:
krankhafte Anlagen
sind kein unentrinnbares Schicksal,
sondern werden durch Einsicht in die
Pathogenese therapierbar
(ohne Gentherapie, Stammzellen,
Nervenwachstumsfaktoren...).
Behandelbar:
Dopamin: Segawa
Vitamin E für FIVED Ataxie
Phytan-Diät: Refsum
Wilson‘sche Krankheit
Genetische Prinzipien:
autosomal-rezessiv
hepatische/anämische Manifestation unter Einfluss „modifier“
Gewebe-spezifische Expression (Leber)
missense/truncation-Mutationen
Funktionsverlust von ATP7B (beta-Untereinheit der ATPase,
die Kupfer aus Leber in Galle transportiert)
Molekulargenetik-Diagnostik nicht sehr nützlich,
meistens „compound heterozygotes“, Mutationen auch im
Promoter, bis zu einem Drittel nicht nachweisbar
Molekulare Grundlagen der Neurologie:
Kupfer/Eisen-Überschuss abgelagert in Gewebe,
dann Oxidativer Stress
Früh-Manifestation: Anämie, Leberzirrhose
Spät-Manifestation: Tremor, Dystonie, Dysarthrie, Depression
Diagnose mit Serum-Coeruloplasmin/Kupfer und Urin-Kupfer
Behandlung mit Zink, oder
Kupfer-Chelatoren Penicillamin, Tetrathiomolybdat
Heilung denkbar durch experimentelle Lebertransplantation