Molekulare Genetik hereditärer Zapfen- und Zapfen-Stäbchen-Dystrophien
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Kandidatengen-Analysen: Im Rahmen dieses Teilprojektes wurden umfangreiche Kollektive für autosomal dominante (ad) und autosomal rezessive (ar) Zapfen- und Zapfen-Stäbchen-Dystrophien untersucht. Bei den ad-Formen konnten neue Mutationen in den Genen PRPH2, CRX, GUCA1A, sowie GUCY2D identifiziert werden, wobei die Daten zu GUCA1A durch funktionelle in vitro Untersuchungen komplementiert wurden. Bei den ar-Formen konnten wir Mutationen in ABCA4 bei ~30% aller Patienten identifizieren. Mutationen in KCNV2 wurden 2006 als Ursache der Cone Dystrophy with supernormal Rod Response beschrieben. Wir konnten dies bestätigen, und zeigen, dass ausschließlich Mutationen in KCNV2 diese besondere Form der Zapfen- Dystrophie verursachen, und, dass ein erheblicher Teil der Mutationen größere genomische Deletionen darstellen. Über einen Kandidatengen-Ansatz wurde PDE6H als weitere Ursache ar Achromatopsie identifiziert. Genetische Epidemiologie: Bei umfangreichen Untersuchungen zur Häufigkeit bestimmter Mutationen für erbliche Netzhauterkrankungen konnten wir zeigen, dass die Mutation c.1148delC in CNGB3 mit einer Heterozygotenhäufigkeit von 1:250 in der normalen Bevölkerung vorkommt. Außerdem konnten wir bestätigen, dass die Heterozygotenhäufigkeit der Mutation c.2588G>A in ABCA4 mit 1:160 sehr hoch ist. Diese Ergebnisse haben weitreichende Folgen für die Beratung der Patienten mit Mutationen in CNGB3 (häufigste Ursache der Achromatopsie) und ABCA4 (Morbus Stargardt, Zapfen- und Zapfen-Stäbchen-Dystrophie, Retinitis pigmentosa). Kopplungsuntersuchungen: Mittels Kopplungsuntersuchung und Autozygotiekartierung konnten mehrere Familien genetisch kartiert werden. Exemplarisch: Familie ZD3 mit autosomal dominanter Zapfen-Dystrophie erzielte einen maximalen LOD Score von 3.0103 auf Chr. 16. CNV-Analysen (copy number variation) mittels Array CGH (comparative genome hybridization) zeigten, dass im Kopplungsintervall eine 630kb große Duplikation vorliegt, die die Gene IRX5 und IRX6 beinhaltet. Weiterführende Untersuchungen mittels qPCR (quantitative PCR) identifizierte zwei weitere Familien mit genomischen Duplikation in diesem Bereich des Genoms. Über Array CGH und angeschlossenen Bruchpunkt-PCRs wurden die Duplikationen in ihrer Größe bestimmt. In Fibroblasten von Patienten zweier der Familien konnten wir zeigen, dass auch auf Ebene der Transkripte diese Duplikation nachweisbar ist. Funktionelle Untersuchungen von Mutationen in der Zapfen-spezifischen Phosphodiesterase PDE6C bei autosomal rezessiver Achromatopsie: In funktionellen Untersuchungen mittels heterologer Expression wurde die Auswirkung von vier missense-Mutationen auf die Funktion und enzymatischen Eigenschaften PDE6C untersucht. Vier der sechs analysierten Mutationen zeigten einen fast vollständigen Verlust der katalytischen Aktivität, bei zwei Mutationen konnte eine enzymatische Restaktivität nachgewiesen werden. Je nach Lage der Mutationen sind verschiedene Pathomechanismen möglich: Beeinträchtigung der Dimerisierung der PDE6C (z.B. R29W) oder der korrekten Faltung des Proteins (z.B. P391L), gestörten Interaktion mit der inhibitorischen PDEγ-Untereinheit (z.B. R104W, Y323N). Mutationen in der katalytischen Domäne hingegen z.B. in der Metall-Bindestelle (H602L) beeinflussen die Komplexierung mit dem Kofaktor Zn2+, oder aber führen zu Konfirmationsänderung der Bindestelle für PDEγ (E790K).
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2008) ABCA4 gene analysis in patients with autosomal recessive cone and cone rod dystrophies. Eur J Hum Genet16: 812-819
Kitiratschky VB, Grau T, Bernd A, Zrenner E, Jägle H, Renner AB, Kellner U, Rudolph G, Jacobson SG, Cideciyan AV, Schaich S, Kohl S, Wissinger B
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(2008) Cone and cone-rod dystrophy segregating in the same pedigree due to the same novel CRX gene mutation. Br J Ophthalmol. 92: 1086-1091
Kitiratschky VB, Nagy D, Zabel T, Zrenner E, Wissinger B, Kohl S, Jägle H
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(2008) Cone dystrophy with supernormal rod response is strictly associated with mutations in KCNV2. Invest Ophthalmol Vis Sci 49: 751-757
Wissinger B, Dangel S, Jägle H, Hansen L, Baumann B, Rudolph G, Wolf C, Bonin M, Koeppen K, Ladewig T, Kohl S, Zrenner E, Rosenberg T
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(2008) Mutation analysis identifies GUCY2D as the major gene responsible for autosomal dominant progressive cone degeneration. Invest Ophthalmol Vis Sci 49: 5015-5023
Kitiratschky VB, Wilke R, Renner AB, Kellner U, Vadala M, Birch DG, Wissinger B, Zrenner E, Kohl S
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(2009) A homologous genetic basis of the murine cpfl1 mutant and human achromatopsia linked to mutations in the PDE6C gene. Proc Natl Acad Sci USA 106: 19581-19586
Chang B, Grau T, Dangel S, Hurd R, Jurklies B, Sener EC, Andreasson S, Dollfus H, Baumann B, Bolz S, Artemyev N, Kohl S, Heckenlively J, Wissinger B
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(2009) Mutations in the GUCA1A gene involved in hereditary cone dystrophies impair calcium-mediated regulation of guanylate cyclase. Hum Mutat 30: e782-796
Kitiratschky VB, Behnen P, Kellner U, Heckenlively JR, Zrenner E, Jägle H, Kohl S, Wissinger B, Koch KW
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(2009) Phenotypic variability and long-term follow-up of patients with known and novel PRPH2 (peripherin/RDS) gene mutations. Am J Ophthalmol 147: 518-530
Renner AB, Fiebig BS, Weber BFH, Wissinger B, Andreasson S, Gal A, Cropp E, Kohl S, Kellner U
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(2010) Oligocone trichromacy: clinical and molecular genetic investigations. Invest Ophthalmol Vis Sci 51: 89-95
Andersen MK, Christoffersen NL, Sander B, Edmund C, Larsen M, Grau T, Wissinger B, Kohl S, Rosenberg T
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(2011) Decreased catalytic activity and altered activation properties of PDE6C mutants associated with autosomal recessive achromatopsia. Hum Mol Genet 20: 719-30
Grau T, Artemyev NO, Rosenberg T, Dollfus H, Haugen OH, Sener EC, Jurklies B, Andreasson S, Kernstock C, Larsen M, Zrenner E, Wissinger B, Kohl S
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(2011) High-Resolution In Vivo Imaging in Achromatopsia. Ophthalmology 118: 882-887
Thomas MG, Kumar A, Kohl S, Proudlock FA, Gottlob I
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(2011) Identification of variants in CNGA3 as cause for achromatopsia by exome sequencing of a single patient. Arch Ophthalmol 129: 1212-1217
Lam K, Guo H, Wilson GA, Kohl S, Wong F
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(2011) Large deletions of the KCNV2 gene are common in patients with cone dystrophy with supernormal rod response. Hum Mutat 32: 1398-1406
Wissinger B, Schaich S, Baumann B, Bonin M, Jägle H, Friedburg C, Varsányi B, Hoyng CB, Dollfus H, Heckenlively JR, Rosenberg T, Rudolph G, Kellner U, Salati R, Plomp A, De Baere E, Andrassi-Darida M, Sauer A, Wolf C, Zobor D, Bernd A, Leroy BP, Enyedi P, Cremers FP, Lorenz B, Zrenner E, Kohl S
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(2011) Long-term follow up of the human phenotype in 3 siblings with cone dystrophy associated with a homozygous p.G461R mutation of KCNV2. Invest Ophthalmol Vis Sci 52: 8621-8629
Friedburg C, Wissinger B, Schambeck M, Bonin M, Kohl S, Lorenz B
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(2012) A Nonsense Mutation in PDE6H Causes Autosomal-Recessive Incomplete Achromatopsia. Am J Hum Genet 91: 527-532
Kohl S, Coppieters F, Meire F, Schaich S, Roosing S, Brennenstuhl C, Bolz S, van Genderen MM, Riemslag FC; the European Retinal Disease Consortium, Lukowski R, den Hollander AI, Cremers FP, De Baere E, Hoyng CB, Wissinger B
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(2012) Cone-rod dystrophy associated with amelogenesis imperfecta in a child with neurofibromatosis type 1. Ophthalmic Genet 33: 34-38
Zobor D, Kaufmann DH, Weckerle P, Sauer A, Wissinger B, Wilhelm H, Kohl S
