Functional analysis of LOXL1 gene polymorphisms in the pathogenesis of pseudoexfoliation syndrome/glaucoma
Molecular Biology and Physiology of Neurons and Glial Cells
Final Report Abstract
Das Pseudoexfoliations (PEX)-Syndrom ist eine weit verbreitete generalisierte Bindegewebs-erkrankung, die häufig mit schwerwiegenden okulären und systemischen Komplikationen, wie Glaukom und Aortenaneurysmen, assoziiert ist. Genetische Assoziationsstudien konnten eine hochsignifikante Assoziation zwischen zwei kodierenden sowie mehreren nicht-kodierenden Polymorphismen (SNPs) im LOXL1(Lysyloxidase-like 1)-Gen auf Chromosom 15q24.1 mit PEX-Syndrom/Glaukom in allen Populationen weltweit identifizieren. Die pathophysiologische Bedeutung der assoziierten Risikovarianten für die Entwicklung eines PEX-Syndroms/Glaukoms war bislang jedoch nicht geklärt. Die Untersuchungen im Rahmen dieses Forschungsprojekts konnten diese Lücke schließen und neue Daten zur funktionellen Bedeutung der kodierenden und nicht-kodierenden PEX-assoziierten LOXL1-Risikovariantengenerieren. Basierend auf stabilen eukaryotischen Expressionssystemen für LOXL1und einem Fibroblastenmodell der in vitro Elastogenese konnten erstmals funktionelle Unterschiede zwischen den Haplotypen der Missense-Varianten hinsichtlich Proteinbindungsaffinität und Elastogenese aufgezeigt werden. Diese Unterschiede können zur Bildung, Quervernetzung und Aggregation des elastotischen PEX-Materials im Rahmen des fibrotischen Matrixprozesses beitragen. Aufgrund fehlender Funktionalität der bekannten nicht-kodierenden LOXL1-Risikovarianten wurden in Zusammenarbeit mit dem Institut für Humangenetik durch genetische Assoziations-studien neue Sequenzvarianten in Intron 1 des LOXL1-Gens identifiziert und in weiteren europäischen und asiatischen Patientenkohorten verifiziert. Funktionelle Analysen konnten zeigen, dass ein Risiko-Haplotyp aus 4 LD-SNPs mit einer signifikant reduzierten Expression von LOXL1 in Geweben ex vivo korreliert und über allel-spezifische Unterschiede in der Bindungsaffinität von Transkriptionsfaktoren, wie RXR-alpha, eine Reduktion der LOXL1-Promotoraktivität in vitro verursacht. Diese Unterschiede können zur dysregulierten Expression von LOXL1 in Geweben von PEX-Patienten beitragen, die als prädisponierender Risikofaktor für die Entwicklung eines PEX-Glaukoms und eines PEX-assoziierten Aortenaneurysmas angesehen wird. Insgesamt konnten die Forschungsergebnisse erstmals funktionelle Effekte bekannter und neu identifizierter PEX-assoziierter LOXL1-Risikoallele aufzeigen. Sie tragen nicht nur zum Verständnis der zugrunde liegenden molekularen Pathomechanismenund klinischen Komplikationen bei, sondern könnten in Zukunft auch für die prädiktive Diagnostik oder neue kausale Therapieansätze interessant werden.
Publications
- Expression and regulation of LOXL1 and elastin-related genes in eyes with exfoliation syndrome. J Glaucoma 2014, 23: S48-S50
Zenkel M, Schlötzer-Schrehardt U
(See online at https://doi.org/10.1097/IJG.0000000000000120) - The composition of exfoliation material and the cells involved in its production. J Glaucoma 2014, 23: S12-S14
Zenkel M, Schlötzer-Schrehardt U
(See online at https://doi.org/10.1097/IJG.0000000000000123) - A common variant mapping to CACNA1A is associated with susceptibility to exfoliation syndrome. Nat Genet. 2015; 47: 387-392
Aung T, Ozaki M, Mizoguchi T, … Schloetzer-Schrehardt U, … Khor CC
(See online at https://doi.org/10.1038/ng.3226)
