Analyse des Coenzym Q10-Biosynthese-Stoffwechselwegs mittels Metaboliten-Profiling

• Antragsteller: Professor Dr. Felix Distelmaier
• Fachliche Zuordnung: Kinder- und Jugendmedizin
• Förderung: Förderung seit 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 350198170

Im Rahmen der zweiten Förderperiode des Projektes verfolgten wir einen kombinierten Ansatz aus klinischer und biochemischer Forschung zu verschiedenen Defekten der Coenzym Q10 (CoQ10) Biosynthese. Ein Teilprojekt widmete sich dem humanen COQ4 Mangel. Wir führten eine Kohortenstudie mit 44 COQ4-Patienten durch und analysierten den klinisch-genetischen Phänotyp, die zerebrale Pathologie und das Ansprechen auf die CoQ10–Behandlung. Anhand von Fibroblastenzelllinien untersuchten wir die CoQ10-Biosynthseleistung, die metabolischen Profile und die Expression von CoQ10-Biosynthese Enzymen. Mit diesem Ansatz konnten wir spezifische klinische Subtypen des COQ4-Mangels beschreiben und 6-Demethoxy-Ubiquinon10 (6-DMQ) als metabolische Markersubstanz etablieren. Ein weiteres Teilprojekt widmete sich dem humanen COQ8A-Mangel. Wir beteiligten uns an einer Kohortenstudie mit 59 Patienten, um das genetische Spektrum, die klinischen Phänotypen und die metabolischen Anomalien bei diesem Krankheitsbild zu charakterisieren. Wir konnten zeigen, dass der COQ8A-Mangel sich typischerweise als Ataxie-Erkrankung des Kindesalters präsentiert. Eine Kleinhirnatrophie ist hierbei das typische Korrelat in der zerebralen Bildgebung. Die Untersuchungen von Patientenfibroblasten ergaben keine Auffälligkeiten in den biochemischen Analysen. Dies bedeutet, dass andere Zellmodelle für die Erforschung der Pathophysiologie erforderlich sind. Als Weiterentwicklung der oben geschilderten Projekte haben wir mittels iPSC (Induced Pluripotent Stem Cell) Technologie und der CRISPR/Cas9 Methode begonnen, neuronale Zellmodelle für den COQ4-Mangel zu entwickeln. Diese Methodik soll auch beim COQ8A-Mangel angewendet werden. Im Folgenden ist eine Untersuchung von mitochondrialen Funktionsparametern und eine Analyse der neuronalen Differenzierung in neuronalen Kulturen und zerebralen Organoiden geplant. Im Rahmen eines neuen Teilprojektes haben wir mit Untersuchungen zum Einfluss von Defekten der CoQ10-Biosynthse auf die Assemblierung von Atmungskettensuperkomplexen begonnen. Erste Untersuchungsergebnisse zeigen, dass die Superkomplexe in Zellen mit COQ4-Mangel eine deutlich reduzierte Menge an Komplex IV (Cytochrom-c-Oxidase) enthalten. Dies ist bei anderen Defekten der CoQ10-Biosynthese nicht der Fall und es laufen derzeit weitere Untersuchungen, um dieses Phänomen aufzuklären. Ein weiteres Teilprojekt widmet sich dem humanen HPDL (4-Hydroxyphenylpyruvate Dioxygenase Like) Mangel. Hierbei handelt es sich um eine neurodegenerative Erkrankung des Kindesalters. HPDL wurde erst kürzlich als Enzym der CoQ10 Biosynthese identifiziert. Im Rahmen des Projektes werden wir erstmals Patientenzelllinien mittels UPLC-MS/MS Technologie und anderen metabolischen Analysen charakterisieren. Insgesamt sehen wir das CoQ10-Biosynthese Projekt weiterhin als sehr erfolgreich an. Daher hoffen wir auf eine Verlängerung der Förderung damit die oben genannten Teilprojekte fortgeführt werden können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr. Diran Herebian