Klinische Korrelation und funktionelle Analyse von Mutationen im GDF5/BMPR1B-Signalweg
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Der GDF5-BMPR1B Signalweg spielt eine entscheidende Rolle bei der regelrechten Musterbildung der einzelnen Phalangen. Ein gestörtes Zusammenspiel von Ligand (GDF5), Antagonist (NOG) und Rezeptoren (BMPR1B, BMPR1A) führt dazu, dass der Prozess der Handentwicklung fehlreguliert wird, der sich phänotypisch in Brachydaktylien äußert. Während wir vor etwa 3-4 Jahren davon ausgingen, dass die verschiedenen Typen von Brachydaktylien einzelnen Molekülen des oben genannten Signalwegs zugeordnet werden können, ist nach den erhobenen klinischen und funktionellen Ergebnissen aus dem Projekt nunmehr davon auszugehen, dass Mutationen in den unterschiedlichen Interaktionspartnern zu überlappenden und imitierenden phänotypischen Auswirkungen fuhren können. Wir haben einzelne Mutationen in GDF5 analysiert, die mit besonderen Phänotypen assoziiert sind. Die erhobenen Daten zu den heterozygot pathogenen Mutationen R380Q (Phänotyp BDA2), L441P (Phänotyp BDA2) und R438L (prox. Symphalangismus) waren schlüssig und konnten erfolgreich publiziert werden. Die Ergebnisse zu den Analysen für die homozygote Mutation G319V (Phänotyp BDC) sind fast abgeschlossen. Wichtige Fragen können durch unsere Experimente nun beantwortet werden: (Ziel 1) Wir wissen jetzt, dass die Prodomäne von GDF5 eine Heparinbindungsaktivität aufweist und hierüber die Bioverfügbarkeit von marurem GDF5 gesteuert werden könnte. Mutationen in der Prodomäne könnten diese Regulation stören; dies wird in Kürze untersucht. (Ziel 2) Eine Mutation in der Erkennungssequenz der Schnittstelle zwischen Prodomäne und maturer Domäne des GDF5 führt zur gestörten Prozessierung von proGDFS. Da unprozessiertes proGDFS inaktiv ist, geht diese Mutation mit einem Funktionsverlust und einer verringerten Signalweiterleitung über den BMPR1B einher. (Ziel 3) Distinkte Punktmutationen in der maturen Domäne fuhren über verschiedene Mechanismen zu unterschiedlichen Phänotypen. Die Mutation L441P hat eine gestörte Ligand-Rezeptor Interaktion zur Folge und äußert sich über einen Funktionsverlust in einer Brachydaktylie (BDA2). Die Mutation R438L in GDF5 hingegen führt dazu, dass das mutierte Protein BMP2- ähnliche Eigenschaften aufweist und somit verstärkt an einen weiteren Rezeptor (BMPR1A) binden kann; somit ist der Verlust der Spezifität zwischen Ligand und Rezeptor die Erklärung für die Gelenksfusionen (Symphalangismus). (Ziel 4) Kürzlich konnten wir eine Mikroduplikation auf Chr. 20p bei Patienten mit einer Brachydaktylie A2 identifizieren. Die Duplikation konnte unter Verwendung eines Oligoarrays identifiziert werden. Die Hypothese, dass dieser Bereich ein regulatorisches Element für BMP2 enthält, wird derzeit geprüft. Ausgedehnt haben wir unsere Analysen zudem auf den GDF5-Inhibitor NOG, da wir hier Mutationen identifizieren konnten, die mit einer Brachydaktylie Typ B einhergehen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Activating and deactivating mutations in the receptor interaction site ofGDF5 cause symphalangism or brachydactyly type A2. J Clin Invest. 2005; 115:2373-81.
Seemann P, Schwappacher R, Kjaer KW, Krakow D, Lehmann K. Dawson K, Stricker S, Pohl J, Ploger F, Staub E, Nickel J, Sebald W, Knaus P, Mundlos S.
- A novel R486Q mutation in BMPR1B resulting in either a brachydactyly type C/symphalangism-like phenotype or brachydactyly type A2. Eur J Hum Genet. 2006; 14:1248-54.
Lehmann K. Seemann P, Börgermann J, Morin G, Reif S, Knaus P, Mundlos S.
- A new subtype of brachydactyly type B caused by point mutations in the BMP antagonist NOGGIN. Am J Hum Genet. 2007; 81:388-96.
Lehmann K, Seemann P, Silan F, Goecke TO, Irgang S, Kjaer KW, Kjaergaard S, Mahoney MJ, Morlot S, Reissner C, Kerr B, Wilkie AOM, Mundlos S.
- Brachydactyly Type A2 Associated with a Defect in proGDFS Processing. Hum Mol Genet. 2008; 17:1222-33.
Ploger F, Seemann S, Schmidt-von Kegler M, Lehmann K. Seidel J, Kjaer KW, Pohl J, Mundlos S.
