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Gliedergürteldystrophien (LGMD) und myofibrilläre Myopathien (MFM) bilden eine klinisch und genetisch heterogene Gruppe genetisch determinierter, progredienter Erkrankungen des Skelettmuskels, teilweise auch mit Beteiligung des Herzmuskels. Gemeinsames Symptom ist eine fortschreitende Muskelschwäche und –atrophie, die häufig erst im Erwachsenenalter eintritt und sich in Verteilungsmuster und Schweregrad zwischen den verschiedenen Formen deutlich unterscheidet. Bislang wurden LGMD und MFM im Wesentlichen histologisch voneinander unterschieden. Mit fortschreitender Identifizierung von Loci und Genen für LGMD und MFM entstehen jedoch derzeit neue Zuordnungen und Klassifikationen, sowie ein verbessertes Verständnis der Pathogenese. So wurden interessanterweise identische Mutationen des Myotilin-Gens sowohl mit der LGMD1A als auch mit einer MFM in Verbindung gebracht.
Erbliche Erkrankungen der peripheren Nerven beinhalten eine große Anzahl neurologischer Erkrankungen. Neben der großen Gruppe der hereditären sensomotorischen Neuropathien (HMSN/Charcot-Marie-Tooth Erkrankung) lässt sich die Gruppe der hereditären distal motorischen Neuropathien (dHMN) abgrenzen, auch spinale Charcot-Marie-Tooth-Erkrankung (spinale CMT) oder distale spinale Muskelatrophie (dSMA) genannt. Die dHMN sind durch Motoneurondegeneration gekennzeichnet, die zu distaler Muskelschwäche und –atrophie führt. Abhängig vom Erkrankungsbeginn, Vererbungsmodus, klinischer Präsentation und dem Vorhandensein zusätzlicher Symptome werden die Neuropathien in verschiedene Subtypen unterteilt. Die unterschiedlichen Subtypen der Erkrankung, aber auch Patienten mit identischen Gendefekten können eine hochvariable phänotypische Präsentation zeigen. So konnten Mutationen im Glycyl-tRNA-Synthetase Gen (GARS) sowohl als Ursache der dSMA-V (distale spinale Muskelatrophie Typ V) als auch der CMT 2D (Charcot Marie Tooth Disease Typ 2D) bewiesen werden. Beide Erkrankungen haben gemeinsame Symptome. Bei der dSMA-V liegt primär keine sensible Beteiligung vor, in seltenen Fällen jedoch nach langer Krankheitsdauer und schwerem Krankheitsverlauf. Ein ähnlicher Overlap zwischen hereditären motorischen Neuropathien (dHMN) und hereditären sensomotorischen Neuropathien (HMSN) wurde vor kurzem bei Familien mit Mutationen im small heat shock protein 22 und 27 Gen (HSP22 und HSP27) gezeigt. Mutationen im BSCL2-Gen ermöglichen unter Berücksichtigung klinischer und elektrophysiologischer Kriterien eine Einteilung in sechs verschiedene Subtypen.
Innerhalb der Gruppe der hereditären Neuropathien und Myopathien nimmt das CCFDN-Syndrom (Congenital Cataracts Facial Dysmorphism Neuropathy Syndrome) eine Sonderrolle ein, da es klinisch neben kongenitalen Katarakten und Ataxie durch eine demyelinisierende Neuropathie sowie durch eine Myopathie mit Rhabdomyolysen gekennzeichnet ist, und somit ein Kontinuum innerhalb dieser Erkrankungsgruppen darstellt.
Im Rahmen internationaler Forschungskooperationen werden verschiedene innovative Ansätze wie klinische und morphologische Untersuchungen, molekulare und zellbiologische Studien, Zell- und Tiermodelle verfolgt, um die folgenden Ziele zu erreichen:
Viele seltene Erkrankungen sind derzeit nicht zufriedenstellend und kausal therapierbar. Mit den Forschritten der molekularen Medizin zeichnen sich jedoch für viele dieser Erkrankungen neue Therapieansätze ab (z.B. für Muskeldystrophien: Gentherapie, Stammzellen, Oligonukleotide, etc.). Aber auch innovative, pharmakologische Ansätze könnten bei seltenen Erkrankungen zum Einsatz kommen (z.B. für Spinale Muskelatrophie: Valproinsäure). Aus den Reagenzgläsern der Grundlagenwissenschaftler entstanden in den letzten Jahren ein Vielzahl von potentiellen, innovativen Therapieansätzen, ohne dass bis auf wenige Ausnahmen Patienten mit seltenen Erkrankungen davon klinisch profitiert hätten. Dennoch trägt eine verbesserte Genotyp/Phänotyp Diagnostik entscheidend zur verbesserten Beratung der Patienten hinsichtlich individueller Prognose, Berufswahl und Kinderwunsch bei. Zusätzlich ist die diagnostische Abgrenzung von erworbenen Myopathien und Neuropathien auch wichtig zur Vermeidung nicht indizierter medikamentöser, z.B. immunsuppressiver Therapien. Die molekulargenetische Klassifizierung einer Erkrankung ist Voraussetzung für die Teilnahme an künftigen Therapiestudien.
Zu den wichtigsten Forschungsergebnissen unserer Arbeitsgruppe im Bereich der hereditären Myopathien und Neuropathien in den letzten Jahren gehören die Genotyp/Phänotyp Korrelationen bei Gliedergürteldystrophien (FKRPopathie, Laminopathie und Caveolinopathie), die Entdeckung des für das CCFDN-Syndrom verantwortlichen Gens (C-terminal-domain phosphatase of RNA polymerase II) und die Genotyp/Phänotyp Beschreibung von N88S-Mutationen im Berardinelli-Seip-congenital-lipodystrophy-2 Gen.
Vor kurzem konnte gezeigt werden, dass ein neues Gen (FKRP), kodierend für das Fukutin-related Protein, eine putative Glykosyltransferase, sowohl für eine neue Form der kongenitalen Muskeldystrophie (MDC1C) als auch für eine neue Gliedergürteldystrophieform (LGMD2I) verantwortlich ist. Interessanterweise ist dabei eine einzelne homozygote Punktmutation (826C>A), die zu einem Aminosäuretausch (Leu276Ile) führt, mit einem relativ gutartigen klinischen Phänotyp vergesellschaftet, während Patienten, die andere FKRP Mutationen tragen, einen schwereren klinischen Phänotyp zeigen. Wir haben bei 124 LGMD Patienten, die bislang molekulargenetisch noch nicht zugeordnet werden konnten, die Häufigkeit der FKRP Mutation (826C>A) getestet und die Ergebnisse mit dem klinischen Phänotyp korreliert. Klinische und genetische Daten von 20 LGMD2I Patienten aus 19 unterschiedlichen Familien wurden erhoben, diagnostische Muskelbiopsien einschließlich immunhistochemischer und Immunoblot Techniken sowie FKRP Sequenzanalysen wurden durchgeführt. Dabei konnte die bereits beschriebene Mutation im FKRP Gen 826C>A bei 20 Patienten identifiziert werden. 13 Patienten waren homozygot, 7 compound heterozygot für diese Mutation. Diese „common mutation“ war in allen Fällen mit zwei intragenischen Polymorphismen assoziiert, und könnte damit auf einen Founder-Effekt hinweisen. Bei allen heterozygoten Patienten konnte eine zweite heteroallelische Mutation gefunden werden; davon waren zwei Mutationen bereits beschrieben, vier Mutationen wurden von uns erstmals charakterisiert, eine Stop Mutation (1475delC) sowie drei neue pathogene Missense Mutationen (Val121Glu, Val300Ala, and Arg352Gly). Der klinische Phänotyp ist in unserer Studie überwiegend mild, einzelne Patienten zeigen lediglich Myalgien, Myoglobinurie und HyperCKämie. Erstaunlicherweise führt ein früher Erkrankungsbeginn nicht zwangsläufig zu einem schweren Phänotyp, einzelne Patienten zeigen auch nach jahrzehntelangem Krankheitsverlauf nur eine HyperCKämie ohne wesentliche Paresen. Hingegen zeigen Patienten, bei denen die common mutation nicht in homo- oder compound heterozygoter Form, sondern andere ursächliche Mutationen im FKRP-Gen vorliegen, deutlich schwerere Verläufe, die von kongenitalen Formen bis zu Duchenne-artigen Phänotypen reichen.
Mutationen im Lamin A Gen (LMNA) wurden mittlerweile bereits mit mindestens neun unterschiedlichen Erkrankungen, die unter dem Begriff “Laminopathien” zusammenfasst werden, assoziiert, dazu gehören die autosomal dominante Emery-Dreifuss Muskeldystrophie (EDMD2/LGMD1B) und die Charcot-Marie-Tooth Disease Typ 2 (CMT2). Wir haben eine neue Mutation in der 5’ Region des LMNA Gens (-3del15) identifiziert, die zum Verlust von 15 Nucleotiden von -3 zu +12 einschließlich des Translations ATG Initiatorcodons führt. Die Mutation segreggiert in der von uns bereits im Jahr 1988 klinisch beschriebenen Familie, der klinische Phänotyp zeigt sowohl Symptome einer EDMD sowie einer CMT. Aus diesem Grund stellt diese einmalige phänotypische Expression das erste Beispiel für einen Link zwischen neurogenen und myogenen Phänotypen der Erkrankung dar und erweitert erneut die klinische Variabilität der Laminopathien.
Mutationen im Caveolin-3 Gen (CAV3) sind verantwortlich für die autosomal dominante Gliedergürteldystrophie Typ 1C, Rippling Muscle Disease (RMD), HyperCKämie, eine distale Myopathie sowie für eine hypertrophe Kardiomyopathie; des Weiteren sind seltene autosomal rezessive Formen der Erkrankung beschrieben. Wir haben bei einer 57-jährigen Patientin mit asymmetrischer Gliedergürtelschwäche eine neue homozygote intronische Mutation (IVS1+2T>C) im CAV3 Gen detektiert, dabei handelt es sich um die erste beschriebene Splice-Mutation im CAV3. Unsere Ergebnisse liefern zusätzliche Erkenntnisse zur klinischen und genetischen Variabilität von CAV3 Mutationen.
Das Congenital Cataracts Facial Dysmorphism Neuropathy Syndrom (CCFDN, OMIM 604168) ist eine autosomal rezessive Erkrankung, die in der endogamen Gruppe der Vlax Roma vorkommt. Das verantwortliche Gen wurde zu 18qter lokalisiert, ein konservierter Haplotyp legte eine Foundermutation nahe. Mittels Rekombinationsmapping konnte die Genposition auf einen 155-kb kritischen Intervall eingegrenzt werden. Mittels Linkageanalyse konnte gezeigt werden, dass nicht-transmittierte Chromosome selbst nicht-betroffener Eltern den gleichen konservierten Haplotyp aufwiesen, der mit der Erkrankung assoziiert ist.
Unter der Annahme einer vollständigen Homozygotie dieser Eltern innerhalb des kritischen Intervalls mit Ausnahme der ursächlichen Mutation, wurde ein “not quite identical by descent“ (NQIBD) Ansatz entwickelt, der es erlaubte, die krankheitsverursachende Mutation durch Sequenzanalyse eines einzelnen, gesunden, homozygoten Elternteils zu identifizieren. Wir konnten zeigen, dass CCFDN durch eine einzelne Nukleotid-Substitution in einem Antisense-Alu-Element in Intron 6 des CTDP1 Gens (kodierend für das Protein Phosphatase FCP1, einer essentiellen Komponente der eukaryontischen Transkriptionsmaschinerie), resultierend in einem seltenen aberranten Splice-Mechanismus und einer Alu-Insertion in der prozessierten mRNA, verursacht wird. Somit gehört CCFDN zur Gruppe der “Transkriptionssyndrome” und stellt den ersten identifizierten “puren” Transkriptionsdefekt, der die Polymerase II-mediierte Genexpression betrifft, dar.
Das klinisch ähnliche Marinesco-Sjögren Syndrom ist durch Katarakte, zerebelläre Ataxie und eine progressive Myopathie gekennzeichnet, vor kurzem konnten Mutationen im SIL1/BAP Gen als ursächlich für die Erkrankung identifiziert werden. SIL1/BAP fungiert als Nukleotidaustauschfaktor für das Hsp70 Chaperon BiP/GRP78, das ein Schlüsselregulator für die Funktion des endoplasmatischen Retikulums ist.
Vor kurzem konnten zwei Missense-Mutationen (N88S, S90L) im Berardinelli-Seip Congenital Lipodystrophy 2 Gen (BSCL2-Gen) bei autosomal-dominanter distaler hereditärer motorischer Neuropathie und bei Silver-Syndrom (SS) identifiziert werden. Bei insgesamt 90 Patienten aus einer großen österreichischen und zwei nicht miteinander verwandten deutschen Familien wurden die phänotypischen Konsequenzen der N88S-Mutation beschrieben. Aufgrund des klinischen und elektrophysiologischen Phänotyps konnten sechs Subtypen unterschieden werden: bei 4.4% der Patienten zeigte die Erkrankung keine Penetranz, 20% der Patienten waren nur subklinisch betroffen, wobei einige dieser Patienten nur durch auffällige Nervenleitgeschwindigkeits-Messungen selektiert werden konnten. Bei 31.1% wurde ein CMT Typ V-Phänotyp mit prädominanter Beteiligung der Handmuskulatur gefunden, während bei 14.5% ein typisches Silver-Syndrom mit Amyotrophie der kleinen Handmuskeln und Spastik der unteren Extremitäten vorlag. In 20% der Fälle war der bestehende Phänotyp vereinbar mit einer Charcot-Marie-Tooth Disease, in 10% war klinisch die Diagnose einer hereditären spastischen Paraparese gestellt worden. Elektrophysiologische Untersuchungen zeigten eine axonale Neuropathie, aber auch Chronodispersion der motorischen Summenaktionspotentiale und Leitungsblöcke, während die sensible Nervenleitgeschwindigkeit nur selten auffällig war. Die Ergebnisse zeigen, dass die dominante N88S-Mutation im Berardinelli-Seip Congenital Lipodystrophy 2-Gen zu einem breiten Spektrum von Motoneuronerkrankungen führt.
Die Projekte zielen auf die Pathogeneseforschung, Genotyp/Phänotyp-Korrelation und die Entwicklung diagnostischer Tools für zahlreiche Formen hereditärer Myopathien und Neuropathien, was in Weiterung wichtige Aspekte zur Entwicklung neuer Therapieformen für diese Erkrankungen beitragen wird.
Die Forschung zu hereditären Myopathien und Neuropathien wird gefördert durch das Forschungförderungsprogramm der LMU (FöFoLe) und durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Muskeldystrophienetzwerks (MD-NET).
Angela Hübner, Dresden, Deutschland
Clemens Müller-Reible, Würzburg, Deutschland
Herbert Schreiber, Ulm, Deutschland
Kate Bushby, Newcastle upon Tyne, England
Luba Kalaydjieva, Perth, Australien
Matthias Vorgerd, Bochum, Deutschland
Michaela Auer-Grumbach, Graz, Österreich
Nina Barisic, Zagreb, Kroatien
Rolf Schröder, Köln, Deutschland
Veronika Karcagi, Budapest, Ungarn
Volker Straub, Newcastle upon Tyne, England
PD Dr. Maggie C. Walter (hereditäre Myopathien)
Dr. Beate Schlotter-Weigel (hereditäre Neuropathien)
