Klinische Chemie & Laboratoriumsdiagnostik Vorlesung: Neue Gene braucht das Land Identifikation neuer Gene als Krankheitsursachen.

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1 Klinische Chemie & Laboratoriumsdiagnostik Vorlesung: Neue Gene braucht das Land Identifikation neuer Gene als Krankheitsursachen Dr. rer. nat. Stephan Rust Leibniz Institut für Arterioskleroseforschung an der Universität Münster Domagkstrasse 3 D Münster Tel.: Fax: rusts@uni muenster.de wwwlabor.uni muenster.de Sommersemester

2 -2- Neue Gene - Warum? Das menschliche Genom ist doch komplett bekannt? Fast aber seine Funktion noch lange nicht. Identifikation neuer Gene als Krankheitsursachen.

3 Der PROCAM Algorithmus Herzinfarkte (%) in 10 Jahren Procamquintilen I II III IV V Quintile des PROCAM Score Unabhängige Parameter: Alter, systolischer Blutdruck, LDL-Cholesterin, HDL-Cholesterin, Triglyzeride, Diabetes, Rauchen, familiäre Belastung 325 tödliche und nicht-tödliche Herzinfarkte bei 4818 Männern im Alter von Jahren -3-

4 LDL im Überschuss wird von Makrophagen aufgenommen,... => Arteriosklerose HDL kann Cholesterin zur Leber zurückführen. -4- HDL / LDL -Cholesterin Der HDL-Cholesterinspiegel ist teils genetisch bedingt (Geschlecht, Zwillingsstudien), durch Verhalten (Rauchen, Sport ) beeinflußt Mittelwerte Deutschland Niedriges HDL Frauen: 55 mg/dl Männer: 45 mg/dl höheres Infarktrisiko

5 -5- Tangier Krankheit

6 -6- Tangier Krankheit Tonsillen Schaumzellen auch bei Heterozygoten in Mukosa des Intestinums und Dickdarms Hepatosplenomegalie Periphere Neuropathie Thrombozytopenie Erhöhte Wahrscheinlichkeit für koronare Herzkrankheit HDL-Defizienz

7 Tangier-Krankheit: Stammbaum 2 x 13 meioses 12 meioses 9 meioses 6 meioses A E A1 E1 E2 E3 A13 A11 A12 E12 E13 A111 A112 A121 A122 E121 E122-7-

8 -8-9q31 Identifikation des Tangiergens ABCA1 T16-1 D9S271 T70-3 H14-4 F73-01 ABCA1 H14-3 F72-70 D9S1866 F16-4 Sum

9 -9- Structure of ABCA1 - Mutations in Tangier Disease L621 L679 L685 F734 V1595 L1680 S1704 M1762 N1792 L761 P1310 E I1658 V2201 R1813 COOH M580 I643 E783 F1288 I1617 F1726 N1740 W707 F713 NBF V H N 2 NBF missense; in frame ins or del mutations causing premature stop EYSGVTSAHCNLCLLSSSDSRASASQVAGITAPATTPG polymorphic missense mutations

10 -10- Diverse ABCA1 defects different outcome? TD1 (CAD -) TD2 (CAD + ) Asn935Ser c.1823delg : Leu608Leu; L608fsX635

11 -11- ABCA1-N935S - Expression under control of Doxycyclin-regulated promoter TD2 (ABCA1 KO) Doxycyclin switchable wt ABCA1 ABCA1 N935S Adenovirus Adenovirus wt Aim: Compare wt and N935S ABCA1 on the genetic background of TD1 ABCA1 KO cells. Option: study of KO HLCs TD1 (ABCA1 N935S)

12 Hepatocyte like cells Patientenspezifische Zellkulturmodelle Beweis der funktionellen Relevanz von Mutanten Dalgetty DM, et al. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol (review) HCLs: Rashid ST, et al. J Clin Invest days Song Z. et al. Cell Res days Gay H., et al. Differentiation days -12-

13 -13- Technik: Vererbung in Familien und in großen Case-Control Studien mit SNPs (single nucleotide polymorphisms)

14 -14- Prinzip bei Illumina: Synthese 2 Allele, A und B T B Allel Anteil 100 % A C G 0 % AA BB AB

15 Identifikation der ursächlichen Gene bei rezessiven Erbkrankheiten -15-

16 Identifikation der ursächlichen Gene bei rezessiven Erbkrankheiten 1. Grobe Lokalisation BB AB AA... mit Illumina SNP Chips Jeder blaue Punkt = ein SNP Genotyp: AA (nahe bei 0.00)) AB (im mittleren Bereich) BB (max. Signal B) -16-

17 -17- CDG Typ I und II CDG-I CDG-II

18 -18- Transferrin Sialinsäure - - Ko - - Galactose C D G I C D G II Ia AAy

19 uvula bifida Tangier Krankheit Rust 6/

20 Stammbaum einer Familie mit CDGx??? 1. Homozygotiemapping 2. Next Generation Sequenzierung -20-

21 -21- Anreicherung und Sequenzierung von interessanter Region oder Komplettsequenzierung von Patientengenom

22 -22- GALE AKR7L PGM1 PAPOLG LRRC40 OFCC1 GCNT6 Kandidatenregion 86,7 Mbp autosomal HPSE2 PDZD8 NextGenSeq: > 200 homoz. Mutationen in autosomaler Kandidatenregion, davon nur 8 nicht als SNP bekannt

23 -23-

24 PGM1 Gluconeogenese Glycogen UDP aus Körner C, Deut. Ärzte-Bl (2006), A

25 -25-

26 ferrin -26- CDG I / II Mischform: Ko MAy AAy Tetrasialo- Trisialo- Disialo- Trans- Monosialo- Asialo-

27 -27- Dilatative Kardiomyopathie - ZASP Z band alternately spliced PDZ-containing protein ZASP PGM1 - ZASP Defekt keine Bindung von PGM1 DCM Arimura T, Cardiovasc Res (2009) 83, pp 80-8

28 Galactose oder Lactose komplexe Kohlenhydrate -28-

29 -29- Galactose treatment of PGM1-deficiency tends to correct CDG: 80,00 70, MAy 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10, Tetrasialo-Tf (%) 50 Hyposialo-TF (%) Gal (g/day) , ,00-10,00 0,00 10,00 20,00 30,00 40,00

30 -30- Effizientes SNP-Chip basiertes Mapping und next generation sequencing beschleunigen die Aufklärung der molecular basis of inherited disease

31 -31- Ziel der weiteren Forschung prüfen, ob HDL-Plasmakosmetik sinnvoll Drugtargets definieren, die durch ABCA1-S bereits angesteuert werden. alle möglichen Krankheiten aufklären, durch Homozygotiemapping und Exomesequenzierung

32 Laura Tegtmeier Sabine Moormann Janine Reunert Marianne Jansen-Rust Tanja Seehafer Anika Sietmann Thorsten Marquardt Melanie Bach Volker Debus Michaela Schreiner Claudius Werner Stephan Rust Universitätsklinikum Münster Klinik für Kinder- und LIFA Jugendmedizin Stephan Rust, Tel