Genetische Grundlagen der Legasthenie

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1 Fraunhofer Institut für f r Zelltherapie und Immunologie Leipzig Genetische Grundlagen der Legasthenie Dipl. Psych. Arndt Wilcke, M.A.

2 Definition der Legasthenie Legasthenie ICD-10 F81.0 Lese- und Rechtschreibstörung umschriebene und bedeutsame Beeinträchtigung in der Entwicklung der Lesefertigkeiten, die nicht allein durch das Entwicklungsalter, Visusprobleme oder unangemessene Beschulung erklärbar ist häufig Rechtschreibschwierigkeiten

3 Prävalenz Prävalenz 3% - 9% aller Schulkinder Prävalenz ist abhängig von der Regularität der Sprache Je regulärer die Sprache, desto geringer ist die Prävalenz

4 Genetischer Einfluß auf die Krankheitsmanifestation Genetischer Anteil Umwelteinflüsse Genetische Disposition PKU Legasthenie PTBS PKU = Phenylketonurie; PTBS = Posttraumatische Belastungsstörung

5 Ziel der Studie Ziel der Studie 1 Replikation von Befunden für mögliche Legasthenie-Gene auf Chromosom 6p22 Chromosom 6p22 ist die am besten und häufigsten replizierte Region für Legasthenie Wir untersuchten folgenden Gene: DCDC2, KIAA0319, TTRAP, THEM2 and MRS2L

6 Ziel der Studie Ziel der Studie 2 Untersuchung des Sprachgens FOXP2 bezüglich seiner Rolle bei Legasthenie Verwendung von fmrt zur Untersuchung der Rolle von FOXP2 in Leseprozesses

7 Einschlußkriterien Einschlußkriterien IQ>80 in sprachfreiem Intelligenztest Kein ADS/ADHS Lese-Rechtschreibleistung PR<5% Keine Linkshändigkeit bei fmrt- Probanden

8 Psychologische Tests Verwendete Tests Intelligenz-Test CFT-20 Konzentrations-Test d2 Lese-Rechtschreib-Test KNUSPEL-L

9 Chromosomale Regionen der Legasthenie Chromosomale Regionen DYX8 DYX3 DYX5 DYX DYX1 DYX X Y

10 Chromosomale Regionen Chromosomale Regionen Chromosom 6p22 ist die am besten und häufigsten replizierte Region für Legasthenie Replikation von Befunden ist ein zentraler Bestandteil genetischer Forschung

11 Interessierende Region Ideogramm Gen-Sequenz Chromosom 6 DYX X Y nature

12 Genetische Grundlagen Genetische Grundlagen Wir untersuchten SNPs auf den Genen DCDC2, KIAA0319, TTRAP, THEM2 und MRS2L Was ist ein SNP? SNP = Single Nucleotide Polymorphism

13 Einführung: Genetische Grundlagen Genetische Grundlagen - SNPs Zelle Nucleus Chromosom Telomer p-arm Zentromer q-arm Telomer Basenpaare Doppelhelix

14 Einführung: Genetische Grundlagen Genetische Grundlagen - SNPs D P Thymin Adenin Guanin Cytosin Desoxyribose Phosphat ii Wasserstoffbrückenbindung

15 Einführung: Genetische Grundlagen Single Nucleotide Polymorphisms - SNPs Einzelbasenpolymorphismen: Variation in einem einzelnen Basenpaar einer bestimmten DNA-Position zwischen Individuen DNA Gen 15

16 Genetische Grundlagen: SNPs Genetische Grundlagen - SNPs Was ist ein SNP? = eine Punktmutation, die in mindestens 1% der Bevölkerung existiert - Unterschiedliche Basen können zu unterschiedlichen Genprodukten oder veränderter Genexpression führen - Somit können verschiedene SNP-Varianten Risiko- oder Protektivfaktoren darstellen

17 Genetische Grundlagen: SNPs Genetische Grundlagen - SNPs jeder SNP ist einem bestimmten Typ zugeordnet, z.b. C/T, d.h. an dieser Stelle im Genom steht entweder Cytosin (C) oder Thymin (T) Menschen besitzen einen diploiden Chromosomensatz, d.h. jedes Chromosom ist 2x vorhanden, damit auch jedes Gen und jeder SNP (Allele)

18 Genetische Grundlagen: Chromosomen Gen 1 Gen 1 Diploider Chromosomensatz Applied Imaging, Sunderland, UK

19 Genetische Grundlagen: SNPs Genetische Grundlagen - SNPs Beide Allele sind entweder gleich (homozygot), d.h. beim C/T-Typ: oder C-C T-T oder unterschiedlich(heterozygot): C-T C T C Die Häufigkeit der jeweiligen Varianten in der Bevölkerung wird als Frequenz bezeichnet. C T T

20 Genetische Grundlagen: SNPs Genetische Grundlagen - SNPs Beispiel der Frequenzen eines SNPs (rs ) vom C/T-Typ 67% der Bevölkerung besitzen C 33% besitzen T 45% sind heterozygot 45% sind homozygot 10% sind homozygot C-T C-C T-T C C T T C T

21 Genetische Grundlagen: SNPs Genetic Basics - SNPs Die Frequenzen sind rassespezifisch UND können krankheitsspezifisch sein. Eine bestimmte SNP-Ausprägung (z.b. C-C) kann dabei das Erkrankungsrisiko erhöhen, während eine andere Ausprägung (z.b. T-T) protektiv wirkt.

22 Methoden Methoden

23 Prinzip der PCR

24 SBE Methoden: Single Base Extension

25 Methoden: Single Base Extension Bestimmung von SNPs bekannte genetische Marker lassen sich mittels Massenspektrometrie (MALDI-TOF MS) effizient bestimmen (Braun et al., 1997; Kirsten et al., 2006; Kirsten et al., 2007) Intensität Variante 1 Variante 2 Relative Molekülmasse Autom. Probenaufbereitung Massenspektrometer Beispielergebnis 25

26 Ergebnisse für 6p22 Ergebnisse für 6p22

27 Ergebnisse Ergebnis I bei den Genen KIAA0319, TTRAP, THEM2 und MRS2L zeigten sich keine signifikanten Unterschiede zwischen Versuchsgruppe und Kontrollgruppe in den SNP-Frequenzen

28 Ergebnisse Ergebnis II deutliche Unterschiede zwischen VG und KG bei Gen DCDC2 untersucht wurden drei SNPs (rs793862, rs807701, ) UND eine Deletion Wilcke, A., Weissfuss, J., Kirsten, H., Wolfram, G., Boltze, J., Ahnert, P. (2009).The role of DCDC2 in German Dyslexics, Annals of Dyslexia, 59(1), 1-11.

29 Gen DCDC2 Struktur des Gens DCDC2 Bereich der Deletion rs rs rs (2445bp) (A/G) (C/T) (A/G) DCX- Domänen

30 Ergebnisse Ergebnis II - SNPs rs (A/G) VG/KG rs (C/T) VG/KG rs (G/A) VG/KG Minor Allel 0.28 / / / 0.24 Major Allel 0.72 / / / 0.76 Homozygot für Minor Allel 0.14 / / / 0.05 GRR: 2.2 Heterozygot 0.28 / / / 0.38 GRR: 0.6 Homozygot für 0.58 / / / 0.57 Major Allel GRR: Genetic Relative Risk GRR: 2.2

31 Ergebnisse Ergebnis II - Deletion 2445 bp Deletion VG/KG Minor Allel 0.10 / 0.04 (p=0.038) (Deletion = D+) Major Allel 0.90 / 0.96 (keine Deletion = D-) D+ / D / 0.00 GRR: 18.7 D+ / D / 0.09 GRR: 2.1 D- / D / 0.91 GRR: 0.4 GRR: Genetic Relativ Risk

32 Schlußfolgerung Schlußfolgerung Das Gen DCDC2 spielt eine wichtige Rolle bei der Entstehung von Legasthenie. DCDC2 enthält SNPs und eine Deletion, die vermutlich mit Legasthenie in Verbindung stehen. Wilcke, A., Weissfuss, J., Kirsten, H., Wolfram, G., Boltze, J., Ahnert, P. (2009).The role of DCDC2 in German Dyslexics, Annals of Dyslexia, 59(1), 1-11.

33 WARUM? Wie funktioniert es?

34 Wie funktioniert es? Aufgabe von DCDC2 Teil eines komplexen Systems zur Kontrolle der Wanderung von Neuronen während der Hirnentwicklung

35 Wirkungsmechanismus von DCDC2 Wie funktioniert es? DCDC2 steht für Doublecortin Domain Containing 2 Doublecortin ist ein Protein, das an der Wanderung der Nervenzellen bei der Embryonalentwicklung beteiligt ist Doublecortin bündelt und stabilisiert die Mikrotubuli der Nervenzellen

36 Wirkungsmechanismus von DCDC2 Wie funktioniert es? Entstehende graue Substanz (Kortex) Radiale Glia Entstehende weiße Substanz (Projektionsgebiet) 4 Tage Stamm-/ Vorläuferzell Reservoir im fötalen Gehirn (Subventrikulare Zone) Neuronale Vorläufer

37 Wirkungsmechanismus von DCDC2 How does it work? Modified from Giraud & Ramus, 2012

38 FOXP2 - Bildgebung FOXP2 - Genetik und Bildgebung Bildquelle:

39 FOXP2 Das Sprachgen FOXP2 Bestimmte Mutationen im Gen führen zu spezifischen Sprachstörungen beim Menschen FOXP2 beeinflußt den Gesang von Singvögeln FOXP2 beeinflußt die Echoortung von Fledermäusen Ausschaltung von bestimmten FOXP2- Abschnitten führt zu Kommunikationproblemen bei Mäusen und Zebrafinken

40 Ergebnisse Ergebnisse FOXP2 rs (C/G) VG/KG rs (G/A) VG/KG rs (C/G) VG/KG Homozygot für Minor Allel 0.13/ / /0.20 Heterozygot 0.62/0.32 GRR 1.6 (p=0.069) 0.37/ /0.54 Homozygot für Major Allel 0.25/ /0.38 GRR 1.68 (p=0.077) 0.43/0.26 GRR 1.9 (p=0.025) GRR: Genetic Relative Risk VG: Versuchsgruppe KG: Kontrollgruppe

41 Bildgebung fmrt fmrt = funktionelle Magnetresonanztomographie Modernes, risikofreies Verfahren, das es u.a. ermöglicht, Hirnaktivität sichtbar zu machen Es zeigt, welche Teile des Gehirns zu einem bestimmten Zeitpunkt benutzt werden

42 (Ligges et al., 2007) Befunde zur Legasthenie

43 (Ligges et al., 2007) Befunde zur Legasthenie

44 Befunde zur Legasthenie fmrt-befunde zu FOXP2 Träger der Risikovariante (SNP3 G) des Sprachgens FOXP2 weisen eine Minderaktivierung in einem sprachrelevanten Hirnareal auf Wilcke et al. (2011). Imaging genetics of FOXP2 in dyslexia. European Journal of Human genetics.

45 Ausblick Ausblick Arbeitshypothese: Legasthenie ist eine Störung der neuronalen Wanderung. Die beteiligten Gene wirken sich auf die Hirnaktivität in sprachrelevanten Arealen aus.

46 Ausblick Ausblick Hauptziel: Entwicklung eines genetischen Screening-Tests zur Frühdiagnose der Legasthenie

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