Post on 12-Aug-2019
Ins$tutfürNeurogene$k
neurogenetics-luebeck.de
AlternierendeHemiplegiedesKindesaltersalsneueManifesta4onimZusammenhangmitMuta4onendesAdenylatcyclase-5-Gens
ChristophMax1,AnaWestenberger1,NorbertBrüggemann1,2,AloysiusDomingo1,3,KarenGrütz1,HeikePawlack1,AnneWeissbach1,AndreaA.Kühn4,JulianeSpiegler5,AnthonyE.Lang6,JürgenSperner7,VictorS.C.Fung8,JensSchallner9,GabrieleGillessen-Kaesbach10,AlexanderMünchau1,Chris4neKlein1.
1Ins$tutfürNeurogene$k,UniversitätzuLübeck.2KlinikfürNeurologie,UniversitätzuLübeck.3GraduiertenSchule,UniversitätzuLübeck.4KlinikfürNeurologie,Charité,Humboldt-Universität,CampusVirchow-Klinikum,Berlin.
5KlinikfürKinder-undJugendmedizindesUniversitätsklinikumsSchleswig-Holstein.6DivisionofNeurology,DepartmentofMedicine,UniversityofToronto,andtheEdmondJ.SafraPrograminParkinson’sDisease,TorontoWesternHospital,Toronto,Ontario,Canada.7SchwerpunktpraxisNeuropädiatrie,Lübeck.
8MovementDisordersUnit,NeurologyDepartment,WestmeadHospital&SydneyMedicalSchool,Sydney,Australia.9KlinikfürNeuropädiatrie,MedizinischeFakultätCarlGustavCarus,TechnischeUnivers$tätDresden.10Ins$tutfürHumangene$k,UniversitätzuLübeck.
EinleitungDieMolekulargene$kalsTeilbereichderGene$kbeschäbigtsichunteranderemmitVeränderungen (Muta$onen) des menschlichen Erbguts (der DNA), welcheKrankheiten verursachen oder deren Entstehung begüns$gen. Die Neurogene$kkonzentriertsichdabeiaufErkrankungendesNervensystemsunddamitverbundeneBewegungsstörungen.
Abb.3:KlinischeManifesta4onen.links: WährendeinerAgackeparoxysmalerSchwächeistbeidiesemPa$enteneinekomplegeLähmungderlinkenKörperhälbezubeobachten.rechts: BeidiesemPa$entenzeigtsichbeimMaleneineausgeprägte,handlungsinduzierteKieferöffnungsdystonie.
HintergrundWasistADCY5?DieAdenylatcyclase-5(AC5)istdasfünbeMitgliedeinerzehnköpfigenEnzymfamilieund katalysiert als membranständiges Protein die Bildung von zyklischemAdenosinmonophosphat (cAMP) aus Adenosintriphosphat (ATP) (s. Abb 1). DasMolekül cAMPwiederum ist als secondmessengeranvielenSignalwegenderZellebeteiligt(s.Abb.2).KodiertwirddasAC5-EnzymvomAdenylatcylase-5-Gen(ADCY5),welcheswirindiesemProjektuntersuchthaben.
Zusammenfassung&Ausblick• Die zwei betroffenen Pa$enten haben – möglicherweise aufgrund derNähe beider Muta$onen auf dem DNA-Abschnig – ein ähnlichesklinischesErscheinungsbild,dasAHC-ähnlicheSymptomebeinhaltet.
• Demnach umfasst das Phänotypenspektrum von ADCY5-Muta$onenzusätzlichzuparoxysmalerDyskinesieundpersis$erenderHyperkinesieauchdiehierbeschriebeneparoxysmaleSchwäche.
• In Anbetracht dieses neuen Phänotyps im ZusammenhangmitADCY5-Muta$onen sollte bei Pa$enten mit AHC unklarer Ursache einemolekulargene$scheAnalysevonADCY5inBetrachtgezogenwerden.
• Dengene$schenStudienwerdennun funk$onelleUntersuchen folgen,umherauszufinden,wiedieMuta$onenüberGenexpressionenundaufProtein- und Zellebene zur beschriebenen Krankheit führen. Nur sokönneneinesTagesTherapieop$onenfürBetroffeneentwickeltwerden.
Methoden• In einer Gruppe von 108 Pa$enten, die von einerhyperkine$schen Bewegungsstörung ungeklärter Ursachebetroffensind,wurdenalle21kodierendenExonsdesADCY5-GenseinschließlichIntron/Exon-GrenzenmithilfederSanger-Methodesequenziert.
• Alle kodierenden, nicht-synonymen Varianten, die daraushervorgingen, wurden anschließend einer computer-gestütztenin-silicoAnalyseunterzogen.
• DarüberhinausverändernbeideMuta$onendie selbe funk$onell wich$ge cyto-plasma$sche Domäne, die in einem ak$venZentrumderAC5eineBindungsstellefürdasSubstratATPbildet(s.Abb.6).
• Neben einer generalisierten Chorea hagensich beide Muta$onsträger mit Agackenparoxysmaler Schwäche bzw. Lähmungvorgestellt, was dazu geführt hage, dieklinische Diagnose einer alternierendenHemiplegiedesKindesalters(AHC)zustellen.
DanksagungenWirmöchtenunsherzlichbeiallenteilnehmendenPa$entenfürihrewertvolleMitarbeitbedanken.ChristophMaxbedanktsichbeider„LübeckerExzellenzmedizin“derUniversitätzuLübeckfürdiePromo$onsförderung.
Wildtyp:LDF
D1015E:LEF
Abb.4:ChromatogrammederSanger-Sequenzierung.BasenabfolgeinExon17bzw.18umdiejeweiligeMuta$on.Cytosin(C)–blau;Thymin(T)–rot;Guanin(G)–schwarz;Adenin(A)–grün.links:c.3045C>Aführtzup.D1015E;rechts:c.3074A>Tführtzup.E1025V.(DreiBasenpaarekodierenjeweilsfüreineAminosäure)
Abb.5:SequenzvergleichmitanderenSpezies.Gezeigt ist die Aminosäuresequenz der Region des ADCY5-Proteins,welchebeideMuta$onenenthält.Sowohl die Asparaginsäure (D) an Posi$on 1015 (links), dieinfolge der c.3045C>A Muta$on durch Glutaminsäure (E)ausgetauschtwird, als auch die Glutaminsäure (E) an Posi$on1025(rechts),dieaufgrundderc.3074A>TMuta$ondurchValin(V)ausgetauschtwird, zeigen jeweils inverschiedenenSpezieseine starke, evolu$onäre Konservierung. Das bedeutet, dassdiese Aminosäuren im Laufe der Evolu$on weitgehendunverändertblieben,was füreinewich$geFunk$on innerhalbdesProteinsspricht.
Abb.6:AllebekanntenADCY5-Muta4onen.(PfeilemarkierendievonunsgefundenenMuta$onen)oben: ProteinstrukturderAdenylatcyclase-5mittransmembranärenDomänenM1undM2und
cytoplasma$schenDomänenC1undC2unten: Schema$scherAuvaudesADCY5-GensmiteinzelnenExons
(mitfreundlicherGenehmigungvonChris$nKrause)
M1029K
Wildtyp:EEK
E1025V:EVK
Abb.1:Adenylatcyclasesystem.(modifiziertnachBiochemistry:AShortCourse,ThirdEdi$on,2015)
StandderForschungIn den letzten vier Jahren wurden im ADCY5-GenverschiedeneMuta$onenentdeckt, die alsUrsache für eineGruppe komplexer Bewegungsstörungen gelten. DerenPhänotyp ist charakterisiert durch Krankheitsbeginn imKindesalter, persis$erende oder paroxysmale choreiforme,myoklonischeund/oderdystoneBewegungderGliedmaßen,desNackensund/oderdesGesichts.1-4
ZielederArbeitErforschung weiterer Manifesta$onsformen von ADCY5-Genmuta$onen und dadurch Erweiterung des klinischenSpektrums.
Abb.2:AC5-katalysierteReak4on.EsfindeteineintramolekulareRingbildungvonATPzucAMPstag.
Ergebnisse• Bei zwei der Pa$enten wurden bisher nicht beschriebeneADCY5-Muta$onengefunden(jeweilsheterozygot):
• InPa$entA:c.3045C>A;p.Asp1015Glu=p.D1015E• InPa$entB:c.3074A>T;p.Glu1025Val=p.E1025V• Beide Muta$onen sind evolu$onär konserviert (s. Abb. 5),werden von in-silico Analyseprogrammen als krankheits-verursachend eingestub und fehlen in denmehr als 60.000ExomendesExomeAggrega/onConsor/um(ExAC)Browsers.
Quellen1. ChenYZ,MatsushitaMM,RobertsonP,etal.Autosomaldominantfamilialdyskinesiaandfacialmyokymia:
singleexomesequencingiden$fiesamuta$oninadenylylcyclase5.ArchNeurol.2012;69(5):630-635.2. ChenYZ,FriedmanJR,ChenDH,etal.Gain-of-func$onADCY5muta$onsinfamilialdyskinesiawithfacial
myokymia.AnnNeurol.2014;75(4):542-549.3. CarapitoR,PaulN,UntrauM,etal.AdenovoADCY5muta$oncausesearly-onsetautosomaldominant
choreaanddystonia.MovDisord.2015;30(3):423-427.4. MencacciNE,ErroR,WiethoffS,etal.ADCY5muta$onsareanothercauseofbenignhereditarychorea.
Neurology.2015;85(1):80-88.
Publika4onenInKoorpera$onmitderArbeitsgruppeumF.C.ChangderMovementDisordersUnit,DepartmentofNeurology,WestmeadHospital,Sydney,Australien,wurdezumselbenGenbereitsfolgendesPaperveröffentlicht:ChangFC,WestenbergerA,DaleRC,etal.PhenotypicinsightsintoADCY5-associateddisease.MovDisord.2016Apr8.[Epubaheadofprint]
AbkürzungenADCY5 Adenylatcyclase-5(Gen)AC5 Adenylatcyclase-5(Protein)ATP AdenosintriphosphatcAMP zyklischesAdenosinmonophosphatAHC AlternierendeHemiplegiedes
Kindesalters
AC5