Ins$tutfürNeurogene$k

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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