Identifizierung und Charakterisierung von neuen Genen der autosomal rezessiven mentalen Retardierung

Abstract

Hintergrund: Die mentale Retardierung ist weiterhin ein ungelöstes gesundheitliches und soziales Problem, welches die gesamte Gesellschaft betrifft und insbesondere für die Angehörigen der Betroffenen eine große Herausforderung darstellt. Derzeit wird angenommen, dass ein Großteil der Fälle auf Punktmutationen mit autosomal dominanter oder rezessiver Vererbung zurückzuführen ist. Ziel dieser Arbeit ist die Identifizierung und Charakterisierung genetischer Grundlagen für autosomal-­rezessive mentale Retardierung. Vorgehen: Im Rahmen dieser Arbeit wurden sieben Familien mit insgesamt fünfzehn betroffenen Kindern untersucht. Fünf Familien waren konsanguin und hatten mehrere betroffene Kinder (MR39, MR140, MR141, MR142, MR143). Eine Familie (MR134) war nicht konsanguin und hatte zwei betroffene Kinder und eine Familie (MR139) war nicht konsanguin und hatte ein betroffenes Kind. Bei jeweils einem betroffenen Familienmitglied wurde eine Exomsequenzierung mit der SOLiD Platform oder dem HiSeq2500 System durchgeführt. Die identifizierten Varianten wurden nach Position, Prävalenz in verschiedenen Datenbanken und Einfluss auf die Proteinfunktion priorisiert. Die Validierung und Segregation der jeweiligen Varianten erfolgte anhand der Sanger-­Sequenzierung. Daraufhin wurden manche der identifizierten Varianten funktionell weiter charakterisiert. Ergebnisse und Diskussion: Es wurde eine wahrscheinlich krankheitsverursachende, homozygote Variante in Familie MR141 (konsanguin, zwei Betroffene) in PTEN an Position p.Leu182Ser identifiziert und in Kooperation funktionell weiter charakterisiert. Dadurch konnte für Varianten in PTEN der Phänotyp auf milde MR und ausgeprägte Makrozephalie ohne weitere Auffälligkeiten und die Vererbung auf autosomal rezessive Formen erweitert werden. Zudem wurde in dieser Arbeit eine homozygote Variante an einer kanonischen Spleißstelle in STX1A in Familie MR039 (konsanguin, zwei Betroffene) identifiziert. Analysen mittels RT-­qPCR zeigten einen Effekt dieser Variante auf die mRNA. STX1A kodiert für Syntaxin 1a, welches in den Vesikeltransport an Synapsen des zentralen Nervensystems involviert ist. RT-­qPCR an mRNA von lymphoblastoiden Zelllinien von heterozygoten Familienmitgliedern ergab, dass kein, jedenfalls schnelles, Non-­Mediated Decay stattfindet. Trotzdem bleibt diese Variante ein plausibler Kandidat als kausale Ursache und bedarf weiterer Analysen. Bei Familie MR140 (konsanguin, ein Betroffener) konnte eine homozygote Variante an einer kanonischen Spleißstelle in FUCA1 identifiziert werden. Mutationen in diesem Gen führen zu der Stoffwechsel-­Krankheit Fucosidose, welche durch eine schwere mentale Retardierung und weitere körperliche Einschränkungen charakterisiert ist. Als möglicherweise krankheitsverursachende Variante bei Familie MR143 (konsanguin, zwei Betroffene) wurde eine Missense-­Variante in CSTF2 identifiziert. Das kodierte Protein wird als Cleavage stimulation factor 64 kDa subunit bezeichnet. In Kooperation konnte jedoch kein Effekt dieser Variante auf die Proteinfunktion nachgewiesen werden. In den restlichen Familien konnten keine oder wenig überzeugende Varianten identifiziert werden. Schlussfolgerung: In dieser Arbeit konnten in drei von sieben Familien sichere oder sehr überzeugende kausale Varianten identifiziert werden. Die Ergebnisse sind somit mit der aktuellen Literatur vergleichbar. Weitere Arbeiten sind notwendig, wobei mittlerweile eher die ganze Familie untersucht wird, als nur der Indexpatient, um alle möglichen Erbgänge analysieren zu können.

Background: Mental retardation still remains an unresolved problem in the healthcare-­ system and in society, especially for the relatives of the affected people. At present the majority of the cases is supposed to be caused by point mutations with autosomal dominant or recessive inheritance. The aim of this work is the identification and characterization of genetical origins for the autosomal recessive form of mental retardation. Procedure: In this thesis seven families with a total of 15 affected children were examined. Consanguinity between the parents was present in five of these families (MR39, MR140, MR141, MR142, MR143). One family (MR134) was non-­consanguine and had two affected children and another non-­consanguine familiy (MR139) had one affected child. Respectively in one affected family member exome sequencing using the SOLiD platform or the HiSeq2500 System was performed. The identified variants were selected according to their position, prevalence in different databases and their influence on protein function. The variants were validated and segregated by Sanger sequencing. According to the results some of these variants have been further functionally analyzed. Results and discussion: Variant p.Leu182Ser in PTEN identified in family MR141 (consanguine, two affected patients) as a possibly pathogenic variant has been functionally analyzed. Thereby the phenotype and the inheritance of PTEN-­variants could be broadened by a mild MR and an extensive macrocephaly without any further conspicuities and the inheritance could be broadened by an autosomal recessive form. Further we identified a splice variant in STX1A in family MR39 (consanguine, two affected patients). By performing the RT-­qPCR we detected that the mutated variant showed effects on the expression of mRNA. Syntaxin 1a is involved in the vesicle transport in synapses of the central nerve system. RT-­qPCR of mRNA of lymphoblastoid cell-­lines of heterozygous family members showed that there was no Non-­Mediated-­Decay and that the mutated allel was spliced in total. Nevertheless this variant still remains a potential candidate gene and needs to be further analyzed. In family MR140 (consanguine, one affected patient) we identified the splice-­variant FUCA1. Mutations in this gene lead to the metabolic disorder fucosidosis, which is characterized by a severe mental retardation and further physical restrictions. In family MR143 (consanguine, two affected patients) we identified the variant in CSTF2. The protein is called Cleavage stimulation factor 64 kDa subunit. In cooperation with other teams there hasn’t been detected an effect of this variant on the protein function. In the remaining families, no promising candidate variant was identified so far. Conclusion: In this study secure or convincingly causative variants were identified in three out of seven families. This result represents the results of the actual literature. Further research is necessary, whereby instead of examining only the index patient, the whole family needs to be examined for analyzing every possible mode of inheritance.