Band 22, Heft 4

Zusammenfassung Hereditäre Paragangliome/Phäochromozytome werden autosomal-dominant vererbt. Es lassen sich 3 Formen, PGL1, PGL3 und PGL4 unterscheiden. Sie werden verursacht durch Mutationen in den Genen SDHD , SDHC und SDHB , welche für Komponenten des Komplexes II der mitochondrialen Atmungskette (Succinat-Ubiquinon-Reduktase, SDH) kodieren. Bei allen 3 Formen findet sich „loss of heterozygosity“ (LOH) der Region des mutierten Gens in Tumor-DNA. Dies führt zu Funktionsverlust der SDH, Anhäufung von Succinat sowie Sauerstoffradikalen. Dadurch werden hypoxieabhängige Stoffwechselwege aktiviert, welche zur Tumorbildung führen könnten. Während PGL3 und PGL4 sowohl durch maternal als auch durch paternal vererbte Keimbahnmutationen der Gene SDHC bzw. SDHB verursacht werden, findet sich PGL1 fast ausschließlich bei paternaler Transmission des mutierten SDHD -Gens. Diese Beobachtung lässt sich erklären durch partielle Inaktivierung (Imprinting) des maternalen SDHD -Gens und Induktion hypoxieabhängiger Gene in Paragangliengewebe, wodurch der Verlust des gesamten maternalen Chromosoms 11 durch Non-Disjunction begünstigt werden könnte.

Zusammenfassung Der Begriff uniparentale Disomie (UPD) beschreibt eine Chromosomenaberration, bei der beide Homologen/beide Kopien eines Chromosomenabschnitts (Heterodisomie) bzw. 2 Kopien eines Homologen/eines Chromosomenabschnitts (Isodisomie) von nur einem Elternteil herrühren. Man kann UPDs ganzer Chromosomen von segmentalen und von komplexen UPDs unterscheiden. Mögliche mit einer UPD assoziierte Probleme sind Trisomiemosaike, Homozygotie autosomal-rezessiv vererbter Mutationen, Vater-Kind- und Mutter-Tochter-Übertragung X-chromosomal vererbter Mutationen und mit einem Genomic Imprinting assoziierte Erkrankungen. Letzteres beschreibt die von der elterlichen Herkunft abhängige monoallelische Expression bestimmter Gene. Bislang bekannte Imprintingerkrankungen sind ein transienter neonataler Diabetes mellitus, das Silver-Russell-Syndrom, das Beckwith-Wiedemann-Syndrom, die upd(14)mat (Temple-Syndrom), die upd(14)pat, das Prader-Willi-Syndrom und das Angelman-Syndrom. Als Entstehungsmechanismen kommen ein Trisomic oder Monosomic Rescue, eine Gametenkomplementation oder ein Postfertilisierungsfehler in Frage. Gesamtinzidenz und -prävalenz sind nicht bekannt, für einzelne mit einer Imprintingerkrankung assoziierte UPDs werden Häufigkeiten bis 1:3400 unter Geburten angegeben. Als Nachweismethoden kommen in der Routinediagnostik vor allem die Mikrosatellitenmarkeranalyse, methylierungsspezifische Polymerasekettenreaktion (PCR) und methylierungsspezifische MLPA („ m ultiplex l igation-dependent p robe a mplification“) zum Einsatz.

Zusammenfassung Mutationen beider Allele des Retinoblastomgens ( RB1 ) sind Voraussetzung für die Entstehung des Retinoblastoms. Dieser Augentumor kann auf der Grundlage einer autosomal-dominanten Disposition entstehen, die durch Keimbahnmutationen im RB1 -Gen verursacht wird. Die Entstehung eines Tumorherds wird durch eine somatische Mutation des anderen RB1 -Allels ausgelöst. Bei Patienten mit der nichterblichen Form sind beide RB1 -Mutationen somatisch. Beim erblichen und beim nichterblichen Retinoblastom können Elterneffekte beobachtet werden. Diesen ist gemeinsam, dass die onkogene Wirkung der ersten Mutation höher ist, wenn sie das RB1 -Allel paternaler Herkunft betrifft. Das RB1 -Gen des Menschen unterliegt dem Imprinting: Als indirekte Folge differenzieller Methylierung einer CpG-Insel im Intron 2 überwiegt die Expression der mit Exon 1 beginnenden Transkripte vom maternalen, methylierten Allel. Ob und wie das Imprinting dieser CpG-Insel zu den beobachteten Elterneffekten führt, ist noch ungeklärt.

Zusammenfassung Genomisches Imprinting ist ein epigenetischer Prozess, bei dem die männliche und die weibliche Keimbahn bestimmte Genregionen durch Histonmodifikationen und DNA-Methylierung so prägen, dass nur das väterliche oder nur das mütterliche Allel eines Gens aktiv ist. Genomische Imprints werden in primordialen Keimzellen gelöscht, während späterer Phasen der Keimzellentwicklung neu etabliert und bei den somatischen Zellteilungen während der postzygotischen Entwicklung stabil weitergegeben. Fehler in der Entfernung der Imprints, ihrer Etablierung oder ihrer Erhaltung führen zu falschen epigenetischen Mustern und Expressionsprofilen, die spezifische Erkrankungen verursachen können. Imprintingfehler können spontan, ohne jegliche Änderungen in der DNA-Sequenz, auftreten (primäre Imprintingfehler) oder als Folge einer Mutation in einem cis - regulatorischen Element oder einem trans - aktiven Faktor (sekundäre Imprintingfehler). Die Unterscheidung zwischen primären und sekundären Imprintingfehlern ist für die Abschätzung des Wiederholungsrisikos in betroffenen Familien wesentlich.

Zusammenfassung Das Beckwith-Wiedemann-Syndrom (BWS) ist ein pädiatrisches Überwuchssyndrom mit variablem klinischem Erscheinungsbild. Obwohl die betroffenen Kinder mit zunehmendem Alter immer normaler aussehen, ist es wichtig, die Diagnose BWS zu stellen. Gründe sind mögliche syndromspezifische Komplikationen, insbesondere ein 400-fach erhöhtes Risiko der Patienten, an bestimmten embryonalen Tumoren – Nephroblastome (Wilms-Tumoren), Hepatoblastome u. a. – innerhalb der ersten Lebensjahre zu erkranken. Klinisch überlappt das BWS mit anderen Krankheitsentitäten, sodass eine eindeutige molekulargenetische Diagnostik zur Risikoabschätzung und adäquaten Therapie wünschenswert ist. Molekular ist das BWS mit der Chromosomenregion 11p15.5 assoziiert, einer Region in der es 2 Cluster von Genen gibt, die dem genomischen Imprinting unterliegen. Bei den Patienten lassen sich Sequenzabweichungen in bestimmten Genen finden, die Mehrzahl weisen aber DNA-Methylierungsveränderungen auf, welche die Gendosis der funktionell zur Verfügung stehenden, monoallelisch aktiven 11p15.5-Gene pathogen beeinflussen. Zurzeit existiert nur eine sehr unvollständige Genotyp-Phänotyp-Korrelation. Aktuelle Forschungsarbeiten liefern Ansätze, die Ätiopathogenese des Syndroms molekular besser zu verstehen. So werden beispielsweise Interaktionspartner identifiziert, die das Imprinting der 11p15.5-Gene modifizieren und epigenetisch regulieren.

Zusammenfassung Der transiente neonatale Diabetes (TNDM) ist definiert als Manifestation einer diabetogenen Stoffwechsellage in den ersten Lebenswochen und Normalisierung des Glukosestoffwechsels bis zum 18. Lebensmonat. Zu den klinischen Kardinalsymptomen zählen intrauterine Wachstumsverzögerung, Hyperglykämie und Dehydratation bei fehlender Ketoazidose. Die Ätiologie des TNDM ist sehr heterogen. In 70% der Fälle ist die Erkrankung mit Aberrationen in der Chromosomenregion 6q24 assoziiert. Diese Chromosomenregion enthält die genomisch geprägten Gene PLAGL1/ZAC und HYMAI . Durch eine paternale uniparentale Disomie 6 (upd(6)pat), eine paternale Duplikation der geprägten Region in 6q24 oder durch Imprintingdefekte des maternalen Allels kommt es zu einer Überexpression des paternal exprimierten Gens PLAGL1 . Imprintingdefekte können isoliert oder im Rahmen eines Hypomethylierungssyndroms mit Beteiligung mehrerer geprägter Loci des Genoms auftreten. Hypomethylierung an multiplen Loci wurde bis jetzt bei Patienten mit TNDM, Silver-Russell-Syndrom (SRS) und Beckwith-Wiedemann-Syndrom (BWS) beobachtet. Das Wiederholungsrisiko hängt wesentlich von der Ursache des TNDM an. Chromosomale Aberrationen der Eltern unter Beteiligung des Chromosoms 6 erhöhen das Risiko sowohl für eine UPD des geprägten Bereichs in 6q24 als auch für eine paternale Duplikation. Jedoch entstehen sowohl UPD als auch Duplikationen zumeist de novo.

Zusammenfassung Das Silver-Russell-Syndrom (SRS) ist eine angeborene Imprintingerkrankung, die in erster Linie durch eine schwere intrauterine und postnatale Wachstumsretardierung, eine relative Makrozephalie, eine dreieckige Gesichtsform und/oder Asymmetrien des Körpers gekennzeichnet ist. Ein Nachweis (epi)genetischer Veränderungen ist mittlerweile bei etwa 50% der SRS-Patienten möglich: Bei 7–10% liegt eine maternale uniparentale Disomie des Chromosoms 7 (upd(7)mat) vor, bei weiteren etwa 40% der Patienten sind (epi)genetische Veränderungen in der chromosomalen Region 11p15 nachweisbar. In Ergänzung zu konventionell-zytogenetisch erhobenen Befunden erlaubt die molekulare Karyotypisierung zunehmend den Nachweis von submikroskopischen Chromosomenstörungen bei SRS-Patienten. Da es keine klare (Epi)genotyp-Phänotyp-Korrelation gibt und die variable Ausprägung der Symptome eine sichere Diagnosestellung erschwert, sollte auch bei Patienten, die nur eine Teilsymptomatik aufweisen, eine genetische Testung in Erwägung gezogen werden.

Zusammenfassung Stochastische, Umwelt- und/oder genetisch bedingte Fehler (Epimutationen) bei der Genomreprogrammierung in den Keimzellen und unmittelbar nach der Befruchtung sind eine wichtige Quelle für phänotypische Variation und Krankheitssuszeptibilität. Tierexperimente belegen eindrucksvoll, dass assistierte Reproduktionstechniken (ART) mit sensitiven Phasen der epigenetischen Reprogrammierung interferieren. Epidemiologische Studien beim Menschen berichten über ein erhöhtes Risiko für Beckwith-Wiedemann- und Angelman-Syndrom, aber das absolute Risiko für ein ART-Kind mit Imprintingkrankheit bleibt gering. Zumindest einige Gene zeigen statistisch signifikante Methylierungsunterschiede innerhalb der normalen Methylierungsvariabilität zwischen ART und Nicht-ART-Schwangerschaften. Das heißt, entweder ART selbst oder mit der elterlichen Infertilität assoziierte Faktoren haben Einfluss auf das Epigenom der nächsten Generation. Fehlerhafte Methylierungsmuster in geprägten Genen zeigen eine signifikante Assoziation mit abnormalen Spermaparametern. Dies unterstützt die Vermutung, dass Epimutationen von der Keimbahn in den Embryo transferiert werden können.

Zusammenfassung Die Bezeichnung Pseudohypoparathyreoidismus (PHP) beschreibt eine heterogene Gruppe von Erkrankungen, die durch eine Endorganresistenz gegenüber Parathormon (PTH) gekennzeichnet sind. Sie werden durch eine Defizienz der α-Untereinheit stimulierender G-Proteine (Gsα) verursacht. Gsα ist essenziell für die Signalvermittlung durch extrazelluläre Liganden über mehr als 1000 verschiedene G-Protein-gekoppelte Rezeptoren in das Zellinnere. Durch eine gewebespezifische Prägung verursachen maternale, autosomal-dominant vererbte Mutationen in dem für Gsα kodierenden GNAS -Genlocus PTH-Resistenz und klinische Zeichen der hereditären Albright-Osteodystrophie (AHO), einschließlich Brachymetakarpie, Kleinwuchs, subkutaner Ossifikationen und mentaler Retardierung (PHP-Typ Ia). Paternal vererbte GNAS -Mutationen führen zu selektiven AHO-Zeichen ohne Parathormonresistenz (Pseudo-PHP). Der PHP-Typ Ib, bei dem eine isolierte PTH-Resistenz vorliegt, wird durch heterozygote, maternal vererbte Deletionen stromaufwärts vom oder innerhalb des GNAS -Locus hervorgerufen, die durch eine Störung des Imprintingmusters eine gewebespezifische Stilllegung der Gsα-Expression hervorrufen. Diese Patienten zeigen in der Regel keine Zeichen der AHO. In der vorliegenden Arbeit wird ein Überblick über die Rolle epigenetischer Faktoren bei der Ätiopathogenese verschiedener PHP-Formen gegeben.

Zusammenfassung Das Prader-Willi-Syndrom (PWS) und das Angelman-Syndrom (AS) sind distinkte neurogenetische Erkrankungen, die durch den Funktionsverlust geprägter Gene in der Region 15q11q13 hervorgerufen werden. Ein etwa 2 Mb großer Bereich in 15q11q13 unterliegt einer elternspezifischen Prägung („genomic imprinting“). Infolge der Prägung unterscheiden sich die väterliche und mütterliche Kopie dieses Bereichs in der DNA-Methylierung und der Genexpression. Die häufigsten Ursachen für PWS und AS sind eine 5–7 Mb große interstitielle Deletion in der chromosomalen Region 15q11q13, eine uniparentale Disomie 15, ein Imprintingdefekt oder im Fall von AS eine Mutation im UBE3A -Gen. Mikrodeletionen bei einer kleinen Anzahl von Patienten mit einem Imprintingdefekt haben zur Identifizierung eines Imprinting-Centers (IC) „upstream“ vom SNURF-SNRPN- Gen geführt, das die Imprintumschaltung in cis reguliert. Das IC hat eine zweiteilige Struktur: Einen zentromerischen Teil, der bei Patienten mit AS deletiert ist und für die mütterliche Prägung notwendig ist, und einen telomerischen Teil, der bei Patienten mit PWS deletiert ist und der für die Aufrechterhaltung der väterlichen Prägung notwendig ist.