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Arbeitsgruppenleiter: Dr. med. Ingo Kurth
Mitarbeiter: S. Gießelmann, S. Pirasteh
Die Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit der Identifizierung von Krankheitsgenen bei erblichen Erkrankungen. Zur funktionellen Charakterisierung der Krankheitsgene liegt ein Schwerpunkt in der Generierung und Charakterisierung von Knockout-Mausmodellen.
Abbildung 1:
Bei der hereditären sensorischen und autonomen Neuropathie Typ 2 (HSAN2, OMIM #613115) kommt es bei betroffenen Patienten es zu einem schwerwiegenden Sensibilitäts- und Schmerzverlust, in dessen Verlauf Verletzungen besonders im Bereich der Extremitäten zu chronischen Entzündungen mit Knochenbeteiligung, Verstümmelungen und Amputationen führen. Durch Autozygotiekartierung und anschließende Mutationsanalyse konnten Mutationen im FAM134B-Gen bei Patienten mit autosomal-rezessiver HSAN2 als krankheitsursächlich identifiziert werden. Eine Mutationssuche in weiteren Familien mit klinischen Zeichen einer HSAN bestätigte Funktionsverlustmutationen in diesem Gen als Ursache der Erkrankung. FAM134B begründet mit seinen Homologen FAM134A und FAM134C eine Genfamilie, deren Genprodukte bislang nicht charakterisiert sind. Wir konnten eine hohe Expression von Fam134b in peripheren Ganglien der Maus nachweisen, insbesondere im Soma sensorischer Ganglien, die die Reizleitung von Modalitäten wie Schmerz, Temperatur, Oberflächen- und Tiefensensibilität vermitteln.
Abbildung 2:
Das humane Genom besteht nur zu ca. 2% aus kodierenden Abschnitten. Der weitaus größere Teil entfällt auf nicht-kodierende Bereiche. Diese beinhalten eine Reihe regulatorischer Elemente, die die Genexpression eines Organismus steuern und dabei in einer Distanz von über einer Million Basenpaaren von ihrem Zielgen entfernt liegen können. Die physikalische Nähe zum Promotor des Zielgens, dessen Aktivierung oder Inaktivierung sie bewirken, wird unter anderem über die Ausbildung von Chromatinschleifen bewirkt, die den Regulator zeitlich begrenzt in räumliche Nähe zum Gen bringen. Dieser Mechanismus der Genregulation wird auch als "long range regulation" bezeichnet.
Wir konnten aktuell Duplikationen in nicht-kodierenden DNA-Abschnitten 5´-wärts des SOX9-Gens als Ursache des Cooks-Syndroms (OMIM #106995) bei mehreren betroffenen Familien identifizieren. Das Cooks-Syndrom, eine autosomal-dominant erbliche Fehlbildung, geht mit einer knöchernen Verkürzung von Fingern und Zehen (Brachydaktylie) und einem partiellen oder kompletten Fehlen von Nägeln (Hypo- oder Anonychia) einher. Der bei den betroffenen Personen verdoppelte Chromosomenabschnitt umfasst eine Größe von 1,2 - 2 Millionen Basenpaaren. Vermutlich kommt es durch die Duplikation zu einer Funktionsänderung nicht-kodierender regulatorischer Einheiten 5´-wärts des SOX9-Gens, die für eine regelrechte Ausbildung der knöchernen Glieder an Händen-und Füßen sowie für die Anlage der Nägel in der Embryogenese verantwortlich sind.
Die Identifizierung humaner Phänotypen, die auf Veränderungen in nicht-kodierenden Bereichen zurückzuführen sind, unterstreicht die Bedeutung dieses genetischen Materials für den Organismus.
Abbildung 3:
Die Retinitis pigmentosa (RP) stellt eine Gruppe erblicher Augenerkrankungen dar, die eine Zerstörung der Photorezeptoren mit Erblindung zur Folge hat. Mutationen im RDH12-Gen (OMIM #612712) führen beim Menschen zu einer früh manifesten retinalen Dystrophie.
Um den Pathomechanismus dieser Erkrankung zu verstehen und damit Ansätze für eine Intervention finden zu können, haben wir das Rdh12-Gen gezielt im Mausorganismus ausgeschaltet. Wir konnten mit Hilfe der Knockout-Maus zeigen, dass Rdh12 in den Innengliedern der Photorezeptoren hoch exprimiert wird. Die Lokalisation von Rdh12 war dabei überraschend, da man von dem Enzym eine Funktion im Sehzyklus bei der Regeneration des für das Sehen notwendigen Rhodopsin erwartet hatte. Diese schnell ablaufende Regenerierung findet jedoch vor allem in den äußeren Segmenten der Photorezeptorzelle statt. Unsere Expressionsdaten sprechen in Kombination mit funktionellen Daten bei der Analyse der Knockout-Mäuse eher für eine Rolle bei der retinalen Detoxifikation. Anhand humaner Retinaschnitte konnten wir zudem zeigen, dass die Lokalisation von RDH12 bei Maus und Mensch gleich ist. Die Abbildung zeigt Schnitte einer Mausretina, an denen wir die Lokalisation von Rdh12 untersucht haben.
Es kommen neben genetischen Analysen zahlreiche molekularbiologische und proteinbiochemische Methoden zum Einsatz. Die Herstellung geeigneter Targeting-Konstrukte für die Generierung der KO-Mäuse ist fester Bestandteil der Methodik. Funktionelle Untersuchungen werden sowohl in Zelllinien als auch in Tiermodellen (transgene Linien und knock out Mäuse) durchgeführt und richten sich nach der jeweiligen Fragestellung.
