Studien zur Pathogenese humaner Leukoenzephalopathien

Studies of the pathogenesis of human leukoencephalopathies

by Simone Diekmann
Doctoral thesis
Date of Examination:2009-07-09
Date of issue:2009-09-17
Advisor:Prof. Dr. Jutta Gärtner
Referee:Prof. Dr. Ralf Heinrich
Referee:Prof. Dr. Oliver Einsle
Persistent Address: http://dx.doi.org/10.53846/goediss-1367

 

 

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Description:Dissertation

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Abstract

English

Leukoencephalopathies present a group of inborn, mostly neurodegenerative diseases. The aim of this work was to investigate two of these leukoencephalopathies: the GJA12-associated Pelizaeus-Merzbacher like disease (PMLD) and the RNASET2-deficient cystic leukoencephalopathy. Mutation analysis of the Connexin 46.6 gene was carried out in a cohort of patients with the hypomyelinating leukoencephalopathy PMLD. 13 different novel mutations were identified within 20 patients. The functional consequences of five missense mutations and one missense insertion mutation were characterized in detail. The results for Cx46.6 mutant Thr398Ile indicate a defect in regulation of hemichannel function, whereas Cx46.6 mutants Pro90Ser, Thr398Ile, Gly149Ser, Gly236Arg, Thr265Ala, and Ala98Gly_Val99insThr likely result in a loss of Cx46.6 hemichannel function. The identified frameshift and nonsense mutations are also predicted to result in a loss-of-function. Thus, Cx46.6/Cx43 mediated Gap Junction communication between oligodendrocytes and astrocytes is disrupted. GJA12-associated PMLD is likely to be caused by two different disease mechanisms: a loss-of-function and a regulation defect in Cx46.6 hemichannel function. The genetic defect of RNASET2-deficient cystic leukoencephalopathy, also known as cystic leukoencephalopathy without megalencephaly (CLminusM), was recently analyzed in our workingroup. The RNASET2 gene was identified as the disease causing gene. Within this work six different novel alterations including three point mutations (c.550T>C, c.262-2A>G, c.332+1delG), two compound heterozygous mutations (c.[50_64del]+[567G>A]) and one deletion mutation (c.87-1341_147+1181del2583), were identified in seven patients. They were further characterized in detail. All mutations are predicted to result in loss of protein function. Thus, RNASET2-deficient cystic leukoencephalopathy is likely to be caused by absence and loss-of-function of RNASET2 in the extracellular space. Expression analysis of RNASET2 in different brain tissues showed a relatively higher expression in the temporal lobe and in the fetal brain. This might explain bilateral involvement of the anterior temporal lobe from birth on in RNASET2-deficient individuals.
Keywords: Leukoencephalopathy; GJA12; RNASET2

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Leukoenzephalopathien bilden eine Gruppe von angeborenen, meist neurodegenerativen Erkrankungen. In der vorliegenden Arbeit wurden die folgenden zwei Leukoenzephalopathien näher charakterisiert: die GJA12-assoziierte Pelizaeus-Merzbacher ähnliche Erkrankung (PMLD) und die RNASET2 defiziente zystische Leukoenzephalopathie. Ein Patientenkollektiv mit PMLD, der eine primäre Hypomyelinisierung zugrunde liegt, wurde auf Mutationen im Connexin 46.6 Gen untersucht. 13 verschiedene, neue Mutationen konnten bei 20 Patienten identifiziert werden. Die funktionellen Auswirkungen von fünf Missense Mutationen und einer Missense Insertion Mutation wurden näher charakterisiert. Die Ergebnisse der Untersuchung von Mutante Thr398Ile deuten auf einen Regulationsdefekt der Halbkanalfunktion hin, während die Cx46.6-Mutanten Pro90Ser, Gly149Ser, Gly236Arg, Thr265Ala und Ala98Gly_Val99insThr zu einem Funktionsverlust des Cx46.6-Proteins führen. Für die bisher beschriebenen nicht näher untersuchten Frameshift und Nonsense Mutationen wird ebenfalls ein Proteinfunktionsverlust postuliert. Die Cx46.6/Cx43 Gap Junction vermittelte Kommunikation von Oligodendrozyten und Astrozyten wird dadurch beeinträchtigt. Die GJA12-assoziierte PMLD kann also durch zwei alternative Pathomechanismen verursacht werden. Zum einen durch den Verlust und zum anderen durch einen Regulationsdefekt der Halbkanalfunktion. Der bislang unklare genetische Defekt der RNASET2 defizienten zystischen Leukoenzephalopathie, bisher bekannt als zystische Leukoenzephalopathie ohne Megalenzephalie (CLminusM), wurde in Vorarbeiten unserer Arbeitsgruppe untersucht. Das RNASET2-Gen wurde als Krankheitsgen identifiziert. Im Rahmen dieser Arbeit wurden sechs verschiedene, neue Mutationen im RNASET2-Gen bei sieben Patienten nachgewiesen und näher charakterisiert. Dabei handelt es sich um drei Punktmutationen (c.550T>C, c.262-2A>G, c.332+1delG), zwei compound heterozygote Mutationen (c.[50_64del]+[567G>A]) und eine Deletionsmutation (c.87-1341_147+1181del2583). Die RNASET2 defiziente zystische Leukoenzephalopathie scheint vor allem durch Abwesenheit und Funktionsverlust der RNASET2 im Extrazellularraum bedingt zu sein. Eine Expressionsanalyse der RNASET2 in verschiedenen Gehirngeweben zeigte eine deutlich erhöhte Expression im Temporallappen und im fetalen Gehirn. Dies könnte die intrauterine Entstehung, der bei Geburt bereits nachweisbaren bilateralen anterioren Temporallappenzysten der Erkrankten erklären.
Schlagwörter: Leukoenzephalopathie; GJA12; RNASET2
 
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