In dieser Arbeit wurden durch eine VAPSE (variants affecting protein structure or expression)- basierte Strategie acht Kandidatengene für die Untersuchung der neurologischen Krankheitsgruppe „idiopathische Epilepsien“ sequenziert. Die hierbei identifizierten Variationen wurden mittels in silico Analysen bewertet und gegenüber häufigen Sequenzvarianten in der Population abgegrenzt. Bei der anschließenden familiären Kosegregationsanalyse konnte eine neue nicht-synonyme Variante (c.920G>A, p.Arg307His) im Gen CACNA1I identifiziert werden, die eventuell zur Epilepsie führt. Durch eine Fall-Kontroll-Assoziationsstudie konnte weiterhin die Assoziation des durch Sequenzierung identifizierten SNPs rs1130183 im Gen KCNJ10 mit IGE bestätigt werden.
Genetisch determinierte Funktionsstörungen von Ionenkanälen spielen eine zentrale Rolle bei der Entstehung von monogenen Epilepsien und erlauben erste konkrete Einblicke in kritische Schlüsselstellen der molekularen Epileptogenese. Um die wichtigsten genetischen Risikofaktoren umfassend aufzudecken, sind hinreichend große Studienkollektive von mehreren tausend Einzelfällen und mehreren hundert Multiplex-Familien erforderlich.
Insbesondere genomweite, hochauflösende Assoziationsstudien eröffnen eine aussichtsreiche Perspektive, die häufigsten epileptogenen DNA-Varinaten systematisch zu erfassen und deren interaktives Zusammenspiel bei der Epileptogenese zu ermitteln. Weitere Impulse für die Epilepsie-Genetik sind durch das US-amerikanische ″Human Channelopathy Project″ zu erwarten, dass derzeit eine Sequenzanalyse von 250 neuronalen Ionenkanal-Genen bei 500 Patienten mit idiopathischen Epilepsien und 500 gesunden Populationskontrollen durchführt.
Sequenzsanalyse von Kandidatengenen ist eine aussichtvolle Strategie zur Identifizierung der krankheitsverursachenden Variationen. Neuere Entwicklungen in der Mutationsanalyse wie z.B. Genotypisierungstechniken, und bei statistischen Verfahren wie z.B. Powertest haben die Aussagekraft und Effizienz der VAPSE-basierten Analyse deutlich verbessert. Durch die bei einer VAPSE-basierten Analyse durchgeführte Genotyp-zu-Phänotyp-Suche in großen Kollektiven, ist dieses Verfahren besonders für komplexe Krankheiten geeignet (Weinshenker und Sommer, 2001).
Inhaltsverzeichnis
1. EINLEITUNG
1.1 GENETIK DER IDIOPATHISCH GENERALISIERTEN EPILEPSIEN
1.2 KLASSIFIKATION DER IGE-SYNDROME
1.3 KENNTNISSTAND DER MOLEKULARGENETISCHEN ANALYSEN BEI IGE
1.3.1 Monogene idiopathische Epilepsien
1.3.2 Idiopathische Epilepsien mit komplexer genetischer Disposition
1.4 KOPPLUNGSANALYSEN
1.5 ASSOZIATIONSANALYSEN
1.5.1 Genom-weite Assoziationsstudien
1.6 SEQUENZANALYSEN VON KANDIDATENGENEN
1.7 ZIELSETZUNG
2. MATERIAL UND METHODEN
2.1 STUDIENPROBANDEN UND MATERIAL
2.1.1 Patienten und Kontroll-DNA
2.1.1.1 Proben für Sequenzanalyse der Kandidatengene
2.1.1.2 Studienkollektive der Assoziationsstudie
2.1.2 Chemikalien, Enzyme und Kits
2.1.3 Verwendete Geräte
2.1.4 Verwendete Verbrauchsmaterialien
2.1.5 Verwendete Programme und Datenbanken
2.2 METHODEN
2.2.1 DNA-Konzentrationsbestimmung
2.2.2 TaqMan® RNase P
2.2.3 DNA-Normalisierung
2.2.4 Polymerase Kettenreaktion
2.2.5 Agarose Gel-Elektrophorese
2.2.6 Sequenzanalysen der Kandidatengene
2.2.6.1 Auswahl der Kandidatengene
2.2.6.2 Sequenzanalyse nach Sanger
2.2.7 Pyrosequenzierung
2.2.8 GenomeLab™ SNPstream®
2.2.8 Einschätzung der Studienteststärke
2.2.9 Plausibilitätsprüfungen potentiell pathogener Sequenzvarianten
2.2.10 Statistische Methoden
3. ERGEBNISSE
3.1 SEQUENZANALYSE DER KALIUM-KANALGENE KCNJ8, KCNJ9 UND KCNJ10
3.2 SEQUENZANALYSE DES GABA-REZEPTOR-GENS GABRR1
3.3 SEQUENZANALYSE DES NA+-K+-2CL--TRANSPORTER-GENS SLC12A2
3.4 SEQUENZANALYSE DES KALZIUM-KANAL-GENS CACNA1I
3.4.1 Kosegregationsanalyse von CACNA1I c.920G>A (p.Arg307His)
3.4.2 Kosegregationsanalyse von CACNA1I c.1513C>A (p.His505Asn)
3.4.3 Kosegregationsanalyse von CACNA1I c.3077C>T (p.Pro1026Leu)
3.4.4 Kosegregationsanalyse von CACNA1I c.3579G>C (p.Gln1193His)
3.4.5 Kosegregationsanalyse von CACNA1I c.3698A>C (p.Gln1233Pro)
3.4.6 Kosegregationsanalyse von CACNA1I c.5285C>T (p.Pro1762Leu)
3.4.7 Kosegregationsanalyse von CACNA1I c.6118G>T (p.Asp2040Tyr)
3.4.8 Überprüfung der Variationen im Kontroll-Kollektiv
3.5 SEQUENZANALYSE DES KALZIUM-KANAL-GENS CACNA1H
3.6 SEQUENZIERUNG VON NLGN4X
3.7 ASSOZIATIONSANALYSEN
4. DISKUSSION
4.1 STUDIENSTRATEGIEN
4.2 SEQUENZANALYSE
4.3 ASSOZIATIONSSTUDIEN
4.4 METHODISCHE ERÖRTERUNGEN
4.4.1 Fehlerquellen
4.5 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK
Zielsetzung & Themen
Die Arbeit hat zum Ziel, genetische Mutationen bei Patienten mit häufigen idiopathisch generalisierten Epilepsien (IGE) zu lokalisieren und zu identifizieren, wobei der Fokus auf Kandidatengen-Sequenzanalysen und Assoziationsstudien liegt.
- Genetische Architektur idiopathisch generalisierter Epilepsien
- Sequenzanalyse von Kandidatengenen der neuronalen Signaltransduktion
- Einsatz von VAPSE-Strategien (variants affecting protein structure or expression)
- Genotypisierung mittels GenomeLab™ SNPstream®
- Statistische Auswertung von Assoziationsdaten
Auszug aus dem Buch
1.1 Genetik der idiopathisch generalisierten Epilepsien
Epilepsien gehören mit einer Prävalenz von 3% zu den häufigsten chronischen Erkrankungen des zentralen Nervensystems (Hauser, et al., 1996). Das Krankheitsbild Epilepsie umfasst eine heterogene Gruppe von Störungen des zentralen Nervensystems (ZNS), die klinisch durch das wiederholte Auftreten von unprovozierten epileptischen Anfällen gekennzeichnet sind, denen neurophysiologisch eine paroxysmal auftretende, synchronisierte zerebrale Erregungssteigerung zugrunde liegt (ILAE, 1989). Als Anfall wird eine vorübergehende Beeinträchtigung der Hirnfunktion bezeichnet, die sich plötzlich entwickelt und spontan endet (Hauser, et al., 1996). Ein epileptischer Anfall wird durch eine synchrone Erregungssteigerung von Neuronenverbänden des ZNS ausgelöst. Anhand elektroenzephalographischer (EEG) Untersuchungen können die Erregungssteigerungen im Gehirn erfasst werden.
Bei ca. 50% aller Epilepsien sind vorwiegend genetische Faktoren als Krankheitsursache determiniert. Dies gilt besonders für die häufigen idiopathisch generalisierten Epilepsien (IGE), die ca. 30% aller Epilepsien repräsentieren (Sander, 2003). Epileptische Anfälle stellen bei IGE das einzige Erkrankungssymptom dar, wobei der Verlauf und die Symptome keine Hinweise auf eine anatomisch begrenzte Lokalisation im Gehirn geben und keine Zeichen eines lokalen Beginns zu erkennen sind. Es gibt keine Hinweise auf exogene Faktoren (Hirntrauma, perinatale Hirnschädigung, Encephalitis, Hirnmißbildung, Tumor, etc.) zur Ätiologie der IGE (ILAE, 1989).
Zusammenfassung der Kapitel
1. EINLEITUNG: Das Kapitel führt in die genetischen Grundlagen der idiopathisch generalisierten Epilepsien ein und beschreibt die verschiedenen Ansätze zur Erforschung ihrer molekulargenetischen Ursachen.
2. MATERIAL UND METHODEN: Hier werden die Studienprobanden, das verwendete Material, die eingesetzten Geräte sowie die molekulargenetischen Methoden zur Sequenzierung und Genotypisierung detailliert erläutert.
3. ERGEBNISSE: Dieser Abschnitt präsentiert die Ergebnisse der Sequenzanalysen verschiedener Ionenkanal-Gene und die Ergebnisse der durchgeführten Assoziationsstudien.
4. DISKUSSION: In diesem Kapitel werden die Studienstrategien kritisch erörtert, die Sequenzanalysen und Assoziationsergebnisse diskutiert sowie eine Zusammenfassung und ein Ausblick gegeben.
Schlüsselwörter
Idiopathisch generalisierte Epilepsien, IGE, Genetik, Ionenkanäle, Sequenzanalyse, Kandidatengene, Assoziationsstudien, SNPstream, VAPSE, CACNA1I, CACNA1H, KCNJ10, Mutation, Kosegregation, Epileptogenese
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit untersucht die molekulargenetischen Ursachen der idiopathisch generalisierten Epilepsien (IGE) durch die Analyse potenzieller Krankheitsgene.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Themen sind die Genetik von IGE, die Identifizierung von Genvarianten durch Sequenzierung und deren Assoziation mit dem Krankheitsbild.
Was ist das primäre Ziel der Forschung?
Das Ziel ist die Lokalisation und Identifizierung von Genmutationen, die an der Pathogenese häufiger IGE-Syndrome beteiligt sind.
Welche wissenschaftlichen Methoden werden verwendet?
Es kommen Sequenzanalysen (Sanger-Methode), Pyrosequenzierung sowie Genotypisierungsverfahren wie GenomeLab™ SNPstream® zum Einsatz.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil befasst sich mit der Sequenzanalyse verschiedener Ionenkanal-Gene (z.B. KCNJ8-10, CACNA1I, CACNA1H) und der statistischen Auswertung von Assoziationsdaten.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die wichtigsten Begriffe sind IGE, Ionenkanäle, Kandidatengene, Sequenzanalyse, Assoziationsstudien und genetische Disposition.
Welche Bedeutung haben die CACNA1I-Varianten?
Die CACNA1I-Varianten wurden mittels Sequenzierung identifiziert, um ihre Rolle bei der Epilepsieentstehung durch Kosegregationsanalysen in betroffenen Familien zu untersuchen.
Warum ist das Gen KCNJ10 besonders relevant?
Das Gen KCNJ10 konnte in dieser Studie mittels Assoziationsanalyse signifikant mit dem IGE-Krankheitsbild in Verbindung gebracht werden.
- Quote paper
- Hossein Askari (Author), 2008, Positionelle Identifizierung der Krankheitsgene bei idiopathisch generalisierten Epilepsien, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/155011
