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Identifizierung und Charakterisierung eines neuen Kandidatengens für kavernöse Gefäßmalformationen des zentralen Nervensystems

  • Zerebrale kavernöse Malformationen sind Gefäßfehlbildungen des menschlichen zentralen Nervensystems, die mit einer Prävalenz von etwa 1:650 in der Bevölkerung auftreten und zu rezidivierenden Kopfschmerzen, Krampfanfällen und Gehirnblutungen führen können. Diese Läsionen treten sowohl sporadisch als auch als Konsequenz von erblichen Mutationen (familiäre Kavernomatose) mit unvollständiger Penetranz und variabler Expressivität auf. Kausale Mutationen sind für die Gene CCM1 ( KRIT1), CCM2 (Malcavernin) und CCM3 (PDCD10) beschrieben. Die vorliegende Dissertationsarbeit mit dem Titel „Identifizierung und Charakterisierung eines neuen Kandidatengens für kavernöse Gefäßmalformationen des zentralen Nervensystems“ hatte die Suche neuer CCM-assoziierter Gene und deren Beschreibung zur Aufgabe. Als Ausgangspunkt dienten fünf Indexpatienten aus der Kohorte Stahl et al. 2008, bei denen keine ursächliche Mutation in den bekannten CCM-Genen identifiziert werden konnte. Die Exomsequenzierung mittels SOLiD™ 5500XL ergab für die vier isolierten und den familiären Fall mehr als 210.000 Varianten. Nach Filterung und Priorisierung dieser Veränderungen wurden acht Kandidatengene definiert, von denen fünf mittels klassischer Sanger-Sequenzierung validiert werden konnten. Das vielversprechendste Kandidatengen, FAM222B (C17orf63), in dem 2012 keine Loss-of-function Mutationen bekannt waren und das für ein Protein unbekannter Struktur und Funktion kodiert, wurde für die weitere Charakterisierung ausgewählt. Zunächst konnten durch einen Yeast Two-Hybrid Screen Interaktionspartner identifiziert werden, die sich in die bekannten CCM-Signalwege integrieren ließen. Funktionelle Studien mittels Morpholino- und TALEN-Technik im Zebrafischmodell und mit humanen Nabelschnurvenenendothelzellen zeigten jedoch keinen signifikanten Effekt von FAM222B auf die Angiogenese. Auch eine detaillierte Bewertung der Informationen, die erst Ende 2014 in der ExAC-Datenbank veröffentlicht wurden, spricht in Zusammenschau mit den experimentellen Daten eher dagegen, FAM222B als neues Kandidatengen für die Entstehung von CCMs einzustufen. Parallel zu den funktionellen Studien wurde die Kohorte von Stahl et al. 2008 kontinuierlich erweitert. Bei den molekulargenetischen Analysen fanden sich mehr kausale Mutationen im CCM3-Gen als bisher angenommen. Ferner konnte gezeigt werden, dass rund ein Drittel der Probanden vor Erreichen des Erwachsenenalters und ein Fünftel der Mutationsträger bereits vor dem 10. Lebensjahr erkranken.
  • Cerebral cavernous malformations are vascular anomalies of the central nervous system that occur with a prevalence of around 1:650 in the general population and can lead to recurrent headaches, epileptic seizures, and cerebral haemorrhage. These lesions appear sporadically or as a consequence of hereditable mutations (familial form) with incomplete penetrance and variable expressivity. Causal mutations are described in one of three genes, CCM1 (KRIT1), CCM2 (Malcavernin), and CCM3 (PDCD10). The current thesis entitled "Identification and Characterization of a New Candidate Gene for Cavernous Vascular Malformations of the Central Nervous System" dealt with the search for new CCM-associated genes and their description. Using the mutation-negative cohort from Stahl et al. 2008 as starting point, exome sequencing of four isolated and one familial case was performed on a SOLiD 5500XL platform. Thereby, more than 210.000 variants could be identified, from which eight were left after filtering and priorization. Five of them could be validated by Sanger sequencing and one promising candidate gene, FAM222B (C17orf63) was selected for further testing. A yeast 2-hybrid screen with the FAM222B protein as bait revealed interactions fitting well into the known CCM-associated signaling pathways. However, functional studies using Morpholino and TALEN techniques in zebrafish as well as siRNA interference in spheroid-based sprouting assays with human umbilical vein endothelial cell cultures showed no significant effect for FAM222B on angiogenesis. A detailed evaluation of the information that was published in the end of 2014 within the ExAC database in synopsis with the experimental data argues against the classification of FAM222B as a new CCM candidate gene. In parallel to performing functional studies, the cohort from Stahl et al. 2008 was steadily extended. Diagnostic genetic testing revealed more causal variants in CCM3 than previously thought. Furthermore, it could be shown that nearly one third of probands become symptomatic before adulthood and one fifth of mutation carriers before the age of 10.

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Metadaten
Author: Stefanie Spiegler
URN:urn:nbn:de:gbv:9-002575-6
Title Additional (English):Identification and Characterization of a New Candidate Gene for Cavernous Vascular Malformations of the Central Nervous System
Advisor:Prof. Dr. Ute Felbor
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2016/07/14
Granting Institution:Ernst-Moritz-Arndt-Universität, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät (bis 31.05.2018)
Date of final exam:2016/06/08
Release Date:2016/07/14
Tag:Zerebrale kavernöse Malformationen
GND Keyword:Angiogenese, Humangenetik, Tiermodell, cerebrale Gefäßfehlbildung
Faculties:Universitätsmedizin / Institut für Humangenetik
DDC class:600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 610 Medizin und Gesundheit