Genetik des Lungenhochdrucks

In Zusammenarbeit mit Herrn Prof. Dr. med. Grünig aus der Thoraxklinik am Universitätsklinikum Heidelberg, arbeiten wir an der Identifizierung genetischer Ursachen für den Lungenhochdruck, die pulmonal arterielle Hypertonie (PAH).
PAH ist eine seltene Erkrankung und ist durch einen erhöhten pulmonal-arteriellen Mitteldruck von ≥ 25 mmHg und einem Kapillardruck von ≤ 15 mmHg charakterisiert. Es kommt zu einem Gefäßumbau, insbesondere der kleinen Pulmonalarteriolen, der zu einem erhöhten Flusswiderstand mit folgender Rechtsherzbelastung führt. Bei der pulmonal-veno-okklusiven Erkrankung (PVOD) sind primär die pulmonalen Venolen betroffen. Diese Erkrankung wird als Nebengruppe der PAH klassifiziert und kann ebenfalls durch Gendefekte bedingt sein. PAH kann familiär, sporadisch, durch Medikamente/Toxine verursacht oder im Zusammenhang mit weiteren Erkrankungen auftreten. Z.B. entwickeln Morbus Osler Patienten oft im späteren Verlauf eine PAH.
Bei der Mehrzahl der Patienten mit familiärer PAH werden autosomal dominante, heterozygote pathogene Varianten im BMPR2-Gen identifiziert. Bei Patienten mit sporadischer, idiopathischer PAH (nicht familiär) werden pathogene Varianten im BMPR2-Gen bei nur ca. 15% der Fälle nachgewiesen. Neben pathogene Varianten im BMPR2-Gen kommen noch andere für die Erkrankung verantwortliche Gene in Betracht (Gräf et al. 2018, Nat Commun 9:1416). Einige Gene können nicht nur bei PAH-Patienten pathogene Varianten aufweisen, sondern auch bei PVOD- oder Morbus Osler Patienten. Bei der familiären Form der PVOD werden bei ca. 99% der Patienten autosomal rezessive, homozygote oder compound heterozygote pathogene Varianten im Gen EIF2AK4 identifiziert, sowie bei ca. 10% der sporadischen PVOD-Fälle (Eyries et al. 2014, Nat Genet 46:65-9). Bei Morbus Osler Patienten sind primär die Gene ACVRL1 (Activin A receptor type II-like 1) und ENG (Endoglin) betroffen.
Um alle bekannten PAH-Gene zu untersuchen erfolgt die genetische Diagnostik mittels eines Next Generation Sequencing basierten Gen-Panels, welches wir zum Patent angemeldet haben.
Die Penetranz der pathogenen Varianten ist sehr variabel und die Faktoren, die einen Einfluss auf die Penetranz haben, sind weitestgehend unbekannt. In dieser Forschungskooperation ist daher ein Schwerpunkt weitere (genetische) Ursachen zu identifizieren, die die Penetranz der Erkrankung beeinflussen können (Eichstaedt et al. Respir Res 17:141). Ein weiterer Schwerpunkt ist die Beschreibung neuer PAH Gene, wie z.B. das 2017 entdeckte KLF2-Gen (Eichstaedt et al. Clin Sci 131:689-698).

Kooperationspartner:

Prof. Dr. med Ekkehard Grünig, Zentrum für Pulmonale Hypertonie, Thoraxklinik gGmbH am Universitätsklinikum Heidelberg

Mitarbeiter:

PD Dr. Christina A. Eichstaedt
Nina Wagenmann
Verena Wahl
Iris Sommer-Ort
Elke Strohmaier
Nina Litters

Repeat Expansion am FMR1-Lokus: Prämature Ovarialinsuffizienz

In Kooperation mit Herrn Prof. Dr. rer. nat. Vogt (Sektion Molekulare Genetik und Fertilitätstörungen, Frauenklinik, Universitätsklinik Heidelberg) suchen wir nach genetischen Ursachen für die Infertilität bei Frauen. In unserem Institut führen wir hierzu Southern-Blot und PCR-Analysen am FMR1-Lokus durch.

Kooperationspartner:

Prof. Dr. rer. nat. Peter H. Vogt
Dr. med. Julia Rehnitz
Birgitta Messmer
Sektion Molekulare Genetik und Fertilitätstörungen, Frauenklinik, Universitätsklinik Heidelberg

Mitarbeiter:

Birgit Hanel
Nina Wagenmann

Funktionelle Analysen von Varianten des Transthyretin-Gens

Bei der Transthyretin-Amyloidose (ATTR) handelt es sich um eine systemische Erkrankung, die durch Ablagerungen fehlgefalteter Transthyretin (TTR)-Proteine im extrazellulären Raum bedingt ist. Das TTR wird hauptsächlich von der Leber und in geringerem Umfang im Plexus choroideus des Gehirns sezerniert und ist für den Transport von Thyroxin und Vitamin A durch die Assoziation mit dem Retinol-Bindeprotein im Blut zuständig und als Tetramer aktiv. Dieses Tetramer ist jedoch relativ instabil und die einzelnen Proteine haben die Neigung, sog. Cross-β-Strukturen zu bilden. Diese Instabilität wird durch das Vorliegen von Sequenzvarianten im TTR-Protein beschleunigt. Dabei zerfällt das Tetramer in seine Monomere, die sich zu Fibrillen zusammenlagern und schließlich als Amyloid im Gewebe ablagern. Diese Ablagerungen stören die Funktion der Zellen des betroffenen Gewebes und führen zum Funktionsverlust. Bei der ATTR sind vorrangig das periphere Nervensystem und Herz betroffen, was zu Polyneuropathien bzw. Kardiomyopathien führt.

Aufgrund der Instabilität des TTR-Proteins gibt es sowohl Wildtyp-Formen, sog. senile Amyloidosen als auch hereditäre Formen, bei denen heterozygot amyloidogene Sequenzvarianten im TTR-Gen vorliegen. Die hereditäre ATTR folgt einen autosomal dominanten Erbgang. Inzwischen sind über 140 Sequenzvarianten und davon 130 als amyloidogen beschrieben (http://amyloidosismutations.com/). In sehr seltenen Fällen werden im Rahmen der molekulargenetischen Routinediagnostik von ATTR-Patienten Sequenzvarianten identifiziert, die bisher noch nicht beschrieben wurden. Um die Amyloidogenität dieser Varianten bestimmen zu können, die aus der Destabilisierung und Dissoziation von TTR-Tetrameren resultiert, sind funktionelle Analysen auf Proteinebene zielführend. Zur funktionellen Charakterisierung von TTR-Varianten unklarer Signifikant setzten wir eine von uns technisch vereinfachte und validierte Isoelektrische Fokussierung ein (Hinderhofer et al. 2019, Amyloidosis 26:85‐93).

Kooperationspartner:

Prof. Dr. med. Ute Hegenbart und Prof. Dr. med. Stefan Schönland, https://www.klinikum.uni-heidelberg.de/interdisziplinaere-zentren/amyloidose-zentrum, Universitätsklinikum Heidelberg

Mitarbeiter:

Iris Sommer-Ort