Publikationsserver der Universitätsbibliothek Marburg

Titel: Genetische Ursachen des Langen-QT-Syndroms
Autor: Limberg, Maren
Weitere Beteiligte: Decher, Niels (Prof. Dr.)
Erscheinungsjahr: 2011
URI: https://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2011/0347
URN: urn:nbn:de:hebis:04-z2011-03470
DOI: https://doi.org/10.17192/z2011.0347
DDC: Biowissenschaften, Biologie
Titel(trans.): Genetic causes of long QT syndrome

Dokument

Schlagwörter:
Long QT syndrome, hERG, LQT-Syndrom, Kaliumkanal, SCN5A, KvLQT1, Kir2.1, SCN5A, KvLQT1, Natriumkanal, hERG, Kir2.1, Arrhythmie, Genetik

Zusammenfassung:
Das Lange-QT-Syndrom ist charakterisiert durch ein längeres QT-Intervall im Elektrokardiogramm. Frühe Nachdepolarisationen können zu lebensbedrohlichen torsade de pointes Tachykardien führen, die in Synkopen resultieren oder in Kammerflimmern übergehen und das Risiko für den plötzlichen Herztod drastisch erhöhen. In dieser Arbeit wurde bei Marburger Patienten mit Hilfe der PCR-basierten SSCP-Analyse nach Mutationen in 14 verschiedenen Genen gesucht. Es ist gelungen, eine heterozygote Mutation im hERG-Kanal sowie eine weitere im KvLQT1-Kanal und einen mit der QTc-Zeit assoziierten homozygoten Polymorphismus im Nav1.5-Kanal zu identifizieren. Die funktionelle Charakterisierung der H1153Y-Kanalvariante in Xenopus Oozyten zeigte einen Funktionsverlust und keinen dominant negativen Effekt auf Wildtyp-Kanäle. Die Leitfähigkeits-Spannungs-Beziehung ist unverändert. Der Transport an die Zellmembran ist weder in Xenopus Oozyten noch in Säugerzellen gestört. Die funktionelle Charakterisierung der G269S-Kanalvariante zeigte in Xenopus Oozyten einen 60 % Funktionsverlust, ohne einen dominant negativen Effekt auf die Wildtyp-Kanäle zu haben. Zudem ist die Assemblierung mit der ß-Untereinheit minK gestört. Der H558R-Polymorphismus im Natriumkanal Nav1.5 ist mit einer Verlängerung der QTc-Zeit assoziiert. Zusammen mit dem H558R-Polymorphismus konnte der IVS9-3-C>A-Polymorphismus in der Akzeptor-Spleißstelle identifiziert werden. Die Untersuchung von 400 Kontrollpersonen zeigte, dass beide Polymorphismen gekoppelt vorliegen. Das Spleißing des IVS9-3-Polymorphismus wurde mittels eines α-Globin-Fibronektin-EBD-Minigen-Systems analysiert. Ein fehlerhaftes Spleißing konnte ausgeschlossen werden. Die funktionelle Charakterisierung in Xenopus Oozyten im hH1-Hintergrund zeigte im Vergleich mit dem Wildtyp-Kanal eine um 25 % erhöhte Stromamplitude. Die Spannungsabhängigkeit der Aktivierung und der Inaktivierung, die Erholung von der Inaktivierung sowie die späten Natriumströme sind verändert. Zudem konnte in dieser Arbeit erstmals eine neue Form des Andersen-Syndroms funktionell charakterisiert werden. Das Andersen-Syndrom als eine Multisystemerkrankung ist charakterisiert durch periodische Paralyse, einen kardialen Phänotyp und verschiedene Dysmorphologien. Die Träger der Mutationen N318S und W322C im Kir2.1-Kaliumkanal zeigen ausschließlich einen kardialen Phänotyp. Die für das Andersen-Syndrom typischen Dysmorphologien und die periodische Paralyse sind in den beiden untersuchten Patienten nicht vorhanden. In dieser Arbeit ist es gelungen, den neuen klinischen Phänotyp mit den funktionellen Eigenschaften der mutierten Kanäle zu begründen. Die Mutationen sind die bisher am weitesten C-terminal beschriebenen Mutationen und zeigen eine ungewöhnliche Lokalisation im humanen Kir2.1-Kanal. Anders als alle bisher beschriebenen Andersen-Mutationen zeigen die mutierten Kanäle keinen absoluten Funktionsverlust und keinen dominant negativen Effekt auf Untereinheiten des Wildtyp-Kanals. Im Homomer ist die N318S-Kanalvariante nicht vom Wildtyp zu unterscheiden, die W322C-Kanalvariante zeigt einen 60 % Funktionsverlust. Der Funktionsverlust basiert bei dem W322C-Kanal auf einem defizienten Transport an die Plasmamembran. Dieses konnte mittels eines Chemielumineszenz-Versuches in Xenopus leavis Oozyten und Fluoreszenzmikroskopie in Säugerzellen nachgewiesen werden. Durch Immunozytochemie konnte gezeigt werden, dass der Kanal perinuklear in den späten Endosomen lokalisiert ist und wahrscheinlich degradiert wird. Bei beiden Patienten liegen die Mutationen heterozygot vor. Die funktionellen Eigenschaften der mutierten Kanäle sind unter diesen heterozygoten Bedingungen identisch. Beide Kanalvarianten zeigen zusammen mit den WT-Untereinheiten nur einen 20-25 % Funktionsverlust und damit keinen dominant negativen Effekt. Zudem zeigen sie keinen dominant negativen Effekt auf die Kanäle der Kir-Familie Kir2.2 und Kir2.3. Diese ungewöhnlichen elektrophysiologischen Eigenschaften der mutierten Kanäle könnten den ausschließlich kardialen Phänotyp der Patienten erklären. Eine Einordnung des beschriebenen Krankheitsbildes als Unterform des LQT7 wird angestrebt.

Summary:
Long QT syndrome is characterized by prolongation of the QT interval on electrocardiogram. Early after depolarisations may develop to torsade de pointes degenerating into ventricular fibrillation and cause sudden cardiac death. In the present study Marburg patients were screened for mutations in 14 ion channel genes by PCR-based SSCP-analysis. One heterozygote mutation in hERG potassium channel, one heterozygote mutation in KvLQT1 potassium channel as well as one polymorphism in the Nav1.5 sodium channel, that is associated with longer QTc interval, were identified. The functional characterization of the H1153Y channel in Xenopus oocytes showed a minimal loss of channel function and no dominant negative effect on wildtype channel. However, mutant hERG channel subunits indicated normal trafficking to the plasma membrane in oocytes and mammalien cells. The functional characterization of the G269S channel in Xenopus oocytes represented a 60 % current reduction when expressed alone and no dominant negative effect could be observed when co-expressed with wildtype channel. Also the mutant channel shows an assembly defect with the ß-subunit minK. The common H558R polymorphism in the sodium channel SCN5A gene is associated with the QTc length. It is not possible to disentangle the effect of the H558R polymorphism from that of the 1141-3 C>A SNP because of their tight LD. This latter SNP is located in the acceptor splice site in intron 9 and might affect the splicing. The splicing of the C>A sequence variation was analysed using a modified version of the EBD minigene construct. The results clearly indicate that the sequence change will not interfere with the splicing. The H558R polymorphism had significantly larger peak current amplitudes than wt-hH1. However, no difference in Na+ channel activation, inactivation, recovery of inactivation and levels of persistant sodium current had been observed between the wt and H558R clones. Also in the present study a novel long QT form is characterized functionally. Andersen syndrome is a rare genetic multisystem disorder characterized by periodic paralysis, a cardiac phenotype and dysmorphic features. The N318S and W322C mutation clinically manifested only with a cardiac phenotype and without the dysmorphic features and periodic paralysis typical for AS. These results were correlated with the clinical phenotype. These two mutations were the farthest C-terminal mutations reported in Kir2.1 and the aminoacid Trp322 is well conserved among Kir family members. According to the crystal structure of Kir2.1 the localization of these two mutations was very uncommon. Both mutations represented no dominant negative effect and only a 20 % to 25 % current reduction when coexpressed with wild type. The minimal loss of channel function resulted from a deficient trafficking in case of W322C and a defect in gating for N318S. W322C displayed a perinuclear staining pattern residing in relatively large vesicular structures. Furthermore the mutations exhibited no dominante negative effects on Kir2.2 and Kir2.3 channels. The findings support the notion, that a novel LQTS form is described and as such we propose, that these clinical and electrophysiological manifestations should be considered as a subtype of LQTS7.


* Das Dokument ist im Internet frei zugänglich - Hinweise zu den Nutzungsrechten