Funktionelle Untersuchung der Bedeutung der Mutation G832A des CLCNKA-Promotors bei einer Patientin mit renalem Salzverlust und Taubheit
Pelken, Lutz
Für die enormen Transportleistungen der Niere bei der Reabsorption von Salz und Wasser, sowie auch für die Ausbildung der für die Schallempfindung im Innenohr wesentlichen elektrochemischen Gradienten spielen unter anderem die ClC-K-Chloridkanäle eine bedeutende Rolle. Dies wird unter anderem bei bestimmten Subtypen der Salzverlust-Tubulopathien deutlich. Trotz großer Fortschritte, die seit Ende der 1990er Jahre bei der Aufdeckung der molekulargenetischen Grundlagen dieser Erkrankungen gemacht wurden, bleibt auch heute noch bei einem nicht unbeträchtlicher Teil der klinisch betroffenen Patienten die genetische Grundlage ihrer Erkrankung ungeklärt.
In der vorliegenden Arbeit wurde für eine dieser Patientinnen eine Kombination aus der Deletion des für ClC-Kb kodierenden Gens CLCNKB und der Mutation des Promotors des für ClC-Ka kodierenden Gens CLCNKA als genetische Grundlage ihres klinischen Phänotyps aufgeklärt.
Hierzu wurde zunächst eine homozygote Mutation eines Teils der bekannten zu Salzverlust-Tubulopathien führenden Gene ausgeschlossen. Die verbleibenden bekannten Gene CLCNKA und CLCNKB sollten in einem zweiten Schritt sequenziert werden. Dies gelang bei CLCNKB nicht, da hier eine homozygote Mutation vorlag, was durch den Nachweis eines Fusionsfragmentes bewiesen werden konnte. Die exonischen Anteile von CLCNKA zeigten zwar keine die Aminosäure-Sequenz von ClC-Ka verändernden Mutation, wohl aber eine Mutation des Promotors von CLCNKA 832 Basen upstream seines ersten Exons.
Die funktionelle Bedeutung dieser Promotor-Mutation wurde mittels eines Versuches nachgewiesen, bei dem ein Biolumineszenz katalysierendes Enzym als Markerprotein genutzt wurde, um den Expressionslevel eines vom Wildtyp-CLCNKA-Promotors im Vergleich zu seiner mutierten Variante kontrollierten Gens darzustellen. Hierbei konnte nachgewiesen werden, dass die bei der Patientin nachgewiesene Promotor-Mutation zu einer bis zu 77,5%-igen Reduktion der Expression des von diesem Promotor kontrollierten Gens führt.
Dass der gleichzeitige Funktionsverlust von ClC-Ka und ClC-Kb zu einem deutlich schwereren Phänotyp führt, als der isolierte Verlust eines dieser beiden Proteine, wurde in der Vergangenheit mehrfach gezeigt. Die vorliegende Arbeit liefert einen Hinweis darauf, dass der deutlich mildere Phänotyp bei isoliertem Funktionsverlust von ClC-Kb (im Verglich zum funktionellen Verlust beider ClC-K-Kanäle) möglicherweise durch eine Hochregulation der Expression von ClC-Ka bedingt ist, da nicht der vollständige funktionelle Verlust des Zweiteren, sondern bereits die bloße Störung der Kontrolle seines Expressionslevels, zu einem schweren klinischen Phänotyp führt.
Philipps-Universität Marburg
Medical sciences Medicine
opus:3817
https://doi.org/10.17192/z2011.0504
urn:nbn:de:hebis:04-z2011-05044
Innenohrtaubheit
Chloridkanal
doctoralThesis
German
https://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2011/0504/cover.png
Bartter-Syndrom
opus:3817
Pelken, Lutz
Pelken
Lutz
Kleta R, Basoglu C, Kuwertz-Broking E (2000) New treatment options for Bartter's syndrome. New Eng J Med 343: 661-662
International Collaborative Study Group for Bartter-like Syndromes (1997) Mutations in the gene encoding the inwardly-rectifying renal potassium channel, ROMK, cause the antenatal variant of Bartter syndrome: evidence for genetic heterogeneity. Hum Molec Genet. 6: 17-26
Nozu K, Inagaki T, F, XJ, Nozu Y, Kaito H, Kanda K, Sekine T, Igarashi T, Nakanishi K, Yoshikawa N, Iijima K, Matsuo M (2008) Molecular analysis of digenic inheritance in Bartter syndrome with sensorineural deafness. J Med Genet 45: 182-186
Hess J, Angel P, Schorpp-Kistner M (2004) AP-1 subunits: quarrel and harmony among siblings. J Cell Sci 117: 5965–5973
Konrad M, Leonhardt A, Hensen P, Seyberth HW, Kockerling A (1999) Prenatal and postnatal management of hyperprostaglandin E syndrome after genetic diagnosis from amniocytes. Pediatrics 103: 678-683
Fisher SE, Black GC, Lloyd SE, Hatchwell E, Wrong O, Thakker RV, Craig IW (1994) Isolation and partial characterization of a chloride channel gene which is expressed in kidney and is a candidate for Dent's disease (an X- linked hereditary nephrolithiasis). Hum Mol Genet 3: 2053-2059
Simon DB, Nelson-Williams C, Bia MJ, Ellison D, Karet FE, Molina AM, Vaara I, Iwata F, Cushner HM, Koolen M, Gainza FJ, Gitleman HJ, Lifton RP (1996 – 1) Gitelman's variant of Bartter's syndrome, inherited hypokalaemic alkalosis, is caused by mutations in the thiazide-sensitive Na-Cl cotransporter. Nat Genet 12: 24-30
Simon DB, Karet FE, Hamdan JM, Di Pietro A, Sanjad SA, Lifton RP (1996 – 2) Bartter's syndrome, hypokalemic alkalosis with hypercalciuria, is caused by mutations in the Na-K-2Cl cotransporter NKCC2. Nature Genet 13: 183-188
Simon DB, Karet FE, Rodriguez-Soriano J, Hamdan JH, DiPietro A, Trachtman H, Sanjad SA, Lifton RP (1996 – 3) Genetic heterogeneity of Bartter's syndrome revealed by mutations in the K+ channel, ROMK. Nat Genet 14: 152-156
Stoff JS, Stemerman M, Steer M, Salzman E, Brown RS (1980) A defect in platelet aggregation in Bartter's syndrome. Am J Med 68: 171-180
Murre C, McCaw PS, Baltimore D (1989) A new DNA binding and dimerization motif in immunoglobulin enhancer binding, daughterless, MyoD, and myc proteins. Cell 56: 777–783
Gitelman HJ, Graham JB, Welt LG (1966) A new familial disorder characterized by hypokalemia and hypomagnesemia. Trans Assoc Am Phys 79: 221-235
Miyamura N, Matsumoto K, Taguchi T, Tokunaga H, Nishikawa T, Nishida K, Toyonaga T, Sakakida M, Araki E (2003) Atypical Bartter syndrome with sensorineural deafness with G47R mutation of the beta-subunit for ClC-Ka and ClC-Kb chloride channels, barttin. J Clin Endocr Metab 88: 781-786
Ohlsson A, Sieck U, Cumming W, Akhtar M, Serenius F (1984) A variant of Bartter's syndrome: Bartter's syndrome associated with hydramnios, prematurity, hypercalciuria and nephrocalcinosis. Acta Pediat Scand 73: 868-874
Kleta R, Bockenhauer D (2006) Bartter Syndromes and Other Salt-Losing Tubulopathies. Nephron Physiol 104: 73-80
Peters M, Jeck N, Reinalter S, Leonhardt A, Tonshoff B, Klaus G, Konrad M, Seyberth HW (2002) Clinical presentation of genetically defined patients with hypokalemic salt-losing tubulopathies. Am J Med 112: 183-190
Xu L, Glass CK, Rosenfeld MG (1999) Coactivator and corepressor complexes in nuclear receptor function. Curr Opin Genet Dev 9:140-147
Seyberth HW, Rascher W, Schweer H, Kuhl PG, Mehls O, Scharer K (1985) Congenital hypokalemia and hypercalciuria in preterm infants: a hyperprostaglandinuric tubular syndrome different from Bartter syndrome. J Pediat 107: 694-701
Narlikar GJ, Fan HY, Kingston RE (2002) Cooperation between complexes that regulate chromatin structure and transcription. Cell 108: 475-487
Saiki RK, Scharf S, Faloona F, Mullis KB, Horn GT, Erlich HA, Arnheim N (1985) Enzymatic amplification of beta-globin genomic sequence and restriction site analysis for diagnosis of sickle cell anemia. Science 230: 1350-1354
Gardner J, Lapey A, Simopoulos AP, Bravo E (1970) Evidence for a primary disturbance of membrane transport in Bartter's syndrome and Liddle's syndrome. J Clin Invest 49: 32A Gausch CR, Hard WL, Smith TF (1966) Characterization of an established line of canine kidney cells (MDCK). Proc Soc Exp Biol Med 122: 931-935
Lang F, Vallon V, Knipper M, Wangemann P (2007) Functional significance of channels and transporters expressed in the inner ear and kidney. Am J Physiol Cell Physiol 293: C1187-C1208
Pachulski RT, Lopez F, Sharaf R (2005) Gitelman's not so benign syndrome. New Eng J Med 353: 850-851
Jeck N, Reinalter SC, Henne T, Marg W, Mallmann R, Pasel K, Vollmer M, Klaus G, Leonhardt A, Seyberth HW, Konrad M (2001) Hypokalemic salt-losing tubulopathy with chronic renal failure and sensorineural deafness. Pediatrics 108: e5
Landau D, Shalev H, Ohaly M, Carmi R (1995) Infantile variant of Bartter syndrome and sensorineural deafness: a new autosomal recessive disorder. Am J Med Genet 59: 454-459
Norman C, Runswick M, Pollock R, Treisman R (1988) Isolation and properties of cDNA clones encoding SRF, a transcription factor that binds to the c-fos serum response element. Cell 55: 989-1003
Queller DC, Strassmann JE, Hughes CR (1993) Microsatellites and kinship. Trends Ecol Evol 8: 285-288
Haug K, Warnstedt M, Alekov AK, Sander T, Ramirez A, Poser B, Maljevic S, Hebeisen S, Kubisch C, Rebstock J, Horvath S, Hallmann K, Dullinger JS, Rau B, Haverkamp F, Beyenburg S, Schulz H, Janz D, Giese B, Müller- Newen G, Propping P, Elger CE, Fahlke C, Lerche H, Heils A (2003) Mutations in CLCN2 encoding a voltage-gated chloride channel are associated with idiopathic generalized epilepsies. Nat Genet 33: 527-532
Konrad M, Vollmer M, Lemmink HH, van den Heuvel LP, Jeck N, Vargas- Poussou R, Lakings A, Ruf R, Deschenes G, Anitgnac C, Guay-Woodford L, Knoers NV, Seyberth HW, Feldmann D, Hildebrandt F (2000) Mutations in the chloride chanel gene CLCNKB as a cause of classic Bartter syndrome. J Am Soc Nephrol 11: 1449-1459
Jeck N, Konrad M, Peters M, Weber S, Bonzel KE, Seyberth HW (2000) Mutations in the chloride channel gene, CLCNKB, leading to a mixed Bartter-Gitelman phenotype. Petiat Res 48: 754-758
Matsumara Y, Uchida S, Kondo Y, Miyazaki H, Ko SB, Hayama A Mirimoto T, Liu W, Arisawa M, Sasaki S, Marumo F (1999) Overt nephrogenic diabetes insipidus in mice lacking the CLC-K1 chloride channel. Nat Genet 21: 95-98
Meyyappan M, Atadja PW, Riabowol KT (1996) Regulation of gene expression and transcription factor binding activity during cellular aging. Biol Signals 5: 130–138
Gill G (2001) Regulation of the initiation of eukaryotic transcription. Essays Biochem 37: 33–43
Schlingmann KP, Konrad M, Jeck N, Waldegger P, Reinalter SC. Holder M, Seyberth HW, Waldegger S (2004) Salt wasting and deafness resulting from mutations in two chloride channels. New Eng J Med 350: 1314-1319
Ramos E, Hall-Craggs M, Demer LM (1980) Surreptitious habitual vomiting simulating Bartter's syndrome. J Am Med Assoc 243: 1070-1072
Kulozik AE, Bellan-Koch A, Bali S, Kohne E, Kleihauer E (1991) Thalassemia intermedia: moderate reduction of beta globin gene transcriptional activity by novel mutation of the proximal CACCC promoter element. Blood 77: 2054-2058
Shalev H, Ohali M, Kachko L, Landau D (2003) The neonatal variant of Bartter syndrome and deafness: preservation of renal function. Pediatrics 112: 628-633
Koch MC, Steinmeyer K, Lorenz C, Ricker K, Wolf F, Otto M, Zoll B, Lehmann- Horn F, Grzeschik KH, Jentsch TJ (1992) The skeletal muscle chloride channel in dominant and recessive human myotonia. Science 257: 797-800
Lobe CG (1992) Transcription factors and mammalian development. Curr Top Develop Biol 27: 351–383, 1992
Lee TI, Young RA (2000) Transcription of eukaryotic protein-coding genes. Annu Rev Genet 34: 77-137
Shein HM, Enders JF (1962) Transformation induced by simian virus 40 in human renal cel cultures. I. Morphology and growth characteristics. Proc Natl Acad Sci U S A 48: 1164-1172
Finer G, Shalev H, Birk OS, Galron D, Jeck N, Sinai-Treiman L, Landau D (2003) Transient neonatal hyperkalemia in the antenatal (ROMK defective) Bartter syndrome. J Pediat 142: 318-323
Korver W, Roose J, Clevers H (1997) The winged-helix transcription factor Trident is expressed in cycling cells. Nucl Acids Res 25: 1715-1719
Latchman DS (1997) Transcription factors: an overview. Int J Biochem Cell Biol 29: 1305-1312
Guyton AC, Hall JE (2005) Textbook of medical physiology, 11 th edition. W.B.
Scholl UI, Choi M, Liu T, Ramaekers VT, Hausler MG, Grimmer J, Tobe SW, Farhi A, Nelson-Williams C, Lifton RP (2009) Seizures, sensorineural deafness, ataxia, mental retardation, and electrolyte imbalance (SeSAME syndrome) caused by mutations in KCNJ10. Proc Nat Acad Sci 106: 5842- 5847
Petryniak B, Staudt LM, Postema CE, McCormack WT, Thompson CB (1990) Characterization of chicken octamer-binding proteins demonstrates that POU domain-containing homeobox transcription factors have been highly conserved during vertebrate evolution". Proc Natl Acad Sci USA 87: 1099– 1103
Niere
2011
Medical sciences Medicine
Medizin
Nierenkrankheit
https://doi.org/10.17192/z2011.0504
Für die enormen Transportleistungen der Niere bei der Reabsorption von Salz und Wasser, sowie auch für die Ausbildung der für die Schallempfindung im Innenohr wesentlichen elektrochemischen Gradienten spielen unter anderem die ClC-K-Chloridkanäle eine bedeutende Rolle. Dies wird unter anderem bei bestimmten Subtypen der Salzverlust-Tubulopathien deutlich. Trotz großer Fortschritte, die seit Ende der 1990er Jahre bei der Aufdeckung der molekulargenetischen Grundlagen dieser Erkrankungen gemacht wurden, bleibt auch heute noch bei einem nicht unbeträchtlicher Teil der klinisch betroffenen Patienten die genetische Grundlage ihrer Erkrankung ungeklärt.
In der vorliegenden Arbeit wurde für eine dieser Patientinnen eine Kombination aus der Deletion des für ClC-Kb kodierenden Gens CLCNKB und der Mutation des Promotors des für ClC-Ka kodierenden Gens CLCNKA als genetische Grundlage ihres klinischen Phänotyps aufgeklärt.
Hierzu wurde zunächst eine homozygote Mutation eines Teils der bekannten zu Salzverlust-Tubulopathien führenden Gene ausgeschlossen. Die verbleibenden bekannten Gene CLCNKA und CLCNKB sollten in einem zweiten Schritt sequenziert werden. Dies gelang bei CLCNKB nicht, da hier eine homozygote Mutation vorlag, was durch den Nachweis eines Fusionsfragmentes bewiesen werden konnte. Die exonischen Anteile von CLCNKA zeigten zwar keine die Aminosäure-Sequenz von ClC-Ka verändernden Mutation, wohl aber eine Mutation des Promotors von CLCNKA 832 Basen upstream seines ersten Exons.
Die funktionelle Bedeutung dieser Promotor-Mutation wurde mittels eines Versuches nachgewiesen, bei dem ein Biolumineszenz katalysierendes Enzym als Markerprotein genutzt wurde, um den Expressionslevel eines vom Wildtyp-CLCNKA-Promotors im Vergleich zu seiner mutierten Variante kontrollierten Gens darzustellen. Hierbei konnte nachgewiesen werden, dass die bei der Patientin nachgewiesene Promotor-Mutation zu einer bis zu 77,5%-igen Reduktion der Expression des von diesem Promotor kontrollierten Gens führt.
Dass der gleichzeitige Funktionsverlust von ClC-Ka und ClC-Kb zu einem deutlich schwereren Phänotyp führt, als der isolierte Verlust eines dieser beiden Proteine, wurde in der Vergangenheit mehrfach gezeigt. Die vorliegende Arbeit liefert einen Hinweis darauf, dass der deutlich mildere Phänotyp bei isoliertem Funktionsverlust von ClC-Kb (im Verglich zum funktionellen Verlust beider ClC-K-Kanäle) möglicherweise durch eine Hochregulation der Expression von ClC-Ka bedingt ist, da nicht der vollständige funktionelle Verlust des Zweiteren, sondern bereits die bloße Störung der Kontrolle seines Expressionslevels, zu einem schweren klinischen Phänotyp führt.
renal salt wasting
chloride channel
Publikationsserver der Universitätsbibliothek Marburg
Universitätsbibliothek Marburg
application/pdf
Medizin
Functional analysis of the significance of the G832A mutation of CLCNKA´s promoter in a patient with renal salt-wasting and deafness
ths
Prof. Dr.
Waldegger
Siegfried
Waldegger, Siegfried (Prof. Dr.)
2021-07-02
renaler Salzverlust
antenatal Bartter syndrome
promotor mutation
Hereditary salt-losing tubulopathies are rare, but potentially life-threatening disorders. A better understanding of the genetic mechanisms underlying these diseases can lead to both earlier diagnosis of the affected patient and possibly a specific therapy, ultimately improving the care of our patients.
Bartter´s syndrome with sensorineural deafness (BSND) is a particularly severe form of these tubulopathies, manifesting antenatally with polyhydramnios, subsequent premature labour and postnatally with deafness and renal salt wasting resulting in failure to thrive or even death. The molecular basis of this disorder was uncovered between 2001 and 2008. The chloride channels ClC-Ka and -Kb are expressed both in the kidney and the inner ear and are essential to renal salt reabsorption and the generation of the endochochlear electrochemical gradient. Mutations in either both ClC-channels, or their common subunit Barttin can lead to BSND.
Unfortunately, for a significant number of patients with different forms hereditary salt-losing tubulopathies, the mechanism behind their disease is still unknown. This study presents one such patient with a BSND phenotype, lacking the typical genetic defects.
The study shows that in this patient only one among the known genes leading to salt-losing tubulopathies, CLCKNB (encoding ClC-Kb), is affected. Since these mutations typically lead to a more benign phenotype than the one exhibited by this patient, the search for mutations was extended to the promoter of CLCNKA, the gene encoding the second chloride channel typically affected in BSND patients. Alongside several known single nucleotide polymorphisms only one previously unknown mutation, dubbed G832A, was found in CLCNKA´s promoter This mutation affects a nucleotide sequence commonly recognized by certain transcription factors. To elucidate the functional relevance of G832A, an established in vitro model for promoter-controlled gene expression was used in three different kidney cell lines.
These experiments showed a reduction of up to 77.5% of the expression of genes controlled by a promoter with the G832A mutation compared to the unaffected wildtype promoter
Although one should always be careful when translating in vitro findings to phenotypes in vivo, these results, combined with the knowledge that this patient´s phenotype typically results from mutations in both CLCNKA and CLCNKB, strongly hint that G832A contributes significantly to this patient´s disorder.
Ultimately, this study, apart from elucidating the molecular basis of another patient´s salt-losing tubulopathy, sheds a little more light on the still insufficiently understood field of compensatory mechanisms in patients with renal salt-wasting – or deafness. The step from the rather benign phenotype of classical Bartter´s syndrome (where only CLCNKB is affected) to the much more severe antenatal from with sensorineural deafness seems to be a short one – only one mutation in CLCNKA´s promoter seems to be enough. It might be possible that this is due to an insufficient compensatory upregulation of CLCNKA, and the experiments elucidating this question should be subject of further studies.
urn:nbn:de:hebis:04-z2011-05044
Nierenfunktionsstörung
Zentrum für Kinder- und Jugendmedizin
2011-07-07
monograph
2011-08-10
Promotor [Genetik]
deafness
Funktionelle Untersuchung der Bedeutung der Mutation G832A des CLCNKA-Promotors bei einer Patientin mit renalem Salzverlust und Taubheit
Philipps-Universität Marburg
PRESERVATION_MASTER
VIEW
Image
PRESERVATION_MASTER