Alternierende Hemiplegie des Kindesalters

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Ins$tutfürNeurogene$k
AlternierendeHemiplegiedesKindesaltersalsneueManifesta4onimZusammenhang
mitMuta4onendesAdenylatcyclase-5-Gens
ChristophMax1,AnaWestenberger1,NorbertBrüggemann1,2,AloysiusDomingo1,3,KarenGrütz1,HeikePawlack1,AnneWeissbach1,AndreaA.Kühn4,Juliane
Spiegler5,AnthonyE.Lang6,JürgenSperner7,VictorS.C.Fung8,JensSchallner9,GabrieleGillessen-Kaesbach10,AlexanderMünchau1,Chris4neKlein1.
1Ins$tutfürNeurogene$k,UniversitätzuLübeck.
5KlinikfürKinder-undJugendmedizindesUniversitätsklinikumsSchleswig-Holstein.
2KlinikfürNeurologie,UniversitätzuLübeck.
6DivisionofNeurology,DepartmentofMedicine,UniversityofToronto,andthe
EdmondJ.SafraPrograminParkinson’sDisease,TorontoWesternHospital,Toronto,
Ontario,Canada.
MedicalSchool,Sydney,Australia.
9KlinikfürNeuropädiatrie,MedizinischeFakultätCarlGustavCarus,Technische
Univers$tätDresden.
7SchwerpunktpraxisNeuropädiatrie,Lübeck.
10Ins$tutfürHumangene$k,UniversitätzuLübeck.
3GraduiertenSchule,UniversitätzuLübeck.
4KlinikfürNeurologie,Charité,Humboldt-Universität,CampusVirchow-Klinikum,
Berlin.
8MovementDisordersUnit,NeurologyDepartment,WestmeadHospital&Sydney
Einleitung
DieMolekulargene$kalsTeilbereichderGene$kbeschäbigtsichunteranderemmit
Veränderungen (Muta$onen) des menschlichen Erbguts (der DNA), welche
Krankheiten verursachen oder deren Entstehung begüns$gen. Die Neurogene$k
konzentriertsichdabeiaufErkrankungendesNervensystemsunddamitverbundene
Bewegungsstörungen.
Hintergrund
WasistADCY5?
DieAdenylatcyclase-5(AC5)istdasfünbeMitgliedeinerzehnköpfigenEnzymfamilie
und katalysiert als membranständiges Protein die Bildung von zyklischem
Adenosinmonophosphat (cAMP) aus Adenosintriphosphat (ATP) (s. Abb 1). Das
Molekül cAMP wiederum ist als second messenger an vielen Signalwegen der Zelle
beteiligt(s.Abb.2).KodiertwirddasAC5-EnzymvomAdenylatcylase-5-Gen(ADCY5),
welcheswirindiesemProjektuntersuchthaben.
Abb.3:KlinischeManifesta4onen.
links: WährendeinerAgackeparoxysmalerSchwächeistbeidiesemPa$enteneinekomplegeLähmungderlinkenKörperhälbezubeobachten.
rechts: BeidiesemPa$entenzeigtsichbeimMaleneineausgeprägte,handlungsinduzierteKieferöffnungsdystonie.
Wildtyp:
D1015E:
LDF
LEF
Wildtyp:
EEK
E1025V:
EVK
AC5
Abb.1:Adenylatcyclasesystem.
(modifiziertnachBiochemistry:
AShortCourse,ThirdEdi$on,2015)
Abb.2:AC5-katalysierteReak4on.
EsfindeteineintramolekulareRingbildungvonATPzucAMPstag.
Abb.4:ChromatogrammederSanger-Sequenzierung.
BasenabfolgeinExon17bzw.18umdiejeweiligeMuta$on.Cytosin(C)–blau;Thymin(T)–rot;Guanin(G)–schwarz;Adenin(A)–grün.
links:c.3045C>Aführtzup.D1015E;rechts:c.3074A>Tführtzup.E1025V.(DreiBasenpaarekodierenjeweilsfüreineAminosäure)
StandderForschung
In den letzten vier Jahren wurden im ADCY5-Gen
verschiedene Muta$onen entdeckt, die als Ursache für eine
Gruppe komplexer Bewegungsstörungen gelten. Deren
Phänotyp ist charakterisiert durch Krankheitsbeginn im
Kindesalter, persis$erende oder paroxysmale choreiforme,
myoklonischeund/oderdystoneBewegungderGliedmaßen,
desNackensund/oderdesGesichts.1-4
ZielederArbeit
M1029K
Erforschung weiterer Manifesta$onsformen von ADCY5Genmuta$onen und dadurch Erweiterung des klinischen
Spektrums.
Methoden
•  In einer Gruppe von 108 Pa$enten, die von einer
hyperkine$schen Bewegungsstörung ungeklärter Ursache
betroffensind,wurdenalle21kodierendenExonsdesADCY5GenseinschließlichIntron/Exon-GrenzenmithilfederSangerMethodesequenziert.
•  Alle kodierenden, nicht-synonymen Varianten, die daraus
Abb.5:SequenzvergleichmitanderenSpezies.
Gezeigt ist die Aminosäuresequenz der Region des ADCY5Proteins,welchebeideMuta$onenenthält.
Sowohl die Asparaginsäure (D) an Posi$on 1015 (links), die
infolge der c.3045C>A Muta$on durch Glutaminsäure (E)
ausgetauscht wird, als auch die Glutaminsäure (E) an Posi$on
1025(rechts),dieaufgrundderc.3074A>TMuta$ondurchValin
(V) ausgetauscht wird, zeigen jeweils in verschiedenen Spezies
eine starke, evolu$onäre Konservierung. Das bedeutet, dass
diese Aminosäuren im Laufe der Evolu$on weitgehend
unverändert blieben, was für eine wich$ge Funk$on innerhalb
desProteinsspricht.
hervorgingen, wurden anschließend einer computergestütztenin-silicoAnalyseunterzogen.
Ergebnisse
•  Bei zwei der Pa$enten wurden bisher nicht beschriebene
ADCY5-Muta$onengefunden(jeweilsheterozygot):
•  InPa$entA:c.3045C>A;p.Asp1015Glu=p.D1015E
•  InPa$entB:c.3074A>T;p.Glu1025Val=p.E1025V
•  Beide Muta$onen sind evolu$onär konserviert (s. Abb. 5),
werden von in-silico Analyseprogrammen als krankheitsverursachend eingestub und fehlen in den mehr als 60.000
ExomendesExomeAggrega/onConsor/um(ExAC)Browsers.
•  DarüberhinausverändernbeideMuta$onen
Abb.6:AllebekanntenADCY5-Muta4onen.(PfeilemarkierendievonunsgefundenenMuta$onen)
oben: ProteinstrukturderAdenylatcyclase-5mittransmembranärenDomänenM1undM2und
cytoplasma$schenDomänenC1undC2
unten: Schema$scherAuvaudesADCY5-GensmiteinzelnenExons
(mitfreundlicherGenehmigungvonChris$nKrause)
Zusammenfassung&Ausblick
•  Die zwei betroffenen Pa$enten haben – möglicherweise aufgrund der
Nähe beider Muta$onen auf dem DNA-Abschnig – ein ähnliches
klinischesErscheinungsbild,dasAHC-ähnlicheSymptomebeinhaltet.
die selbe funk$onell wich$ge cytoplasma$sche Domäne, die in einem ak$ven
ZentrumderAC5eineBindungsstellefürdas
SubstratATPbildet(s.Abb.6).
•  Demnach umfasst das Phänotypenspektrum von ADCY5-Muta$onen
•  Neben einer generalisierten Chorea hagen
Muta$onen sollte bei Pa$enten mit AHC unklarer Ursache eine
molekulargene$scheAnalysevonADCY5inBetrachtgezogenwerden.
sich beide Muta$onsträger mit Agacken
paroxysmaler Schwäche bzw. Lähmung
vorgestellt, was dazu geführt hage, die
klinische Diagnose einer alternierenden
HemiplegiedesKindesalters(AHC)zustellen.
zusätzlich zu paroxysmaler Dyskinesie und persis$erender Hyperkinesie
auchdiehierbeschriebeneparoxysmaleSchwäche.
•  In Anbetracht dieses neuen Phänotyps im Zusammenhang mit ADCY5-
•  Den gene$schen Studien werden nun funk$onelle Untersuchen folgen,
umherauszufinden,wiedieMuta$onenüberGenexpressionenundauf
Protein- und Zellebene zur beschriebenen Krankheit führen. Nur so
könneneinesTagesTherapieop$onenfürBetroffeneentwickeltwerden.
Quellen
Publika4onen
Abkürzungen
Danksagungen
1.  ChenYZ,MatsushitaMM,RobertsonP,etal.Autosomaldominantfamilialdyskinesiaandfacialmyokymia:
singleexomesequencingiden$fiesamuta$oninadenylylcyclase5.ArchNeurol.2012;69(5):630-635.
2.  ChenYZ,FriedmanJR,ChenDH,etal.Gain-of-func$onADCY5muta$onsinfamilialdyskinesiawithfacial
myokymia.AnnNeurol.2014;75(4):542-549.
3.  CarapitoR,PaulN,UntrauM,etal.AdenovoADCY5muta$oncausesearly-onsetautosomaldominant
choreaanddystonia.MovDisord.2015;30(3):423-427.
4.  MencacciNE,ErroR,WiethoffS,etal.ADCY5muta$onsareanothercauseofbenignhereditarychorea.
Neurology.2015;85(1):80-88.
InKoorpera$onmitderArbeitsgruppeumF.C.Chang
derMovementDisordersUnit,Departmentof
Neurology,WestmeadHospital,Sydney,Australien,
wurdezumselbenGenbereitsfolgendesPaper
veröffentlicht:
ChangFC,WestenbergerA,DaleRC,etal.Phenotypic
insightsintoADCY5-associateddisease.MovDisord.
2016Apr8.[Epubaheadofprint]
ADCY5
AC5
ATP
cAMP
AHC
Wirmöchtenunsherzlichbeiallenteilnehmenden
Pa$entenfürihrewertvolleMitarbeitbedanken.
ChristophMaxbedanktsichbeider„Lübecker
Exzellenzmedizin“derUniversitätzuLübeckfürdie
Promo$onsförderung.
Adenylatcyclase-5(Gen)
Adenylatcyclase-5(Protein)
Adenosintriphosphat
zyklischesAdenosinmonophosphat
AlternierendeHemiplegiedes
Kindesalters