Molekulargenetische Diagnostik von Imprinting ... - BIOspektrum

753
Methylierungsveränderungen
Molekulargenetische Diagnostik
von Imprinting-Erkrankungen
THOMAS EGGERMANN 1 , LUKAS SOELLNER 1 , SUSANNE BENS 2 , SABRINA SPENGLER 1 ,
REINER SIEBERT 2 , KARIN BUITING 3 , BERNHARD HORSTHEMKE 3 ,
MATTHIAS BEGEMANN 1
1 INSTITUT FÜR HUMANGENETIK, RWTH AACHEN
2 INSTITUT FÜR HUMANGENETIK, UNIVERSITÄT SCHLESWIG-HOLSTEIN, KIEL
3 INSTITUT FÜR HUMANGENETIK, UNIVERSITÄT ESSEN
Genomic Imprinting is defined as the expression of only one allele of a
gene in a parent-of-origin specific way, its disturbance leads to an altered
expression associated with specific syndromes. As the identification of
multilocus methylation defects made the locus specific association questionable,
molecular tests aiming on the identification of multiple loci
should be implemented in routine diagnostics as they allow an efficient
molecular characterization of patients with ambiguous phenotypes.
DOI: 10.1007/s12268-013-0388-8
© Springer-Verlag 2013
Genomische Prägung
ó Für die Entwicklung eines Organismus ist
nicht nur die Vollständigkeit der Erbinformation,
sondern auch die regelrechte Vererbung
der Erbanlagen von beiden Eltern notwendig.
Bereits 1980 postulierte Engel [1],
dass die Vererbung eines Chromosomenpaares
von nur einem Elternteil (uniparentale
Disomie, UPD) mit klinischen Auffälligkeiten
assoziiert sein sollte. Tatsächlich wurden in
den folgenden Jahren UPDs verschiedener
Chromosomen bei Patienten mit spezifischen
klinischen Bildern nachgewiesen. Als zugrunde
liegender Mechanismus wurde die elterliche
Prägung (genomic imprinting) identifiziert.
Während beim regelrechten Imprinting
nur eine Genkopie in Abhängigkeit von der
elterlichen Herkunft exprimiert wird, kommt
es bei der Störung des Imprintingmusters,
z. B. durch UPD, zu einer fehlenden oder übermäßigen
Expression beider Genkopien.
Derzeit sind ca. 80 geprägte humane Gene
bekannt, häufig sind sie zu Clustern
zusammengefasst. Die Regulation der geprägten
Gene erfolgt daher eher nicht auf Einzelgenebene,
sondern vielmehr durch übergeordnete
Chromatinstrukturen.
Verschiedene molekulare Mechanismen liegen
dem genomischen Imprinting zugrunde,
dabei wird die Expression geprägter Gene
wesentlich durch DNA-Methylierung beeinflusst.
Neben der UPD wurden drei weitere
molekulare Veränderungen beobachtet, die
bei nahezu allen bekannten Imprinting-
Erkrankungen auftreten (Tab. 1, Abb. 1):
chromosomale Imbalancen (Deletionen/Duplikationen),
aberrante DNA-Methylierungsmuster
(Hypo- oder Hypermethylierungen)
mit oder ohne Veränderung der genomischen
Sequenz und Punktmutationen in geprägten
Genen. Die Gruppe der angeborenen Imprinting-Erkrankungen
umfasst derzeit acht
Krankheitsbilder, die außer durch die genannten
gleichartigen molekularen Veränderungen
auch durch teilweise überlappende kli-
¯ Abb. 1: Molekulare Veränderungen bei
Imprinting-Erkrankungen. Beispielhaft ist die
Expression eines nicht geprägten Gens sowie
jeweils eines maternal und eines paternal
geprägten Gens dargestellt. Während das nicht
geprägte Gen von Veränderungen der Methylierung
nicht betroffen ist und damit eine gleichbleibende
Expression zeigt, führen molekulare
Veränderungen durch die verschiedenen (Epi-)
Mutationstypen bei geprägten Genen zur veränderten
Genproduktmenge. UPD: uniparentale
Disomie.
BIOspektrum | 07.13 | 19. Jahrgang

754 WISSENSCHAFT · SPECIAL: MOLEKULARE DIAGNOSTIK
Tab. 1: Übersicht über die derzeit bekannten acht angeborenen Imprinting-Erkrankungen, die nachweisbaren molekularen Veränderungen und die klinischen Hauptmerkmale.
Imprinting-Erkrankung Synonym/ Häufigkeit OMIM Chromosom/ (Epi-)Mutationstyp Detektionsrate Hauptmerkmale
Abkürzung geprägte Region der einzelnen (Epi-)
Mutationstypen
Transienter neonataler TNDM 1/800.000 601410 6q24: PLAGL1(ZAC1)/ – upd(6)pat 40 % pränataler Kleinwuchs, transienter Diabetes mit
Diabetes mellitus HYMA1 – paternale Duplikation 40 % Dehydratation, Hyperglykämie, fehlende Keto-
– Hypomethylierung 20 % azidose, Makroglossie, Nabelhernie
Silver-Russell-Syndrom Russell-Silver- 1/10.000 180860 7 – upd(7)mat ∼ 10 % prä-/postnataler Kleinwuchs, relative Makro-
Syndrom, SRS, RSS 11p15: IGF2/H19 – upd(11p15)mat ein Fall berichtet cephalie, Asymmetrie, dreieckiges Gesicht
– Duplikationen matern. Materials < 1 %
– Hypomethylierung > 38 %
Beckwith-Wiedemann- Wiedemann-Beck-with- 1/15.000 130650 11p15: ICR1: IGF2/H19; – upd(11p15)pat ∼ 20 % prä- und postnataler Großwuchs, Organo-
Syndrom Syndrom, EMG-Syndrom, ICR2: KCNQ1OT1/LIT1; – chromosomale Aberrationen 2–4 % megalie, Makroglossie, Omphalozele, neonatale
BWS CDKN1C – Hypermethylierung 5–10 % Hypoglykämie, Hemihypertrophie, Tumorrisiko
– Hypomethylierung 40–50 %
– Punktmutation 5 % (sporadisch),
40–50 % (familiär)
upd(14)pat-Syndrome Wang-Syndrom selten 608149 14q32 – upd(14)pat ? pränataler Kleinwuchs, Polyhydramnion,
– Deletionen matern. Materials Bauchwanddefekte, glockenförmiger Thorax
– Methylierungsdefekte mit coat-hanger rib sign
upd(14)mat-Syndrom Temple-Syndrom selten 14q32: DLK1(MEG3)/ – upd(14)mat ? prä-/postnataler Kleinwuchs, kleine Hände
GTL2 – Deletionen patern. Materials und Füße, stammbetonte Adipositas, muskuläre
– Methylierungsdefekte Hypotonie mit Fütterungsproblemen, frühzeitige
Pubertät
Prader-Willi-Syndrom Prader-Labhart-Willi- 1/25.000– 176270 15q11q13 – Deletionen patern. Materials 70 % Muskelschwäche, Fütterungsprobleme,
Syndrom, PWS 1/10.000 – upd(15)mat ∼ 30 % Adipositas, Hyperphagie, Kleinwuchs,
– Methylierungsdefekte ∼ 1 % Hypogonadismus, geistige Behinderung
Angelman-Syndrom Happy Puppet-Syndrom, 1/20.000– 105830 15q11q13: UBE3A – Deletionen matern. Materials 70 % Mikrozephalie, Ataxie, Epilepsie, Ruhelosigkeit,
AS 1/12.000 – upd(15)pat 1–3 % häufiges Lachen, geistige Behinderung, keine
– Methylierungsdefekte ∼ 4 % Sprache
– Punktmutationen 10–15 %
Pseudohypopara- PHPIb selten 603233 20q13: GNAS maternal vererbte Deletionen, ? isolierte renale PTH-Resistenz
thyroidismus Ib die aberrante Methylierungen
bewirken
nische Merkmale charakterisiert
sind (Tab. 1).
Für alle bekannten Imprinting-
Erkrankungen ist die Assoziation
zwischen Erkrankung und spezifischer,
nur auf einen Genlocus
beschränkter Imprinting-Veränderung
berichtet (Tab. 1). Daher
war es erstaunlich, dass bei
Patienten mit transientem neonatalem
Diabetes mellitus
(TNDM) neben der typischen
6q24-Hypomethylierung Imprinting-Störungen
weiterer Loci zu
beobachten waren [2]. Bei mehreren
Imprinting-Erkrankungen
wurde zwischenzeitlich ein solcher
Multilocus-Methylierungsdefekt
(MLMD) berichtet, allerdings
scheint er nur beim TNDM,
Silver-Russell-Syndrom (SRS) und
Beckwith-Wiedemann-Syndrom
(BWS) häufiger aufzutreten. Interessanterweise
zeigen BWS- bzw.
SRS-Patienten mit gleichartigen
Hypomethylierungen beider im -
printing control regions (ICRs) in
der Region 11p15 jeweils das für
die Erkrankung typische klinische
Bild, sodass derzeit unklar
ist, wie es zur Ausprägung der
spezifischen Symptomatik bei
anscheinend gleichem Epigenotyp
kommt. Möglicherweise tragen
diese Patienten ein gewebespezifisches
Mosaik, wobei die
Methylierungsstörung des für
eine Erkrankung relevanten
Locus in einem bestimmten
Gewebe zur jeweils typischen
Symptomatik führt.
Mögliche Ursachen von
Imprinting-Defekten
Während es sich bei den chromosomalen
Imbalancen (Deletionen/Duplikationen),
uniparentalen
Disomien und Punktmutationen
in geprägten Genen
um „klassische“ chromosomale
oder molekulare Mutationen handelt,
fasst man unter Epimutationen
Veränderungen der Chromatinstruktur
sowie chemischer
DNA-Modifikationen, und nicht
solche der DNA-Sequenz zusammen.
Aufgrund seiner Komplexität
und der Vielzahl der be -
BIOspektrum | 07.13 | 19. Jahrgang

755
teiligten Faktoren ist der humane Imprinting-
Zyklus anfällig für Fehler. Diese können bei
der Löschung der Prägung in den Keimzellen,
während ihrer Etablierung oder bei der
Aufrechterhaltung über die Zellteilungen hinweg
auftreten. Dabei können theoretisch alle
beteiligten Faktoren und Abläufe betroffen
sein, auch kann die Fehlerrate durch prädisponierende
cis- und/oder trans-agierende
Varianten oder Umwelteinflüsse beeinflusst
werden. Bei cis-wirkenden Faktoren handelt
es sich um molekulare Veränderungen, die
auf dem gleichen Chromosom in unmittelbarer
Nähe zum geprägten Locus auf diesen
einwirken. So wurden bei BWS-Patienten ciswirkende
Deletionen der ICR1 in 11p15
berichtet: Familienmitglieder zeigten hier
nur dann das klinische Bild eines BWS, wenn
die Deletion das maternale Chromosom 11
betraf [3–5]. Der Nachweis, dass sowohl
maternal als auch paternal methylierte
Loci auf verschiedenen Chromosomen
beim MLMD durch Methylierungsverän -
derungen betroffen sind, deutet auf eine
ursächliche Beteiligung trans-agierender Faktoren
hin.
Locusspezifische Diagnostik von
Imprinting-Erkrankungen
Die derzeitige labordiagnostische Abklärung
der molekularen Defekte bei Patienten mit
Imprinting-Erkrankungen berücksichtigt im
Wesentlichen zwei Aspekte:
1. Die Analytik ist in der Regel krankheitsspezifisch
ausgerichtet, das heißt in
Abhängigkeit von der klinischen Symptomatik
wird die erkrankungsspezifische
Imprinting-Region untersucht. So wird z. B.
bei klinischem Verdacht auf ein BWS spezifisch
auf Veränderungen in 11p15 getestet,
psychomotorisch retardierte und adipöse
Kinder werden in Hinblick auf das
Prader-Willi-Syndrom (PWS) (15q11–13)
untersucht.
2. Einfluss hat weiterhin das krankheitsspezifische
Spektrum von Mutationen und
Epimutationen: Während z. B. mehr als
70 Prozent der Patienten mit PWS oder
Angelman-Syndrom (AS) Deletionen in
15q11–13 tragen, steht bei Kindern mit
SRS eine Methylierungsstörung in 11p15
im Vordergrund. Unabhängig von diesen
unterschiedlichen Häufigkeiten sollte aber
bei allen Imprinting-Erkrankungen zuerst
ein Methylierungstest durchgeführt werden,
da dieser nahezu alle genomischen
und epigenetischen Veränderungen detektiert.
Vor diesem Hintergrund ist die Mehrzahl der
verwendeten Methoden und Algorithmen
indikationsspezifisch ausgerichtet (Tab. 2),
weiterhin tragen sie dem breiten Spektrum
von (Epi-)Mutationen durch einen kombinierten
Einsatz von methylierungssensitiven,
quantitativen und Sequenzierverfahren Rechnung
[6, 7].
Bei den aktuell eingesetzten Techniken lassen
sich rein auf die Gendosis ausgerichtete
Verfahren und quantitativ/methylierungssensitive
Methoden unterscheiden (Tab. 2);
dabei können mit den rein quantitativen Verfahren
bereits zum Teil genomweite hochauflösende
Analysen durchgeführt werden,
die den Nachweis von Imbalancen sowie – im
Falle von SNP-Arrays einschließlich Unter -
suchung elterlicher DNA-Proben – von
UPDs geprägten Regionen erlauben (Abb. 2).
Methylierungsveränderungen sind aber auf
diese Weise nicht darstellbar, sodass diese
Methoden zur molekularen Diagnostik von
Imprinting-Erkrankungen mit einem hohen
Anteil von Methylierungsdefekten nicht geeignet
sind. Dagegen können mit den methylierungssensitiven
Methoden auch quantitative
Veränderungen detektierbar sein. Bei auffälligem
Methylierungsergebnis in diesen Tests
kann dann aber eine Unterscheidung zwischen
den verschiedenen (Epi-)Mutationsklassen
(Imbalance, UPD, Epimutation) durch
zusätzliche Analysen notwendig werden.
Berücksichtigt werden sollte aber auch die
Sensitivität einer Methodik, um genomische
oder epigenetische Mosaike zu erfassen, die
bei einzelnen Erkrankungen wie dem SRS
und dem BWS von erheblicher Bedeutung
sind.
Zusammenfassend sollte also bei der molekulargenetischen
Testung von Imprinting-
Erkrankungen den methylierungssensitiven
Verfahren der Vorzug gegeben werden, da je
nach Befund und Krankheitsbild unterschiedliche
molekulare Veränderungen möglich
sind.
Einschränkungen der
locusspezifischen Diagnostik und
Nutzen der Multilocus-Testung
Da nahezu alle bekannten Imprinting-Erkrankungen
mit heterogenen klinischen Merkmalen
assoziiert sind, erscheint die Entscheidung
für eine locusspezifische Diagnostik
bei Vorliegen des charakteristischen
Vollbildes sinnvoll, diese wird aber im Falle
einer abgeschwächten Symptomatik oder
eines teilweise unspezifischen klinischen Bildes
wesentlich erschwert. Hinzu kommen die
teilweise überlappenden phänotypischen Auffälligkeiten
der verschiedenen Imprinting-
Erkrankungen: So sollte bei milder PWS-
Symptomatik (Hypotonie, Adipositas) und
molekularem Ausschluss einer Chromosom-
15-Störung an das Vorliegen eines
upd(14)mat-Syndroms gedacht werden.
Die locusspezifische Ausrichtung der molekularen
Testung beim Vorliegen ungewöhnlicher
klinischer Symptome wird daher zunehmend
infrage gestellt: Hier kann die Testung
mehrerer geprägter Loci auf verschiedenen
Chromosomen (Multilocus-Analytik) zum
Nachweis epigenetischer und genomischer
Veränderungen führen [8], die mit Einzellocus-Tests
nicht erfasst werden. Beispiele hierfür
sind neben den Fällen mit MLMD auch
solche mit genomweiter paternaler UPD im
BIOspektrum | 07.13 | 19. Jahrgang

756 WISSENSCHAFT · SPECIAL: MOLEKULARE DIAGNOSTIK
Tab. 2: Diagnostische Verfahren zum Nachweis genomischer und epigenetischer Veränderungen in Imprinting-Regionen.
Methode Nachweis von Zahl der Loci/Test Vorteile Nachteile
UPD CNVs Epimutation
Auf genomische Imbalancen ausgerichtete Tests, Methylierungstestung nicht möglich
Mikrosatelliten-Analyse ja einzelne Loci nein einzelne Loci schnell, kostengünstig, Quantifizierung keine Unterscheidung zwischen UPD und CNV möglich,
(MSA) möglich DNA-Probe mindestens eines Elternteils notwendig
Konventionelle nein > 5 Mb nein gesamtes Genom genomweiter Nachweis großer balancierter/ geringe Auflösung (> 5 Mb), Zellkultur notwendig
Zytogenetik unbalancierter Umbauten
FISH nein Einzellocus nein einzelne Loci kleine Deletionen/(Duplikationen) Mikroduplikationen nur schwer identifizierbar: Informationen
zur betroffenen Region notwendig, Zellkultur notwendig
Molekulare Karyotypisierung SNP-Array genomweit nein gesamtes Genom hochauflösender genomweiter Nachweis kein Methylierungsnachweis, keine Detektion balancierter
(Array-CGH/SNP-Array) unbalancierter Umbauten Umbauten
Methylierungsspezifische (MS-) Tests
MS-Southern Blot ja Einzellocus ja einzelne Loci quantitativ große DNA-Mengen erforderlich, zeitaufwendig, keine Unterscheidung
zwischen (Epi-)Mutationstypen
MS-PCR ja Einzellocus ja einzelne Loci schnell, kostengünstig, Quantifizierung keine Unterscheidung zwischen (Epi-)Mutationstypen,
möglich nur semiquantitativ
MS-Pyrosequenzierung ja Einzellocus ja einzelne Loci quantitativ keine Unterscheidung zwischen (Epi-)Mutationstypen
QAMA: Real-Time-PCR- ja Einzellocus ja einzelne Loci quantitativ keine Unterscheidung zwischen (Epi-)Mutationstypen
basierter Methylierungsassay
Bisulfit-Sequenzierung ja Einzellocus ja einzelne Loci quantitativ zeitaufwendig, Klonierung oder Next Generation Sequencing
notwendig, keine Unterscheidung zwischen (Epi-)Mutationstypen
MS-MLPA ja mehrere Loci ja bis zu ca. 46 Loci quantitativ, Differenzierung zwischen (Epi-) empfindlich bzgl. DNA-Qualität
Mutationstypen möglich, Nachweis einer
MLMD
Methylierungsarray ja (ja) ja alle geprägten Genorte (hoch- quantitativ, Nachweis einer MLMD, Nachweis keine Unterscheidung zwischen (Epi-)Mutationstypen
(z. B. Bead-Array) auflösend) sowie genomweit von Methylierungsstörungen außerhalb
(niedrig auflösend) geprägter Genorte
MS-SNuPE ja mehrere Loci ja Multilocus quantitativ, Nachweis einer MLMD keine Unterscheidung zwischen (Epi-)Mutationstypen
CGH: comparative genome hybridisation; FISH: Fluoreszenz-in situ-Hybridisierung; MLPA: multiplex ligation-dependent probe amplification; MS: methylierungsspezifisch; QAMA: PCR for quantitative analysis of methylated alleles; SNP:
single nucleotide polymorphism; SNuPE: single nucleotide primer extension
BIOspektrum | 07.13 | 19. Jahrgang

757
Mosaik bei Patienten mit BWS-Merkmalen,
aber mit ungewöhnlichen, über das achte
Lebensjahr hinausgehenden Tumorereignissen.
Die gleichzeitige Testung verschiedener differenziell
methylierter Regionen (DMRs) und
geprägter Loci, aber auch mehrerer CpGs derselben
DMR durch Multilocus-Verfahren geht
einher mit einer erhöhten Sensitivität für
schwache Methylierungsmosaike, da auch
unterschiedliche CpG-Inseln der gleichen
Region unterschiedliche Methylierungsgrade
aufweisen.
Zusammenfassend bietet die Multilocus-
Testung im Vergleich zur Analyse einzelner
Loci folgende Vorteile:
– Durch die Testung mehrerer CpGs bzw.
DMRs kann der Test sensitiver sein als Einzellocus-Analysen
und somit die Aufdeckung
auch geringgradiger Epimutations-
Mosaike erlauben.
– Bei untypischen klinischen Bildern ermöglicht
sie eine parallele Analyse verschiedener
Loci.
– Mit dem gleichen Ansatz können Patienten
mit verschiedenen Syndromen und
Phänotypen, die auf eine Methylierungsstörung
hinweisen, untersucht werden; insbesondere
bei seltenen Krankheitsbildern
ist die Durchführung aufwendiger Ein -
zeluntersuchungen nicht notwendig. Mit
Ausnahme von Punktmutationen können
alle Mutations- und Epimutationstypen
(UPD, Deletionen/Duplikationen, Methylierungsstörung)
erfasst werden.
– Sie erlaubt den Nachweis eines MLMD und
genomweiter UPDs.
Auch bei den derzeit verwendeten Routineverfahren
zur Multilocus-Testung ist aber zu
berücksichtigen, dass diese methodisch
bedingt nur auf wenige geprägte Genorte ausgerichtet
sind.
Genomweite Methylierungsanalysen auf
der Basis von Array- und Next Generation
Sequencing-Verfahren bei Patienten mit klinischem
Verdacht auf das Vorliegen einer
Imprinting-Erkrankung werden zeigen, wie
das Muster aberranter Methylierungen tatsächlich
aussieht und welche Relevanz der
MLMD für die Ätiologie der Erkrankungen
hat. Auch bleibt abzuwarten, ob die implementierten
Multilocus-Tests entsprechend
modifiziert werden sollten oder ob genomweite
Verfahren hier zum Einsatz kommen
werden.
Ähnlich ist die Suche nach den genomischen
Grundlagen des MLMD zu bewerten:
Erste Berichte über genomische Mutationen
A
B
˚ Abb. 2: Ausgewählte Methoden zur Diagnostik von Imprinting-Erkrankungen. A, Mikrosatelliten-Analytik
zum Nachweis einer maternalen uniparentalen Disomie des Chromosoms 7. In beiden
untersuchten STR(short tandem repeat)-Markern lassen sich beim Patienten nur maternale Allele
nachweisen. In der MS-PCR lässt sich bei gleichem Epigenotyp nur das mütterliche Allel darstellen.
B, Testung geprägter Genloci auf Chromosom 11p15 bei unterschiedlichen Patienten. In der
MS-MLPA zeigen die Sonden, die den Methylierungszustand der geprägten ICR1-Region anzeigen,
eine Signalreduktion, somit liegt eine ICR1-Untermethylierung vor. In der MS-SNuPE-Analytik zeigen
sich für die 11p15-Genorte H19/IGF2P0 (paternal methyliert) und LIT1 (maternal methyliert)
gegensätzliche Methylierungsgrade im Sinne einer paternalen UPD dieser Region, während andere
Loci unauffällig sind. Die Mikrosatelliten-Analyse am gleichen Genort bestätigt die Duplikation
maternalen Materials.
bei Patienten mit MLMD bzw. bei deren Müttern
[9] weisen auf mögliche monogene Ursachen
hin.
Von besonderer Bedeutung ist diese Beobachtung
für die genetische Beratung: Zwar
treten Imprinting-Erkrankungen in der Regel
sporadisch auf, familiäre Fälle werden aber
immer wieder dokumentiert [10]. Dabei sind
diese familiären Fälle zwar eher auf chromosomale
Umbauten zurückzuführen und damit
bei Patienten mit Duplikationen oder Deletionen
als Ursache der Erkrankung zu beobachten,
es werden aber auch familiäre Fälle
auf der Basis einer primären Epimutation
(Mutation eines Imprintingzentrums oder
Imprintingfaktors) oder einer uniparentalen
Disomie berichtet. Daher ist es notwendig,
die Ursachen eines auffälligen Imprinting-
Tests abzuklären, zum einen im Hinblick auf
die eindeutige Einordnung des Mutations-/
Epimutationstyps (Imbalance, UPD, Methylierungsstörung,
Punktmutation), zum anderen
im Hinblick auf ein mögliches Wiederholungsrisiko.
BIOspektrum | 07.13 | 19. Jahrgang

758 WISSENSCHAFT · SPECIAL
Danksagung
Die Autoren sind Mitglieder des
vom Bundesministerium für Bildung
und Forschung geförderten
nationalen Netzwerks „Imprinting
Diseases“ (Förderkennzeichen:
01GM1114) sowie des von
der Europäischen Union im Rahmen
des COST-Programms geförderten
Netzwerks EUCID.net
(European Network of Imprinting
Disorders) (BM1208; www.imprin
ting-disorders.eu).
ó
Literatur
[1[ Engel E (1980) A new genetic concept:
uniparental disomy and its potential effect,
isodisomy. Am J Med Genet 6:137–143
[2[ Mackay DJ, Boonen SE, Clayton-Smith J et
al. (2006) A maternal hypomethylation syndrome
presenting as transient neonatal diabetes
mellitus. Hum Genet 120:262–269
[3[ Sparago A, Cerrato F, Vernucci M et al.
(2004) Microdeletions in the human H19
DMR result in loss of IGF2 imprinting and
Beckwith-Wiedemann syndrome.
Nat Genet 36:958–960
[4[ Prawitt D, Enklaar T, Gärtner-Rupprecht
B et al. (2005) Microdeletion of target sites
for insulator protein CTCF in a chromosome
11p15 imprinting center in Beckwith-
Wiedemann syndrome and Wilms’ tumor.
Proc Natl Acad Sci USA 102:4085–4090
[5[ Cerrato F, Sparago A, Verde G et al.
(2008) Different mechanisms cause imprinting
defects at the IGF2/H19 locus in
Beckwith-Wiedemann syndrome and Wilms’
tumour. Hum Mol Genet 15:1427–1435
[6[ Ramsden SC, Clayton-Smith J, Birch R et
al. (2010) Practice guidelines for the molecular
analysis of Prader-Willi and Angelman
syndromes. BMC Med Genet 11:70
AUTOREN
[7[ Eggermann T, Begemann M, Binder G
et al. (2010) Silver-Russell syndrome: genetic
basis and molecular genetic testing.
Orphanet J Rare Dis 5:19
[8[ Azzi S, Rossignol S, Steunou V et al.
(2009) Multilocus analysis in a large cohort
of 11p15-related foetal growth disorders
(Russell Silver and Beckwith Wiedemann
syndromes) reveals simultaneous loss of
methylation at paternal and maternal imprinted
loci. Hum Mol Genet 18:4724–4733
[9[ Meyer E, Lim D, Pasha S et al. (2009)
Germline mutation in NLRP2 (NALP2) in a
familial imprinting disorder (Beckwith-
Wiedemann Syndrome). PLoS Genet
5:e1000423
[10[ Bartholdi D, Krajewska-Walasek M,
Ounap K et al. (2009) Epigenetic mutations
of the imprinted IGF2-H19 domain in Silver-
Russell syndrome (SRS): results from a large
cohort of patients with SRS and SRS-like phenotypes.
Am J Med Genet 46:192–197
Korrespondenzadresse:
Prof. Dr. Thomas Eggermann
Institut für Humangenetik
RWTH Aachen
Pauwelsstraße 30
D-52074 Aachen
Tel.: 0241-80-88008
Fax: 0241-80-82394
teggermann@ukaachen.de
Thomas Eggermann, Lukas Soellner, Susanne Bens, Sabrina Spengler,
Reiner Siebert, Karin Buiting, Bernhard Horsthemke und Matthias Begemann
(v. l. n. r.)
Die Autorinnen und Autoren sind Mitglieder des vom BMBF geförderten Netzwerks
„Imprinting-Erkrankungen“ (Förderkennzeichen: 01G1114), das die
Ursachen angeborener Imprinting-Erkrankungen verfolgt, mit dem Ziel, Diagnostik
und Betreuung von Patienten mit diesen seltenen Erkrankungen zu
verbessern.
Arzneimittel in den Schlagzeilen
Epigenetischer Modulator als
Wunderwaffe für das Herz?
ó Die Beteiligung epigenetischer Mechanismen an physiologischen
und pathologischen Prozessen wird zurzeit in vielen
Bereichen der Biomedizin sehr aktiv erforscht. Im Vordergrund
stehen dabei die Entwicklungsbiologie sowie die Krebsforschung,
aber es rücken auch andere Organsysteme und Erkrankungen
mehr und mehr in den Fokus. Eine aktuelle Arbeit
von P. Anand und Kollegen in Cell ((2013) 154:569–582) zeigt,
dass Bromodomänen-Proteine eine wichtige Rolle in der Pathogenese
und Therapie der Herzhypertrophie und -Insuffizienz
spielen könnten. Bromodomänen wurden zuerst bei Drosophila
entdeckt. Sie erkennen und binden sich an acetylierte
Histone im Zellkern und modulieren dadurch die Chromatinstruktur
und die Genexpression. Einem internationalen Team
unter der Leitung von James Bradner, Harvard University, gelang
bereits 2010 die Identifizierung einer niedermolekularen
Verbindung, JQ1, die die Bindung des Bromodomänen-Proteins
BRD4 an acetylierte Histone verhindet (Abb.). Aufgrund
dieser Eigenschaft bewirkt JQ1 eine Hemmung des Wachstums
von Plattenepithel-Karzinomen und multiplen Myelomzellen.
In der aktuellen Arbeit kann nun gezeigt werden, dass
JQ1 auch das pathologische Wachstum von Herzmuskelzellen
in vitro und von Mausherzen nach chronischer Druckbelastung
in vivo hemmen kann. Nicht nur die kardiale Hypertrophie wurde
durch JQ1 vermindert, auch die Pumpfunktion wurde deutlich
verbessert. Auf molekularer Ebene hemmte JQ1 die Elongation
bei der Transkription und verminderte dadurch die pathologische
Genexpression (Abb.).
Y Das Ausmaß der durch JQ1 in vitro und in vivo erzielten
„therapeutischen“ Effekte ist sehr beeindruckend. Dies mag
auch erklären, weshalb Bromodomänen-Proteine als Angriffspunkte
für neue Arzneistoffe große Hoffnungen wecken. Aber
Vorsicht: JQ1 hemmt bei männlichen Mäusen die Spermatogenese
und könnte den Weg zu einem Kontrazeptivum für den
Mann weisen (Matzuk MM et al., Cell (2012) 150:673). Aber die
potente Interferenz mit essenziellen Vorgängen im Körper könnte
auch die Gefahr für schwere unerwünschte Nebenwirkungen
bergen!
Lutz Hein, Freiburg ó
BIOspektrum | 07.13 | 19. Jahrgang