Molekular-genetische Untersuchungen zur Funktion des Proteolipid-Proteins in natürlichen und transgenen Mausmutanten
Armin Schneider
Dr. med. Molekulargenetische Untersuchungen zur Funktion des Proteolipid-Proteins in natürlichen und transgenen Mausmutanten geboren am 15.05.1965 in Neckarsulm Reifeprüfung am 30.05.1984 Studiengang der Fachschule Medizin von WS 1987 bis SS 1996 Physik am 05.04.1989 an der Universität Heidelberg Klinische Studie in Heidelberg Praxisjahr in San Antonio (USA), Houston (USA), Heidelberg State Examen am 23.10.1996 an der Universität Heidelberg Promotion: Neurologie Doktorat: Prof. Dr. med. H.-M.
Als Ursache für die frühe Dysmyelinisierung der seit langem bekannten Mausmutanten
Impy
1987 konnte eine Mutation des Proteolipid-Protein-Gens identifiziert werden. Das Proteolipid-Protein (PLP), ein 4-Transmembran-Protein mit 276 Aminosäuren, ist das Hauptprotein des Myelins im zentralen Nervensystem und zeichnet sich durch eine extrem hohe evolutionäre Konservierung aus. 1989 wurden Mutationen des PLP-Gens in einigen Patienten mit der seltenen Pelizeus-Merzbach-Krankheit, einer Leukodystrophie, gefunden.
1990 wurde ein neuer dysmyelinisierter Mausmutant entwickelt,
Rumpshaker
Das ist eine sehr wichtige Frage.
In Teil I der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass die Ursache des Rumpshaker-Phänotyps in einem Aminosäurewechsel des Proteolipid-Proteins liegt (in der zweiten extrazellulären Loop). Da diese Mutation, unabhängig von den bisher bekannten PLP-Mausmutanten Impy und Impy msd, nicht letal war und keinen massiv erhöhten Oligodendrozytentod zeigte, war dies ein genetischer Beweis dafür, dass Zell und Dysmylinisierung bei PLP-Mutationen nicht miteinander gekoppelt sind, wie bisher angenommen.
Ausgehend von den drei jetzt verfügbaren PLP-Mausmutanten wurde in Teil II versucht, diese durch die Einführung eines wt-PLP-Transgens zu ergänzen (da das PLP-Gen X-Chromosomal lokalisiert ist, existiert keine zelluläre heterozygote Situation in der Natur). Dazu wurde das PLP-Gen auf einem Cosmid gekloniert und kartiert. Zwei transgene Linien wurden etabliert, die das Transgen ontogenetisch und topologisch korrekt ausdrückten. Diese transgene Linien wurden mit den Mausmutten (Impy, Impy msdzt und Rumpshaker) gekreuzt.
100% des wt-Niveaus) blieben
Impulse
und
Impy
msd
- Mäuse, die das Transgen trugen,
Sie sind im Vergleich zu ihren nichttransgenen Geschwistern phänotypisch unverändert.
Rumpshaker
Die Mutation hingegen konnte phänotypisch "genteherapiert" werden: Transgene Rumpshaker
Jimpy-Mäuse, die das wt-PLP-Gen ausdrücken, zeigen jedoch einen reduzierten Oligodendrocytentod gegenüber nicht-transgenen Impy-Tieren. Ein Modell zur Erklärung dieser Ergebnisse schlägt eine funktionelle Homo- oder Hetero-Oligomerisierung von PLP vor.
Teil III untersuchte schließlich die erstaunliche Beobachtung, dass PLP-transgene Tiere
Die in Teil II erzeugten transgenen Linien zeigten
Die Untersuchung der Tiere ergab eine starke Dysmyelinisierung der ZNS und eine massive Astrogliose. Die Oligodendrozyten scheinen weitgehend normal zu sein. Der Defekt scheint in einer Störung der terminalen Oligodendrozytendifferenzierung zu bestehen. Die Schwere der Myelin-Infektion in den transrelierten Genen ist gut festgestellt.
In Teil IV wurden schließlich einige Patienten mit der klinischen Diagnose M. Pelizaeus-Merzbacher auf eine mögliche Mutation des PLP-Gens untersucht, jedoch konnten wir in keinem Fall Hinweise auf Veränderungen des PLP-Gens in diesen Patienten liefern.
Dies stimmt mit Berichten anderer Gruppen überein, die
Die dysmyelinisierende Wirkung der PLP-Über-Expression bei transgenen Mäusen ist experimenteller Beweis dafür, dass die PLP-Dosisverdoppelung bei Pelizäus-Merzbacher-Patienten mit partieller X-Chromosom-Duplikation die wahrscheinliche Ursache für die Erkrankung ist. Dies ist der erste bekannte Beweis überhaupt, dass Dosisveränderungen einzelner Gene zur Ursache von genetischen Erkrankungen sein können, und eine interessante Parallele bei Patienten mit Charcot-Marie-Tooth-Erkrankung Typ Ia. Bei Patienten mit der klinischen Diagnose Pelizäus-Merzer und Kopchromosom-Kopplungen, bei denen bisher keine Veränderungen in den Bereichen der PLP-Regulierungsregionen vorgenommen wurden, sollte daher eine interessante Parallele bei Patienten mit Scharcot-Marie-Tooth-Erkrankung gefunden werden.
Der Mechanismus, durch den die Dosiserhöhung von PLP zur Dyselinisierung oder Demyelinisierung
Es ist jedoch nicht klar, ob es sich bei einem Patienten mit X-gekoppeltem Spastische Paraplegie um genau die gleiche Punktmutation wie bei der Rumpshaker-Maus handelt, die 1994 bei einem Patienten mit Spastischen Paraplegie entdeckt wurde.
Insgesamt stellen sich die PLP-Mutationen nun als ein breites Spektrum dar, das in den Menschen von Punktmutationen, die Spastische Paraplegie hervorrufen, über Deletionen und Duplikationen im zunehmenden Verlauf der Krankheit bis zu Punktmutationen mit dem frühsterblichen M. Pelizaeus-Merzbacher führt. Das Studium der jetzt verfügbaren Mausmodelle, die dieses Spektrum nachbilden, wird uns in Zukunft noch viele wertvolle Hinweise zum Verständnis der PLP-Mutationen liefern.