Förderkennzeichen 01GM1105

Partner und Teilprojekte in IonNeurONet

 

TP 1: Koordination und Management

Prof. Dr. Holger Lerche
Universität Tübingen
Neurologische Universitätsklinik, Abteilung für Neurologie Schwerpunkt Epileptologie & Hertie-Institut für klinische Hirnforschung

Dr. Holm Graessner
Universität Tübingen
Zentrum für seltene Erkrankungen Tübingen

Beschreibung

Dieses Subprojekt wird ein deutsches Netzwerk für Versorgung und Rekrutierung von Ionenkanalerkrankungen für das Projekt aufbauen und die organisatorische Struktur des Projektes bereitstellen. Diese besteht aus einem Projektmanager, einem Leitungskomitee und einem externen Beirat. Monitorierung und Qualitätssicherung des Projektes werden über geeignete Prozeduren implementiert. Die interne und externe Kommunikation wird organisiert. Zudem wird das Netzwerk die Interaktionen mit in- und ausländischen Ionenkanalforschern stärken, indem ein Trainings- und Ausbildungsschema entwickelt wird, das ein Trainingsprogramm für Kliniker und Jahrestreffen beinhaltet. Die Webpräsenz wird entsprechend der Netzwerk- und Projektanforderungen gestaltet werden, die Sichtbarkeit des Projektes erhöhen und zudem die Kommunikation mit den unterschiedlichen Stakeholdern unterstützen, wie zwischen den Mitgliedern des Konsortiums, mit der wissenschaftlichen Gemeinschaft, mit der Öffentlichkeit und insbesondere mit Patienten, die an Ionenkanalerkrankungen leiden, ihren Familien und sowie ärztlichen Kollegen.

TP 3: Pathogenese der hypokaliämischen periodischen Paralysen (HypoPP)

PD Dr. Karin Jurkat-Rott / Prof. Dr. Dr. h.c. Frank Lehmann-Horn
Universität Ulm
Division of Neurophysiology

Beschreibung

Hypokäliämische periodische Paralysen (HypoPP) sind wiederkehrende, schlaffe Tetraparesen, die von einer Serumkaliumerniedrigung ausgelöst werden. HypoPP ist eine autosomal dominante Muskelerkrankung mit einer Prävalenz von 1:100.000. Es gibt keine wirklich effektive Therapie. Viele Betroffene entwickeln eine chronisch progressive Myopathie. Genetisch ursächlich sind Mutationen in den Spannungssensoren zweier Kationenkanäle, dem Natriumkanal Nav1.4 and dem Kalziumkanal Cav1.1. Vor kurzem entdeckten wir iktal eine myoplasmatische Akkumulation von Natrium und Wasser im depolarisierten Muskel. Wir wollen die häufigsten Mutationen funktionell untersuchen, inbesondere die veränderten Ströme durch die ionenselektive Pore und die Spannungssensor-Poren. Zudem wollen wir Substanzen identifizieren, die zur Muskelrepolarisation in-vitro und in-vivo führen. Da eine Repolarisation mit Normalisierung des Gewebegehalts an Natrium und Wasser einhergeht, könnten die Substanzen auch die Muskeldegeneration verzögern, was wir an der Überlebensrate von Muskelzellkulturen untersuchen wollen. Um die phänotypische Variabilität zu beschreiben, werden wir klinische Daten rekrutieren, die Genotypen klären und in Kooperation nach weiteren ursächlichen Genen suchen.

TP 4: Genidentifizierung und Charakterisierung für hemiplegische Migräne

Prof. Dr. Christian Kubisch
Universität Ulm
Institut für Humangenetik

Beschreibung

Die hemiplegische Migräne (HM) ist eine seltene episodisch auftretende Erkrankung des Gehirns, die durch reversible Anfälle mit Halbseitenlähmung und schwere Kopfschmerzen gekennzeichnet ist. Für autosomal dominante Formen sind Mutationen in einem von zwei verschiedenen spannungs­abhängigen Ionenkanälen oder in einer Natrium-Kalium-ATPase gefunden worden, was die HM zu einer „Kanalerkrankung“ des zentralen Nervensystems macht. Allerdings finden sich bei einem größeren Teil der familiären und bei fast allen sporadischen Patienten keine Mutationen in den drei bekannten Genen, was auf eine weitere Lokusheterogenie hinweist. Das primäre Ziel des Projekts ist es, durch den Einsatz von Hochdurchsatz-Sequenzierungstechnologien bei Patienten/Familien ohne Mutationen in den drei bekannten Genen neue FHM-Gene zu identifizieren. Neu identifizierte Krankheitsgene werden durch adäquate funktionelle in vitro Analysen inklusive von detaillierten elektrophysiologischen Untersuchungen in Kooperation mit anderen Netzwerk­teilnehmern untersucht. Aufgrund der klinischen Überlappungen zwischen HM und monogenen Epilepsien und episodischen Ataxien werden wir zusätzlich neu identifizierte HM-Gene bei Patienten mit anderen episodischen Gehirn­erkrankungen untersuchen (und neue Krankheitsgene dieser Entitäten bei HM-Patienten), was unser Verständnis über die molekulare Pathophysiologie dieser seltenen und schwer belastenden periodischen Erkrankungen erweitern wird.

TP 5: Pathophysiologie der neuronalen Kv7.2 Kanalopathien in benignen familiären neonatalen Epilepsien (BFNS) und epileptischen Enzephalopathien

Dr. Snezana Maljevic
Universität Tübingen
Neurologische Universitätsklinik, Abteilung für Neurologie Schwerpunkt Epileptologie & Hertie-Institut für klinische Hirnforschung

Beschreibung

Mutationen in den Genen KCNQ2 und KCNQ3, die die spannungsabhängigen neuronalen Kaliumkanäle Kv7.2 und Kv7.3 kodieren, sind mit benignen Neugeborenenkrämpfen (BFNS) assoziiert. BFNS ist ein seltenes, gut definiertes, dominant vererbtes Epilepsiesyndrom, das in den ersten Lebenstagen entsteht und sich in den folgenden Wochen oder Monaten spontan auflöst. Die Mutationen führen zum Funktionsverlust des Kanals, so dass eine Haploinsuffizienz der wichtigste Pathomechanismus in BFNS ist. In den letzten Jahren wurden einige Kv7.2 Mutationen bei Patienten mit medikamentenresistenten Anfällen oder psychomotorischen Entwicklungs­verzögerungen beschrieben. Um die (patho)physiologische Rolle von Kv7.2 und anderen Ionenkanälen bei paroxysmalen Störungen im Allgemeinen besser zu verstehen, werden wir (i) eine detaillierte funktionelle Analyse einer Kohorte von Kv7.2 Mutationen, die mit epileptischen Enzephalopathien verbunden sind, durchführen und mittels Exom-Sequenzierung nach Modifikatoren suchen, die mit einem gutartigen oder schweren Krankheitsbild verbunden sind, (ii) eine elektrophysiologische Plattform erstellen, in welcher mittels automatisiertem Two-Electrode-Voltage-Clamp von Xenopus Oozyten und automatisiertem Patch-Clamp von Säugetierzellen funktionelle Charakterisierungen anderer Ionenkanal-Mutationen durchgeführt werden, die innerhalb des Konsortiums identifiziert wurden, und (iii) induzierte pluripotente Stammzellen (iPS-Zellen) aus Fibroblasten von Patienten mit BFNS oder epileptischer Enzephalopathie, die verschiedene Kv7.2 Mutationen tragen, generieren. Diese werden in Neurone differenziert und anschließend funktionell charakterisiert. Wir rechnen damit, die Determinanten von gutartigen oder schweren Phänotypen der Kv7 Erkrankungen zu finden und verifizieren neue genetische Defekte in Kanalopathien in Zusammenarbeit mit anderen Partnern des Konsortiums.

TP 6: Mechanismen der gestörten Oberflächenexpression und Entwicklung von Bioassays zur Verbesserung von Mutationsträgern mit Transportdefekten retinalen Kanalopathien

Prof. Dr. Bernd Wissinger
Universität Tübingen
Forschungsinstitut für Augenheilkunde

Beschreibung

Ein mangelnder intrazellulärer Transport des Kanalproteins zur Plasma­membran ist ein häufig zu beobachtender Defekt bei Ionenkanal-Erkrankungen. In diesem Projekt sollen am Beispiel der α-Untereinheit des cyclic nucleotide gated – Kationenkanals (CNG-Kanal) der Zapfen­photo­rezeptoren die molekularen Mechanismen, die zu einer reduzierten Ober­flächen­expression von mutanten Kanälen führen, im in vitro- und im in vivo-System untersucht werden, sowie ein Bioassay zur Identifizierung von Substanzen, welche die Oberflächenexpression mutanter Ionenkanäle verbessern, zur Anwendungsreife entwickelt werden.

Mutationen im CNGA3-Gen, dem Gen für die α-Untereinheit des Zapfen-CNG-Kanals sind Ursache der autosomal rezessiv vererbten Achromatopsie, einer seltenen Netzhauterkrankung mit schwerwiegender Sehbeeinträchtigung für die Betroffenen. Wir konnten zeigen, dass bei einem Teil der Kanalmutanten die Oberflächenexpression drastisch verringert ist. Wir vermuten, dass bei solchen Mutanten das Kanalprotein fehlgefaltet ist und deshalb von zellulären Proteinqualitätskontrollsystemen erkannt und entweder degradiert oder im Endoplasmatischen Retikulum (ER) zurückgehalten wird. Um diese Hypothese zu prüfen, soll mit biochemischen Methoden im Zellkultursystem untersucht werden, bei welchem(n) Schritte(n) die Proteinreifung der mutanten Kanäle gestört ist und welche Mechanismen der Proteinqualitätskontrolle daran beteiligt sind. Vergleichend dazu sollen in vivo – Versuche mittels viralem Gentransfer zur Expression trafficking-defizienten CNGA3-Mutanten in Zapfen-Photorezeptoren der Maus durchgeführt werden.

Parallel dazu soll an der Weiterentwicklung und Anwendung eines Bioassays gearbeitet werden, mit dem über den Einstrom von Calcium in die Zelle, der Einbau von CNGA3-Kanalmutanten in die Zellmembran quantitativ bestimmt werden kann. Dieses Bioassay soll dazu dienen, Substanzen zu identifizieren, die den Einbau der mutanten Kanalproteine in die Zellmembran verbessern und damit therapeutisches Potential haben.

TP 7: Genetische Diagnostik und Exome Sequenzierung in Ionenkanalerkrankungen

Dr. Saskia Biskup
CeGaT GmbH
Center for Genomics and Transciptomics

Beschreibung

Zentral für dieses Teilprojekt sind die Etablierung und die klinische Anwendung einer neuen, schnellen und kosteneffizienten Screeningmethode zur genetischen Diagnostik bei Ionenkanalerkrankungen. Nach gezielter Anreicherung der kodierenden Bereiche der ausgewählten Ionenkanal-Gene bzw. aller kodierender Bereiche eines Erbgutes („Whole Exome“) und anschließender massiver paralleler Sequenzierung wird nach genetischen Ursachen  für die jeweilige Erkrankung gesucht. Durch die von uns neu etablierte Methode besteht eine wesentlich höhere Chance, die Ursache der Erkrankung zu identifizieren, da parallel in hunderten bis tausenden Genen gesucht werden kann. Im Fokus stehen die folgenden genetischen Erkrankungen: neuromuskuläre Erkrankungen, episodische Ataxien, hemiplegische Migräne und Ionenkanalerkrankungen mit Epilepsie. Nach Ausschluss aller bekannten Mutationen in bekannten, mit den Erkrankungen assoziierten Genen besteht die Chance des Auffindens neuer Krankheitsgene, die langfristig neue Therapieoptionen eröffnen.