Klinik und Genetik der heterogenen spinalen Muskelatrophie mit Atemnot (SMARD)
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die spinale Muskelatrophie mit „respiratory distress" Typ 1 (SMARDI) ist eine autosomal rezessive Vorderhornerinrankung des Kindes- und Jugendalters, die durch eine distal betonte Muskelschwäche und eine lebensbedrohliche Atemnot aufgrund einer Zwerchfelllähmung gekennzeichnet ist. In den vergangenen Jahren konnten wir das krankheitsverursachende Gen, das Immunoglobulin p-bindende Protein 2 (IGHMBP2)-Gen identifizieren und die Erkrankung SMARDI klinisch und genetisch charakterisieren. Es gelang uns, die Pathophysiologie der SMARDI u.a. durch Untersuchung des korrespondierenden Mausmodells, der nmd (neuromuscular degeneration)-Maus, zu determinieren und richtungsweisende immunhistochemische Untersuchungen an Motoneuronenzellkulturen der Tiere durchzuführen. Auf diese Untersuchungen basierend stellte sich uns die Frage nach der enzymatischen Aktivität des lGHMBP2-Proteins. Wir etablierten erfolgreich verschiedenen funktionelle Assays, die eine Charakterisierung des Wildtyp-IGHMBP2 und den Vergleich mit der Aktivität ausgewählter SMARD1-IGHMBP2-Mutanten zuließen. Mit den in diesem Projektabschnitt durchgeführten Experimenten gelang uns ein eindeutiger Nachweis, dass IGHMBP2 eine aktive ATPase und Helikase ist, die RNA und DNA-Duplices in vitro entwindet. Diese funktioniert in einer festgelegten Entwindungsrichtung von 5'- nach 3'. SMARDI-Mutanten zeigten eine verschiedenstarke Schwächung ihrer Nukleinsäurebindungskapazität. Sieben der insgesamt neun untersuchten Mutanten wiesen einen Verlust der ATPase- und der RNA/DNA-Helikase-Aktivität auf. Eine Mutante zeigte eine Entkopplung der weiterhin intakten ATPase-Aktivität von der reduzierten Helikaseaktivität und eine weitere Mutante zeigt volle enzymatische Aktivität bei allerdings reduzierter intrazellulärer Proteinmenge. Unsere Kooperationspartner identifizierten IGHMBP2 als einen Faktor, der im Zytoplasma der Zelle mit Ribosomen assoziiert vorliegt. Interessanterweise zeigten mit mutanten Konstrukten transfizierte Zellen keine Unterschiede in der Lokalisation des mutierten IGHMBP2 noch in seiner Kolokalisation mit Ribosomen im Vergleich zu Wildtyp-IGHMBP2. Daraus folgerten wir, dass der für die SMARDI ursächliche Defekt nicht in der Dissoziation des IGHMBP2 von den Ribosomen zu suchen ist. Anstelle dessen scheinen die SMARDI-Mutationen spezifisch die katalytische Aktivität des IGHMBP2 zu beeinflussen. Mit dieser Arbeit konnten wir somit erstmals nachweisen, dass die biochemische Grundlage der Erkrankung SMARD1 der Verlust der enzymatischen Aktivität des IGHMBP2-Proteins mit seinen Auswirkungen ist - ein entscheidender Schritt in Richtung möglicher therapeutischer Optionen bei dieser schweren Erkrankung.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2007) Clinical and mutational profile in spinal muscular atrophy with respiratory distress (SMARD): Defining novel phenotypes through hierarchical cluster analysis. Hum Mut 28: 808-815
Guenther UP, Varon R, Schlicke M, Dutrannoy V, Volk A, Hübner C, von Au K, Schuelke M
- (2008) Clinical variability in distal spinal muscular atrophy type 1 (DSMA1): determination of steady-state IGHMBP2 protein levels in five patients with infantile and juvenile disease. J Mol Med 87:31-41
Guenther UP, Handoko L, Varon R, Stephani U, Tsao C-Y, Mendell JR, Lützkendorf S, Hübner C, von Au K, Jablonka S, Dittmar G, Heinemann U, Schuetz A, Schuelke M
- (2008) IGHMBP2 is a ribosome-associated helicase inactive in the neuromuscular disorder distal SMA type 1 (DSMA1). Hum Mol Genet
Guenther UP, Handoko L, Laggerbauer B, Jablonka S, Chari A, Alzheimer M, Ohmer J, Plöttner O, Gehring N, Sickmann A, von Au K, Schuelke M, Fischer U
