Seltene genetische Varianten in der Rolando-Epilepsie

Hintergrund Rolando-Epilepsie (RE) ist die häufigste Form untern den idiopathischen fokalen Epilepsien des Kindesalters. RE ist ein interessantes Ziel für genetische Studien, weil der Erkrankung eine starke, vermutlich oligo- bis polygenetische Ätiologie zugrunde liegt und weil die gleichen chromosomalen Loci auch für andere Epilepsien verantwortlich sein dürften (z.B. locus 15q13.3). Ein weiterer Vorteil dieser Epilepsie für genetisch Studien ist deren Häufigkeit und die typische leicht zu erkennende klinische Präsentation. Jüngste Studien haben die Wichtigkeit der Theorie der "multiple rare variants" als Ursache für häufige Erkrankungen (common diseases) belegt. (Mit "multiple rare variants" sind seltene genetische Polymorphismen mit einer Bevölkerungsfrequenz unter 5% gemeint.) Insbesondere wird argumentiert, daß damit die sog. "missing heritability", die bei vielen häufigen Erkrankungen beobachtet wird, erklärt werden könnte. Wenn diese Theorie auch auf die Rolando-Epilepsie zutrifft, dann sollten solche seltenen, ursächlich relevanten genetischen Varianten durch eine Sequenzierung des gesamten Protein-kodierenden Exoms identifiziert werden könnten. Ziel und Projektstadien Das Ziel dieser Studie ist es seltene genetische Varianten, die der Rolando-Epilepsie zugrunde liegen dürften, durch die Technik der "whole exome" Sequenzierung aufzudecken. 1. Rekrutierung: Innerhalb des CoGIE-Netzwerkes haben wir bereits 120 Multiplex Familien mit RE, >50 Eltern-Kinder Trios mit RE und 200 sporadische Patienten zur Verfügung. Diese Zahlen reichen für die initialen Phasen des Projektes. Für die späteren Konfirmationsphase (Teilprojekte IP3 und IP4) wollen wir im Rahmen dieses Verbundprojektes noch weitere Patienten rekrutieren (Ziel >375 sporadische Patienten/Trios) 2. "Whole exome"-Sequenzierung: Wir planen 25 Proben von Individuen mit familiärer Rolando-Epilepsie einer "whole-exome"-Sequenzierung zu unterziehen (Illumina GA-Plattform). Die Exome von 60 weiteren Patienten mit familiärer RE werden vom Teilprojekt AP1 (Palotie, Sanger Institut, UK) sequenziert. Insgesamt werden also 85 Exome für die weitere Analyse zur Verfügung stehen. Die Ergebnisse der "whole- exome"-Sequenzierung sowie die Ergebnisse des Teilprojektes IP3 (WGA-Studie in RE) werden zur Identifizierung von Kandidaten-Genen für die Rolando-Epilepsie führen, die im nächsten Schritt näher charakterisiert werden müssen 3. Konfirmationsphase: Wir planen in dieser Phase die Sequenzierung von Kandidaten-Genen in einer größeren Gruppe von RE-Patienten und Kontrollen. Aufgrund des beschränkten Gesamtbudgets wollen wir uns in diesem Stadium auf die 10 besten Kandidaten-Gene konzentrieren und diese mit konventionellen Methoden in 192 RE Patienten resequenzieren. Wahrscheinliche pathogene Varianten werden anschließend in noch mehr Patienten und Kontrollen genotypisiert (MALDI-TOF Technik, ~90 SNPs, 768 Individuen). Weiters soll eine Segregationsanalyse in Familien durchgeführt werden. 4. Beitrag dieses Teilprojektes zum CoGIE Verbundprojekt. In diesem Teilprojekt konzentrieren wir uns auf genetische Varianten, die die Pathogenese der Rolando-Epilepsie mit großer Effektgröße beeinflussen. Andere Teilprojekte werden die Rolle häufiger genetischer Varianten und von "copy number variations" untersuchen (IP3). Schließlich werden weitere Projekte parallele Untersuchungen zu idiopathisch generalisierten Epilepsien unternehmen und gefunde Varianten funktionell untersuchen. Gemeinsam werden diese Projekte synergistisch zur Aufdeckung von genetischen Ursachen von Epilepsien beitragen.

Im Projekt "Multiple rare variants in rolandic epilepsy" ging es um die Erforschung des genetischen Hintergrundes der häufigsten Epilepsieform des Kindesalters (sogenannte idiopathische fokale Epilepsien oder IFE). Das Spektrum dieser Epilepsien umfasst einerseits gutartige Anfallserkrankungen im Schulalter (Rolando-Epilepsie) andererseits auch schwere kindliche Gehirnerkrankungen mit Anfällen und zusätzlichen neurologischen Symptomen (z.B. Landau-Kleffner Syndrom). Vor Beginn dieses Projektes wurden zwar von vielen Experten genetische Ursachen für die IFE vermutet, genaue Details über die ursächlichen Gene waren aber nicht bekannt. In diesem internationalen Projekt gelang es nun über 250 Familien mit diesen Epilepsieformen aus Österreich, Deutschland und Kanada zu rekrutieren und mittels modernster genetischer Methoden (z.B. der sogenannten Exom-Sequenzierung) zu untersuchen. Durch eine genaue Analyse der gefundenen Genveränderungen konnte dadurch erstmals eine Reihe von zugrundeliegenden Ursachen für die IFE erkannt werden. So konnte als eine entscheidende Erkenntnis das Gen GRIN2A als wichtigster Auslöser für die IFE nachgewiesen werden. Mutationen in diesem Gen sind für ca. 7,5% idiopathischen fokalen Epilepsien verantwortlich (Lemke et al., 2013). Das Gen kodiert für eine Untereinheit des Neurotransmitter-Rezeptors NMDA, einem wichtigen Molekül für Lernvorgänge, womit eine enge Beziehung zwischen Epilepsien und Lernmechanismen nahegelegt wird. Als weitere wichtige Erkenntnis konnten längere DNA-Duplikationen, also Verdoppelungen von Abschnitten am Chromosom 16p11.2 als Ursache der idiopathisch fokalen Epilepsien identifiziert werden (Reinthaler et al. 2014). Dieses Forschungsergebnis ist auch deswegen interessant, weil die gleichen Duplikationen auch als Ursache für neuropsychiatrische Störungen wie Autismus bekannt sind und so Hinweise über gemeinsame Entstehungsmechanismen beider Erkrankungen nachgewiesen werden konnten. Zusätzlich zu den erwähnten Ursachen für die IFE konnten noch eine Reihe weiterer Gene identifiziert werden, welche bei der Entstehung der Erkrankung eine Rolle spielen dürften. Zu diesen Genen zählen etwa Rezeptoren für die Neurotransmitter GABA und die Gene DEPDC5 und RBFOX3, welche auch schon als Ursache für andere Epilepsien beschrieben worden waren. Somit konnten auch genetische Gemeinsamkeiten der IFE mit anderen Epilepsieformen nachgewiesen werden (Lal et al. 2013, 2014, Reinthaler et al. 2015).Zusammengefasst gelang es in diesem Projekt erstmals konkrete Ursachen für diese häufigen kindlichen Epilepsien zu finden. Diese Erkenntnisse stellen einen wichtigen Fortschritt für die Entschlüsselung der Mechanismen für diese Erkrankungen dar und ermöglichten gleichzeitig auch eine entscheidende Verbesserung in der Diagnostik dieser Erkrankungen.