ArchivDeutsches Ärzteblatt21/2001Molekulargenetische Diagnostik beim Rett-Syndrom

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Molekulargenetische Diagnostik beim Rett-Syndrom

Dtsch Arztebl 2001; 98(21): A-1395 / B-1186 / C-1112

Klein, Wolfram; Strehl, Henning; Epplen, Jörg Thomas

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LNSLNS Zusammenfassung
Beim Rett-Syndrom führt eine Entwicklungsstörung des ZNS zu einer schwerwiegenden Erkrankung praktisch ausschließlich bei Mädchen mit den Hauptsymptomen geistige Retardierung, Mikrozephalie, Verlust der expressiven Sprache und des Handgebrauchs. Es ist eine der häufigsten Ursachen der schweren geistigen Retardierung beim Mädchen. Vor kurzem konnten Mutationen im MeCP2-Gen, das an der Transkriptionsregulation anderer Gene beteiligt ist, als Ursache für dieses Syndrom nachgewiesen werden. Die Identifizierung des MeCP2-Gens ermöglicht eine frühzeitige Diagnostik und neue Ansatzpunkte für die Erforschung der Pathogenese.

Schlüsselwörter: Rett-Syndrom, Entwicklungsstörung des ZNS, MeCP2-Gen, Mutation, Molekulargenetik

Summary
Molecular Diagnostic of Rett Syndrome
Rett syndrome is a severe neurodevelopmental disorder of the central nervous system. It affects girls almost exclusively with the main features mental retardation, loss of expressive speech and purposeful movements of the hands. Rett syndrome is one of the main causes of severe mental retardation in girls. Mutations in the MeCP2 gene, involved in transcriptional regulation of other genes, have
been shown to cause Rett syndrome. The identification of the MeCP2 gene allows an early diagnosis and will provide new insights into the pathogenesis.

Key words: rett syndrome, neurodevelopmental disorder, MeCP2 gene, mutation, molecular genetics


Der Wiener Neuropädiater Andreas Rett beschrieb erstmals im Jahr 1966 ein klinisches Syndrom, das nahezu ausschließlich bei Mädchen auftritt (9). Das Syndrom kommt unter neugeborenen Mädchen mit einer Häufigkeit von 1:10 000 bis 15 000 vor.
Nach einer normalen Geburt und einer unauffälligen Entwicklung in den ersten 6 bis 18 Lebensmonaten kommt es zur Regression. Durch Verlangsamung des Gehirnwachstums entwickeln die Mädchen eine zunehmende Mikrozephalie mit schwerer geistiger Retardierung. Bisher erworbene Fähigkeiten der expressiven Sprache sowie des sinnvollen Gebrauchs der Hände gehen verloren und werden durch stereotype, als „waschend“ beziehungsweise „knetend“ beschriebene Bewegungen ersetzt. Die Mädchen stellen die soziale Kontaktaufnahme ein und entwickeln zunehmend autistische Züge. Als weitere Symptome können Ataxien, Epilepsien, Atmungsstörungen und eine Skoliose auftreten (3). Die Ausprägung der einzelnen Symptome ist großen individuellen Schwankungen unterworfen.
Identifizierung des ursächlichen Gens
Die beschriebenen familiären Fälle und das ausschließliche Vorkommen des Rett-Syndroms (RTT) bei Mädchen ließen vermuten, dass das RTT durch ein Gen auf dem X-Chromosom verursacht wird. Man nahm an, dass ein hemizygot vorliegendes, mutiertes Allel dieses Gens bei Jungen bereits intrauterin letale Auswirkungen hat. Durch Kopplungsuntersuchungen in den betroffenen Familien wurde die Region auf dem X-Chromosom, in der das krankheitsverursachende Gen vermutet wurde, weiter eingegrenzt (10, 11). Im November 1999 wies die Gruppe von Amir und Mitarbeitern im so genannten MeCP2-Gen („methyl-cytosin binding protein 2“) Mutationen nach, die ausschließlich bei Mädchen mit Rett-Syndrom vorhanden waren (2). Diese Mutationen waren bei den Patientinnen neu aufgetreten, das heißt sie waren bei den Eltern nicht nachweisbar. In der Zwischenzeit wurden von mehreren Arbeitsgruppen Mutationen im MeCP2-Gen als Ursache für das RTT bestätigt (4, 6, 12, 14). Zwei Beispiele aus der RTT-Diagnostik der Autoren sind in Grafik 1 dargestellt.
Rolle von MeCP2 in der Transkriptionsregulation
Das Protein MeCP2 ist schon seit längerer Zeit bekannt. Es bindet an bestimmte DNA-Sequenzmotive, methylierte CpG-Dinukleotide. Im menschlichen Genom können Cytosine, denen in 5'-Richtung ein Guanin folgt, von speziellen Enzymen (Methylasen) methyliert werden. CpG-Dinukleotide befinden sich gehäuft in Bereichen des Genoms, die an der Transkriptionsregulation von Genen beteiligt sind.
Im Promotorbereich vieler Gene lassen sich so genannte CpG-Inseln finden. Wenn MeCP2 an diese Dinukleotide bindet, kann es über die Interaktion mit einem Kofaktor, der
Histonproteindeacetylase, die Deacetylierung von Histonproteinen vermitteln. Histonproteine sind an der Kondensation („Verpackung“) des DNA-Doppelstrangs beteiligt. Die Deacetylierung der Histonproteine bewirkt eine stärkere Kondensation des Chromatins und macht Gene, die sich in diesen dichtgepackten Bereichen befinden, unzugänglich für die Transkriptionsmaschinerie des Zellkerns.
Pathogenese
Zur Kompensation der Gendosis der auf dem X-Chromosom lokalisierten Gene wird bei weiblichen Individuen in jeder Körperzelle eines der bei-
den X-Chromosomen inaktiviert.
Bei Mädchen, bei denen eine Ko-
pie des MeCP2-Gens eine Mutation enthält, wird in den Körperzellen, in denen das X-Chromosom mit dem
nicht mutierten Allel inaktiviert wurde, kein voll funktionsfähiges MeCP2-Protein synthetisiert, während in den Körperzellen, in denen das X-Chromosom mit dem mutierten Allel inaktiviert wurde, funktionsfähiges MeCP2 vorhanden ist. Bei diesen Mädchen ist somit ein Mosaik mit Zellen vorhanden, die funktionsfähiges MeCP2-Protein und Zellen die funktionsloses
beziehungsweise in seiner Funktion eingeschränktes MeCP2-Protein enthalten (Grafik 2). Durch den Funktionsverlust kommt es in diesen Zellen vermutlich dazu, dass Gene die während der Entwicklung des ZNS normalerweise inaktiviert werden, weiterhin transkribiert werden.
Welche Gene fehlreguliert und vor allem welche Gene für die klinische Symptomatik des RTT verantwortlich sind, ist noch unklar und bedarf weiterer Forschung. Ebenso ist noch ungeklärt, warum die Symptomatik des RTT überwiegend auf das ZNS beschränkt bleibt, obwohl MeCP2 ubiquitär in allen Körperzellen vorhanden ist.
Mutationen im MeCP2-Gen
Einige Mutationen wurden von verschiedenen Arbeitsgruppen im MeCP2-Gen beschrieben. Es sind Punktmutatio-
nen (Austausche einzelner Nukleotide) und Deletionen beziehungsweise Insertionen mehrerer Nukleotide gefunden worden. Diese Mutationen führen entweder zum Austausch einer einzelnen Aminosäure (Missense-Mutationen) oder durch ein Stoppkodon (Nonsense-Mutation) zu einer vorzeitigen Beendigung der Translation und dadurch zu einem verkürzten Protein.
Im Rahmen der molekulargenetischen Diagnostik haben die Autoren eine Mutation identifiziert, die vermutlich zum falschen Spleißen eines Introns im Verlauf der mRNA-Prozessierung führt. Nicht bei allen Mädchen, bei denen klinisch die Diagnose eines Rett-Syndroms gestellt wurde, ließ sich eine Mutation im MeCP2-Gen identifizieren. Dies kann darauf beruhen, dass im Rahmen der molekulargenetischen Diagnostik in erster Linie die proteinkodierende Sequenz des MeCP2-Gens untersucht wird und daher Mutationen, die sich in regulatorischen Bereichen des Gens befinden, nicht erfasst werden. Andererseits könnte es sich beim klinisch definierten RTT auch um ein heterogenes Krankheitsbild handeln, das auch durch Mutationen in anderen Genen beziehungsweise bisher noch unbekannten Umweltfaktoren hervorgerufen wird.
Molekulargenetische Diagnostik
Durch die gezielte Suche nach Mutationen im MeCP2-Gen bei Mädchen mit klinischem Verdacht auf Rett-Syndrom kann in einer Vielzahl von Fällen die Diagnose in einem frühen Erkrankungsstadium gesichert werden. Nicht jede Abweichung der DNA-Sequenz ist jedoch gleichbedeutend mit einer krankheitsverursachenden Mutation. So fanden wir bei einem Mädchen, bei dem der klinische Verdacht eines RTT bestand, eine Abweichung der DNA-Sequenz, die einen Aminosäureaustausch bewirkt.
Die gleiche Abweichung fand sich auch beim Vater sowie bei mehreren gesunden Personen wieder, sodass es sich bei dieser Abweichung um einen für die Erkrankung irrelevanten Polymorphismus handelt.
Der sich aus einer frühzeitigen Diagnostik ergebenden Möglichkeit eines besseren Verständnisses und der damit eventuell verbundenen besseren Verarbeitung des Krankheitsbilds durch die Eltern steht aber die schlechte Prognose einer progredienten Erkrankung gegenüber, für die es derzeit noch keine kausale Therapie gibt. Deshalb muss vor einer molekulargenetischen Diagnostik eine ausführliche Beratung der Eltern durch den behandelnden Kinderarzt oder gegebenenfalls durch einen Humangenetiker erfolgen.
Unterschiedliche Ausprägung des Rett-Syndroms
Bisher war unklar, ob bei Mädchen, die nur von einem Teil der Krankheitszeichen beziehungsweise von abgeschwächten Symptomen betroffen sind, eine milde Verlaufsform des RTT oder ein anderes Erkrankungsbild vorliegt. Bei einigen dieser Fälle wies die molekulargenetische Untersuchung eine Mutation im MeCP2-Gen nach (5). Warum es zu dieser unterschiedlichen Ausprägung der Symptome kommt, ist noch nicht geklärt. Möglicherweise spielt die Art der Mutation eine Rolle. So könnte sich eine Nonsense-Mutation, bei der kein funktionsfähiges MeCP2-Protein mehr gebildet wird, schwerwiegender auf den Phänotyp auswirken als eine Missense-Mutation, bei der das MECP2-Protein noch Restaktivität besitzt.
Ein gewisser Einfluss auf die Symptomatik wird auch der X-Chromosom-Inaktivierung zugeschrieben. Wird zum Beispiel während der
Embryogenese in den Vorläuferzellen des Zentralnervensystems häufiger das X-Chromosom mit dem mutierten MeCP2-Gen inaktiviert, könnte dies einen milderen Phänotyp zur Folge haben. Im umgekehrten Fall könnte sich eine schwerwiegende Symptomatik einstellen. Eine Prognose des Verlaufs ist für den Einzelfall nur in weiten Grenzen möglich.
Vererbung
Die Zahl der familiären Fälle des RTT liegt unter einem Prozent. In den meisten Fällen handelt es sich bei den genetischen Veränderungen um Neumutationen, die nicht bei den Eltern nachweisbar sind, sodass es für weitere Kinder dieser Eltern praktisch kein erhöhtes Wiederholungsrisiko gibt. Die beobachteten Ausnahmen von dieser Regel lassen sich durch die folgenden Mechanismen erklären.
c Keimbahnmosaike: Eine Mutation im MeCP2-Gen kann bei einem Elternteil während der Embryogenese in einer Vorläuferzelle der Keimzellen stattgefunden haben. Diese Mutation hat bei dem betroffenen Elternteil keine phänotypischen Auswirkungen, in den Gonaden findet sich jedoch ein Mosaik von Zellen mit beziehungsweise ohne Mutation im MeCP2-Gen. Diese Möglichkeit lässt sich bei Eltern eines Mädchens mit RTT durch molekulargenetische Routineuntersuchungen nicht ausschließen. Sollte bei diesen Eltern ein weiterer Kinderwunsch bestehen, sollte ihnen nach eingehender humangenetischer Beratung und gesicherter Mutation beim betroffenen Kind eine pränatale Diagnostik angeboten werden.
c X-Chromsom-Inaktivierung: durch eine quantitativ unterschiedliche Inaktivierung der mütterlichen und väterlichen X-Chromosomen können bei einer Frau die Symptome des RTT so abgemildert vorliegen, dass die Diagnose nicht gestellt wird. In diesem Fall besteht für Töchter dieser Frau ein Risiko von 50 Prozent von
einem RTT betroffen zu sein. Durch die molekulargenetische Untersuchung der Mutter eines Mädchens mit RTT lässt sich diese Möglichkeit ausschließen.
Sind auch Jungen betroffen?
In jüngster Zeit wurden Mutationen im MeCP2-Gen bei Jungen nachgewiesen (7, 8, 13). Das klinische Bild reichte von schwerer Enzephalopathie bis zu unbestimmter mentaler Retardierung, ohne dass die klassischen klinischen Kriterien des RTT erfüllt sind. Mutationen im MeCP2-Gen sind demnach auch bei Jungen nicht letal und spielen anscheinend auch eine Rolle in der Pathogenese anderer Entwicklungsstörungen des ZNS. Weitere systematische Untersuchungen an erweiterten Patientenkollektiven werden diese Frage in naher Zukunft beantworten.
Ausblick
Die Identifizierung des mutierten MeCP2-Gens als Ursache des RTT stellt einen Meilenstein in der Aufklärung der Pathogenese der Erkrankung dar. Weitere Forschungsarbeit ist notwendig, um die Gene auszumachen, deren Fehlregulation den Phänotyp bestimmen. Aus der Kenntnis dieser fehlregulierten Gene und der daraus folgenden Störung in der Entwicklung und Funktion von Nervenzellen, wäre die Entwicklung neuartiger Therapiekonzepte denkbar. Da sich die Mädchen zunächst unauffällig entwickeln, gibt es vielleicht eine Chance, dass eine rechtzeitig einsetzende Therapie die anschließende Regression positiv beeinflussen kann.

zZitierweise dieses Beitrags:
Dt Ärztebl 2001; 98: A 1395–1398 [Heft 21]

Literatur
 1. Amir RE, Van den Veyver IB, Schultz R et al.: Influence of mutation type and X chromosome inactivation on Rett syndrome phenotypes. Ann Neurol 2000; 47: 670–679.
 2. Amir RE, Van den Veyver IB, Wan M, Tran CQ, Francke U, Zoghbi HY: Rett syndrome is caused by mutations in X-linked MECP2, encoding methyl-CpG-binding protein 2. Nature Genet 1999; 23: 185–188.
 3. Angus C: Rett syndrome. J Med Genet 1996; 33: 693– 699.
 4. Bienvenu T, Carrie A, de Roux N et al.: MECP2 mutations account for most cases of typical forms of Rett syndrome. Hum Mol Genet 2000; 9: 1377–1384.
 5. De Bona C, Zappella M, Hayek G, Meloni I, Vitelli F, Bruttini M et al.: Preserved speech variant is allelic of classic rett syndrome. Eur J Hum Genet 2000; 8: 325–330.
 6. Huppke P, Laccone F, Kramer N, Engel W, Hanefeld F: Rett syndrome: analysis of MECP2 and clinical characterization of 31 patients. Hum Mol Genet 2000; 9: 1369–1375.
 7. Meloni I, Bruttini M, Longo I et al.: A mutation in the Rett syndrome gene, MECP2, causes X-linked mental retardation and progressive spasticity in males. Am J Hum Genet 2000; 67: 982–985.
 8. Orrico A, Lam C, Galli L et al.: MECP2 mutation in male patients with non-specific X-linked mental retardation. FEBS Lett 2000; 481: 285–288.
 9. Rett A: Über ein hirnatrophisches Syndrom bei Hyperammonamie im Kindesalter. Wien Med Wochenschr 1966; 116: 723–738.
10. Schanen NC, Dahle EJ, Capozzoli F, Holm VA, Zoghbi HY, Francke U: A new Rett syndrome family consistent with X-linked inheritance expands the X chromosome exclusion map. Am J Hum Genet 1997; 61: 634–641.
11. Sirianni N, Naidu S, Pereira J, Pillotto RF, Hoffman EP: Rett syndrome: confirmation of X-linked dominant inheritance, and localization of the gene to Xq28. Am J Hum Genet 1998; 63: 1552–1558.
12. Van den Veyver IB, Zoghbi HY: Methyl-CpG-binding protein 2 mutations in Rett syndrome. Curr Opin Genet Dev 2000; 10: 275–279.
13. Villard L, Cardoso AK, Chelly PJ, Tardieu PM, Fontes M: Two affected boys in a Rett syndrome family: clinical and molecular findings. Neurology 2000; 55: 1188–1193.
14. Xiang F, Buervenich S, Nicolao P, Bailey ME, Zhang Z, Anvret M: Mutation screening in Rett syndrome patients. J Med Genet 2000; 37: 250–255.

Anschrift für die Verfasser:
Dr. med. Wolfram Klein
Abteilung für Molekulare Humangenetik
Ruhr-Universität Bochum
44780 Bochum
E-Mail: wolfram.klein@ruhr-uni-bochum.de

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