Identifizierung neuer Gene für autosomal rezessive Mentale Retardierung

Mentale Retardierung ist mit einer Prävalenz von 2 - 3 % ein bedeutendes Problem im Gesundheitswesen. Die Mehrzahl der Fälle sind wahrscheinlich genetisch bedingt, in über der Hälfte bleiben die Ursachen jedoch unbekannt. Wahrscheinlich handelt es sich um autosomal rezessive oder dominante Formen mit Punktmutationen. Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Identifizierung neuer Gene für die autosomal rezessive Mentale Retardierung. Ein Kollektiv aus 106 konsanguinen Familien syrischer Herkunft mit Verdacht auf autosomal rezessiver Mentaler Retardierung wurde mittels Autozygotie-Kartierung untersucht. Im Rahmen dieser Doktorarbeit ermittelte ich 21 Kandidatenregionen, die in fünf oder mehr Familien Überlappung zeigten. In zehn dieser Kandidatenregionen priorisierte ich anhand des Expressionsmusters, der Funktion und der Assoziation mit anderen neurologischen Krankheitsbildern die dort lokalisierten Gene hinsichtlich derer Relevanz zu Mentaler Retardierung. Ich sequenzierte 16 ausgewählte Gene in den Indexpatienten der jeweiligen Familien sowie in weiteren sporadischen Patienten, welche am Genlokus einen Run of Homozygosity zeigten. Anschließend folgte die Filterung der identifizierten Varianten durch unterschiedliche Computerprogramme zur Prädiktion und durch Untersuchungen in Kontrollkollektiven. Neben zahlreichen bekannten Varianten konnte ich drei nicht annotierte Varianten identifizieren. Nach Analyse anhand Computerprogrammen zur Prädiktion und anhand Genotypisierung in einem gesunden syrischen Kontrollkollektiv wurden zwei der Varianten als ursächliche Mutation ausgeschlossen. Es blieb als potentiell krankheitsverursachend eine Variante bei einem Indexpatienten in PCLO: c.12137A>G, p.Tyr4046Cys. PCLO kodiert für piccolo, ein Zytomatrixprotein der Aktiven Zone der Synapse und moduliert über Interaktion mit anderen Proteinen den Kreislauf synaptischer Vesikel. Die molekulare Modellierung zeigt in der Region der Mutation ein konserviertes Motiv, welches vermutlich mit den SH2-Domänen zweier möglicher Interaktionspartner bindet. Diese Interaktion wird durch den Austausch von Tyrosin zu Cystein gestört. Die identifizierte Variante in PCLO ist ein guter Kandidat für die Ursache von Mentaler Retardierung in den untersuchten Familien. Im Anhang an die Doktorarbeit wurde die Genregion um diese Variante einkloniert und wird in Kooperation mit Professor E. Gundelfinger in Magdeburg durch funktionelle Analysen weiter verfolgt. Die Nicht-Identifizierung von weiteren Kandidatenmutationen, deutet auf die extreme Heterogenität in Mentaler Retardierung. In Zukunft kann die Suche nach Kandidatenmutationen effektiver und schneller mittels next generation sequencing erfolgen.Intellectual disability represents with a prevalence of 2-3 % a leading problem in health care. The cause of intellectual disability is in more than half of the cases not known. It is likely, however, that a significant part of the cases can be explained by an autosomal dominant or recessive inheritance pattern. The objective of this thesis is to identify new genes for autosomal recessive intellectual disability. A sample of 106 consanguineous families of Syrian descent with suspected autosomal recessive intellectual disability was studied by using autozygosity mapping. Twenty-one candidate regions were of particular interest, because they showed an overlap in more than five families. Based on expression, function, and results of association studies of neurological phenotypes, I prioritized the genes localized in ten of those candidate regions in regards to their relevance to intellectual disability. The most promising 16 genes were sequenced in the index patients. In addition, those genes were also sequenced in sporadic patients, who showed Runs of Homozygosity at the accordant loci. Afterwards I did further screening of the previously identified variations by in silico analysis and examinations of healthy control samples. Besides numerous known variants, I identified three not annotated variants. After using in silico analysis and genotyping in a healthy Syrian control sample, two variants could be excluded. The variant in PCLO; c.12137A>G, p.Tyr4046Cys remained as a potential cause of intellectual disability. PCLO encodes piccolo, a cytomatrix protein of the active zone in synapses that modulates the circuit of synaptic vesicles through interaction with other proteins. Using molecular modeling we could show that the mutation is located in a conserved motif which probably binds to SH2 domains of two possible interaction partners. This interaction is disrupted by the exchange of amino acids from tyrosine to cysteine. The identified variant in PCLO is a good candidate for the cause of intellectual disability in the group of the examined families. After finishing the experimental part of this doctoral thesis, the region around the mutation was cloned and is going to be further studied functionally in cooperation with Professor E. Gundelfinger in Magdeburg. The fact, that no further candidate mutation was identified, points to extreme heterogeneity in intellectual disability. Future research and studies of candidate mutations could benefit greatly from next generation sequencing