Ein Drosophila-Modell der Amyotrophen Lateralsklerose zur Identifizierung pathogener DCTN1-Mutationen

Die Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) ist eine degenerative Erkrankung der Motoneuronen. ALS tritt zumeist sporadisch auf, dennoch sind auch genetisch bedingte Erkrankungen bekannt. Zu den genetischen Risikofaktoren zählen unter anderem Mutationen im Gen DCTN1. Das Gen DCTN1 kodiert für die Untereinheit p150Glued des Multiproteinkomplexes Dynaktin. Dynaktin interagiert mit dem Motorprotein Dynein und wird für einen koordinierten axonalen Transport benötigt. Darüber hinaus spielt der Multiproteinkomplex eine wesentliche Rolle in der Entwicklung. Für den Aminosäureaustausch G59S in p150Glued konnte Kosegregation mit der ALS assoziierten Distalen Hereditären Motoneuropathie TypVII nachgewiesen werden. In den letzten Jahren wurden noch weitere potentielle DCTN1-Mutationen identifiziert. Jedoch konnte für keine dieser allelischen Varianten Kosegregation nachgewiesen werden. In dieser Arbeit wurde ein auf Überexpressionsanalysen basierendes Drosophila melanogaster-Modell für ALS entwickelt. Im Drosophila-Modell führt die Überexpression der dHMN7B verursachenden Mutation G59S zu einem altersabhängigen Verlust der motorischen Fähigkeiten. Des Weiteren aggregiert das mutante Protein in den Zellen und dissoziiert von den Mikrotubuli. Sowohl Tiere, die das wildtypische Protein als auch die mutante Version exprimieren zeigen Neurodegeneration. Es konnte aber kein erhöhter Zellverlust in G59S-Tieren beobachtet werden. Die Überexpression des wildtypischen Proteins führt zu schweren Entwicklungsstörungen, wohingegen die mutante Version p150Glued-G59S kaum Probleme in der Entwicklung verursacht. Ein ähnliches Phänomen konnte auch in den Untersuchungen zum axonalen Transport beobachtet werden. Auch hier resultiert die Überexpression des wildtypischen DCTN1 in gravierenden Beeinträchtigungen des axonalen Transports. Die Mutation G59S führt hingegen nur zu milden Transportdefekten. Möglicherweise führt die Überexpression des funktionellen Proteins zu Störungen bei der Komplexbildung, wohingegen die mutante Version die Integrität des Dynaktinkomplexes nicht beeinträchtigt. Das Drosophila-Modell ermöglicht es also Untersuchungen zur Funktion des Multiproteinkomplexes Dynaktin vorzunehmen und zeigt in der Tat nach Überexpression der DCTN1-Variante G59S Phänotypen einer Motoneuronerkrankung. Mit Hilfe dieses ALS-Modells wurden dann neue potentiell pathogene Mutationen im Gen DCTN1 hinsichtlich ihrer funktionellen Auswirkungen in Drosophila charakterisiert und in pathogene Risikofaktoren bzw. benigne Polymorphismen eingeteilt. Die Charakterisierung der verschiedenen neu identifizierten DCTN1-Sequenzvarianten zeigte, dass sich einige der Mutationen (R149Q, M571T, Y878C und T1249I) in allen Analysen wie die Überexpression des wildtypischen Proteins verhalten. Diese allelischen DCTN1-Varianten können als pathogene Risikofaktoren für ALS ausgeschlossen werden. Eine Reihe der DCTN1-Varianten (D63Y, R148W, I196V und R1049Q) zeigten ebenfalls in den meisten Untersuchungen die gleichen Eigenschaften bzw. Phänotypen wie das wildtypische Protein. Dennoch konnten in all diesen Mutationen auch starke Beeinträchtigungen der motorischen Fähigkeiten bzw. der Lokomotoraktivität nachgewiesen werden. Ebenso resultierte die Überexpression dieser Mutationen in einer veränderten zellulären Verteilung des Proteins. Dies legt nahe, dass es sich bei diesen DCTN1-Formen wahrscheinlich eher um Risikofaktoren handelt, die Teil eines polygenetischen Erbgangs sind oder die Prädisposition für ALS erhöhen. Die Überexpression, der in derselben Domäne wie G59S liegenden Mutation E34Q, zeigt in fast jedem Parameter ein vom wildtypischen Protein abweichendes Verhalten. Bemerkenswert ist zudem, dass E34Q häufig zu den gleichen Effekten bzw. Defekten führt wie die Mutation G59S. Die Mutation E34Q ist damit ein viel versprechender Kandidat für eine tatsächlich ALS verursachende Mutation und sollte im Säugermodell weiter untersucht werden. Im Rahmen dieser Arbeit konnte ein verlässliches neues Tiermodell für ALS etabliert werden, das es ermöglicht die Pathogenese der selektiven Erkrankung der Motoneurone besser verstehen zu können. Zudem ist es gelungen, anhand dieses Modells für die Krankheitsentstehung wichtige Mutationen beziehungsweise Risikofaktoren zu identifizieren