Arbeitsgruppe M. Ludwig

Apl-Prof. Dr. rer. nat.
Michael Ludwig

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Forschungsthemen

 

  1. Humane Tubulopathien

    Einen aktuellen Forschungsschwerpunkt stellen humane Tubulopathien dar. Hier stehen neben dem Pseudohypoaldosteronismus und den Gitelman-, Liddle- und Bartter-Syndromen die Krankheitsbilder des Lowe Syndroms, Morbus Dent 1 und Morbus Dent 2 im Vordergrund. Morbus Dent, eine seltene, X-chromosomal vererbte, proximale Tubulopathie, ist charakterisiert durch eine Proteinurie niedermolekularer Proteine, Nephrokalzinose/ Nephrolithiasis und terminalem Nierenversagen. Weitere Symptome sind Hyperkalziurie, Glukosurie, Aminoazidurie und Phosphaturie.[1] Verantwortlich für diesen Phänotyp sind bei ca. 55% der Patienten (= Morbus Dent 1) Defekte im CLCN5-Gen, welches für einen spannungsabhängigen Chloridkanal und Cl-/H+-Antiporter (ClC-5) codiert. ClC-5 wird hauptsächlich im proximalen Tubulus und α-interkalierenden Zellen im distalen Nephron exprimiert und findet sich in intrazellulären subapikalen Endosomen der Epithelzellen wo er an deren Azidifizierung und gerichtetem Transport beteiligt ist. Bislang konnten wir durch weltweite Kooperationen bei über 50 Dent-Patienten einen CLCN5-bedingten Phänotyp nachweisen. Auf der Suche nach weiteren genetischen Grundlagen gelang die Identifizierung von zwei weiteren CLCN5-mRNAs, die durch vier zusätzliche Exons realisiert werden; diese weisen ein weniger breites Expressionsmuster auf, verändern aber, abgesehen von 70 zusätzlichen N-terminalen Aminosäuren, nicht das resultierende Protein.[2] Patienten mit Dent-ähnlichem Phänotyp zeigten bisher jedoch keine Mutation in diesen Exons. Bei der Untersuchung weiterer Kandidatengene konnten wir auffassen(?), dass die ebenfalls X-chromosomal lokalisierten Gene CLCN4,[3] ein homologes zu CLCN5, sowie der (Na+,K+)/H+-Antiporter 7 (NHE7) nicht (häufig) in die Ätiologie des Morbus Dent involviert sind. 

    In Zusammenarbeit mit Marburger Kollegen wurden 9 verschiedene mutierte Kanalproteine in Xenopus laevis Oozyten auf ihre Funktionalität hin untersucht:[4] Nahezu alle rekombinanten ClC-5-Mutanten (trunkiert oder mit Aminosäureaustausch) zeigten einen kompletten Funktionsausfall und gelangten auch nicht an die Membran. Hingegen zeigte die Variante R648X nicht nur eine Restaktivität sondern auch eine signifikant erhöhte Expression an der Zelloberfläche; der Verlust eines Internalisierungs-Motivs (P670Y671-Motiv) sollte hier zu einer reduzierten Ubiquitinierung und damit verlängerten Halbwertszeit an der Oberfläche führen.

    Studien amerikanischer Kollegen und unsere eigenen Befunde zeigten, dass Mutationen im X-lokalisierten OCRL-Gen ebenfalls einen Dent-Phänotyp (Morbus Dent 2) verursachen können.[5,6] OCRL codiert für eine Phosphatidylinositol 4,5-bisphosphat 5-Phosphatase und Defekte in diesem Gen führen in den meisten Fällen zum Lowe-Syndrom. Diese schwerere Form eines Fanconi-Syndroms ist assoziiert mit kognitiven Behinderungen, Verhaltensauffälligkeiten und Katarakten. OCRL-Mutationen fanden sich auch in 23% unserer Patienten mit Dent-Phänotyp.[7] Eine Hyperkalziurie wurde bei Dent-Patienten bislang immer als ein charakteristisches Leitsymptom angesehen. Unsere Analysen ergaben jedoch, dass nicht >95% der Patienten diesen Phänotyp zeigen, sondern ca. nur 2/3.[8] Diese Beobachtung dürfte zu einer steigenden Zahl von weiteren, bislang nicht als Dent-Patienten klassifizierter Fälle führen. Noch nicht abgeschlossene Untersuchungen belegen signifikant, dass Serum CK-und LDH-Werte geeignete Parameter für die Differenzierung der beiden Morbus Dent-Formen darstellen.

    Literatur
    [1] Ludwig M, Utsch B, Monnens L (2006) Nephrol Dial Transplant 21: 2708-17
    [2] Ludwig M, Waldegger S, Nuutinen M, Bökenkamp A, Reissinger A, Steckelbroeck S, Utsch B (2003) Kidney Blood Press Res 26: 176-84
    [3] Ludwig M, Utsch B (2004) Am J Med Genet A 128A: 434-5
    [4] Ludwig M, Doroszewicz J, Seyberth HW, Bökenkamp A, Balluch B, Nuutinen M, Utsch B, Waldegger S (2005) Hum Genet 117: 228-37
    [5] Hoopes et al. (2005) Am J Hum Genet 76: 260-7
    [6]Bökenhauer, D., Böckenkamp, A., Nuutinen, M., Unwin, R., van’t Hoff, W., Sirimanna, T., Vrljicak, K., Ludwig, M. (2012) J Pediatr Genet 1: 15-23
    [7] Utsch B, Bökenkamp A, Benz MR, Besbas N, Dötsch J, Franke I, Fründ S, Gok F, Hoppe B, Karle S, Kuwertz-Bröking E, Laube G, Neb M, Nuutinen M, Ozaltin F, Rascher W,  Ring T, Tasic V, van Wijk JAE, Ludwig M (2006) Am J Kidney Dis 48: 942-54
    [8] Ludwig M, Utsch B, Balluch B, Fründ S, Kuwertz-Bröking E, Bökenkamp A (2006) Pediatr Nephrol 21: 1241-50
     
  2. Ätiologie des Blasen-Ekstrophie-Epispadie-Komplexes

    Ein zweiter aktueller Forschungsschwerpunkt liegt in der Aufklärung der Ätiologie des Blasen-Ekstrophie-Epispadie-Komplexes (BEEK). Der BEEK zählt zu den schwerwiegendsten angeborenen urogenitalen Fehlbildungen, und beschreibt ein über die Epispadie und die Ekstrophie der Harnblase bis hin zur kloakalen Ekstrophie reichendes Spektrum mit einer Prävalenz von etwa 1:10.000 in Europa.[1, 2] Unsere eigenen epidemiologischen Informationen von 151 Patienten, sowie eine weitere Studie, lassen auf eine multi-faktorielle Genese schließen.[3] Dabei weisen ein gegenüber der Allgemeinbevölkerung 400-fach (λs) erhöhtes Wiederholungs-risiko für Geschwister[4] als auch die durch unsere Arbeitsgruppe an mono- und dizygoten Zwillingen durchgeführten Vergleichsanalysen auf eine nicht unerhebliche genetische Komponente in der Genese des BEEK hin.[2] Im Rahmen verschiedener Vorarbeiten wurden mögliche Kandidatengene hinsichtlich ihres Einflusses auf die Entstehung des BEEK mittels Sequenzierung[5,6] bzw. durch die Anwendung von Assoziationsstudien und genomweiter Matrix-CGH Arrays untersucht.[7,8] Analysen weiterer, von murinen Knockout-Modellen abgeleiteter, Kandidatengene, wie das erst kürzlich für eine Isoform des p63–Gens beschriebene Knockout-Model ΔNp63,[9] befinden sich derzeit in Arbeit. In Zusammenarbeit mit Prof. Boyadjiev (Section of Genetics, Department of Pediatrics, University of California Davis) wurden DNA/RNA Analysen an genomischer DNA aus ekstrophischem Blasengewebe im Hinblick auf ΔNp63 begonnen. An drei sog. Multiplex-Familien wurden in Zusammenarbeit mit dem Max-Delbrück-Zentrum in Berlin genomweite Kopplungsanalysen durchgeführt.[10] Anhand dieser Untersuchungen konnten erstmalig beim Menschen genomische Regionen identifiziert werden, in denen mit hoher Wahrscheinlichkeit Gene liegen, die an der Entstehung des BEEK beteiligt sind. Hier haben wir begonnen, die in diesen Regionen kartierten Gene systematisch bei betroffenen Familienmitgliedern zu sequenzieren.

    In einer ersten Genomweiten Assoziations-Studie und anhand von Expressionsdaten in der Maus gelang die Identifizierung einer high-konservierten 32 kb langen intergenen Region zwischen den Genen WNT3 und WNT9b als möglicher Susceptibilitäts-Locus für die isolierte Form der Klassischen Blasenexstrophie.[11] Hier konnten wir durch Analysen beim Zebrafisch eine Beteiligung von WNT3 erhärten.[12] Anhand von weiteren genomweiten Assoziationsstudien und einer Meta-Analyse in einem größeren Patientenkollektiv, konnten wir mit ISL1 ein weiteres Gen mit dem BEEC assoziieren.[13,14]

    Literatur
    [1] Ludwig M, Utsch B, Reutter H (2005) Urologe A 44:1037-1044
    [2] Reutter H, Qi L, Gearhart JP, Boemers T, Ebert AK, Rösch W, Ludwig M, Boyadjev, SA (2007) Am J Med Genet A 143A: 2751-2756
    [3] Boyadjiev et al. (2004) BJU Int 94:1337-1343
    [4] Shapiro et al. (1984) J Urol 132:308-310
    [5] Reutter H, Thauvin-Robinet C, Boemers TM, Rösch W, Ludwig M (2006) Scand J Urol Nephrol 40:221-224
    [6] Krüger V, Khoshvaghti M, Reutter H, Vogt H, Boemers TM, Ludwig M (2008) Pediatr Surg Int 24: 893-897
    [7] Reutter H, Becker T, Ludwig M, Schäfer N, Detlefsen B, Beaudoin S, Fisch M, Ebert AK, Rösch W, Nöthen MM, Boemers TM, Betz RC (2006) Am J Med Genet A 140A:2506-2509
    [8] Reutter H,  Hoischen A, Ludwig M, Stein R, Radlwimmer B, Engels H, Wolffenbuttel K, Weber RG (2007) BJU Int 100:646-650
    [9] Cheng et al. (2006) Development 133: 4783-4792
    [10] Ludwig M, Rüschendorf F, Hübner N, Saar K, Siekmann L, Boyadjiev SA, Reutter H (2009) Birth Defects Res A Clin Mol Teratol 85: 174-178136.
    [11] Reutter H, Draaken M, Pennimpede T, et al. (2014) Hum Mol Genet 23: 5536-5544.
    [12] Baranowska Korberg I, Hofmeister W, Markljung E, et al. (2015) Hum Mol Genet  24: 5069-5078.
    [13] Draaken M, Knapp M, Pennimpede T, et al. (2015) PloS Genet 2015; 11: e1005024.
    [14] Zhang R, Knapp M, Suzuki K, et al. (2017) Sci Rep 2017; 7: 42170.
     
  3. Ein weiteres Arbeitsfeld ist im Rahmen der Routineversorgung die Abklärung verschiedener seltener Krankheitsbilder sowie angeborene Störungen der Hämoglobin-Biosynthese (siehe z.B. HbBonn, Clin Chem 2008, 54:594-6).

 

Mitarbeiter*innen

 

Pia Uerdingen, TA

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Publikationen