Search

Aims Heterozygous mutations in KCNQ1 cause type 1 long QT syndrome (LQT1), a disease characterized by prolonged heart rate-corrected QT interval (QTc) and life-threatening arrhythmias. It is unknown why disease penetrance and expressivity is so variable between individuals hosting identical mutations. We aimed to study whether this can be explained by single nucleotide polymorphisms (SNPs) in KCNQ1's 3' untranslated region (3'UTR). Methods and results This study was performed in 84 LQT1 patients from the Academic Medical Center in Amsterdam and validated in 84 LQT1 patients from the Mayo Clinic in Rochester. All patients were genotyped for SNPs in KCNQ1's 3'UTR, and six SNPs were found. Single nucleotide polymorphisms rs2519184, rs8234, and rs10798 were associated in an allele-specific manner with QTc and symptom occurrence. Patients with the derived SNP variants on their mutated KCNQ1 allele had shorter QTc and fewer symptoms, while the opposite was also true: patients with the derived SNP variants on their normal KCNQ1 allele had significantly longer QTc and more symptoms. Luciferase reporter assays showed that the expression of KCNQ1's 3'UTR with the derived SNP variants was lower than the expression of the 3'UTR with the ancestral SNP variants. Conclusion Our data indicate that 3'UTR SNPs potently modify disease severity in LQT1. The allele-specific effects of the SNPs on disease severity and gene expression strongly suggest that they are functional variants that directly alter the expression of the allele on which they reside, and thereby influence the balance between proteins stemming from either the normal or the mutant KCNQ1 allele.

Das β-site-amyloid-precursor-protein(APP)-cleaving-enzyme1 (BACE1) spielt in der Pathogenese der Alzheimer‘ schen Demenz eine wichtige Rolle. Die pharmakologische Inhibition der BACE1 stellt eine aussichtsreiche Therapiemöglichkeit des Morbus Alzheimer dar. Neben ihrer pathophysiologischen Bedeutung wird auch zunehmend die physiologische Funktion der BACE1 entschlüsselt. So sind kürzlich auch Untereinheiten spannungsgesteuerter Natriumkanäle als Zielstrukturen der BACE1 identifiziert worden. Primäres Ziel dieser Arbeit war es, den Einfluss der BACE1 auf die Kanalfunktion sowohl von neuronalen Natrium- und Kaliumkanälen, als auch von kardialen Kaliumkanälen im Expressionssystem elektrophysiologisch zu charakterisieren. Außerdem wurde untersucht, ob es einen Zusammenhang zwischen spannungsabhängigen Kaliumkanälen und den β-Untereinheiten von Natriumkanälen gibt. Folgende Zusammenhänge wurden in dieser Arbeit gefunden: 1.) In N1E-Zellen führt die katalytisch aktive BACE1 zu einer Verschiebung der Aktivierungskurven intrinsischer Natriumkanäle um 12.2 mV in Richtung Hyperpolarisation. Die pharmakologische Inaktivierung der intrinsischen bzw. überexprimierten BACE1 bewirkt eine, im Vergleich zum jeweils katalytisch aktiven Analogon, um 4.9 mV bzw. 4.5 mV weiter in Richtung Hyperpolarisation verschobene Aktivierung. Diese Ergebnisse legen nahe, das BACE1 sowohl proteolytisch, als auch direkt mit Natriumkanaluntereinheiten interagiert. 2.) Unter Einfluss der β2-Natriumkanaluntereinheiten ist die Aktivierung heteromerer KCNQ2/3-Kaliumkanäle in HEK293-Zellen um 6.2 mV in Richtung Hyperpolarisation verschoben. Die Deaktivierungszeitkonstanten sind verzögert. β4 bewirkt hingegen eine Beschleunigung der Aktivierung von KCNQ2/3-Kanälen, ohne deren spannungsabhängige Aktivierung zu beeinflussen. Diese Daten zeigen, dass es in vitro zu einer Interaktion der α-Untereinheiten von Kaliumkanälen mit β-Untereinheiten von Natriumkanälen kommt. 3.) Die in 2.) genannten Effekte der β2-Natriumkanaluntereinheiten auf KCNQ2/3-Kaliumströme lassen sich durch eine BACE1-vermittelte proteolytische Spaltung aufheben. Im Gegensatz dazu wird der Effekt der β4-Untereinheiten auf die Aktivierung von KCNQ2/3-Kanälen unter Einfluss von BACE1 verstärkt (Linksverschiebung um 7.3 mV und verzögerte Deaktivierung). 4.) Im HEK293-System verursacht BACE1 eine Verschiebung der Aktivierungskurve von KCNQ1/E1-Kanälen um 12.3 mV in Richtung Depolarisation. Insgesamt zeigt diese Arbeit, dass es in vitro zu einem komplexen Zusammenspiel von BACE1, KCNQ-Kaliumkanälen und den β2/ β4-Untereinheiten von Natriumkanälen kommt. Dies lässt sich anhand von elektrophysiologischen Parametern quantifizieren. Eine Extrapolation auf in vivo Verhältnisse ist an dieser Stelle nicht möglich, da dies die Kenntnis aller beteiligten Ionenkanaluntereinheiten und Interaktionen mit der BACE1 voraussetzt. Außerdem zeigt diese Arbeit, dass eine im Rahmen des Morbus Alzheimer vorliegende Überexpression der BACE1 bzw. deren pharmakologische Inhibition wahrscheinlich zu einer Änderung der Elektrophysiologie von erregbaren Zellen führt.

The aim of this study was to identify relevant alterations in the genes LOT1(ZAC1/PLAGL1) and KCNQ1 which may play a role in the etiology of the Silver-Russell syndrome (SRS). For this reason, both genes were tested for genomic variations. Furthermore, a quantitative gene-copy analysis for LOT1(ZAC1/PLAGL1) was introduced to identify genomic imbalances. In addition, to characterize the quality of the detected alterations a control-cohort of humans with normal height was tested for these variants. No relevant pathogenic alterations in the gene LOT1(ZAC1/PLAGL1) which could be significant for SRS were observed in a group of 30 patients with SRS and 14 patients suffered from isolated intrauterine growth restriction (IUGR). Among the 30 SRS-patients, 15 carried hypomethylation in the ICR1 of the region 11p15.5. A mutation analysis revealed seven previously unknown genomic variants being identified as polymorphisms. Interestingly, the variants g.10212T>A and g.10214C>A in exon 3 showed a strong cohesion. In any case, further analysis of control persons of normal height unveiled that some of them also carried these variants, hence there is no influence on the growth of SRS patients suggested. Another variant, g.9567G>T, was only detected in one of the screened patients but not in unaffected individuals. A further implication for the SRS in this case is very unlikely because the patient inherited this variant of his mother. The maternal allele of LOT1(ZAC1/PLAGl1) is liable to genomic imprinting, thus the gene is only expressed by the paternal disposition. Therefore no influence on the disease may be expected of this variation. Moreover, a detected deletion in intron 5 also seems to be irrelevant for the expression of the LOT1-protein as it does not cause a frame shift. Thus, no control persons were screened for this variant. Possibly the deletion can induce a frame shift in the splice-variant ZAC1. This question remains unanswered because this investigation was not an aim of this study. All further revealed variants could also be detected among persons with normal height. Lastly, genomic imbalances could not be discovered so in conclusion a main contribution of LOT1(ZAC1/PLAGL1) for the SRS can be excluded. Ten SRS-patients without hypomethylation in the ICR1 were further screened for genomic variants in the gene KCNQ1. Four already known non-pathogenic polymorphisms could be detected. Unknown variations were not found, so mutations in the gene KCNQ1 as a cause for SRS could be ruled out for these patients. Because of the small sample size in this study a contribution of KCNQ1 to the etiology of SRS could not be utterly excluded. A leading role for this gene and its gene product is rather unlikely because it is not directly involved in growth processes. In conclusion, the results of this study elucidate that the imprinted genes LOT1(ZAC1/PLAGL1) and KCNQ1 do not play a major role in the etiology of SRS.

[no abstract]