Untersuchungen zu den genetischen Ursachen der altersabhängigen Makuladegeneration (AMD)

URN to cite this document:: urn:nbn:de:bvb:355-opus-13928
DOI to cite this document:: 10.5283/epub.12354

Fritsche, Lars

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Date of publication of this fulltext: 18 Jan 2010 14:11

Details

Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Date:	29 October 2009
Referee:	Charalampos (Prof. Dr.) Aslanidis
Date of exam:	22 October 2009
Institutions:	Medicine > Lehrstuhl für Klinische Chemie und Laboratoriumsmedizin Biology, Preclinical Medicine
Keywords:	Humangenetik , Molekulargenetik , Genetik , Apolipoprotein E , Senile Makuladegeneration , Genkarte , Genetische Variabilität , Augenkrankheit , CFH , ARMS2 , Komplementfaktor H , Assoziationsstudie , Suszeptibilitätsgen , age-related macular degeneration , association , linkage disequilibrium , mutation , case-control study
Dewey Decimal Classification:	600 Technology > 610 Medical sciences Medicine
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	12354

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Abstract (German)

Abstract (German)

Die AMD ist eine komplexe Erkrankung, welche in den westlichen Industrienationen zu den häufigsten Ursachen gesetzlich anerkannter Blindheit zählt. Zum Aufspüren ihrer genetischen Ursachen kommen bisher hauptsächlich drei Ansätze für Fall/Kontroll-Assoziationsstudien in Frage: Kandidatengenstudien, Feinkartierungen nach familienbasierten Kopplungsanalysen und genomweite Studien. In der vorliegenden Arbeit wurden die ersten beiden Ansätze verfolgt. Als Kandidatengene wurden die Gene APOE und HMCN1 auf vermeintlich schwache Effekte untersucht. Hierbei zeigte sich, dass keine Assoziation zwischen häufigen als auch seltenen HMCN1-Varianten und der AMD beobachtet werden konnte. Demgegenüber konnten die bereits mehrfach publizierten, schwachen Effekte der kodierenden APOE-Varianten auf das AMD-Risiko bestätigt werden (P < 0.05). Ferner gelang es in der Analyse des gesamten APOE-Locus eine Korrelation zwischen regulatorischen und kodierenden APOE-Varianten herzustellen. Diese deutete das Vorhandensein einer differenziellen Expression von mRNA- und Proteinisoformen an, welche für deren Assoziation mit der AMD von Bedeutung sein könnte.

In gemeinsamen Studien des �International AMD Genetics Consortiums� wurden die beiden Kandidaten TLR3 und SERPING1, die in publizierten Arbeiten als AMD Suszeptibilitätsgene gefunden worden waren, untersucht. Die Ergebnisse unserer internationalen Replikationsstudien, die 1.080 GA-Patienten und 2.669 Kontrollpersonen (TLR3) bzw. 4.881 AMD-Patienten und 2.842 Kontrollpersonen (SERPING1) umfassten, zeigten keinerlei Assoziation der jeweilig untersuchten Variante mit der AMD. Diese Arbeiten zeigen, dass selbst Primärpublikationen mit begleitenden Replikationen, insbesondere bei schwachen bis moderaten Effekten, kritisch zu hinterfragen sind. Hieraus ergibt sich die Forderung nach mehreren großen, unabhängigen Replikationsstudien.

In einem weiteren Ansatz wurde die mittels familienbasierten AMD-Kopplungsanalysen und einer darauf basierenden Meta-Analyse identifizierte 22 Mb-Kandidatenregion auf Chromosom 10q23.33�10qter schrittweise auf eine 23 kb-große Region eingegrenzt. Diese umfasst die Genorte für ARMS2 und HTRA1. Eine Resequenzierung des einzigen Risikohaplotyps führte zur Identifizierung von insgesamt 15 Hoch-Risikovarianten in ARMS2 und HTRA1, wobei diese mit annähernd gleicher Wahrscheinlichkeit als kausale Varianten in Frage kommen. Ein Vergleich der beobachteten Assoziationsstärke dieser Region mit der CFH-Y402H-Variante von Chromosom 1q31, dem erstes Hauptgen der AMD-Suszeptibilität, lässt außerdem den Schluss zu, dass ARMS2/HTRA1 nach CFH einen zweiten und gleichwertigen hauptverantwortlichen AMD-Suszeptibilitätslocus darstellt.

Von den 15 detektierten Risikovarianten der ARMS2/HTRA1-Region ist eine Indel-Variante (c.*372_815del443ins54) im 3�-nicht-translatierten Bereich von ARMS2 von besonderem Interesse, da sie mit einer mRNA-Destabilisierung des ARMS2-Transkripts einhergeht. Allerdings konnte die bislang unbekannte, biologische Funktion von ARMS2, das in der Retina lokalisiert ist, nicht weiter aufgeklärt werden.

Zusätzlich zu den genetischen Analysen wurde im Rahmen von Kooperationsprojekten die Rolle des Komplementsystems bei der AMD untersucht. Hierbei zeigte sich bei den AMD-Patienten im Vergleich zu den Kontrollpersonen eine gesteigerte, systemische Komplementaktivierung, welche zudem unabhängig vom AMD-Status bei Trägern der CFH-His402-Risikovariante beobachtet werden konnte. Untersuchungen zu den funktionellen Auswirkungen der CFH-Y402H-Variante erhärteten deren kausale Rolle bei der AMD und zeigen, dass die His402-Risikovarante mit reduzierten Heparin- und CRP-Bindungseigenschaften und dadurch mit einer gesteigerten Komplementaktivität einhergeht.

Anhand der vorliegenden Untersuchungen zu den genetischen Suszeptibilitätsfaktoren der AMD wird erkennbar, dass deren Spektrum von einigen wenigen hauptverantwortlichen Genen bis zu einer Vielzahl von Genen mit kleinen Beiträgen reicht. Letztere Gene lassen sich allerdings nur anhand großangelegter Studien mit geeigneten Replikationskonzepten zuverlässig detektieren. Ausgestattet mit genügend Aussagekraft könnten diese Studien weitere Assoziationen zwischen der AMD und bisher unbekannten Signalwegen aufzuzeigen. Es bleibt daher zu hoffen, dass diese zusammen mit den aufkommenden, funktionellen Studien der bereits bekannten Suszeptibilitätsgene weitere Einblicke in die AMD-Pathogenese liefern, welche für die innovative und gezielte Therapieentwicklung dringend benötigt werden.

Translation of the abstract (English)

AMD is a complex disorder which represents one the most common causes of legal blindness in the industrialized countries. There are mainly three approaches of case-control association studies available to detect the underlying genetic causes: candidate gene studies, fine-mapping studies coupled with family-based LD analysis and genome-wide association studies. In the present work, the first two approaches were applied. In the category �candidate genes�, APOE and HMCN1 were analyzed with regard to their supposedly weak effects on disease susceptibility. In doing so, no association could be observed between common and rare variants of the HMCN1 gene and AMD. In contrast, the manifold replicated effects of the coding APOE variants on AMD risk were confirmed in our study (P < 0.05). Furthermore, the analysis of the entire APOE locus revealed a correlation between regulatory and coding APOE variants. This suggests the existence of a differential expression of mRNA and protein isoforms which might be essential for their association with AMD.

In our efforts to replicate the associations of the two putative AMD susceptibility genes, namely TLR3 and SERPING1, we collaborated with the �International AMD Genetics Consortium�. Our findings in the international replication studies that comprised 1,080 GA patients and 2,669 controls (TLR3) and 4,881 AMD patients and 2,842 controls (SERPING1) respectively, revealed no association between the corresponding variants and AMD. Our data show that even primary association studies with accompanied replication studies should be critically scrutinized especially when dealing with weak or moderate effects. Hence, the requirement for several large, independent replication studies is highly suggested.

Based on LD analyses of AMD families and a subsequent meta-analysis, the identified positional 22 Mb candidate region on chromosome 10q23.33�10qter was refined to a 23 kb region. This region encompasses the genes ARMS2 and HTRA1. Resequencing of the single AMD risk haplotype led to the identification of 15 high risk variants in ARMS2 and HTRA1 with equal probabilities of representing the underlying causal variant. A comparison of the observed association strength within this region with the CFH Y402H variant on chromosome 1q31 gave rise to the conclusion that in addition to the CFH gene ARMS2/HTRA1 represents a second major AMD susceptibility locus.
Of the 15 risk variants detected in the ARMS2/HTRA1 region, an indel variant (c.*372_815del443ins54) in the 3 $\\\\\\\\\\\\\\\'$ untranslated region of ARMS2 was of particular interest, as it is accompanied by a destabilization of the ARMS2 mRNA transcript. However, the biological function of ARMS2 which is localizing to the retina is still unknown.

In addition to the genetic analysis, the role of the complement system in AMD was investigated as part of two cooperation projects. Here, increased systemic complement activation was observed in AMD patients compared to control subjects, which was also observed for the CFH His402 risk variant regardless of the individuals� AMD status. Investigations on the functional role of the CFH Y402H variant confirmed its causal role in AMD and demonstrated that the risk variant leads to reduced heparin and CRP binding properties and thus to an increased complement activity.

The current studies on the genetic causes of AMD suggest that the spectrum of genetic contributions ranges from a few genes with major contributions to a large number of genes with small contributions. However, the latter group of genes can only be reliably detected in large-scale AMD studies with appropriate replication concepts. Provided with sufficient power, these studies might identify associations between AMD and yet unknown signal pathways. There is the expectation that these together with the upcoming functional studies from already known susceptibility genes will shed new light on the AMD pathogenesis urgently needed for novel developments in innovative and targeted therapies.