Validierung von potenziellen Biomarkern für die neurodegenerative Erkrankung Spinozerebelläre Ataxie Typ 3 (SCA3) und des krankheitsmodulierenden Einflusses intragenischer Polymorphismen im Gen ATXN3

Abstract

Die Ursache der autosomal-dominant vererbten, neurodegenerativen Erkran-kung Spinozerebelläre Ataxie Typ 3 (SCA3) liegt in einer Mutation im ATXN3-Gen mit einer CAG-Expansion, die zur Expression des Polyglutamin-expandierten Proteins ATXN3 führt. Dieses neurotoxische Protein bewirkt vermutlich über Aggregate und Veränderung der Zellhomöostase den Neuronenuntergang umschriebener Gehirnregionen, was eine charakteristische Symptomatik mit Ataxie, Dysarthrie und zerebelläre Augenbewegungsstörungen hervorruft. Fehlendes ausführliches Wissen über die Physiologie von ATXN3 und die Pathogenese der Erkrankung ist einer der Gründe, weshalb bis heute weder symptomatische noch kurative Therapien für die Erkrankung zur Verfügung stehen. Therapierfolge in randomisiert, kontrollierten Studien sind gegenwärtig außerdem nur anhand klinischer Scores bewertbar, deren Sensitivität nicht zur Detektion einer Verbesserung der klinischen Symptomatik ausreicht. In dieser Promotion im Rahmen der europaweiten, multizentrischen European Spinocerebellar Ataxia Type3/Machado-Joseph-Disease Initiative (ESMI) wurde deshalb an der Validierung von Biomarkern für die Erkrankung SCA3 gearbeitet. Sie sollen helfen Krankheitsprogression messbar zu machen und Therapieerfolge zu signalisieren. Die Nutzung hochstandardisierter Protokolle ermöglichte dabei eine einheitliche Verarbeitung der Biomaterialien EDTA-Blut und PBMCs (mononuklären Zellen des peripheren Blutes). Insgesamt wurden für 39 Kontrollprobanden, 17 präsymptomatische SCA3-Mutationsträger und 102 SCA3-Patienten die CAG-Länge, das ATXN3-Proteinlevel und die Genotypen dreier Einzelnukleotidpolymorphismen (SNPs) bestimmt und statistisch analysiert. Die CAG-Länge wurde als wichtigster Traitmarker zur Diagnosefindung bestätigt. Durch Korrelationen mit dem Alter bei Krankheitsbeginn (AAO) und dem Krankheitsprogressionsmarker CSDP (cross-sectional disease progression) präsentierte sich die CAG-Länge zusätzlich als Traitmarker mit prognostischem Charakter. Mutationsträger mit hoher Anzahl an CAG-Tripletts im ATXN3-Gen erkrankten früher im Leben, die Symptomatik schritt im Anschluss schneller und gravierender voran. Die ATXN3-Proteinlevel wurden mit zwei Antikörper-Assays (MW1-D2 und 1C2-D2) im Time-resolved fluorescence energy transfer (TR-FRET) bestimmt. Da direkte Korrelationen mit der Krankheitsdauer (DD) und CSDP ausblieben, eignete sich ATXN3 nur bedingt als Krankheitsprogressionsmarker. In der relativ großen ESMI-Kohorte waren für ein AAO < 40 Jahre und größere Anzahl an CAG-Tripletts lediglich Tendenzen zu höheren ATXN3-Proteinleveln auszumachen. Eine statistisch signifikante Korrelation zu den klinischen Scores SARA (Scale of the Assessment of Rating of Ataxia) und INAS (Inventory of Non-Ataxia Symptoms) bekräftigten auf der anderen Seite das Potenzial von ATXN3 zur zukünftigen Nutzung als Statemarker. Im Vergleich beider Antikörper-Assays überzeugte der 1C2-D2 Assay mit einer höheren Trennschärfe zwischen Kontrollprobanden und SCA3-Mutationsträgern. Die Genotypisierung der SNPs identifizierte der Literatur entsprechend unter den kombinierten Genotypen aus ATXN3 BP 987 und 1118 C-A als den tragenden Haplotyp expandierter Allele, während nicht-expandierte Allele mit großer Häufung Träger des Haplotyps G-C waren. Zusätzlich imponierte das gehäufte Vorkommen der full-length Isoform ATXN3aS unter Mutationsträgern, der eine erhöhte Aggregationstendenz nachgesagt wird und in ESMI mit frühem AAO und hohem CSDP einherging. Die Genotypen der SNPs könnten somit in Zukunft als diagnostischer Traitmarker in die Diagnostik der Erkrankung SCA3 einfließen. Zusammenfassend lieferte diese Promotion mit der CAG-Länge und den Genotypen der SNPs in ATXN3 zwei potenzielle prognostische Traitmarker, die Auskunft über AAO und CSDP gaben, und mit dem ATXN3-Proteinlevel in PBMCs einen möglichen Statemarker für die Spinozerebelläre Ataxie Typ 3. Somit könnten Mutationsträger mit Erkrankungsrisiko frühzeitig einer Therapie zugeführt und Therapieerfolge in krankheitsmodifizierenden Studien überprüft werden.