Analyse der relativen Genexpression von LRRK2 und alpha-Synuclein in humanem Vollblut mittels quantitativer real time RT-PCR in einem heterogenen Probandenkollektiv aus Parkinson-Patienten, symptomatischen und asymptomatischen LRRK2-Mutationsträgern und Kontrollen

Abstract

Hintergrund und Zielsetzung: Mutationen des Genes für die leucine-rich repeat kinase 2 (LRRK2) sind die bei weitem häufigste Ursache für ein dominant vererbliches Parkinson-Syndrom (PS), direkt gefolgt von pathogenen Veränderungen im alpha-Synuclein Gen. Vor allem mit Hinblick auf die anhaltende Suche nach einem leicht zugänglichen und verlässlichen Biomarker für die Parkinson-Erkrankung stand die Analyse der Expression dieser beiden zentralen ‘Parkinson-Gene‘ in peripherem humanem Blut noch aus. Auch über die noch weitgehend unbekannten physiologischen Funktionen und möglichen Interaktionen von LRRK2 und alpha-Synuclein soll auf diese Wiese mehr in Erfahrung gebracht werden. Methoden: Die Genexpression von LRRK2 und alpha-Synuclein in Relation zum Housekeeping-Gen Hydroxymethylbilan-Synthase (HMBS) wurde in humanem Vollblut mittels quantitativer real time RT-PCR erhoben. Die Kohorte von insgesamt 33 Probanden bestand aus 20 Parkinson-Patienten (Geburtsjahr 1945 ± 10 Jahre), davon 8 LRRK2 Mutationsträger und 13 Kontrollen (neurologisch unauffällig, Geburtsjahr 1948 ± 13 Jahre), davon 3 asymptomatische LRRK2-Mutationsträger. Folgende pathogene LRRK2-Mutationen wurden eingeschlossen: G2019S, I2020T, R793M, N1437S, R1441C. Mehrere Monate später wurden ein zweites Mal Expressionsdaten gesammelt, anhand von von 5 zufällig ausgewählten Probanden der Originalkohorte erneut gewonnenen Blutproben. Ergebnisse: Die Expressionswerte von LRRK2 und alpha-Synuclein verhielten sich innerhalb eines jeden Individuums reziprok proportional zueinander. Dieser Zusammenhang fand sich im gesamten Probandenkollektiv; welcher der Werte jeweils höher ausfiel stand in keinerlei Korrelation zu den klinischen oder genetischen Charakteristika der Probanden. Diese Relationen bestätigten sich bei der zweiten Datenerhebung bei 4 der 5 erneut untersuchten Probanden, lediglich bei einem der Probanden hatte sich das Verhältnis der beiden Werte umgekehrt. Eine signifikante Korrelation der Expressionsdaten von LRRK2 oder alpha-Synuclein mit dem Erkrankungsstatus, der Erkrankungsdauer oder der Präsenz von pathogenen LRRK2-Mutationen stellte sich nicht dar.

Zusammenfassung: Die Ergebnisse dieser Studie implizieren ein pathophysiologisches Zusammenwirken von LRRK2 und alpha-Synuclein, in welcher Form jedoch und auf welcher Ebene diese beiden Gene ko-reguliert sind, bleibt zu klären.

Background and purpose: Mutations of the leucine-rich repeat kinase 2 gene (LRRK2) are the most common known genetic cause of dominantly inherited Parkinson’s disease (PD), followed by alterations in the alpha-synuclein gene. The expression of these two central PD related genes in human peripheral blood was waiting to be analyzed, mainly regarding the ongoing attempt to establish an accessible and reliable biomarker for PD and to learn more about the physiological functions and possible interplay of LRRK2 and alpha-synuclein.

Methods: The gene expression of LRRK2 and alpha-synuclein in relation to the housekeeping gene hydroxymethylbilane synthase (HMBS) was analyzed in human whole blood, using quantitative real time RT-PCR. The cohort of in total 33 subjects consisted of 20 PD cases (year of birth 1945 ± 10 years), thereof 8 LRRK2 mutation carriers and 13 controls (neurologically normal, year of birth 1948 ± 13 years), thereof 3 asymptomatic LRRK2 mutation carriers. Following pathogenic LRRK2 mutations were included: G2019S, I2020T, R793M, N1437S, R1441C. A second collection of LRRK2 and alpha-synuclein expression data was carried out several months later, using blood samples withdrawn again from 5 randomly chosen subjects of the whole cohort. Results: The relative gene expression of LRRK2 and alpha-synuclein showed to be reciprocally proportional to each other in each individual. This constellation was found in the whole cohort. Which one of the two values in each case turned out to be the higher or lower one did not correlate with any of the subjects’ genetic or clinical characteristics. At the second collection of expression data several months later, this relation was confirmed in 4 of the 5 subjects, only in one of them the relation of the two values had turned vice versa. A significant correlation of the expression data of LRRK2 or alpha-synuclein with disease presence, duration of disease or presence of pathogenic LRRK2 mutations was not found. Conclusion: The results of our study strongly suggest a co regulation of the two dominant PD genes LRRK2 and alpha-synuclein, although the exact constitutions of this interaction still require further investigation.