Universität zu Köln

Identification of the molecular basis of the lacrimo-auriculo-dento-digital (LADD) syndrome

Rohmann, Edyta (2008) Identification of the molecular basis of the lacrimo-auriculo-dento-digital (LADD) syndrome. PhD thesis, Universität zu Köln.

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    Abstract

    Lacrimo-auriculo-dento-digital (LADD) syndrome, also known as Levy-Hollister syndrome, is a rare autosomal dominant developmental disorder, mainly characterized by abnormalities of the lacrimal system and salivary glands, ears and hearing, teeth and distal limb development. Besides these cardinal features, facial dysmorphism and malformations of the kidney and the respiratory system have been reported. In this study, the LADD1 locus was mapped to chromosome 10q26 by genome wide linkage analysis using the Affymetrix GeneChip 10K array in three large LADD families. In all three LADD families and in one sporadic case, heterozygous missense mutations were found in exon 16 of the gene encoding the fibroblast-growth-factor-receptor 2 (FGFR2). After exclusion of the FGFR2 locus by haplotype analysis in two additional LADD families, one missense mutation was identified in FGFR3 and one mutation was found in the fibroblast-growth-factor 10 (FGF10), a known ligand of FGFR2 [Rohmann et al., 2006]. The functional properties of FGF10 LADD and FGFR2 LADD mutants were analyzed and compared to the activities of their normal counterparts. Protein expression in BL21 cells and binding studies showed that each of the three analyzed FGF10 mutations demonstrated severely impaired activity by different mechanisms. Transient and stable expression studies exhibited that the FGFR2 mutations possess a reduced autophosphorylation and a weaker tyrosine kinase activity. Mutations also lead to diminished phosphorylation activity in FGFR2-mediated substrates (e. g. FRS2 and Shc) and to a decreased downstream signaling pathway, as shown by MAPK activity. While tested FGF10 LADD mutations caused haploinsufficiency, the FGFR2 LADD mutants could exert a dominant-negative effect on normal FGFR2 protein [Shams and Rohmann et al., 2007]. An in vitro kinase assay and crystallization of both, FGFR2 WT and the p.A628T missense mutation in the catalytic part of the tyrosine kinase domain, demonstrated that the A628T LADD mutation disrupts the catalytic activity due to conformational changes, leading to LADD syndrome. In addition, the newly described crystal structure of FGFR2 in comparison to FGFR1 revealed that the FGFR2 utilizes a less stringent mode of autoinhibition [Lew, Bae and Rohmann et al., 2007].

    Item Type: Thesis (PhD thesis)
    Translated abstract:
    AbstractLanguage
    Das Lakrimo-aurikulo-dento-digitale (LADD) Syndrom, auch als Levy-Hollister Syndrom bekannt, ist eine seltene autosomal-dominante angeborene Erkrankung, die hauptsächlich durch Fehlbildungen und Störungen der Tränen- sowie der Speicheldrüsen, der Ohren und des Hörvermögens, der Zähne und der Entwicklung distaler Extremitäten gekennzeichnet ist. Außerdem sind Gesichtsdysmorphien, Fehlbildungen der Nieren und des respiratorischen Systems beschrieben. Der LADD1-Locus wurde durch eine genomweite Kopplungsanalyse mit dem Affymetrix GeneChip 10K Array in drei großen LADD-Familien auf Chromosom 10q26 kartiert. In allen drei LADD-Familien und in einem sporadischen Fall wurden heterozygote Mutationen in Exon 16 des Gens, welches den Fibroblasten Wachstumsfaktor-Rezeptor 2 (FGFR2) kodiert, identifiziert. Nachdem in zwei zusätzlichen Familien der LADD1-Locus durch Haplotypanalyse ausgeschlossen wurde, konnte eine kausale Mutation in FGFR3 und eine weitere Mutation in FGF10, einem bekannten FGFR2-Liganden, identifiziert werden [Rohmann et al., 2006]. Die funktionellen Eigenschaften der FGF10-LADD- und der FGFR2-LADD-Mutanten wurden analysiert und mit den Aktivitäten des normalen Wildtyp(WT)-Repezptors verglichen. Durch Proteinexpression in BL21 Zellen und Bindungsstudien konnte gezeigt werden, dass die drei analysierten FGF10-Mutationen eine stark beeinträchtigende Aktivität aufweisen, die durch verschiedene Mechanismen verursacht wird. Transiente und stabile Expressionsstudien zeigten, dass die FGFR2-LADD-Mutanten eine reduzierte Autophosphorylierung und eine verringerte Tyrosinkinaseaktivität des Rezeptors besitzen. Des Weiteren konnte eine stark abgeschwächte Phosphorylierung von FGFR2-vermittelten Substraten, wie FRS2 und Shc, als auch eine herabgesetzte nachgeschaltete Signalweiterleitung (was durch die reduzierte MAPK-Aktivität gezeigt wurde) beobachtet werden. Während die getesteten FGF10-LADD-Mutationen Haploinsuffizienz bedingen, zeigen die FGFR2-LADD-Mutationen wahrscheinlich einen dominant-negativen Effekt auf das normale FGFR2-Protein [Shams und Rohmann et al., 2007]. Zur weiteren Charakterisierung wurde eine in vitro Kinaseuntersuchung und eine Kristallisation des FGFR2-WTs und der A628T-LADD-Mutation, die in dem katalytischen Teil der Tyrosinkinasedomäne von FGFR2 lokalisiert ist, durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten, dass die p.A628T-LADD-Mutation die katalytische Aktivität auf Grund von Konformationsänderungen zerstört und hierdurch die Rezeptoraktivität herabsetzt. Außerdem hat die neu beschriebene Kristallstruktur von FGFR2-WT im Vergleich zu FGFR1 hervorgebracht, dass FGFR2 einen weniger stringenten Mechanismus der Autoinhibition benutzt [Lew, Bae and Rohmann et al., 2007].German
    Creators:
    CreatorsEmail
    Rohmann, Edytaedyta.rohmann@uk-koeln.de
    URN: urn:nbn:de:hbz:38-23389
    Subjects: Life sciences
    Uncontrolled Keywords:
    KeywordsLanguage
    LADD Syndrom, FGFR2, FGFR3, FGF10, FGF-SignalwegGerman
    LADD syndrome, FGFR2, FGFR3, FGF10, FGF-signalingEnglish
    Faculty: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
    Divisions: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät > Institut für Genetik
    Language: English
    Date: 2008
    Date Type: Completion
    Date of oral exam: 26 February 2008
    Full Text Status: Public
    Date Deposited: 16 Jun 2008 08:59:23
    Referee
    NameAcademic Title
    Wiehe, ThomasProf. Dr.
    URI: http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/2338

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