Universität zu Köln

Leu, Costin (2012). Molekulargenetische Exploration der idiopathisch generalisierten Epilepsien. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Die idiopathisch generalisierten Epilepsien (IGEs) stellen eine Gruppe von Epilepsiesyndromen dar, die zusammen eine Lebenszeitprävalenz von 0,3% aufweisen und 20-30% aller Epilepsien repräsentieren. Die häufigen, klassischen IGE-Syndrome sind die kindliche Absence-Epilepsie (CAE), die juvenile Absence-Epilepsie (JAE), die juvenile myoklonische Epilepsie (JME) und die Epilepsie mit generalisierten tonisch-klonischen Anfällen (EGTCS). Die Ätiologie dieser vier klinisch überlappenden Subsyndrome ist genetisch determiniert. Molekulargenetische Forschungsansätze sind daher aussichtsreich, einen bedeutenden Beitrag zur Aufklärung der molekularen Mechanismen der Epileptogenese zu leisten. Trotz der hohen Heritabilität von ca. 80%, gelang es bislang nicht, die genetische Architektur der häufigen IGE-Syndome überzeugend aufzuklären. Lediglich für die seltenen, monogenen Formen der IGEs (ca. 1-2% der Fälle) sind klar prädisponierende Genvarianten identifiziert worden. In dieser Studie wurden zur Dissektion der genetischen Fakoren bei den häufigen IGE-Syndromen mit genetisch komplexer Disposition zwei verschiedene molekulargenetische Forschungsansätze angewandt. Ziel dieser Strategie war es, die unterschiedlichen genetischen Komponenten des multifaktoriellen polygenen Models zu erfassen. Mittels genomweiter Kopplunganalysen in familiären IGE-Formen sollten genetische Faktoren mit relativ hohen Effektstärken identifiziert werden, die zu einer oligonenen Vererbung beitragen. Komplementär sollten mittels genomweiter Assoziationsanalysen genetische Variationen identifiziert werden, die entsprechend der „common disease/common variant“- (CD/CV-) Hypothese meist geringe disponierende Effekte aufweisen, jedoch häufig in der allgemeinen Bevölkerung vorkommen. Darüber hinaus sollte überprüft werden, ob die idiopathischen Absence-Epilepsien (IAE) und JME syndromspezifische Determinanten aufweisen. Die Grundlage für diese Studien war die Rekrutierung der weltweit größten Kollektive von 379 IGE-Multiplexfamilien und 2826 unverwandten IGE-Patienten im Rahmen des europaweiten Forschungsprojektes EPICURE. In der genomweiten Kopplungsanalyse in 379 IGE-Multiplexfamilien fanden sich suggestive Kopplungshinweise für sechs Regionen (1p36.22, 3p21.1-p13, 5q31.3-q35.1, 13q12.11-q12.13, 13q31.1-q32.1, 19q13.32-q13.42). Für den Chromosomenabschnitt 13q31.1-q32.1, wurde in der Subgruppe mit 235 IAE-Multiplexfamilien eine signifikante Kopplung in der parametrischen Analyse erreicht (rezessives Vererbungsmodell: HLOD = 5,02 bei rs1332470; alpha = 0,22). Die nichtparametrische Kopplungsanalyse in der Subgruppe mit 118 JME-Multiplexfamilien ergab eine signifikante Kopplung in der chromosomalen Region 2q32.1-q36.1 (LODNPL = 3,43 bei D2S143). Die parametrischen Analysen in der JME-Subgruppe unterstützen den signifikanten Kopplungsbefund (HLOD > 2,5 in beiden Vererbungsmodellen bei D2S143). In der chromosomalen Region 5q31.3-q35.1 fanden sich suggestive Kopplungshinweise in beiden Subgruppenanalysen, sowohl in den nichtparametrischen als auch in den parametrischen Kopplungsanalysen mit dem dominanten Vererbungsmodell. Die Ergebnisse der Kopplungsanalysen unterstützen das oligogene Vererbungsmodell für die familiären IGE-Syndrome. Ein genetischer Risikofaktor in dem Chromosomenabschnitt 5q31.3-q35.1 prädisponiert für ein breites Spektrum von familiären IGE-Syndromen. Interessanterweise befinden sich in dieser Region zwei bekannte Epilepsiegene (GABRA1, GABRG2), in denen Mutationen bei monogenen IGE-Formen identifiziert wurden. Die zwei Kopplungsloci in den Chromosomenabschnitten 13q31.1-q32.1 und 2q32.1-q36.1 weisen auf subsyndromspezifische Determinanten hin, die differentiell zum Entstehungsrisiko von entweder IAE oder JME beitragen. Die aussichtsreichsten Kandidatengene sind GPC5 auf 13q31.3 und ERBB4 auf 2q34. Die GWAS mit anschließender Replikationsanalyse ergab in der kombinierten Analyse von 2826 IGE-Einzelfällen und 3701 Kontrollen europäischen Ursprungs eine genomweit signifikante Assoziation in der Region 17q21.32 (META-P = 7,9x10(-9) bei rs41336845; OR[T] = 0,76; 95%-KI: 0,70-0,84). In der IAE-Subruppe mit 1337 IAE-Einzelfällen und 3452 Kontrollen fanden sich suggestive Assoziationen auf Chromosom 2 in den Regionen 2p16.1 (META-P = 1,82x10(-7) bei rs2953442; OR[C] = 1,31; 95%-KI: 1,19-1,45) und 2q22.3 (META-P = 1,53x10(-7) bei rs17741930; OR[C] = 0,69; 95%-KI: 0,60-0,80). In der JME-Subgruppe mit 1067 JME-Einzelfällen und 3287 Kontrollen fand sich eine suggestive Assoziation in der Region 1q43 (META-P = 4,22x10(-7) bei rs1110615; OR[A] = 1,46; 95%-KI: 1,28-1,65). Die genomweit signifikante Assoziation in der chromosomalen Region 17q21.32 mit den häufigen IGE-Syndromen bestätigt erstmals die Existenz eines häufigen Risikofaktors für IGE entsprechend der CD/CV-Hypothese. In der assoziierten Region befindet sich das Gen für die Pyridoxamin 5'-Phosphat Oxidase (PNPO), das ein sehr aussichtreiches Kandidatengen darstellt. Die vorliegenden genomweiten Kopplungs- und Assoziationstudien identifizieren neue IGE-Loci in den Chromosomenabschnitten 2q32.1-q36.1, 13q31.1-q32.1 und 17q21.32. Die positionelle Identifizierung der zugrundeliegenden Epilepsiegene wird weitere Einblicke in die molekularen Mechanismen der Epileptogenese eröffnen und zur Klärung der genetischen Architektur von Epilepsien beitragen.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated title:	Title Language Molecular genetic exploration of the idiopathic generalised epilepsies English
Translated abstract:	Abstract Language Idiopathic generalized epilepsies (IGEs) represent a group of epilepsy syndromes affecting about 0.3% of the general population and accounting for 20-30% of all epilepsies. The common classical IGE syndromes include childhod absence epilepsy (CAE), juvenile absence epilepsy (JAE), juvenile myoclonic epilepsy (JME), and epilepsy with generalized tonic–clonic seizures. The etiology of these four clinically overlapping subsyndromes is genetically determined. Therefore, molecular genetic studies present promising perspectives to unravel the molecular mechanism of epileptogenesis. Despite a heritability of 80%, the underlying genetic architecture of the common IGE syndromes remains largely unresolved. Until today, predisposing gene variants could be identified only for the rare, monogenic forms of IGE (about 1-2% of the cases). In the present study, two molecular genetic research approaches were applied to dissect out genetic factors contributing to the common IGE syndromes with complex genetic disposition. The aim of this strategy was to differentiate various genetic components of the multifactorial polygenic model. Genome-wide linkage analysis in multiplex families with IGE was performed to screen for genetic factors with strong effect sizes, which contribute to an oligogenic inheritance. Complementary genome-wide association studies (GWAS) were performed to identify common genetic variations, which according to the “common disease/common variant“ (CD/CV) hypothesis show only small effect sizes. In addition, analyses in two syndrome subgroups, stratified by either idiopathic absence epilepsies (IAE) or JME, were also performed to dissect out syndrome-related variants conferring risk to either absence seizures or JME-related myoclonic seizures. A prerequisite of the present studies was the recruitment of the worldwide largest collective of 379 IGE multiplex families and 2826 unrelated IGE patients as part of the European EPICURE research project. In the genome-wide linkage analysis of 379 multiplex families, suggestive linkage signals were found in six regions (1p36.22, 3p21.1-p13, 5q31.3-q35.1, 13q12.11-q12.13, 13q31.1-q32.1, 19q13.32-q13.42). In the chromosomal region 13q31.1-q32.1, significant parametric linkage was detected in the subgroup with 235 IAE multiplex families (recessive inheritance model: HLOD = 5.02 at rs1332470; alpha = 0.22). The nonparametric linkage analysis in the subgroup with 118 JME multiplex families showed significant linkage in the chromosomal region 2q32.1-q36.1 (LODNPL = 3.43 at D2S143). The parametric linkage analyses in the JME subgroup support the significant linkage signal (HLOD > 2.5 for both inheritance models at D2S143). The linkage finding at 5q31.3-q35.1 was consistently supported by both nonparametric and parametric linkage results across all family groups. Altogether, the results of the linkage scan support the oligogenic inheritance model for familial IGE syndromes. A genetic risk factor in the chromosomal region 5q31.3-q35.1 predisposes for a wide spectrum of familial IGE syndromes. Interestingly, two known epilepsy genes encoding the GABAA-receptor alpha1 and gamma2 subunits (GABRA1, GABRG2) are located in this region. The two linkage loci in the chromosomal regions 13q31.1-q32.1 and 2q32.1-q36.1 imply subsyndrome-specific determinants preferentially predisposing to either IAE or JME. The most promising candidate genes are GPC5 at 13q31.3 and ERBB4 at 2q34. Our GWAS, together with the subsequent replication analysis, investigated 2826 IGE cases and 3701 controls of European origin. Joint analysis revealed a genome-wide significant association at 17q21.32 (META-P = 7.9x10(-9) at rs41336845; OR[T] = 0.76; 95%-CI: 0.70-0.84). Within the IAE subgroup comprising 1337 IAE cases and 3452 controls, two suggestive association signals on chromosome 2 were found at 2p16.1 (META-P = 1.82x10(-7) at rs2953442; OR[C] = 1.31; 95%-CI: 1.19-1.45) and 2q22.3 (META-P = 1.53x10(-7) at rs17741930; OR[C] = 0.69; 95%-CI: 0.60-0.80). In the JME subgroup consisting of 1067 JME cases and 3287 controls, one suggestive association was detected at 1q43 (META-P = 4.22x10(-7) at rs1110615; OR[A] = 1.46; 95%-CI: 1.28-1.65). Consistent with the CD/CV hypothesis, the genome-wide significant association in the chromosomal region 17q21.32 confirms for the first time the existence of a common risk factor for IGE. A promising candidate gene is located within the associated region; it codes for the pyridoxamine 5'-phosphate oxidase (PNPO). In the present genome-wide linkage and association studies, new IGE loci were detected on the chromosomal regions 2q32.1-q36.1, 13q31.1-q32.1 and 17q21.32. The positional identification of the causal epilepsy gene variants will provide new insights in the molecular mechanisms of epileptogenesis and will contribute to the dissection of the genetic architecture of epilepsy. English
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Leu, Costin costinleu@gmx.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
Corporate Creators:	Universität zu Köln, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-51745
Date:	23 April 2012
Language:	German
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Biology > Institute for Genetics
Subjects:	General statistics Life sciences Medical sciences Medicine
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Epilepsie German Genetik German Kopplung German Assoziation German 17q21.32 UNSPECIFIED PNPO UNSPECIFIED ERBB4 UNSPECIFIED 2q34 UNSPECIFIED signifikant German GWAS UNSPECIFIED Epilepsiesyndrome German Genotypisierung German
Date of oral exam:	19 June 2012
Referee:	Name Academic Title Nürnberg, Peter Prof. Dr. Wirth, Brunhilde Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/5174