Molekulargenetische Analyse des BIGH3-Gens bei gittriger Hornhautdystrophie Typ I (Biber-Haab-Dimmer) und bei bröckliger Hornhautdystrophie Typ II (Avellino): Erlauben Hot Spots einen indirekten Mutationsnachweis?

Zusammenfassung

Hintergrund: Mutationen im BIGH3-Gen sind bei einzelnen Familien unterschiedlicher geographischer Herkunft als Ursache einer gittrigen Hornhautdystrophie Typ I (Biber-Haab-Dimmer, CDL1) oder einer bröckligen Hornhautdystrophie Typ II (Avellino, CDA) beschrieben worden. Als Hot Spots erwiesen sich Missense-Mutationen im Exon 4 mit dadurch bedingtem Austausch der Aminosäure Arg124Cys (CDL1) oder Arg124His (CDA) im Genprodukt, dem Keratoepithelin. Wir berichten über die histopathologische und die direkte und indirekte molekulargenetische Diagnostik bei 3 deutschen Familien und Patienten mit CDL1 und CDA. Material und Methode: Bei je 3 betroffenen und einem gesunden Familienmitglied einer Familie A und der Patientin B mit CDL1 sowie bei einer Familie C mit CDA wurde die Mutationsanalyse im Exon 4 des BIGH3-Gens mittels direkter Sequenzierung von DNA aus peripheren Lymphozyten durchgeführt. Bei den Indexpatienten erfolgte die histopathologische Untersuchung von Hornhautgewebe zur Diagnosesicherung nach perforierender Keratoplastik. Ergebnisse: Bei Familie A und Patientin B mit histopathologisch nachgewiesener CDL1 wurde in der direkten Sequenzierung ein heterozygoter Basenaustausch C→T an Position 417, bei Familie C mit histopathologisch nachgewiesener CDA ein heterozygoter Basenaustausch G→A an Position 418 nachgewiesen. Beide Mutationen wurden durch die Restriktionsverdauung mit dem Restriktionsenzym HpyCH4V (NEB; CDL1) und dem Restriktionsenzym CSPI (Promega; CDA) indirekt bestätigt. Die Mutation in Familie A und Patientin B führt zum Aminosäurenaustausch Arg124Cys, die bei Familie C zum Aminosäurenaustausch Arg124His an Position 124 des Keratoepithelins. Diskussion: Auch bei Familien aus unserem geographischen Gebiet ist das Codon 124 des BIGH3-Gens ein Mutations-Hot-Spot bei CDL1 und CDA. Ein indirekter Mutationsnachweis mittels Restriktionsverdauung mit den oben genannten Restriktionsenzymen kann unseres Erachtens als Routinediagnostik dienen. Wird keine Mutation gefunden, ist eine vollständige Gensequenzierung empfehlenswert, da einzelne beschriebene Mutationen in anderen Exons gefunden wurden.

Abstract

Background: Mutations of the BIGH3 gene were delineated as the underlying gene defect for corneal dystrophy Lattice Type I (CDL1) and corneal dystrophy Avellino type (CDA) in families with different regional provenance. Missense mutations in exon 4 with single base pair substitution which result in amino acid alterations Arg124Cys (CDL1) and ARG124His are described as hot spots. We report on histopathological and molecular genetic investigations in 2 German families and a single patient with CDL1 and CDA. Method: In 3 affected family members and 1 unaffected family member and in one single patient with CDL1 and in 3 affected family members and 1 unaffected family member of a family with CDA mutation analysis in exon 4 of BIGH3 gene by direct sequencing of genomic DNA from peripheral blood was performed. Histopathological examination of corneal tissue of both index patients was performed after penetrating keratoplasty. Results: We revealed a heterocygous single base pair substitution 417C→T in family A and patient B (CDL1) and a heterocygous single base pair substitution 418G→A in family C (CDA). In all index patient’s diagnosis was confirmed by histopathological examination of corneal tissue. The sequencing results were confirmed by restriction digestion with HpyCH4V (NEB; CDL1) restriction endonuclease site and AvaII (NEB; CDA) restriction endonuclease site. The heterozygous 417C→T transition in family A and patient B alters the amnio acid sequence from Arg124Cys while the heterozygous 418G→A transition in family C alters the amino acid sequence from Arg124His in the keratoepithelin. Comment: Codon 124 of the BIGH3 gene appears as a mutation hot spot also in German families with CDL1 and CDA. Indirect mutation analysis with restriction digestion is suggested as first step investigation in families with relevant corneal dystrophies. Direct sequencing of all exons is recommended as a second step if there are no results in restriction digestion.

Schlüsselwörter

BIGH3-Gen - gittrige Hornhautdystrophie Biber-Haab-Dimmer - Hornhautdystrophie Avellino - hot-spot-Mutation - indirekter Mutationsnachweis

Key words

BIGH3 gene - corneal dystrophy lattice type I - corneal dystrophy Avellino type - hot-spot mutation - indirect mutation confirmation

Literatur

• 1 Auw-Hädrich C, Witschel H. Hornhautdystrophien im Licht moderner molekulargenetischer Forschung.  Ophthalmologe. 2002;  222 418-426
• 2 Biber H. Über einige seltenere Hornhauterkrankungen. Inaugural Dissertation. Zürich; 1890
• 3 Dighiero P, Ellies P, Valleix S. et al . La dystrophie d’Avellino.  J Fr Ophtalmol. 2000;  222 735-737
• 4 Dimmer F. Über oberflächliche gittrige Hornhauttrübung.  Z für Augenheilkd. 1899;  222 354
• 5 Dolmetsch A M, Stockl F A, Folberg R. et al . Combined granular-lattice corneal dystrophy (Avellino) in a patient with no known Italian ancestry.  Can J Ophthalmol. 1996;  222 29-31
• 6 El-Ashry M F, El-Aziz M M, Larkin D F. et al . A clinical, histopathological, and genetic study of Avellino corneal dystrophy in British families.  Br J Ophthalmol. 2003;  222 839-842
• 7 Endo S, Nguyen T H, Fujiki K. et al . Leu518Pro mutation of the beta ig-h3 gene causes lattice corneal dystrophy type I.  Am J Ophthalmol. 1999;  222 104-106
• 8 Folberg R, Alfonso E, Croxatto J O. et al . Clinically atypical granular corneal dystrophy with pathologic features of lattice-like amyloid deposits. A study of these families.  Ophthalmology. 1988;  222 46-51
• 9 Folberg R, Stone E M, Sheffield V C. et al . The relationship between granular, lattice type 1, and Avellino corneal dystrophies. A histopathologic study.  Arch Ophthalmol. 1994;  222 1080-1085
• 10 Freyer W C, Blodi F C. The lattice type of familial corneal degeneration: A histopathologic study.  Arch Ophthalmol. 1959;  222 712-719
• 11 Fujiki K, Hotta Y, Nakayasu K. et al . A new L527R mutation of the betaIGH3 gene in patients with lattice corneal dystrophy with deep stromal opacities.  Hum Genet. 1998;  222 286-289
• 12 Fujiki K, Hotta Y, Nakayasu K. et al . Six different mutations of TGFBI (betaig-h3, keratoepithelin) gene found in Japanese corneal dystrophies.  Cornea. 2000;  222 842-845
• 13 Gorevic P D, Rodrigues M M, Krachmer J H. et al . Lack of evidence for protein AA reactivity in amyloid deposits of lattice corneal dystrophy and amyloid corneal degeneration.  Am J Ophthalmol. 1984;  222 216-224
• 14 Gupta S K, Hodge W G, Damji K F. et al . Lattice corneal dystrophy type 1 in a Canadian kindred is associated with the Arg124→ Cys mutation in the kerato-epithelin gene.  Am J Ophthalmol. 1998;  222 547-549
• 15 Haab O. Die gittrige Keratitis.  Z für Augenheilkd. 1899;  222 235-246
• 16 Holland E J, Daya S M, Stone E M. et al . Avellino corneal dystrophy. Clinical manifestations and natural history.  Ophthalmology. 1992;  222 1564-1568
• 17 Klintworth G K. Lattice corneal dystrophy. An inherited variety of amyloidosis restricted to the cornea.  Am J Pathol. 1967;  222 371-399
• 18 Korvatska E, Munier F L, Djemai A. et al . Mutation hot spots in 5q31-linked corneal dystrophies.  Am J Hum Genet. 1998;  222 320-324
• 19 Korvatska E, Munier F L, Chaubert P. et al . On the role of kerato-epithelin in the pathogenesis of 5q31-linked corneal dystrophies.  Invest Ophthalmol Vis Sci. 1999;  222 2213-2219
• 20 Mashima Y, Yamamoto S, Inoue Y. et al . Association of autosomal dominantly inherited corneal dystrophies with BIGH3 gene mutations in Japan.  Am J Ophthalmol. 2000;  222 516-517
• 21 Meins M, Kohlhaas M, Richard G. et al . Gittrige Hornhautdystrophie Typ I. Klinische und molekulargenetische Untersuchung einer großen Familie.  Klin Monatsbl Augenheilkd. 1998;  222 154-158
• 22 Munier F L, Korvatska E, Djemai A. et al . Kerato-epithelin mutations in four 5q31-linked corneal dystrophies.  Nat Genet. 1997;  222 247-251
• 23 Munier F L, Frueh B E, Othenin-Girard P. et al . BIGH3 mutation spectrum in corneal dystrophies.  Invest Ophthalmol Vis Sci. 2002;  222 949-954
• 24 Okada M, Yamamoto S, Inoue Y. et al . Severe corneal dystrophy phenotype caused by homozygous R124H keratoepithelin mutations.  Invest Ophthalmol Vis Sci. 1998;  222 1947-1953
• 25 Stewart H, Black G C, Donnai D. et al . A mutation within exon 14 of the TGFBI (BIGH3) gene on chromosome 5q31 causes an asymmetric, late-onset form of lattice corneal dystrophy.  Ophthalmology. 1999;  222 964-970
• 26 Stone E M, Mathers W D, Rosenwasser G O. et al . Three autosomal dominant corneal dystrophies map to chromosome 5 q.  Nat Genet. 1994;  222 47-51
• 27 Streeten B W, Qi Y, Klintworth G K. et al . Immunolocalization of beta ig-h3 protein in 5q31-linked corneal dystrophies and normal corneas.  Arch Ophthalmol. 1999;  222 67-75
• 28 Waring GO 3rd, Rodrigues M M, Laibson P R. Corneal dystrophies. I. Dystrophies of the epithelium, Bowman’s layer and stroma.  Surv Ophthalmol. 1978;  222 71-122
• 29 Weidle E G. Epitheliale und stromale Hornhautdystrophien.  Ophthalmologe. 1996;  222 754-767
• 30 Wolter J R, Henderson J W. Neurohistology of lattice dystrophy of the cornea.  Am J Ophthalmol. 1963;  222 475-484