BMP4-Mutationsanalyse in einer unselektierten Kohorte von 234 Kindern mit kongenitalen Anomalien der Nieren und ableitenden Harnwege (CAKUT)

Abstract

Die kongenitalen Anomalien der Niere und des Harntraktes (CAKUT) sind eine heterogene Gruppe von Fehlbildungen mit einer multifaktoriellen Genese. Aufgrund familiären Auftretens in einem Teil der Fälle und aufgrund der Erkenntnisse aus Tiermodellen wird jedoch eine maßgebliche Beteiligung genetischer Faktoren an ihrer Entstehung angenommen. Das Gen BMP4 wird während der Embryogenese der Maus in der Niere exprimiert. Haploinsuffizienz führt unter anderem zu einer Störung der Nephrogenese und zur Ausbildung eines dem menschlichen CAKUT-Komplex ähnelnden Spektrums an Fehlbildungen. Mit der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, ob Mutationen in BMP4 auch beim Menschen mit dem Auftreten von CAKUT assoziiert sind. Dafür wurde in einer unselektierten Kohorte von 234 pädiatrischen Patienten mit CAKUT ein SSCA-Screening in den proteinkodierenden Exonen und angrenzenden Intronbereichen des BMP4 Gens durchgeführt. Bei drei Patienten wurden dabei exonische Mutationen gefunden. In einem Fall handelte es sich um eine homozygote nichtsynonyme Nukleotidsubstitution (p.N150K), in den beiden anderen um heterozygote synonyme (stumme) Nukleotidsubstitutionen (c.240G>A und c.813C>T). Keine der Veränderungen war bei den untersuchten Kontrollindividuen nachzuweisen (n= 184, 185 und 136 respektive). Mit dieser Arbeit wurden somit erstmals Mutationen in BMP4 bei Kindern mit angeborenen Fehlbildungen der Nieren und Harnwege identifiziert. Anschließende funktionelle Untersuchungen im Zebrafischmodell zeigen, dass es durch die Mutation p.N150K zu einer Beeinträchtigung der Proteinfunktion kommt. Der Träger der Mutation trägt daneben eine homozygote Punktmutation in DACH1, einem weiteren Kandidatengen für CAKUT. Die Genotyp-Phänotyp-Korrelation im Stammbaum dieses Patienten weist auf eine synergistische Wirkung der beiden Mutationen im Rahmen eines oligogenen oder polygenen Erbganges hin. Der vorbeschriebene Polymorphismus p.V152A im BMP4 Gen zeigte keine Assoziation mit dem CAKUT-Phänotyp. Die Daten stützen die Hypothese, dass subtile Sequenzvariationen in BMP4 in niedriger Frequenz und im Zusammenwirken mit weiteren genetischen und nicht-genetischen Faktoren an der Entstehung der CAKUT beim Menschen beteiligt sind.

Congenital anomalies of the kidney and urinary tract (CAKUT) are a heterogeneous group of developmental disorders with a multifactorial pathogenesis. Due to the occurence of mendelian and non-mendelian inheritance in a subset of the affected individuals as well as findings in transgenic animal models these disorders are thought to be partially caused by mutations in renal developmental genes. The gene BMP4 is expressed in the murine kidney during embryogenesis. Haploinsufficiency in the mouse leads to impaired nephrogenesis and development of a spectrum of renal malformations resembling human CAKUT. The aim of this study is to investigate if mutations in BMP4 associate with the occurence of CAKUT in humans. We therefore performed a mutational screening of the protein-coding exons and flankin intron sequences of the BMP4 Gene in an unselected cohort of 234 pediatric CAKUT patients. We found exonic mutations in three patients. In one patient we found a homozygous missense muation (p.N150K), the other two were heterozygous synonymous point mutations (c.240G>A and c.813C>T). None of these sequence alterations were found in a cohort of healthy individuals (n=186, 185 and 136 respectively) who served as controls. This study is the first to find mutations in BMP4 in patients with CAKUT. Subsequent functional analysis of the missense mutation in a zebrafish model shows that the mutation leads to an impairment of BMP4-protein function in vivo. The carrier of this mutation also carries a homozygous point mutation in the DACH1 gene, another cnadidate for the development of CAKUT. The segregation of these two mutations in the patients family hints towards a synergystic effect of both mutations in the context of an oligogenic or polygenic trait. The previously described polymorphism p.V152A showed no association with the CAKUT phenotype. These data support the hypothesis that subtle sequence variants in BMP4 togetheter with other genetic or non-genetic factors might contribute to the development of CAKUT in humans.